Fluxul de energie în celulă
Fluxul de putere din celulă este procesele de nutriție a organismelor și a respirației celulare.
1. alimente - procesul de obținere a unei substanțe și a energiei de către organisme vii.
2. Respirația celulară - Procesul prin care organismele vii eliberează energia din substanțele organice bogate în timpul divizării lor enzimatice (disimulare) până la mai simple. Respirația celulară poate fi aerobică și anaerobă.
3. Respirație aerobă - Obținerea de energie are loc cu participarea oxigenului în procesul de divizare a substanțelor organice. Se numește și stadiul de oxigen (aerobic) al schimbului de energie.
Respirație anaerobă - obținerea de energie din alimente fără a utiliza oxigenul atmosferic gratuit. În general, fluxul de energie din celulă poate fi reprezentat după cum urmează (figura 5.3).
| ALIMENTE |
| Zahăr, acizi grași, aminoacizi |
| Respirația celulară |
| ATF. |
| CO 2, H 2 O, NH 3 |
| Lucrari chimice, mecanice, electrice, osmotice |
| ADP + N 3 RO 4 |
Fig.5.3. Fluxul de energie în celulă
Lucrări chimice: biosinteza în celula de proteine, acizi nucleici, grăsimi, polizaharide.
Munca mecanica: Reducerea fibrelor musculare, ciliațiilor, discrepanței cu cromozom mitoză.
Lucrări electrice - Menținerea diferenței potențiale asupra membranei celulare.
Muncă osmotică - Menținerea gradientelor materiei în celulă și mediul înconjurător.
Procesul de respirație aerobă are loc în trei etape: 1) pregătire; 2) fără oxigen; 3) oxigen.
Primul stagiu – pregătire sau etapa digestieCare include despicarea enzimatică a polimerilor la monomeri: proteine \u200b\u200bla aminoacizi, grăsimi la glicerol și acizi grași, glicogen și amidon la glucoză, acizi nucleici la nucleotide. Se întâmplă în tractul gastro-intestinal cu participarea enzimelor digestive și a citoplasmei celulelor cu participarea lizozomilor enzimelor.
În acest stadiu, se distinge o cantitate mică de energie care se disiporează sub formă de căldură și monomerii rezultați sunt supuși unei clipei suplimentare sau sunt utilizate ca material de construcție.
A doua fază – anaerobic (ox). Se desfășoară în celulele citoplasmatice fără participare la oxigen. Monomerii formați în prima etapă sunt supuși unei clipei suplimentare. Un exemplu de astfel de proces este gikoliz – fără scindare incompletă de glucoză incompletă.
În reacțiile de glicoliză dintr-o moleculă de glucoză (C6H12O6), se formează două molecule de co-co-co-acid (de la 3n 4 ° - PVC). În același timp, 4 atomi H + sunt scindați din fiecare moleculă de glucoză și se formează 2 molecule ATP. Atomii de hidrogen sunt atașați la cele de mai sus + (NicotinynAnintinucucleotid, funcția de peste și similară cu ea este efectuată pentru a lua hidrogen în prima reacție și pentru a le da (oxidat).
Găluștele de glicoliză arată astfel:
De la 6 H206 + 2ADF + 2N3 PO 4 + 2NV + → 2C3N4O3 + 2ATF + 2N2O + 2NV · H 2
În procesul de glicoliză, se distinge 200 kJ / mol de energie, din care 80 kJ sau 40% se află pe sinteza ATP, iar 120 kJ (60%) este disipată ca căldură.
a) în celulele animale, se formează 2 molecule de acid lactic, care în viitor se transformă în glicogen și depozitată în ficat;
b) În celulele vegetale, fermentația de alcool are loc cu eliberarea de CO 2. Produsul final este etanol.
Respirația anaerobă în comparație cu oxigenul respiră o formă evolutivă anterioară, dar mai puțin eficientă de energie de la substanțe nutritive.
A treia etapă – aerobic(oxigenul, respirația țesutului) fluxurile în mitocondriile și necesită prezența oxigenului.
Compușii organici formați în stadiul fără oxigen anterior sunt oxidați prin scindarea hidrogenului la CO2 și H20. Atomii de hidrogen deconectați utilizând purtători sunt transmise la oxigen, interacționează cu acesta și formează apă. Acest proces este însoțit de eliberarea unei cantități semnificative de energie, parte din care (55%) merge la formarea apei. În stadiul de oxigen, se pot distinge reacțiile ciclului Krex și reacția de fosforilare oxidativă.
Ciclul de cresuri (Ciclul acizilor tricarboxilici) are loc în matricea mitocondrială. A fost deschisă de biochimistul englez H. Krebs în 1937.
Ciclul Krebs începe reacția acidului pirubil cu acid acetic. În același timp, se formează acid citric, care, după o serie de conversii de conversie, devine acid acetic și ciclul se repetă.
În timpul reacțiilor ciclului KREX de la o moleculă din PVC, se formează 4 perechi de atomi de hidrogen, două molecule de CO 2, o moleculă ATP. Dioxidul de carbon este derivat din celulă, iar atomii de hidrogen sunt conectați la moleculele de purtători - peste și pe faze (phlavineeninucucucucucleotidă), rezultând peste · H2 și FAD · H 2.
Transmiterea energiei de sus · H2 și FAD · H2, care au fost eludate în Krebs și la stadiul anaerob pre-arogant, la ATP constată mitocondriile interioare ale membranei în lanțul respirator.
Lanțul respirator sau circuitul de transfer electronic (lanțul transponderului electronic) Acesta este conținut în mitocondria interioară a membranei. Baza sa alcătuiesc purtători de electroni, care fac parte din complexele enzimatice care catalizează reacțiile redox.
Perechile de hidrogen sunt scindate deasupra · H2 și FAD · H2, sub formă de protoni și electroni (2N + + 2E), introduceți lanț electro-transport. În lanțul respirator, ele intră într-o serie de reacții biochimice, rezultatul final al căruia este sinteza ATP (Fig.5.4).
Smochin. 5.4 Lanț electronic de transport
Electronii și protonii sunt capturați de moleculele purtătorilor lanțului respirator și sunt transferate: electroni pe partea interioară a membranei și protoni la exterior. Electronii sunt conectați la oxigen. Atomii de oxigen devin negativ negativ:
O 2 + E - \u003d O 2 -
Pe partea exterioară a membranei, protonii sunt acumulați (H +) și de la anii interiori (O 2-). Ca rezultat, diferența potențială crește.
În unele locuri, membrana este construită în moleculele enzimatice pentru sinteza ATP (ATP sintetază), care are un canal ionic (proton). Atunci când diferența dintre potențialele pe membrană ajunge la 200mV, protoni (H +) prin puterea câmpului electric sunt împinse prin canal și trece la partea interioară a membranei în care interacționează cu O2 - Formarea H 2
½ o 2 + 2N + \u003d H20
Oxigenul care intră în mitocondrie este necesar pentru a atașa electronii (E -) și apoi protoni (H +). În absența a 2 procese legate de transportul de protoni și electroni, încetați. În aceste cazuri, multe celule sintetizează ATP, împărțind substanțele nutritive în procesul de fermentare.
Ecuația totală a etapei de oxigen
2C3N4O3 + 36N3 PO 4 + 6O2 + 36 ADF \u003d 6S02 + 42H2O + 36ADTF + 2600KJ
1440 (40 · 36) acumulate în ATP
1160 kJ se remarcă sub formă de căldură
Ecuația totală a respirației de oxigen cuprinzând etapele fără oxigen și oxigen :
De la 6 N 12 o 6 + 38ADF + 38N 3 PO 4 + 6O 2 \u003d 38atff + 6S02 + 44N 2
Produsele finite de schimb energetic (CO2, H20, NH3), precum și excesul de energie sunt izolate din celulă prin membrana celulară, structura și funcțiile care merită o atenție deosebită.
În toate celulele vii
Glucoza este oxidată de oxigen
La dioxidul de carbon și apa,
Acest lucru evidențiază energia.
Respirația celulară (complexitatea medie)
0. Etapa pregătitoare
În sistemul digestiv, substanțele organice complexe se dezintegrează până la mai simple (proteine \u200b\u200bla aminoacizi, amidon la glucoză, grăsimi la glicerol și acizi grași etc.). Aceasta distinge energia care este disipată sub formă de căldură.
1. Glicolizis.
Apare în citoplasmă, fără participarea oxigenului (anaerobo). Glucoza este oxidată la două molecule de acid peeling, iar energia sub formă de 2 ATP și energia electronică bogată pe purtători este formată.
2. Oxidarea PVC în mitocondriile
Apare în mitocondriile. PVC este oxidat la dioxidul de carbon, se formează electronii bogați în energie. Acestea restaurează oxigenul, în timp ce se formează apă și energie pentru 36 de ATP-uri.
Fermentarea și respirația oxigenului
Fermentaţie Se compune din glicoliză (2 ATP) și transformarea PVC în acid lactic sau alcool + dioxid de carbon (0 ATP). Total 2 ATP.
Oxigen Respirația constă din glicoliză (2 ATP) și oxidarea PVC în mitocondriile (36 ATP). Total 38 ATP.
Mitocondria.
Acoperite cu două membrane. Membrana exterioară este netedă, interiorul a crescut în interior - Crisys, ele măresc suprafața membranei interioare pentru a aranja cât mai multe enzime de respirație celulară.
Mediul intern al mitocondrii se numește matrice. Conține ADN de inel și ribozomi mici (70 de ani), datorită mitocondriilor lor, fac parte independent din proteine \u200b\u200bpentru ei înșiși, astfel încât acestea sunt numite organoide semi-autonome.
În procesul de despicare completă a glucozei, au fost formate 684 molecule ATP. Câte molecule de glucoză au fost împărțite? Câte molecule ATP au fost formate ca urmare a glicolizei? Notați cele două numere în ordinea specificată în sarcină, fără separatoare (lacune, virgule etc.).
Răspuns
În procesul de glicoliză, au fost formate 84 de molecule de acid pirogradic. Care este numărul de molecule de glucoză și câte molecule ATP sunt formate atunci când este oxidare completă? Notați cele două numere în ordinea specificată în sarcină, fără separatoare (lacune, virgule etc.).
Răspuns
15 molecule de glucoză au intrat în disimulare. Determinați cantitatea de ATP după glicoliză, după etapa energetică și efectul total de disimulare. Notați cele trei numere în ordinea specificată în sarcină, fără separatoare (lacune, virgule etc.).
Răspuns
Selectați una, cea mai corectă opțiune. Împărțirea lipidelor la glicerol și acizi grași apare în
1) Stadiul pregătitor al schimbului de energie
2) procesul de glicoliză
3) Etapa de oxigen a schimbului de energie
4) În timpul schimbului de plastic
Răspuns
Toate semnele enumerate mai jos pot fi utilizate pentru a descrie procesul respirator de oxigen. Determinați cele două semne, "căderea" din lista generală și scrieți numerele în care sunt indicate.
1) Procesul aerobic
2) molecula de glucoză se rupe în două molecule de acid lactic
3) Se formează 36 de molecule ATP
4) se desfășoară în mitocondriile
5) Energia este acumulată în două molecule ATP
Răspuns
Selectați una, cea mai corectă opțiune. Câte molecule ATP sunt în procesul de glicoliză?
1) 2
2) 32
3) 36
4) 40
Răspuns
1. Instalați corespondența dintre procese și etapele catabolismului: 1) Pregătitor, 2) glicoliz, 3) respirație celulară. Notați numerele 1, 2, 3 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) Molecule de sinteză 2 ATP
B) Oxidarea acidului peerinograilor la dioxidul de carbon și apă
C) hidroliza substanțelor organice complexe
D) clivaj de glucoză
E) dispersarea energiei crescute sub formă de căldură
E) molecule de sinteză 36 ATP
Răspuns
2. Instalați corespondența dintre caracteristicile și etapele bursei de energie: 1) pregătire, 2) fără oxigen, 3) oxigen. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) Se formează acid pirogradic
B) Procesul continuă în lizozomi
C) sunt sintetizate mai mult de 30 de molecule ATP
D) se formează numai energia termică
E) Procesul se desfășoară pe mitocondria de cristale
E) procesul se desfășoară în hialoplasmă
Răspuns
3. Setați corespondența dintre procesele și etapele bursei de energie: 1) Pregătitor, 2) anaerobic, 3) aerobic. Notați numerele 1-3 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) divizarea hidroliteosk a substanțelor organice
B) clivaj fără glucoză fără oxigen
C) reacții ciclice
D) Formarea PVK
E) scurgeri în mitocondriile
E) dispersarea energiei sub formă de căldură
Răspuns
Toate semnele enumerate mai jos, cu excepția a două, descriu reacțiile care apar în timpul schimbului de energie la om. Determinați cele două semne, "căderea" din lista generală și scrieți numerele în care sunt indicate.
1) Formarea de oxigen de apă
2) Molecule de sinteză 38 ATP
3) divizarea glucozei până la două molecule de acid pirogradic
4) Restaurarea dioxidului de carbon la glucoză
5) Formarea dioxidului de carbon și a apei în celule
Răspuns
Setați corespondența dintre procesul și pasul schimbului de energie, pe care apare acest proces: 1) fără oxigen, 2) oxigen. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) lanțul de transport de transport de transport
B) oxidare completă la CO2 și H2O
C) Formarea acidului peyrografic
D) glicolizis.
E) molecule de sinteză 36 ATP
Răspuns
1. Instalați secvența etapelor de amidon ale moleculelor de amidon în timpul schimbului de energie
1) Formarea moleculelor din PVC (acid de la colegii)
2) despicarea moleculelor de amidon la dizaharide
3) dioxid de carbon și formarea apei
4) Formarea moleculelor de glucoză
Răspuns
2. Instalați secvența de procese care apar la fiecare etapă a schimbului de energie al unei persoane.
1) despicarea amidonului la glucoză
2) oxidarea completă a acidului piruogradic
3) Sosirea monomerilor într-o cușcă
4) Glicoliz, formarea a două molecule ATP
Răspuns
3. Instalați secvența de procese care apar în schimbul de carbohidrați în corpul uman. Înregistrați secvența corespunzătoare a numerelor.
1) despicarea amidonului sub acțiunea enzimelor de saliva
2) Oxidarea completă a dioxidului de carbon și a apei
3) scindarea carbohidraților sub acțiunea enzimelor de suc pancreatic
4) divizarea de glucoză anaerobă
5) aspirația glucozei în sânge și transportul către celulele corpului
Răspuns
4. Instalați secvența proceselor de oxidare a moleculelor de amidon în timpul metabolismului energetic. Înregistrați secvența corespunzătoare a numerelor.
1) Formarea acidului citric în mitocondriile
2) despicarea moleculelor de amidon la dizaharide
3) formarea a două molecule de acid pirogradic
4) Formarea moleculei de glucoză
5) Formarea dioxidului de carbon și a apei
Răspuns
Selectați una, cea mai corectă opțiune. În stadiul pregătitor al metabolismului energetic, materiile prime sunt
1) aminoacizi
2) Polizaharide
3) monosaccharica
4) acizi grași
Răspuns
Selectați una, cea mai corectă opțiune. Unde se face etapa anaerobă a fluxului de glicoliză?
1) în mitocondriile
2) În plămâni
3) în tubul digestiv
4) în citoplasmă
Răspuns
1. Setați corespondența dintre caracteristica schimbului de energie și etapa sa: 1) glicoliz, 2) oxidarea oxigenului
A) are loc în condiții anaerobe
B) are loc în mitocondriile
C) formarea acidului lactic
D) Se formează acid piruvic
E) 36 molecule ATP sunt sintetizate
Răspuns
2. Instalați corespondența dintre caracteristicile și etapele schimbului de energie: 1) glicoliz, 2) respirație. Înregistrați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) încasări în citoplasmă
B) 36 molecule ATP
C) curge pe cristale mitocondriile
D) se formează PVC
E) încasări în mitocondria matricei
Răspuns
3. Montați corespondența dintre caracteristica și pasul metabolic la care se referă: 1) glicoliz, 2) despicarea oxigenului. Înregistrați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) PVC este împărțit la CO2 și H2O
B) lopeți de glucoză la PVC
C) sunt sintetizate două molecule ATP
D) 36 molecule ATP sunt sintetizate
E) a provenit dintr-o etapă ulterioară a evoluției
E) apare în citoplasmă
Răspuns
Setați corespondența dintre procesele de schimb de energie și etapele sale: 1) fără oxigen, 2) oxigen. Scrieți numerele 1 și 2 în secvența corectă.
A) clivaj de glucoză în citoplasmă
B) molecule de sinteză 36 ATP
D) oxidarea completă a substanțelor la CO2 și H2O
E) formarea de acid piruogradic
Răspuns
1. Instalați corespondența dintre caracteristica metabolismului energetic și etapa sa: 1) pregătire, 2) glicoliz. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) apare în citoplasmă
B) apare în lizozomi
C) toate energia scutită disipează sub formă de căldură
D) Datorită energiei eliberate sintetizează 2 molecule ATP
E) Biopolimeri de defalcare la monomeri
E) glucoză glucoză la acid piruvic
Răspuns
2. Instalați corespondența dintre procese și etapele respirației celulare: 1) pregătire, 2) glicoliz. Înregistrați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) apare în hialoplasma celulelor
B) are loc cu participarea enzimelor hidrolitice lizozomi
C) împărțirea biopolimerii la monomeri
D) procesul de educație energetică pentru anaerobov
D) se formează PVC
Răspuns
Ce afirmații despre etapele schimbului de energie sunt corecte? Determinați cele trei declarații drepte și scrieți numerele în care sunt indicate.
1) Etapa anaerobă a schimbului de energie continuă în intestin.
2) Etapa anaerobă a schimbului de energie încasate fără oxigen.
3) Etapa pregătitoare a schimbului de energie este scindarea macromoleculelor la monomeri.
4) Etapa aerobă a schimbului de energie încasă fără participarea oxigenului.
5) Etapa aerobă a schimbului de energie încastrată la formarea produselor finale de CO2 și H2O.
Răspuns
Instalați corespondența dintre proces și pasul de schimb de energie în care apare: 1) fără oxigen, 2) oxigen
A) divizarea glucozei
B) molecule de sinteză 36 ATP
C) Formarea acidului lactic
D) oxidare completă la CO2 și H2O
E) Formarea PVC, NAD-2N
Răspuns
1. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a scrie celula eucariotă descrisă în figură. Determinați cele două caracteristici, "Dropping" din lista generală și scrieți numerele în care sunt indicate:
3) organoidele cu două fațete
4) efectuează sinteza ATP
5) Creșterea după divizare
Răspuns
2. Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a scrie celula eucariotică descrisă în figură. Determinați cele două caracteristici, "Dropping" din lista generală și scrieți numerele în care sunt indicate:
1) membrana interioară formează tylacoids
2) Cavitatea organoidelor interne - Strom
3) organoidele cu două fațete
4) efectuează sinteza ATP
5) Creșterea după divizare
Răspuns
3. Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a descrie mitocondriile. Determinați cele două caracteristici, "Dropping" din lista generală și scrieți numerele ca răspuns, sub care sunt indicate.
1) nu sunt împărțite în timpul duratei de viață a celulei
2) au propriul lor material genetic
3) sunt singure-dimmabile
4) conțin enzime de fosforilare oxidativă
5) Aveți o membrană dublă
Răspuns
4. Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a descrie structura și funcțiile mitocondrii. Determinați cele două caracteristici, "Dropping" din lista generală și scrieți numerele ca răspuns, sub care sunt indicate.
1) împărțiți biopolimerii la monomeri
2) conține căsătorii interconectate
3) au complexe enzimatice situate pe Crysta
4) Oxidarea materiei organice cu formarea ATP
5) au o membrană în aer liber și internă
Răspuns
5. Toate caracteristicile de mai jos, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie structura și funcțiile mitocondrii. Determinați cele două caracteristici, "Dropping" din lista generală și scrieți numerele ca răspuns, sub care sunt indicate.
1) împărțirea biopolimerii la monomeri
2) scindarea moleculelor de glucoză la acidul de la egal la egal
3) Oxidarea acidului piirordic la dioxid de carbon și apă
4) Pictura energetică în moleculele ATP
5) Formarea apei cu participarea oxigenului atmosferic
Răspuns
Toate procesele enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt schimbul de energie. Determinați două procese, "căderea" din lista generală și scrieți numerele în care sunt specificate.
1) respirație
2) fotosinteza.
3) Sinteza proteinei
4) Glicolizis.
5) Fermentarea
Răspuns
Selectați una, cea mai corectă opțiune. Ceea ce se caracterizează prin procese biologice de oxidare
1) Viteză mare și eliberare rapidă a energiei sub formă de căldură
2) Participarea enzimelor și a pasului
3) Participarea hormonilor și vitezei reduse
4) hidroliza polimerilor
Răspuns
Alegeți trei caracteristici ale structurii și funcțiilor mitocondrii
1) membrana interioară formează boabe
2) incluse în kernel
3) sintetizați propriile proteine
4) sunt implicați în oxidarea substanțelor organice la dioxidul de carbon și apa
5) Furnizați sinteza glucozei
6) sunt sinteza ATP
Răspuns
Reacțiile fazei pregătitoare ale schimbului de energie apar în
1) cloroplaste de plante
2) canale ale rețelei endoplasmice
3) lizozomi de celule animale
4) organe digestive umane
5) Holly Eucarota
6) Vacuiile digestive ale celor mai simple
Răspuns
Care este caracteristica etapei de oxigen a procesului energetic?
1) fluxurile de citoplasmă celulară
2) Se formează molecule din PVC
3) îndeplinește toate organismele cunoscute
4) încasări în matricea mitocondrii
5) Există un randament ridicat al moleculelor ATP
6) Există reacții ciclice
Răspuns
Analizați tabelul "Etapele schimbului de energie al carbohidraților din celulă". Pentru fiecare celulă indicată de literă, selectați termenul corespunzător sau conceptul corespunzător din lista propusă.
1) dispozitivul Golgi
2) lizozomi
3) educație 38 molecule ATP
4) educație 2 molecule ATP
5) fotosinteza.
6) Faza întunecată
7) Aerobic
8) Plastic
Răspuns
Analizați tabelul "Exchange Energy". Pentru fiecare literă, selectați termenul corespunzător din lista propusă.
1) anaerobic
2) oxigen
3) Predicția
4) pregătire
5) Două molecule de acid pirogradic
6) Două molecule ATP
7) fosforilarea oxidativă
8) glicolizis.
Răspuns
Instalați corespondența dintre procese și etapele schimbului de energie: 1) fără oxigen, 2) pregătire. Înregistrați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) Moleculele de amidon divizate
B) 2 molecule ATP sunt sintetizate
C) debitul în lizozomi
D) sunt implicate enzime hidrolitice
E) se formează molecule de acid pirogradic
Răspuns
Se știe că mitocondria este organoizii semi-autonome ai organismelor eucariote aerobe. Selectați trei declarații din următorul text, în sensul caracteristicilor descrise mai sus și scrieți numerele în care sunt specificate. (1) Mitocondriile - organisme destul de mari, ocupă o parte semnificativă a citoplasmei celulare. (2) Mitocondriile au propriul ADN de inel și ribozomi mici. (3) Cu ajutorul microcloctelor celulelor vii, a fost posibilă detectarea faptului că mitocondria este mobilă și plastic. (4) Celulele organismelor care au nevoie de oxigenul molecular liber pentru procesele respiratorii, în mitocondriile, oxidează PVC la dioxid de carbon și apă. (5) Mitochondria poate fi numită stații de energie ale celulei, deoarece energia eliberată în ele este intensificată în moleculele ATP. (6) Aparatul nuclear reglementează toate procesele de celule vitale, inclusiv activitatea mitocondrii.
Răspuns
© DV Pozdnyakov, 2009-2019
Numărul de curs 8.
Respirația celulară are loc în mitocondriile. În membrana interioară a acestui organ, lanțul de transport electronic (respirator) este concentrat, asigurând transferul intermolecular de electroni de la substraturile de respirație celulară pe oxigenul molecular (procesul de oxidare biologică) și sistemul de oxidare cu fosforilare (sinteza ATP de la ADP).
Molecula ATP a fost evidențiată pentru prima dată de Fiske și Subarrow din extractele musculare scheletice în 1929. După 2 ani, biochimistul intern V.A. Engelgardt a descoperit legătura dintre sinteza ATP și respirația celulelor. După încă 10 ani, Lipman a formulat situația că ATP este o "monedă energetică" universală în corpul uman și animale, deoarece efectuează misiunea mediatorului între o sursă de energie externă (Soare) și activitatea utilă a sistemelor biologice.
Oxidare biologică.Toate substraturile respirației celulare, care sunt produse de scindare de carbohidrați, proteine \u200b\u200bși grăsimi, protoni de aprovizionare în mitocondriile (H +) și π -Electronii, care pe calea către oxigen trebuie transmise de-a lungul releului de la aceeași substanță la alta în lanțul respirator mitocondrial. Într-o astfel de călătorie, electronii își dau energia la sinteza ATP, nu simultan și nu într-un singur punct și porțiuni pe treptele cascadei moleculelor care stau în membrană într-o ordine strictă predeterminată de potențialul lor de restaurare, adică afinitatea lor electroni (cu atât este mai mare valoarea potențialului de reducere pozitiv, cu atât este mai mare gradul de afinitate pentru electroni).
Transfer de cascadă π - Electronii de pe lanțul respirator Mitocondriile ilustrează schema (figura 32). Fiecare componentă (coofer sau macromolecule cofactor)Și mai mult de 15 (în diagramă nu sunt prezentate), are proprietățile unei perechi redox. În starea oxidată, o astfel de moleculă este un acceptor de electroni și nu intră singură, ci în pereche. Luând o pereche de electroni, molecula este restaurată și dobândește proprietățile donatorului electronic. Astfel, nicotinamidatedinucinucleotida (deasupra +), care a acceptat o pereche de electroni, restabilită la NADP și acum servește drept donator principal de electroni pentru lanțul respirator. În reacțiile în care se formează NADP, 2 atomi n sunt luați din molecula de substrat, care dau 1 ion de hidrură (atom de hidrogen cu un electron suplimentar - H: -) și 1 proton. În plus față de NADV, electronii din lanțul respirator pot fi succinați, glicelofosfați și alte substanțe, dar apoi sunt sintetizate mai puține molecule ATP.
Smochin. 32. Schema de transfer intermolecular al electronilor π-electroni de către lanțul respirator Mitocondriile: În stânga - potențialul de reducere a perechii redox ale componentelor lanțului respirator, la dreapta - energia liberă scade pe fiecare dintre cele trei etape a emisiilor de protoni la citosol.
La transferarea unei perechi de electroni cu oxigen la oxigen, se formează 3 molecule ATP, iar transportul electronic în lanțul respirator începe cu faptul că ionul de hidrură este selectat (H: - -). Este regenerată peste +, iar ionul de hidrură se transformă în H + și 2e.
NADN este o conexiune destul de stabilă. Pentru separarea de ea, electronii este nevoie de mare putere. O astfel de forță este diferența dintre potențialele reductive dintre perechile redox: nicotinamedadenindinucleotidă (peste + / NADR) și prima componentă a lanțului respirator - flavoproteină (coenserul său este flavinucleotide - FMN). Această substanță are potențialul reducător standard al perechii redoxului este de 0,30 V, în timp ce peste + / NS este egal cu 0,32 V. Diferența este de numai 0,02 V, dar distanța dintre moleculele adiacente care formează lanțul respirator în mitocondriile membranei interioare, nr mai mult de 2,5 nm. Prin urmare, tensiunea câmpului electric între NADR și FMN oxidat este foarte mare (aproximativ 10 7 V · M -1), iar FMN are un potențial mai pozitiv decât perechea redox anterioară și "strânge" π-electronii cu NADP.
Oferind electronilor, este oxidat la peste +, iar acum această pereche de redox este gata să ia o nouă pereche de electroni, iar FMN oxidat, care a înghițit electronii de la NADB este restabilită. Următoarea componentă a lanțului electro-transport (vezi Fig.33) - Coenzima Q., a cărui moleculă are o "coadă" de 10 unități izopren, care o ține în mitocondria interioară a membranei. Această moleculă are proprietățile perechii redox, a cărei potențial de reducere standard este de +0,07 V. Este nevoie de o pereche de electroni de la FMN și este restabilită, iar predecesorul său este oxidat și devine acceptor π -Electronii.
Pentru coenzima Q. În membrana mitocondrială există mai multe citocromuri (B, C 1, C, A + A 3).Citocrom. în, cu 1, cuacesta conține ion de fier ca un cofactor capabil să facă transformări de la oxidate (FE 3+) la forma restaurată (FE 2+) și înapoi. Complexul Cytochromov (dar+ dar 3) se numește citocrom oxidază și conține nu numai fier, ci și cupru. Costurile ulterioare citocromului din coenzima Q.Potențialul de recuperare din ce în ce mai pozitiv al perechii sale redox: de la citocrom în(+ 0,12 c) la citocroma oxidază (+0,55 V). Cu citocrom oxidază π - Electronii intră în oxigen și îl restaurează la apă. Potențialul de recuperare standard Potențial de redox: O 2 / H20 este egal cu +0,82 V, adică O 2 posedă cea mai mare afinitate pentru electroni.
Astfel, când transferați o pereche π -Electronii cu peste 2 diferența de reducere a potențialelor este de 1,14 V (de la -0,32 V la + 0,82 V). Între picăturile de potențial de reducere standard ( U.) și schimbări în energia liberă a sistemului ( G.) Există o dependență directă proporțională:
(33)
unde p.- numărul de electroni portabili ( n.= 2), F. - Numărul de Faraday ( F. \u003d 96484 CL · MOL -1).
Conform calculului, schimbarea în energia liberă π -Electronii cu transferul lor intermolecular de peste 2 este de 220 kJ · mol -1. Minus semnul înseamnă portabil π - Electronii își pierd energia în lanțul respirator. Dar ea nu este cheltuită atât de mult. "Cota leului" (de la 43 până la 60%) merge la sinteza ATP, căldura sa este convertită relativ mică (aproximativ 15%), iar în detrimentul sistemelor energetice rămase funcționează în membrana mitocondrială.
Comparând amploarea potențialului de restaurare a componentelor sistemelor fotosintezei și a lanțului respirator, este ușor să vă asigurați că energia solară, convertită π -Electronic la fotosinteza este petrecut în principal pe respirația celulară (pe sinteza ATP). Datorită absorbției a două fotoni cu ambele sisteme fotos (FS II și FS I) π -Electronii sunt transferați de la P 680 la Ferredoxin, sporind energia sa liberă cu aproximativ 241 kJ · MOL -1. Partea sa mică este cheltuită la transfer π -Electronii în plantele verzi cu ferredoxină pe NADF +. Ca rezultat, substanțele sunt sintetizate, care devin apoi alimente pentru heterotrofe și sunt transformate în substraturi de respirație celulară. La începutul lanțului respirator, furnizarea de energie liberă π -Electronii este de 220 kJ · mol -1. Înseamnă că π -Electronii care acumulează energia solară a scăzut doar 21 kJ · mol -1. În consecință, mai mult de 90% din energia solară stocată în plantele verzi sunt excitate π - electron la lanțul respirator al mitocondrii de animale și de om.
Produsul final al reacțiilor de oxidare în lanțul respirator al mitocondrii este apa. În cursul oxidării biologice la om, aproximativ 300 ml din așa-numitul oxidarea apei endogene.La consolidarea metabolismului, este amplificată formarea de oxidare a apei endogene. Volumul său este determinat de masa substraturilor oxidate de respirație celulară: în timpul oxidării de 100 g de grăsime, se formează aproximativ 100 ml de apă, în timp ce oxidarea de 100 g de proteină și 100 g carbohidrați dă 40 și 50 ml de apă , respectiv.
Datorită absorbției fotonului, electronii obțin cea mai mare biopotențială în sistemele fotoseme ale plantelor. De la acest nivel ridicat de energie, ele sunt discrete (pe trepte) coborând la cel mai mic nivel de energie din biosferă - nivelul apei.Energia dată de electroni la fiecare etapă a acestei scări se transformă în energia legăturilor chimice și astfel determină viața animalelor și a plantelor.
Electronii de apă sunt "înviorați" în procesul de fotosinteză, apelând fundația electronică a clorofilului p 680 pe măsură ce le pierde π - Electronii sub acțiunea soarelui și respirația celulară generează din nou apă, ale căror electronii nu sunt capabili să-i dea activitatea chimică în corpul animalelor și a oamenilor.
Pentru fosforilarea oxidativă, o organizație de membrană a unui sistem respirator celular este importantă, oferind ordinea strictă a aranjamentului reciproc al moleculelor care formează cascada lanțului de transport electro-transport și întregul ansamblu molecular de conjugare a proceselor de oxidare și fosforilare. Reconstrucția lanțului respirator a fost nereușită până când E. Racker a ghicit să-și aranjeze componentele (purtători π -Electronii) în membrana mitocondrială Asimetrică. Unii purtători sunt concentrați în exteriorul membranei mitocondriale interioare, altele - pe interne, al treilea (citochucleoză) - pătrunde prin aceasta și pompa de protoni (F)nu numai că "cusută" întreaga membrană, dar acționează și în matrice. Caracteristicile structurale și topografice vectoriale ale organizării moleculare a mitocondrii interioare a membranei sunt o condiție prealabilă pentru transformarea energiei excitat π - Electronii în energia liberă a Comunicației Fosfat Incidente ATP.
Conjugarea de oxidare și fosforilare. in afara de asta π -Electronii transportați din moleculă la molecula lanțului respirator de-a lungul mitocondrii interior a membranei, prin intermediul acesteia (peste) unele particule sunt transferate: elementar (protoni) și mult mai mare (de exemplu, molecule ATP). Transportul de protoni oferă conjugarea de oxidare și fosforilare. Cel mai important rol în acest proces aparține H-Atphaz (Pompa de Proton) încorporată în membrana mitocondrială interioară.
Datorită energiei libere alocate în timpul transportului pe lanțul respirator (DC) al perechii de electroni, se formează 3 molecule ATP. În așa-numitele condiții standard, atunci când concentrațiile de ATP, ADP și acidul ortofosforic sunt 1 mol · L -1, cantitatea de schimbare a energiei libere ( G.) În hidroliza apelului ATP schimbarea energiei gratuite standardpentru această reacție (G 0.) - este egal cu 31,4 kJ · MOL -1. În alte condiții G. difera de G 0.. Astfel, cu concentrații ATP, ADP și H3P04, caracteristice celulelor în condiții fiziologice, energia hidrolizei ATP (precum și energia sintezei ATF din ADP și H3P04) pot ajunge la 45 kJ · mol - 1.
Numărul de molecule ATP sintetizate cu oxidareaceasta sau această chestiune este determinată de numărul de perechi de electroni furnizați de acesta în lanțul respirator. În general, restaurarea 2 BC 2 o poate fi reprezentată ca reacții:
Astfel, în lanțul respirator din stadiile precedente ale divizării substanțelor organice în celulă, atomii de hidrogen trebuie să curgă, care sunt surse directe de electroni care îl desfășoară. Potrivit lui A. Saint-Differi, "Hidrogenul este combustibilul vieții și nici un electron în sistemele vii nu se poate mișca dacă hidrogenul nu îl însoțește". ÎN În cele din urmă, toate substraturile de respirație celulară de aprovizionare protoni și electroni în lanțul respirator.Acestea se formează în principal când împărțirea apei, catalizată de sisteme de enzime speciale. Printre acestea, cel mai important rol ca etapa preliminară a fosforilării oxidative aparține așa-numitului ciclu Krebs. Începe căile multor procese biosintetice (sinteza carbohidraților, lipidelor, proteinelor și altor compuși organici complexi).
În același timp, acesta servește drept furnizor principal de electroni și protoni pe peste +. În reacțiile ciclului Krebs sunt formate cu 2, N + și electroni care restaurează peste + la NADN. Scopul principal al ciclului Krex în respirația celulară este creșterea producției de energie liberă din compușii organici prin carcasa de divizare a apei pentru formarea unui număr mai mare de protoni și electroni furnizați în continuare în lanțul respirator.
Pentru a obține o idee generală despre importanța fosforilării oxidative în furnizarea energetică a organismului, este utilă cuantificarea sintezei ATP atunci când clivajul de glucoză. Acesta conține energie liberă în 2879 kJ · MOL -1 (aproximativ 685 kcal · mol -1). Glicolizis este servit de prima etapă a divizării glucozei, în timpul căreia fiecare moleculă dezintegrează 2 molecule de acid peainografic. Consumă 2 și 4 molecule ATP sunt sintetizate. Total ca urmare a convertirii a 1 de glucoză care se roagă în piruvat, corpul primește 2 ATP de rugăciune. Procesul merge B. condiții anaerobe.În absența oxigenului, bobina de peeling este apoi restaurată la lapte, care este derivată din corp. Energia imensă încheiată în această substanță nu este utilizată de organism. Eficiența energetică cu glicolizarea anaerobă este nesemnificativă - aproximativ 2%.
În condiții aerobe, 2 molecule de peyro-acid formate în timpul descompunerii moleculelor de glucoză nu sunt restabilite și până la CO 2 cu participarea Krebs și a ciclului lanțului respirator. În ciclul CREC, sunt sintetizate încă 2 molecule ATP. Apoi, 12 perechi de electroni sunt furnizate lanțului respirator, dar două dintre ele nu fac pe +, ci prin flavoproteine \u200b\u200bpentru coenzima Q., oferind o sinteză a două molecule ATP pe pereche de electroni (vezi figura 32). În consecință, datorită lanțului de transport al acestor două perechi de electroni care au trecut peste +, 4 molecule ATP sunt sintetizate. Celelalte 10 perechi de electroni sunt transferate de-a lungul lanțului respirator de la NADN la O2, și datorită lor, sunt sintetizate 30 molecule ATP.
În general, la oxidare 1 se roagă glucoză, sunt formulate 38 de moli de ATP. Eficiența utilizării energiei libere în oxidarea aerobă a glucozei este de aproximativ 42% cu acest calcul:
(34)
Aceasta este limita inferioară a valorilor posibile. Dacă luați în considerare concentrațiile fiziologice ale diferitelor ingrediente de oxidare și fosforilare, energia hidrolizei ATP în celulă, așa cum am menționat deja, ajunge la 31,4 până la 45 kJ · MOL -1 și eficiența utilizării energiei libere în timpul sintezei ATF În timpul oxidării aerobe, glucoza este estimată la 60%. În același timp, nu restul energiei (40%) este disipată sub formă de căldură. Multe energie cheltuiesc mitocondriile la transportul activ de substanțe prin membranele sale, adică, este, de asemenea, transformată într-una din lucrarea utilă a corpului. În concluzie, sinteza transferului ATP și transmembrana de substanțe utilizează mai mult de 75% din energia liberă, eliberată în oxidarea biologică a glucozei.
Atunci când oxidarea grăsimilor, mai multă ATP este formată decât atunci când oxidarea carbohidratului. De exemplu, oxidarea a 1 acid pilagicic dă 129 moli ATP, dar durează mult mai mult oxigen decât pe oxidarea glucozei. Pentru a sintetiza 1 mol ATP în miocard prin oxidarea acidului gras, este necesar să costați oxigenul de 17% mai mult decât într-un proces similar care implică glucoză. Prin urmare, eficiența fosforilării oxidative în timpul metabolismului grăsimilor este semnificativ mai mică decât în \u200b\u200bmetabolismul carbohidraților. Problema cheie fosforilarea oxidativă Mecanismul de conjugare a transportului electronic în lanțul respirator și fosforilarea rămâne, adică sinteza ATP, în mitocondriile.
Există 3 ipoteze principale de conjugare de oxidare și fosforilare: telefoane chimice, mecanochemice, chimice.
Conform ipoteza chimică, intermediarii dintre transferul electronilor de către lanțul respirator și sinteza ATP sunt necunoscute la substanțele chimice care preiau electronii excitați și apoi le transferă la ADP sau ortofosfat pentru sinteza ATP atunci când interacționează. Condiția prealabilă a ipotezei chimice a fost detectarea unor astfel de "macroehrg-uri primare" în procesul de sinteză ATP în timpul glicolizării anaerobe.
In conformitate cu ipoteza mecanochimică, transferul electronilor prin enzimele respiratorii creează conformația lor intensă, adică stoarce molecula enzimatică ca o primăvară. Apoi, energia acumulată de o astfel de macromolecule este răsfățată sub formă de deformare mecanică a componentelor pompei de protoni care se formează cu enzimele respiratorii de complexe durabile. Cu relaxarea ulterioară a moleculelor intense, energia acumulată de ei merge la sinteza ATP. Autorii ipotezei mecanochemice văd confirmarea dispozițiilor sale de bază în faptul că transferul electronilor de către lanțul respirator este însoțit de deformări ale cristerilor mitocondriale. Cu toate acestea, aceste schimbări apar destul de lentă. Majoritatea cercetătorilor nu le consideră cauza, ci prin consecința fosforilării oxidative.
Postulatul principal ipoteza chemosmotică este vorba de o scutire de energie în timpul oxidării sub formă de gradienți electrici și de concentrație pe membrana interioară a mitocondriilor și deja asigură în mod direct depășirea barierului energetic în reacția de fosforilare ADP: ADF + H 3 PO 4 ATP + H 2 O. chemosmotic ipoteza de la crearea sa P. Mitchell în 1961 nu a fost respinsă de niciun experiment, dar nu a dobândit toate dovezile directe necesare.
Idee de bază ipotează Mitchell. confirmă faptul că tulburările de fosforilare oxidativă, în timp ce o scădere a diferenței potențiale asupra membranei mitocondriale și căderea diferenței de pH între citazem și matrice. Acesta este modul în care agenții sunt dezagreabile oxidarea și fosforilarea. Fiind acizi lipofiliici slabi, ei sunt capabili să transfere protoni (H +) prin cadrul lipidic al membranei mitocondriale interioare, ocolind canalul în H-ATPAZE. Un argument important în favoarea ipotezei chemosmabile este, de asemenea, date experimentale privind pășunatul rapid al matricei mitocondri și acidificarea mediului lor cu o creștere accentuată a respirației celulare. În consecință, transferul de electroni ai circuitului diesel este însoțit de un randament din membrana mitocondrială interioară a ionilor N + la citosol și se află în matricea mitocondrii. Transportul ambelor ioni apare contrar acțiunii gradienților fizico-chimici, la care este cheltuită energia liberă, eliberată în timpul oxidării substraturilor de respirație celulară. Menținerea unui anumit gradient de concentrație H + pe membrana mitocondrială este o condiție necesară pentru conjugarea oxidării și fosforilării, care este deranjată nu numai în căderea sa, ci și cu o creștere excesivă. În cel de-al doilea caz, transportul electronilor de către lanțul respirator este inhibat, până la o oprire complet, iar în unele zone se vor inversa, creând un flux electronic invers.
Aparent, ca urmare a transferului de electroni de către lanțul respirator în membrana interioară a mitocondrii, nu se formează apă în membrana interioară, care, datorită proprietăților vectorului acestei membrane, sunt eliberate din ea pe direcții diferite - în direcții diferite Diferite compartimente (matrice și spațiu intermambran) din mitocondriile (fig.33).
Datorită permeabilității ridicate a membranei mitocondriale exterioare, H + Yionul merg ușor la citosol, creând un pH mai scăzut decât în \u200b\u200bmatrice, unde protonii nu pot pătrunde datorită permeabilității extrem de slabe a membranei mitocondriale interioare pentru ele. Concentratele de oxidare H + într-unul din compartimentele separate de membranele mitocondriale și, prin urmare, face munca osmotică.
Smochin. 33. Modelul mecanismului de transmisie al protonilor prin membrana mitocondrială interioară.
Energia osmotică se acumulează sub forma unui gradient H + -ion (gradient de proton) pe această membrană. Un act de restaurare a moleculei de 2 BC 2 o conduce la eliberarea de 4 H + în citozol și 4 în matrice. Excesul de ioni de semnal opus de pe ambele părți ale membranei creează diferența de potențial de aproximativ 200-250 mV pe ea, iar matricea mitocondrială dobândește un potențial negativ în raport cu citozolul. Deci, mitocondriile acumulează energia electrică. Mitochondria, pe membrana fiind susținută de un gradient de protoni, sunt numite energizat.
Astfel, energia electronilor excitați este transformată pe membrana interioară a mitocondrii în osmotic și electric, ca rezultat al căruia este creat forța de imagistică a protonieicare încearcă să furnizeze transferul transmembranar al H + "pentru alinierea concentrațiilor lor în interiorul și în afara mitocondrii, dar acest lucru împiedică membrana mitocondrială interioară.
Transportul de protoni, creând o forță de imagistică de protoni, care este apoi implementată în sinteza ATP, are loc în două ceasuri:
1) H +, care a părăsit molecula în membrana interioară a mitocondrii sub acțiunea energiei electronilor portabili, iese din acesta în spațiul intermambran și în continuare la citosol;
2) vine în locul său din matrice.
În consecință, protonii au loc membranele care nu sunt în întregime, dar sunt transmise de releu - prin analogie cu procesul din plasmema halobacteriilor, dar cu diferența că energia liberă pentru eliberarea halobacteriilor H + este obținută prin absorbția directă a fotonilor, și mitocondriile de la π -Electronii excitați de soare în molecula de clorofilă și au păstrat o stare excitată în biomolecule (substraturi de respirație celulară), catabolizând în corp la hidrogen atomic (proton și electron).
Datorită energiei distincte în timpul oxidării biologice, protonii se extind de la componentele membranei mitocondriale interne în spațiul intermambran și în continuare la citosol, depășind potențialul electrochimic. Posturile vacante formate în substanțele chimice ale membranei la întoarcerea H + sunt umplute cu protoni din matrice. Cu acest transport de la H + GAL-urile din spatele anionii hidroxilului, ca urmare a cărora separările multiptice (cationice și anioni) sunt împărțite în membrană mitocondrială, iar diferența potențială este formată între matrice și citazem.
Se presupune că producția de protoni din membrana mitocondrială interioară din citozolul are loc în trei zone ale lanțului respirator:
1) între NADP și coenzima Q;
2) între citocromas b.și c 1;
3) între citocromul cu și citocromul oxidază. Anterior, aceste site-uri au fost considerate paragrafe ale sintezei ATP, care a fost desemnată în schemele de respirație celulară.
Schema modernă fosforilarea oxidativă,ceea ce se întâmplă în mitocondriile este descris în Fig. 34. Cel mai important element, împreună cu lanțul respirator, este complexul molecular complex al H-ATPAZE, care realizează aici funcția sintezei ATP și, prin urmare, este numită N-atfsintetază(sau n-atfsintază).
Compoziția, proprietățile structurale și topografice ale acestei enzime sunt bine studiate (cu o rezoluție de 0,28 nm). A alocat două părți: 1) membrană -complexul proteic hidrofob formează un canal pentru H + într-o membrană mitocondrială internă ( F 0.) și 2) matrice- factorul de asociere hidrofil, proeminent din membrana din matrice ( F 1.).
Smochin. 34. Schema generală de fosforilare oxidativă.
Întreaga enzimă din structura sa este similară cu ciuperca, a cărei forme F 0., și capul sferic - F 1.(35).
Smochin. 35. Schema simplificată a H-Atphsintetază.
Complexe F 0.și F 1. conectat unul cu altul printr-un "conspect" fixat format dar-și B. - subunitățile primului dintre ele și -subedințele ale celei de-a doua, și mobile -sbee.
După cum sa menționat deja, N-Atphsintetază pare a fi un motor electric. Statorul său include părți ale ambelor complexe: F 1.(Hexamer din 3 și 3 subunități, precum și buggy) și F 0 (A-și B. - subunitate). Compoziția rotorului, diametrul cărora este de 1 nm, include - și -sbee complex F 1.și cilindrul din complexul de subunitate C F 0.
Poate fi considerată dovedită că activitatea enzimatică a H-Atphsintetază este direct legată de rotirea sussubeului său în cavitatea hexameră. Cu o astfel de rând, conformația tuturor celor trei catalitice (adică ADF + N 3 RO 4 -\u003e ATF + H20) - consumabilele complexului F 1.care asigură activarea enzimei. Funcționează ca un motor electric, partea mobilă a cărei se rotește atunci când curentul electric este trecut prin înfășurare.
Spre deosebire de motoarele electrice tehnice, în H-ATFSIS, curentul prin înfășurarea statorului se datorează fluxului de non-electroni, dar protoni. Forța motrice a fluxului electric de protoni prin canalul din F 0. Acesta servește diferența dintre potențialul electrochimic al H + yons pe membrana mitocondrială internă. Prin urmare, se numește puterea imagistică a protonului.Se formează datorită transportului activ de protoni din membrană la citosol - în direcția unui potențial mai mare electrochimic, adică, contrar efectelor conjugate ale concentrației și gradienților electrici. O astfel de sursă de energie pentru sistemele de transport activă se numește pompa redox.
Ca urmare a transportului activ al ionilor de hidrogen în spațiul intermimbral și în continuare - în pH-ul citosol al citozolului este mai mic decât pH-ul matricei mitocondriale. Diferența în concentrațiile de H + "între citozol și matrice pot ajunge la trei comenzi. Ceea ce este mai mult, cu atât este mai mare gradul de energie mitocondri. În condiții normale de pe membranele mitocondriilor respirabile ale hepatocitelor, forța de imagistică a protonului (H +) este în dependența liniară de schimbarea energiei libere cu transportul activ de protoni ( G h +).Dacă exprimați o forță de protecție împotriva protonului în MV, a G H +. - în Kcal · mol -1, apoi g H + \u003d - 0,023 · (H +). Când (H +) \u003d 220 mV, schimbarea energiei libere cu transportul activ de 3 protoni este de 5,06 kcal · MOL -1. Cu toate acestea, chiar și o forță de imagistică foarte mare de proton nu oferă sinteza ATP dacă capabilitățile sale potențiale nu sunt puse în aplicare, adică, dacă, dacă este sub acțiunea Forței de Imaging de Proton, N +, nu va fi mutat din citosol la matricea mitocondrială prin canalul de proton în F 0.. În timp ce este închisă, forța de imagistică de protoni nu este realizată.
Dacă n + yii vor merge de la citosol la matrice nu prin canalul în F 0.În caz contrar, ATP-ul nu este sintetizat chiar și cu transportul foarte intens de electroni de către lanțul respirator și de ejectarea H + și a citozolului (cu acidarea acestuia). Această stare are loc nu numai sub acțiunea protonoformelor artificiale (de exemplu, dinitrofenol, aspirină și alți acizi lipofili slabi). Ea are loc în condiții naturale în așa-numitul grăsime maro.Această țesătură este prezentă în embrioni și copii nou-născuți, precum și animalele care curg în hibernarea de iarnă. În membranele interioare, celulele mitocondriale de grăsime brună conține o proteină de transport specială (protonoform natural), care permite ca H + să se deplaseze liber spre potențialul electrochimic inferior de la citosol în matricea mitocondrială, ocolind canalul F 0.. Ca rezultat, celulele grăsimii maro sunt grăsimi foarte puternic oxidate, dar energia excitată π -Electronii sunt convertiți în principal la căldură și nu în energia chimică a sintezei ATP. Acesta este un mecanism important pentru protejarea corpului de supercooling.
Canalul de protoni din F 0 este alcătuit din 2 părți (jumătate de o jumătate), dintre care unul este situat în apropierea spațiului intermogramei, unde concentrația de H + și este ridicată, iar ceilalți se învecinează cu matricea. Nu există coaxialitate între semi-canale. Rolul principal în lucrarea canalului aparține reziduurilor de aminoacizi a-și subunitatea S F 0, Conținând grupări carboxil protonate, deoarece sunt capabile să interacționeze cu protoni și să le transmită reciproc. ÎN F 0. Asparagilul, arginilul, histidilul și glutamilul sunt posedate de o astfel de abilitate.
Se presupune că semnalul către tranziția canalului de protoni de la starea închisă la deschidere este reducerea celulei a raportului dintre concentrațiile ATP și ADP, adică, mărește creșterea conținutului ADF și a acidului ortofosforic. Acest lucru se întâmplă cu hidroliza îmbunătățită a ATP, ca rezultat al necesității de activare a sintezei sale crește.
De îndată ce canalul protonului în F 0. Se deschide, ionii de hidrogen din citosol se grăbesc în curent electric IT - proton apare în "înfășurările" motorului electric molecular (H-Atphsintetază). Fluxul particulelor încărcate (H +) duce la mișcarea rotorului său (-subedinerul complexului F 1). Blocada mișcării H + "printr-un canal de diciclocarbodiimidă, un inhibitor specific de asparagil în subunitatea C a complexului F 0., oprește rotirea rotorului și cu ea sinteza ATP, deoarece fosforilarea ADP cu formarea ATP este activată de așa-numitul cataliză de rotație(Cataliză rotativă). Rotația - consumabile în statorul H-AtfSintetază are loc cu salturi (discrete) în trepte de 120 °. Pentru a efectua un rotor al unui astfel de pas prin canal, trebuie să treacă 2-3 ioni de hidrogen. Cu fiecare salt, este sintetizat un efort de 40 de poze și 1 moleculă ATP. Cifra de afaceri completă a rotorului are loc pentru 3 salturi - în același timp se formează 3 molecule ATP. Dacă comparați forțele care decurg din exploatarea H-Atphsinthetase și complexul Actomicosine, atunci primul dintre ele este un ordin de mărime mai mult.
În acest fel, sinteza ATF. Este asociat nu numai cu acele transformări ale energiei pe care P. Mitchell a administrat în ipoteza sa chemosmotică. Lanțul transformărilor de energie include: energie solaraprizonierul B. π -Electronii implicați în legăturile chimice ale multor substanțe organice; energia osmoticătransferat N + - zile; energie electricapotențialul membranei în mitocondriile; energie mecanicărotorul rotativ în statorul H-Atphsintetază și acumularea energie chimicaÎn Comunicarea Fosfat Terminal ATP.
Viteza de funcționare a H-atfsului este depinde nu numai de amploarea forței imagistice de protoni, ci și de concentrația substraturilor sintezei ATF, adică, din concentrația de ADP și H3P04. Pe măsură ce evoluțiile ATP sunt îmbunătățite, enzima își reduce activitatea, mai ales că este activă în activitatea sa activă, gradientul H +-Iiones cade pe membranele mitocondriale. Această situație servește ca un semnal la o creștere a ratei de transfer electron de-a lungul lanțului de transport de electroni din mitocondriile. Prin urmare, există un sistem complex de feedback între oxidare biologică și fosforilare în timpul conjugării lor în mitocondriile.
Forța protonantă pe membranele mitocondriale asigură nu numai fosforilarea ADP ca atare, ci și transmembrana transmembrana de ortofosfat de la citosol la matrice. Transportul fosfat, precum și piruvatul prin membrana mitocondrială interioară, este efectuată pur și simplu cu H +. Pentru CA2+, există o proteină specială de transport în membrană, dar nu funcționează în cazul în care un gradient electric transmembranar se cade, de obicei, susținut de emisia de H + în citosol. Numai atunci în matrice există un potențial negativ față de cytoză. El atrage cationii de calciu pentru sine, iar transportatorul asigură transportul lor pasiv.
Antiport ATP și ADP prin membranele mitocondriale.ATP după sinteza în mitocondrie îl lasă, lăsând membranele în citosol. În direcția opusă este transportată de ADP, din care sunt sintetizate noi porțiuni de ATP. Antiportul lor este furnizat de transportator. ATP - patru și ADP - anioni trivalenți. Transportul lor conjugat economisește energie, deoarece transferul particulelor încărcate este un proces intensiv de energie, iar mișcarea contorului de particule de patru și trei lanțuri de un semn este echivalentă cu depășirea membranei cu o particulă cu o singură încărcare. La om, cifra de afaceri a moleculei ATP pe membrana mitocondrială este de 10 3 -10 de 4 ori pe zi. Ca rezultat, concentrația de ATP este de 5-10 ori mai mare decât conținutul ADP în celulă.
Mergând la citosol, ATP interacționează cu creatină(Cr), ca rezultat al căruia se formează creațiSfosfat.(CRF) și ADP (figura 36). ADP este transportat la matricea mitocondrială în schimbul ATP, iar KRF migrează pe citosol la acele părți ale celulei în care este necesară în prezent energia liberă. Acolo, KRF intră în reacția cu ADP, dintre care produsele sunt ATP și Republica Kârgâză. Pe măsură ce ATP este necesar, hidrolizat și oferă ortofosfat excitat pentru fosforilare și, datorită energiei biomoleculelor funcționale, ceea ce le permite să depășească bariera potențială a reacțiilor în care acestea intră. Creatina migrează la mitocondriile, unde ajunge la ATP pentru a repeta ciclul. Atât sinteza și decăderea fosfatului creatin catalizat creatyne fosfocase(Kfk).
Smochin. 36. Schema de transport ATP prin membrane mitocondriale și citoplasmă: creatină creatină; KFK - creatinofosfokinea; CRF - Fosfat de creatină.
Fabric sau respirație crăpănă - un set de reacții biochimice care apar în celulele organismelor vii, în timpul căruia carbohidrații, lipidele și aminoacizii sunt oxidați la dioxid de carbon și apă. Energia eliberată este inhibată în legăturile chimice ale compușilor macroeergici (molecule de acid adenosintrodornic și alte macroehere) și pot fi utilizate de organism după cum este necesar. Incluse în grupul de procese de catabolizare. La nivel celular, sunt luate în considerare două tipuri principale de respirație: aerobic (cu participare la oxigen-oxigen) și anaerob. În același timp, procesele fiziologice de transport la celulele organisme multicelulare ale oxigenului și îndepărtarea dioxidului de carbon sunt considerate ca o funcție respiratorie externă.
Fumul aerian. În ciclul Krebs, cantitatea principală de molecule ATP este produsă printr-o metodă de fosforilare oxidativă în ultima etapă a respirației celulare: în lanțul de transport electronic. Există oxidare de peste H și FADN 2, redusă în procesele de glicoliză, la oxidare, ciclul Krebs etc. Energia eliberată în timpul acestor reacții datorită circuitului purtătorilor de electroni localizați în membrana interioară a mitocondriilor (procariote Membrana citoplasmatică), transformată în potențial de proton transmembranare. Enzima ATP-Sylatează utilizează acest gradient pentru sinteza ATP, transformându-și energia la energia legăturilor chimice. Se estimează că molecula peste H poate da molecule ATP de 2,5 în timpul acestui proces, FADN2 este 1,5 molecule. Acceptorul de electroni finit al circuitului ingerat al aerobilor este oxigenul.
Fumul anaerombal - proces biochimic de oxidare a substraturilor organice sau a hidrogenului molecular folosind în respirație etc. ca un acceptor finit de electroni în loc de alți agenți de oxidare de natură anorganică sau organică. Ca și în cazul respirației aerobe, energia liberă eliberată în timpul reacției este sub forma unui potențial de proton transmembranar utilizat de ATP Sytahase pentru sinteza ATP.
Abdominal. suflare Se efectuează prin reducerea diafragmei și a mușchilor cavității abdominale cu pacea relativă a pereților pieptului. La inhalarea umerilor sunt coborâți, mușchii de sân slăbesc, diafragma este redusă și coborâtă. Crește presiunea negativă în cavitatea toracică, iar partea inferioară a plămânilor este umplută cu aer. În același timp, creșterea presiunii intraperă și stomacul este proeminent. În timpul explorării diafragmei se relaxează, se ridică, peretele abdominal revine la poziția inițială.
În timpul respirației diafragilice, se efectuează masajul organelor interne. Cel mai adesea, o astfel de respirație se găsește la bărbați. De asemenea, apare atunci când o persoană se odihnește, de regulă, în timpul somnului.
Inferior cufăr suflare Sporiți mușchii intercostali. Ca urmare a contracției musculare, pieptul se extinde în exterior și în sus, fluxurile de aer în plămâni și apare inhalarea. În timpul respirației inferioare, se umple doar o parte din plămâni și se folosesc numai coaste, dar restul corpului rămâne nemișcat. Ca rezultat, nu există un proces de schimb de gaz cu drepturi depline.
Respirația mai mică a sânilor, de regulă, utilizați femei. Oamenii care sunt adesea recurs la el, care sunt adesea într-o poziție de ședere, deoarece toți trebuie să fie înclinați înainte pentru a citi sau a scrie.
Top cufăr suflare Vine datorită muncii mușchilor claviculei. Când inhalați, claviculele și umerii se ridică, iar aerul curge în plămâni. În același timp, este necesar să se facă mult efort, deoarece frecvența respirației și a expirațiilor crește, iar fluxul de oxigen se dovedește a fi nesemnificativ. O astfel de respirație poate fi cauzată deliberat dacă trageți stomacul. În respirația superioară a sanilor, doar o parte minoră a plămânilor și a schimbului de gaze are loc în defecte. Ca rezultat, aerul nu este șters sau încălzit.
Femeile sunt recurs la acest tip de respirație în timpul nașterii.
Amestecat sau deplin suflare Mișcă aparatul de respirație întreg. În același timp, persoana utilizează toate tipurile de mușchi și diafragma, iar plămânii sunt complet ventilați.
O astfel de respirație îndepărtează zgurile, stimulează metabolismul, actualizează corpul.
În același timp, respirația poate fi atât profundă, cât și superficială. Respirația de suprafață este ușoară și accelerată. Frecvența mișcărilor respiratorii este de până la 60 de mișcări pe minut. În același timp, există o respirație tăcută și expirarea intensă zgomotoasă. Acest lucru vă permite să resetați tensiunea de la toți mușchii corpului. Cu tip superficial de respirație, lumina doar parțial umplută cu aer.
Doar copiii mici respiresc superficial. Cu cât copilul devine mai în vârstă, cu atât respirația mai mică pe minutul pe care îl comite. Respirația unui adult devine adânc. În timpul respirației profunde, frecvența încetinește, plămânii sunt umpluți cât mai mult posibil. Volumul inhalării depășește rata admisibilă.
Dar este că respirația benefică pentru sănătatea noastră? ȘI ce deloc un fel respiraţie este an cel mai bun?
Respirația celulară se numește combinația de procese enzimatice care apar în fiecare celulă, ca rezultat al căruia moleculele de carbohidrat, acizii grași și aminoacizii s-au împărțit în cele din urmă la dioxidul de carbon și apa, iar energia biologică biologică eliberată este utilizată pe activitatea vitală a Celula. Energia biologică utilă este un flux de electroni, care vine cu niveluri mai ridicate de energie pentru a scădea. Acest lucru se întâmplă ca acesta: sub acțiunea enzimei de la molecula de nutrienți (carbohidrați, grăsimi, b), protoni sunt sfâșiți (adică atomii de hidrogen) și cu ei electroni. Acest proces este cunoscut sub numele de dehidrogenare *< Передача электронов
через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных
реакций окисления - восстановления, которые в совокупности носят название
«биологического окисления «.>. Electronii luați sunt transmise unei substanțe speciale numită Acceptor **<Специфические соединения,
которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно
окисляются и восстанавливаются, называются "цитохромами ".> . Mai mult, alte enzime vor lua electroni de la acceptorul primar și le vor transmite altora și așa mai departe până când energia electronică este complet intactă sau energia de legătură chimică (adenozină trifosfat). În cele din urmă, oxigenul reacționează cu ioni de hidrogen și a eliminat electronii, se transformă în apă, care este derivată din organism. Acest flux de electroni a fost numit "cascada electronică". Pentru o mai mare claritate, aceasta poate fi reprezentată sub forma unui număr de cascade, fiecare cascadă rotește turbina - dă energie până când îi conferă complet. La partea de sus a "apei" - substanța alimentară, din care electronii și protoni (substratul) vor fi luați și în partea de jos - "apă de evacuare" - electroni și protoni cu energie redusă, legată de oxigen (apă), și ce rămășițe de substrat - care trebuie alocate. Acum luați în considerare același proces din poziția de distrugere (entropia, adică decădere). Fiecare moleculă de alimentație are propria structură spațială. Cu dehidrogenarea, una sau o altă enzimă poate apăsa numai anumiți atomi de hidrogen care ocupă o anumită poziție spațială în moleculă. Ca urmare a unei serii de astfel de unități consecutive, substanța cu o structură complexă este distrusă la componente simple. Energia de comunicare, eliberarea, este utilizată de organismul nostru pe propriul său consolidare - sprijină propriile structuri de proteine, grăsimi, carbohidrați etc. Astfel, alimentele distrugătoare, organismul susține la un nivel stabil al structurii corpului propriu. Dacă mâncarea a fost deja distrusă (procesarea termică, solca, uscarea, rafinarea, șlefuirea etc.), atunci corpul nostru va obține mult mai puțină energie încheiată în conexiunile spațiale rămase. Prin urmare, puterea puterii nu este în calorii, ci în structura alimentelor. Speranța de viață nu depinde de alimentele complete, ci din loviturile. Deci, respirația celulelor este procesul de generare a electronilor, adică electricitate. E. Ball Ball Calcule care arată cât de multă energie electrică este produsă în organism atunci când scindarea substraturilor la apă și dioxidul de carbon. Pe baza consumului de oxigen a unui organism adult în repaus (264 centimetri cubi pe minut), precum și faptul că fiecare atom de oxigen pentru formarea moleculei de apă necesită doi atomi de hidrogen și doi electroni, Bollah număra că în fiecare minut Toate celulele corpului cu molecule de ascensiuni ale substanțelor nutritive, în procesul de oxidare biologică asupra oxigenului, 2,86 trece. 10.22 Electroni, adică curentul total ajunge la 76 de amperi (a). Aceasta este o valoare impresionantă: la urma urmei, doar aproximativ 1 amp este trecut prin becul obișnuit de 100 de bumbac.
Tranziția electronilor de la substrat la oxigen corespunde diferenței de potențialul de 1,13 volți (b); Volți, înmulțită cu amperi, dau watts, deci 1,13 x 76 \u003d 85,9 watt. Astfel, puterea consumului de către corpul uman este aproximativ egală cu energia consumată de electrolimpoia scaunului, totuși, în același timp, curenții semnificativ mari sunt utilizați în organism cu solicitări semnificativ mai mici. Pe baza celor de mai sus, înțelegem rolul fiecărei substanțe în procesul vital. Nutrienții servesc pentru a construi structurile corpului nostru, iar distructurarea supusă ne dăruieză energie sub formă de electroni. Produsele finale de distrugere Nutrienți: Apa ne oferă un mediu pentru fluxul proceselor de viață; Dioxidul de carbon este un regulator sub formă de procese vitale (schimbarea kg-ului, activează aparatul genetic al celulei, afectează absorbția oxigenului de către organism). Oxigenul consumat cu respirație are un rol modest al electronilor de ieșire din organism cu un potențial energetic redus sub formă de produse de distrugere finită - dioxid de carbon și apă.
Din poziția elementelor biogene, carbonul (18%) este un pachet care conectează oxigenul (70%) și hidrogen (10%). Nu azot, iar carbonul este fundamentul vieții, prin urmare organismul se angajează în conservarea acesteia prin toate măsurile, orientarea întregului proces respirator la conservarea stabilă a carbonului sub formă de dioxid de carbon și alți compuși ai acesteia. Scăderea corpului de carbon și compușii săi afectează imediat toate procesele vitale, provocând o masă de boli.
Acesta este modul în care se desfășoară a treia etapă a respirației - respirația celulară. Mai mult, cea mai mare cantitate de dioxid de carbon este obținută atunci când luați alimente de carbohidrați și cel mai mic - de la uleios și proteină.
