Farklı başlangıç ​​substratlarının kullanımı

Solunum için başlangıç ​​substratları, belirli metabolik süreçler sırasında bir dizi yan ürünün salınmasıyla Asetil-CoA'ya dönüştürülen çeşitli maddeler olabilir. NAD'ın (NADP) indirgenmesi ve ATP oluşumu bu aşamada zaten gerçekleşebilir, ancak bunların çoğu Asetil-CoA'nın işlenmesi sırasında trikarboksilik asit döngüsünde oluşur.

Glikoliz

Glikozun enzimatik parçalanmasının yolu olan glikoliz, neredeyse tüm canlı organizmalar için ortak bir süreçtir. Aeroblarda hücresel solunumdan önce gelir, anaeroblarda fermantasyonla sona erer. Glikolizin kendisi tamamen anaerobik bir işlemdir ve gerçekleşmesi için oksijenin varlığını gerektirmez.

İlk aşaması, 2 molekül ATP'nin enerji tüketimi ile ilerler ve bir glikoz molekülünün 2 molekül gliseraldehit-3-fosfata bölünmesini içerir. İkinci aşamada, gliseraldehit-3-fosfatın NAD'a bağlı oksidasyonu, substrat fosforilasyonu, yani moleküle bir fosforik asit kalıntısının eklenmesi ve içinde yüksek enerjili bir bağ oluşmasıyla birlikte meydana gelir. kalıntı, ATP oluşumuyla ADP'ye aktarılır.

Böylece glikoliz denklemi aşağıdaki gibidir:

Glikoz + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2 O + 4H +.

Reaksiyon denkleminin sol ve sağ taraflarından ATP ve ADP'yi azaltarak şunu elde ederiz:

Glikoz + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 4H +.

Piruvatın oksidatif dekarboksilasyonu

Glikoliz sırasında oluşan piruvik asit (piruvat), piruvat dehidrojenaz kompleksinin (3 farklı enzimden ve 60'tan fazla alt birimden oluşan karmaşık bir yapı) etkisi altında, Koenzim A ile birlikte Asetil- oluşturan karbondioksit ve asetaldehite parçalanır. CoA. Reaksiyona NAD'ın NADH'ye restorasyonu eşlik eder.

Ökaryotlarda süreç mitokondriyal matriste gerçekleşir.

yağ asitlerinin β-oksidasyonu

Ana makale: β-oksidasyon

Son olarak, dördüncü aşamada, elde edilen β-keto asit, koenzim A varlığında β-ketotiyolaz tarafından asetil-CoA ve karbon zincirinin 2 atom daha kısa olduğu yeni asil-CoA'ya bölünür. β-oksidasyon döngüsü, tüm yağ asitlerinin asetil-CoA'ya dönüşmesine kadar tekrarlanır.

Trikarboksilik asit döngüsü

Toplam reaksiyon denklemi:

Asetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H2O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH2 + GTP + 2CO2

Ökaryotlarda, döngünün enzimleri mitokondriyal matriste serbest durumdadır, iç mitokondriyal membranda yalnızca süksinat dehidrojenaz inşa edilmiştir.

ATP moleküllerinin büyük bir kısmı, hücresel solunumun son aşamasında, yani elektron taşıma zincirinde, oksidatif fosforilasyonla üretilir. Burada, glikoliz, β-oksidasyon, Krebs döngüsü vb. Süreçlerinde azaltılan NADH ve FADN 2'nin oksidasyonu meydana gelir.Bu reaksiyonlar sırasında açığa çıkan enerji, iç zarında lokalize olan elektron taşıyıcı zincirinden kaynaklanmaktadır. mitokondri (prokaryotlarda - sitoplazmik membranda), transmembran proton potansiyeline dönüştürülür. ATP sentaz enzimi bu gradyanı ATP'yi sentezlemek için kullanır ve enerjisini kimyasal bağların enerjisine dönüştürür. Bu işlem sırasında bir NAD∙H molekülünün 2,5 molekül ATP, FADH 2 - 1,5 molekül üretebileceği hesaplanmaktadır.

Aerobik solunum zincirindeki son elektron alıcısı oksijendir.

Anaerobik solunum

Solunumun genel denklemi, ATP dengesi

Sahne	Koenzim verimi	ATP çıkışı (GTP)	ATP elde etme yöntemi
Glikolizin ilk aşaması		−2	Sitoplazmadan 2 ATP kullanılarak glikoz ve fruktoz 6-fosfatın fosforilasyonu.
Glikolizin ikinci aşaması		4	Substrat fosforilasyonu
	2 NADH	3 (5)	Oksidatif fosforilasyon. Koenzim sitoplazmada oluştuğundan ve mitokondriye taşınması gerektiğinden elektron taşıma zincirinde NADH'den yalnızca 2 ATP oluşur. Malat-aspartat mekiği mitokondriye taşınmak için kullanıldığında NADH'den 3 mol ATP oluşur. Bir gliserofosfat mekiği kullanıldığında 2 mol ATP oluşur.
Piruvatın dekarboksilasyonu	2 NADH	5	Oksidatif fosforilasyon
Krebs döngüsü		2	Substrat fosforilasyonu
	6 NADH	15	Oksidatif fosforilasyon
	2 FADN2	3	Oksidatif fosforilasyon
Genel çıktı		30 (32) ATP	Glikozun karbondioksite tamamen oksidasyonu ve ortaya çıkan tüm koenzimlerin oksidasyonu ile.

Notlar

Ayrıca bakınız

Wikimedia Vakfı. 2010.

• Güderi

NEFES Modern ansiklopedi

NEFES- oksijenin vücuda girişini ve karbondioksitin uzaklaştırılmasını (dış solunum) sağlayan ve ayrıca oksijenin hücreler ve dokular tarafından organik maddelerin oksidasyonu için gerekli enerjinin salınması ile kullanılmasını sağlayan bir dizi süreç. .. ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

Nefes- NEFES, oksijenin vücuda girişini ve karbondioksitin uzaklaştırılmasını (dış solunum) sağlayan bir dizi sürecin yanı sıra, oksijenin hücreler ve dokular tarafından enerji salınımı ile organik maddelerin oksidasyonu için kullanılmasını sağlayan bir dizi süreç, ... ... Resimli Ansiklopedik Sözlük

NEFES- NEFES, I, bkz. 1. Canlı organizmalar tarafından oksijenin emilmesi ve karbondioksitin salınması süreci. Solunum sistemi. Hücresel d.(özel). 2. Akciğerler tarafından havanın solunması ve serbest bırakılması. Pürüzsüz d. Kısıtlama d. D. yay (çevrilmiş). İkinci rüzgâr... ... Ozhegov'un Açıklayıcı Sözlüğü

nefes- NEFES, NEFES, I; evlenmek 1. Canlı organizmalar tarafından oksijenin emilmesi ve karbondioksitin salınması süreci olarak, akciğerler veya (bazı hayvanlarda) diğer ilgili organlar tarafından havanın alınması ve salınması. Solunum sistemi. Gürültülü, ağır... ansiklopedik sözlük

Nefes Yaygın olarak kullanılan anlamıyla, nefes alma ve verme şeklinde yaşam boyunca sürekli değişen ve bir yandan akciğerlere temiz hava akışını, diğer yandan da akciğerlerin dışarı atılmasını belirleyen bir dizi göğüs hareketini ifade eder. zaten bozulmuş havadan... ... Ansiklopedik Sözlük F.A. Brockhaus ve I.A. Efron

Nefes- I Solunum (solunum), vücuda atmosferik havadan oksijen sağlanmasını, organik maddelerin biyolojik oksidasyonunda kullanılmasını ve karbondioksitin vücuttan uzaklaştırılmasını sağlayan bir dizi işlemdir. Sonuç olarak... ... Tıp ansiklopedisi

Hücredeki enerji akışı

Bir hücredeki enerji akışı, organizmaların beslenmesi ve hücresel solunum süreçlerine dayanır.

1. Yiyecek– canlı organizmaların madde ve enerji elde etme süreci.

2. Hücresel solunum- canlı organizmaların, enzimatik olarak daha basit maddelere parçalanması (asimilasyon) sırasında, kendisi açısından zengin organik maddelerden enerji açığa çıkardığı süreç. Hücresel solunum aerobik veya anaerobik olabilir.

3. Aerobik solunum– organik maddelerin parçalanma sürecine oksijenin katılımıyla enerji elde edilir. Enerji metabolizmasının oksijen (aerobik) aşaması da denir.

Anaerobik solunum– Atmosferdeki serbest oksijeni kullanmadan gıdalardan enerji elde etmek. Genel olarak bir hücredeki enerji akışı aşağıdaki gibi temsil edilebilir (Şekil 5.3.)

YİYECEK

ŞEKER, YAĞ ASİTLERİ, AMİNO ASİTLER

HÜCRESEL SOLUNUM

ATP

CO 2, H 2 O, NH 3

KİMYASAL, MEKANİK, ELEKTRİK, OZMOTİK İŞLER

ADP + H3PO4

Şekil 5.3. Hücredeki enerji akışı

Kimyasal iş: proteinlerin, nükleik asitlerin, yağların, polisakkaritlerin hücresindeki biyosentez.

Mekanik iş: kas liflerinin kasılması, kirpiklerin atması, mitoz sırasında kromozomların ayrılması.

Elektrik işi– hücre zarı boyunca potansiyel farkı korumak.

Ozmotik çalışma– Hücredeki ve çevresindeki madde gradyanlarının korunması.

Aerobik solunum süreci üç aşamada gerçekleşir: 1) hazırlık; 2) oksijensiz; 3) oksijen.

İlk aşama – hazırlık veya sindirim aşaması polimerlerin monomerlere enzimatik parçalanmasını içerir: proteinler amino asitlere, yağlar gliserol ve yağ asitlerine, glikojen ve nişasta glikoza, nükleik asitler nükleotitlere. Sindirim enzimlerinin katılımıyla gastrointestinal sistemde ve lizozom enzimlerinin katılımıyla hücrelerin sitoplazmasında meydana gelir.

Bu aşamada az miktarda enerji açığa çıkar, ısı şeklinde dağılır ve ortaya çıkan monomerler hücrelerde daha fazla parçalanmaya uğrar veya yapı malzemesi olarak kullanılır.

İkinci aşama – anaerobik (oksijensiz). Oksijenin katılımı olmadan hücrelerin sitoplazmasında meydana gelir. İlk aşamada oluşan monomerler daha fazla bölünmeye uğrar. Böyle bir sürecin bir örneği glikoliz – oksijensiz glikozun eksik parçalanması.

Glikoliz reaksiyonlarında, bir glikoz molekülü (C6H12O6) iki molekül piruvik asit (C3H4O3 - PVK) üretir. Bu durumda her glikoz molekülünden 4 H+ atomu ayrılarak 2 ATP molekülü oluşur. Hidrojen atomları NAD+'ya (nikotinamid adenin dinükleotid) bağlanır; NAD ve benzeri taşıyıcıların işlevi ilk reaksiyonda Hidrojeni kabul etmek (indirgemek), diğerinde ise vermektir (oksitlemek).

Glikolizin genel denklemi şöyle görünür:

C 6 H 12 Ö 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 Ö 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2

Glikoliz sırasında 200 kJ/mol enerji açığa çıkar, bunun 80 kJ'si veya %40'ı ATP sentezine gider ve 120 kJ'si (%60) ısı olarak dağılır.

a) hayvan hücrelerinde, daha sonra glikojene dönüştürülen ve karaciğerde biriken 2 molekül laktik asit oluşur;

b) bitki hücrelerinde CO2 salınımıyla alkolik fermantasyon meydana gelir. Nihai ürün etanoldür.

Anaerobik solunum, oksijen solunumuyla karşılaştırıldığında evrimsel olarak daha erken fakat besinlerden enerji elde etmenin daha az etkili bir şeklidir.

Üçüncü sahne – aerobik(oksijen, doku solunumu) mitokondride meydana gelir ve oksijenin varlığını gerektirir.

Önceki oksijensiz aşamada oluşan organik bileşikler, hidrojenin CO 2 ve H 2 O'ya çıkarılmasıyla oksitlenir. Ayrılan Hidrojen atomları, taşıyıcıların yardımıyla Oksijene aktarılır, onunla etkileşime girer ve su oluşturur. Bu sürece, bir kısmı (%55) su oluşumuna giden önemli miktarda enerjinin salınması eşlik eder. Oksijen aşamasında Krebs döngüsünün reaksiyonları ve oksidatif fosforilasyon reaksiyonları ayırt edilebilir.

Krebs döngüsü(trikarboksilik asit döngüsü) mitokondriyal matriste meydana gelir. 1937 yılında İngiliz biyokimyacı H. Krebs tarafından keşfedilmiştir.

Krebs döngüsü piruvik asitin asetik asitle reaksiyonuyla başlar. Bu durumda, bir dizi ardışık dönüşümün ardından tekrar asetik asit haline gelen ve döngü tekrarlanan sitrik asit oluşur.

Krebs döngüsünün reaksiyonları sırasında bir PVC molekülünden 4 çift Hidrojen atomu, iki CO2 molekülü ve bir ATP molekülü oluşur. Karbondioksit hücreden uzaklaştırılır ve Hidrojen atomları taşıyıcı moleküller olan NAD ve FAD'a (flavin adenin dinükleotid) katılarak NADH2 ve FADH2'nin oluşmasına neden olur.

Krebs döngüsünde ve önceki anaerobik aşamada oluşan NADH 2 ve FADH 2'den enerjinin ATP'ye aktarımı, solunum zincirindeki mitokondrinin iç zarında gerçekleşir.

Solunum zinciri veya elektron taşıma zinciri (elektron taşıma zinciri) mitokondrinin iç zarında bulunur. Redoks reaksiyonlarını katalize eden enzim komplekslerinin bir parçası olan elektron taşıyıcılarına dayanmaktadır.

Hidrojen çiftleri, proton ve elektron (2H + +2e) formunda NADH2 ve FADH2'den ayrılır ve elektron taşıma zinciri. Solunum zincirinde, nihai sonucu ATP sentezi olan bir dizi biyokimyasal reaksiyona girerler (Şekil 5.4).

Pirinç. 5.4 Elektron taşıma zinciri

Elektronlar ve protonlar, solunum zinciri taşıyıcılarının molekülleri tarafından yakalanır ve taşınır: elektronlar zarın iç tarafına ve protonlar dış tarafa. Elektronlar Oksijen ile birleşir. Oksijen atomları negatif yüklü hale gelir:

Ö 2 + e - = Ö 2 -

Protonlar (H+) zarın dış kısmında, anyonlar (O 2-) ise iç kısmında birikir. Sonuç olarak potansiyel fark artar.

Membranın bazı yerlerinde, iyon (proton) kanalına sahip olan ATP (ATP sentetaz) sentezi için enzimin molekülleri gömülüdür. Membranın iki tarafındaki potansiyel farkı 200 mV'a ulaştığında, protonlar (H+) elektrik alanının kuvvetiyle kanaldan itilir ve zarın iç kısmına geçerek O2- ile etkileşime girerek H2O'yu oluşturur.

½ O 2 + 2H + = H 2 O

Mitokondriye giren oksijen, elektronların (e -) ve ardından protonların (H+) bağlanması için gereklidir. O2'nin yokluğunda protonların ve elektronların taşınmasıyla ilgili süreçler durur. Bu durumlarda birçok hücre, fermantasyon süreci yoluyla besinleri parçalayarak ATP'yi sentezler.

Oksijen aşamasının özet denklemi

2C 3 H 4 O 3 + 36 H 3 PO 4 + 6 O 2 + 36 ADP = 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP + 2600 kJ

ATP'de biriken 1440 (40·36)

1160 kJ ısı olarak salınır

Oksijensiz ve oksijen aşamaları dahil olmak üzere oksijen solunumunun özet denklemi :

C6H12O6 + 38ADP + 38H3PO4 + 6O2 = 38ATP + 6CO2 + 44H2O

Enerji metabolizmasının son ürünleri (CO2, H2O, NH3) ve aşırı enerji, yapısı ve işlevleri özel ilgiyi hak eden hücre zarı yoluyla hücreden salınır.

metabolizma

Metabolizma, bir hücredeki maddelerin biyosentezi ve parçalanması reaksiyonlarının bir dizisidir. Bir hücredeki bir maddenin belirli bir enzimatik dönüşüm dizisine metabolik yol denir ve ortaya çıkan ara ürünler metabolitlerdir.

Metabolizmanın uzay ve zamanda birbirine bağlı iki yönü plastik ve enerji metabolizmasıdır.

Hücrenin içeriğine benzer karmaşık organik maddelerin, hücreye dışarıdan giren basit maddelerden oluştuğu biyolojik sentez reaksiyonları dizisine anabolizma (plastik metabolizma) denir. Asimilasyon yaşanıyor. Bu reaksiyonlar, gıdayla sağlanan organik maddelerin parçalanma reaksiyonları sonucunda ortaya çıkan enerji kullanılarak gerçekleşir. En yoğun plastik değişimi organizmanın büyümesi sırasında meydana gelir. Anabolizmanın en önemli süreçleri fotosentez ve protein sentezidir.

Katabolizma (enerji metabolizması) – karmaşık organik bileşiklerin daha basit olanlara enzimatik olarak parçalanması (hidroliz, oksidasyon). Disimilasyon meydana gelir. Bu reaksiyonlar enerji açığa çıkarır.

Enerji metabolizmasının aşamaları. Hücresel solunum.

Biyosentezin tersi olan süreç, bir dizi bölünme reaksiyonu olan disimilasyon veya katabolizmadır. Yüksek moleküllü bileşikler parçalandığında biyosentez reaksiyonları için gerekli enerji açığa çıkar. Bu nedenle disimilasyona hücrenin enerji metabolizması da denir. Heterotrofik organizmalar yaşam için gerekli enerjiyi besinlerden alırlar. Besinlerin kimyasal enerjisi, organik bileşiklerin molekülündeki atomlar arasındaki çeşitli kovalent bağlarda bulunur. Besinlerden salınan enerjinin bir kısmı ısı şeklinde dağılır ve bir kısmı biriktirilir; ATP'nin enerji açısından zengin yüksek enerjili fosfat bağlarında birikir. Her türlü hücresel fonksiyon için enerji sağlayan ATP'dir: biyosentez, mekanik çalışma, maddelerin zarlardan aktif taşınması vb. ATP sentezi mitokondride gerçekleşir. Hücresel solunum, salınan enerjinin depolanmasıyla ilişkili olarak hücredeki organik maddelerin (glikoz) serbest oksijen varlığında enzimatik olarak karbondioksit ve suya ayrışmasıdır.

Enerji metabolizması, her biri hücrelerin belirli bölgelerinde özel enzimlerin katılımıyla gerçekleştirilen bir dizi aşamaya bölünmüştür.

İlk aşama hazırlıktır. İnsanlarda ve hayvanlarda, sindirim süreci sırasında, oligo-, polisakkaritler, lipitler, proteinler, nükleik asitler dahil olmak üzere büyük gıda molekülleri, daha küçük moleküllere (glikoz, gliserol, yağ asitleri, amino asitler, nükleotidler) parçalanır. Bu aşamada az miktarda enerji açığa çıkar ve ısı olarak dağılır. Bu moleküller bağırsaklarda emilerek kana karışır ve çeşitli organ ve dokulara iletilir ve burada vücudun ihtiyaç duyduğu yeni maddelerin sentezinde yapı malzemesi olarak görev yapabilir ve vücuda enerji sağlanır.

İkinci aşama oksijensiz veya eksik anaerobik solunumdur (glikoliz veya fermantasyon). Bu aşamada oluşan maddeler enzimlerin katılımıyla daha da parçalanır.

Glikoliz, oksijensiz koşullar altında karbonhidratın ATP oluşumuyla parçalanmasının gerçekleştiği glikoz katabolizmasının merkezi yollarından biridir. Aerobik organizmalarda (bitkiler, hayvanlar) bu, hücresel solunumun aşamalarından biridir; mikroorganizmalarda fermantasyon, enerji elde etmenin ana yoludur. Glikoliz enzimleri sitoplazmada lokalizedir. İşlem oksijen yokluğunda iki aşamada gerçekleşir.

1). Hazırlık aşaması - glikoz moleküllerinin aktivasyonu, iki adet 3 karbonlu gliseraldehit fosfat molekülünün oluşmasıyla ATP tüketimiyle ortaya çıkan fosfat gruplarının eklenmesi sonucu oluşur.

2), redoks aşaması - substratın oksidasyonu anında enerji ATP formunda çıkarıldığında substrat fosforilasyonunun enzimatik reaksiyonları meydana gelir. Böylece, glikoz molekülü, iki adet 3 karbonlu pirüvik asit molekülüne kadar adım adım bölünmeye ve oksidasyona uğrar. Özetle glikoliz süreci şöyle görünür:

C 6 H 12 Ö 6 + 2 H 3 PO 4 + 2 ADP → 2 C 3 H 6 Ö 3 + 2 ATP + 2 H 2 O

Glikozun oksidasyonu sırasında protonlar uzaklaştırılır ve elektronlar NADH formunda depolanır. Kasta anaerobik solunum, bir glikoz molekülünü iki PLA molekülüne ayırır ve bunlar daha sonra indirgenmiş NADH kullanılarak laktik asite indirgenir. Maya mantarlarında, oksijenin katılımı olmayan bir glikoz molekülü, etil alkol ve karbondioksite (alkolik fermantasyon) dönüştürülür:

C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 PO 4 + 2 ADP → 2 C 3 H 5 OH + 2 CO 2 + 2 ATP + 2 H 2 O

Diğer mikroorganizmalarda glikozun (glikoliz) parçalanması aseton, asetik asit vb. oluşumuna neden olabilir.

Her durumda, bir glikoz molekülünün parçalanmasına 4 ATP molekülünün oluşumu eşlik eder. Bu durumda glikozun parçalanması reaksiyonlarında 2 ATP molekülü tüketilir. Böylece glikozun oksijensiz parçalanması sırasında 2 ATP molekülü oluşur. Genel olarak glikolizin enerji verimliliği düşüktür çünkü Enerjinin %40'ı ATP molekülünde kimyasal bağ olarak depolanır ve enerjinin geri kalanı ısı olarak dağılır.

Üçüncü aşama, oksijenin parçalanması veya aerobik solunum aşamasıdır. Aerobik solunum, oksijen mevcut olduğunda hücrenin mitokondrisinde meydana gelir. Hücresel solunum süreci de 3 aşamadan oluşur.

Önceki aşamada glikozdan oluşan ve mitokondriyal matrise giren PVC'nin oksidatif dekarboksilasyonu. Karmaşık bir enzim kompleksinin katılımıyla, bir karbondioksit molekülü bölünür ve NADH'nin yanı sıra bir asetil-koenzim A bileşiği oluşur.

Trikarboksilik asit döngüsü (Krebs döngüsü). Bu aşama çok sayıda enzimatik reaksiyonu içerir. Mitokondriyal matrisin içinde asetil koenzim A (çeşitli maddelerden oluşabilen) parçalanır, başka bir karbondioksit molekülü açığa çıkar ve ATP, NADH ve FADH oluşur. Karbondioksit kana girer ve solunum sistemi yoluyla vücuttan atılır. NADH ve FADH moleküllerinde depolanan enerji, hücresel solunumun bir sonraki aşamasında ATP'yi sentezlemek için kullanılır.

Oksidatif fosforilasyon, mitokondrinin iç zarında yer alan elektron taşıma zinciri boyunca indirgenmiş NADH ve FADH formlarından, ATP senteziyle birlikte son alıcı oksijene elektronların çok aşamalı bir transferidir. Elektron taşıma zinciri bir dizi bileşen içerir: ubikinon (koenzim Q), elektron taşıyıcı olarak görev yapan sitokromlar b, c, a. Elektron taşıma zincirinin işleyişi sonucunda NADH ve FADH'den gelen hidrojen atomları protonlara ve elektronlara ayrılır. Elektronlar yavaş yavaş oksijene aktarılır, böylece su oluşur ve elektron akışının enerjisi kullanılarak protonlar mitokondrinin zarlar arası boşluğuna pompalanır. Daha sonra protonlar, membranda yerleşik olan ATP sentetaz enziminin bir parçası olarak özel kanallardan geçerek mitokondriyal matrise geri döner. Bu ADP ve fosfattan ATP üretir. Elektron taşıma zincirinde oksidasyon ve fosforilasyonun 3 konjugasyon bölgesi vardır; ATP oluşum bölgeleri. Mitokondride enerji oluşumu ve ATP formunun mekanizması P. Mitchell'in kemiozmotik teorisi ile açıklanmaktadır. Oksijen solunumuna büyük miktarda enerjinin salınması ve bunun ATP moleküllerinde birikmesi eşlik eder. Aerobik solunumun genel denklemi şöyle mi görünüyor?

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38 H 3 PO 4 +38 ADP → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP

Böylece, bir glikoz molekülünün oksijen erişimiyle nihai ürünlere (karbon dioksit ve su) tamamen oksidasyonu ile 38 ATP molekülü oluşur. Sonuç olarak aerobik solunum, hücreye enerji sağlamada ana rolü oynar.

Fotosentez ve aerobik solunum arasındaki benzerlikler:

Karbondioksit ve oksijen değişimi için bir mekanizma gereklidir.

Özel organellere (kloroplastlar, mitokondri) ihtiyaç vardır.

Membranlara gömülü bir elektron taşıma zinciri gereklidir.

Enerji dönüşümü meydana gelir (fosforilasyonun bir sonucu olarak ATP sentezi).

Döngüsel reaksiyonlar meydana gelir (Calvin döngüsü, Krebs döngüsü).

Fotosentez ve aerobik solunum arasındaki farklar:

Fotosentez	Aerobik solunum
Karbonhidrat moleküllerinin basit inorganik bileşiklerden sentezlendiği bir anabolik süreç.	Karbonhidrat moleküllerinin basit inorganik bileşiklere parçalanmasının bir sonucu olarak disimilasyon süreci.
ATP enerjisi karbonhidratlarda birikir ve depolanır.	Enerji ATP şeklinde depolanır.
Oksijen açığa çıkar.	Oksijen tüketilir.
Karbondioksit ve su tüketilir.	Karbondioksit ve su açığa çıkar.
Organik kütlede artış var.	Organik kütlede azalma var.
Ökaryotlarda süreç kloroplastlarda meydana gelir.	Ökaryotlarda süreç mitokondride gerçekleşir.
Işıkta sadece klorofil içeren hücrelerde meydana gelir.	Yaşam boyunca tüm hücrelerde sürekli olarak meydana gelir.

Bu konular üzerinde çalıştıktan sonra şunları yapabilmelisiniz:

1. Aşağıdaki kavramları tanımlayın ve aralarındaki ilişkileri açıklayın:
   • polimer, monomer;
   • karbonhidrat, monosakkarit, disakkarit, polisakkarit;
   • lipit, yağ asidi, gliserol;
   • amino asit, peptid bağı, protein;
   • katalizör, enzim, aktif bölge;
   • nükleik asit, nükleotid.
2. Suyu canlı sistemlerin bu kadar önemli bir bileşeni haline getiren 5-6 nedeni sıralayın.
3. Canlı organizmalarda bulunan dört ana organik bileşik sınıfını adlandırın; her birinin rolünü açıklayın.
4. Enzim kontrollü reaksiyonların neden sıcaklığa, pH'a ve koenzimlerin varlığına bağlı olduğunu açıklayın.
5. ATP'nin hücrenin enerji ekonomisindeki rolünü açıklayın.
6. Işıkla indüklenen reaksiyonların ve karbon fiksasyonu reaksiyonlarının başlangıç ​​malzemelerini, ana adımlarını ve son ürünlerini adlandırın.
7. Hücresel solunumun genel şemasının kısa bir tanımını verin; buradan glikoliz reaksiyonlarının, H. Krebs döngüsünün (sitrik asit döngüsü) ve elektron taşıma zincirinin hangi yeri işgal ettiğini açıklığa kavuşturun.
8. Solunum ve fermantasyonu karşılaştırın.
9. DNA molekülünün yapısını tanımlayın ve neden adenin kalıntılarının sayısının timin kalıntılarının sayısına ve guanin kalıntılarının sayısının sitozin kalıntılarının sayısına eşit olduğunu açıklayın.
10. Prokaryotlarda DNA'dan (transkripsiyon) RNA sentezinin kısa bir diyagramını yapın.
11. Genetik kodun özelliklerini tanımlayın ve neden üçlü kod olması gerektiğini açıklayın.
12. Verilen DNA zinciri ve kodon tablosuna göre haberci RNA'nın tamamlayıcı dizisini belirleyin, transfer RNA'nın kodonlarını ve çeviri sonucunda oluşan amino asit dizisini belirtin.
13. Ribozom düzeyinde protein sentezinin aşamalarını sıralayınız.

Sorunları çözmek için algoritma.

Tip 1. DNA'nın kendi kendine kopyalanması.

DNA zincirlerinden biri aşağıdaki nükleotid dizisine sahiptir:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Aynı molekülün ikinci zinciri hangi nükleotid dizisine sahiptir?

Bir DNA molekülünün ikinci ipliğinin nükleotit dizisini yazmak için, birinci ipliğin dizisi bilindiğinde, timin yerine adenin, adenin yerine timin, guanin yerine sitozin ve sitozin yerine guanin koymak yeterlidir. Bu değişimi yaptıktan sonra şu sırayı elde ederiz:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tip 2. Protein kodlaması.

Ribonükleaz proteininin amino asit zinciri şu başlangıca sahiptir: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lisin...
Bu proteine ​​karşılık gelen gen hangi nükleotid dizisiyle başlıyor?

Bunu yapmak için genetik kod tablosunu kullanın. Her amino asit için, kod tanımını karşılık gelen üçlü nükleotid formunda bulup yazıyoruz. Bu üçlüleri karşılık gelen amino asitlerle aynı sıraya göre birbiri ardına düzenleyerek haberci RNA'nın bir bölümünün yapısının formülünü elde ederiz. Kural olarak, bu tür birkaç üçlü vardır, seçim sizin kararınıza göre yapılır (ancak üçüzlerden yalnızca biri alınır). Buna göre birkaç çözüm olabilir.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Bir protein aşağıdaki nükleotid dizisi tarafından kodlanıyorsa hangi amino asit dizisiyle başlar:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Tamamlayıcılık ilkesini kullanarak, bir DNA molekülünün belirli bir bölümünde oluşan haberci RNA'nın bir bölümünün yapısını buluyoruz:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Daha sonra genetik kod tablosuna dönüyoruz ve her bir nükleotid üçlüsü için, ilkinden başlayarak karşılık gelen amino asidi bulup yazıyoruz:
Sistein-glisin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Genel Biyoloji". Moskova, "Aydınlanma", 2000

• Konu 4. "Hücrenin kimyasal bileşimi." §2-§7 s. 7-21
• Konu 5. "Fotosentez." §16-17 s. 44-48
• Konu 6. "Hücresel solunum." §12-13 s. 34-38
• Konu 7. "Genetik bilgi." §14-15 s. 39-44

HÜCRESEL SOLUNUM

Hücreye enerji sağlayan ana süreçler, solunumun bir aşaması olan fotosentez, kemosentez, solunum, fermantasyon ve glikolizdir.

Kanla oksijen hücreye veya daha doğrusu özel hücresel yapılara - mitokondriye nüfuz eder. Bakteri hücreleri, mavi-yeşil algler ve olgun kan hücreleri (kırmızı kan hücreleri) dışındaki tüm hücrelerde bulunurlar. Mitokondride oksijen, çeşitli besinlerle (proteinler, karbonhidratlar, yağlar vb.) çok aşamalı bir reaksiyona girer. Bu sürece hücresel solunum denir. Sonuç olarak, hücrenin özel bir madde olan adenozin trifosforik asit veya ATP'de depoladığı kimyasal enerji açığa çıkar. Bu, vücudun büyümek, hareket etmek ve hayati fonksiyonlarını sürdürmek için harcadığı evrensel bir enerji deposudur.

Solunum, kimyasal olarak aktif metabolitlerin oluşumu ve hücreler tarafından hayati süreçler için kullanılan enerjinin salınması ile birlikte, oksijenin katılımıyla organik besinlerin oksidatif bir parçalanmasıdır.

Genel nefes alma denklemi aşağıdaki gibidir:

Burada Q=2878 kJ/mol.

Ancak nefes alma, yanmanın aksine çok aşamalı bir süreçtir. İçinde iki ana aşama vardır: glikoliz ve oksijen aşaması.

Glikoliz

Vücut için değerli olan ATP, yalnızca mitokondride değil, aynı zamanda glikoliz sonucu hücrenin sitoplazmasında da oluşur (Yunanca "glikis" - "tatlı" ve "lizis" - "çürüme" kelimelerinden gelir). Glikoliz membrana bağımlı bir süreç değildir. Sitoplazmada meydana gelir. Ancak glikolitik enzimler hücre iskeleti yapılarıyla ilişkilidir.

Glikoliz çok karmaşık bir süreçtir. Bu, oksijenin katılımını gerektirmeyen çeşitli enzimlerin etkisi altında glikozun parçalanma sürecidir. Bir glikoz molekülünün parçalanması ve kısmi oksidasyonu için, on bir ardışık reaksiyonun koordineli bir şekilde ortaya çıkması gereklidir. Glikolizde, bir glikoz molekülü iki molekül ATP'nin sentezlenmesini mümkün kılar. Glikozun parçalanmasının ürünleri daha sonra bir fermantasyon reaksiyonuna girerek etil alkole veya laktik asite dönüşebilir. Alkolik fermantasyon mayanın, laktik asit fermantasyonu ise hayvan hücrelerinin ve bazı bakterilerin karakteristiğidir. Birçoğu aerobiktir, yani. Yalnızca oksijensiz bir ortamda yaşayan organizmalar, glikoliz ve fermantasyon sonucunda üretilen yeterli enerjiye sahiptir. Ancak aerobik organizmaların bu küçük rezervi oldukça önemli ölçüde desteklemesi gerekiyor.

Solunumun oksijen aşaması

Glikozun parçalanma ürünleri mitokondriye girer. Orada ilk önce onlardan bir molekül karbondioksit ayrılır ve bu, çıkışta vücuttan atılır. "Sonradan yanma", Krebs döngüsü (Ek No. 1) (bunu tanımlayan İngiliz biyokimyacının adını almıştır) adı verilen ardışık bir reaksiyon zincirinde meydana gelir. Katılan enzimlerin her biri bileşiklere girer ve birkaç dönüşümden sonra tekrar orijinal haliyle salınır. Biyokimyasal döngü hiç de amaçsız bir şekilde daireler çizerek yürümek değildir. Daha çok iki kıyı arasında hızla ilerleyen bir feribota benziyor ama sonunda insanlar ve arabalar doğru yönde hareket ediyor. Krebs döngüsünde meydana gelen reaksiyonlar sonucunda ek ATP molekülleri sentezlenir, ek karbondioksit molekülleri ve hidrojen atomları ayrılır.

Yağlar da bu zincirde yer alır, ancak parçalanmaları zaman alır, bu nedenle acil olarak enerjiye ihtiyaç duyulursa vücut yağlar yerine karbonhidratları kullanır. Ancak yağlar çok zengin bir enerji kaynağıdır. Proteinler enerji ihtiyaçları için de oksitlenebilir, ancak yalnızca aşırı durumlarda, örneğin uzun süreli açlık sırasında. Proteinler hücre için acil bir kaynaktır.

ATP sentezinin en verimli süreci, oksijenin çok aşamalı solunum zincirine katılımıyla gerçekleşir. Oksijen birçok organik bileşiği oksitleyebilir ve aynı anda çok fazla enerji açığa çıkarabilir. Ancak böyle bir patlama vücut için felaket olur. Solunum zincirinin rolü ve aerobik olan her şey, yani. Oksijenle ilişkili nefes alma, tam olarak vücuda sürekli ve küçük porsiyonlarda - vücudun ihtiyaç duyduğu ölçüde enerji sağlamaktan oluşur. Benzinle bir benzetme yapılabilir: Yere dökülüp ateşe verilirse, hiçbir faydası olmadan anında alev alacaktır. Ve yavaş yavaş yanan bir arabada, benzin birkaç saat boyunca faydalı iş yapacaktır. Ancak bu, motor gibi karmaşık bir cihaz gerektirir.

Solunum zinciri, Krebs döngüsü ve glikoliz ile birlikte, her glikoz molekülünden ATP moleküllerinin "verimini" 38'e çıkarmayı mümkün kılar. Ancak glikoliz sırasında bu oran yalnızca 2:1 idi. Böylece aerobik solunumun etkinliği çok daha fazladır.

Solunum zinciri nasıl çalışır?

Glikoliz sırasında ATP sentezinin mekanizması nispeten basittir ve in vitro olarak kolaylıkla yeniden üretilebilir. Ancak solunum ATP sentezini laboratuvarda simüle etmek hiçbir zaman mümkün olmadı. 1961'de İngiliz biyokimyacı Peter Mitchell, solunum zincirindeki komşuları olan enzimlerin hücre boşluğunda yalnızca katı bir sıra değil, aynı zamanda açık bir düzen de gözlemlediğini öne sürdü. Solunum zinciri, sırasını değiştirmeden mitokondrinin iç kabuğuna (zarına) sabitlenir ve onu sanki dikiş atıyormuş gibi birkaç kez "diker". ATP'nin solunum sentezini yeniden üretme girişimleri başarısız oldu çünkü zarın rolü araştırmacılar tarafından hafife alındı. Ancak reaksiyon aynı zamanda zarın iç tarafındaki mantar şeklindeki büyümelerde yoğunlaşan enzimleri de içerir. Bu büyümeler ortadan kaldırılırsa ATP sentezlenmeyecektir.

Nefes almak zararlıdır.

Moleküler oksijen güçlü bir oksitleyici ajandır. Ancak güçlü bir ilaç olduğu için yan etkileri de olabilir. Örneğin oksijenin lipitlerle doğrudan etkileşimi toksik peroksitlerin oluşumuna neden olur ve hücrelerin yapısını bozar. Reaktif oksijen bileşikleri ayrıca proteinlere ve nükleik asitlere de zarar verebilir.

Bu zehirlerle zehirlenme neden olmuyor? Çünkü onların panzehiri var. Yaşam oksijen yokluğunda ortaya çıktı ve Dünya üzerindeki ilk canlılar anaerobikti. Daha sonra fotosentez ortaya çıktı ve onun yan ürünü olan oksijen atmosferde birikmeye başladı. O dönemde bu gaz tüm canlılar için tehlikeliydi. Bazı anaeroblar öldü, diğerleri oksijensiz köşeler buldu, örneğin toprak yığınlarına yerleşti; bazıları ise uyum sağlamaya ve değişmeye başladı. O zaman canlı hücreyi rastgele oksidasyondan koruyan mekanizmalar ortaya çıktı. Bunlar çeşitli maddelerdir: zararlı hidrojen peroksitin yok edicisi de dahil olmak üzere enzimler - kataliz ve diğer birçok protein olmayan bileşik.

Nefes almak ilk başta vücudu çevreleyen atmosferden oksijeni uzaklaştırmanın bir yolu olarak ortaya çıktı ve ancak daha sonra bir enerji kaynağı haline geldi. Yeni ortama uyum sağlayan anaeroblar aeroblara dönüştüler ve çok büyük avantajlar elde ettiler. Ancak oksijenin gizli tehlikesi onlar için hâlâ varlığını sürdürüyor. Antioksidan “panzehirlerin” gücü sınırsız değildir. Bu nedenle saf oksijende ve hatta basınç altında tüm canlılar oldukça hızlı bir şekilde ölürler. Hücre herhangi bir dış faktörden zarar görürse, genellikle önce koruyucu mekanizmalar başarısız olur ve ardından normal atmosferik konsantrasyonlarda bile oksijen zarar vermeye başlar.