Kā šūnas iegūst enerģiju. Enerģijas pārveide šūnā Enerģijas avoti augu šūnā

V. N. Selujanovs, V. A. Rybakovs, M. P. Šestakovs

1. nodaļa. Ķermeņa sistēmu modeļi

1.1.3. Šūnu bioķīmija (enerģētika)

Procesi muskuļu kontrakcija, pārnešana nervu impulss, proteīnu sintēze u.c. nāk ar enerģijas izmaksām. Šūnās enerģija tiek izmantota tikai ATP formā. ATP esošās enerģijas izdalīšanās tiek veikta, pateicoties fermentam ATPāzei, kas atrodas visās šūnas vietās, kur nepieciešama enerģija. Atbrīvojoties enerģijai, veidojas ADP, P un N molekulas, galvenokārt CrP rezerves dēļ tiek veikta ATP sintēze. Kad KrP atdod savu enerģiju ATP atkārtotai sintēzei, veidojas Kr un F. Šīs molekulas izplatās visā citoplazmā un aktivizējas fermentatīvā aktivitāte Saistīts ar ATP sintēzi. Ir divi galvenie ATP veidošanās ceļi: anaerobs un aerobs (Aulik I.V., 1990; Khochachka P., Somero J., 1988 utt.).

Anaerobais ceļš vai anaerobā glikolīze kas saistītas ar fermentatīvām sistēmām, kas atrodas uz sarkoplazmatiskā retikuluma membrānas un sarkoplazmā. Kad blakus šiem fermentiem parādās Kr un F, tiek iedarbināta ķīmisku reakciju ķēde, kuras laikā glikogēns vai glikoze sadalās piruvātā, veidojot ATP molekulas. ATP molekulas nekavējoties atdod savu enerģiju CrP resintēzei, un ADP un P atkal tiek izmantoti glikolīzē, veidojot jaunu ATP molekulu. Piruvātam ir divas pārveidošanas iespējas:

1) Pārvēršas par acetilkoenzīmu A, tiek pakļauts oksidatīvai fosforilēšanai mitohondrijās, veidojot oglekļa dioksīds, ūdens un ATP molekulas. Šo vielmaiņas ceļu - glikogēnu-piruvātu-mitohondriju-oglekļa dioksīdu un ūdeni - sauc aerobā glikolīze.

2) Izmantojot enzīmu LDH M (laktāta dehidrogenāze muskuļu tips) piruvāts tiek pārveidots par laktātu. Šo vielmaiņas ceļu, glikogēna-piruvāta-laktātu, sauc anaerobā glikolīze un to pavada ūdeņraža jonu veidošanās un uzkrāšanās.

Aerobikas ceļš, vai oksidatīvā fosforilācija, ir saistīta ar mitohondriju sistēmu. Kad Kr un F parādās mitohondriju tuvumā, mitohondriju CPKāze tiek izmantota, lai atkārtoti sintezētu KrF, pateicoties mitohondrijās izveidotajam ATP. ADP un fosfors ieplūst atpakaļ mitohondrijā, veidojot jaunu ATP molekulu. ATP sintēzei ir divi vielmaiņas ceļi:

1) aerobā glikolīze;
2) lipīdu (tauku) oksidēšana.

Aerobi procesi ir saistīti ar ūdeņraža jonu uzsūkšanos, un lēnajās muskuļu šķiedrās (sirds un diafragmas MV) dominē enzīms LDH H (laktāta dehidrogenāze). sirds veids), kas intensīvāk pārvērš laktātu piruvātā. Tāpēc, strādājot lēni muskuļu šķiedras(MMW) tuvojas Ātrs labojums laktāta un ūdeņraža joni.

Laktāta un H palielināšanās MV izraisa tauku oksidācijas inhibīciju, un intensīva tauku oksidēšanās izraisa citrāta uzkrāšanos šūnā, un tas inhibē glikolītiskos enzīmus.

IN ķīmiskās reakcijas Kad saites veidojas starp vienkāršām molekulām, enerģija tiek patērēta, un, pārtraucot, enerģija tiek atbrīvota.

Fotosintēzes procesā zaļajos augos enerģija saules gaisma pārvēršas ķīmisko saišu enerģijā, kas rodas starp oglekļa dioksīda un ūdens molekulām. Izveidojas glikozes molekula: CO 2 + H 2 O + Q (enerģija) = C 6 H 12 O 6.

Glikoze ir galvenais enerģijas avots cilvēkiem un lielākajai daļai dzīvnieku.

Šīs enerģijas asimilācijas procesu sauc par "oksidatīvo fosforilāciju". Enerģija (Q), kas izdalās oksidācijas laikā, tiek nekavējoties izmantota adenozīna difosforskābes (ADP) fosforilēšanai:

ADP+P+Q (enerģija)=ATP

Izrādās, ka šūnas “universālā enerģijas valūta” ir adenozīntrifosforskābe (ATP). To var izmantot jebkurā laikā jebkuram noderīga ķermenim strādāt vai uzturēties siltumā.

ATP®ADP+P+Q (enerģija)

Glikozes oksidēšanās process notiek 2 posmos.

1. Anaerobā (bezskābekļa) oksidēšanās jeb glikolīze notiek uz gludā šūnas endoplazmatiskā tīkla. Rezultātā glikoze tiek saplēsta 2 daļās, un atbrīvotā enerģija ir pietiekama, lai sintezētu divas ATP molekulas.

2. Aerobā (skābekļa) oksidēšana. Divas glikozes daļas (2 pirovīnskābes molekulas) skābekļa klātbūtnē turpina virkni oksidatīvo reakciju. Šis posms notiek mitohondrijās un izraisa turpmāku molekulu sadalīšanos un enerģijas izdalīšanos.

Vienas glikozes molekulas oksidācijas otrā posma rezultāts ir 6 oglekļa dioksīda, 6 ūdens un enerģijas molekulu veidošanās, kas ir pietiekama 36 ATP molekulu sintēzei.

Otrajā posmā kā substrāti oksidēšanai var izmantot ne tikai molekulas, kas iegūtas no glikozes, bet arī molekulas, kas iegūtas lipīdu, olbaltumvielu, spirtu un citu energoietilpīgu savienojumu oksidēšanas rezultātā.

Aktīvā forma etiķskābe- A-CoA (acetilkoenzīms A vai acetilkoenzīms A) ir visu šo vielu oksidācijas starpprodukts (glikoze, aminoskābes, taukskābes un citi).

A-CoA ir ogļhidrātu, olbaltumvielu un lipīdu metabolisma krustpunkts.

Ar glikozes un citu enerģiju nesošu substrātu pārpalikumu organisms sāk tos nogulsnēt. Šajā gadījumā glikoze tiek oksidēta pa parasto ceļu līdz pienskābei un pirovīnskābei, pēc tam līdz A-CoA. Turklāt A-CoA kļūst par pamatu taukskābju un tauku molekulu sintēzei, kas nogulsnējas zemādas taukaudos. Gluži pretēji, ja trūkst glikozes, tā tiek sintezēta no olbaltumvielām un taukiem, izmantojot A-CoA (glikoneoģenēzi).

Ja nepieciešams, var papildināt neaizvietojamo aminoskābju rezerves noteiktu proteīnu uzbūvei.

Iepazīstoties ar cilvēces fundamentālajiem darbiem, bieži pieķer sevi pie domas, ka, attīstoties zinātnei, jautājumu ir vairāk nekā atbilžu. Astoņdesmitajos un deviņdesmitajos gados molekulārā bioloģija un ģenētika paplašināja mūsu izpratni par šūnām un šūnu mijiedarbību. Tika iedalīta vesela klase šūnu faktori, kas regulē starpšūnu mijiedarbību. Tā ir svarīgs izprast daudzšūnu cilvēka ķermeņa un jo īpaši šūnu darbību imūnsistēma. Taču katru gadu biologi atklāj arvien vairāk šādu starpšūnu faktoru, un kļūst arvien grūtāk atjaunot priekšstatu par pilnīgu organismu. Tādējādi rodas vairāk jautājumu nekā atbilžu.

Cilvēka ķermeņa neizsmeļamība un ierobežotas iespējas tās pētījumi liek secināt par nepieciešamību pēc tūlītējām un turpmākām pētniecības prioritātēm. Šāda prioritāte mūsdienās ir dzīva cilvēka ķermeņa šūnu enerģija. Nepietiekamas zināšanas par enerģijas ražošanu un šūnu enerģijas metabolismu organismā kļūst par šķērsli nopietniem zinātniskiem pētījumiem.

Šūna ir ķermeņa pamatstruktūrvienība: visi orgāni un audi sastāv no šūnām. Ir grūti sagaidīt zāļu vai nemedikamentozo metožu panākumus, ja tās tiek izstrādātas bez pietiekamām zināšanām par šūnu enerģētiku un starpšūnu enerģētisko mijiedarbību. Ir daudz piemēru, kad plaši lietotie un ieteicamie produkti ir kaitīgi veselībai.

Veselības aprūpē dominējošā pieeja ir vielu pieeja. Viela ir viela. Dziedināšanas loģika ir ārkārtīgi vienkārša: nodrošināt organismu ar nepieciešamajām vielām (ūdeni, pārtiku, vitamīniem, mikroelementiem un, ja nepieciešams, arī medikamentiem) un izvadīt no organisma vielmaiņas produktus (ekskrementus, liekos taukus, sāļus, toksīnus u.c.). ). Farmācijas ekspansija turpina triumfēt. Jaunās cilvēku paaudzes daudzās valstīs kļūst par brīvprātīgiem liela mēroga eksperimenta dalībniekiem. Zāļu industrija prasa jaunus pacientus. Tomēr, veseliem cilvēkiem kļūst mazāks un mazāks.

Populārās uzziņu grāmatas veidotājs zāles viņi reiz jautāja, cik daudz medikamentu viņam personīgi bija jāizmēģina. Neviena – bija atbilde. Acīmredzot šis gudrs cilvēks bija izcilas zināšanas šūnu bioķīmijā un prata šīs zināšanas lietderīgi pielietot dzīvē.

Iedomājieties miniatūru dzīvas vielas gabalu elipsoīda, diska, bumbiņas formā, kura diametrs ir aptuveni 8-15 mikroni (µm), kas vienlaikus ir sarežģīta pašregulējoša sistēma. Regulāri dzīvā šūna sauc par diferencētu, it kā uzsverot, ka daudzi tā sastāvā iekļautie elementi ir skaidri nošķirti viens pret otru. Jēdziens “nediferencēta šūna”, kā likums, attiecas uz modificētu šūnu, piemēram, vēža šūnu. Diferencētās šūnas atšķiras ne tikai pēc struktūras un iekšējās vielmaiņas, bet arī pēc specializācijas, piemēram, nieru, aknu un sirds šūnas.

IN vispārējs gadījumsšūna sastāv no trim sastāvdaļām: šūnas membrānas, citoplazmas, kodola. Šūnu membrānas sastāvs, kā likums, ietver trīs vai četru slāņu membrānu un ārējā čaula. Divi membrānas slāņi sastāv no lipīdiem (taukiem), kuru galvenā daļa ir nepiesātinātie tauki- fosfolipīdi. Šūnu membrānai ir ļoti sarežģīta struktūra un dažādas funkcijas. Potenciālu starpība abās membrānas pusēs var būt vairāki simti milivoltu. Membrānas ārējā virsma satur negatīvu elektrisko lādiņu.

Parasti šūnai ir viens kodols. Lai gan ir šūnas, kurām ir divi vai vairāki kodoli. Kodola funkcija ir saglabāt un pārraidīt iedzimtu informāciju, piemēram, šūnu dalīšanās laikā, kā arī kontrolēt visus fizioloģiskos procesus šūnā. Kodols satur DNS molekulas, kas satur šūnas ģenētisko kodu. Kodols ir ietverts divslāņu membrānā.

Citoplazma veido lielāko daļu šūnas un ir šūnu šķidrums ar tajā esošajām organellām un ieslēgumiem. Organelli ir pastāvīgas citoplazmas sastāvdaļas, kas veic īpašas svarīgas funkcijas. No tiem mūs visvairāk interesē mitohondriji, kurus dažreiz sauc par šūnas spēkstacijām. Katrā mitohondrijā ir divas membrānu sistēmas: ārējā un iekšējā. Ārējā membrāna ir gluda, tajā vienādās daļās ir lipīdi un olbaltumvielas. Iekšējā membrāna pieder visvairāk sarežģīti veidi cilvēka ķermeņa membrānu sistēmas. Tam ir daudz kroku, ko sauc par izciļņiem (cristae), kuru dēļ membrānas virsma ievērojami palielinās. Jūs varat iedomāties šo membrānu daudzu sēņu formas izaugumu veidā, kas vērsti uz mitohondriju iekšējo telpu. Uz vienu mitohondriju ir 10 līdz 4-10 līdz 5 šādi izaugumi.

Turklāt iekšējā mitohondriju membrānā atrodas vēl 50–60 fermenti, kopējais skaits molekulas dažādi veidi sasniedz 80. Tas viss nepieciešams ķīmiskai oksidēšanai un enerģijas metabolisms. Starp šīs membrānas fizikālajām īpašībām ir vērts atzīmēt augstās elektriskā pretestība, kas raksturīgs tā sauktajām pārošanās membrānām, kas spēj uzkrāt enerģiju kā labs kondensators. Potenciālu atšķirība abās iekšējās mitohondriju membrānas pusēs ir aptuveni 200-250 mV.

Varat iedomāties, cik sarežģīta ir šūna, ja, piemēram, aknu šūnā, hepatocītā, ir aptuveni 2000 mitohondriju. Bet šūnā ir daudz citu organellu, simtiem fermentu, hormonu un citu sarežģītu vielu. Katrai organellei ir savs vielu kopums, un tajā tiek veikti noteikti fizikāli, ķīmiski un bioķīmiski procesi. Vielas citoplazmas telpā ir tādā pašā dinamiskā stāvoklī, ka tās nepārtraukti apmainās ar organellām un ar šūnas ārējo vidi caur tās membrānu.

Atvainojos lasītājam - nespeciālistam - par tehniskajām detaļām, bet šīs idejas par šūnu ir noderīgi zināt ikvienam, kurš vēlas būt vesels. Mums ir jāapbrīno šis dabas brīnums un tajā pašā laikā jārēķinās vājās puses kad mēs veicam ārstēšanu. Esmu novērojis gadījumus, kad parastais analgins jaunam, veselam cilvēkam izraisīja audu pietūkumu. Tas ir pārsteidzoši, cik viegli daži cilvēki bez domāšanas norij tabletes!

Sarežģītības jēdzieni šūnu funkcionēšana nebūs pilnīga, ja nerunāsim par šūnu enerģiju. Enerģija šūnā tiek tērēta dažādu darbu veikšanai: mehāniskai - šķidruma kustībai, organellu kustībai; ķīmiskā - kompleksa sintēze organiskās vielas; elektriskā - radot elektrisko potenciālu atšķirību uz plazmas membrānām; osmotisks - vielu transportēšana šūnā un atpakaļ. Neizvirzot sev uzdevumu uzskaitīt visus procesus, mēs aprobežosimies ar labi zināmo apgalvojumu: bez pietiekamas enerģijas piegādes šūnas pilnvērtīgu darbību nav iespējams sasniegt.

Kur šūna iegūst tai nepieciešamo enerģiju? Saskaņā ar zinātniskajām teorijām ķīmiskā enerģija barības vielas(ogļhidrāti, tauki, olbaltumvielas) pārvēršas adenozīna trifosfāta (ATP) makroerģisko (satur daudz enerģijas) saišu enerģijā. Šos procesus šūnu mitohondrijās galvenokārt veic trikarbonskābes ciklā (Krebsa ciklā) un oksidatīvā fosforilācijā. ATP uzkrātā enerģija tiek viegli atbrīvota, kad tiek pārtrauktas augstas enerģijas saites, kā rezultātā organismā tiek patērēts enerģijas daudzums.

Taču šīs idejas neļauj sniegt objektīvu vērtējumu par kvantitatīvo un kvalitātes īpašības enerģijas piegāde un enerģijas apmaiņa audos, kā arī šūnu enerģijas stāvoklis un starpšūnu mijiedarbība. Jums vajadzētu pievērst uzmanību svarīgākais jautājums(G.N. Petrakovičs), uz ko tradicionālā teorija nevar atbildēt: kādu faktoru dēļ tiek veikta starpšūnu mijiedarbība? Galu galā ATP veidojas un tiek patērēts, atbrīvojot enerģiju, mitohondriju iekšpusē.

Tikmēr ir pietiekami daudz iemeslu šaubīties par orgānu, audu un šūnu energoapgādes labklājību. Var pat tieši teikt, ka cilvēks šajā ziņā ir ļoti nepilnīgs. Par to liecina nogurums, ko daudzi piedzīvo ik dienas un kas cilvēku sāk kaitināt jau no bērnības.

Aprēķini liecina, ka, ja enerģija cilvēka organismā tiktu ražota norādītajos procesos (Krebsa cikls un oksidatīvā fosforilēšanās), tad pie zemas slodzes enerģijas deficīts būtu 30-50%, bet pie lielas slodzes - vairāk nekā 90%. To apstiprina amerikāņu zinātnieku pētījumi, kas nonāca pie secinājuma, ka mitohondriji nepietiekami funkcionē, ​​lai nodrošinātu cilvēku ar enerģiju.

Jautājumi par šūnu un audu enerģētiku varētu būt ilgi palikuši ceļa malā, pa kuru lēnām virzās teorētiskā un praktiskā medicīna, ja nebūtu notikuši divi notikumi. Mēs runājam par jaunās elpošanas hipotēzi un endogēnās elpošanas atklāšanu.

Ir pagājis vairāk nekā miljards gadu no vienšūnu organismu parādīšanās līdz šūnas kodola “izgudrojumam” un vairāku citu inovāciju dzimšanai. Tikai tad ceļš pavērās pirmajiem daudzšūnu radījumiem, kas radīja trīs dzīvnieku, augu un sēņu valstības. Eiropas zinātnieki ir izvirzījuši jaunu skaidrojumu šai transformācijai, kas ir pretrunā ar iepriekš pastāvošām idejām.

Ir vispārpieņemts, ka vispirms no prokariotiem dzima progresīvākas kodolšūnas, balstoties uz veciem enerģijas mehānismiem, un tikai vēlāk jaunie vervētie ieguva mitohondrijus. Pēdējie tika piešķirti svarīga loma turpmākajā eikariotu evolūcijā, bet ne stūrakmens loma, kas ir tās pamatā.

"Mēs esam parādījuši, ka pirmā iespēja nedarbosies. Lai šūna attīstītu sarežģītību, tai ir nepieciešami mitohondriji, ”skaidro Martins. "Mūsu hipotēze atspēko tradicionālais punkts uzskata, ka pārejai uz eikariotu šūnām bija nepieciešamas tikai atbilstošas ​​mutācijas, ”atbalso Lane.

Viņi attīstījās kopā, savukārt endosimbionts pamazām pilnveidoja vienu prasmi - ATP sintēzi. Iekšējā šūna samazinājies izmērs un pārnesis dažus no saviem mazākajiem gēniem uz kodolu. Tātad mitohondriji saglabāja tikai to sākotnējās DNS daļu, kas viņiem bija nepieciešama, lai darbotos kā "dzīva spēkstacija".

Mitohondriji šūnas iekšpusē (fluorescē zaļā krāsā). Ielaidums: Mārtiņš (pa kreisi) un Lane. Sīkāka informācija par jauno pētījumu ir atrodama Nature rakstā un UCL paziņojumā presei (Douglas Kline fotoattēli, molevol.de, nick-lane.net).

Mitohondriju izskatu enerģijas ziņā var salīdzināt ar raķetes izgudrošanu pēc ratiem, jo ​​kodolšūnām ir vidēji tūkstoš reižu lielāka tilpuma nekā šūnām bez kodola.

Šķiet, ka pēdējie var palielināties arī pēc ierīces izmēra un sarežģītības (ir izolēti spilgti piemēri). Taču šajā ceļā sīkiem radījumiem nākas saskarties ar kļūdu: augot ģeometriski, virsmas laukuma attiecība pret tilpumu strauji samazinās.

Tikmēr vienkāršas šūnas radīt enerģiju, izmantojot membrānu, kas tos pārklāj. Tātad lielai prokariotu šūnai var būt daudz vietas jauniem gēniem, taču tai vienkārši nav pietiekami daudz enerģijas, lai sintezētu olbaltumvielas saskaņā ar šīm "instrukcijām".

Vienkārša ārējās membrānas kroku palielināšana situācijai īsti nepalīdz (lai gan šādas šūnas ir zināmas). Izmantojot šo jaudas palielināšanas metodi, palielinās arī kļūdu skaits energosistēmas darbībā. Nevēlamas molekulas uzkrājas šūnā un var to iznīcināt.

Mitohondriju skaits (parādīts sarkanā krāsā) vienā šūnā svārstās no vienas kopijas (galvenokārt vienšūnu eikariotos) līdz diviem tūkstošiem (piemēram, cilvēka aknu šūnās) (Odra Noel ilustrācija).

Mitohondriji ir izcils dabas izgudrojums. Palielinot to skaitu, ir iespējams palielināt šūnas enerģētiskās iespējas, to neaudzējot. ārējā virsma. Turklāt katrā mitohondrijā ir arī iebūvēti kontroles un labošanas mehānismi.

Un vēl viens inovācijas pluss: mitohondriju DNS ir maza un ļoti ekonomiska. Tā kopēšana neprasa daudz resursu. Bet baktērijas, lai palielinātu savas enerģijas spējas, var radīt tikai daudzas sava genoma kopijas. Bet šāda attīstība ātri noved pie enerģijas strupceļa.

Enerģijas salīdzinājums dažādas šūnas un to diagrammas. a) - vidējais prokariots ( Escherichia), b) – ļoti liels prokariots ( Tiomargarita) un c) vidējais eikariots ( Eiglēna).
Diagrammas parāda (no augšas uz leju): jauda (vati) uz gramu šūnas (d), jauda (femtovati) uz gēnu (e) un jauda (pivatos) uz haploīda genomu (f) (ilustrācijas autors Niks Leins, Viljams Mārtiņš/Daba) .

Darba autori uzskatīja, ka vidēji eikariotu šūna teorētiski varētu pārnēsāt 200 tūkstošus reižu vairāk gēnu nekā vidējā baktērija. Eikariotus var uzskatīt par bibliotēku ar daudziem plauktiem – piepildiet to ar grāmatām pēc sirds patikas. Nu, paplašinātāks genoms ir pamats turpmākai šūnas struktūras un tās metabolisma uzlabošanai, jaunu regulējošo ķēžu rašanās.

Kopējie katabolisma ceļi

http://biokhimija.ru/obshhwie-puti-katabolizma/razobshhiteli-ingibitory.html

Kas ir vielmaiņa?

Vielmaiņa ir ļoti koordinēta un mērķtiecīga šūnu darbība, ko nodrošina daudzu savstarpēji saistītu enzīmu sistēmu līdzdalība un ietver divus neatdalāmus procesus. anabolisms Un katabolisms.

Tas veic trīs specializētas funkcijas:

1. Enerģija– apgādā šūnu ar ķīmisko enerģiju,

2. Plastmasa- makromolekulu kā celtniecības bloku sintēze,

3. Konkrēts– specifisku šūnu funkciju veikšanai nepieciešamo biomolekulu sintēze un sadalīšana.

Anabolisms

Anabolisms ir olbaltumvielu, polisaharīdu, lipīdu, nukleīnskābju un citu makromolekulu biosintēze no mazām prekursoru molekulām. Tā kā to papildina sarežģītāka struktūra, tas prasa enerģijas patēriņu. Šādas enerģijas avots ir ATP enerģija.

NADP-NADPH cikls

Tāpat dažu vielu (taukskābju, holesterīna) biosintēzei nepieciešami ar enerģiju bagāti ūdeņraža atomi – to avots ir NADPH. NADPH molekulas veidojas glikozes-6-fosfāta oksidācijas reakcijās pentozes ceļā un oksaloacetātā ar ābolu enzīmu. Anaboliskās reakcijās NADPH pārnes savus ūdeņraža atomus uz sintētiskām reakcijām un tiek oksidēts līdz NADP. Tā tas veidojas NADP-NADPH- cikls.

Katabolisms

Katabolisms ir sarežģītu organisko molekulu sadalīšanās un oksidēšanās vienkāršākos gala produkti. To pavada enerģijas izdalīšanās, kas atrodas vielu sarežģītajā struktūrā. Lielākā daļa atbrīvotās enerģijas tiek izkliedēta siltuma veidā. Mazāka daļašo enerģiju “pārtver” oksidatīvo reakciju koenzīmi VIRS Un FAD, daļa tiek nekavējoties izmantota ATP sintēzei.

Jāņem vērā, ka vielu oksidācijas reakcijās izdalītos ūdeņraža atomus šūna var izmantot tikai divos virzienos:

· ieslēgts anabolisks reakcijas sastāvā NADPH.

· ieslēgts ATP veidošanās mitohondrijās oksidācijas laikā NADH Un FADN 2.

Visu katabolismu parasti iedala trīs posmos:

Notiek iekšā zarnas(pārtikas sagremošana) vai lizosomās, sadalot nevajadzīgas molekulas. Šajā gadījumā tiek atbrīvots apmēram 1% no molekulā esošās enerģijas. Tas tiek izkliedēts kā siltums.

Vielas, kas veidojas intracelulārās hidrolīzes laikā vai iekļūst šūnā no asinīm, parasti tiek pārveidotas otrajā posmā pirovīnskābe, acetilgrupa (kā daļa no acetil-S-CoA) un dažas citas mazas organiskas molekulas. Otrā posma lokalizācija - citozols Un mitohondriji.

Daļa enerģijas tiek izkliedēta siltuma veidā un tiek absorbēti aptuveni 13% no vielas enerģijas, t.i. tiek uzglabāts augstas enerģijas ATP saišu veidā.

Vispārējo un specifisko katabolisko ceļu shēma

Visas reakcijas šajā posmā iet uz mitohondriji. Acetil-SCoA ir iekļauts trikarbonskābes cikla reakcijās un tiek oksidēts līdz oglekļa dioksīdam. Atbrīvotie ūdeņraža atomi apvienojas ar NAD un FAD un tos samazina. Pēc tam NADH un FADH 2 pārnes ūdeņradi uz ķēdi elpošanas enzīmi, atrodas uz mitohondriju iekšējās membrānas. Šeit procesa rezultātā, ko sauc par " oksidatīvā fosforilēšana“Ūdens veidojas un galvenais produkts bioloģiskā oksidācija - ATP.

Daļa šajā posmā atbrīvotās molekulas enerģijas tiek izkliedēta siltuma veidā un tiek absorbēti aptuveni 46% no sākotnējās vielas enerģijas, t.i. glabājas ATP un GTP saitēs.

ATP loma

Reakcijās izdalītā enerģija katabolisms, tiek saglabāts savienojumu veidā, ko sauc makroerģisks. Pamata un universālā molekula, kas uzglabā enerģiju un atbrīvo to, kad nepieciešams ATP.

Visas ATP molekulas šūnā nepārtraukti piedalās kaut kādās reakcijās, tiek pastāvīgi sadalītas ADP un atkal atjaunotas.

Ir trīs galvenie veidi izmantot ATP

vielu biosintēze,

vielu transportēšana caur membrānām,

· šūnu formas un kustības maiņa.

Šie procesi kopā ar procesu izglītība ATP tika nosaukts ATP cikls:

ATP apgrozījums šūnu dzīvē

No kurienes šūnā nāk ATP?

Veidi, kā iegūt enerģiju šūnā

Šūnā ir četri galvenie procesi, kas nodrošina enerģijas izdalīšanos no ķīmiskajām saitēm vielu oksidēšanas un uzglabāšanas laikā:

1. Glikolīze (bioloģiskās oksidācijas 2. stadija) – glikozes molekulas oksidēšanās līdz divām pirovīnskābes molekulām, kā rezultātā veidojas 2 molekulas. ATP Un NADH. Turklāt pirovīnskābe aerobos apstākļos tiek pārveidota par acetil-SCoA un anaerobos apstākļos par pienskābi.

2. Taukskābju β-oksidācija (bioloģiskās oksidācijas 2. stadija) – taukskābju oksidēšanās līdz acetil-SCoA, šeit veidojas molekulas NADH Un FADN 2. ATP molekulas tīrā formā"neparādās.

3. Trikarbonskābes cikls (TCA cikls, bioloģiskās oksidācijas 3. stadija) – acetilgrupas (kā daļa no acetil-SCoA) vai citu keto skābju oksidēšanās līdz oglekļa dioksīdam. Reakcijas pilns cikls kopā ar 1 molekulas veidošanos GTF(ekvivalents vienam ATP), 3 molekulas NADH un 1 molekula FADN 2.

4. Oksidatīvā fosforilēšana (bioloģiskās oksidācijas 3. stadija) – tiek oksidēti glikozes, aminoskābju un taukskābju katabolisma reakcijās iegūtie NADH un FADH 2. Tajā pašā laikā fermenti elpošanas ķēde uz iekšējās membrānas mitohondriju nodrošina veidošanos lielāksšūnas daļas ATP.

Divi veidi, kā sintezēt ATP

Galvenais veids, kā iegūt ATP šūnā, ir oksidatīvā fosforilēšana, kas notiek mitohondriju iekšējās membrānas struktūrās. Šajā gadījumā glikolīzē, TCA ciklā un taukskābju oksidēšanā izveidoto NADH un FADH 2 molekulu ūdeņraža atomu enerģija tiek pārvērsta ATP saišu enerģijā.

Tomēr ir arī cits veids, kā fosforilēt ADP par ATP - substrāta fosforilēšana. Šī metode ir saistīta ar jebkuras vielas (substrāta) augstas enerģijas fosfāta vai augstas enerģijas saites enerģijas pārnešanu uz ADP. Šīs vielas ietver glikolītiskus metabolītus ( 1,3-difosfoglicerīnskābe, fosfoenolpiruvāts), trikarbonskābes cikls ( sukcinil-SCoA) Un kreatīna fosfāts. To makroerģiskās saites hidrolīzes enerģija ATP ir lielāka par 7,3 kcal/mol, un šo vielu loma ir samazināta līdz šīs enerģijas izmantošanai, lai ADP molekulu fosforilētu līdz ATP.