Metabolizm komórek

• Produkty

Metabolizm komórek

Metabolizm to zestaw procesów biosyntezy i podziału złożonych substancji organicznych w komórce i ciele.

Anabolizm - metabolizm plastyczny, asymilacja, biosynteza substancji organicznych (syntetyzowane są substancje organiczne - białka, tłuszcze, węglowodany), energia jest zużyta (zużyta ATP), fotosynteza, chemosynteza, biosynteza białka.

Katabolizm - metabolizm energetyczny, dysymilacja, rozkład substancji organicznych (substancje organiczne są rozdzielane na CO2 i H2O, energia uwalniana i magazynowana w postaci ATP, oddychanie komórkowe (metabolizm energetyczny w komórce)).

Rodzaje żywienia (metody pozyskiwania energii z ATP)

Autotrofy - zdolne do tworzenia substancji organicznych z nieorganicznych.

Istnieją fototrofy (wykorzystują energię słoneczną do biosyntezy, rośliny i niebieskozielone algi - cyjanobakterie) i chemotrofy (wykorzystują energię wiązań chemicznych do biosyntezy, bakterii siarkowych, bakterii żelaza, wiążących azot, nitryfikacji i bakterii wodorowych).

Heterotrofy - użyj gotowych substancji organicznych.

Są to saprotrofy (używaj substancji organicznych z martwych ciał lub odpadków żywych organizmów, bakterii saprotroficznych, zwierząt (saprofagi) i grzybów) i pasożytów (żyj kosztem innego żywego organizmu, żywiąc się sokami, tkankami lub strawionym jedzeniem, wielokrotnie bez zabijania, na stałe lub czasowo używaj organizmów żywicielskich jako siedliska, bakterii, grzybów, roślin, zwierząt i wirusów).

Kirilenko A. A. Biology. Egzamin jednolity państwowy. Sekcja "Biologia molekularna". Teoria, zadania szkoleniowe. 2017

Metabolizm (metabolizm) - zestaw reakcji chemicznych zachodzących w żywym organizmie w celu jego normalnego funkcjonowania.

Metabolizm polega na rozkładzie substancji (metabolizm energetyczny) i zgromadzeniu substancji (metabolizm plastyczny).

Metabolizm tworzyw sztucznych (anabolizm, asymilacja) jest kombinacją reakcji syntezy zachodzących przy zużyciu energii ATP.

Wynik: z substancji odżywczych, które wchodzą do komórki, białka, tłuszcze, węglowodany, które są wykorzystywane do tworzenia nowych komórek, ich narządów i substancji międzykomórkowej, są charakterystyczne dla organizmu.

Metabolizm energetyczny (katabolizm, dysymilacja) - zestaw reakcji zaniku, zwykle występujących przy uwalnianiu energii w postaci ciepła i w postaci ATP.

Wynik: złożone substancje rozkładają się na prostsze (różnicowanie) lub utlenianie substancji.

Metabolizm ma na celu zachowanie i samodzielną reprodukcję systemów biologicznych.

Obejmuje wprowadzanie substancji do organizmu w procesie odżywiania i oddychania, metabolizm wewnątrzkomórkowy i uwalnianie końcowych produktów przemiany materii.

Metabolizm jest nierozerwalnie związany z przekształcaniem niektórych rodzajów energii w inne. Na przykład w procesie fotosyntezy energia świetlna jest przechowywana w postaci wiązań chemicznych złożonych cząsteczek organicznych, a w procesie oddychania jest uwalniana i zużyta na syntezę nowych cząsteczek, pracę mechaniczną i osmotyczną, rozpraszaną w postaci ciepła itp.

Enzymy są biologicznymi katalizatorami o charakterze białkowym, które kontrolują reakcje chemiczne w żywych organizmach.

Enzymy zmniejszają energię aktywacji reakcji chemicznych, znacznie przyspieszając ich występowanie lub czyniąc je zasadniczo możliwymi.

Enzymy mogą być białkami prostymi lub złożonymi, które oprócz części białkowej obejmują nie białko - kofaktor lub koenzym.

Enzymy różnią się od katalizatorów niebiałkowych swoją wysoką swoistością działania: każdy enzym katalizuje specyficzne transformacje konkretnego rodzaju substratu.

Aktywność enzymów w żywych organizmach jest regulowana przez wiele mechanizmów:

- przez oddziaływanie z białkami regulatorowymi, regulatorami i jonami o małej masie cząsteczkowej

- przez zmianę warunków reakcji, takich jak pH przedziału

Etapy metabolizmu energetycznego

1. Przygotowujące

Jest prowadzony przez enzymy przewodu żołądkowo-jelitowego, enzymy lizosomowe. Energia uwalniana jest rozpraszana jako ciepło. Wynik: podział makrocząsteczek na monomery: tłuszcze, kwasy tłuszczowe i gliceryna, węglowodany do glukozy, białka do aminokwasów, kwasy nukleinowe do nukleotydów.

2. Etap beztlenowy (beztlenowy) lub glikoliza (najczęściej substratem reakcji jest glukoza)

Miejsce oczywiście: cytoplazma komórek.

Wynik: rozszczepienie monomerów do produktów pośrednich. Glukoza traci cztery atomy wodoru, to jest utlenia się, tworząc dwie cząsteczki kwasu pirogronowego, dwie cząsteczki ATP i dwie cząsteczki odnowionego NADH + H +.

Przy braku tlenu wytworzony kwas pirogronowy przekształca się w kwas mlekowy.

3. Etap tlenowy (tlen) lub oddychanie tkankowe (komórkowe)

Utlenianie związków pośrednich do produktów końcowych (CO2 i H2O) z uwalnianiem dużej ilości energii.

Cykl Krebsa: istota transformacji polega na stopniowej dekarboksylacji i odwodornieniu kwasu pirogronowego, podczas którego powstają ATP, NADH i FADH2. W kolejnych reakcjach bogate w energię NADH i FADH2 przenoszą swoje elektrony do łańcucha transportu elektronów, który jest kompleksem multienzymów wewnętrznej powierzchni błon mitochondrialnych. Ze względu na ruch elektronu wzdłuż łańcucha nośnika powstaje ATP. 2С3 H6O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H2 O + 36ATF

Kwas pirogronowy (mlekowy) reaguje z kwasem szczawiooctowym (szczawiooctan) z wytworzeniem kwasu cytrynowego (cytrynianu), który podlega serii następujących po sobie reakcji, przekształcając go w inne kwasy. W wyniku tych przekształceń powstaje kwas szczawiooctowy (szczawiooctan), który ponownie reaguje z kwasem pirogronowym. Wolny wodór łączy się z NAD (dinukleotyd nikotynamidoadeninowy), tworząc związek NADH.

Źródło: "Biologia w schematach, terminach, tabelach" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Źródło: biologia 100 najważniejszych tematów V.Yu. Jameev 2016

Informacja genetyczna w komórce

Biosynteza białka i kwasów nukleinowych

Genom - zbiór dziedzicznych materiałów zawartych w komórce ciała.

Informacja genetyczna (dziedziczna) jest kodowana jako sekwencja nukleotydów DNA, a w niektórych wirusach - RNA.

Genom eukariotyczny zlokalizowany jest w jądrze, mitochondriach, a w roślinach nawet w plastydach.

Mitochondria i plastydy są względnie autonomiczne, jednak część mitochondrialnych i plastydowych białek jest kodowana przez genom jądrowy.

Gen jest elementarną jednostką informacji genetycznej. Gen to region DNA, który koduje sekwencję białkową (polipeptydy) lub funkcjonalny RNA.

Właściwości kodu genetycznego

Kod genetyczny

1) tryplet - każdy aminokwas odpowiada potrójnemu nukleotydowi DNA (RNA) - kodonowi; 2) jednoznaczne - jeden tryplet koduje tylko jeden aminokwas;

3) zdegenerowane - kilka różnych tripletów może kodować jeden aminokwas;

4) uniwersalny - jeden dla wszystkich organizmów, które istnieją na Ziemi;

5) nie nakładają się - kodony są czytane jeden po drugim, z jednego określonego punktu w jednym kierunku (jeden nukleotyd nie może być jednocześnie częścią sąsiednich trypletów);

6) pomiędzy genami znajdują się "dzielące znaki" - obszary, które nie niosą informacji genetycznej, a jedynie oddzielają niektóre geny od innych. Nazywane są spacersami.

Kodony stop UAAA, UAG, UGA oznaczają zakończenie syntezy jednego łańcucha polipeptydowego, triplet AUG określa miejsce początku syntezy następnej.

Źródła: biologia 100 najważniejszych tematów V.Yu. Jameev 2016

"Biologia w schematach, terminach, tabelach" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Wizualne odniesienie. Biologia 10-11 zajęć. Krasilnikova

Czym jest metabolizm?

Nigdy nie myślałem o tym, dlaczego jedni ludzie jedzą wszystko (nie zapominając o bułeczkach i ciastkach), podczas gdy wyglądają, jakby nie jedli przez kilka dni, podczas gdy inni, przeciwnie, stale liczą kalorie, zasiadają w dietach, idą do fitnessu i nadal nie radzą sobie z tymi dodatkowymi kilogramami. Więc jaki jest sekret? Okazuje się, że cała sprawa dotyczy metabolizmu!

Czym jest metabolizm? I dlaczego ludzie, którzy mają wysokie tempo przemiany materii, nigdy nie cierpią na otyłość lub nadwagę? Mówiąc o metabolizmie, ważne jest, aby zwrócić uwagę na następujące: jest to metabolizm występujący w organizmie i wszystkie zmiany chemiczne, począwszy od momentu wejścia substancji odżywczych do organizmu, aż zostaną usunięte z organizmu do środowiska zewnętrznego. Metabolizm to wszystkie reakcje zachodzące w organizmie, dzięki którym budowane są elementy strukturalne tkanek, komórek, a także wszystkie procesy, za pomocą których organizm otrzymuje energię potrzebną do normalnej konserwacji.

Metabolizm odgrywa ogromną rolę w naszym życiu, ponieważ dzięki tym wszystkim reakcjom i zmianom chemicznym otrzymujemy wszystko, czego potrzebujemy, od produktów spożywczych: tłuszczów, węglowodanów, białek, a także witamin, minerałów, aminokwasów, zdrowego błonnika, kwasów organicznych itp. d.

Zgodnie z jego właściwościami metabolizm można podzielić na dwie główne części - anabolizm i katabolizm, czyli procesy, które przyczyniają się do powstania wszystkich niezbędnych substancji organicznych i procesów destrukcyjnych. Oznacza to, że procesy anaboliczne przyczyniają się do "transformacji" prostych cząsteczek w bardziej złożone. Wszystkie te procesy związane są z kosztami energii. Z kolei procesy kataboliczne uwalniają ciało od produktów końcowych rozkładu, takich jak dwutlenek węgla, mocznik, woda i amoniak, co prowadzi do uwalniania energii, to znaczy, że możemy z grubsza stwierdzić, że zachodzi metabolizm moczu.

Co to jest metabolizm komórkowy?

Czym jest metabolizm komórkowy lub metabolizm komórek żywych? Powszechnie wiadomo, że każda żywa komórka w naszym ciele jest dobrze skoordynowanym i zorganizowanym systemem. Komórka zawiera różne struktury, duże makrocząsteczki, które pomagają jej rozpaść się w wyniku hydrolizy (to jest rozszczepienia komórki pod wpływem wody) na najmniejsze składniki.

Ponadto komórki zawierają dużą ilość potasu i sporo sodu, pomimo faktu, że środowisko komórkowe zawiera dużo sodu, a potas, przeciwnie, jest znacznie mniejszy. Ponadto błona komórkowa jest zaprojektowana w taki sposób, aby ułatwić penetrację zarówno sodu, jak i potasu. Niestety różne struktury i enzymy mogą zniszczyć tę opływową strukturę.

A sama komórka jest daleka od stosunku potasu i sodu. Taką "harmonię" osiąga się dopiero po śmierci osoby w procesie autolizy śmiertelnej, czyli trawienia lub rozkładu organizmu pod wpływem własnych enzymów.

Co to jest energia dla komórek?

Po pierwsze, energia komórek jest po prostu niezbędna, aby wspierać pracę systemu, który jest daleki od równowagi. Dlatego, aby komórka znajdowała się w normalnym dla niej stanie, nawet jeśli jest ona odległa od równowagi, musi bezbłędnie otrzymać niezbędną do tego energię. Ta zasada jest niezbędnym warunkiem normalnego funkcjonowania komórki. Oprócz tego jest jeszcze inna praca mająca na celu interakcję ze środowiskiem.

Na przykład, jeśli dochodzi do zmniejszenia liczby komórek mięśniowych lub komórek nerkowych, a nawet zaczyna się tworzyć mocz, lub pojawiają się impulsy nerwowe w komórkach nerwowych, a w komórkach odpowiedzialnych za przewód pokarmowy, rozpoczyna się wydzielanie enzymów trawiennych lub wydzielanie hormonów w komórkach gruczoły dokrewne? Lub, na przykład, komórki jarzębiny zaczęły świecić, aw komórkach ryb na przykład były wyładowania elektryczności? Aby to wszystko nie było, do tego potrzebna jest energia.

Jakie są źródła energii

W powyższych przykładach widzimy. Że komórka wykorzystuje do swojej pracy energię uzyskaną dzięki strukturze trifosforanu adenozyny lub (ATP). Dzięki niej komórka jest nasycona energią, której uwolnienie może nastąpić pomiędzy grupami fosforanowymi i służyć dalszą pracą. Jednocześnie jednak, dzięki prostemu hydrolitycznemu rozerwaniu wiązań fosforanowych (ATP), uzyskana energia nie będzie dostępna dla komórki, w tym przypadku energia zostanie zmarnowana jako ciepło.

Ten proces składa się z dwóch następujących po sobie etapów. Na każdym takim etapie stosuje się produkt pośredni oznaczony jako HF. W poniższych równaniach X i Y oznaczają dwie całkowicie różne substancje organiczne, litera F oznacza fosforan, a skrót ADP odnosi się do difosforanu adenozyny.

Normalizacja metabolizmu - termin ten jest obecnie mocno zakorzeniony w naszym życiu, ponadto stał się wskaźnikiem prawidłowej masy ciała, ponieważ zaburzenia procesów metabolicznych w organizmie lub metabolizm są często związane z przyrostem masy ciała, nadwagą, otyłością lub jej niewydolnością. Zidentyfikuj tempo procesów metabolicznych w organizmie może wynikać z testu na podstawie wymiany.

Jaka jest główna wymiana? Jest to wskaźnik intensywności produkcji energii przez organizm. Test ten przeprowadza się rano na czczo, podczas bierności, to znaczy w spoczynku. Wykwalifikowany technik mierzy (O2) pobór tlenu, a także jego wydalanie przez organizm (CO2). Porównując dane, dowiedz się, ile procent ciała spala wchodzące składniki odżywcze.

Ponadto układ hormonalny, gruczoły tarczycy i gruczołów dokrewnych wpływają na aktywność procesów metabolicznych, dlatego też, po wykryciu leczenia chorób metabolicznych, lekarze starają się również identyfikować i brać pod uwagę poziom pracy tych hormonów we krwi oraz dostępne choroby tych systemów.

Główne metody badania procesów metabolicznych

Badanie metabolizmu jednego (dowolnego) ze składników odżywczych, wszystkich jego zmian (zachodzących z nim) obserwuje się od jednej formy wprowadzonej do organizmu do stanu końcowego, w którym jest wydalany z organizmu.

Metody badań metabolicznych są dziś niezwykle różnorodne. Ponadto w tym celu stosuje się szereg metod biochemicznych. Jedną z metod badania metabolizmu jest metoda wykorzystania zwierząt lub narządów.

Zwierzętemu testowi wstrzykuje się specjalną substancję, a następnie za pomocą jej moczu i ekskrementów wykrywa się możliwe produkty zmian (metabolitów) substancji. Najdokładniejsze informacje można zebrać, badając procesy metaboliczne danego narządu, na przykład mózgu, wątroby lub serca. Aby to zrobić, substancja ta jest wstrzykiwana do krwi, po czym metabolity pomagają zidentyfikować ją w krwi pochodzącej z tego narządu.

Ta procedura jest bardzo złożona i obarczona ryzykiem, ponieważ często stosując takie metody badawcze, używają one metody cienkiego szczypania lub robią sekcje tych narządów. Takie sekcje są umieszczane w specjalnych inkubatorach, w których są przechowywane w temperaturze (podobnej do temperatury ciała) w specjalnych substancjach rozpuszczalnych z dodatkiem substancji, której metabolizm jest badany.

Dzięki tej metodzie badań komórki nie są uszkodzone, ponieważ sekcje są tak cienkie, że substancja łatwo i swobodnie wnika w komórki, a następnie je opuszcza. Zdarza się, że istnieją trudności spowodowane powolnym przechodzeniem specjalnej substancji przez błony komórkowe.

W tym przypadku, aby zniszczyć membrany, tkanki są zazwyczaj kruszone, tak że specjalna substancja wyodrębnia miazgę komórkową. Takie eksperymenty dowiodły, że wszystkie żywe komórki organizmu są zdolne do utleniania glukozy do dwutlenku węgla i wody, a jedynie komórki tkanki wątroby mogą syntetyzować mocznik.

Użyj komórek?!

Zgodnie z ich strukturą komórki stanowią bardzo złożony zorganizowany system. Dobrze wiadomo, że komórka składa się z jądra, cytoplazmy, a w otaczającej cytoplazmie znajdują się małe ciała zwane organellami. Różnią się rozmiarem i teksturą.

Dzięki specjalnym technikom możliwe będzie ujednorodnienie tkanek komórek, a następnie poddanie ich specjalnej separacji (wirowanie różnicowe), otrzymując w ten sposób leki, które będą zawierać tylko mitochondria, tylko mikrosomy, a także osocze lub przezroczystą ciecz. Leki te są inkubowane oddzielnie ze związkiem, którego metabolizm jest badany, w celu dokładnego określenia, które konkretne subkomórkowe struktury są zaangażowane w kolejne zmiany.

Zdarzały się przypadki, gdy początkowa reakcja rozpoczęła się w cytoplazmie, a jej produkt został poddany zmianom w mikrosomach, a następnie zaobserwowano zmiany w innych reakcjach z mitochondriami. Badana inkubacja substancji z homogenatem tkankowym lub żywymi komórkami najczęściej nie ujawnia żadnych oddzielnych etapów związanych z metabolizmem. Następujące po eksperymencie eksperymenty, w których jedna lub inna subkomórkowa struktura służy do inkubacji, pomagają zrozumieć cały łańcuch tych zdarzeń.

Jak korzystać z izotopów promieniotwórczych

Aby zbadać te lub inne procesy metaboliczne substancji, konieczne jest:

• stosować metody analityczne w celu określenia substancji i jej metabolitów;
• Konieczne jest stosowanie takich metod, które pomogą odróżnić wprowadzoną substancję od tej samej substancji, ale już obecne w tym preparacie.

Zgodność z tymi wymaganiami stanowiła główną przeszkodę podczas badania procesów metabolicznych w organizmie, do czasu aż odkryto radioaktywne izotopy, oraz 14C, radioaktywny węglowodan. Po pojawieniu się 14C i przyrządach, które pozwalają mierzyć nawet słabą radioaktywność, wszystkie powyższe trudności dobiegły końca. Potem sprawa z pomiarem procesów metabolicznych poszła, jak to mówią, pod górę.

Teraz, gdy znakowany 14C kwas tłuszczowy jest dodawany do specjalnego preparatu biologicznego (na przykład do zawiesin mitochondrialnych), to po tym czasie nie są potrzebne specjalne analizy w celu określenia produktów, które wpływają na jego transformację. Aby ustalić szybkość użycia, można teraz po prostu zmierzyć radioaktywność frakcji mitochondriów uzyskanych sekwencyjnie.

Technika ta pomaga nie tylko zrozumieć, jak normalizować metabolizm, ale także dzięki niemu można łatwo odróżnić cząsteczki wprowadzonego radioaktywnego kwasu tłuszczowego eksperymentalnie od molekuł kwasów tłuszczowych już obecnych w mitochondriach na samym początku eksperymentu.

Elektroforeza i. chromatografia

Aby zrozumieć, w jaki sposób i w jaki sposób normalizuje się metabolizm, czyli w jaki sposób normalizuje się metabolizm, konieczne jest również stosowanie takich metod, które pomogą oddzielić mieszaninę, w tym substancje organiczne w małych ilościach. Jedną z najważniejszych takich metod, która opiera się na zjawisku adsorpcji, jest metoda chromatograficzna. Dzięki tej metodzie następuje separacja mieszaniny składników

Gdy to nastąpi, następuje oddzielenie składników mieszaniny, które przeprowadza się albo przez adsorpcję na sorbencie, albo dzięki papierowi. W rozdzielaniu przez adsorpcję na sorbencie, to znaczy, gdy zaczynają one wypełniać takie specjalne szklane rury (kolumny), ze stopniowym i następującym wymywaniem, to jest z następnym ługowaniem każdego z dostępnych składników.

Metoda rozdziału elektroforezy zależy bezpośrednio od obecności znaków, a także od liczby zjonizowanych ładunków cząsteczek. Elektroforezę prowadzi się również na dowolnym nieaktywnym nośniku, takim jak celuloza, guma, skrobia lub, na koniec, na papierze.

Jedną z najbardziej czułych i skutecznych metod oddzielania mieszaniny jest chromatografia gazowa. Ta metoda separacji jest stosowana tylko wtedy, gdy substancje niezbędne do rozdzielenia są w stanie gazowym lub, na przykład, w dowolnym momencie mogą wejść w ten stan.

Jak jest uwalnianie enzymów?

Aby dowiedzieć się, w jaki sposób uwalniane są enzymy, należy zrozumieć, że jest to ostatnie miejsce w tej serii: zwierzę, następnie narząd, następnie sekcja tkanki, a następnie część organelli komórkowych i homogenat, który bierze enzymy, które są katalizowane przez pewną reakcję chemiczną. Izolowanie enzymów w oczyszczonej postaci stało się ważnym kierunkiem w badaniu procesów metabolicznych.

Łączenie i łączenie powyższych metod pozwoliło na główne szlaki metaboliczne w większości organizmów zamieszkujących naszą planetę, w tym ludzi. Ponadto metody te pomogły ustalić odpowiedzi na pytanie, jak przebiegają procesy metaboliczne w organizmie, a także pomogły wyjaśnić spójność głównych etapów tych szlaków metabolicznych. Obecnie istnieje ponad tysiąc różnych reakcji biochemicznych, które już zostały przebadane, a także zbadano enzymy biorące udział w tych reakcjach.

Ponieważ pojawienie się jakiejkolwiek manifestacji w komórkach życia wymaga ATP, nie jest zaskakujące, że tempo procesów metabolicznych komórek tłuszczowych ma na celu przede wszystkim syntezę ATP. Aby to osiągnąć, o różnym stopniu złożoności, stosuje się sekwencyjne reakcje. Reakcje takie wykorzystują głównie energię potencjalną chemiczną zawartą w cząsteczkach tłuszczów (lipidów) i węglowodanów.

Procesy metaboliczne między węglowodanami i lipidami

Taki proces metaboliczny między węglowodanami i lipidami, w inny sposób, nazywa się syntezą ATP, beztlenowym (stąd beztlenowym) metabolizmem.

Główną rolą lipidów i węglowodanów jest to, że jest to synteza ATP, która zapewnia prostsze związki, pomimo tego, że te same procesy zachodziły w najbardziej pierwotnych komórkach. Jedynie w atmosferze pozbawionej tlenu całkowite utlenienie tłuszczów i węglowodanów do dwutlenku węgla stało się niemożliwe.

Nawet te prymitywne komórki wykorzystywały te same procesy i mechanizmy, dzięki którym miała miejsce restrukturyzacja struktury samej cząsteczki glukozy, która zsyntetyzowała niewielkie ilości ATP. Innymi słowy, takie procesy w mikroorganizmach nazywa się fermentacją. Obecnie szczególnie dobrze zbadano "fermentację" glukozy do stanu alkoholu etylowego i dwutlenku węgla w drożdżach.

Aby ukończyć wszystkie te zmiany i utworzyć pewną liczbę produktów pośrednich, konieczne było przeprowadzenie jedenastu następujących po sobie reakcji, które ostatecznie przedstawiono w parlamencie produktów pośrednich (fosforanów), czyli estrów kwasu fosforowego. Ta grupa fosforanowa została przeniesiona do difosforanu adenozyny (ADP), a także do tworzenia ATP. Tylko dwie cząsteczki stanowiły wynik netto ATP (dla każdej z cząsteczek glukozy uzyskanych w wyniku procesu fermentacji). Podobne procesy obserwowano również we wszystkich żywych komórkach ciała, ponieważ dostarczały one energię niezbędną do normalnego funkcjonowania. Takie procesy są często nazywane oddychaniem komórek beztlenowych, chociaż nie jest to całkowicie poprawne.

Zarówno u ssaków, jak iu ludzi proces ten nazywa się glikolizą, a jego końcowym produktem jest kwas mlekowy, a nie CO2 (dwutlenek węgla), a nie alkohol. Z wyjątkiem ostatnich dwóch etapów, cała sekwencja reakcji glikolizy jest uważana za prawie identyczną z procesem zachodzącym w komórkach drożdży.

Aerobowy metabolizm, czyli użycie tlenu

Oczywiście, wraz z pojawieniem się tlenu w atmosferze, dzięki fotosyntezie roślin, dzięki Matce Naturze, pojawił się mechanizm, który pozwolił na całkowite utlenienie glukozy do wody i CO2. Taki proces aerobowy pozwolił na czysty uzysk ATP (z trzydziestu ośmiu cząsteczek, na podstawie każdej cząsteczki glukozy, tylko utlenionej).

Taki proces wykorzystania tlenu przez komórki, w celu pojawienia się związków z energią, jest dziś znany jako oddychanie aerobowe, komórkowe. Takie oddychanie jest wykonywane przez enzymy cytoplazmatyczne (w przeciwieństwie do beztlenowych), a procesy oksydacyjne zachodzą w mitochondriach.

Tutaj kwas pirogronowy, który jest produktem pośrednim, po utworzeniu w fazie beztlenowej, utlenia się do stanu CO2 z powodu sześciu kolejnych reakcji, w których w każdej reakcji para ich elektronów jest przenoszona do akceptora, wspólnego dinukleotydu koenzymu nikotynamidoadeninowego, w skrócie NAD. Ta sekwencja reakcji nazywa się cyklem kwasu trójkarboksylowego, a także cyklem kwasu cytrynowego lub cyklem Krebsa, co prowadzi do tego, że każda cząsteczka glukozy tworzy dwie cząsteczki kwasu pirogronowego. Podczas tej reakcji dwanaście par elektronów odstaje od cząsteczki glukozy w celu jej dalszego utleniania.

W trakcie źródła energii mów. lipidy

Okazuje się, że kwasy tłuszczowe mogą również działać jako źródło energii, a także węglowodany. Utlenianie kwasów tłuszczowych następuje w wyniku sekwencji rozszczepienia z kwasu tłuszczowego (lub raczej jego cząsteczki) fragmentu dwutlenku węgla z pojawieniem się acetylo-koenzymu A (inaczej acetylo-CoA) i przeniesienia jednoczesnych dwóch par elektronów do samego łańcucha ich transferu.

Tak otrzymany acetylo-CoA jest tym samym składnikiem cyklu kwasu trójkarboksylowego, którego dalszy los nie różni się zbytnio od acetylo-CoA, który jest dostarczany przez metabolizm węglowodanów. Oznacza to, że mechanizmy syntezy ATP podczas utleniania zarówno metabolitów glukozy, jak i kwasów tłuszczowych są prawie identyczne.

Jeśli energia dostająca się do ciała jest uzyskiwana niemal wyłącznie z powodu jednego procesu utleniania kwasów tłuszczowych (na przykład podczas postu, z chorobą, jak skaza cukrowa itp.), Wówczas w tym przypadku intensywność acetylo-CoA przekroczy intensywność jego utleniania w cyklu kwasów trójkarboksylowych. W tym przypadku cząsteczki acetylo-CoA (które są zbędne) zaczną reagować ze sobą. W wyniku tego procesu pojawią się kwasy acetooctowy i b-hydroksymasłowy. Taka akumulacja może powodować ketozę, jest to jeden z rodzajów kwasicy, które mogą powodować ciężką cukrzycę, a nawet śmierć.

Dlaczego warto rezerwować energię?!

Aby w jakiś sposób uzyskać dodatkowe rezerwy energii, na przykład dla zwierząt, które nieregularnie i nie systematycznie się na nich odżywiają, wystarczy po prostu zaopatrzyć się w niezbędną energię. Takie rezerwy energii są wytwarzane przez rezerwy żywności, które zawierają wszystkie te same tłuszcze i węglowodany.

Okazuje się kwasy tłuszczowe mogą trafić do rezerwy w postaci neutralnych tłuszczów, które są zawarte zarówno w tkance tłuszczowej, jak i w wątrobie. A węglowodany, po spożyciu w dużych ilościach w przewodzie żołądkowo-jelitowym, zaczynają hydrolizować do glukozy i innych cukrów, które po uwolnieniu do wątroby syntetyzuje się w glukozę. I właśnie tam, gigantyczny polimer zaczyna być syntetyzowany z glukozy poprzez łączenie reszt glukozy, a także poprzez rozdzielanie cząsteczek wody.

Czasami resztkowa ilość glukozy w cząsteczkach glikogenu osiąga 30 000. A jeśli istnieje zapotrzebowanie na energię, wtedy glikogen zaczyna ponownie rozkładać się do glukozy podczas reakcji chemicznej, produktem tego ostatniego jest fosforan glukozy. Ten fosforan glukozy znajduje się na drodze procesu glikolizy, który jest częścią ścieżki odpowiedzialnej za utlenianie glukozy. Fosforan glukozy może również ulegać hydrolizie w samej wątrobie, a tak wytworzona w ten sposób glukoza jest dostarczana do komórek ciała wraz z krwią.

Jak wygląda synteza węglowodanów w lipidach?

Czy lubisz węglowodany? Okazuje się, że jeśli ilość węglowodanów otrzymywanych z jedzenia w pewnym momencie przekracza dopuszczalną szybkość, w tym przypadku węglowodany są przenoszone do "zapasów" w postaci glikogenu, to jest, nadmiar węglowodanów zostaje przekształcony w tłuszcz. Początkowo acetyl CoA powstaje z glukozy, a następnie zaczyna być syntetyzowany w cytoplazmie komórki dla długołańcuchowych kwasów tłuszczowych.

Ten proces "transformacji" można opisać jako normalny proces oksydacyjny komórek tłuszczowych. Następnie kwasy tłuszczowe zaczynają się odkładać w postaci trójglicerydów, czyli odkładanych neutralnych tłuszczów (głównie obszarów problemowych) w różnych częściach ciała.

Jeśli organizm pilnie potrzebuje energii, wówczas tłuszcze neutralne ulegają hydrolizie, a kwasy tłuszczowe zaczynają płynąć do krwi. Tutaj są nasycone albuminą i cząsteczkami globulin, czyli białkami osocza, a następnie zaczynają być absorbowane przez inne, bardzo różne komórki. Zwierzęta nie mają takiego mechanizmu, który mógłby przeprowadzić syntezę glukozy i kwasów tłuszczowych, ale rośliny je mają.

Synteza związków azotu

U zwierząt aminokwasy są stosowane nie tylko jako biosynteza białka, ale również jako materiał wyjściowy gotowy do syntezy pewnych związków zawierających azot. Aminokwas, taki jak tyrozyna, staje się prekursorem hormonów, takich jak norepinefryna i adrenalina. A gliceryna (najprostszy aminokwas) jest wychodzącym materiałem do biosyntezy puryn, które są częścią kwasu nukleinowego, a także porfiryn i cytochromów.

Prekursorem pirymidyn kwasów nukleinowych jest kwas asparaginowy, a grupa metioninowa zaczyna być przenoszona podczas syntezy kreatyny, sarkozyny i choliny. Prekursorem kwasu nikotynowego jest tryptofan, a z waliny (która powstaje w roślinach) można zsyntetyzować witaminę, taką jak kwas pantotenowy. A to tylko kilka przykładów zastosowania syntezy związków azotu.

Jak działa metabolizm lipidów

Zwykle lipidy przedostają się do organizmu w postaci trójglicerydów kwasów tłuszczowych. W jelicie pod wpływem enzymów wytwarzanych przez trzustkę zaczynają ulegać hydrolizie. Tutaj są one ponownie syntetyzowane jako obojętne tłuszcze, po czym albo dostają się do wątroby, albo do krwi, a także mogą być zdeponowane jako rezerwa w tkance tłuszczowej.

Powiedzieliśmy już, że kwasy tłuszczowe można również ponownie zsyntetyzować z uprzednio ujawnionych prekursorów węglowodanów. Należy również zauważyć, że pomimo faktu, że w komórkach zwierzęcych można zaobserwować równoczesne włączenie jednego wiązania podwójnego w długołańcuchowe cząsteczki kwasu tłuszczowego. Te komórki nie mogą zawierać drugiego, a nawet trzeciego połączenia podwójnego.

A ponieważ kwasy tłuszczowe z trzema i dwoma wiązaniami podwójnymi odgrywają ważną rolę w procesach metabolicznych zwierząt (w tym ludzi), w istocie są one ważnymi substancjami odżywczymi, można powiedzieć, witaminami. Właśnie dlatego linolenowy (C18: 3) i linolowy (C18: 2) są również nazywane niezbędnymi kwasami tłuszczowymi. Stwierdzono również, że w komórkach kwasu linolenowego może również występować podwójne wiązanie czwartorzędowe. Ze względu na wydłużenie łańcucha węglowego może pojawić się inny ważny uczestnik reakcji metabolicznych kwasu arachidonowego (C20: 4).

Podczas syntezy lipidów można zaobserwować pozostałości kwasów tłuszczowych, które są związane z koenzymem A. Dzięki syntezie, reszty te są przenoszone do estru fosforanu glicerolu glicerolu i kwasu fosforowego. W wyniku tej reakcji powstaje związek kwasu fosfatydowego, w którym jeden ze związków jest zestryfikowany glicerolem kwasem fosforowym, a dwa pozostałe to kwasy tłuszczowe.

Gdy pojawiają się obojętne tłuszcze, kwas fosforowy zostanie usunięty przez hydrolizę, a na jego miejsce będzie kwas tłuszczowy powstały w wyniku reakcji chemicznej z acylo-CoA. Sam koenzym A może pojawić się z powodu jednej z witamin kwasu pantotenowego. Ta cząsteczka zawiera grupę sulfhydrylową, która reaguje na kwasy z nadejściem tioestrów. Z kolei fosfolipidowy kwas fosfatydowy reaguje z azotowymi zasadami, takimi jak seryna, cholina i etanoloamina.

Zatem wszystkie sterydy znalezione u ssaków (z wyjątkiem witaminy D) mogą być niezależnie syntetyzowane przez sam organizm.

Jak przebiega metabolizm białek?

Udowodniono, że białka obecne we wszystkich żywych komórkach składają się z dwudziestu jeden typów aminokwasów, które są połączone w różnych sekwencjach. Te aminokwasy są syntetyzowane przez organizmy. Taka synteza zwykle prowadzi do pojawienia się α-ketokwasów. Mianowicie kwas a-ketonowy lub kwas ketoglutarowy i uczestniczy w syntezie azotu.

Ludzkiemu organizmowi, podobnie jak organizmowi wielu zwierząt, udało się zachować zdolność syntezy wszystkich dostępnych aminokwasów (z wyjątkiem kilku niezbędnych aminokwasów), które muszą koniecznie pochodzić z pożywienia.

Jak synteza białka

Ten proces zwykle przebiega w następujący sposób. Każdy aminokwas w cytoplazmie komórki reaguje z ATP, a następnie przylega do końcowej grupy cząsteczki kwasu rybonukleinowego, która jest swoista dla tego aminokwasu. Następnie skomplikowana cząsteczka jest połączona z rybosomem, który określa się w pozycji bardziej wydłużonej cząsteczki kwasu rybonukleinowego, która jest połączona z rybosomem.

Po wyrównaniu wszystkich złożonych cząsteczek, pomiędzy aminokwasem i kwasem rybonukleinowym powstaje luka, syntetyzuje sąsiednie aminokwasy, a tym samym uzyskuje się białko. Normalizacja metabolizmu zachodzi dzięki harmonijnej syntezie procesów metabolicznych tłuszczów białkowo-węglowodanowych.

Więc jaki jest metabolizm materii organicznej?

Aby lepiej zrozumieć i zrozumieć procesy metaboliczne, a także przywrócić zdrowie i poprawić metabolizm, należy przestrzegać następujących zaleceń dotyczących normalizacji i przywrócenia metabolizmu.

• Ważne jest, aby zrozumieć, że procesy metaboliczne nie mogą zostać odwrócone. Rozkład substancji nigdy nie przebiega prostą drogą cyrkulacji reakcji syntezy. Inne enzymy, jak również niektóre produkty pośrednie, są koniecznie zaangażowane w ten rozpad. Bardzo często procesy kierowane w różnych kierunkach zaczynają płynąć w różnych przedziałach komórki. Na przykład, kwasy tłuszczowe można syntetyzować w cytoplazmie komórki pod wpływem jednego określonego zestawu enzymów, a proces utleniania w mitochondriach może zachodzić przy zupełnie innym zestawie.
• Występuje wystarczająca liczba enzymów w żywych komórkach organizmu, aby przyspieszyć proces reakcji metabolicznych, ale pomimo tego, że procesy metaboliczne nie zawsze postępują szybko, to wskazuje to na istnienie pewnych mechanizmów regulatorowych w naszych komórkach, które wpływają na procesy metaboliczne. Do chwili obecnej odkryto już niektóre rodzaje takich mechanizmów.
• Jednym z czynników wpływających na obniżenie tempa procesów metabolicznych danej substancji jest spożycie danej substancji w samej komórce. Dlatego regulacja procesów metabolicznych może być ukierunkowana na ten czynnik. Na przykład, jeśli weźmiemy insulinę, której funkcja, jak wiemy, jest związana z ułatwianiem wnikania glukozy do wszystkich komórek. Szybkość "transformacji" glukozy w tym przypadku będzie zależeć od szybkości, z jaką przybył. Jeśli weźmiemy pod uwagę wapń i żelazo, kiedy wejdą one do krwi z jelita, wówczas tempo reakcji metabolicznych w tym przypadku będzie zależeć od wielu, w tym od procesów regulacyjnych.
• Niestety nie wszystkie substancje mogą się swobodnie przemieszczać z jednego przedziału ku do drugiego. Istnieje również założenie, że transfer wewnątrzkomórkowy jest stale monitorowany przez pewne hormony steroidowe.
• Naukowcy zidentyfikowali dwa typy serwomechanizmów odpowiedzialnych w procesach metabolicznych za negatywne sprzężenie zwrotne.
• Nawet bakterie były odnotowanymi przykładami potwierdzającymi obecność jakichkolwiek kolejnych reakcji. Na przykład, biosynteza jednego z enzymów, hamuje aminokwasy, tak niezbędne do uzyskania tego aminokwasu.
• Studiując poszczególne przypadki reakcji metabolicznych okazało się, że enzym, którego biosynteza ulegał wpływowi, był odpowiedzialny za główny etap metabolicznej ścieżki, która doprowadziła do syntezy aminokwasów.
• Ważne jest zrozumienie, że niewielka liczba bloków budulcowych bierze udział w procesach metabolicznych i biosyntetycznych, z których każdy zaczyna używać do syntezy wielu związków. Takie związki obejmują: acetylokoenzym A, glicynę, glicerofosforan, karbamylofosforan i inne. Z tych małych składników powstają kompleksowe i różnorodne związki, które można obserwować w żywych organizmach.
• Bardzo rzadko są to proste związki organiczne bezpośrednio zaangażowane w procesy metaboliczne. Takie związki w celu wykazania ich aktywności będą musiały łączyć dowolną liczbę związków, które są aktywnie zaangażowane w procesy metaboliczne. Na przykład glukoza może rozpocząć procesy utleniania dopiero po ekspozycji na eteryfikację kwasu fosforowego, a dla innych późniejszych zmian musi być zestryfikowana difosforanem urydyny.
• Jeśli weźmiemy pod uwagę kwasy tłuszczowe, nie mogą one również brać udziału w przemianach metabolicznych, o ile tworzą estry z koenzymem A. W tym samym czasie dowolny aktywator staje się spokrewniony z dowolnym nukleotydem, który jest częścią kwasu rybonukleinowego lub powstaje z coś z witaminą. Dlatego staje się jasne, dlaczego potrzebujemy witamin tylko w małych ilościach. Są one zużywane przez koenzymy, przy czym każda cząsteczka koenzymu jest używana kilka razy w ciągu całego życia, w przeciwieństwie do substancji odżywczych, których cząsteczki są używane raz (na przykład, cząsteczki glukozy).

I ostatni! Kończąc ten temat, chciałbym powiedzieć, że samo określenie "metabolizm" oznacza syntezę białek, węglowodanów i tłuszczów w organizmie, ale teraz jest używane jako oznaczenie kilku tysięcy reakcji enzymatycznych, które mogą reprezentować ogromną sieć powiązanych ze sobą szlaków metabolicznych..

Metabolizm komórek. Metabolizm energetyczny i fotosynteza. Reakcje syntezy macierzy.

Pojęcie metabolizmu

Metabolizm jest całością wszystkich reakcji chemicznych zachodzących w żywym organizmie. Wartość metabolizmu polega na wytworzeniu niezbędnych substancji w organizmie i dostarczaniu energii.

Istnieją dwa składniki metabolizmu - katabolizm i anabolizm.

Składniki metabolizmu

Procesy metabolizmu tworzyw sztucznych i energii są ze sobą nierozerwalnie związane. Wszystkie syntetyczne (anaboliczne) procesy wymagają energii dostarczonej podczas reakcji dysymilacji. Same reakcje cięcia (katabolizm) zachodzą tylko przy udziale enzymów zsyntetyzowanych w procesie asymilacji.

Rola FTF w metabolizmie

Energia uwalniana podczas rozkładu substancji organicznych nie jest natychmiast wykorzystywana przez komórkę, ale jest magazynowana w postaci związków wysokoenergetycznych, zwykle w postaci trifosforanu adenozyny (ATP). Ze względu na swój charakter chemiczny ATP odnosi się do mononukleotydów.

ATP (kwas trifosforanowy adenozyny) jest mononukleotydem składającym się z adeniny, rybozy i trzech reszt kwasu fosforowego, które są połączone przez wiązania makroergiczne.

W tych połączeniach energia zmagazynowana, która jest uwalniana po ich pęknięciu:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adenina + Ryboza + H₃PO₄ + Q₃,
gdzie ATP oznacza trifosforan adenozyny; ADP - kwas dwufosforowy adenozyny; AMP - adenozyno-monofosforowy; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
Zasoby ATP w komórce są ograniczone i uzupełniane z powodu procesu fosforylacji. Fosforylacja polega na dodaniu reszty kwasu fosforowego do ADP (ADP + F → ATP). Występuje z różną intensywnością podczas oddychania, fermentacji i fotosyntezy. ATP jest aktualizowany niezwykle szybko (u ludzi, długość życia pojedynczej cząsteczki ATP jest mniejsza niż 1 minuta).
Energia zmagazynowana w cząsteczkach ATP jest wykorzystywana przez organizm w reakcjach anabolicznych (reakcje biosyntezy). Cząsteczka ATP jest uniwersalnym opiekunem i nośnikiem energii dla wszystkich żywych istot.

Wymiana energii

Energia potrzebna do życia, większość organizmów uzyskuje się w wyniku utleniania substancji organicznych, to jest w wyniku reakcji katabolicznych. Najważniejszym związkiem działającym jako paliwo jest glukoza.
W odniesieniu do wolnego tlenu organizmy dzielą się na trzy grupy.

Klasyfikacja organizmów w odniesieniu do wolnego tlenu

W przypadku tlenków tlenowych i fakultatywnych beztlenowych w obecności tlenu katabolizm przebiega w trzech etapach: przygotowawczym, beztlenowym i tlenowym. W wyniku tego, materia organiczna rozpada się na związki nieorganiczne. W obligatoryjnych beztlenowcach i fakultatywnych beztlenowcach z brakiem tlenu katabolizm przebiega w dwóch pierwszych etapach: przygotowawczym i beztlenowym. W rezultacie powstają pośrednie związki organiczne, wciąż bogate w energię.

Etapy katabolizmu

1. Pierwszy etap - przygotowawczy - polega na enzymatycznym rozszczepieniu złożonych związków organicznych na prostsze. Białka rozkładane są na aminokwasy, tłuszcze do glicerolu i kwasów tłuszczowych, polisacharydy do monosacharydów, kwasy nukleinowe do nukleotydów. W organizmach wielokomórkowych występuje to w przewodzie żołądkowo-jelitowym, w organizmach jednokomórkowych - w lizosomach pod wpływem enzymów hydrolitycznych. Energia uwalniana jest rozpraszana w postaci ciepła. Powstałe związki organiczne są dalej utleniane lub wykorzystywane przez komórkę do syntezy własnych związków organicznych.
2. Drugi etap - niecałkowite utlenianie (beztlenowe) - to dalsze rozszczepianie substancji organicznych, przeprowadza się w cytoplazmie komórki bez udziału tlenu. Głównym źródłem energii w komórce jest glukoza. Nietoksyczne, niepełne utlenianie glukozy nazywa się glikolizą. W wyniku glikolizy jednej cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki kwasu pirogronowego (PVC, pirogronian) CH.₃COCOOH, ATP i woda, a także atomy wodoru, które są związane cząsteczką NAD + nośnika i przechowywane jako NAD · H.
Ogólna formuła glikolizy wygląda następująco:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Następnie, przy braku tlenu w środowisku, produkty glikolizy (PVK i NAD · H) są przetwarzane na alkohol etylowy - fermentację alkoholową (w drożdżach i komórkach roślinnych z brakiem tlenu)
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃DREAM
CH₃DREAM + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
albo w mleku - fermentacja mlekowa (w komórkach zwierzęcych z brakiem tlenu)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
W obecności tlenu w środowisku produkty glikolizy ulegają dalszemu podziałowi na produkty końcowe.
3. Trzeci etap - całkowite utlenienie (oddychanie) - to utlenianie PVC do dwutlenku węgla i wody, odbywa się w mitochondriach z obowiązkowym udziałem tlenu.
Składa się z trzech etapów:
A) tworzenie się acetylo-koenzymu A;
B) utlenianie acetylokoenzymu A w cyklu Krebsa;
B) fosforylacja oksydacyjna w łańcuchu transportu elektronów.

A. W pierwszym etapie PVC przenosi się z cytoplazmy do mitochondriów, gdzie oddziałuje z enzymami matrycy i tworzy 1) dwutlenek węgla, który jest usuwany z komórki; 2) atomy wodoru, które są transportowane przez cząsteczki nośnika do wewnętrznej błony mitochondriów; 3) acetylo-koenzym A (acetylo-CoA).
B. W drugim etapie, acetylokoenzym A jest utleniany w cyklu Krebsa. Cykl Krebsa (cykl kwasu trójkarboksylowego, cykl kwasu cytrynowego) jest łańcuchem kolejnych reakcji, w których jedna cząsteczka acetylo-CoA tworzy 1) dwie cząsteczki dwutlenku węgla, 2) cząsteczkę ATP, i 3) cztery pary atomów wodoru przeniesione do cząsteczek przewoźnicy - NAD i FAD. Tak więc, w wyniku glikolizy i cyklu Krebsa, cząsteczka glukozy dzieli się na CO₂, a energia uwalniana podczas tego procesu jest zużywana na syntezę 4 ATP i gromadzi się w 10 NAD · H i 4 FAD · H₂.
B. Na trzecim etapie atomy wodoru z NAD · H i FAD · H₂ utleniony przez tlen cząsteczkowy O₂ z tworzeniem się wody. Jeden NAD · N jest w stanie utworzyć 3 ATP i jeden FAD · H₂-2 ATP. Tak więc energia uwalniana w tym przypadku jest przechowywana w postaci kolejnego 34 ATP.
Ten proces przebiega w następujący sposób. Atomy wodoru koncentrują się wokół zewnętrznej strony mitochondrialnej błony wewnętrznej. Tracą elektrony przenoszone wzdłuż łańcucha cząsteczek nośnika (cytochromów) łańcucha transportu elektronów (ETC) na wewnętrzną stronę błony wewnętrznej, gdzie łączą się z cząsteczkami tlenu:
Och₂ + e - → o₂ -.
W wyniku aktywności enzymów łańcucha przenoszenia elektronów wewnętrzna membrana mitochondriów jest naładowana ujemnie od wewnątrz (z powodu₂ - ), a na zewnątrz - pozytywnie (z powodu H +), dzięki czemu powstaje potencjalna różnica między jego powierzchniami. W wewnętrznej błonie mitochondriów osadzone są cząsteczki enzymu syntetazy ATP, posiadające kanał jonowy. Kiedy różnica potencjałów w membranie osiąga poziom krytyczny, dodatnio naładowane cząstki H + z siłą pola elektrycznego przepychają się przez kanał ATPazy i, gdy na wewnętrznej powierzchni membrany, oddziałują z tlenem tworząc wodę:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
Energia jonów wodoru H +, transportowana przez kanał jonowy wewnętrznej błony mitochondriów, jest używana do fosforylacji ADP do ATP:
ADP + F → ATP.
Takie tworzenie ATP w mitochondriach przy udziale tlenu nazywa się fosforylacją oksydacyjną.
Całkowite równanie podziału glukozy w procesie oddychania komórkowego:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44 H₂O + 38ATP.
Tak więc podczas glikolizy powstają 2 cząsteczki ATP podczas oddychania komórkowego, kolejne 36 cząsteczek ATP, ogólnie, z pełnym utlenianiem glukozy, 38 cząsteczek ATP.

Plastikowa wymiana

Wymiana plastyczna lub asymilacja to zestaw reakcji, które zapewniają syntezę złożonych związków organicznych z prostszych (fotosynteza, chemosynteza, biosynteza białka, itp.).

Heterotroficzne organizmy budują własną materię organiczną z ekologicznych składników żywności. Heterotroficzna asymilacja zasadniczo sprowadza się do rearanżacji molekularnej:
materia organiczna żywności (białka, tłuszcze, węglowodany) → proste cząsteczki organiczne (aminokwasy, kwasy tłuszczowe, monosacharydy) → makrocząsteczki ciała (białka, tłuszcze, węglowodany).
Organizmy autotroficzne są w stanie w pełni niezależnie syntetyzować materię organiczną z cząsteczek nieorganicznych zużywanych w środowisku zewnętrznym. W procesie fotosyntezy i chemosyntezy dochodzi do powstania prostych związków organicznych, z których następnie syntetyzuje się makrocząsteczki:
substancje nieorganiczne (CO₂, H₂O) → proste cząsteczki organiczne (aminokwasy, kwasy tłuszczowe, monosacharydy) → makrocząsteczki ciała (białka, tłuszcze, węglowodany).

Fotosynteza

Fotosynteza - synteza związków organicznych z nieorganicznych dzięki energii światła. Całkowite równanie fotosyntezy:

Fotosynteza przebiega z udziałem pigmentów fotosyntetycznych, które mają wyjątkową właściwość przekształcania energii światła słonecznego w energię wiązania chemicznego w postaci ATP. Fotosyntetyczne pigmenty są substancjami białkowymi. Najważniejszym pigmentem jest chlorofil. W eukariontach barwniki fotosyntetyczne są wbudowane w wewnętrzną błonę plastydów, w prokarioncie - w wniknięcie błony cytoplazmatycznej.
Struktura chloroplastu jest bardzo podobna do budowy mitochondriów. Wewnętrzna membrana błony tylakoidowej zawiera barwniki fotosyntetyczne, a także białka łańcucha przenoszącego elektrony i cząsteczki enzymu syntetazy ATP.
Proces fotosyntezy składa się z dwóch faz: jasnej i ciemnej.
1. Faza lekka fotosyntezy przebiega tylko w świetle membrany tylakoidów grana.
Obejmuje to absorpcję kwantów światła przez chlorofil, tworzenie cząsteczki ATP i fotolizę wody.
Pod działaniem kwantu światła (hv) chlorofil traci elektrony, przechodząc w stan wzbudzenia:

Te elektrony są przenoszone przez nośniki na zewnętrzną powierzchnię, tj. Powierzchnię błony tylakoidowej, która jest zwrócona do matrycy, gdzie się gromadzi.
Jednocześnie w obrębie tylakoidów następuje fotoliza wody, czyli jej rozkład pod działaniem światła:

Powstałe elektrony są przenoszone przez nośniki na cząsteczki chlorofilu i przywracane. Cząsteczki chlorofilu wracają do stanu stabilnego.
Protony wodoru powstające podczas fotolizy gromadzą się wewnątrz tylakoidu, tworząc zbiornik H +. W rezultacie wewnętrzna powierzchnia błony tylakoidowej jest naładowana dodatnio (przez H +), a zewnętrzna powierzchnia jest ujemna (przez e -). Przy akumulacji przeciwnie naładowanych cząstek po obu stronach membrany wzrasta różnica potencjałów. Gdy różnica potencjałów zostanie osiągnięta, siła pola elektrycznego zaczyna przepychać protony przez kanał syntetazy ATP. Energia uwalniana podczas tego procesu służy do fosforylowania cząsteczek ADP:
ADP + F → ATP.

Tworzenie ATP podczas fotosyntezy pod wpływem energii świetlnej nosi nazwę fotofosforylacji.
Jony wodoru, które pojawiły się na zewnętrznej powierzchni membrany tylakoidowej, spotykają się tam z elektronami i tworzą wodór atomowy, który wiąże się z cząsteczką nośnika wodoru NADP (fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Tak więc w fazie lekkiej fotosyntezy występują trzy procesy: tworzenie się tlenu z powodu rozkładu wody, synteza ATP i tworzenie atomów wodoru w postaci NADPH₂. Tlen dyfunduje do atmosfery, a ATP i NADF · H₂ uczestniczyć w procesach ciemnej fazy.
2. Ciemna faza fotosyntezy przebiega w matrycy chloroplastu zarówno w świetle, jak iw ciemności i reprezentuje serię kolejnych przemian CO₂, z powietrza, w cyklu Kalwina. Reakcje ciemnej fazy ze względu na energię ATP są przeprowadzane. W cyklu Calvin CO₂ wiąże się z wodorem z NADPH₂ z tworzeniem się glukozy.
W procesie fotosyntezy, oprócz monosacharydów (glukozy itp.), Syntetyzowane są monomery innych związków organicznych - aminokwasy, glicerol i kwasy tłuszczowe. Dzięki fotosyntezie rośliny zapewniają sobie i całym życiu na Ziemi niezbędne substancje organiczne i tlen.
Porównawcze cechy fotosyntezy i oddychania eukariontów przedstawiono w tabeli.