Повторите особенности строения митохондрий, которые вы изучали в предыдущей теме. в клетках каких организмов имеются митохондрии? Для чего они нужны? Из курса химии вспомните, что такое окисление.

Что такое клеточное дыхание

Клеточное дыхание — это совокупность реакций окисления органических веществ кислородом, которые происходят в клетках живых организмов. Оно обеспечивает клетку энергией.

Следует отметить, что клеточное дыхание и легочное дыхание — это не одно и то же. Легочное дыхание — это физиологический процесс, в результате которого определенные газы попадают из воздуха в кровь или из крови в воздух. А клеточное дыхание — это биохимический процесс, совокупность химических реакций в клетках.

Клеточное дыхание состоит из двух этапов. Первый из них (гликолиз) происходит в цитозоле, а второй (кислородный) — в митохондриях. У растений во время клеточного дыхания окисляются органические вещества, синтезированные самим растением, у животных и грибов — вещества, которые организм получает с питанием или которые синтезирует сам.

Биохимические процессы клеточного дыхания

Общая формула биологического окисления выглядит так:

В результате первого этапа этого процесса (гликолиза), который происходит в цитозоле, образуется пируват (пировиноградная кислота). Он транспортируется из цитозоля в матрикс митохондрий, где с помощью ферментов окисляется до углекислого газа и воды. Окисление происходит в несколько этапов, на каждом из которых выделяется энергия. Часть энергии выделяется в виде тепла (45 %), а 55 % запасается в АТФ.

Источник: mozok.click

Клеточным, или тканевым дыханием называют совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жирных кислот и аминокислот расщепляются в конечном счете до углекислоты и воды, а освобожденная биологически полезная энергия используется на жизнедеятельность клетки.

Биологически полезная энергия представляет собой поток электронов, идущий с более высоких энергетических уровней на более низкие. Происходит это так: под действием фермента от молекулы питательного вещества (углевода, жира, белка) отнимаются протоны (т. е. атомы водорода), а вместе с ними и электроны. Этот процесс известен под названием дегидрирование. Отнятые электроны передаются на специальное вещество, которое называется акцептором.

Далее другие ферменты отнимают электроны от первичного акцептора и передают их на другой и так далее, пока полностью не израсходуется энергия электрона или не запасется в виде энергии химических связей (аденозинтрифосфат). В конечном счете кислород реагирует с ионами водорода и отдавшими энергию электронами, превращается в воду, которая выводится из организма. Этот поток электронов получил название «электронного каскада».

Для большей наглядности его можно представить в виде ряда водопадов, каждый водопад вращает турбину — отдает энергию, пока не отдаст ее полностью. На самом верху «вода» — пищевое вещество, от которого будут отниматься электроны и протоны (субстрат), а внизу — «отработавшая вода» — электроны и протоны с пониженной энергетикой, соединенные с кислородом (вода), и то, что остается от субстрата,- которая подлежит выделению.

Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакции окисления-восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления».

Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются «цитохромами».

Теперь рассмотрим этот же процесс с позиции деструктуризации (энтропии, то есть распада). Каждая молекула пищевого вещества имеет свою собственную пространственную структуру. При дегидрировании тот или иной фермент может отщепить лишь определенные атомы водорода, занимающие определенное пространственное положение в молекуле.

В результате ряда таких последовательных отщеплений вещество со сложной структурой разрушается до простых составляющих. Энергия связи, освобождаясь, используется нашим организмом на собственное укрепление: поддерживает собственные структуры белков, жиров, углеводов и т. д. Таким образом, деструктуризируя пищевые вещества, организм поддерживает на стабильном уровне структуры собственного тела.

Если пища уже была ранее деструктурирована (термическая обработка, солка, сушка, рафинизация, измельчение и т. д.), то нашему организму достанется гораздо меньше энергии, заключенной в оставшихся пространственных связях. Поэтому мощь питания заключается не в калориях, а, в структуре пищи. Продолжительность жизни зависит не от сытой пищи, а от структурированной.

Итак, клеточное дыхание представляет собой процесс выработки электронов, т. е. электроэнергии.

Э. Болл сделал расчеты, показывающие, сколько электрической энергии вырабатывается в организме при расщеплении субстратов до воды и углекислого газа.

Исходя из потребления кислорода организм взрослого человека в состоянии покоя (264 см3/мин), а также того факта, что каждый атом кислорода для образования молекулы воды требует двух атомов водорода и двух электронов, Болл подсчитал, что в каждую минуту во всех клетках тела с молекул, усвоенных питательных веществ в процессе биологического окисления на кислород переходит 2,86 х 1022 электронов, т. е. суммарная сила тока достигает 76 ампер (А). Это внушительная величина: ведь через обычную 100-ваттную лампу проходит ток лишь около 1 ампера.

Переходу электронов с субстрата на кислород соответствует разность потенциалов 1,13 вольта (В); вольты, помноженные на амперы, дают ватты, так что 1,13 х 76 = 85,9 ватта.

Таким образом, мощность потребления человеческим организмом приблизительно равна мощности, потребляемой стоваттной электролампой, однако при этом в организме используются значительно большие токи при значительно меньших напряжениях.

Исходя из вышеизложенного, уясним для себя роль каждого вещества в жизненном процессе.

Питательные вещества служат для построения структур нашего тела, а подвергшиеся деструктуризации — дают нам энергию в виде электронов.

Конечные продукты деструктуризации питательных веществ: вода дает нам среду для протекания жизненных процессов; углекислый газ является регулятором жизненных процессов (изменяет КЩР, активирует генетический аппарат клетки, влияет на усвоение кислорода организмом).

Кислороду, потребляемому при дыхании, отводится скромная роль выводить из организма электроны с пониженным энергетическим потенциалом в виде продуктов конечного звена деструктуризации: углекислого газа и воды.

С позиции биогенных элементов углерод (18%) является связкой, которая соединяет кислород (70%) и водород (10%). Не азот, а углерод является фундаментом жизни, поэтому организм всеми силами стремится к его сохранению, ориентируя весь дыхательный процесс на стабильное сохранение углерода в виде углекислого газа и других его соединений. Уменьшение в организме углерода и его соединений сразу же сказывается на всех жизненно важных процессах, вызывая массу заболеваний.

Вот так осуществляется третья ступень дыхания — клеточное дыхание. Причем наибольшее количество углекислого газа получается при приеме углеводистой пищи, а наименьшее — от жирной и белковой.

Источник: www.sdorov.ru

Биологическое окисление

Клеточное дыхание включает в себя множество окислительно-восстановительных реакций, в которых происходит перемещение водорода и электронов от одних соединений (или атомов) к другим. При потери электрона каким-либо атомом происходит его окисление; при присоединении электрона — восстановление. Окисляемое вещество — это донор, а восстанавливаемое — акцептор водорода и электронов. Окислительно-восстановительные реакции, протекающие в живых организмах носят название биологического окисления, или клеточного дыхания.

Обычно при окислительных реакциях происходит выделение энергии. Причина этого кроется в физических законах. Электроны в окисляемых органических молекулах находятся на более высоком энергетическом уровне, чем в продуктах реакции. Электроны, переходя с более высокого на более низкий энергетический уровень, высвобождают энергию. Клетка умеет фиксировать ее в связях молекул АТФ — универсальном «топливе» живого.

Наиболее распространенным в природе конечным акцептором электронов является кислород, который восстанавливается. При аэробном дыхании в результате полного окисления органических веществ образуются углекислый газ и вода.

Биологическое окисление протекает по-этапно, в нем участвуют множество ферментов и соединения, переносящие электроны. При ступенчатом окислении электроны перемещаются по цепи переносчиков. На определенных этапах цепи происходит выделение порции энергии, достаточной для синтеза АТФ из АДФ и фосфорной кислоты.

Биологическое окисление весьма эффективно по-сравнению с различными двигателями. Около половины выделяющейся энергии в конечном итоге фиксируется в макроэргических связях АТФ. Другая часть энергии рассеивается в виде тепла. Поскольку процесс окисления ступенчатый, то тепловая энергия выделяется понемногу и не повреждает клетки. В то же время она служит для поддержания постоянной температуры тела.

Аэробное дыхание

Различные этапы клеточного дыхания у аэробных эукариот происходят

• в цитоплазме – гликолиз,

• в матриксе митохондрий – цикл Кребса, или цикл трикарбоновых кислот,

• на внутренней мембране митохондрий – окислительное фосфорилирование, или дыхательная цепь.

На каждом из этих этапов из АДФ синтезируется АТФ, больше всего на последнем. Кислород в качестве окислителя используется только на этапе окислительного фосфорилирования.

Суммарные реакции аэробного дыхания выглядит следующим образом.

Гликолиз и цикл Кребса: C₆H₁₂O₆ + 6H₂O → 6CO₂ + 12H₂ + 4АТФ

Дыхательная цепь: 12H₂ + 6O₂ → 12H₂O + 34АТФ

Таким образом биологическое окисление одной молекулы глюкозы дает 38 молекул АТФ. На самом деле нередко бывает меньше.

Анаэробное дыхание

Большинство анаэробов — это микроорганизмы. Однако к организмам, использующим анаэробное дыхание, относятся также дрожжи, ряд червей-паразитов. Способностью к анаэробному дыханию также обладают определенные ткани. Например, мышечные клетки, которые периодически могут испытывать недостаток кислорода.

При анаэробном дыхании в окислительных реакциях акцептор водорода НАД не передает водород в конечном итоге на кислород, которого в данном случае нет.

В качестве акцептора водорода может быть использована пировиноградная кислота, образующаяся при гликолизе.

У дрожжей пируват сбраживается до этанола (спиртовое брожение). При этом в процессе реакций образуется также углекислый газ и используется НАД:

CH₃COCOOH (пируват) → CH₃CHO (ацетальдегид) + CO₂

CH₃CHO + НАД · H₂ → CH₃CH₂OH (этанол) + НАД

Молочнокислое брожение происходит в животных клетках, испытывающих временный недостаток кислорода, и у ряда бактерий:

CH₃COCOOH + НАД · H₂ → CH₃CHOHCOOH (молочная кислота) + НАД

Оба брожения не дают выхода АТФ. Энергию в данном случае дает только гликолиз, и составляет она всего две молекулы АТФ. Значительная часть энергии глюкозы так и не извлекается. Поэтому анаэробное дыхание считается малоэффективным.

Источник: biology.su

Лизосомы — внутриклеточные органеллы, имеющие форму округлых пузырьков, диаметром 0, 2-0, 8 мкм, окруженные мембраной. Внутри них содержатся различные ферменты, способные расщеплять (лизировать) макромолекулы, и таким образом осуществлять внутриклеточное пищеварение. Ферменты лизосом синтезируются на рибосомах эндоплазматической сети и транспортируются в зону комплекса Гольджи, где происходит окончательное формирование специфического для лизосом набора ферментов и их упаковка в мембранный каркас.
нек-рых типах клеток лизосомы формируются в участках эндоплазматической сети вблизи комплекса Гольджи. Помимо внутриклеточного пищеварения, лизосомы участвуют в лизисе микроорганизмов и вирусов, в начальной стадии иммуногенеза, во внеклеточном гидролизе биополимеров и т. д. С участием лизосом происходит очистка клетки от утративших свое функциональное значение структур и макромолекул, процессы эмбрионального и постэмбрионального развития (клеточная дифференциация, регрессия, инволюция и т. д.) , утилизация избытков накопленных в клетке пищевых веществ и др.
Лизосомы формируются из пузырьков (везикул) , отделяющихся от аппарата Гольджи, и пузырьков (эндосом) , в которые попадают вещества при эндоцитозе. В образовании аутолизосом (аутофагосом) принимают участие мембраны эндоплазматического ретикулума. Все белки лизосом синтезируются на «сидячих» рибосомах на внешней стороне мембран эндоплазматического ретикулума и затем проходят через его полость и через аппарат Гольджи.

Синтез белка происходит в рибосомах — участках, где аминокислоты связываются друг с другом, образуя белковые цепи.

Клеточное или тканевое дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (АТФ и др. ) и может быть использована по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. О физиологических процессах транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению от них углекислого газа.

Фотосинтез, образование зелеными растениями и некоторыми бактериями органических веществ с использованием энергии солнечного света. Происходит при участии пигментов (у растений хлорофиллов) . В основе фотосинтеза лежат окислительно-восстановительные реакции, в которых электроны переносятся от донора (например, H2O, H2S) к акцептору (CO2) с образованием восстановленных соединений (углеводов) и выделением O2 (если донор электронов H2O), S (если донор электронов, например, H2S) и др.
Фотосинтез — один из самых распространенных процессов на Земле, обусловливает круговорот в природе углерода, O2 и других элементов. Он составляет материальную и энергетическую основу всего живого на планете.

Источник: otvet.mail.ru