Energia necesară pentru activitatea vitală, majoritatea organismelor primind ca urmare a proceselor de oxidare a substanțelor organice, adică ca urmare a reacțiilor catabolice. Cel mai important compus care acționează ca "combustibil" este glucoza.
Grupuri de organisme în legătură cu oxigenul liber
Organismele sunt împărțite în trei grupe:
- aerobi (aerobi obligați) - organisme care pot trăi numai în mediul oxigen (animale, plante, unele bacterii și ciuperci);
- anaerobe (anaerobe obligatorii) - organisme care nu pot trăi într-un mediu de oxigen (unele bacterii);
- formule facultative (anaerobe facultative) - organisme care pot trăi în prezența oxigenului și fără acesta (unele bacterii și ciuperci).
La aerobii obligați și anaerobii facultativi în prezența oxigenului, catabolismul are loc în trei etape: pregătitor; fără oxigen; oxigen. Ca rezultat, substanțele organice se descompun la compuși anorganici. La anaerobii obligați și facultativi, la o lipsă de oxigen, catabolismul are loc în două etape: pregătitor și anoxic. Ca rezultat, se formează compuși organici intermediari, încă bogați în energie.
Etapele catabolismului
Prima etapă, pregătitoare, constă în scindarea enzimatică a compușilor organici complexi în cele mai simple:
- proteinele se descompun în aminoacizi;
- grăsimi - la glicerină și acizi grași;
- polizaharide - la monozaharide;
- acizi nucleici - până la nucleotide.
În organismele multicelulare acest lucru se întâmplă în tractul gastrointestinal, în organismele unicelulare apare în lizozomi sub acțiunea enzimelor hidrolitice. Energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură. Compușii organici formați fie suferă o oxidare ulterioară, fie sunt utilizați de celulă pentru a-și sintetiza propriii compuși organici.
A doua etapă - oxidarea incompletă (anoxică) - este împărțirea în continuare a substanțelor organice, efectuată în citoplasma celulei fără participarea oxigenului.
Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Oxigenarea, oxidarea incompletă a glucozei se numește glicoliză. Ca glicoliza rezultat o molecula de glucoza este formată din două molecule de acid piruvic (PVK, piruvat) CH3 COCOOH, ATP și apă precum și atomi de hidrogen, care se leagă la o moleculă purtătoare de NAD + și NAD sunt stocate sub formă de • H.
Formula generală pentru glicoliză este următoarea:
În continuare, în absența oxigenului în produsele glicoliză medie (PVK și NAD • H) sau transformate în alcool etilic (fermentarea alcoolică observată în celule de drojdie și plante cu un deficit de oxigen)
sau în acid lactic (fermentația lactică este observată în celulele animale cu o lipsă de oxigen)
Dacă în mediu există oxigen, produsele de glicoliză suferă o scindare suplimentară la produsele finale.
A treia etapă - oxidarea completă (respirația) - constă în oxidarea PVK la dioxid de carbon și apă, se efectuează în mitocondriile cu participarea obligatorie a oxigenului. Această etapă are trei etape:
- formarea acetilcoenzimei A;
- oxidarea acetilcoenzimei A în ciclul Krebs;
- fosforilarea oxidativă în lanțul de transport al electronilor.
În prima etapă, PVK este transferat de la citoplasmă la mitocondrie, unde interacționează cu enzimele de matrice și forme: dioxid de carbon, care este îndepărtat din celulă; atomi de hidrogen, care sunt transportate la membrana interioară a mitocondriilor prin molecule purtătoare; acetilcoenzimă A (acetil-CoA).
A doua etapă este oxidarea acetilcoenzimei A în ciclul Krebs. Ciclul Krebs (ciclul acidului tricarboxilic, ciclul acidului citric), - un lanț de reacții secvențiale, în care o moleculă de acetil-Koa format cu două molecule de dioxid de carbon; molecula de ATP; patru perechi de atomi de hidrogen transferate la moleculele purtătoare - NAD și FAD.
Astfel, ca rezultat al glicolizei și ciclului Krebs, molecula de glucoză se împarte până la CO2. iar energia eliberată este folosită pentru sinteza a patru ATP și se acumulează în zece NAD • H și patru FAD • H2.
În cea de-a treia etapă, atomii de hidrogen cu NAD • H și FAD • H2 sunt oxidați de oxigenul molecular O2 pentru a forma apă. Un NAD • H este capabil să formeze trei ATP-uri și un FAD • H2 - două ATP-uri. Astfel, energia eliberată în același timp este stocată sub forma a încă 34 ATF.
Acest proces are loc după cum urmează. Atomii de hidrogen sunt concentrați în apropierea părții exterioare a membranei mitocondriale interne. Ei pierd electroni care moleculele purtătoare de lanț (citocromii) cu lanț elektronotransportnoy (ETC) sunt transferate pe partea interioară a membranei interioare în care moleculele de oxigen se combină cu:
Ca rezultat al lanțului de transport de electroni a mitocondriilor enzimelor membranei interne din interior este încărcate negativ (datorită O2 -), iar la exterior - pozitiv (din cauza H +). Astfel, între suprafețele sale se formează o diferență de potențial. In membrana mitocondriale moleculele enzimatice sunt incorporate sintetazei ATP având canalul de ioni. Atunci când diferența de potențial prin membrana atinge un nivel critic, cu particule încărcate pozitiv H + puterea câmpului electric începe să împingă prin canalul ATPase și, o dată pe suprafața interioară a membranei reacționează cu oxigenul pentru a forma apa:
Energia ionilor de hidrogen H +. transportat prin canalul ionic al membranei mitocondriale interioare, este utilizat pentru fosforilarea ADP în ATP:
O astfel de formare a ATP în mitocondriile cu participarea oxigenului se numește fosforilare oxidativă.
Ecuația totală de divizare a glucozei în procesul de respirație celulară:
Astfel, în timpul glicolizei se formează două molecule ATP, în cursul respirației celulare - un alt 36ATP, în totalitate, cu oxidarea completă a glucozei - 38ATP.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: