клітинне дихання реферат
Дихання як сукупність процесів газообміну.
Процеси вдиху і видиху та їх регуляція. Газообмін в легенях та тканинах. Основні показники активності дихання. Нервова та гуморальна регуляція дихання та основні причини, які можуть викликати їх порушення. Дихання – це сукупність процесів, в результаті яких відбувається вживання організмом кисню, його використання і виведення вуглекислого газу.
Зовнішнє дихання (вентиляція легень) – надходження повітря в повітроносні шляхи і обмін повітря між зовнішнім середовищем та альвеолами легень. Дифузія газів між альвеолами і кров’ю. Перенос газів кров’ю. Дифузія газів між кров’ю і тканинами в тканинних капілярах. Внутрішнє (тканинне) – споживання кисню клітинами і виділення вуглекислого газу.
Газообмін між організмом і зовнішнім середовищем (надходження о 2 до клітин організму для окисних процесів, в результаті яких утворюється енергія, а також со 2, який виводиться з організму). Теплорегуляції – легені втрачають теплову енергію а) зігріваючи вдихування повітря, б) під час випаровування води з легень. Видільній функції – через органи дихання з організму виводяться. Со 2, н 2 о, аміак, пил, мікроорганізми, сечовина, сечова кислота, іони мінеральних солей. Орган нюху – носова порожнина. Голосовий апарат – гортань. Будова і функції верхніх (носова порожнина, носоглотка, ротоглотка) і нижніх (гортань, трахея, бронхи) дихальних шляхів. Носова порожнина ділиться хрящовою перегородкою на дві половини – праву і ліву.
На перегородці розташовуються три носові раковини, які утворюють носові ходи. Верхній, середній і нижній. Стінки порожнини носа вкриті слизовою оболонкою з миготливим епітелієм. Війки епітелію, рухаючись різко і швидко в напрямку ніздрів і повільно й плавно в напрямку легень, затримують і виводять назовні пил та мікроорганізми, які осідають на слиз оболонки. Залози слизової оболонки виділяють слиз, який зволожує стінки порожнини і знижує життєздатність бактерій які потрапляють з повітря. Слизова оболонка має густу сітку кровоносних судин і капілярів. Кров, що тече по цих судинах, зігріває або охолоджує повітря, яке людина вдихає. Таким чином, повітря, яке надходить в легені через носову порожнину, очищується, зігрівається і знезаражується. Це не відбувається при диханні через ротову порожнину.
В слизовій оболонці верхньої носової раковини і верхнього відділу перегородки носа знаходяться спеціальні нюхові клітини (рецептори), які утворюють периферичну частину нюхового аналізатора (органа нюху). Поруч з нюховою порожниною розташовані чотири повітроносні придаткові пазухи носа. Найбільші з них є гайморові (міст у верхніх щелепах) та лобна (в центрі лоба). Пазухи з’єднуються каналами з порожниною носа. З порожнини носа повітря надходить у носоглотку.
У ній містяться скупчення лімфатичних мигдаликів, які у разі запалення можуть збільшуватись і перетворюватися на аденоїди – розростання білястого кольору.
Вони утруднюють носове дихання, через декілька років спотворюється вираз обличчя, порушується сон, кисневе голодування мозку.
З носоглотки повітря потрапляє в глотку, в якій перехрещуються дихальні й травні шляхи. Від глотки починаються дві трубки. Дихальна – гортань, та травна – стравохід, розміщений позаду гортані. Вхід до гортані при ковтанні їжі закривається надгортанним хрящем. Завдяки цьому повітря потрапляє лише в гортань, а їжа в стравохід. Легені не мають власних м’язів і тому самі не можуть скорочуватися чи розтягуватися. Свій об’єм вони змінюють пасивно, слідом за змінами об’єму грудної порожнини. Дихальні рухи – вдих і видих відбуваються внаслідок ритмічного скорочення та розслаблення дихальних м’язів – міжреберних, діафрагми і м’язів передньої черевної стінки. Дихальні рухи регулюються дихальним центром, що розміщений в довгастому мозку.
В ньому розрізняють дві частини – центр вдиху та центр видиху.
Приблизно кожні 4 сек. В дихальному центрі виникають збудження, які у спинному мозку проводяться до міжреберних дихальних м’язів і діафрагми. Зовнішні міжреберні м’язи скорочуються і піднімають ребра. При скороченні діафрагми, її купол, випнутий у бік грудної порожнини, стає плоскішим і опускається донизу.
Завдяки цьому об’єм грудної порожнини збільшується. В плевральній щілині тиск завжди трохи нижчий від атмосферного, тому при збільшенні об’єму грудної порожнини легені наче присмоктуються до стінок грудної клітки і розтягуються. Легені заповнюються повітрям – відбувається вдих. При цьому нервові імпульси від м’язів та легень ідуть до дихального центру і включають його видихову частину.
При збудженні центру видиху одночасно гальмується центр вдиху і дихальні м’язи (міжреберні і діафрагма) розслаблюються, ребра опускаються донизу, а органи черевної порожнини випинають діафрагму куполом догори. Внаслідок цього об’єм грудної порожнини зменшується і відбувається видих. Спокійний видих відбувається пасивно, без участі м’язів. При глибокому вдиху відбувається одночасне скорочення міжреберних м’язів, діафрагми, а також деяких м’язів грудної клітки і плечового поясу, що піднімають ребра вище, ніж при спокійному вдихові. Глибокий видих зумовлюється, крім розслаблення зовнішніх міжреберних м’язів і діафрагми, скороченням внутрішніх міжреберних м’язів, а також м’язів черевної стінки, що призводить до сильнішого випинання діафрагми вбік грудної порожнини. Об’єм зменшується у вертикальному напрямі. Ефективнішим вважають черевний тип, бо він забезпечує глибшу вентиляцію легень. Тип дихання залежить від статі (у чоловіків переважає черевний), професії, віку.
Звичайно ритм дихальних рухів підтримується імпульсами, які надходять в нервову систему (довгастий мозок) із рецепторів легень і дихальних м’язів. Під час вдиху збуджуються нервові імпульси, які гальмують видих. При активному видиху виникають імпульси, які гальмують вдих. На частоту і глибину дихальних рухів впливають різні подразники зовнішнього середовища, що діють на рецептори шкіри, слуху, зору, нюху, смаку.
Процес збудження потрапляє в різні ділянки головного мозку, а звідти збудження досягає дихального центру.
Від дихального центру через відцентрові нерви збудження йде до дихальних м’язів. Внаслідок цього відбуваються прискорення і посилення, або сповільнення й послаблення дихальних рухів. Настає рефлекторна зміна дихання. існують і захисні рефлекси (кашель, чхання). Це своєрідно змінені різкі видихи, за допомогою яких видаляються сторонні частинки, що потрапили в дихальні шляхи. Чергуючи вдих і видих, людина вентилює легені, підтримуючи в альвеолах відносно постійний газовий склад. До складу атмосферного повітря входить 21% о 2, 79% n, 0, 03% со 2, невелика кількість водяної пари та інертних газів. Таке повітря – вдихуване.
Повітря, яке видихається – видихувальне (о 2 – 16%, со 2 – 4%, n - 79%, збільшується вміст водяної пари). Повітря, яке знаходиться в альвеолах – альвеолярне (о 2 – 14%, со 2 – 5%, n – 80%). Склад альвеолярного повітря відрізняється від вдихуваного і видихуваного. Це пояснюється тим, що під час вдиху в альвеоли надходить повітря повітроносних шляхів (видихуване), а при видиху, навпаки, до видихуваного (альвеолярного) домішується атмосферне з повітроносних шляхів (мертвий простір). В легенях кисень з альвеолярного повітря переходить в кров, а со 2 з крові поступає в легені шляхом дифузії через стінки альвеол і кровоносних капілярів. Кров з венозної перетворюється на артеріальну, яка по легеневих венах надходить до лівого передсердя, потім до лівого шлуночка, а звідси – до великого кола кровообігу, яким переноситься до тканин. З капілярів великого кола кровообігу кисень потрапляє до тканин. В артеріальній крові кисню більше, ніж у клітинах, він дифундує в тканинну рідину, яка омиває клітини в тканинах. Вона є проміжним середовищем між кров’ю і клітинами. З тканинної рідини о 2 проникає в клітини і відразу вступає до реакції окислення. Тому в клітинах вільного о 2 практично немає. В результаті окислення в клітинах збільшується вміст со 2, який через тканинну рідину надходить у венозний кінець капіляра. Артеріальна кров перетворюється на венозну, яка по венах великого кола кровообігу надходить до правого передсердя, а потім – до правого шлуночка серця, а звідти – до легень. У стані спокою людина здійснює за хвилину 12 - 16 дихальних циклів, під час сну 10 - 12, а при фізичному навантаженні, тяжкій хворобі – 30 - 35. У маленьких дітей та осіб похилого віку частота дихання у спокої 20 - 25 хв. Глибина дихання визначається об’ємом повітря, яке вдихається і видихається. У спокійному стані до легень під час вдиху надходить 500 мл повітря – це дихальний об’єм (до) і стільки ж виходить під час видиху.
З 500 мл, що вдихає людина, тільки 350 мл потрапляє до альвеол. Близько 150 затримується в так званому мертвому просторі. В порожнинах носа, носової і ротової частини глотки, гортані, трахеї і бронхів (тут немає газообміну). Після спокійного вдиху під час максимального зусилля можна ще вдихнути 1, 5 л повітря – це додаткове повітря (резервний об’єм вдиху), а при найглибшому видиху можна ще видихнути 1, 5 л – це додатковий видих (резервний об’єм видиху) жєл залежить. Від віку, статі, росту, маси тіла, фізичного розвитку людини. Показники жєл коливаються. Від 3500 - 4800 мл – у чоловіків, у жінок – від 3000 - 3500. У фізично тренованих людей вона досягає 6000 - 7000 мл (гребля, плавання, гімнастики). Після максимального видиху в легенях залишається 1000 - 1500 мл повітря, яке називають залишковим. Це пов’язано з тим, що завдяки нижчому тиску в плевральній порожнині по відношенню до атмосферного легені не спадаються і в них завжди міститься повітря. У тренованих людей при навантаженні, звичайно, зростає дихальний об’єм, а у нетренованих у відповідь на навантаження зростає частота дихальних рухів. Дихання регулюється нервовою і гуморальною системами. У довгастому мозку є безумовно - рефлекторний центр регуляції дихання (дихальний центр) – центральний регулятор. Він забезпечує координовану ритмічну діяльність дихальних м’язів (скорочення і розслаблення), що викликає почергово вдих і видих, та пристосування дихання до змін умов зовнішнього і внутрішнього середовища організму.
Автоматія дихального центру зумовлюється нервовими імпульсами, які поступають з нервових закінчень легень, судин, м’язів. Хоча робота дихального центру автоматична – вона не припиняється у сплячої чи непритомної людини, - проте певною мірою вона залежить від нашої волі. Це пояснюється тим, що у людини дихальний центр контролюється корою великих півкуль мозку.
Крім ритмічної зміни вдиху видихом дихальний центр здійснює замикання дихальних рефлексів, таких як. Гуморальна регуляція дихання. Нейрони дихального центру чутливі до со 2, якщо в крові, котра омиває дихальний центр, є надлишок со 2 – збудливість дихального центру зростає і дихання стає частим і глибоким. При фізичних навантаженнях м’язи виконують посилену роботу і кількість со 2 в крові зростає, що стає однією з причин поглиблення і посилення дихальних рухів. Фізичне навантаження. Коли у повітрі не вистачає кисню. Нездорове серце, легені. Підвищена температура довкілля. Порушення функцій центру дихання (травма голови, дія отрут). Втрата нервового зв’язку між дихальним центром і дихальними м’язами (пошкодження шийного відділу хребта і спинного мозку). Гортань (larynх) розташована на передній частині шиї. Має лійкоподібну форму, прикріплена зверху до під’язикової кістки, а знизу переходить у трахею. Ззовні частину гортані видно як виступ, що називають кадиком (адамове яблуко). У чоловіків він випнутий і досить помітний. Основу гортані утворюють кілька хрящів (щитовидний, персневидний, надгортанник, черпакуваті, клиноподібні (ріжкуваті)). Вони сполучені між собою напіврухомо. До них прикріплюються м’язи і голосові зв’язки. Порожнину гортані вистилає слизова оболонка з миготливим епітелієм, який відсутній на голосових зв’язках і на частині надгортанника. Поперек гортані натягнені дві голосові зв’язки, між якими розміщена голосова щілина. При скороченні м’язів гортані голосові зв’язки напружуються, а голосова щілина звужується. Повітря, що видихається, приводить голосові зв’язки у коливний рух і виникає звук. Висота голосу залежить від частоти коливань голосових зв’язок та довжини голосових зв’язок (у жінок коротші). Сила (голосність) голосу залежить від напору струменя видихуваного повітря. Звук голосу остаточно формується у порожнинах глотки, рота і носа. Велику роль в утворенні звуків членороздільної мови відіграють язик та порожнина рота і носа. Трахея – розташована у грудній клітці, починається на рівні 6 - 7 шийних хребців спереду від стравоходу.
Довж10 - 12 см, діаметр 2 см, складається з 16 - 20 хрящових півкілець, з’єднаних між собою зв’язками. Задня стінка утворена сполучною тканиною, в якій містяться не посмуговані м’язові волокна. Така будова трахеї не заважає проходженню їжі по стравоходу та повітря до легень. Внутрішня поверхня вистелена війчастим епітелієм. На рівні п’ятого грудного хребця трахея поділяється на два головних бронхи. Лівий і правий, що ідуть до відповідних легенів разом з кровоносними судинами і нервами. Бронх, що входить в праву легеню поділяється на три гілки відповідно до кількості часток легені (в ліву на дві гілки). У кожній легені гілки багаторазово поділяються, утворюючи бронхіальне дерево. В стінках бронхів є хрящові кільця, які запобігають закриттю просвіту (не спадаються). Всередині бронхи вкриті слизовою оболонкою. Найтонші бронхи – бронхіоли позбавлені хрящових кілець і мають кільцевий м’язовий шар. Бронхіоли закінчуються легеневими пухирцями, на стінках яких є вп’ячування – комірки вкриті густою сіткою кровоносних капілярів. Ці комірки називаються альвеолами і в них відбувається газообмін. Діаметр альвеол 0, 2 - 0, 3 мм. Стінка альвеол складається з одного шару плоского епітелію і тонкого шару еластичних волокон. У легенях дорослої людини 300 - 400 млн. – pneumon) – великі парні органи, що займають майже всю грудну порожнину.
Права легеня більша за об’ємом, складається з 3 долей, ліва з 2 долей. На внутрішній поверхні легень знаходяться ворота легень, через які проходять бронхи, нерви, легеневі артерії, легеневі вени і лімфатичні судини. Зовні кожна легеня вкрита тоненькою щільною сполучнотканинною оболонкою – легеневою плеврою, що зростається з повітроносною тканиною легені. Легенева плевра не перериваючись переходить на внутрішню поверхню грудної клітки, зростається зі стінками грудної порожнини, утворюючи зовнішню (пристінкову) плевру.
Між ними є щілина – плевральна порожнина, що заповнена плевральною рідиною, яка зменшує під час дихальних рухів тертя легень об стінки грудної порожнини. Все це сприяє рухові легень під час вдиху і видиху.
У ній немає повітря, і тиск на 6 - 9 мм. Нижчий від атмосферного. The клітинне дихання це процес, який генерує енергію у вигляді атф (аденозинтрифосфат). Згодом ця енергія спрямовується до інших клітинних процесів. Під час цього явища молекули окислюються і кінцевий акцептор електронів є, в більшості випадків, неорганічною молекулою. Характер кінцевого акцептора електронів залежить від типу дихання досліджуваного організму.
У аеробів - подібно до homo sapiens - кінцевим акцептором електронів є кисень. Навпаки, для осіб з анаеробним диханням кисень може бути токсичним. У цьому останньому випадку кінцевим акцептором є неорганічна молекула, відмінна від кисню. У еукаріотичних організмах вся техніка, необхідна для дихання, відбувається всередині мітохондрій, як в мітохондріальній матриці, так і в мембранній системі цієї органели. Машина складається з ферментів, які каталізують реакції процесу.
Прокаріотична лінія характеризується відсутністю органел; з цієї причини дихання відбувається в конкретних областях плазматичної мембрани, що імітує середовище, дуже схоже з середовищем мітохондрій. 1 термінологія 2 де відбувається клітинне дихання. 1 місце дихання у еукаріотів 2. 2 кількість мітохондрій 2. 3 розташування прокаріотичного дихання 3 типи 3. 3 приклади анаеробних організмів 4 процес 4. 2 реакції циклу кребса 4. 3 електронний транспортний ланцюг 4. 5 кількість утвореного атф 5 функції 6 посилання. Киснем і діоксидом вуглецю. Правильний термін для цього явища - вентиляція. Навпаки, клітинне дихання відбувається - як випливає з назви - всередині клітин і є процесом, що відповідає за генерування енергії через ланцюжок транспортування електронів. Цей останній процес буде розглянуто в цій статті. Де відбувається клітинне дихання. Місце дихання у еукаріотів. Клітинне дихання відбувається в складних органелах, які називаються мітохондріями. Структурно мітохондрії мають ширину 1, 5 мікрометра і від 2 до 8 довгих. Вони характеризуються наявністю власного генетичного матеріалу та діленням на бінарне поділ - рудиментарні характеристики їх ендосимбіотичного походження. Вони мають дві мембрани, одну гладку і одну внутрішню зі складками, які утворюють гребені. Чим більш активними є мітохондрії, тим більше у них гребенів. інтер єр мітохондрій називається мітохондріальною матрицею. У цьому відсіку знаходяться ферменти, коферменти, вода і фосфати, необхідні для дихальних реакцій. Зовнішня мембрана дозволяє проходити більшість малих молекул. Однак внутрішня мембрана є такою, яка фактично обмежує проходження через дуже специфічні транспортери. Проникність цієї структури грає фундаментальну роль у виробництві атф. Кількість мітохондрій. Отже, клітини, які потребують більшої кількості енергії, характеризуються наявністю великої кількості мітохондрій, на відміну від клітин, у яких потреба в енергії нижче.
Наприклад, клітини печінки мають, в середньому, 2500 мітохондрій, в той час як м язова клітина (дуже метаболічно активна) містить набагато більшу кількість, а мітохондрії цього типу клітини більші. Місце прокаріотичного дихання. Логічно, що прокаріотним організмам потрібно дихати, а в них немає мітохондрій - ні складних органел, характерних для еукаріотів. З цієї причини дихальний процес відбувається в малих інвагінаціях плазматичної мембрани, аналогічно мітохондріям. існують два основних типи дихання, залежно від молекули, яка діяла як кінцевий акцептор електронів. При аеробному диханні акцептором є кисень, а в анаеробному диханні - неорганічна молекула - хоча в деяких рідкісних випадках акцептор є органічною молекулою. Далі ми детально опишемо кожну з них. У організмах з аеробним диханням кінцевим акцептором електронів є кисень. Кроки, які відбуваються, поділяються на цикл кребса і ланцюжок транспортування електронів. Кінцевий акцептор складається з молекули, відмінної від кисню. Кількість атф, що генерується анаеробним диханням, залежить від декількох факторів, включаючи досліджуваний організм і використовуваний маршрут. Однак виробництво енергії завжди більше в аеробному диханні, оскільки цикл кребса працює лише частково і не всі молекули транспортера в ланцюзі беруть участь у диханні. Приклади анаеробних організмів. У деяких організмах кисень токсичний і називається суворими анаеробами. Найвідомішим прикладом є бактерія, яка викликає правцевий і ботулізм. Крім того, існують інші організми, які можуть чергуватися між аеробним і анаеробним диханням, називаючись факультативними анаеробами. іншими словами, вони використовують кисень, коли їм це підходить, і за відсутності цього вони вдаються до анаеробного дихання. Наприклад, відома бактерія escherichia coli має цей метаболізм. Деякі бактерії можуть використовувати нітратний іон (no 3 - ) як кінцевий акцептор електронів, наприклад жанрів росії pseudomonas і bacillus. Цей іон може бути зведений до нітритного іона, закису азоту або газу азоту.
В інших випадках кінцевий акцептор складається з сульфатного іона (so 4 2 - ), що породжує сірководень і використовує карбонат для утворення метану.
Рід бактерій desulfovibrio є прикладом такого типу акцептора. Цей прийом електронів в нітратних і сульфатних молекулах має вирішальне значення в біогеохімічних циклах цих сполук - азоту і сірки. Гліколіз - це попередній шлях до клітинного дихання. Вона починається з молекули глюкози, а кінцевий продукт - це піруват, молекула з трьома вуглецю. Гліколіз має місце в цитоплазмі клітини. Ця молекула повинна бути здатна входити в мітохондрії для продовження її деградації. Піруват може дифундувати за градієнтами концентрації в органелі, через пори мембрани. Кінцевим пунктом призначення буде матриця мітохондрій. По - перше, він реагує з молекулою, що називається коферментом а. Кожен піруват розщеплюється в діоксид вуглецю і в ацетильну групу, яка зв язується з коферментом а, даючи комплекс ацетил - коферменту а. Реакція потребує серії кофакторів. Цикл кребса є однією з найважливіших циклічних реакцій в біохімії. Він також відомий в літературі як цикл лимонної кислоти або цикл трикарбонових кислот (tca). Свою назву вона отримує на честь свого першовідкривача. Німецького біохіміка ганса кребса. У 1953 році кребс був удостоєний нобелівської премії завдяки цьому відкриттю, що ознаменувала сферу біохімії. Метою циклу є поступове вивільнення енергії, що міститься в ацетилкоферменті а. Він складається з серії окислювальних і відновних реакцій, які передають енергію різним молекулам, головним чином nad. Для кожних двох молекул ацетил - коферменту а, що входять до циклу, вивільняються чотири молекули діоксиду вуглецю, генеруються шість молекул nadh і два fadh. Co 2 вона виділяється в атмосферу як відпрацьована речовина процесу.
Також генерується gtp. Оскільки цей шлях бере участь в анаболічних (молекулярний синтез) і катаболічних (молекулах деградації) процесах, його називають амфіболічним. Реакції циклу кребса. Цикл починається з злиття молекули ацетил - коферменту а з молекулою оксалоацетату.
Цей союз призводить до шестикарбонової молекули. Таким чином, кофермент а вивільняється, по суті, він використовується багато разів. Якщо в клітці є багато атф, цей крок пригнічується. Наведена вище реакція потребує енергії і виходить з розщеплення високоенергетичного зв язку між ацетильною групою і коферментом а. Цитрат переходить до cis aconitato і відбувається з изоцитратом ферментом aconitasa. Наступним етапом є перетворення ізоцитрату в альфа - кетоглутарат шляхом дегідрованого ізоцитрату.
Ця стадія є актуальною, оскільки вона призводить до зменшення nadh і вивільнення вуглекислого газу.
Альфа - кетоглутарат перетворюється в сукциніл - кофермент а за допомогою альфа - кетоглутаратдегідрогенази, яка використовує ті ж кофактори, як піруваткіназа. На цьому етапі також генерується nadh, і, як початковий етап, він інгібується надлишком атф. Наступним продуктом є сукцинат. У його виробництві відбувається утворення гтф. Сукцинат переходить до фумарату.
Фумарат, в свою чергу, перетворюється в малат і, нарешті, оксалацетат. Електронний транспортний ланцюг. Електронна транспортна ланцюг спрямована на отримання електронів з сполук, що утворюються в попередніх стадіях, таких як nadh і fadh 2, які знаходяться на високому енергетичному рівні, і приводять їх до більш низького енергетичного рівня. Це зменшення енергії відбувається крок за кроком, тобто не відбувається раптово. Він складається з серії етапів, на яких відбуваються реакції окиснення - відновлення. Основними компонентами ланцюга є комплекси, утворені білками і ферментами, сполученими з цитохромами. Металлопорфірини типу heme. Цитохроми досить схожі за своєю структурою, хоча кожна з них має особливість, що дозволяє йому виконувати свою специфічну функцію в ланцюзі, співаючи електрони на різних енергетичних рівнях. Зсув електронів через дихальний ланцюг до нижчих рівнів виробляє виділення енергії. Ця енергія може бути використана в мітохондріях для синтезу атф у процесі, відомому як окисне фосфорилювання. Хіміосмотичне зчеплення. Довгий час механізм утворення атф в ланцюзі був загадкою, поки біохімік пітер мітчелл не запропонував хіміосмотичного зчеплення. У цьому явищі протонний градієнт встановлюється через внутрішню мітохондріальну мембрану.
Енергія, що міститься в цій системі, вивільняється і використовується для синтезу атф. Утворюється кількість атф. Як ми бачили, атф не формується безпосередньо в циклі кребса, а в транспортному ланцюжку електронів. Для кожних двох електронів, що переходять від nadh до кисню, відбувається синтез трьох молекул atp. Ця оцінка може трохи змінюватися в залежності від літератури. і тварини, і рослини вимагають вилучення хімічної енергії, що міститься в органічних молекулах, які вони використовують як їжу.
У випадку з овочами, ці молекули є цукрами, які одна і та ж рослина синтезує з використанням сонячної енергії у відомому фотосинтетичному процесі. З іншого боку, тварини не здатні синтезувати власне харчування. Таким чином, гетеротрофи споживають їжу в раціоні - як і ми, наприклад. Процес окислення відповідає за вилучення енергії з їжі. Не слід плутати функції фотосинтезу з функціями дихання. Рослини, як і тварини, також дихають. Обидва процеси є взаємодоповнюючими і підтримують динаміку живого світу.
Клітинне дихання реферат mozok. Клітинне дихання, його біохімічні механізми. Аеробне дихання - сукупність процесів біологічного окиснення поживних речовин і отримання енергії за участі кисню. Розщеплення органічних речовин відбувається з утворенням кінцевих продуктів окиснення н 2 о і со 2. Аеробне дихання характерне для переважної більшості еукаріотичних клітин. Починається гліколізом у цитоплазмі й продовжується в мітохондріях. Аеробне окиснення відбувається з використанням кисню як акцептора (приймача) електронів й протонів гідрогену з утворенням води. Аеробне дихання - найдосконаліший спосіб отримання енергії. Його енергетичний ефект приблизно в 20 разів більший, ніж під час анаеробного дихання. Процеси дихання подібні за багатьма ознаками в клітинах організмів різних царств живої природи. Ознаками подібності є утворення таких універсальних речовин, як піровиноградна кислота й атф, використання кисню в ролі акцептора електронів й гідрогену, розщеплення до кінцевих продуктів н 2 о і со 2, використання подібних ферментів тощо. Отже, дихання клітини - це сукупність процесів біологічного окиснення поживних речовин з вивільненням хімічної енергії, що акумулюється в атф. Більшість клітин для вивільнення енергії у процесах дихання передусім використовують глюкозу.
Цікаво, що є клітини (наприклад, клітини мозку, скелетних м’язів, зрілі еритроцити), які отримують енергію для життя лише з молекул цього моносахариду.
Чому ж глюкоза є основним джерелом енергії для клітин. Полярні молекули глюкози дуже добре взаємодіють з водою, тому легко й швидко переміщуються в клітині, їхнє транспортування в клітину здійснюється шляхом полегшеної дифузії, що не вимагає затрат енергії. Окрім того, глюкоза може перетворюватися клітинами на резервні вуглеводи. У рослинній клітині - на крохмаль, у клітинах тварин й грибів - на глікоген. Найдавнішим й універсальним процесом безкисневого розщеплення глюкози є гліколіз (від грец. Солодкий і розщеплення), що відбувається у цитоплазмі клітин. Гліколіз - сукупність ферментативних реакцій, які забезпечують безкисневе розщеплення молекул глюкози з утворенням молочної кислоти та атф. Гліколіз - це процес, спільний для анаеробного й аеробного дихання. Енергетичний ефект гліколізу - близько 200 кдж (120 кдж - на теплоту, 80 кдж - на атф). Енергія гліколізу становить лише 5 - 7 % потенційної енергії глюкози. Незважаючи на низьку ефективність, гліколіз має велике біологічне значення. Цей процес забезпечує організми енергією в умовах дефіциту кисню. Навіть у хребетних тварин й людини гліколіз слугує ефективним способом отримання енергії під час коротких періодів інтенсивної напруги. Ще одним механізмом анаеробного перетворення глюкози є бродіння. Бродіння - процес розкладу органічних речовин (здебільшого вуглеводів) у безкисневих умовах. До бродіння здатні клітини дріжджів, молочнокислих бактерій, мукорових грибів та ін. Крім спиртового і молочнокислого бродіння в організмів є ще масляно - , оцтово - , про - піоновокисле, метанове та ін. Кожен тип бродіння характеризується специфічними кінцевими продуктами. Процеси життєдіяльності клітин є дуже складними. Але їхнє розуміння є важливим, оскільки саме на клітинному рівні визначаються усі життєві функції організмів. Як ілюстрацію цього твердження розглянемо аеробне дихання клітин. Кисневий етап дихання відбувається в мітохондріях за участі кисню, і при цьому вивільняється основна частина енергії (понад 90 %) з утворенням н 2 о і со 2. Енергетичний ефект такого розщеплення є великим (наприклад, для глюкози - близько 2 600 кдж). На цьому етапі катаболізму науковці виокремлюють три стадії. Окиснювальне декарбоксилювання, цикл кребса (або цикл трикарбо - нових кислот) і окиснювальне фосфорилювання (іл. Окиснювальне декарбоксилювання - це перетворення піровиноградної кислоти (продукт безкисневого розщеплення малих біомолекул) на ацетилкоензим а (ацетил - коа). Цикл кребса (цикл трикарбонових кислот) - циклічна послідовність ферментативних реакцій у матриксі мітохондрій, у результаті яких ацетил - коа окиснюється до со 2 з вивільненням енергії й утворенням атомів гідрогену.
Окиснювальне фосфорилювання - це біосинтез атф із адф й неорганічного ортофосфату за рахунок енергії, що вивільняється й акумулюється за участі ферментів дихального ланцюга. Цей процес відбувається вже на кристах мітохондрій. Отже, завдяки реакціям кисневого етапу синтезується в цілому 36 моль атф. У процесі катаболізму глюкози в м’язах людини відбулося розщеплення 4 моль глюкози, з яких повного кисневого розщеплення зазнала лише половина. А) скільки молочної кислоти (у молях) накопичилось в м’язах; б) скільки всього виділилося енергії; в) скільки атф (у молях) утворилося. Розщеплення поживних речовин в організмі відбувається в три етапи. З допомогою таблиці порівняйте ці етапи. Доведіть необхідність знань про дихання клітин для здорового способу життя. Що таке дихання клітин. Назвіть основні типи клітинного дихання. Що таке анаеробне дихання. Назвіть основні механізми анаеробного дихання. Що таке аеробне дихання. Назвіть основні процеси аеробного дихання. Яке біологічне значення клітинного дихання. Які процеси є основою анаеробного дихання клітин. Назвіть основні стадії аеробного дихання клітин. В еукаріотичних клітинах генетичний матеріал зосереджений в ядрі (від грец. Ядерна оболонка відокремлює генетичний матеріал і молекулярно - генетичні процеси від цитоплазми, забезпечує автономність і незалежність спадкових механізмів. Більшість клітин містить тільки одне ядро. При виділенні ядра клітина не може довго існувати, так само як і ядро, виділене з клітини, гине.
Ядро звичайно локалізується в центрі клітини. Ядро складається з декількох компонентів, що виконують різні функції. Ядерна оболонка, каріоплазма, хроматин, ядерце.
Ядро круглої, кулеподібної, але може бути й іншої форми. Паличкоподібне, серпоподібне, лопатеве.
Форма ядра залежить від форми самої клітини і від функцій, які вона виконує. У клітинах з високою фізіологічною активністю форма ядер складна, що збільшує співвідношення поверхні ядра до його об єму.
Наприклад, сегментоядерні лейкоцити мають багатолопатеве ядро. Розміри ядра здебільшого залежать від розміру клітини; при збільшенні об єму цитоплазми зростає й об єм ядра. Здебільшого об єм ядра займає біля 10—50 % об єму клітини. Співвідношення об ємів ядра і цитоплазми називається ядерно - цитоплазматичним співвідношенням. Зміна цього є одним із чинників клітинного поділу або порушення обміну речовин. Більшість білків - ферменти, що каталізують молекулярно - генетичні процеси. Крім цього, гістонові й негісто - нові білки разом із днк утворюють хроматин. Певна частина білків складає основу ядра у вигляді мікрофіламентів і ядерної пластинки - сітки білкових ниток, що вистилає внутрішню поверхню ядра. Спеціальні білки зв язуються з рнк і утворюють субодиниці рибосом. Деякі білки входять до складу ядерних пор. Каріоплазма містить велику кількість води (75 - 80 %), в якій сконцентровані. Хроматин (гетерохроматин і еухроматин), мікрофіла - менти, ядерце, ферменти. Ядерна оболонка вкриває ядро, формує компартмент, що має специфічний хімічний склад, який сприяє перебігу важливих молекулярно - генетичних процесів. Ядерна оболонка складається із зовнішньої і внутрішньої мембран; між ними знаходиться пєринуклеарний простір, який через канали ендоплазматичної, сітки зв язаний з різними ділянками цитоплазми. Обидві мембрани пронизані численними порами. Через них відбувається вибірковий обмін речовин між ядерним вмістом і цитоплазмою. Всередину ядра надходять білки, атф, нуклеотиди, а з ядра в цитоплазму виходять субодиниці рибосом, трнк та ірнк. Обидві мембрани типової будови - ліпідний бішар з вбудованими в нього білками. Зсередини ядерна оболонка вкрита білковою сіткою - ядерною ламіною, що зумовлює форму й об єм ядра. До ядерної ламіни теломерними ділянками приєднані нитки хроматину.
Мікрофіламенти утворюють внутрішню основу ядра. Вони підтримують його форму, а також слугують місцем прикріплення хроматину.
Внутрішній скелет ядра має велике значення для забезпечення упорядкованого перебігу основних процесів транскрипції, реплікації, процесингу.
Зовні ядро також вкрите мікрофіламентами, які є елементами цитоскелета клітини. Зовнішня мембрана може мати на своїй поверхні рибосоми і з єднана з мембранами ендоплазматичної сітки. Ядерна оболонка має властивість вибіркової проникності. Потоки речовини регулюються специфічними властивостями білків мембран і ядерних пор. Кількість ядерних пор коливається від 1000 до 10000 на кожне ядро. Основні функції оболонки. 1) створення компартмента клітини, де сконцентрований генетичний матеріал і умови для його збереження і подвоєння; 2) відокремлення від цитоплазми, в якій інакший вміст речовин і проходять інші процеси; 3) підтримання форми й об єму ядра, або їх змін; 4) регуляція потоків речовин всередину і назовні ядра. З ядра крізь пори в цитоплазму надходять різні види рнк і су - бодиниці рибосом, а всередину ядра переносяться необхідні білки, вода, іони тощо. 1) збереження спадкової інформації в молекулах днк; 2) реалізація спадкової інформації шляхом регуляції синтезу білків. Завдяки цьому підтримується структурна впорядкованість клітин, регулюються їх метаболізм, функції та процеси поділу; 3) передача спадкової інформації наступним поколінням внаслідок реплікації днк шляхом утворення хромосом та їх поділу.
Найважливіші молекулярно - генетичні процеси, що відбуваються в ядрі. Реплікація днк, транскрипція всіх видів рнк, процесинг, утворення рибосом. Хромосоми — це основні функціональні структури ядра, в яких концентрується днк і з якими зв’язана функція ядра. Хромосоми отримали назву від того, що в період мітотичного поділу, коли вони конденсуються, — добре забарвлюються основними барвниками (від грец. Chromos — забарвлений, soma — тіло). В інтерфазному ядрі хромосоми частково деконденсовані і тому їх звичайно сумарно називають хроматином, хімічна організація хромосом. Хромосоми є дезоксирибонуклеопротеїдами (днп), тобто вони складаються з днк і білків, на які приходиться 60–70% від сухої маси хромосом. Днк — це біополімер, мономерами якого є нуклеотиди, які складаються з трьох компонентів. (1) азотиста основа (пуринова або піримідинова), (2) вуглевод пентоза (дезоксирибоза), (3) фосфатна група. Азотисті основи з’єднуються одна з одною не випадково, а точно визначеним чином — шляхом так званого комплементарного спарування азотистих основ. Пуринова основа (аденін) завжди спаровується з піримідиновою основою (тиміном), а цитозин (піримідинова основа) — з гуаніном (пуриновою основою). На гаплоїдний набір в ядрі діаметром близько 5 мкм приходиться 170 см днк, упакованої у вигляді фібрил 20 нм завтовшки. У сперматозоїдах морського їжака молекула днк хромосоми має довжину від 1 м до 22 м. Довжина молекули днк в одній хромосомі першої пари людини складає 73 мм. Як бачимо, в такому малому об’ємі днк ядра міститься така велика інформація на синтез всіх видів білка організму, а також закодована диференціація. У хромосомах відібрані в процесі філогенезу лише ті структури, які забезпечують необхідні функції. Рівні організації хромосом. Під електронним мікроскопом в хромосомі виявляються елементарні хромосомні фібрили, побудовані з днк і білка. Нуклеосома — структурна одиниця хромосоми в неконденсованому хроматині містить октамер гістонів, який складає її стержень. Навколо октамера накручені два витки днк. До складу нуклеосоми входить від 10 до 60 нуклеотидних пар, які разом з молекулами гістонів складають утвори завтовшки 10 нм (за іншими даними 11 нм). Днк між двома нукеосомами має назву лінкерної і товщину 2 нм. Нуклеомерний рівень — більш конденсована ділянка хроматину — суперспіраль — діаметром 30 нм займає від 140–166 нуклеотидних пар. Дальша конденсація (компактизація) днп здійснюється за допомогою днк - зв’язуючого гістона, веде до утворення хромонем, або хромонемних фібрил завтовшки від 300 до 700 нм. Найвищий — хромомерний і хромосомний рівень організації хромосом (остаточна їх конденсація). Кожна мітотична хромосома утворює бічні петлі, сформовані ділянкою днп завтовшки близько 400 нм (типова хромосома людини може містити до 400 таких петель). Ці так звані петлеві домени днк мають середній розмір приблизно 86 тисяч пар нуклеотидів (т. ) і прикріплюються у своїй основі до білкових скелетних структур ядра, а саме до ядерного матриксу або остову хромосом. Ядерний матрикс забезпечує структурні властивості ядра як клітинної органели та зазнає структурних модифікацій, пов’язаних з проліферацією, диференціацією та змінами, необхідними для забезпечення експресії необхідного набору генів. Регуляторні функції матриксу включають (але не обмежуються цим) просторову локалізацію генів, накладення фізичної напруженості на структуру хроматину внаслідок формування петлевих доменів, концентрацію та націлювання транскрипційних та реплікаційних факторів, процесинг та транспорт рнк та ін. Доменний розподіл днк зберігається протягом клітинного циклу та в термінально диференційованих клітинах. Петлева будова хроматину складає основу для просторової організації генетичного матеріалу в клітинному ядрі і забезпечує належне функціонування геному.
Мосоми, побудовані з однієї хроматиди, і d - хромосоми, що мають у своєму складі 2 хроматиди. Після поділу клітини в дочірніх клітинах є s - хромосоми, а в інтерфазі відбувається дуплікація (подвоєння) днк і хромосоми набувають подвійної маси, перетворюються в d - хромосоми. Розглядаючи будову хромосоми, у першу чергу слід зауважити, що за масою розрізняють два типи хромосом. S - хро мосоми, побудовані з однієї хроматиди, і d - хромосоми, що мають у своєму складі 2 хроматиди. Після поділу клітини в дочірніх клітинах є s - хромосоми, а в інтерфазі відбувається дуплікація (подвоєння) днк хромосоми набувають подвійної маси, перетворюються в d - хромосоми хромосоми і хромосоми. Морфологію хромосом прийнято описувати на прикладі метафазної хромосоми, коли вона найбільш конденсована і складається з двох хроматид. Така хромосома є паличкоподібною структурою, утвореною з двох субодиниць конденсованої днк разом з білковими глобулами. Розміщені хроматиди одна поряд з другою і з єднані лише в одній ділянці, названій первинною, або центричною перетяжкою, яка ділить хромосому на два плеча. На центричній перетяжці d - хромосоми знаходиться центромера (центромер), з обох сторін якої містяться дископодібні структури – кінетохори (від грец. Kinetos — рухомий, chora — простір). У метафазі кінетохори ініціюють формування хромосомних (кінетохорних) мікротубул мітотичного веретена. На деяких хромосомах є ще вторинні перетяжки, які забарвлюються слабо основними барвниками. Розміщення їх і глибина різні в різних хромосомах, але постійні для кожної з них (їх у людини 5 пар). Називаються такі хромосоми організаторами ядерець, оскільки вони утворюють ядерця після мітотичного поділу клітини, під час якого ядерця зникають. Теломери — це кінцеві ділянки хромосом, що мають специфічні особливості — полярність (монополярність). При хромосомних абераціях (перебудовах), коли хромосоми розриваються, окремі їх ділянки ніколи не з єднуються з кінцем теломера. Супутники (трабанти, або сателіти) є в окремих хромосомах (sat - хромосомах), мають різні розміри і форму; це круглі або видовжені тільця, з єднані з рештою хромосоми тонкою хроматиновою ниткою. Необхідно ще раз підкреслити про безперервність існування хромосом, ніякої деградації, ніякого демонтування хромосом немає, є лише два основні стани. Конденсований — при мітозі, деконденсований (тою, чи іншою мірою) — в інтерфазі. Ділянки хромосом, які конденсуються при мітозі і деконденсуються в інтерфазі, називаються еухроматиновими районами хромосом, а такі ділянки, що залишаються конденсованими в інтерфазі, носять назву гетерохроматинових районів. інформація в днк хромосом дублюється. Так, кожний тяж днк має дві ідентичні (такі самі) половини, обернені в протилежну сторону.
Таким чином кожен ген, кожна інформація в днк продубльовані. Крім цього, в хромосомі є дві хроматиди (дві молекули днк), і тут маємо ще одне подвоєння інформації. Коли клітина готується до поділу (в s - періоді) і редуплікує хромосоми до диплоїдного набору (тетради хроматид — 4 стрічки днк), відбувається дальша дуплікація інформації (генів). У диплоїдному наборі є по дві гомологічні (рівнозначні) хромосоми, так що перед мітозом інформація є ще раз подвоєною. Дві гомологічні хромосоми не обов’язково містять ідентичні гени, вони радше можуть бути видозмінами даного гена, і тому в генетиці їх називають алелями. В інтерфазному ядрі, коли частина хромосом більшою чи меншою мірою деконденсована, окремих хромосом розрізнити неможливо навіть у найкращому електронному мікроскопі. Однак, вдалося виявити, що розміщення їх в ядрі має певну закономірність. Центромери і теломери розташовані маргінально під каріолемою, з одного боку ядра містяться теломери, з іншого — центромери. В інтерфазі у самок в активному стані знаходиться лише одна х - хромосома, друга не бере участі в синтетичних процесах, залишаючись конденсованою, неактивною. її можна бачити в ядрі (біля ядерця або при каріолемі) у вигляді малого хроматинового тільця — тільця бара, або статевого хроматину.
Дослідження статевого хроматину використовується для визначення статі і виявлення генетичної патології. Кількість і розміри хромосом. Довжина хромосом у різних видів коливається від 0, 2 до 50 мкм, а діаметр від 0, 2 до 3 мкм, у людини довжина хромосом в середньому 4–6 мкм. У різних видів кількість хромосом різна, в диплоїдному наборі людини є 46 хромосом, собаки — 22, щура — 42, дрозофіли — 8, кукурудзи — 20, цибулі — 16, жита — 14. Класифікувати хромосоми можна по - різному.
За розмірами, формою. Найчастіше розрізняють хромосоми за стадіями мітозу і залежно від розміщення первинної перетяжки. Зокрема, за розміщенням первинної перетяжки хромосоми поділяють. (1) дицентричні хромосоми мають дві центромери, які появляються при з’єднанні двох центромерних ділянок після їх відриву від хроматид. (2) ацентричні хромосоми — позбавлені центромери. Останні при мітозі не утворюють кінетохорних мікротубул, у зв’язку з тим не можуть переміщатися до полюсів і тому губляться. За стадіями мітозу хромосоми поділяються. Профазні, метафазні (це d - хромосоми), анафазні і телофазні (s - хромосоми). При чому метафазні хромосоми мають вигляд ікса або циркуля (акроцентричні), тоді як анафазні наполовину тонші, а телофазні починають деконденсуватися. Розрізняють також соматичні (в людини їх 22 пари) і статеві (одна пара) хромосоми. Останні в жінок однакові (xx хромосоми), у чоловіків різні (xy хромосоми). Мітохондрії (від грец. Аітос; - нитка, jov6pa; - зернятко) - це органели, в яких енергія хімічних зв язків органічних речовин перетворюється на енергію фосфатних зв язків атф. Мітохондрії - досить великі овальні органели (0, 2 - 2, 0 мкм), вкриті двома мембранами. Вони зустрічаються майже в усіх еукаріотичних клітинах, за винятком анаеробних найпростіших і еритроцитів. Мітохондрії хаотично розподілені по цитоплазмі, хоча частіше виявляються біля ядра або в місцях із високими потребами енергії. У м язових клітинах вони розташовані між міофібрилами. Органели можуть змінювати свою структуру і форму, здатні переміщуватися всередині клітини. Органела містить зовнішню і внутрішню мембрани з вузьким міжмембранним простором. Внутрішня мембрана утворює численні вирости - кристи, що оточені матриксом, в якому знаходиться багато ферментів, рибосоми, одна молекула днк. Зовнішня мембрана легко проникна для багатьох невеликих молекул. Містить ферменти, що перетворюють речовини на реакційноздатні субстрати, бере участь в утворенні міжмембранного простору.
Внутрішня мембрана погано проникна для більшості речовин. Матрикс - це простір мітохондрії, обмежений внутрішньою мембраною. Він утворений сотнями різних ферментів, що беруть участь у розкладі органічних речовин до co, і н2о. При цьому вивільняється енергія хімічних зв язків між атомами молекул органічних речовин і перетворюється в макроергічні зв язки атф. У матриксі знаходяться рибосоми і молекула мітохондріальної днк. Рибосоми мітохондрій і днк забезпечують синтез необхідних органелл і білків. Мітохондрії розмножуються шляхом поділу.
При поділі клітини вони більш - менш рівномірно розподіляються між дочірніми клітинами. Таким чином між мітохондріями послідовних генерацій клітин здійснюється спадкоємність. Особливості мітохондрій, що вказують на їхню подібність із прокаріотами, розглядають як доказ симбіотичного походження цієї органели. Згідно з такою гіпотезою, деякі аеробні прокаріоти проникли в більшу анаеробну клітину.
Можливо, спочатку вони вели паразитичний спосіб життя. Надалі партнери цього співжиття в процесі еволюції пристосувалися один до одного і колишній паразит перетворився в органелу, необхідну для існування клітини. Але як органели предки мітохондрії загубили частину свого генетичного матеріалу.
В еукаріотичних клітинах мітохондрі - альна днк кодує лише частину мітохондріальних білків, більша ж кількість їх синтезується поза мітохондріями і пов язана з ядерною днк. Клітинне дихання — це сукупність біохімічних реакцій, у ході яких відбувається окиснення вуглеводів, ліпідів і амінокислот до вуглекислого газу і води. Вивільнена енергія запасається в хімічних зв’язках молекул атф та інших енергетичних молекул. Далі ця енергія використовується для різних потреб клітини, у тому числі й для реакцій біосинтезу.
На першому, підготовчому, етапі енергетичного обміну великі органічні молекули розкладаються на дрібніші компоненти. Другий етап енергетичного обміну — неповне безкисневе розщеплення речовин — відбувається в цитоплазмі клітин. Речовини, що утворилися під час підготовчого етапу, розкладаються за допомогою ферментів за відсутності кисню. Прикладом безкисневого розщеплення речовин є гліколіз — ферментативне розщеплення глюкози. Гліколіз відбувається у тваринних клітинах і в деяких мікроорганізмів. У процесі гліколізу з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули трикарбонової піровиноградної кислоти с3н6о3, а енергії, що вивільняється при цьому, достатньо для перетворення двох молекул адф на дві молекули атф (мал. Третій етап енергетичного обміну — повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання, — відбувається в матриксі і на кристах мітохондрій в присутності кисню. Продукт гліколізу — піровиноградна кислота — містить значну кількість енергії, і подальше її вивільнення відбувається в мітохондріях, де здійснюється повне окиснення піровиноградної кислоти до co2 та h2o. З кров ю кисень проникає в клітину, вірніше в особливі клітинні структури - мітохондрії. Вони є у всіх клітинах, за винятком клітин бактерій, синьо - зелених водоростей і зрілих клітин крові (еритроцитів). У мітохондріях кисень вступає в багатоступеневу реакцію з різними поживними речовинами - білками, вуглеводами, жирами та ін цей процес називається клітинним диханням. У результаті виділяється хімічна енергія, яку клітина запасає в особливому речовині - аденозинтрифосфорной кислоті, або атф. Це універсальний накопичувач енергії, яку організм витрачає на ріст, рух, підтримку своєї життєдіяльності. Дихання - це окислювальний, за участю кисню розпад органічних поживних речовин, що супроводжується утворенням хімічно активних метаболітів і звільненням енергії, які використовуються клітинами для процесів життєдіяльності. Дорогоцінна для організму атф утворюється не тільки в мітохондріях, але і в цитоплазмі клітини в результаті гліколізу (від грец. Гліколіз не є мембранозалежних процесом. Він відбувається в цитоплазмі. Однак ферменти гліколізу пов язані зі структурами цитоскелету.
Гліколіз - процес дуже складний. Це процес розщеплення глюкози під дією різних ферментів, що не вимагає участі кисню. Для розпаду і часткового окислення молекули глюкози необхідно узгоджене перебіг одинадцяти послідовних реакцій. При гликолизе одна молекула глюкози дає можливість синтезувати дві молекули атф. Продукти розщеплення глюкози можуть потім вступати в реакцію бродіння, перетворюючись на етиловий спирт або молочну кислоту.
Спиртове бродіння властиво дріжджів, а молочнокисле - властиво клітинам тварин і деяких бактерій. Багатьом аеробних, тобто живуть виключно в біс кисневої середовищі, організмам вистачає енергії, що утворюється в результаті гліколізу і бродіння. Але аеробних організмів необхідно доповнити цей невеликий запас, причому досить істотно. Продукти розщеплення глюкози потрапляють в мітохондрії. Там від них спочатку відщеплюєтьсямолекула вуглекислого газу, який виводиться з організму при виході. Кожен із що у ній ферментів вступає в з єднання, а після кількох перетворень знову звільняється в первинному вигляді. Біохімічний цикл зовсім не безцільне ходіння по колу.
Він більше схожий з поромом, який снує між двома берегами, але в підсумку люди і машини рухаються в потрібному напрямку.
У результаті відбуваються в циклі кребса реакцій синтезуються додаткові молекули атф, відщеплюються додаткові молекули вуглекислого газу і атоми водню. Жири теж беруть участь у цьому ланцюжку, але їх розщеплення вимагає часу, тому якщо енергія потрібна терміново, то організм використовує не жири, а вуглеводи. Зате жири - дуже багате джерело енергії. Можуть окислятся для енергетичних потреб і білки, але лише в крайньому випадку, наприклад при тривалому голодуванні. Білки для клітини - недоторканий запас. Головний по ефективності процес синтезу атф відбувається за участю кисню в багатоступінчастої дихального ланцюга. Кисень здатний окисляти багато органічні сполуки і при цьому виділяти багато енергії одразу.
Але такий вибух для організму був би згубний. Роль дихального ланцюга і всього аеробного, тобто пов язаного з киснем, дихання полягає саме в тому, щоб організм забезпечувався енергією безперервно і невеликими порціями - у тій мірі, в якій мірі це організму потрібно. Можна провести аналогію з бензином. Розлитий по землі і підпалений, він миттєво спалахне без будь - якої користі. А в автомобілі, згораючи потроху, бензин буде кілька годин здійснювати корисну роботу.
Але для цього такий складний пристрій, як двигун. Адже при гликолизе це співвідношення було лише 2. Таким чином, коефіцієнт корисної дії аеробного дихання набагато більше.
Механізм синтезу атф при гліколізу відносно простий і може без праці бути відтворений в пробірці. Проте ніколи не вдавалося лабораторно змоделювати дихальний синтез атф. У 1961 році англійський біохімік пітер мітчел висловив припущення, що ферменти - сусіди по дихального ланцюга - дотримують не тільки сувору черговість, а й чіткий порядок в просторі клітини. Спроби відтворити дихальний синтез атф зазнали невдачі, тому що роль мембрани дослідниками недооцінювалися. А адже в реакції беруть участь ще ферменти, зосереджені в грибоподібних наростах на внутрішній стороні мембрани. Якщо ці нарости видалити, то атф синтезуватися не буде.
Молекулярний кисень - потужний окислювач. Але як сильнодіючі ліки, він здатний давати і побічні ефекти. Наприклад, пряма взаємодія кисню з ліпідами викликає поява отруйних перекисів і порушує структуру клітин. Активні з єднання кисню можуть пошкоджувати також білки і нуклеїнові кислоти. Чому ж не відбувається отруєння цими отрутами. Тому, що їм є протиотрута. Життя виникла в відсутність кисню, і перші істоти на землі були анаеробними. Потім з явився фотосинтез, а кисень як його побічний продукт почав накопичуватися в атмосфері. У ті часи цей газ був небезпечний для всього живого. Одні анаероби загинули, інші знайшли безкисневі куточки, наприклад, оселившись в грудочках грунту; треті стали пристосовуватися і мінятися. Тоді - то і з явилися механізми, що захищають живу клітину від безладного окислення. Це різноманітні речовини. Ферменти, у тому числі руйнівник шкідливої. Перекису водню - каталізу, а також багато інших небілкові сполуки. Дихання взагалі спочатку з явилося, як спосіб видаляти кисень з навколишнього організм атмосфери і лише потім стало джерелом енергії. Пристосувалися до нового середовища анаероби стали аеробами, отримавши величезні переваги. Але прихована небезпека кисню для них все ж збереглася. Ось чому в чистому кисні, та ще й під тиском, все живе досить скоро гине.
Якщо ж клітина виявиться пошкоджена яким зовнішнім фактором, то захисні механізми зазвичай відмовляють в першу чергу, і тоді кисень починає шкодити навіть при звичайній атмосферної концентрації.
Коментарі
Дописати коментар