Tātad šūnā notiek šūnu elpošana.

Bet kur tieši? Kura organella veic šo procesu?

Šūnu elpošanas galvenais posms tiek veikts. Kā zināms, galvenais mitohondriju darba produkts – ATP molekulas – ir sinonīms jēdzienam “enerģija” bioloģijā. Patiešām, šī procesa galvenais produkts ir enerģija, ATP molekulas.

ATPir molekula - sinonīms enerģijai bioloģijā. Tas apzīmē adenozīna trifosfātu vai adenozīna trifosfātu. Kā redzams no formulas attēla, molekula satur:

1. trīs saites ar fosforskābes atlikumiem, kurām pārraujot tiek atbrīvots liels enerģijas daudzums,
2. ribozes ogļhidrātu (piecu atomu cukurs) un
3. slāpekļa bāze

1 Šūnu elpošanas stadija - sagatavošanās

Kā vielas nokļūst šūnās? Ķermeņa gremošanas procesā. Gremošanas procesa būtība ir polimēru, kas nonāk organismā ar pārtiku, sadalīšana monomēros:

• sadalās aminoskābēs;
• - uz glikozi;
• sadalās glicerīnā un taukskābēs.

Tie. monomēri nonāk šūnā.

2 Šūnu gremošanas stadija

glikolīze- fermentatīvs process glikozes secīgai sadalīšanai šūnās, ko papildina ATP sintēze.

Glikolīze plkst aerobos apstākļos noved pie pirovīnskābes (PVA) (piruvāta) veidošanās,

glikolīze iekšā anaerobos apstākļos(bezskābes vai ar skābekļa trūkumu) izraisa pienskābes (laktāta) veidošanos.

CH3-CH(OH)-COOH

Process notiek, piedaloties fosforskābes molekulām, tāpēc to sauc oksidatīvā fosforilēšana

Glikolīze ir galvenais glikozes ceļš dzīvniekiem.

Pārvērtības notiek, t.i. process būs viennozīmīgi anaerobs: glikozes molekula tiks sadalīta līdz PVC - pirovīnskābei, atbrīvojot 2 ATP molekulas:

3 šūnu gremošanas stadija (skābeklis)

Nokļūstot mitohondrijā, notiek oksidēšanās: PVS skābekļa iedarbībā sadalās līdz oglekļa dioksīdam (kopsavilkuma vienādojums):

Pirmkārt, tiek atdalīts viens pirovīnskābes oglekļa atoms. Tādējādi rodas oglekļa dioksīds, enerģija (tā tiek uzkrāta vienā NADP molekulā) un divu oglekļa molekula - acetilgrupa. Tad reakcijas ķēde nonāk šūnas vielmaiņas koordinācijas centrā - Krebsa cikls.

Krebsa cikls

(citronskābes cikls)

Krebsa cikls ir reakcija, kas sākas, kad noteikta ienākošā molekula apvienojas ar citu molekulu, kas darbojas kā "palīgs". Šī kombinācija aizsāk virkni citu ķīmiskās reakcijas, kurā veidojas produktu molekulas un beigās tiek atjaunota palīgmolekula, kas var sākt visu procesu no jauna.

Lai apstrādātu tajā uzkrāto enerģiju viena glikozes molekula, nepieciešams Krebsa cikls iet cauri divreiz

Process ir daudzpakāpju, un tajā papildus dažādām skābēm ar interesantiem nosaukumiem tiek iesaistīti koenzīmi (CoA).

Kas ir koenzīmi?

(koenzīmi)

• Tās ir nelielas organiskās vielas.
• tie spēj apvienoties ar olbaltumvielām (vai tieši ar fermentiem, kuriem, starp citu, ir proteīna daba), veidojot aktīvo vielu, kompleksu, kas būs kaut kas līdzīgs katalizatoram.

Prefikss "ko-" ir kā "līdz" - līdzproducents, tautietis utt. Tie. "kopā ar "

glikolīze ir ārkārtīgi svarīgs kataboliskais ceļš.

Tas nodrošina enerģiju šūnu reakcijām, tostarp olbaltumvielu sintēzei.

Glikolīzes starpprodukti tiek izmantoti tauku sintēzē.

Piruvātu var izmantot arī citu savienojumu sintezēšanai. Pateicoties glikolīzei, mitohondriju veiktspēja un skābekļa pieejamība neierobežo muskuļu spēku īslaicīgas ekstremālas slodzes laikā.

Dzīvo organismu šūnām pastāvīgi nepieciešama enerģija dažādu dzīvības procesu veikšanai. Universālais šīs enerģijas piegādātājs ir ATP, kas veidojas enerģijas metabolisma reakcijās. Lielākajā daļā organismu ATP tiek sintezēts galvenokārt šūnu elpošanas laikā. Šūnu elpošana - sarežģīts process, kura laikā notiek organisko vielu sadalīšanās (galu galā - līdz vienkāršākajiem neorganiskajiem savienojumiem) un to izdalītā enerģija ķīmiskās saites glabā un pēc tam izmanto šūna (60. att.).

Lielākā daļa dzīvo organismu (visi augi, lielākā daļa dzīvnieku, sēnīšu un protistu, daudzas baktērijas) šūnu elpošanas procesā izmanto skābekli. Šādus organismus sauc par aerobiem (no grieķu valodas. gaiss- gaiss, bios- dzīvība), un to elpošanas veids - aerobā elpošana. Apskatīsim, kā notiek šūnu elpošanas process aerobos apstākļos (t.i., skābekļa brīvas piekļuves apstākļos).

Šūnu elpošanas stadijas. Sagatavošanas posms ir lielu organisko molekulu sadalīšana vienkāršākos savienojumos. Šie procesi notiek gremošanas sistēma(dzīvniekiem) un šūnu citoplazmu, neizmantojot skābekli. Gremošanas enzīmu iedarbībā polisaharīdi sadalās monosaharīdos, tauki – glicerīnā un augstākās karbonskābēs, olbaltumvielas – aminoskābēs, bet nukleīnskābes – nukleotīdos. Šajā gadījumā izdalās maz enerģijas, tā netiek uzkrāta ATP formā, bet tiek izkliedēta siltuma veidā. Turklāt, lai notiktu šķelšanās reakcijas, ir nepieciešams zināms enerģijas daudzums.

Sagatavošanas posma rezultātā radušās vielas šūna var izmantot gan plastiskās apmaiņas reakcijās, gan tālākai šķelšanai, lai iegūtu enerģiju.

Otro enerģijas metabolisma posmu sauc bezskābekļa vai anaerobs. Tas sastāv no sagatavošanas posmā iegūto organisko vielu fermentatīvās sadalīšanas. Skābeklis šīs stadijas reakcijās nepiedalās, turklāt anaerobā stadija var noritēt arī bez skābekļa. Galvenais enerģijas avots šūnā ir glikoze, tāpēc mēs apsvērsim otro posmu, izmantojot bezskābekļa glikozes sadalīšanas piemēru - glikolīzi.

glikolīze- daudzpakāpju process glikozes (C 6 H 12 0 6) sadalīšanai bez skābekļa līdz pirovīnskābei (C 3 H 4 0 3). Glikolīzes reakcijas katalizē īpaši fermenti, un tās notiek šūnu citoplazmā.

Glikolīzes laikā katra glikozes molekula tiek sadalīta divās pirovīnskābes (PVA) molekulās - tas atbrīvo enerģiju, no kuras daļa tiek izkliedēta siltuma veidā, bet pārējā tiek izmantota sintēzei. 2 ATP molekulas. Glikolīzes starpprodukti tiek oksidēti - no tiem tiek atdalīti ūdeņraža atomi, kurus izmanto NDD + atjaunošanai.

NAD - nikotīnamīda adenīna dinukleotīds (pilns nosaukums nav dots iegaumēšanai) - viela, kas šūnā veic ūdeņraža atomu nesēja funkciju. NAD, kas ir pievienojis divus ūdeņraža atomus, tiek saukts par reducētu (rakstīts kā NAD "H + H +). Reducēts NAD var nodot ūdeņraža atomus citām vielām un nonākt oksidētā formā (NAD +).

Tādējādi glikolīzes procesu var izteikt ar šādu kopsavilkuma vienādojumu (vienkāršības labad visos enerģijas metabolisma reakciju vienādojumos nav norādītas ūdens molekulas, kas veidojas ATP sintēzes laikā):

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + + 2ADP + 2H 3 P0 4 ->. 2C 3H 4 0 3 + 2NADH+H+ + 2ATP.

Glikolīzes rezultātā atbrīvojas tikai aptuveni 5% no enerģijas, ko satur glikozes molekulu ķīmiskās saites. Ievērojamu daļu enerģijas satur glikolīzes produkts – PVC.Tāpēc aerobās elpošanas laikā pēc glikolīzes seko beigu stadija – skābeklis, vai aerobikas.

Pirovīnskābe, kas veidojas glikolīzes rezultātā, nonāk mitohondriju matricā, kur tā pilnībā sadalās un oksidējas līdz galaproduktiem - CO 2 un H 2 0. Glikolīzes laikā izveidotā reducētā NAD nonāk arī mitohondrijās, kur notiek oksidēšanās. Elpošanas aerobajā stadijā tiek patērēts skābeklis un 36 ATP molekulas(uz 2 PVC molekulām) - CO 2 no mitohondrijiem izdalās šūnas hialoplazmā un pēc tam vidē. Tātad kopējo elpošanas skābekļa stadijas vienādojumu var attēlot šādi:

2C3H403+602+2NADH+H++36ADP + 36H3P04 ->. 6C0 2 + 6H 2 0 + + 2NAD+ + 36ATP.

Mitohondriju matricā PVC tiek pakļauts sarežģītai enzīmu šķelšanai, kuras produkti ir oglekļa dioksīds un ūdeņraža atomi. Pēdējie tiek nogādāti ar NAD un FAD (flavīna adenīna dinukleotīda) nesējiem uz iekšējo mitohondriju membrānu (61. att.).

Mitohondriju iekšējā membrāna satur enzīmu ATP - c un nte tase a, kā arī proteīnu kompleksus, kas veido elektronu transporta ķēdi (ETC). ETC komponentu funkcionēšanas rezultātā no NAD un FAD iegūtie ūdeņraža atomi tiek atdalīti protonos (H +) un elektronos. Protoni tiek transportēti pa iekšējo mitohondriju membrānu un uzkrājas starpmembrānu telpā. Ar ETC palīdzību elektroni tiek nogādāti matricā līdz gala akceptoram - skābeklim (0 "). Rezultātā veidojas O 2- anjoni.

Protonu uzkrāšanās starpmembrānu telpā noved pie elektroķīmiskā potenciāla rašanās uz mitohondriju iekšējās membrānas. Kad tiek sasniegta noteikta koncentrācija, protoni sāk pārvietoties matricā, ejot caur īpašiem ATP sintetāzes enzīma kanāliem. Elektroķīmiskā enerģija tiek izmantota, lai sintezētu lielu skaitu ATP molekulu. Matricā protoni savienojas ar skābekļa anjoniem un veidojas ūdens: 2H + + O 2- - HoO.

Tāpēc, pilnībā sadaloties vienai glikozes molekulai, šūna var sintezēt 38 ATP molekulas(2 molekulas glikolīzes laikā un 36 molekulas skābekļa stadijā). Vispārējo aerobās elpošanas vienādojumu var uzrakstīt šādi:

C 6 H 12 0 6 + 60 2 + 38ADP + 38H 3 P0 4 ->. 6C0 2 + 6H 2 0 + 38ATP.

Ogļhidrāti ir galvenais šūnu enerģijas avots, bet tauku un olbaltumvielu sadalīšanās produkti var tikt izmantoti arī enerģijas vielmaiņas procesos.

1. Vai šūnu elpošana attiecas uz asimilācijas vai disimilācijas procesiem? Kāpēc?

2. Kāds ir šūnu elpošanas process? No kurienes šūnu elpošanas laikā rodas enerģija ATP sintēzei?

3. Uzskaitiet šūnu elpošanas posmus. Kuru no tiem pavada ATP sintēze? Cik daudz ATP (uz 1 molu glikozes) var veidoties katrā posmā?

4. Kur notiek glikolīze? Kādas vielas ir nepieciešamas, lai notiktu glikolīze? Kādi gala produkti veidojas?

5. Kādās organellās notiek šūnu elpošanas skābekļa stadija? Kādas vielas nonāk šajā posmā? Kādi produkti veidojas?

6. Iekš sagatavošanās posmsšūnu elpošana nonāk 81 g glikogēna. Kāds ir maksimālais ATP daudzums (mol), ko var sintezēt sekojošās glikolīzes rezultātā? Elpošanas aerobās fāzes laikā?

7. Kāpēc organisko savienojumu sadalīšana ar skābekļa piedalīšanos ir enerģētiski efektīvāka nekā bez tās?

8. Mitohondriju garums svārstās no 1 līdz 60 mikroniem, un platums ir robežās no 0,25-1 mikroniem. Kāpēc ar tik ievērojamām mitohondriju garuma atšķirībām to platums ir salīdzinoši mazs un relatīvi nemainīgs?

1. nodaļa. Dzīvo organismu ķīmiskās sastāvdaļas

• § 1. Ķīmisko elementu saturs organismā. Makro un mikroelementi
• § 2. Ķīmiskie savienojumi dzīvajos organismos. Neorganiskās vielas

2. nodaļa. Šūna - dzīvo organismu strukturālā un funkcionālā vienība

• § 10. Šūnas atklāšanas vēsture. Šūnu teorijas izveide
• § 15. Endoplazmatiskais tīklojums. Golgi komplekss. Lizosomas

3. nodaļa

• § 24. Vispārīgi vielmaiņas un enerģijas pārveidošanas raksturojumi

4. nodaļa. Strukturālā organizācija un funkciju regulēšana dzīvos organismos

Mums visiem ir nepieciešama enerģija, lai pareizi darbotos, un mēs šo enerģiju iegūstam no pārtikas, ko ēdam. Lielākā daļa efektīvs veids Enerģijas uzkrāšanās šūnās, kas tiek uzglabātas pārtikā, ir šūnu elpošana, katabolisks process adenozīna trifosfāta (ATP) ražošanai. ATP ir augstas enerģijas molekula, ko izmanto ķermeņa darba šūnas. Šūnu elpošana notiek tāpat kā. Šūnu elpošanā ir trīs galvenie posmi: glikolīze, citronskābes cikls un oksidatīvā fosforilēšana.

glikolīze

Glikolīze burtiski nozīmē "cukura sadalīšana". Glikolīzes process notiek. Ar asinsriti šūnām tiek piegādāta glikoze un skābeklis. Glikolīzes rezultātā veidojas divas ATP molekulas, divas pirovīnskābes molekulas un divas "augstas enerģijas" NADH molekulas. Glikolīze var notikt ar skābekli vai bez tā. Skābekļa klātbūtnē glikolīze ir pirmais solis aerobajā šūnu elpošanā. Bez skābekļa glikolīze ļauj šūnām ražot nelielu daudzumu ATP. Šo procesu sauc par anaerobo elpošanu vai fermentāciju. Fermentācija rada arī pienskābi, kas var uzkrāties muskuļu audos, izraisot sāpīgumu un dedzināšanu.

Citronskābes cikls

Citronskābes cikls, kas pazīstams arī kā trikarbonskābes cikls vai Krebsa cikls, sākas pēc tam, kad glikolīzes procesa molekulas tiek pārveidotas par nedaudz atšķirīgu savienojumu, acetil-CoA.

Pāri rindai starpposmi kopā ar divām ATP molekulām veidojas vairāki savienojumi, kas spēj uzglabāt "augstas enerģijas" elektronus. Savienojumi, kas pazīstami kā nikotīnamīda adenīna dinukleotīds (NAD) un flavīna adenīna dinukleotīds (FAD), tiek samazināti šajā procesā. Šīs samazinātās formas pārnes "augstas enerģijas" elektronus uz nākamo posmu.

Citronskābes cikls notiek tikai tad, ja ir skābeklis, bet tas tieši neizmanto skābekli. Visas šī cikla reakcijas notiek šūnu mitohondrijās.

Oksidatīvā fosforilēšana

E-transportam nepieciešama tūlītēja skābekļa klātbūtne. Elektronu transportēšanas ķēde ir virkne elektronu nesēju eikariotu šūnu membrānā. Veicot virkni reakciju, augstas enerģijas elektroni tiek pārnesti uz skābekli. Šajā gadījumā veidojas gradients, un galu galā ATP iegūst oksidatīvās fosforilēšanas ceļā. Enzīms ATP sintāze izmanto elektronu transportēšanas ķēdes radīto enerģiju, lai ADP fosforilētu par ATP.

Maksimālā ATP izvade

Tādējādi prokariotu šūnas spēj saražot 38 ATP molekulas, bet eikariotu šūnas maksimāli 36. Eikariotu šūnās glikolīzē ražotās NADH molekulas iziet cauri mitohondriālam, kas "maksā" divas ATP molekulas.

Dažādu sākotnējo substrātu izmantošana

Sākotnējie elpošanas substrāti var būt dažādas vielas, kas specifisku vielmaiņas procesu gaitā tiek pārveidotas par acetil-CoA, izdalot vairākus blakusproduktus. NAD (NADP) reducēšanās un ATP veidošanās var notikt jau šajā posmā, taču lielākā daļa no tiem veidojas trikarbonskābes ciklā acetil-CoA apstrādes laikā.

glikolīze

Glikolīze – glikozes enzīmu sadalīšanās ceļš – ir ierasts process gandrīz visiem dzīviem organismiem. Aerobos tas notiek pirms faktiskās šūnu elpošanas, anaerobos tas beidzas ar fermentāciju. Glikolīze pati par sevi ir pilnīgi anaerobs process, un tam nav nepieciešama skābekļa klātbūtne.

Tās pirmajā posmā tiek patērētas 2 ATP molekulas, un tajā ietilpst glikozes molekulas sadalīšana 2 gliceraldehīda-3-fosfāta molekulās. Otrajā posmā notiek no NAD atkarīga gliceraldehīda-3-fosfāta oksidēšana, ko pavada substrāta fosforilēšanās, tas ir, fosforskābes atlikuma pievienošanās molekulai un augstas enerģijas saites veidošanās tajā, pēc kuras atlikums tiek pārnests uz ADP, veidojoties ATP.

Tātad glikolīzes vienādojumam ir nākamais skats:

Samazinot ATP un ADP no reakcijas vienādojuma kreisās un labās puses, mēs iegūstam:

Piruvāta oksidatīvā dekarboksilēšana

Piruvīnskābe (piruvāts), kas veidojas glikolīzes laikā, piruvāta dehidrogenāzes kompleksa (sarežģīta 3 dažādu enzīmu un vairāk nekā 60 apakšvienību struktūra) iedarbībā sadalās oglekļa dioksīdā un acetaldehīdā, kas kopā ar koenzīmu A veido acetil- CoA. Reakciju pavada NAD reducēšanās līdz NAD∙H.

Eikariotos process notiek mitohondriju matricā.

Taukskābju β-oksidēšana

Galvenais raksts: β-oksidācija

Visbeidzot, ceturtajā posmā iegūto β-ketoskābi β-ketotiolāze sadala koenzīma A klātbūtnē par acetil-CoA un jaunu acil-CoA, kurā oglekļa ķēde ir par 2 atomiem īsāka. β-oksidācijas ciklu atkārto, līdz visas taukskābes ir pārvērstas par acetil-CoA.

Trikarbonskābes cikls

Kopējais reakcijas vienādojums:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + IKP + Fn + 2H 2O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

Eikariotos cikla enzīmi mitohondriju matricā atrodas brīvā stāvoklī, iekšējā mitohondriju membrānā ir iebūvēta tikai sukcināta dehidrogenāze.

Galvenais ATP molekulu daudzums tiek ražots ar oksidatīvās fosforilēšanas metodi šūnu elpošanas pēdējā posmā: elektronu transporta ķēdē. Šeit notiek NADH un FADH 2 oksidēšanās, kas reducējas glikolīzes procesos, β-oksidācijā, Krebsa ciklā uc Šo reakciju laikā izdalītā enerģija ir saistīta ar elektronu nesēju ķēdi, kas lokalizēta elektronu nesēju ķēdē. mitohondriji (prokariotos - citoplazmas membrānā), tiek pārveidots par transmembrānu protonu potenciālu. Enzīms ATP sintāze izmanto šo gradientu, lai sintezētu ATP, pārvēršot tā enerģiju ķīmiskās saites enerģijā. Ir aprēķināts, ka šī procesa laikā NADH molekula var radīt 2,5 ATP molekulas, FADH 2 - 1,5 molekulas.

Pēdējais elektronu akceptors aerobu elpošanas ķēdē ir skābeklis.

Anaerobā elpošana

Vispārējais elpošanas vienādojums, ATP līdzsvars

Piezīmes

Skatīt arī

Wikimedia fonds. 2010 .

Mūsdienu enciklopēdija

Procesu kopums, kas nodrošina ķermeņa piegādi ar skābekli un oglekļa dioksīda izvadīšanu (ārējo elpošanu), kā arī šūnu un audu skābekļa izmantošanu organisko vielu oksidēšanai, atbrīvojot enerģiju, kas nepieciešama .. ... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

Elpa- ELPOŠANA, procesu kopums, kas nodrošina organisma apgādi ar skābekli un oglekļa dioksīda izvadīšanu (ārējo elpošanu), kā arī šūnu un audu skābekļa izmantošanu organisko vielu oksidēšanai ar enerģijas izdalīšanos, ... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca

ELPA, es, sk. 1. Dzīvo organismu skābekļa uzņemšanas un oglekļa dioksīda izdalīšanās process. Elpošanas sistēmas. Šūnu d. (īpaša). 2. Ieelpošana un izelpošana no plaušām. Gluda d. Ierobežojiet d. D. atsperi (trans.). Otrais vēja paisums…… Vārdnīca Ožegovs

ELPOŠANA, ELPOŠANA, ES; sk. 1. Gaisa ieelpošana un izelpošana caur plaušām vai (dažiem dzīvniekiem) ar citiem attiecīgiem orgāniem kā skābekļa uzņemšanas un oglekļa dioksīda izdalīšanās process, ko veic dzīvi organismi. Elpošanas sistēmas. Trokšņaini, smagi, ...... enciklopēdiskā vārdnīca

Veselajā izpratnē tas nozīmē krūškurvja kustību sēriju, kas dzīves laikā nepārtraukti mainās ieelpas un izelpas veidā un, no vienas puses, izraisa svaiga gaisa ieplūšanu plaušās un, no otras puses, izņemšanu. no viņiem jau sabojātā gaisa ... ... Enciklopēdiskā vārdnīca F.A. Brokhauss un I.A. Efrons

I Elpošana (respiratio) ir procesu kopums, kas nodrošina skābekļa piegādi no atmosfēras gaisa organismam, tā izmantošanu organisko vielu bioloģiskajā oksidēšanā un oglekļa dioksīda izvadīšanā no organisma. Rezultātā… … Medicīnas enciklopēdija

Enerģijas plūsma šūnā

Enerģijas plūsma šūnā balstās uz organismu uztura un šūnu elpošanas procesiem.

1. Uzturs- matērijas un enerģijas iegūšanas process, ko veic dzīvi organismi.

2. Šūnu elpošana- process, kurā dzīvie organismi fermentatīvās šķelšanās (disimilācijas) laikā atbrīvo enerģiju no ar to bagātām organiskām vielām. Šūnu elpošana var būt gan aeroba, gan anaeroba.

3. Aerobā elpošana- enerģiju iegūst, piedaloties skābeklim organisko vielu šķelšanās procesā. To sauc arī par enerģijas metabolisma skābekļa (aerobo) posmu.

Anaerobā elpošana- enerģijas iegūšana no pārtikas, neizmantojot brīvo atmosfēras skābekli. AT vispārējs skats enerģijas plūsmu šūnā var attēlot šādi (5.3. attēls)

5.3.att. Enerģijas plūsma šūnā

ķīmiskais darbs : proteīnu, nukleīnskābju, tauku, polisaharīdu biosintēze šūnā.

mehāniskais darbs: muskuļu šķiedru kontrakcija, skropstu pukstēšana, hromosomu diverģence mitozes laikā.

elektriskie darbi- potenciālu starpības uzturēšana starp šūnu membrānu.

Osmotiskais darbs- vielu gradientu uzturēšana šūnā un tās vidē.

Aerobās elpošanas process notiek trīs posmos: 1) sagatavošanās; 2) bezskābekļa; 3) skābeklis.

Pirmais posms – sagatavošanās vai gremošanas posms, kas ietver polimēru fermentatīvu šķelšanos līdz monomēriem: olbaltumvielas līdz aminoskābēm, tauki līdz glicerīnam un taukskābēm, glikogēns un ciete līdz glikozei, nukleīnskābes līdz nukleotīdiem. ieplūst kuņģa-zarnu trakta piedaloties gremošanas enzīmiem un šūnu citoplazmai ar lizosomu enzīmu piedalīšanos.

Šajā posmā tiek atbrīvots neliels enerģijas daudzums, kas tiek izkliedēts siltuma veidā, un iegūtie monomēri tiek tālāk sadalīti šūnās vai izmantoti kā celtniecības materiāls.

Otrā fāze – anaerobs (bez skābekļa). Tas notiek šūnu citoplazmā bez skābekļa līdzdalības. Pirmajā posmā izveidotie monomēri tiek tālāk sadalīti. Šāda procesa piemērs ir glikolīze – bezskābekļa nepilnīga glikozes sadalīšanās.

Glikolīzes reakcijās no vienas glikozes molekulas (C 6 H 12 O 6) veidojas divas pirovīnskābes molekulas (C 3 H 4 O 3 - PVC). Šajā gadījumā no katras glikozes molekulas tiek atdalīti 4 H + atomi un veidojas 2 ATP molekulas. Ūdeņraža atomi ir piesaistīti NAD + (nikotīnamīda adenīna dinukleotīds, NAD un līdzīgu nesēju funkcija ir pieņemt ūdeņradi pirmajā reakcijā (atjaunojam), bet otrajā - atdot (oksidēt).

Kopējais glikolīzes vienādojums izskatās šādi:

C6H12O6+2ADP+2H3RO4+2NAD+ → 2C3H4O3+2ATP+2H2O+2NAD H2

Glikolīzes procesā izdalās 200 kJ/mol enerģijas, no kuras 80 kJ jeb 40% nonāk ATP sintēzē, bet 120 kJ (60%) izkliedējas siltuma veidā.

a) dzīvnieku šūnās veidojas 2 pienskābes molekulas, kuras tālāk pārvēršas par glikogēnu un nogulsnējas aknās;

b) augu šūnās notiek spirta fermentācija ar CO 2 izdalīšanos. Gala produkts ir etanols.

Anaerobā elpošana ir evolucionāri agrāks, bet mazāk efektīvs veids, kā iegūt enerģiju no barības vielām, salīdzinot ar skābekļa elpošanu.

Trešais posms – aerobikas(skābeklis, audu elpošana) notiek mitohondrijās un prasa skābekļa klātbūtni.

Organiskie savienojumi, kas radušies iepriekšējā bezskābekļa stadijā, tiek oksidēti, atdalot ūdeņradi līdz CO 2 un H 2 O. Atdalītie ūdeņraža atomi ar nesēju palīdzību tiek pārnesti uz skābekli, mijiedarbojas ar to un veido ūdeni. Šo procesu pavada ievērojama enerģijas daudzuma izdalīšanās, no kuras daļa (55%) nonāk ūdens veidošanā. Skābekļa stadijā var izšķirt Krebsa cikla reakcijas un oksidatīvās fosforilēšanās reakcijas.

Krebsa cikls(trikarbonskābes cikls) notiek mitohondriju matricā. To 1937. gadā atklāja angļu bioķīmiķis H. Krebs.

Krebsa cikls sākas ar pirovīnskābes reakciju ar etiķskābi. Šajā gadījumā veidojas citronskābe, kas pēc virknes secīgu pārvērtību atkal kļūst par etiķskābi un cikls atkārtojas.

Krebsa cikla reakciju laikā no vienas PVC molekulas veidojas 4 ūdeņraža atomu pāri, divas CO 2 molekulas un viena ATP molekula. Oglekļa dioksīds tiek noņemts no šūnas, un ūdeņraža atomi tiek pievienoti nesējmolekulām - NAD un FAD (flavīna adenīna dinukleotīds), kā rezultātā veidojas NAD H 2 un FAD H 2.

Enerģijas pārnešana no NAD H 2 un FAD H 2, kas veidojās Krebsa ciklā un iepriekšējā anaerobajā stadijā, uz ATP notiek uz iekšējās mitohondriju membrānas elpošanas ķēdē.

Elpošanas vai elektronu transportēšanas ķēde (elektronu transportēšanas ķēde) atrodams mitohondriju iekšējā membrānā. Tā pamatā ir elektronu nesēji, kas ir daļa no enzīmu kompleksiem, kas katalizē redoksreakcijas.

Ūdeņraža tvaiki tiek atdalīti no NAD H 2 un FAD H 2 protonu un elektronu veidā (2H + +2e) nonāk elektronu transportēšanas ķēde. Elpošanas ķēdē tie nonāk virknē bioķīmisku reakciju, kuru galarezultāts ir ATP sintēze (5.4. att.).

Rīsi. 5.4. Elektronu transportēšanas ķēde

Elpošanas ķēdes nesēju molekulas uztver elektronus un protonus un transportē: elektronus uz membrānas iekšpusi, bet protonus uz ārpusi. Elektroni savienojas ar skābekli. Pēc tam skābekļa atomi kļūst negatīvi uzlādēti:

O 2 + e - \u003d O 2 -

Membrānas ārējā pusē uzkrājas protoni (H +), bet no iekšpuses uzkrājas anjoni (O 2-). Rezultātā potenciālā starpība palielinās.

Dažās membrānas vietās ir iestrādātas ATP sintēzes enzīma (ATP sintetāzes) molekulas, kurām ir jonu (protonu) kanāls. Kad potenciālu starpība visā membrānā sasniedz 200 mV, protoni (H+) elektriskais lauks tiek izspiesti caur kanālu un nonāk membrānas iekšējā pusē, kur tie mijiedarbojas ar O 2 -, veidojot H 2 O

½ O2 + 2H+ = H2O

Skābeklis, kas nonāk mitohondrijās, ir nepieciešams elektronu (e -) un pēc tam protonu (H +) piesaistīšanai. Ja nav O 2, procesi, kas saistīti ar protonu un elektronu transportēšanu, apstājas. Šādos gadījumos daudzas šūnas sintezē ATP, sadaloties barības vielas fermentācijas procesā.

Skābekļa stadijas kopējais vienādojums

2C 3 H 4 O 3 + 36 H 3 RO 4 + 6O 2 + 36 ADP \u003d 6CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP + 2600 kJ

1440 (40 36) uzkrājas ATP

1160 kJ izdalās kā siltums

Skābekļa elpošanas kopējais vienādojums, ieskaitot bezskābekļa un skābekļa stadijas :

C 6 H 12 O 6 + 38 ADP + 38 H 3 RO 4 + 6O 2 \u003d 38 ATP + 6CO 2 + 44 H 2 O

Enerģijas metabolisma galaprodukti (CO 2, H 2 O, NH 3), kā arī liekā enerģija no šūnas izdalās caur šūnu membrānu, kuras struktūra un funkcijas ir pelnījušas īpašu uzmanību.