razmjena energije- radi se o postupnoj razgradnji složenih organskih spojeva, uz oslobađanje energije, koja se pohranjuje u makroergijskim vezama molekula ATP-a i zatim koristi u procesu života ćelije, uključujući i biosintezu, tj. plastična zamjena.

Aerobni organizmi proizvode:

1. Pripremni- cijepanje biopolimera na monomere.
2. anoksičan Glikoliza je razgradnja glukoze do pirogrožđane kiseline.
3. Kiseonik- cijepanje pirogrožđane kiseline na ugljični dioksid i vodu.

Pripremna faza

U pripremnoj fazi energetskog metabolizma, organska jedinjenja primljena hranom razlažu se na jednostavnije, obično monomere. Dakle, ugljikohidrati se razlažu do šećera, uključujući glukozu; proteini - do aminokiselina; masti - do glicerola i masnih kiselina.

Iako se energija oslobađa, ona se ne pohranjuje u ATP i stoga se ne može kasnije koristiti. Energija se rasipa u obliku toplote.

Razgradnja polimera kod višećelijskih kompleksnih životinja odvija se u probavnom traktu pod djelovanjem enzima koje ovdje izlučuju žlijezde. Tada se formirani monomeri apsorbiraju u krv uglavnom kroz crijeva. Hranjive materije se transportuju kroz ćelije u krvi.

Međutim, ne razlažu se sve supstance na monomere u probavnom sistemu. Cepanje mnogih se dešava direktno u ćelijama, u njihovim lizosomima. Kod jednoćelijskih organizama, apsorbirane tvari ulaze u probavne vakuole, gdje se probavljaju.

Dobijeni monomeri se mogu koristiti za razmjenu energije i plastike. U prvom slučaju se cijepaju, au drugom se iz njih sintetiziraju komponente samih stanica.

Anoksična faza energetskog metabolizma

Faza bez kisika odvija se u citoplazmi stanica i, u slučaju aerobnih organizama, uključuje samo glikoliza - enzimska višestepena oksidacija glukoze i njena razgradnja do pirogrožđane kiseline, koji se još naziva i piruvat.

Molekul glukoze sadrži šest atoma ugljika. Tokom glikolize, razgrađuje se na dva molekula piruvata, koji uključuje tri atoma ugljika. U tom slučaju se odvaja dio atoma vodika, koji se prenose na NAD koenzim, koji će potom sudjelovati u fazi kisika.

Dio energije oslobođene tokom glikolize pohranjuje se u molekulima ATP-a. Samo dva ATP molekula se sintetiziraju po molekulu glukoze.

Energija preostala u piruvatu, pohranjena u NAD, dalje će se ekstrahirati iz aeroba u sljedećoj fazi energetskog metabolizma.

U anaerobnim uslovima, kada je faza ćelijskog disanja kiseonika odsutna, piruvat se „neutrališe“ u mliječnu kiselinu ili se podvrgava fermentaciji. U ovom slučaju energija se ne skladišti. Dakle, ovdje se korisni izlaz energije osigurava samo neefikasnom glikolizom.

stadijum kiseonika

Korak kiseonika se odvija u mitohondrijima. Ima dva podfaza: Krebsov ciklus i oksidativna fosforilacija. Kiseonik koji ulazi u ćelije koristi se samo u drugom. Krebsov ciklus proizvodi i oslobađa ugljični dioksid.

Krebsov ciklus odvija se u matriksu mitohondrija, provode ga mnogi enzimi. Ne prima samu molekulu pirogrožđane kiseline (ili masne kiseline, aminokiseline), već acetilnu grupu koja se od nje odvaja uz pomoć koenzima-A, koji uključuje dva atoma ugljika nekadašnjeg piruvata. Tokom višestepenog Krebsovog ciklusa, acetilna grupa se dijeli na dva molekula CO2 i atoma vodonika. Vodik se kombinuje sa NAD i FAD. Dolazi i do sinteze GDP molekula, što kasnije dovodi do sinteze ATP-a.

Postoje dva Krebsova ciklusa po molekulu glukoze koji proizvodi dva piruvata. Tako nastaju dva ATP molekula. Kada bi se energetski metabolizam završio ovdje, onda bi ukupna razgradnja molekula glukoze dala 4 ATP molekula (dva iz glikolize).

Oksidativna fosforilacija javlja se na kristama - izraslinama unutrašnje membrane mitohondrija. Obezbeđuje ga transporter enzima i koenzima, koji formiraju takozvani respiratorni lanac, koji završava enzimom ATP sintetazom.

Vodik i elektroni se prenose kroz respiratorni lanac iz koenzima NAD i FAD. Prijenos se vrši na način da se protoni vodika akumuliraju na vanjskoj strani unutrašnje mitohondrijalne membrane, a posljednji enzimi u lancu prenose samo elektrone.

Na kraju, elektroni se prenose na molekule kisika smještene na unutarnjoj strani membrane, zbog čega postaju negativno nabijeni. Pojavljuje se kritični nivo gradijenta električnog potencijala koji dovodi do kretanja protona kroz kanale ATP sintetaze. Energija kretanja vodikovih protona koristi se za sintezu molekula ATP-a, a sami protoni se kombinuju sa anionima kiseonika da bi formirali molekule vode.

Energija funkcionisanja respiratornog lanca, izražena u molekulima ATP-a, je velika i ukupno se kreće od 32 do 34 molekula ATP-a po jednom početnom molekulu glukoze.

Svakom tijelu je potrebna energija za pravilno funkcioniranje. Čovjek ga prima putem metabolizma, što je moguće pod uslovom da se potrebna količina proteina, masti i ugljikohidrata snabdijeva izvana. Ovaj proces se dešava stalno. Ako ravnoteža između primljene i potrošene energije nije narušena, onda je metabolizam u redu. Njegov neuspjeh može dovesti do lošeg zdravlja - od promjena raspoloženja do bolničkog kreveta.

Zašto je metabolizam poremećen

Mnogo je razloga za loš metabolizam. Da biste saznali glavni, morate analizirati svoj životni stil:

• ishrana treba da bude redovna i uravnotežena;
• san - jak i pun;
• kretanje – redovno i aktivno;
• vazduh je svež i čist;
• raspoloženje - dobro;
• kompletan set vitamina i mikroelemenata.

Ljudi koji se bave sportom znaju važnost ishrane i prednosti svežeg vazduha. Ovo je njihov način života. Dijeta takođe ima pravo na postojanje. Ali kvaliteta konzumiranih proizvoda često ne zadovoljava standarde. A volumen se ne može uvijek precizno izračunati. Ali hrana je glavni izvor korisnih elemenata potrebnih za normalno funkcioniranje ljudskih organa. Zbog nedovoljne, neblagovremene i neuravnotežene ishrane dolazi do poremećaja u metaboličkom procesu.

Čemu služe vitamini i minerali?

Nažalost, ljudski organizam nije u stanju da proizvodi vitamine. Njihova glavna funkcija je regulacija metabolizma, osiguravajući normalan tok različitih procesa. Hematopoeza, kardiovaskularni, nervni i probavni sistemi, stvaranje enzima, otpornost na štetne uticaje okoline - sve to obezbeđuje normalan nivo vitamina u organizmu. Svaki od njih je odgovoran za svoju oblast.

Kao i vitamini, elementi u tragovima (hemikalije) su potrebni organizmu u malim količinama, ali njihov nedostatak uvelike utiče na funkcionisanje svih vitalnih sistema. Konstantno se izlučuju iz organizma, pa je potrebno njihovo redovno dopunjavanje.

Kako napuniti rezerve vitamina i elemenata u tragovima

U ljudskom životu postoje posebni periodi povećane potražnje za nutrijentima. Ako izuzmemo sezonski beriberi, onda je ovo vrijeme rasta i velikih fizičkih napora (odnosno, sve najbolje za djecu i sportaše). Nije uvijek moguće popuniti zalihe prirodnom upotrebom visokokvalitetnih proizvoda. U pomoć priskaču preparati koje su posebno razvile vodeće farmaceutske kompanije. Tako ih već više od pedeset godina proizvodi porodična američka kompanija NOW Foods: Natural, Organic, Wholesome, odnosno prirodne, organske, zdrave.

Ako postoje problemi sa nervnim ili kardiovaskularnim sistemom, kada je imunitet smanjen i endokrini sistem poremećen, treba obratiti pažnju na lek u tabletama Vitamin B6.

Nikakvi suplementi nisu lijekovi, oni samo pomažu u prevenciji bolesti ili ubrzavaju proces ozdravljenja. Stoga ne čekajte bolest. Ako smatrate da proizvodi ne sadrže dovoljnu količinu vitamina, onda možete popiti profilaktički kurs.

Koje su prednosti vitamina B

Važnost ovih elemenata za puno funkcionisanje organizma teško je precijeniti.

tiamin (B1) povoljno utiče na apsorpciju hrane, normalizuje rad svih sistema.

riboflavin (B2) pomaže u svim metaboličkim procesima, odličan je antioksidans.

niacin (B3) prvenstveno utiče na krvne sudove.

cijanokobalamin (B12) može se sintetizirati u crijevima, regulira metabolizam masti i ugljikohidrata. Jedan je od najvažnijih faktora normalnog rasta, služi za prevenciju nervnih poremećaja i odgovoran je za reproduktivne sposobnosti muškaraca.

vitamin B6 (piridoksin)- jedan od najpopularnijih u ovoj grupi, jer:

• aktivno sudjeluje u metabolizmu i apsorpciji proteina, pomažući u izgradnji mišićne mase;
• smanjuje nivo holesterola i lipida u krvi;
• poboljšava rad srčanog mišića;
• ima blagotvorno dejstvo na nervni sistem, jer učestvuje u proizvodnji serotonina;
• normalizira rad jetre;
• djeluje kao antioksidans, usporavajući proces starenja;
• smanjuje grčeve i grčeve mišića.

Uz teške fizičke napore, normu vitamina B6 treba udvostručiti. U ovom slučaju, zalihe je najlakše dopuniti umjetno. Takođe je uključen u kompleksne preparate.

Na primjer, Now Foods proizvodi ZMA vitaminski kompleks, koji pored B6 sadrži magnezijum i cink, koji blagotvorno djeluju na sve ljudske sisteme. Ovaj dodatak prehrani je posebno dizajniran da nadoknadi nedostatak elemenata u tijelu sportista. Magnezijum pomaže u povećanju mišićne snage mijenjajući nivoe testosterona. Nažalost, nedovoljno ove supstance dolazi iz hrane. A njegov nedostatak inhibira stvaranje proteina, usporava moždane procese i uzrokuje poremećaje u radu nervnog sistema. Kao rezultat:

• pojavljuju se grčevi i grčevi mišića lista;
• pritisak raste;
• srčani ritam je poremećen;
• pojavljuju se umor i depresija.

Promjena volumena magnezija dovodi do smanjenja količine cinka, koji je uključen u stvaranje aminokiselina u mišićima, proizvodnju testosterona i hormona rasta. Od njegove nedovoljne količine pati imuni sistem i sinteza polnih hormona. Povećava nivo razgradnje masti, sprečavajući probleme sa jetrom.

Sve komponente dijetetskih suplemenata savršeno međusobno djeluju, doprinoseći efikasnijem djelovanju na ljudski organizam. ZMA kompleks je odličan alat za izgradnju mišićne mase.

Kako održati ravnotežu vitamina i minerala

Ponekad velika opterećenja sportista dovode do slabljenja organizma. Razlog tome mogu biti pothranjenost, stres i drugi faktori koji narušavaju ravnotežu supstanci neophodnih za normalno funkcionisanje svih ljudskih sistema. Stoga malo ljudi odbija kompenzacijske lijekove, jer se vitaminski kompleksi pokazuju osobi od djetinjstva, a njihova pravilna upotreba daje samo pozitivne rezultate. Nemojte misliti da će uzimanje većih doza pomoći u postizanju boljeg efekta. Višak vitamina i minerala može dovesti do negativnih posljedica, pa proizvođač provodi temeljita istraživanja i izračunava optimalne doze.

Dodaci prehrani koje nudi internet trgovina NOW Foods nisu lijekovi. Ne vrijedi računati na izlječenje zanemarenih oblika poremećaja u radu organizma. Biološki aktivni kompleksi su odličan način za ubrzavanje procesa oporavka ili prevenciju bolesti. Svi su kreirani s vođenjem zdravstvene zaštite.

Kako se tačno pohranjuje energija u ATP(adenozin trifosfat), a kako se daje da se obavi neki koristan posao? Čini se nevjerovatno kompliciranim da neka apstraktna energija iznenada dobije materijalni nosač u obliku molekule smještene unutar živih stanica, i da se može osloboditi ne u obliku topline (što je manje-više jasno), već u obliku stvaranje drugog molekula. Obično se autori udžbenika ograničavaju na frazu „energija se pohranjuje u obliku visokoenergetske veze između dijelova molekula, i daje se kada se ta veza prekine, obavljajući koristan posao“, ali to ništa ne objašnjava.

Najopćenitije rečeno, ove manipulacije s molekulima i energijom odvijaju se na sljedeći način: prvo. Ili se stvaraju u hloroplastima u lancu sličnih reakcija. Ovo troši energiju dobijenu kontrolisanim sagorevanjem nutrijenata direktno unutar mitohondrija ili energiju fotona sunčeve svetlosti koji padaju na molekul hlorofila. Zatim se ATP isporučuje na ona mjesta u ćeliji gdje treba obaviti neki posao. A kada se jedna ili dvije fosfatne grupe odvoje od njega, oslobađa se energija koja obavlja ovaj posao. Istovremeno, ATP se raspada na dva molekula: ako se odcijepi samo jedna fosfatna grupa, tada se ATP pretvara u ADP(adenozin DIfosfat, koji se od adenozin TRIfosfata razlikuje samo po odsustvu veoma odvojene fosfatne grupe). Ako ATP odustane od dvije fosfatne grupe odjednom, tada se oslobađa više energije, a od ATP-a ostaje adenozin MONOfosfat ( AMF).

Očigledno, ćelija treba da izvrši obrnuti proces, pretvarajući ADP ili AMP molekule u ATP, kako bi se ciklus mogao ponoviti. Ali ovi „prazni“ molekuli mogu lako plivati ​​pored fosfata koji im nedostaju za pretvorbu u ATP i nikada se s njima ne ujediniti, jer je takva reakcija udruživanja energetski nepovoljna.

Koja je "energetska korist" hemijske reakcije prilično je jednostavno razumjeti ako znate drugi zakon termodinamike: u svemiru ili u bilo kom sistemu izolovanom od ostalih, poremećaj može samo rasti. Odnosno, složeno organizirani molekuli koji sjede u ćeliji urednim redoslijedom, u skladu s ovim zakonom, mogu se samo uništiti, formirajući manje molekule ili se čak raspadati na pojedinačne atome, jer će tada red biti osjetno manji. Da biste razumjeli ovu ideju, možete uporediti složeni molekul sa avionom sastavljenim od Lego-a. Tada će se mali molekuli na koje se kompleksni raspada povezati s pojedinačnim dijelovima ove letjelice, a atomi sa pojedinačnim Lego kockicama. Gledajući uredno složen avion i upoređujući ga sa zbrkom dijelova, postaje jasno zašto složeni molekuli sadrže više reda od malih.

Takva reakcija raspada (molekula, a ne letelice) biće energetski povoljna, što znači da se može odvijati spontano, a energija će se oslobađati tokom raspada. Iako će, u stvari, razdvajanje aviona biti energetski korisno: uprkos činjenici da se sami dijelovi neće odvojiti jedan od drugog i da će vanjska sila morati naduvati njihovo odvajanje u obliku klinca koji želi koristiti ove delove za nešto drugo, on će energiju dobijenu jedenjem visoko naređene hrane potrošiti da pretvori avion u haotičnu gomilu delova. I što su dijelovi čvršće spojeni, to će se potrošiti više energije, uključujući oslobađanje u obliku topline. Zaključak: komad punđe (izvor energije) i avion se pretvaraju u haotičnu masu, molekule zraka oko djeteta se zagrijavaju (i samim tim se kreću nasumičnije) - više je haosa, odnosno cijepanje aviona je energetski blagotvorno.

Sumirajući, možemo formulirati sljedeća pravila, slijedeći iz drugog zakona termodinamike:

1. Sa smanjenjem količine reda oslobađa se energija, javljaju se energetski povoljne reakcije

2. Sa povećanjem količine narudžbe, energija se apsorbira, javljaju se reakcije koje troše energiju

Na prvi pogled, ovo neizbježno kretanje od reda ka haosu onemogućuje preokret procesa, kao što je izgradnja od jednog oplođenog jajeta i molekula hranjivih tvari koje apsorbira majka krava, nesumnjivo vrlo uređeno tele u poređenju sa sažvakanom travom.

Ali ipak, to se dešava, a razlog tome je to što živi organizmi imaju jednu osobinu koja im omogućava da podrže želju Univerzuma za entropijom i da izgrade sebe i svoje potomstvo: oni kombinuju dvije reakcije u jedan proces, od kojih je jedna energetski povoljna, a druga energetski intenzivna. Takvom kombinacijom dvije reakcije moguće je osigurati da energija oslobođena tijekom prve reakcije više nego pokriva troškove energije druge. U primjeru sa avionom, odvojeno rastavljanje je energetski zahtjevno, a bez vanjskog izvora energije u obliku punđe uništene dječakovim metabolizmom, avion bi stajao zauvijek.

To je kao da idete nizbrdo na sankama: prvo, osoba, dok jede hranu, skladišti energiju dobijenu kao rezultat energetski povoljnih procesa cijepanja visoko uređene kokoške na molekule i atome u svom tijelu. A onda on tu energiju troši, vukući sanke uz planinu. Pomicanje saonica od dna ka vrhu energetski je nepovoljno, tako da se nikada neće spontano otkotrljati, za to je potrebna neka vrsta energije treće strane. A ako energija dobijena jedenjem piletine nije dovoljna za savladavanje uspona, tada se proces "skotrljanja niz planinu na sankama" neće dogoditi.

To su reakcije koje troše energiju ( reakcija koja troši energiju ) povećati količinu reda apsorbirajući energiju oslobođenu u spregnutoj reakciji. A ravnoteža između oslobađanja i potrošnje energije u ovim spregnutim reakcijama uvijek mora biti pozitivna, odnosno njihova kombinacija će povećati količinu haosa. Primjer povećanja entropija(poremećaj) ( entropija[‘entrəpɪ]) je oslobađanje toplote tokom reakcije davanja energije ( reakcija snabdevanja energijom): čestice supstance koje se nalaze u blizini reagiranih molekula primaju energetske udare od reagujućih, počinju da se kreću brže i haotičnije, gurajući zauzvrat druge molekule i atome ove i susedne supstance.

Ponovo se vraćamo na dobijanje energije iz hrane: komad Banoffee pite je mnogo više naručen od rezultirajuće mase za žvakanje koja je ušla u želudac. Koja se pak sastoji od većih, uređenijih molekula od onih na koje će ga crijeva podijeliti. A oni će zauzvrat biti dostavljeni ćelijama tela, gde će se pojedinačni atomi, pa čak i elektroni otkinuti od njih... I u svakoj fazi povećanja haosa u jednom komadu kolača, energija će biti oslobođeni, koje će organi i organele sretnog jedeća zarobiti, pohranjujući ga u obliku ATP-a (koji troši energiju), omogućavajući izgradnju novih potrebnih molekula (koji troše energiju) ili zagrijavanje tijela (također energije- konzumiranje). Kao rezultat toga, manje je reda u sistemu "čovek - Banoffee Pie - Univerzum" (zbog uništavanja kolača i oslobađanja toplotne energije od strane organela koje ga obrađuju), ali u jednom ljudskom telu sreća ima postaju uredniji (zbog pojave novih molekula, dijelova organela i cijelih ćelijskih organa).

Vratimo li se molekuli ATP-a, nakon sve ove termodinamičke digresije, postaje jasno da je potrebno utrošiti energiju dobivenu energetski povoljnim reakcijama da bi se ona stvorila od njenih sastavnih dijelova (manjih molekula). Jedan način za njegovo stvaranje je detaljno opisan, drugi (veoma sličan) se koristi u hloroplastima, gdje se umjesto energije protonskog gradijenta koristi energija fotona koje emituje Sunce.

Postoje tri grupe reakcija koje proizvode ATP (pogledajte dijagram desno):

• razgradnjom glukoze i masnih kiselina na velike molekule u citoplazmi već je moguće dobiti određenu količinu ATP-a (mala, za jednu molekulu glukoze podijeljenu u ovoj fazi dobijaju se samo 2 molekula ATP-a). Ali glavna svrha ove faze je stvaranje molekula koji se koriste u respiratornom lancu mitohondrija.
• daljnje cijepanje molekula dobijenih u prethodnoj fazi Krebsovog ciklusa, koje se odvija u mitohondrijskom matriksu, daje samo jedan ATP molekul, njegov glavni cilj je isti kao u prethodnom paragrafu.
• konačno, molekuli nakupljeni u prethodnim fazama koriste se u respiratornom lancu mitohondrija za proizvodnju ATP-a, a ovdje se mnogo toga oslobađa (više o tome u nastavku).

Ako sve ovo detaljnije opišemo, gledajući iste reakcije u smislu proizvodnje i potrošnje energije, dobijamo ovo:

0. Molekuli hrane pažljivo se sagorevaju (oksidiraju) u primarnom cijepanju koje se događa u citoplazmi ćelije, kao i u lancu hemijskih reakcija zvanom “Krebsov ciklus”, koji se već odvija u mitohondrijskom matriksu - za proizvodnju energije deo pripremne faze.

Kao rezultat konjugacije sa ovim energetski povoljnim reakcijama drugih, već energetski nepovoljnih reakcija stvaranja novih molekula, nastaju 2 molekule ATP-a i nekoliko molekula drugih supstanci - troši energiju deo pripremne faze. Ove koformirajuće molekule su nosioci elektrona visoke energije koji će se koristiti u mitohondrijskom respiratornom lancu u sljedećoj fazi.

1. Na membranama mitohondrija, bakterija i nekih arheja dolazi do energetskog odvajanja protona i elektrona od molekula dobijenih u prethodnoj fazi (ali ne i od ATP-a). Prolaz elektrona kroz komplekse respiratornog lanca (I, III i IV na dijagramu lijevo) prikazan je žutim vijugavim strelicama, a prolaz kroz ove komplekse (a samim tim i kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu) protona prikazan je sa crvene strelice.

Zašto se elektroni ne mogu jednostavno odvojiti od molekula nosača pomoću snažnog oksidacijskog sredstva, kisika, a oslobođena energija se može iskoristiti? Zašto ih prenositi iz jednog kompleksa u drugi, jer na kraju dolaze do istog kiseonika? Ispostavilo se da je veća razlika u sposobnosti privlačenja elektrona u davanju elektrona ( redukciono sredstvo) i prikupljanje elektrona ( oksidaciono sredstvo) molekule uključene u reakciju prijenosa elektrona, to se više energije oslobađa tijekom ove reakcije.

Razlika u ovoj sposobnosti molekula nosača elektrona i kisika nastalih u Krebsovom ciklusu je tolika da bi energija oslobođena u ovom slučaju bila dovoljna za sintezu nekoliko ATP molekula. Ali zbog tako oštrog pada energije sistema, ova reakcija bi se odvijala gotovo eksplozivnom snagom, a gotovo sva energija bi se oslobodila u obliku neuhvaćene topline, odnosno, u stvari, potrošena.

Žive ćelije, s druge strane, dijele ovu reakciju u nekoliko malih faza, prvo prenoseći elektrone sa slabo privlačećih molekula nosača na nešto jači privlačeći prvi kompleks u respiratornom lancu, od njega na još uvijek nešto jači privlačeći kompleks. ubikinon(ili koenzim Q-10), čiji je zadatak da povuče elektrone do sledećeg, još malo jačeg privlačenja respiratornog kompleksa, koji svoj deo energije prima iz ove neuspele eksplozije, puštajući ga da pumpa protone kroz membranu.. I tako sve dok se elektroni konačno ne sretnu sa kiseonikom , privučeni njime, hvatajući par protona, i ne formiraju molekul vode. Takva podjela jedne snažne reakcije na male korake omogućava da se gotovo polovina korisne energije usmjeri na obavljanje korisnog rada: u ovom slučaju na stvaranje protonski elektrohemijski gradijent o čemu će biti reči u drugom paragrafu.

Kako tačno energija prenesenih elektrona pomaže spregnutoj reakciji koja troši energiju pumpanja protona kroz membranu tek počinje da se otkriva. Najvjerovatnije prisustvo električno nabijene čestice (elektrona) utiče na konfiguraciju mjesta u proteinu ugrađenog u membranu gdje se nalazi: tako da ova promjena provocira da se proton uvuče u protein i krene kroz proteinski kanal. u membrani. Važno je da se, zapravo, energija dobijena kao rezultat odvajanja visokoenergetskih elektrona od molekula nosača i njihovog konačnog transfera na kiseonik pohranjuje u obliku protonskog gradijenta.

2. Energija protona akumulirana kao rezultat događaja iz točke 1 na vanjskoj strani membrane i koja teži da stigne na unutrašnju stranu sastoji se od dvije jednosmjerne sile:

• električni(pozitivni naboj protona teži da ode do mjesta nakupljanja negativnih naboja na drugoj strani membrane) i
• hemijski(kao iu slučaju bilo koje druge materije, protoni pokušavaju da se jednoliko rasprše u prostoru, šireći se sa mesta sa njihovom velikom koncentracijom do mesta gde ih ima malo)

Električno privlačenje protona na negativno nabijenu stranu unutrašnje membrane mnogo je snažnije od težnje protona da se pomaknu na mjesto niže koncentracije zbog razlike u koncentraciji protona (to je naznačeno širinom strelica na dijagram iznad). Kombinovana energija ovih pokretačkih sila je toliko velika da je dovoljna da pomeri protone unutar membrane i da pokrene prateću reakciju koja troši energiju: stvaranje ATP-a iz ADP-a i fosfata.

Razmotrimo detaljnije zašto je za to potrebna energija i kako se tačno energija aspiracije protona pretvara u energiju hemijske veze između dva dela ATP molekula.

Molekul ADP (desno na dijagramu) ne želi da dobije drugu fosfatnu grupu: atom kiseonika na koji se ova grupa može vezati nabijen je jednako negativno kao i fosfat, što znači da se odbijaju. Generalno, ADP neće reagovati, hemijski je pasivan. Fosfat, pak, ima svoj atom kisika vezan za taj atom fosfora, koji bi mogao postati mjesto veze između fosfata i ADP-a pri stvaranju ATP molekula, tako da ni on ne može preuzeti inicijativu.

Stoga te molekule mora povezati jedan enzim, razmotati tako da veze između njih i „dodatnih“ atoma oslabe i pokidaju, a zatim dovesti dva kemijski aktivna kraja ovih molekula, na kojima atomi doživljavaju manjak i višak elektrona, jedni prema drugima.

Ioni fosfora (P+) i kiseonika (O-) koji su pali u polje međusobnog dometa vezani su jakom kovalentnom vezom zbog činjenice da zajedno preuzimaju jedan elektron koji je prvobitno pripadao kiseoniku. Ovaj enzim za obradu molekula je ATP sintaza, i prima energiju za promjenu svoje konfiguracije i međusobnog rasporeda ADP-a i fosfata od protona koji prolaze kroz njega. Energetski je povoljno da protoni dođu na suprotno nabijenu stranu membrane, gdje ih je, osim toga, malo, a jedini put ide kroz enzim, čiji “rotor” protoni istovremeno rotiraju.

Struktura ATP sintaze prikazana je na dijagramu desno. Njegov rotirajući element zbog prolaska protona označen je ljubičastom bojom, a pokretna slika ispod prikazuje dijagram njegove rotacije i stvaranja ATP molekula. Enzim radi skoro kao molekularni motor, okrećući se elektrohemijski trenutna energija protona u mehanička energija trenje dva seta proteina jedan o drugi: rotirajuća "noga" trlja se o nepokretne proteine ​​"klobuka pečuraka", dok podjedinice "kapice" mijenjaju svoj oblik. Ova mehanička deformacija postaje energija hemijske veze u sintezi ATP-a, kada se ADP i molekuli fosfata obrađuju i odvijaju na način neophodan za stvaranje kovalentne veze između njih.

Svaka ATP sintaza je sposobna sintetizirati do 100 ATP molekula u sekundi, a za svaki sintetizirani ATP molekul, oko tri protona moraju proći kroz sintetazu. Većina ATP-a koji se sintetizira u stanicama nastaje upravo na taj način, a samo mali dio je rezultat primarne obrade molekula hrane koja se odvija izvan mitohondrija.

U svakom trenutku postoji oko milijardu ATP molekula u tipičnoj živoj ćeliji. U mnogim ćelijama, sav ovaj ATP se zamjenjuje (tj. koristi se i stvara) svake 1-2 minute. Prosječna osoba u mirovanju koristi masu ATP-a približno jednaku njegovoj masi svaka 24 sata.

Općenito, gotovo polovina energije koja se oslobađa tijekom oksidacije glukoze ili masnih kiselina u ugljični dioksid i vodu se hvata i koristi za energetski nepovoljnu reakciju stvaranja ATP-a iz ADP-a i fosfata. Efikasnost od 50% nije loša, na primjer, motor automobila stavlja samo 20% energije sadržane u gorivu u koristan rad. Pritom se ostatak energije u oba slučaja troši u obliku topline, a kao i neki automobili, životinje taj višak (iako ne u potpunosti, naravno) stalno troše na zagrijavanje tijela. U toku ovdje navedenih reakcija, jedna molekula glukoze, postepeno razložena na ugljični dioksid i vodu, opskrbljuje ćeliju sa 30 molekula ATP-a.

Dakle, odakle energija dolazi i kako se tačno skladišti u ATP-u, sve je manje-više jasno. Ostaje da se razume kako se tačno predaje uskladištena energija i šta se dešava u ovom slučaju na molekularno-atomskom nivou.

Kovalentna veza nastala između ADP-a i fosfata naziva se visoka energija iz dva razloga:

• Kada se pokvari, oslobađa mnogo energije.
• elektroni koji sudjeluju u stvaranju ove veze (tj. kruže oko atoma kisika i fosfora između kojih se ta veza formira) su visokoenergetski, odnosno nalaze se u “visokim” orbitama oko jezgara atoma. I energetski bi im bilo korisno da skoče na niži nivo, oslobađajući višak energije, ali dokle god su na ovom mestu, pričvršćujući atome kiseonika i fosfora, neće moći da „skoče“.

Ova želja elektrona da padnu u pogodniju niskoenergetsku orbitu osigurava i lakoću razaranja visokoenergetske veze i energiju koja se oslobađa u obliku fotona (koji je nosilac elektromagnetne interakcije). U zavisnosti od toga koji će molekuli biti zamijenjeni enzimima za molekulu ATP-a u kolapsu, koji će molekul apsorbirati foton koji emituje elektron, mogu se pojaviti različite varijante događaja. Ali svaki put energija pohranjena u obliku visokoenergetske veze će se koristiti za neke potrebe ćelije:

Scenario 1: fosfat se može prenijeti na molekul druge tvari. U ovom slučaju, visokoenergetski elektroni formiraju novu vezu, već između fosfata i ekstremnog atoma ove molekule primaoca. Uslov za takvu reakciju je njena energetska korist: u ovoj novoj vezi, elektron mora imati nešto manje energije nego kada je bio dio ATP molekula, emitirajući dio energije u obliku fotona prema van.

Svrha takve reakcije je aktiviranje molekule primaoca (na dijagramu lijevo je naznačeno AT-OH): prije dodavanja fosfata, bio je pasivan i nije mogao reagirati s drugim pasivnim molekulom ALI, ali sada je vlasnica rezerve energije u obliku visokoenergetskog elektrona, što znači da je može negdje potrošiti. Na primjer, pričvrstiti molekul za sebe ALI, koji se bez takve finte sa ušima (to jest, visoke energije vezivnog elektrona) ne može spojiti. Fosfat se tada odvaja, nakon što je obavio svoj posao.

To rezultira nizom reakcija:

1. ATP+ pasivni molekul AT ➡️ ADP+ aktivna molekula zbog vezanog fosfata V-R

2. aktivirani molekul V-R+ pasivni molekul ALI➡️povezani molekuli A-B+ odvojiti fosfat ( R)

Obje ove reakcije su energetski povoljne: svaka od njih uključuje visokoenergetski vezni elektron, koji, kada se jedna veza prekine, a druga formira, gubi dio svoje energije u obliku emisije fotona. Kao rezultat ovih reakcija, dva pasivna molekula su povezana. Ako uzmemo u obzir reakciju direktnog povezivanja ovih molekula (pasivni molekul AT+ pasivni molekul ALI➡️povezani molekuli A-B), tada se ispostavlja da je energetski skupo i da se ne može održati. Ćelije "čine nemoguće" uparujući ovu reakciju sa energetski povoljnim cijepanjem ATP-a na ADP i fosfat tokom dvije gore opisane reakcije. Razdvajanje se odvija u dva stupnja, u svakoj od kojih se dio energije vezujućeg elektrona troši na obavljanje korisnog rada, odnosno na stvaranje potrebnih veza između dva molekula, od kojih se dobija treći ( A-B) neophodna za funkcionisanje ćelije.

Scenario 2: fosfat se može istovremeno odvojiti od molekula ATP-a, a oslobođenu energiju hvata enzim ili radni protein i troši na obavljanje korisnog posla.

Kako možete uhvatiti nešto tako neprimjetno kao što je zanemarljiva perturbacija elektromagnetnog polja u trenutku kada elektron padne u nižu orbitu? Vrlo jednostavno: uz pomoć drugih elektrona i uz pomoć atoma sposobnih da apsorbuju foton koji emituje elektron.

Atomi koji čine molekule drže se zajedno u jakim lancima i prstenovima pomoću (takav lanac je nesavijeni protein na slici desno). A odvojeni dijelovi ovih molekula međusobno se privlače slabijim elektromagnetnim interakcijama (na primjer, vodikovim vezama ili van der Waalsovim silama), što im omogućava da se formiraju u složene strukture. Neke od ovih konfiguracija atoma su vrlo stabilne, i nikakav poremećaj elektromagnetnog polja ih neće pokolebati.. neće pokolebati.. općenito su stabilni. A neki su prilično pokretni i dovoljan im je lagani elektromagnetski udarac da promijene svoju konfiguraciju (obično to nisu kovalentne veze). A upravo takav udarac zadaje im i sam pristigli foton-nosač elektromagnetnog polja, koji emituje elektron koji je prešao u nižu orbitu kada se fosfat odvoji.

Promjene u konfiguraciji proteina kao rezultat razgradnje ATP molekula odgovorne su za najnevjerovatnije događaje koji se događaju u ćeliji. Sigurno su oni koje zanimaju ćelijski procesi barem na nivou "pogledajte njihovu animaciju na youtube-u" naletjeli na video koji prikazuje proteinski molekul kinesin, bukvalno hodajući, premještajući noge, duž niti ćelijskog skeleta, vukući teret pričvršćen za njega.

Odvajanje fosfata iz ATP-a omogućava ovaj korak, a evo kako:

Kinesin ( kinesin) se odnosi na posebnu vrstu proteina koji ima tendenciju da spontano promijeni svoj konformacija(međusobni položaj atoma u molekulu). Ostavši sam, nasumično prelazi iz konformacije 1, u kojoj je pričvršćen jednom "nogom" na aktinski filament ( aktin filament) - formiranje najtanje niti citoskeletćelije ( citoskelet), u konformaciju 2, čineći tako korak naprijed i stajući na dvije "noge". Od konformacije 2 će sa jednakom verovatnoćom preći i u konformaciju 3 (vezi zadnje stopalo na prednju) i nazad u konformaciju 1. Dakle, kinezin se ne kreće ni u jednom pravcu, samo besciljno luta.

Ali sve se mijenja čim se spoji s ATP molekulom. Kao što je prikazano na dijagramu lijevo, dodavanje ATP-a kinezinu u konformaciji 1 dovodi do promjene njegovog prostornog položaja i prelazi u konformaciju 2. Razlog tome je međusobni elektromagnetski utjecaj molekula ATP-a i kinezina jedan na drugog. . Ova reakcija je reverzibilna jer nije utrošena energija, a ako se ATP odvoji od kinezina, on će jednostavno podići svoju „nogu“, ostati na mjestu i čekati sljedeći molekul ATP-a.

Ali ako se zadrži, onda se zbog uzajamnog privlačenja ovih molekula uništava veza koja drži fosfat unutar ATP-a. Energija koja se istovremeno oslobađa, kao i raspad ATP-a na dvije molekule (koje već različito djeluju na atome kinezina svojim elektromagnetnim poljima) dovode do toga da se konformacija kinezina mijenja: on „vuče zadnju nogu ”. Ostaje da se napravi korak naprijed, što se dešava kada se ADP i fosfat odvoje, vraćajući kinezin u prvobitnu konformaciju 1.

Kao rezultat hidrolize ATP-a, kinezin se pomjerio udesno, a čim mu se pridruži sljedeći molekul, on će napraviti još par koraka, koristeći energiju pohranjenu u njemu.

Važno je da se kinezin, koji je u konformaciji 3 sa vezanim ADP i fosfatom, ne može vratiti u konformaciju 2 tako što će napraviti „korak unazad“. To se objašnjava istim principom usklađenosti s drugim zakonom termoregulacije: prijelaz sistema "kinezin + ATP" iz konformacije 2 u konformaciju 3 praćen je oslobađanjem energije, što znači da će obrnuti prijelaz biti energetski - konzumiranje. Da bi se to dogodilo, potrebno je odnekud uzeti energiju da spojite ADP sa fosfatom, a u ovoj situaciji je nema odakle uzeti. Stoga je kinezin povezan s ATP-om otvoren samo u jednom smjeru, što vam omogućava da obavljate koristan posao prevlačenjem nečega s jednog kraja ćelije na drugi. Kinezin, na primjer, učestvuje u razdvajanju hromozoma ćelije koja se dijeli tokom mitoza(proces dijeljenja eukariotskih ćelija). Mišićni protein miozin teče duž aktinskih filamenata, uzrokujući kontrakciju mišića.

Ovaj pokret je veoma brz: neki motor(odgovorni za različite oblike ćelijske mobilnosti) proteini uključeni u replikaciju gena jure duž lanca DNK brzinom od hiljada nukleotida u sekundi.

Svi se kreću hidroliza ATP (destrukcija molekula dodavanjem atoma uzetih iz molekula vode manjim molekulima koji nastaju razgradnjom. Hidroliza je prikazana na desnoj strani dijagrama interkonverzije ATP-a i ADP-a). Ili hidrolizom GTP, koji se od ATP-a razlikuje samo po tome što sadrži još jedan nukleotid (gvanin).

Scenario 3: uklanjanje dvije fosfatne grupe odjednom iz ATP-a ili drugog sličnog molekula koji sadrži nukleotid dovodi do još većeg oslobađanja energije nego kada se ukloni samo jedan fosfat. Ovako snažno oslobađanje vam omogućava da stvorite jaku šećerno-fosfatnu kičmu molekula DNK i RNK:

1. da bi nukleotidi mogli da se pridruže lancu DNK ili RNK u izgradnji, moraju se aktivirati pričvršćivanjem dva molekula fosfata. Ovo je reakcija koja troši energiju koju obavljaju stanični enzimi.

2. enzim DNK ili RNA polimeraza (nije prikazan na donjem dijagramu) veže aktivirani nukleotid (GTP je prikazan na dijagramu) na polinukleotid u izgradnji i katalizira cijepanje dvije fosfatne grupe. Oslobođena energija se koristi za stvaranje veze između fosfatne grupe jednog nukleotida i riboze drugog. Veze nastale kao rezultat nisu visokoenergetske, što znači da ih nije lako uništiti, što je prednost za izgradnju molekula koji sadrži ili prenosi nasljedne informacije ćelije.

U prirodi se spontano mogu javiti samo energetski povoljne reakcije, što je posljedica drugog zakona termodinamike.

Ipak, žive ćelije mogu kombinovati dve reakcije, od kojih jedna daje malo više energije nego što druga apsorbuje, i na taj način izvesti reakcije koje troše energiju. Reakcije koje troše energiju imaju za cilj stvaranje većih molekula, ćelijskih organela i cijelih stanica, tkiva, organa i višećelijskih živih bića od pojedinačnih molekula i atoma, kao i skladištenje energije za njihov metabolizam.

Skladištenje energije vrši se kontrolisanim i postupnim uništavanjem organskih molekula (proces proizvodnje energije), zajedno sa stvaranjem molekula koji nose energiju (proces koji troši energiju). Fotosintetski organizmi pohranjuju energiju solarnih fotona zarobljenih hlorofilom na ovaj način.

Molekuli-nosači energije dijele se u dvije grupe: skladištenje energije u obliku visokoenergetske veze ili u obliku vezanog visokoenergetskog elektrona. Međutim, u prvoj grupi visoku energiju daje isti visokoenergetski elektron, pa možemo reći da je energija pohranjena u elektronima dovedenim na visoki nivo, koji su dio različitih molekula.

Energija pohranjena na ovaj način također se odaje na dva načina: uništavanjem visokoenergetske veze ili prijenosom visokoenergetskih elektrona kako bi se postupno smanjila njihova energija. U oba slučaja, energija se oslobađa u obliku emisije tako što elektron prelazi na niži energetski nivo čestice-nosača elektromagnetnog polja (fotona) i toplote. Ovaj foton je uhvaćen na način da se obavi koristan rad (formiranje molekule neophodne za metabolizam u prvom slučaju i pumpanje protona kroz mitohondrijalnu membranu u drugom)

Energija pohranjena u obliku protonskog gradijenta koristi se za sintezu ATP-a, kao i za druge ćelijske procese koji su izvan okvira ovog poglavlja (mislim da se niko neće uvrijediti s obzirom na njegovu veličinu). A sintetizirani ATP se koristi kako je opisano u prethodnom paragrafu.

Obilan rast masnih stabala,
koji su ukorijenjeni na neplodnom pijesku
odobrio svoje, to jasno kaže
masne listove masne masti iz vazduha
apsorbirati...
M. V. Lomonosov

Kako se energija skladišti u ćeliji? Šta je metabolizam? Koja je suština procesa glikolize, fermentacije i ćelijskog disanja? Koji se procesi odvijaju u svjetlosnoj i tamnoj fazi fotosinteze? Kako su povezani procesi razmene energije i plastike? Šta je hemosinteza?

Lekcija-predavanje

Sposobnost pretvaranja jedne vrste energije u drugu (energija zračenja u energiju hemijskih veza, hemijska energija u mehaničku energiju, itd.) jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Ovdje ćemo detaljno razmotriti kako se ovi procesi ostvaruju u živim organizmima.

ATP - GLAVNI NOSAČ ENERGIJE U ĆELIJI. Za provedbu bilo koje manifestacije vitalne aktivnosti stanica potrebna je energija. Autotrofni organizmi primaju početnu energiju od Sunca tokom reakcija fotosinteze, dok heterotrofni organizmi koriste organska jedinjenja iz hrane kao izvor energije. Energiju pohranjuju ćelije u hemijskim vezama molekula ATP (adenozin trifosfat), koji su nukleotid koji se sastoji od tri fosfatne grupe, ostatka šećera (riboze) i ostatka azotne baze (adenin) (slika 52).

Rice. 52. ATP molekul

Veza između fosfatnih ostataka naziva se makroergijskom, jer kada se prekine, oslobađa se velika količina energije. Normalno, ćelija izvlači energiju iz ATP-a tako što uklanja samo terminalnu fosfatnu grupu. U tom slučaju nastaje ADP (adenozin difosfat), fosforna kiselina i oslobađa se 40 kJ/mol:

Molekuli ATP-a igraju ulogu univerzalnog pregovaračkog čipa za energiju ćelije. Isporučuju se na mjesto energetski intenzivnog procesa, bilo da se radi o enzimskoj sintezi organskih jedinjenja, radu proteina - molekularnih motora ili membranskih transportnih proteina itd. Reverzna sinteza molekula ATP-a vrši se vezivanjem fosfata. grupa u ADP sa apsorpcijom energije. Skladištenje energije u obliku ATP-a od strane ćelije vrši se tokom reakcija energetski metabolizam. On je blisko povezan sa razmjena plastike tokom kojeg ćelija proizvodi organska jedinjenja neophodna za njeno funkcionisanje.

METABOLIZAM I ENERGIJA U ĆELIJI (METABOLIZAM). Metabolizam - ukupnost svih reakcija plastičnog i energetskog metabolizma, međusobno povezanih. U stanicama se neprestano odvija sinteza ugljikohidrata, masti, proteina, nukleinskih kiselina. Sinteza jedinjenja uvijek dolazi uz utrošak energije, odnosno uz neizostavno učešće ATP-a. Izvori energije za stvaranje ATP su enzimske reakcije oksidacije proteina, masti i ugljikohidrata koji ulaze u ćeliju. Ovaj proces oslobađa energiju koja je pohranjena u ATP-u. Oksidacija glukoze igra posebnu ulogu u energetskom metabolizmu ćelije. Molekuli glukoze prolaze kroz niz uzastopnih transformacija.

Prva faza, tzv glikoliza, odvija se u citoplazmi ćelija i ne zahteva kiseonik. Kao rezultat uzastopnih reakcija koje uključuju enzime, glukoza se razlaže na dva molekula pirogrožđane kiseline. U ovom slučaju se troše dva ATP molekula, a energija oslobođena tokom oksidacije dovoljna je da se formiraju četiri ATP molekula. Kao rezultat toga, energetski prinos glikolize je mali i iznosi dva ATP molekula:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

U anaerobnim uslovima (u nedostatku kiseonika), dalje transformacije mogu biti povezane sa različitim tipovima fermentacija.

Svi znaju mlečne fermentacije(kiseljenje mlijeka), koje nastaje djelovanjem mliječno kiselih gljivica i bakterija. Po mehanizmu je sličan glikolizi, samo što je krajnji proizvod ovdje mliječna kiselina. Ova vrsta oksidacije glukoze javlja se u ćelijama sa nedostatkom kiseonika, kao što su mišići koji rade naporno. Po hemiji blizak mliječnoj i alkoholnoj fermentaciji. Razlika je u tome što su proizvodi alkoholne fermentacije etil alkohol i ugljični dioksid.

Sljedeća faza, tokom koje se pirogrožđana kiselina oksidira u ugljični dioksid i vodu, naziva se ćelijsko disanje. Reakcije vezane za disanje odvijaju se u mitohondrijima biljnih i životinjskih stanica, i to samo u prisustvu kisika. Riječ je o nizu kemijskih transformacija prije formiranja konačnog proizvoda - ugljičnog dioksida. U različitim fazama ovog procesa nastaju međuprodukti oksidacije početne supstance uz eliminaciju atoma vodika. U tom slučaju se oslobađa energija koja se "konzervira" u hemijskim vezama ATP-a i formiraju se molekuli vode. Postaje jasno da je kiseonik potreban upravo da bi se vezali otcijepljeni atomi vodika. Ova serija hemijskih transformacija je prilično složena i odvija se uz učešće unutrašnjih membrana mitohondrija, enzima i proteina nosača.

Ćelijsko disanje ima veoma visoku efikasnost. Dolazi do sinteze 30 molekula ATP-a, još dva molekula nastaju tokom glikolize, a šest molekula ATP-a - kao rezultat transformacije produkata glikolize na mitohondrijskim membranama. Ukupno, kao rezultat oksidacije jedne molekule glukoze, nastaje 38 ATP molekula:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

U mitohondrijima se odvijaju završni stadijumi oksidacije ne samo šećera, već i proteina i lipida. Ove supstance koriste ćelije, uglavnom kada se završi snabdevanje ugljenim hidratima. Prvo se troše masti, pri čijoj oksidaciji se oslobađa mnogo više energije nego iz jednake količine ugljikohidrata i proteina. Stoga je mast kod životinja glavna "strateška rezerva" energetskih resursa. U biljkama škrob igra ulogu rezerve energije. Kada se skladišti, zauzima znatno više prostora od količine masti koja je ekvivalentna energiji. Za biljke to nije prepreka, jer su nepomične i ne nose rezerve na sebi, poput životinja. Energiju možete izvući iz ugljikohidrata mnogo brže nego iz masti. Proteini obavljaju mnoge važne funkcije u tijelu, pa su uključeni u energetski metabolizam samo kada se iscrpe resursi šećera i masti, na primjer, tokom dugotrajnog gladovanja.

FOTOSINTEZA. fotosinteza- je proces tokom kojeg se energija sunčeve svjetlosti pretvara u energiju hemijskih veza organskih jedinjenja. U biljnim ćelijama procesi povezani s fotosintezom odvijaju se u hloroplastima. Unutar ove organele postoje sistemi membrana u koje su ugrađeni pigmenti koji hvataju energiju zračenja Sunca. Glavni pigment fotosinteze je hlorofil, koji apsorbuje uglavnom plave i ljubičaste, kao i crvene zrake spektra. Zeleno svjetlo se reflektira, pa sam hlorofil i dijelovi biljke koji ga sadrže izgledaju zeleno.

U fotosintezi postoje dvije faze - svjetlo i mračno(Sl. 53). Stvarno hvatanje i konverzija energije zračenja se dešava tokom svetlosne faze. Kada apsorbira kvante svjetlosti, hlorofil prelazi u pobuđeno stanje i postaje donor elektrona. Njegovi elektroni se prenose s jednog proteinskog kompleksa na drugi duž lanca transporta elektrona. Proteini ovog lanca, poput pigmenata, koncentrirani su na unutrašnjoj membrani hloroplasta. Kada elektron prođe kroz lanac nosača, on gubi energiju koja se koristi za sintezu ATP-a. Neki od elektrona pobuđenih svjetlošću koriste se za smanjenje NDP (nikotinamid adenin dinukleotifosfat) ili NADPH.

Rice. 53. Proizvodi reakcija svjetlosne i tamne faze fotosinteze

Pod uticajem sunčeve svetlosti u hloroplastima dolazi i do cepanja molekula vode - fotoliza; u ovom slučaju nastaju elektroni koji nadoknađuju njihov gubitak hlorofilom; Kiseonik nastaje kao nusproizvod:

Dakle, funkcionalno značenje svjetlosne faze je sinteza ATP-a i NADP·H pretvaranjem svjetlosne energije u kemijsku energiju.

Tamnoj fazi fotosinteze nije potrebna svjetlost. Suština procesa koji se ovde odvijaju je da se molekuli ATP i NADP·H dobijeni u svetlosnoj fazi koriste u nizu hemijskih reakcija koje „fiksiraju“ CO2 u obliku ugljenih hidrata. Sve reakcije tamne faze odvijaju se unutar hloroplasta, a ADP i NADP koji se oslobađaju prilikom "fiksacije" ugljičnog dioksida ponovo se koriste u reakcijama svijetle faze za sintezu ATP-a i NADP-a H.

Ukupna jednačina fotosinteze je sljedeća:

ODNOS I JEDINSTVO PROCESA RAZMJENE PLASTIKE I ENERGIJE. Procesi sinteze ATP-a odvijaju se u citoplazmi (glikoliza), u mitohondrijima (ćelijsko disanje) i u hloroplastima (fotosinteza). Sve reakcije koje se odvijaju tokom ovih procesa su reakcije razmene energije. Energija pohranjena u obliku ATP-a troši se u reakcijama plastične izmjene za proizvodnju proteina, masti, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina neophodnih za život ćelije. Imajte na umu da je tamna faza fotosinteze lanac reakcija, plastične izmjene, a svjetlosna faza je energija.

Odnos i jedinstvo procesa razmene energije i plastike dobro je ilustrovan sledećom jednačinom:

Čitajući ovu jednačinu s lijeva na desno, dobijamo proces oksidacije glukoze u ugljični dioksid i vodu tokom glikolize i ćelijskog disanja, povezan sa sintezom ATP-a (energetski metabolizam). Ako ga čitate s desna na lijevo, onda ćete dobiti opis reakcija tamne faze fotosinteze, kada se glukoza sintetizira iz vode i ugljičnog dioksida uz sudjelovanje ATP-a (plastični metabolizam).

HEMOSINTEZA. Osim fotoautotrofa, određene bakterije (vodonik, nitrifikujuća, sumporne bakterije, itd.) također su sposobne sintetizirati organske tvari iz anorganskih tvari. Ovu sintezu provode zahvaljujući energiji koja se oslobađa tokom oksidacije neorganskih supstanci. Zovu se hemoautotrofi. Ove hemosintetske bakterije igraju važnu ulogu u biosferi. Na primjer, nitrificirajuće bakterije pretvaraju amonijeve soli koje su nedostupne biljkama u soli dušične kiseline, koje one dobro apsorbiraju.

Ćelijski metabolizam se sastoji od reakcija energetskog i plastičnog metabolizma. U toku energetskog metabolizma dolazi do stvaranja organskih jedinjenja sa makroergijskim hemijskim vezama – ATP. Energija potrebna za to dolazi od oksidacije organskih jedinjenja tokom anaerobnih (glikoliza, fermentacija) i aerobnih (ćelijsko disanje) reakcija; od sunčevih zraka čija se energija apsorbira u svjetlosnoj fazi (fotosinteza); od oksidacije anorganskih spojeva (kemosinteza). Energija ATP-a se troši na sintezu organskih spojeva neophodnih za ćeliju u toku reakcija plastične izmjene, koje uključuju reakcije tamne faze fotosinteze.

• Koje su razlike između plastičnog i energetskog metabolizma?
• Kako se energija sunčeve svjetlosti pretvara u svjetlosnu fazu fotosinteze? Koji se procesi odvijaju tokom mračne faze fotosinteze?
• Zašto se fotosinteza naziva procesom refleksije planetarno-kosmičke interakcije?

Mliječna kiselina (koja se nakuplja u mišićima može uzrokovati bol) se isporučuje krvlju u jetru, gdje se pretvara u glukozu tokom glukoneogeneze.

Alkohol se stvara u ćelijama kvasca tokom alkoholne fermentacije.

acetil-CoA - koristi se za sintezu masnih kiselina, ketonskih tijela, kolesterola itd. ili se oksidira u Krebsovom ciklusu.

Voda i ugljični dioksid se uključuju u opći metabolizam ili se izlučuju iz tijela.

Pentoze se koriste za sintezu nukleinskih kiselina, glukoze (glukoneogeneza) i drugih supstanci.

NADPH2 je uključen u sintezu masnih kiselina, purinskih baza itd. ili se koristi za proizvodnju energije u CPE.

• Energija se pohranjuje u obliku ATP-a, koji se zatim koristi u tijelu za sintezu tvari, oslobađanje topline, mišićne kontrakcije itd.

Transformacija glukoze u tijelu je prilično složen proces koji se odvija pod djelovanjem različitih enzima. Dakle, put od glukoze do mliječne kiseline uključuje 11 kemijskih reakcija, od kojih se svaka ubrzava vlastitim enzimom.

Šema broj 8. Anaerobna glikoliza.

Glukoza

ADP heksokinaza, Mg ion

Glukoza-6-fosfat

Fosfoglukoizomeraza

Fruktoza 6-fosfat

ADP fosfofruktokinaza, Mg joni

Fruktoza 1,6-difosfat

Aldolaza

3-fosfodioksiaceton 3-fosfogliceroaldehid (3-PHA)

NADH+H 3-PHA dehidrogenaza

1,3-difosfoglicerinska kiselina

ATP fosfoglicerat mutaza

2-fosfoglicerinska kiselina

H2O Enolase

Fosfoenolpirogrožđana kiselina

ATP piruvat kinaza, Mg joni

Pirogrožđana kiselina PVC

NAD laktat dehidrogenaza

Mliječna kiselina.

Glikoliza se javlja u citoplazmi ćelija i nije potreban mitohondrijski respiratorni lanac.

Glukoza je jedan od glavnih izvora energije za ćelije svih organa i tkiva, a posebno nervnog sistema, eritrocita, bubrega i testisa.

Mozak je gotovo u potpunosti opskrbljen difuzno dolaznom glukozom, tk. IVH ne ulazi u moždane ćelije. Stoga, kada se koncentracija glukoze u krvi smanji, funkcioniranje mozga je poremećeno.

Glukoneogeneza.

U anaerobnim uslovima, glukoza je jedini izvor energije za rad skeletnih mišića. Mliječna kiselina nastala iz glukoze zatim ulazi u krv, u jetru, gdje se pretvara u glukozu, koja se zatim vraća u mišiće (Cori ciklus).

Proces pretvaranja tvari koje nisu ugljikohidrati u glukozu se naziva glukoneogeneza.

Biološki značaj glukoneogeneze je sljedeći:

Održavanje koncentracije glukoze na dovoljnom nivou kada postoji nedostatak ugljikohidrata u tijelu, na primjer, tokom gladovanja ili dijabetesa.

Formiranje glukoze iz mliječne kiseline, pirogrožđane kiseline, glicerola, glikogenih aminokiselina, većine srednjih metabolita Krebsovog ciklusa.

Glukoneogeneza se uglavnom javlja u jetri i bubrežnom korteksu. U mišićima se ovaj proces ne događa zbog nedostatka potrebnih enzima.

Ukupna reakcija glukoneogeneze:

2PVC + 4ATP + 2GTP + 2NADH + H + 4H2O

glukoza + 2NAD + 4ADP + 2GDP + 6H3PO4

Tako se u procesu glukoneogeneze troši do 6 makroergijskih spojeva i 2NADH + H za svaki molekul glukoze.

Konzumacija velikih količina alkohola inhibira glukoneogenezu, što može dovesti do smanjenja funkcije mozga. Brzina glukoneogeneze može se povećati u sljedećim uslovima:

Kada posti.

Poboljšana proteinska ishrana.

Nedostatak ugljenih hidrata u hrani.

dijabetes melitus.

Glukuronski put metabolizma glukoze.

Ovaj put je u kvantitativnom smislu beznačajan, ali veoma važan za funkciju neutralizacije: krajnji produkti metabolizma i strane supstance, koje se vezuju za aktivni oblik glukuronske kiseline (UDP-glukuronska kiselina) u obliku glukuronida, lako se izlučuju iz organizma. Sama glukuronska kiselina je neophodna komponenta glikozaminoglikana: hijaluronske kiseline, heparina itd. Kod ljudi, kao rezultat ovog puta razgradnje glukoze, nastaje UDP-glukuronska kiselina.