Головна

II. Потреба живих систем в енергії

  1.  A) збігається решеточная система б) Взаємно протилежна решеточная
  2.  I-е покоління систем рухомого зв'язку - аналогові системи
  3.  I. визначник ТА СИСТЕМИ
  4.  I. Система граматичних часів в пасивному стані
  5.  I. Створення радянської судової системи
  6.  II-е покоління систем рухомого зв'язку - цифрові системи
  7.  II. Діаграми СТАНУ ПОДВІЙНИХ СИСТЕМ.

енергія - Здатність будь-якої системи виробляти роботу.

З точки зору термодинаміки все системи на Землі є відкритими і для підтримки життя (тобто, сукупності процесів, що відбуваються всередині цих систем) потребують енергії.

Вся енергія, яка використовується для цієї мети - це енергія Сонця. Світло від Сонця вловлюється зеленими рослинами в процесі фотосинтезу і запасається у вигляді енергії хімічних зв'язків в синтезованих вуглеводах. Тварини, поїдаючи рослини, отримують речовини, окислення яких у процесах гліколізу і дихання є основним джерелом E, що підтримує життя тварин.

Таким чином, рослини використовують як єдине джерело E енергію Сонця і найпростіші речовини - CO2 і H2O і належать до автотрофним організмам. До автотрофам належать також і деякі бактерії-хемосинтетики, що використовують енергію окислювально-відновних процесів в неживій природі.

Більшість високоорганізованих організмів не здатні безпосередньо використовувати енергію Сонця і речовини неживої природи. Для свого існування вони повинні отримувати їх з їжею, готовими, у вигляді складних сполук вуглецю. Їх відносять до гетеротрофних організмам. У процесі життєдіяльності вони використовують енергію, що виділяється при окисленні ряду відновлених вуглецевих сполук. Тому більшість клітин є аеробами, споживаючи кисень з атмосфери, тобто дихають і таким чином основну енергію отримують в результаті клітинного дихання.

На відміну від цих клітин існують інші - анаероби, нездатні до дихання. Вони отримують енергію за рахунок розпаду глюкози в серії реакцій під загальною назвою гліколіз.

У процесах гліколізу і дихання утворюється АТФ, яка є переносником E в ті ділянки клітини, де виникає в ній потребу.

Організми, що не споживають кисню і живуть за рахунок гліколізу досить примітивні. Еволюційно вони, мабуть, виникли раніше аеробів. Існує також ряд організмів, що відносяться до факультативних анаеробів. Вони в анаеробних умовах живуть за рахунок гліколізу, а, потрапляючи в аеробні, починають споживати кисень. При цьому продукт, одержуваний в результаті гліколізу, потім окислюється киснем.

гліколіз

Процес гліколізу добре вивчений і його можна звести до наступного сумарному рівнянню:

Процес гліколізу супроводжується накопиченням енергії в кількості приблизно 136,5 кДж / моль (32,8% від усієї E, яка може виділитися при повному окисленні глюкози). У гликолизе беруть участь близько 11 ферментів і він здійснюється в анаеробних умовах поруч тварин і рослинних клітин.

У деяких мікроорганізмів (гриби і бактерії) відбуваються процеси, в результаті яких утворюються: спирт, пропіонова і масляна кислоти, ацетон та інші продукти:

В результаті гліколізу в клітинах може запасатися близько 20% всієї вільної енергії клітини.

У невеликому обсязі у тваринних організмів в м'язах можливий анаеробний процес розпаду глікогену - глікогеноліз, Зводиться до наступного валовому рівняння:

У клітинах з активним диханням (клітинах-аероби) утворюється молочна кислота або ПВК при дихотомічному розпаді окислюються киснем.

У чистому ж аеробному процесі окислення глюкози відбувається до CO2 і H2O. При цьому виділяється величезна кількість енергії - 2980 кДж / моль, а процес схематично описується рівнянням:

III. Мітохондрії - основні виробники енергії в клітинах

Клітинне дихання здійснюється спеціальними субклітинному структурами, відкритими в кінці XIX століття. Вони мали вигляд маленьких гранул, розташованих в цитоплазмі, і були названі «Мітохондріями» («Митос» - Нитка, «Хондріос» - Гранула).

Реальна можливість ознайомлення з функціями мітохондрій з'явилася тільки після 1948 року, коли були розроблені методи виділення інтактних мітохондрій. При цьому більшість біохімічних досліджень проводилися на мітохондріях, виділених з клітин печінки.

Число мітохондрій в різних клітинах сильно варіює від однієї (в клітинах дріжджів і хлорели до 3000 - в клітинах печінки вищих тварин і людини). Час життя мітохондрій менше, ніж самої клітини і становить для гепатоцитів від 10 до 20 днів.

Мал. . Будова мітохондрії:

1 - Зовнішня мембрана; 2 - Внутрішня мембрана; 3 - Крісті; 4 - матрикс

мітохондрії - Витягнуті, схожі на бактерії циліндри діаметром 0,5-1 мкм і довжиною 1-5 мкм. Це незвичайно рухливі і пластичні органели, які постійно змінюють свою форму, зливаються один з одним, а потім розділяються.

Зовнішня мембрана мітохондрії гладка, двошаровий, товщиною 70-80 ?. В даний час прийнято вважати, що зовнішня мембрана мітохондрій не володіє осмотичним властивостями і є проникною для низькомолекулярних речовин біологічного походження. Багато високомолекулярні речовини не проходять через зовнішню мембрану мітохондрій і верхня межа розмірів її пір поки точно не встановлено (орієнтовно 10 тис. Так).

Внутрішня ж мембрана мітохондрій, на відміну від зовнішньої, чи не гладка, а зібрана в складки - Крісті. Вона обмежує внутрішній простір мітохондрій, зайняте матриксом - Концентрованим білково-ліпідним розчином, що містить до 50% білків.

Простір між зовнішньою і внутрішньою мембранами мітохондрії називається межмембранное простором.

Площа внутрішньої мембрани мітохондрій може різко змінюватися. Структура крист і обсяг матриксу істотно залежать від функціонального стану мітохондрій (зокрема, вони різко змінюються при зміні осмотичного складу мітохондрій). Внутрішня мембрана мітохондрій має яскраво вираженою вибірковістю молекулярного і іонного транспорту через неї. Вона проникна для води, деяких нейтральних низькомолекулярних сполук (гліцерину і сечовини), але непроникна для катіонів Na+, K+, Mg2+, Аніонів Cl-, NO3-, H2PO4-, Для багатьох амінокислот і цукрів, для НАД, НАДФ, ФАД і їх відновлених форм, КоА, АМФ, АДФ і інших нуклеотидів.

Частина перерахованих метаболітів переноситься в матрикс мітохондрій за допомогою спеціальних ферментів - пермеаз. Таким способом в мітохондрії проникають молекули АДФ, причому тільки за умови виходу з матриксу відповідної кількості молекул АТФ (так звана обмінна дифузія).

Дигідрофосфат-аніони H2PO4- переносяться в матрикс тільки в обмін на аніони OH-. У внутрішній мембрані існують також переносники для деяких ді-і трикарбонових кислот циклу Кребса.

Молекулярний кисень доступний ферменту цитохромоксидази, що знаходиться у внутрішній мембрані, ймовірно, завдяки його значній розчинності в гідрофобною фазі матриксу. З цим же, мабуть, пов'язана дифузія CO2 з матриксу.

З'ясовано також механізм транспорту ВШК в матрикс. У ньому бере участь карнітин (вітамін BТ). Він був виявлений в живих тканинах давно, проте його біологічна роль була з'ясована лише в 70-х рр. XX століття. Встановлено, що при перенесенні ВШК карнітин під дією ферментів, розташованих на внутрішніх сторонах мембран мітохондрій, взаємодіє з ацил-КоА вищих жирних кислот з утворенням похідних ВШК-карнітин, які здатні проникати через внутрішню мембрану мітохондрій в матрикс:

У матриксі відбувається окислення ВЖК за механізмом b-окислення. Дані реакції служать постачальниками відновлювальних еквівалентів, здатних далі окислюватися до CO2 і H2O. Припускають, що приблизно 50% енергії, що поставляється окисними процесами, що протікають в клітинах печінки, нирок, серцевої і скелетної мускулатури, забезпечується за рахунок окислення ВЖК.

Усередині матриксу і на внутрішній мембрані мітохондрій також відбувається подальше окислення ПВК, деяких амінокислот і ряду метаболітів циклу Кребса. Дані процеси протікають багатостадійну за участю великої кількості ферментів. Важливою особливістю хімічних реакцій в мітохондріях є сувора їх послідовність. Всі процеси здійснюються складними мембранними системами з певним розташуванням на них ферментів, які організовують і контролюють процеси перетворення речовин і енергії (векторна хімія).

Реакції, що протікають в мітохондріях, можна розділити на 3 частини:

1) Реакції, які постачають водень в дихальний ланцюг.

2) Реакції, що окислюють водень в дихальної ланцюга киснем повітря.

3) Реакції, що дозволяють використовувати енергію окислення водню для синтезу АТФ з АДФ і неорганічного фосфату, тобто реакції окисного фосфорилювання.



 I. Поняття про біологічному окисленні. Сутність окислювально-відновних реакцій в організмі |  IV. Реакції, які постачають водень в дихальний ланцюг

 Обмін пропіоніл-КоА |  VI.2.1. синтез ВШК |  VI.2.2. біосинтез тригліцеридів |  VII.2. розпад стеролов |  VII.3. Синтез стеролов і стеридів |  VIII.1. Шляхи розпаду гліцерофосфоліпідів |  VIII.2. обмін холіну |  VIII.3. біосинтез фосфатидів |  Водний і мінеральний обмін |  II.6. Обмін мінеральних речовин |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати