Procese care furnizează celulei energie. Furnizarea celulelor cu energie. Surse de energie. Funcțiile peretelui celular

Energia este necesară pentru toate celulele vii - este folosită pentru diverse biologice și reacții chimice curgând în celulă. Unele organisme folosesc energie lumina soarelui pentru procesele biochimice, acestea sunt plante (Fig. 1), în timp ce altele folosesc energie legături chimiceîn substanțele obținute în procesul de nutriție, acestea sunt organisme animale. Extragerea energiei se realizeaza prin scindarea si oxidarea acestor substante, in procesul de respiratie, aceasta respiratie se numeste oxidare biologică, sau respirație celulară.

Orez. 1. Energia luminii solare

Respirație celulară- acesta este un proces biochimic în celulă, care procedează cu participarea enzimelor, în urma căruia se eliberează apă și dioxid de carbon, energia este stocată sub formă de legături de înaltă energie ale moleculelor de ATP. Dacă acest proces are loc în prezența oxigenului, atunci se numește aerobic, dar dacă apare fără oxigen, atunci se numește anaerob.

Oxidarea biologică include trei etape principale:

1. Pregătitoare.

2. Anoxic (glicoliză).

3. Divizarea completă materie organică(în prezența oxigenului).

Substanțele luate cu alimente sunt descompuse în monomeri. Această etapă începe în tractul gastrointestinal sau în lizozomii celulei. Polizaharidele se descompun în monozaharide, proteinele în aminoacizi, grăsimile în glicerol și acizi grași. Energia eliberată în această etapă este disipată sub formă de căldură. Trebuie remarcat faptul că celulele folosesc carbohidrați pentru procesele energetice, iar monozaharidele sunt mai bune, iar creierul poate folosi doar o monozaharidă - glucoză pentru activitatea sa (Fig. 2).

Orez. 2. Etapa pregătitoare

Glucoza este descompusă prin glicoliză în două molecule de acid piruvic cu trei atomi de carbon. Soarta ulterioară a acidului piruvic depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă oxigenul este prezent în celulă, atunci acidul piruvic trece în mitocondrii pentru oxidare completă la dioxid de carbon și apă (respirație aerobă). Dacă nu există oxigen, atunci în țesuturile animale acidul piruvic se transformă în acid lactic. Această etapă are loc în citoplasma celulei.

glicoliza- aceasta este o secvență de reacții, în urma căreia o moleculă de glucoză este împărțită în două molecule de acid piruvic, în timp ce se eliberează energie, ceea ce este suficient pentru a transforma două molecule de ADP în două molecule de ATP (Fig. 3).

Orez. 3. Stadiul anoxic

Oxigenul este esențial pentru oxidarea completă a glucozei. În a treia etapă, acidul piruvic este complet oxidat în mitocondrii la dioxid de carbon și apă, rezultând formarea a încă 36 de molecule de ATP, deoarece această etapă are loc cu participarea oxigenului, se numește oxigen sau aerob (Fig. 4). .

Orez. 4. Defalcarea completă a materiei organice

În total, dintr-o moleculă de glucoză se formează 38 de molecule de ATP în trei etape, ținând cont de cele două ATP obținute în procesul de glicoliză.

Astfel, am luat în considerare procesele energetice care au loc în celule, caracterizate etapele oxidării biologice.

Respirația care are loc în celulă cu eliberarea de energie este adesea comparată cu procesul de ardere. Ambele procese au loc în prezența oxigenului, eliberarea de energie și produse de oxidare - dioxid de carbon și apă. Dar, spre deosebire de ardere, respirația este un proces ordonat de reacții biochimice care au loc în prezența enzimelor. În timpul respirației, dioxidul de carbon apare ca produs final al oxidării biologice, iar în procesul de ardere, formarea dioxidului de carbon are loc prin combinarea directă a hidrogenului cu carbonul. De asemenea, în timpul respirației, pe lângă apă și dioxid de carbon, se formează o anumită cantitate de molecule de ATP, adică respirația și arderea sunt procese fundamental diferite (Fig. 5).

Orez. 5. Diferențele dintre respirație și ardere

Glicoliza nu este doar calea principală pentru metabolismul glucozei, ci și calea principală pentru metabolismul fructozei și galactozei alimentare. Deosebit de importantă în medicină este capacitatea glicolizei de a forma ATP în absența oxigenului. Acest lucru face posibilă menținerea muncii intense a mușchiului scheletic în condiții de eficiență insuficientă a oxidării aerobe. Țesuturile cu activitate glicolitică crescută sunt capabile să rămână active în perioadele de lipsă de oxigen. În mușchiul inimii, posibilitățile de glicoliză sunt limitate. Este dificil de tolerat aportul de sânge afectat, care poate duce la ischemie. Se știe că mai multe boli sunt cauzate de activitatea insuficientă a enzimelor de glicoliză, dintre care una este anemia hemolitică (în celulele canceroase cu creștere rapidă, glicoliza are loc cu o rată care depășește capacitatea ciclului acidului citric), ceea ce contribuie la o sinteza crescută a acid lactic în organe și țesuturi (Fig. 6).

Orez. 6. Anemia hemolitică

Nivelurile crescute de acid lactic din organism pot fi un simptom al cancerului. Această caracteristică metabolică este uneori folosită pentru a trata unele forme de tumori.

Microbii sunt capabili să obțină energie în procesul de fermentație. Fermentarea este cunoscută oamenilor din timpuri imemoriale, de exemplu, în fabricarea vinului, fermentația acidului lactic era cunoscută și mai devreme (Fig. 7).

Orez. 7. Prepararea vinului și a brânzei

Oamenii au consumat produse lactate fără a bănui că aceste procese sunt asociate cu activitatea microorganismelor. Termenul de „fermentare” a fost introdus de olandezul Van Helmont pentru procesele care merg cu eliberarea gazului. Acest lucru a fost dovedit pentru prima dată de Louis Pasteur. Mai mult, diferite microorganisme secretă diferiți produse de fermentație. Vom vorbi despre fermentația alcoolică și lactică. Fermentația alcoolică este procesul de oxidare a carbohidraților, care are ca rezultat formarea etanol, se eliberează dioxid de carbon și energie. Berarii și vinificatorii au folosit capacitatea anumitor tipuri de drojdie de a stimula fermentația, care transformă zaharurile în alcool. Fermentarea este realizată în principal de drojdii, dar și de unele bacterii și ciuperci (Fig. 8).

Orez. 8. Drojdie, ciuperci din făină, produse de fermentație - kvas și oțet

În țara noastră se folosește în mod tradițional drojdia Saccharomyces, în America - bacterii din genul Pseudomonas, în Mexic se folosesc bacterii „bețișoare mobile”, în Asia se folosesc ciuperci de muco. Drojdiile noastre tind să fermenteze hexoze (monozaharide cu șase atomi de carbon) precum glucoza sau fructoza. Procesul de formare a alcoolului poate fi reprezentat astfel: dintr-o moleculă de glucoză se formează două molecule de alcool, două molecule de dioxid de carbon și se eliberează două molecule de ATP.

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP

În comparație cu respirația, un astfel de proces este mai puțin benefic din punct de vedere energetic decât procesele aerobe, dar vă permite să mențineți viața în absența oxigenului. La fermentarea acidului lactic o moleculă de glucoză formează două molecule de acid lactic și se eliberează două molecule de ATP, acest lucru poate fi descris prin ecuația:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Procesul de formare a acidului lactic este foarte apropiat de procesul de fermentație alcoolică, glucoza, ca și în fermentația alcoolică, se descompune în acid piruvic, apoi trece nu în alcool, ci în acid lactic. Fermentarea acidului lactic este utilizat pe scară largă pentru producerea produselor lactate: brânză, brânză de vaci, lapte caș, iaurturi (Fig. 9).

Orez. 9. Bacteriile lactice și produsele fermentației acidului lactic

În procesul de formare a brânzei sunt implicate mai întâi bacteriile de acid lactic, care produc acid lactic, apoi bacteriile de acid propionic transformă acidul lactic în acid propionic, datorită acestui fapt, brânzeturile au un gust ascuțit destul de specific. Bacteriile lactice sunt folosite în conservarea fructelor și legumelor, acidul lactic este folosit în industria de cofetărie și fabricarea băuturilor răcoritoare.

Bibliografie

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologie. Tipare generale. - Dropia, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Fundamentele Biologiei Generale. Clasa a 9-a: Un manual pentru elevii din instituțiile de învățământ de clasa a 9-a / Ed. prof. ÎN. Ponomareva. - Ed. a II-a, revizuită. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologie. Introducere in biologie generalăși ecologie: Manual pentru clasa a 9-a, ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2002.

1. Site-ul web „Biologie și medicină” ()

3. Site-ul de internet „Enciclopedia Medicală” ()

Teme pentru acasă

1. Ce este oxidarea biologică și etapele ei?

2. Ce este glicoliza?

3. Care sunt asemănările și diferențele dintre fermentația alcoolică și cea lactică?

Când te familiarizezi cu lucrările fundamentale ale omenirii, te trezești adesea să te gândești că odată cu dezvoltarea științei, există mai multe întrebări decât răspunsuri. În anii 1980 și 1990, biologia moleculară și genetica ne-au extins înțelegerea celulelor și a interacțiunilor celulare. A fost izolată o întreagă clasă de factori celulari care reglează interacțiunea intercelulară. Acest lucru este important pentru înțelegerea funcționării corpului uman multicelular și în special a celulelor sistemului imunitar. Dar, în fiecare an, biologii descoperă din ce în ce mai mulți dintre acești factori intercelulari și devine din ce în ce mai dificil să recreați o imagine a unui întreg organism. Astfel, există mai multe întrebări decât răspunsuri.

Inepuizabilitatea corpului uman şi oportunități limitate studiile sale conduc la concluzia despre necesitatea priorităților de cercetare imediate și ulterioare. O astfel de prioritate astăzi este energia celulelor unui corp uman viu. Cunoștințele insuficiente despre producția de energie și schimbul de energie al celulelor din organism devine un obstacol în calea cercetării științifice serioase.

Celula este unitatea structurală de bază a corpului: toate organele și țesuturile sunt formate din celule. Este dificil să se bazeze pe succesul medicamentelor sau al metodelor non-medicamentale dacă acestea sunt dezvoltate fără cunoștințe suficiente despre energia celulară și interacțiunea energetică intercelulară. Pot fi date suficiente exemple acolo unde remediile utilizate pe scară largă și recomandate sunt dăunătoare sănătății.

Abordarea de fond este dominantă în asistența medicală. Substanta este substanta. Logica vindecării este extrem de simplă: furnizați organismului substanțele necesare (apă, alimente, vitamine, oligoelemente și, dacă este necesar, medicamente) și îndepărtați produsele metabolice din organism (excremente, grăsimi în exces, săruri, toxine etc. .). Expansiunea medicamentelor continuă să triumfe. Noile generații de oameni din multe țări devin participanți voluntari la un experiment la scară largă. Industria medicamentelor cere noi pacienți. Cu toate acestea, sunt din ce în ce mai puțini oameni sănătoși.

Creatorul unui ghid popular de droguri a fost odată întrebat despre câte medicamente trebuia să încerce personal. Niciuna, a fost răspunsul. Aparent, acest om inteligent avea cunoștințe strălucitoare despre biochimia celulară și era capabil să folosească aceste cunoștințe pentru a le folosi în viață.

Imaginați-vă o particulă miniaturală de materie vie, sub formă de elipsoid, disc, bilă, de aproximativ 8-15 microni (µm) în diametru, care în același timp este cel mai complex sistem de autoreglare. O celulă vie obișnuită se numește diferențiată, subliniind ca și cum multele elemente care alcătuiesc compoziția sa sunt clar separate între ele. Conceptul de „celulă nediferențiată”, de regulă, aparține unei celule modificate, de exemplu, unei celule canceroase. Celulele diferențiate diferă nu numai prin structură, metabolismul intern, ci și prin specializare, de exemplu, celulele rinichilor, ficatului și inimii.

În general, o celulă este formată din trei componente: membrana celulară, citoplasmă, nucleu. Compoziția membranei celulare, de regulă, include o membrană cu trei, patru straturi și o înveliș exterioară. Cele două straturi ale membranei sunt compuse din lipide (grăsimi), cea mai mare parte a cărora sunt grăsimi nesaturate - fosfolipide. Membrana celulară are o structură foarte complexă și funcții diverse. Diferența de potențial de pe ambele părți ale membranei poate fi de câteva sute de milivolți. Suprafața exterioară a membranei conține o sarcină electrică negativă.

De obicei, o celulă are un nucleu. Deși există celule care au doi sau mai mulți nuclei. Funcția nucleului este de a stoca și transmite informații ereditare, de exemplu, în timpul diviziunii celulare, precum și de a controla toate procesele fiziologice din celulă. Nucleul conține molecule de ADN care poartă codul genetic al celulei. Nucleul este închis într-o membrană cu două straturi.

Citoplasma alcătuiește cea mai mare parte a celulei și este un fluid celular cu organele și incluziuni situate în ea. Organelele sunt componente permanente ale citoplasmei care îndeplinesc anumite funcții importante. Dintre acestea, ne interesează cel mai mult mitocondriile, care sunt uneori numite centralele celulei. Fiecare mitocondrie are două sisteme membranare: exterior și interior. Membrana exterioară este netedă, lipidele și proteinele sunt reprezentate în mod egal în ea. Membrana interioară aparține celor mai complexe tipuri de sisteme membranare din corpul uman. Conține multe pliuri, numite scoici (cristae), datorită cărora suprafața membranei crește semnificativ. Această membrană poate fi reprezentată ca un set de excrescențe în formă de ciupercă direcționate în spațiul interior al mitocondriilor. Există 10 până la 4-10 până la 5 astfel de excrescențe per mitocondrie.

În plus, alte 50-60 de enzime sunt prezente în membrana mitocondrială interioară, numărul total molecule tipuri diferite ajunge la 80. Toate acestea sunt necesare oxidării chimice și metabolismului energetic. Printre proprietățile fizice ale acestei membrane, trebuie remarcată rezistența electrică ridicată, care este caracteristică așa-numitelor membrane de conjugare, care sunt capabile să acumuleze energie ca un condensator bun. Diferența de potențial pe ambele părți ale membranei mitocondriale interioare este de aproximativ 200-250 mV.

Ne putem imagina cât de complexă este o celulă dacă, de exemplu, o celulă hepatică hepatocitară conține aproximativ 2000 de mitocondrii. Dar există multe alte organite în celulă, sute de enzime, hormoni și alte substanțe complexe. Fiecare organelă are propriul său set de substanțe; în el se desfășoară anumite procese fizice, chimice și biochimice. Substanțele din spațiul citoplasmatic sunt în aceeași stare dinamică; fac schimb constant cu organele și cu mediul extern al celulei prin membrana acesteia.

Îmi cer scuze Cititorului Nespecialist pentru detaliile tehnice, dar este util să cunoaștem aceste idei despre celulă pentru fiecare persoană care își dorește să fie sănătoasă. Trebuie să admirăm acest miracol al naturii și, în același timp, să ținem cont de slăbiciunile celulei atunci când tratăm. Am observat când analginul obișnuit a dus la edem tisulare la o persoană tânără sănătoasă. Este uimitor cum, fără să se gândească, cu ce ușurință înghit alții pastile!

Înțelegerea complexității funcționării celulare nu va fi completă dacă nu vorbim despre energia celulelor. Energia în celulă este cheltuită pentru efectuarea diferitelor lucrări: mecanice - mișcarea fluidului, mișcarea organelelor; chimic - sinteza de substante organice complexe; electric - crearea unei diferențe de potențiale electrice pe membranele plasmatice; osmotic - transportul de substanțe în celulă și înapoi. Fără a ne stabili sarcina de a enumera toate procesele, ne limităm la afirmația binecunoscută: fără aprovizionare suficientă cu energie, funcționarea completă a celulei nu poate fi realizată.

De unde primește celula energia de care are nevoie? Conform teoriilor științifice, energia chimică a nutrienților (carbohidrați, grăsimi, proteine) este transformată în energia legăturilor macroergice (conținând multă energie) ale adenozin trifosfat (ATP). Aceste procese sunt efectuate în mitocondriile celulelor, în principal în ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și în timpul fosforilării oxidative. Energia stocată în ATP este eliberată cu ușurință atunci când legăturile macroergice sunt rupte, ca urmare, se asigură consumul de energie în organism.

Cu toate acestea, aceste idei nu permit o evaluare obiectivă a caracteristicilor cantitative și calitative ale aprovizionării cu energie și schimbului de energie în țesuturi, precum și a stării energiei celulare și a interacțiunii intercelulare. Ar trebui să se acorde atenție celei mai importante întrebări (G. N. Petrakovich), la care teoria tradițională nu poate răspunde: din cauza cărora se realizează interacțiunea intercelulară? La urma urmei, ATP se formează și se consumă, eliberând energie, în interiorul mitocondriilor.

Între timp, există suficiente motive pentru a ne îndoi de bunăstarea aprovizionării cu energie a organelor, țesuturilor, celulelor. Se poate chiar afirma direct că o persoană nu este foarte perfectă în acest sens. Acest lucru este dovedit de oboseala pe care mulți o experimentează în fiecare zi și care începe să enerveze o persoană încă din copilărie.

Calculele arată că, dacă energia din corpul uman ar fi produsă datorită acestor procese (ciclul Krebs și fosforilarea oxidativă), atunci la o sarcină mică, deficitul energetic ar fi de 30-50%, iar la o sarcină mare - mai mult de 90%. Acest lucru este confirmat de studiile oamenilor de știință americani, care au ajuns la concluzia că mitocondriile nu funcționează corect în ceea ce privește furnizarea unei persoane cu energie.

Întrebările despre energia celulelor și țesuturilor ar fi rămas probabil mult timp pe marginea drumului, de-a lungul cărora medicina teoretică și practică se mișcă încet, dacă nu s-ar fi produs două evenimente. Este despre despre Noua Ipoteza a Respiratiei si descoperirea Respiratiei Endogene.

Capacitatea de fotosinteză este principala caracteristică a plantelor verzi.Plantele, ca toate organismele vii, trebuie să mâncați, respirați, îndepărtați deșeurile, creșteți, înmulțiți-vă, răspundeți la schimbare mediu inconjurator . Toate acestea sunt asigurate de activitatea organelor corespunzătoare ale corpului. De obicei, organele formează sisteme de organe care lucrează împreună pentru a asigura îndeplinirea uneia sau alteia funcții a unui organism viu. Astfel, un organism viu poate fi reprezentat ca un biosistem. Fiecare organ dintr-o plantă vie îndeplinește o funcție specifică. Rădăcină absoarbe apa din sol cu ​​minerale si intareste planta in sol. Tulpina poartă frunzele spre lumină. Apa, precum și substanțele minerale și organice, se deplasează de-a lungul tulpinii. În cloroplastele frunzei, la lumină, din substanțe anorganice se formează substanțe organice, cu care se hrănesc. celule toate organele plantelor. Apa se evaporă frunzele.

Dacă activitatea oricărui organ al corpului este perturbată, atunci aceasta poate provoca o întrerupere a activității altor organe și a întregului organism. Dacă, de exemplu, apa nu mai curge prin rădăcină, atunci întreaga plantă poate muri. Dacă planta nu produce suficientă clorofilă în frunze, atunci nu va putea sintetiza o cantitate suficientă de substanțe organice pentru activitatea sa vitală.

Astfel, activitatea vitală a organismului este asigurată de munca interconectată a tuturor sistemelor de organe. Vitalitatea reprezintă toate procesele care au loc în organism.

Prin nutriție, organismul trăiește și crește. În procesul de nutriție, substanțele necesare sunt absorbite din mediu. Ele sunt apoi absorbite în organism. Plantele absorb apa si mineralele din sol. Organele verzi supraterane ale plantelor absorb dioxidul de carbon din aer. Apa și dioxidul de carbon sunt folosite de plante pentru a sintetiza substanțe organice, care sunt folosite de plantă pentru a reînnoi celulele corpului, a crește și a se dezvolta.

În timpul respirației are loc schimbul de gaze. Oxigenul este absorbit din mediu, iar dioxidul de carbon și vaporii de apă sunt eliberați din organism. Oxigenul este esențial pentru ca toate celulele vii să producă energie.

În procesul de metabolism, se formează substanțe care nu sunt necesare organismului, care sunt eliberate în mediu.

Când o plantă atinge o anumită dimensiune și vârsta necesară speciei sale, dacă se află în condiții de mediu suficient de favorabile, atunci începe să se reproducă. Ca urmare a reproducerii, numărul de indivizi crește.

Spre deosebire de marea majoritate a animalelor, plantele cresc pe tot parcursul vieții.

Dobândirea de noi proprietăți de către organisme se numește dezvoltare.

Nutriția, respirația, metabolismul, creșterea și dezvoltarea, precum și reproducerea sunt influențate de condițiile de mediu ale plantei. Dacă nu sunt suficient de favorabile, atunci planta poate crește și se poate dezvolta prost, procesele sale vitale vor fi suprimate. Astfel, activitatea vitală a plantelor depinde de mediu.

Întrebarea 3_Membrana celulară, funcțiile sale, compoziția, structura. Înveliș primar și secundar.

Celula oricărui organism este un sistem viu integral. Este format din trei părți indisolubil legate: membrană, citoplasmă și nucleu. Învelișul celular interacționează direct cu mediul extern și interacționează cu celulele vecine (în organismele multicelulare). membrana celulara. Membrana celulară are o structură complexă. Este alcătuit dintr-un strat exterior și o membrană plasmatică situată sub acesta.În plante, precum și în bacterii, alge albastre-verzi și ciuperci, o înveliș dens sau perete celular este situat pe suprafața celulelor. În majoritatea plantelor, constă din fibre. Peretele celular joacă un rol extrem de important: este un cadru exterior, o înveliș protector, oferă turg celule vegetale: apa, sarurile, moleculele multor substante organice trec prin peretele celular.

Perete celular sau perete - un înveliș rigid al celulei, situat în afara membranei citoplasmatice și care îndeplinește funcții structurale, de protecție și de transport. Se găsește în majoritatea bacteriilor, arheilor, ciupercilor și plantelor. Animalele și multe protozoare nu au perete celular.

Functiile peretelui celular:

1. Funcția de transport asigură reglarea selectivă a metabolismului dintre celulă și mediul extern, intrarea substanțelor în celulă (datorită semipermeabilității membranei), precum și reglarea echilibrului hidric al celulei.

1.1. Transport transmembranar (adică peste membrană):
- Difuzie
- Transport pasiv = difuzie facilitată
- Activ = transport selectiv (cu participarea ATP și a enzimelor).

1.2. Transport in ambalaj membrana:
- Exocitoza - eliberarea de substante din celula
- Endocitoza (fago- si pinocitoza) - absorbtia substantelor de catre celula

2) Funcția receptorului.
3) Suport („schelet”)- mentine forma celulei, confera rezistenta. Aceasta este în principal o funcție a peretelui celular.
4) Izolarea celulelor(conținutul său viu) din mediu.
5) functie de protectie.
6) contactul cu celulele vecine. Asocierea celulelor în țesuturi.

Ciclul de viață al unei celule demonstrează în mod clar că viața unei celule se descompune într-o perioadă de interkineză și mitoză. În timpul interkinezei, toate procesele vitale sunt desfășurate în mod activ, cu excepția diviziunii. Să ne concentrăm mai întâi asupra lor. Principalul proces de viață al unei celule este metabolismul.

Pe baza acesteia, au loc formarea de substanțe specifice, creșterea, diferențierea celulară, precum și iritabilitatea, mișcarea și auto-reproducția celulelor. Într-un organism multicelular, celula este parte a întregului. Prin urmare, caracteristicile morfologice și natura tuturor proceselor vitale ale celulei se formează sub influența organismului și a mediului extern. Organismul își exercită influența asupra celulelor în principal prin intermediul sistemului nervos, precum și prin acțiunea hormonilor glandelor endocrine.

Metabolismul este o anumită ordine de transformare a substanțelor, care duce la conservarea și auto-reînnoirea celulei. În procesul de metabolism, pe de o parte, substanțele intră în celulă, care sunt procesate și fac parte din corpul celular, iar pe de altă parte, substanțele care sunt produse de degradare sunt îndepărtate din celulă, adică celula și mediu schimbă substanţe. Din punct de vedere chimic, metabolismul se exprimă în reacții chimice care se succed una după alta într-o anumită ordine. Ordinea strictă în cursul transformării substanțelor este asigurată de substanțele proteice - enzime care joacă rolul de catalizatori. Enzimele sunt specifice, adică acţionează într-un anumit fel numai asupra anumitor substanţe. Sub influența enzimelor, o substanță dată din toate transformările posibile se schimbă de multe ori mai repede într-o singură direcție. Noile substanțe formate în urma acestui proces se modifică în continuare sub influența altor enzime, la fel de specifice, etc.

Principiul motor al metabolismului este legea unității și a luptei contrariilor. Într-adevăr, metabolismul este determinat de două procese contradictorii și în același timp comune - asimilarea și disimilarea. Substantele primite din mediul extern sunt procesate de celula si se transforma in substante caracteristice acestei celule (asimilare). Astfel, compoziția citoplasmei sale, organitele nucleului este actualizată, se formează incluziuni trofice, se produc secrete, se produc hormoni. Procesele de asimilare sunt sintetice, merg cu absorbția energiei. Sursa acestei energii sunt procesele de disimilare. Ca urmare, substanțele lor organice formate anterior sunt distruse, iar energia este eliberată și se formează produse, dintre care unele sunt sintetizate în noi substanțe celulare, în timp ce altele sunt excretate din celulă (excreții). Energia eliberată ca urmare a disimilării este folosită în asimilare. Astfel, asimilarea și disimilarea sunt două aspecte ale metabolismului, deși diferite, dar strâns legate.

Natura metabolismului este diferită nu numai la diferite animale, ci chiar și în cadrul aceluiași organism în diferite organe și țesuturi. Această specificitate se manifestă prin faptul că celulele fiecărui organ sunt capabile să asimileze doar anumite substanțe, să construiască din ele substanțe specifice ale corpului lor și să elibereze anumite substanțe în mediul extern. Odată cu metabolismul, se face și schimbul de energie, adică celula absoarbe energie din mediul extern sub formă de căldură, lumină și, la rândul său, eliberează radiantă și alte tipuri de energie.

Metabolismul este compus dintr-un număr de procese private. Principalele sunt:

1) pătrunderea substanțelor în celulă;

2) „prelucrarea” lor cu ajutorul proceselor de nutriție și respirație (aerobe și anaerobe);

3) utilizarea produselor de „prelucrare” pentru diferite procese sintetice, un exemplu dintre care poate fi sinteza proteinelor și formarea unui secret;

4) îndepărtarea deșeurilor din celulă.

Plasmalema joacă un rol important în pătrunderea substanțelor, precum și în îndepărtarea substanțelor din celulă. Ambele procese pot fi considerate din punct de vedere fizico-chimic și morfologic. Permeabilitatea se datorează transferului pasiv și activ. Primul apare din cauza fenomenelor de difuzie si osmoza. Cu toate acestea, substanțele pot pătrunde în celulă contrar acestor legi, ceea ce indică activitatea celulei în sine și selectivitatea acesteia. Se știe, de exemplu, că ionii de sodiu sunt pompați din celulă, chiar dacă concentrația lor în mediul extern este mai mare decât în ​​celulă, în timp ce ionii de potasiu, dimpotrivă, sunt pompați în celulă. Acest fenomen este descris sub denumirea de „pompa de sodiu-potasiu” și este însoțit de consumul de energie. Capacitatea de a pătrunde în celulă scade pe măsură ce numărul de grupări hidroxil (OH) din moleculă crește atunci când o grupare amino (NH2) este introdusă în moleculă. Acizii organici pătrund mai ușor decât acizii anorganici. Amoniacul pătrunde foarte repede din alcalii. Pentru permeabilitate, dimensiunea moleculei este, de asemenea, importantă. Permeabilitatea unei celule se modifica in functie de reactia, temperatura, iluminarea, varsta si starea fiziologica a celulei in sine, iar aceste motive pot creste permeabilitatea unor substante si in acelasi timp pot slabi permeabilitatea altora.

Tabloul morfologic al permeabilității substanțelor din mediu este bine urmărit și se realizează prin fagocitoză (fageină - a mânca) și pinocitoză (pyneină - a bea). Mecanismele ambelor par a fi similare și diferă doar cantitativ. Cu ajutorul fagocitozei se captează particule mai mari, iar cu ajutorul pinocitozei sunt mai mici și mai puțin dense. Mai întâi, substanțele sunt adsorbite de suprafața plasmalemei acoperite cu mucopolizaharide, apoi împreună cu aceasta se scufundă adânc și se formează o bulă, care apoi se separă de plasmalemă (Fig. 19). Prelucrarea substanțelor infiltrate se realizează în cursul unor procese asemănătoare digestiei și care culminează cu formarea de substanțe simple. Digestia intracelulară începe cu faptul că veziculele fagocitare sau pinocitare fuzionează cu lizozomii primari, care conțin enzime digestive, și se formează un lizozom secundar sau vacuola digestivă. În ele, cu ajutorul enzimelor, are loc descompunerea substanţelor în altele mai simple. Acest proces implică nu numai lizozomi, ci și alte componente ale celulei. Astfel, mitocondriile furnizează partea energetică a procesului; canalele reticulului citoplasmatic pot fi folosite pentru transportul substanțelor procesate.

Digestia intracelulară se termină cu formarea, pe de o parte, de produse relativ simple, din care sunt sintetizate din nou. substanțe complexe(proteine, grăsimi, carbohidrați), care sunt folosite pentru reînnoirea structurilor celulare sau formarea secretelor, iar pe de altă parte, produse care trebuie îndepărtate din celulă sub formă de excreții. Exemple de utilizare a produselor procesate sunt sinteza proteinelor și formarea secretelor.

Orez. 19. Schema pinocitozei:

L - formarea unui canal pinocitar (1) și a veziculelor pinocitare (2). Săgețile arată direcția invaginării plasmalemei. B-Zh - stadii succesive de pinocitoză; 3 - particule adsorbite; 4 - particule captate de excrescente celulare; 5 - membrana plasmatica celulara; D, E, B - etape succesive de formare a vacuolelor pinocitotice; G - particulele alimentare sunt eliberate din învelișul vacuolei.

Sinteza proteinelor se realizează pe ribozomi și are loc condiționat în patru etape.

Primul pas implică activarea aminoacizilor. Activarea lor are loc în matricea citoplasmatică cu participarea enzimelor (aminoacil - ARN sintetaze). Sunt cunoscute aproximativ 20 de enzime, fiecare dintre ele fiind specifică doar pentru un aminoacid. Activarea unui aminoacid se realizează atunci când este combinat cu o enzimă și ATP.

Ca rezultat al interacțiunii, pirofosfatul este scindat din ATP, iar energia care se află în legătura dintre prima și a doua grupare fosfat este complet transferată la aminoacid. Aminoacidul activat în acest fel (aminoaciladenilat) devine reactiv și capătă capacitatea de a se combina cu alți aminoacizi.

A doua etapă este legarea aminoacidului activat la ARN de transfer (t-ARN). În acest caz, o moleculă de t-ARN atașează doar o moleculă de aminoacid activat. În aceste reacții este implicată aceeași enzimă ca și în prima etapă, iar reacția se încheie cu formarea unui complex de t-ARN și a unui aminoacid activat. Molecula de ARNt constă dintr-o dublă helix închisă la un capăt. Capătul închis (capul) al acestui helix este reprezentat de trei nucleotide (anticodon), care determină atașarea acestui t-ARN la un loc specific (codon) al unei molecule lungi de ARN mesager (i-ARN). Un aminoacid activat este atașat la celălalt capăt al ARNt (Fig. 20). De exemplu, dacă o moleculă de ARNt are un triplet UAA la capătul capului, atunci doar aminoacidul lizina poate fi atașat la capătul său opus. Astfel, fiecare aminoacid are propriul său t-ARN specific. Dacă cele trei nucleotide terminale din ARNt diferite sunt aceleași, atunci specificitatea sa este determinată de secvența de nucleotide din altă parte a ARNt. Energia aminoacidului activat atașat la ARNt este utilizată pentru a forma legături peptidice în molecula polipeptidică. Aminoacidul activat este transportat de ARNt prin hialoplasmă la ribozomi.

A treia etapă este sinteza lanțurilor polipeptidice. ARN-ul mesager, părăsind nucleul, se întinde prin micile subunități ale mai multor ribozomi ai unui anumit poliribozom, iar în fiecare dintre aceștia se repetă aceleași procese de sinteză. În timpul broșării, depunerea acelei alunițe

Orez. 20. Schema sintezei polipeptidelor pe ribozomi prin i-ARN si t-ARN: /, 2 - ribozom; 3 - t-ARN purtând anticodoni la un capăt: ACC, AUA. Ayv AGC, iar la celălalt capăt, respectiv, aminoacizi: triptofan, roller, lizină, serină (5); 4-n-ARN, în care se află codurile: UGG (triptofan)» URU (valină). UAA (lizină), UCG (serină); 5 - polipeptidă sintetizată.

Un t-ARN coule, al cărui triplet corespunde cuvântului de cod al m-ARN. Apoi, cuvântul de cod se deplasează la stânga și, odată cu el, t-ARN-ul atașat la el. Aminoacidul adus de acesta este legat printr-o legătură peptidică cu aminoacidul adus anterior al polipeptidei de sinteză; t-ARN este separat de i-ARN, are loc translația (stergerea) informațiilor i-ARN, adică sinteza proteinelor. Evident, două molecule t-ARN sunt atașate la ribozomi în același timp: una la locul care poartă lanțul polipeptidic sintetizat și cealaltă la locul de care este atașat următorul aminoacid înainte de a ajunge în locul său în lanț.

A patra etapă este îndepărtarea lanțului polipeptidic din ribozom și formarea unei configurații spațiale caracteristice proteinei sintetizate. În cele din urmă, molecula de proteină care și-a încheiat formarea devine independentă. ARNt poate fi folosit pentru sinteza repetată, în timp ce ARNm este distrus. Durata formării unei molecule proteice depinde de numărul de aminoacizi din aceasta. Se crede că adăugarea unui aminoacid durează 0,5 secunde.

Procesul de sinteză necesită cheltuirea de energie, a cărei sursă este ATP, care se formează în principal în mitocondrii și în cantitate mică în nucleu, și cu activitate celulară crescută și în hialoplasmă. În nucleul hialoplasmei, ATP nu se formează pe bază de proces de oxidare, ca în mitocondrii, dar pe bază de glicoliză, adică un proces anaerob. Astfel, sinteza se realizează datorită lucrului coordonat al nucleului, hialoplasmei, ribozomilor, mitocondriilor și reticulului citoplasmatic granular al celulei.

Activitatea secretorie a celulei este, de asemenea, un exemplu de lucru coordonat al unui număr de structuri celulare. Secreția este producerea de către o celulă a unor produse speciale care într-un organism multicelular sunt cel mai adesea utilizate în interesul întregului organism. Deci, saliva, bila, sucul gastric și alte secrete servesc la procesarea alimentelor în

Orez. 21. Schema uneia dintre posibilele moduri de sinteza a secretiei in celula si excretia acesteia:

1 - secret în nucleu; 2 - ieșirea pro-secretului din nucleu; 3 - acumularea de prosecret în cisterna reticulului citoplasmatic; 4 - separarea rezervorului cu un secret de reticulul citoplasmatic; 5 - complex lamelar; 6 - o picătură de secret în zona complexului lamelar; 7- granulă de secreție matură; 8-9 - stadii succesive de secretie; 10 - secret în afara celulei; 11 - plasmalema celulară.

Organe digestive. Secretele pot fi formate fie numai din proteine ​​(un număr de hormoni, enzime), fie constau din glicoproteine ​​(mucus), ligu-proteine, glicolipoproteine, mai rar sunt reprezentate de lipide (grăsimi din lapte și glandele sebacee) t sau substanțe anorganice (acidul clorhidric al glandelor fundice).

În celulele secretoare, de obicei se pot distinge două capete: bazal (cu fața la spațiul pericapilar) și apical (cu fața spre spațiul în care este secretată secreția). În dispunerea componentelor celulei secretoare se observă zonarea, iar de la capetele bazale până la capetele apicale (poli) formează următorul rând: reticul citoplasmatic granular, nucleu, complex lamelar, granule de secreție (Fig. 21). Plasmalema polilor bazali și apicali poartă adesea microvilozități, drept urmare suprafața de intrare a substanțelor din sânge și limfă prin polul bazal și îndepărtarea secretului finit prin polul apical crește.

Odată cu formarea unui secret de natură proteică (pancreas), procesul începe cu sinteza proteinelor specifice secretului. Prin urmare, nucleul celulelor secretoare este bogat în cromatină, are un nucleol bine definit, datorită căruia se formează toate cele trei tipuri de ARN care intră în citoplasmă și participă la sinteza proteinelor. Uneori, aparent, sinteza secreției începe în nucleu și se termină în citoplasmă, dar cel mai adesea în hialoplasmă și continuă în reticulul citoplasmatic granular. Tubulii reticulului citoplasmatic joacă un rol important în acumularea produselor primare și transportul acestora. În acest sens, există mulți ribozomi în celulele secretoare, iar reticulul citoplasmatic este bine dezvoltat. Secțiuni ale reticulului citoplasmatic cu secretul primar sunt rupte și direcționate către complexul lamelar, trecând în vacuolele sale. Aici are loc formarea granulelor secretoare.

În acest caz, în jurul secretului se formează o membrană lipoproteică, iar secretul în sine se maturizează (pierde apă), devenind mai concentrat. Secretul finit sub formă de granule sau vacuole părăsește complexul lamelar și este eliberat prin polul apical al celulelor. Mitocondriile furnizează energie pentru întregul proces. Secretele de natură neproteică sunt aparent sintetizate în reticulul citoplasmatic și în unele cazuri chiar și în mitocondrii (secretele lipidice). Procesul de secreție este reglat de sistemul nervos. Pe langa proteine ​​si secrete constructive, ca urmare a metabolismului in celula, se pot forma substante de natura trofica (glicogen, grasimi, pigmenti etc.), se produce energie (biocurenti radianti, termici si electrici).

Metabolismul se completează cu eliberarea în mediul extern a unui număr de substanțe care, de regulă, nu sunt utilizate de celulă și sunt adesea

Chiar dăunător pentru ea. Eliminarea substanțelor din celulă se realizează, precum și aportul, pe baza proceselor fizice și chimice pasive (difuzie, osmoză) și prin transfer activ. Tabloul morfologic al excreției are adesea un caracter opus celui al fagocitozei. Substanțele excretate sunt înconjurate de o membrană.

Vezicula rezultată se apropie de membrana celulară, intră în contact cu aceasta, apoi se sparge, iar conținutul veziculei se află în afara celulei.

Metabolismul, așa cum am spus deja, determină și alte manifestări vitale ale celulei, cum ar fi creșterea și diferențierea celulelor, iritabilitatea și capacitatea celulelor de a se reproduce.

Creșterea celulară este o manifestare externă a metabolismului, exprimată printr-o creștere a dimensiunii celulelor. Creșterea este posibilă numai dacă asimilarea prevalează asupra disimilației în procesul de metabolism și fiecare celulă crește doar până la o anumită limită.

Diferențierea celulară este o serie de modificări calitative care se desfășoară diferit în diferite celule și sunt determinate de mediu și de activitatea secțiunilor de ADN numite gene. Ca rezultat, apar celule de calitate diferită din diferite țesuturi, iar în viitor, celulele suferă modificări legate de vârstă, care sunt puțin studiate. Cu toate acestea, se știe că celulele se epuizează de apă, particulele de proteine ​​devin mai mari, ceea ce presupune o scădere a suprafeței totale a fazei dispersate a coloidului și, drept consecință, o scădere a intensității metabolismului. Prin urmare, potențialul vital al celulei scade, reacțiile oxidative, de reducere și alte reacții încetinesc, direcția unor procese se modifică, datorită cărora se acumulează diferite substanțe în celulă.

Iritabilitatea unei celule este reacția acesteia la schimbările din mediul extern, datorită cărora contradicțiile temporare care apar între celulă și mediu sunt eliminate, iar structura vie este adaptată la mediul extern deja schimbat.

În fenomenul de iritabilitate, se pot distinge următoarele puncte:

1) impactul unui agent de mediu (de exemplu, mecanic, chimic, radiații etc.)

2) trecerea celulei la o stare activă, adică excitabilă, care se manifestă printr-o modificare a proceselor biochimice și biofizice din interiorul celulei, iar permeabilitatea celulei și absorbția de oxigen pot crește, starea coloidală a acesteia. modificări ale citoplasmei, apar curenți electrici de acțiune etc.;

3) răspunsul celulei la influența mediului, iar în diferite celule răspunsul se manifestă în moduri diferite. Astfel, în țesutul conjunctiv are loc o modificare locală a metabolismului, se produce o contracție în țesutul muscular, se secretă un secret în țesuturile glandulare (salivă, bilă etc.), în celulele nervoase are loc un impuls nervos. in tot tesutul. Într-o celulă nervoasă, excitația se poate răspândi nu numai către alte elemente ale aceluiași țesut (rezultând formarea unor sisteme excitabile complexe - arcuri reflexe), ci și să se transfere la alte țesuturi. Datorită acestui fapt, rolul de reglare al sistemului nervos este îndeplinit. Gradul de complexitate al acestor reacții depinde de înălțimea organizării animalului.În funcție de puterea și natura agentului iritant, se disting următoarele trei tipuri de iritabilitate: normală, paranecroză și necrotică. Dacă puterea stimulului nu depășește cea obișnuită, inerentă mediului în care trăiește celula sau organismul în ansamblu, atunci procesele care apar în celulă elimină în cele din urmă contradicția cu mediul extern, iar celula revine. la starea sa normală. În acest caz, nu are loc nicio încălcare a structurii celulare vizibile la microscop. Dacă puterea stimulului este mare sau afectează celula pentru o lungă perioadă de timp, atunci o modificare a proceselor intracelulare duce la o perturbare semnificativă a funcției, structurii și chimiei celulei. În ea apar incluziuni, se formează structuri sub formă de fire, aglomerări, plase etc. Reacția citoplasmei se deplasează către aciditate, o modificare a structurii și proprietăților fizico-chimice ale celulei perturbă funcționarea normală a celulei, îl pune în pragul vieţii şi al morţii. Această afecțiune Nasonov și Aleksandrov numită paranecrotică* Este reversibilă și poate duce la restaurarea celulelor, dar poate duce și la moartea celulelor. În cele din urmă, dacă agentul acționează cu o forță foarte puternică, procesele din interiorul celulei sunt atât de grav perturbate încât recuperarea este imposibilă și celula moare. După aceasta, au loc o serie de modificări structurale, adică celula intră într-o stare de necroză sau necroză.

Trafic. Natura mișcării inerentă celulei este foarte diversă. În primul rând, există o mișcare continuă a citoplasmei în celulă, care este în mod evident asociată cu implementarea proceselor metabolice. Mai mult, diferite formațiuni citoplasmatice se pot mișca foarte activ în celulă, de exemplu, cilii în epiteliul ciliat, mitocondrii; face miscare si nucleul. În alte cazuri, mișcarea este exprimată printr-o modificare a lungimii sau volumului celulei, urmată de revenirea acesteia la poziția inițială. O astfel de mișcare se observă în celulele musculare, în fibrele musculare și în celulele pigmentare. Mișcarea în spațiu este, de asemenea, larg răspândită. Se poate realiza cu ajutorul pseudopodelor, ca o amibe. Așa se mișcă leucocitele și unele celule ale țesuturilor conjunctive și ale altor țesuturi. Spermatozoizii au o formă specială de mișcare în spațiu. Mișcarea lor de translație are loc datorită unei combinații de coturi serpentine ale cozii și rotație a spermatozoizilor în jurul axei longitudinale. La ființele relativ simplu organizate și în unele celule ale animalelor multicelulare extrem de organizate, mișcarea în spațiu este cauzată și dirijată de diverși agenți ai mediului extern și se numește taxiuri.

Există: chimiotaxie, tigmotaxie și reotaxie. Chemotaxis - deplasare spre chimicale sau de la ei. Astfel de taxiuri sunt detectate de leucocitele din sânge, care se deplasează ca ameboidele către bacteriile care au pătruns în organism, eliberând anumite substanțe, Tigmotaxis - mișcare către sau departe de corpul solid atins. De exemplu, o atingere ușoară a particulelor de alimente pe o amibă face ca aceasta să le învelească și apoi să le înghită. Iritația mecanică puternică poate provoca mișcare în direcția opusă începutului iritant. Reotaxie - mișcare împotriva curgerii unui fluid. Capacitatea de reotaxie este deținută de spermatozoizii care se deplasează în uter împotriva curentului de mucus către celula ou.

Capacitatea de a se auto-reproduce este cea mai importantă proprietate a materiei vii, fără de care viața este imposibilă. Fiecare sistem viu este caracterizat de un lanț de schimbări ireversibile care se termină cu moartea. Dacă aceste sisteme nu ar da naștere unor noi sisteme capabile să înceapă ciclul din nou, viața ar înceta.

Funcția de auto-reproducere a celulei se realizează prin diviziune, care este o consecință a dezvoltării celulei. În procesul activității sale vitale, datorită predominării asimilării asupra disimilării, masa celulelor crește, dar volumul celulei crește mai repede decât suprafața acesteia. În aceste condiții, intensitatea metabolismului scade, are loc o restructurare profundă fizico-chimică și morfologică a celulei, iar procesele de asimilare sunt treptat inhibate, ceea ce s-a dovedit convingător cu ajutorul atomilor marcați. Ca urmare, creșterea celulei se oprește mai întâi, iar apoi existența sa ulterioară devine imposibilă și are loc diviziunea.

Trecerea la diviziune este un salt calitativ, sau o consecință a modificărilor cantitative de asimilare și disimilare, un mecanism de rezolvare a contradicțiilor dintre aceste procese. După diviziunea celulară, parcă se întineresc, potențialul lor de viață crește, deoarece deja din cauza scăderii dimensiunii crește proporția suprafeței active, se intensifică metabolismul în general și faza de asimilare a acestuia în special.

Astfel, viața individuală a unei celule este alcătuită dintr-o perioadă de interfază, caracterizată printr-un metabolism crescut, și o perioadă de diviziune.

Interfaza este împărțită cu un anumit grad de convenționalitate:

1) pentru perioada presintetică (Gj), când intensitatea proceselor de asimilare crește treptat, dar reduplicarea ADN-ului nu a început încă;

2) sintetic (S), caracterizat prin înălțimea sintezei, în timpul căreia are loc dublarea ADN-ului și

3) postsintetic (G2), când procesele de sinteză a ADN-ului se opresc.

Există următoarele tipuri principale de împărțire:

1) diviziune indirectă (mitoză sau cariokineza);

2) meioză sau diviziune de reducere și

3) amitoză sau diviziune directă.

Această lecție video este dedicată subiectului „Furnizarea celulelor cu energie”. În această lecție, ne vom uita la procesele energetice din celulă și vom afla cum celulele sunt furnizate cu energie. Veți învăța și ce este respirația celulară, în ce etape constă. Discutați în detaliu fiecare dintre acești pași.

BIOLOGIE CLASA 9

Subiect: Nivel celular

Lecția 13

Stepanova Anna Iurievna

dr., Conf. univ. MGUIE

Moscova

Astăzi vom vorbi despre furnizarea de energie a celulelor. Energia este folosită pentru diferite reacții chimice care au loc în celulă. Unele organisme folosesc energia luminii solare pentru procese biochimice - acestea sunt plante, în timp ce altele folosesc energia legăturilor chimice din substanțele obținute în procesul de nutriție - acestea sunt organisme animale. Substanțele din alimente sunt extrase prin scindare sau oxidare biologică în procesul de respirație celulară.

Respirația celulară este un proces biochimic într-o celulă care are loc în prezența enzimelor, în urma căruia se eliberează apă și dioxid de carbon, energia este stocată sub formă de legături macroenergetice ale moleculelor de ATP. Dacă acest proces are loc în prezența oxigenului, atunci se numește „aerob”. Dacă apare fără oxigen, atunci se numește „anaerob”.

Oxidarea biologică include trei etape principale:

1. pregătitoare,

2. Anoxic (glicoliză),

3. Defalcarea completă a materiei organice (în prezența oxigenului).

Etapa pregătitoare. Substanțele luate cu alimente sunt descompuse în monomeri. Această etapă începe în tractul gastrointestinal sau în lizozomii celulei. Polizaharidele sunt descompuse în monozaharide, proteinele în aminoacizi, grăsimile în glicerine și acizi grași. Energia eliberată în această etapă este disipată sub formă de căldură. Trebuie remarcat faptul că celulele folosesc carbohidrați pentru procesele energetice și, de preferință, monozaharidele. Iar creierul poate folosi pentru munca sa doar monozaharida - glucoza.

Glucoza este descompusă prin glicoliză în două molecule de acid piruvic cu trei atomi de carbon. Soarta lor ulterioară depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă oxigenul este prezent în celulă, atunci acidul piruvic intră în mitocondrii pentru oxidare completă la dioxid de carbon și apă (respirație aerobă). Dacă nu există oxigen, atunci în țesuturile animale acidul piruvic se transformă în acid lactic. Această etapă are loc în citoplasma celulei. Glicoliza produce doar două molecule de ATP.

Oxigenul este esențial pentru oxidarea completă a glucozei. În a treia etapă a mitocondriilor, acidul piruvic este complet oxidat în dioxid de carbon și apă. Ca rezultat, se formează alte 36 de molecule de ATP.

În total, dintr-o moleculă de glucoză se formează 38 de molecule de ATP în trei etape, ținând cont de cele două ATP obținute în procesul de glicoliză.

Astfel, am luat în considerare procesele energetice care au loc în celule. Au fost caracterizate etapele oxidării biologice. Aceasta se încheie lecția noastră, toate cele bune, la revedere!

Diferența dintre respirație și ardere. Respirația care are loc în celulă este adesea comparată cu procesul de ardere. Ambele procese au loc în prezența oxigenului, eliberarea de energie și produșii de oxidare. Dar, spre deosebire de ardere, respirația este un proces ordonat de reacții biochimice care au loc în prezența enzimelor. În timpul respirației, dioxidul de carbon apare ca produs final al oxidării biologice, iar în procesul de ardere, formarea dioxidului de carbon are loc prin combinarea directă a hidrogenului cu carbonul. De asemenea, în timpul respirației, se formează o anumită cantitate de molecule de ATP. Adică, respirația și arderea sunt procese fundamental diferite.

semnificație biomedicală. Pentru medicină, nu numai metabolismul glucozei este important, ci și fructoza și galactoza. Deosebit de importantă în medicină este capacitatea de a forma ATP în absența oxigenului. Acest lucru face posibilă menținerea muncii intense a mușchiului scheletic în condiții de eficiență insuficientă a oxidării aerobe. Țesuturile cu activitate glicolitică crescută sunt capabile să rămână active în perioadele de lipsă de oxigen. În mușchiul inimii, posibilitățile de glicoliză sunt limitate. Este dificil de tolerat aportul de sânge afectat, care poate duce la ischemie. Se cunosc mai multe boli din cauza lipsei de enzime care reglează glicoliza:

Anemia hemolitică (în celulele canceroase cu creștere rapidă, glicoliza are loc cu o rată care depășește capacitatea ciclului acidului citric), ceea ce contribuie la o sinteza crescută a acidului lactic în organe și țesuturi. Nivelurile crescute de acid lactic din organism pot fi un simptom al cancerului.

Fermentaţie. Microbii sunt capabili să obțină energie în procesul de fermentație. Fermentarea este cunoscută oamenilor din timpuri imemoriale, de exemplu, în fabricarea vinului. Chiar și mai devreme se știa despre fermentația acidului lactic. Oamenii au consumat produse lactate fără a bănui că aceste procese sunt asociate cu activitatea microorganismelor. Acest lucru a fost dovedit pentru prima dată de Louis Pasteur. Mai mult, diferite microorganisme secretă diferiți produse de fermentație. Acum vom vorbi despre fermentația alcoolică și lactică. Ca rezultat, se formează alcool etilic, dioxid de carbon și se eliberează energie. Berarii și vinificatorii au folosit anumite tipuri de drojdie pentru a stimula fermentația, care transformă zaharurile în alcool. Fermentarea este realizată în principal de drojdii, dar și de unele bacterii și ciuperci. Drojdia Saccharomyces este folosita in mod traditional in tara noastra. În America - bacterii din genul Pseudomonas. Și în Mexic, bacteriile sunt folosite „tijele de mișcare”. Drojdiile noastre tind să fermenteze hexoze (monozaharide cu șase atomi de carbon) precum glucoza sau fructoza. Procesul de formare a alcoolului poate fi reprezentat astfel: dintr-o moleculă de glucoză se formează două molecule de alcool, două molecule de dioxid de carbon și două molecule de ATP. Această metodă este mai puțin profitabilă decât procesele aerobe, dar vă permite să mențineți viața în absența oxigenului. Acum să vorbim despre fermentația acidului lactic. O moleculă de glucoză formează două molecule de acid lactic și se eliberează două molecule de ATP. Fermentarea acidului lactic este utilizat pe scară largă pentru producerea de produse lactate: brânză, lapte coagulat, iaurt. Acidul lactic este folosit și la fabricarea băuturilor răcoritoare.