Enerji mübadiləsi- bu, ATP molekullarının yüksək enerjili bağlarında saxlanılan və sonra hüceyrə həyatı prosesində, o cümlədən biosintez üçün istifadə olunan enerjinin sərbəst buraxılması ilə baş verən mürəkkəb üzvi birləşmələrin mərhələli parçalanmasıdır; yəni. plastik mübadiləsi.
Aerob orqanizmlərdə var:
Enerji mübadiləsinin hazırlıq mərhələsində qida ilə təmin edilən üzvi birləşmələrin daha sadə olanlara, adətən monomerlərə parçalanması baş verir. Beləliklə, karbohidratlar şəkərlərə, o cümlədən qlükozaya parçalanır; zülallar - amin turşularına; yağlar - qliserin və yağ turşularına.
Enerji sərbəst buraxılsa da, ATP-də saxlanmır və buna görə də sonradan istifadə edilə bilməz. Enerji istilik kimi yayılır.
Çoxhüceyrəli mürəkkəb heyvanlarda polimerlərin parçalanması burada bezlər tərəfindən ifraz olunan fermentlərin təsiri altında həzm sistemində baş verir. Sonra yaranan monomerlər qana əsasən bağırsaqlar vasitəsilə sorulur. Qan bütün hüceyrələrdə qida maddələrini daşıyır.
Lakin həzm sistemində bütün maddələr monomerlərə parçalanmır. Bir çoxunun parçalanması birbaşa hüceyrələrdə, onların lizosomlarında baş verir. Təkhüceyrəli orqanizmlərdə udulmuş maddələr həzm vakuollarına daxil olur və burada həzm olunur.
Alınan monomerlər həm enerji, həm də plastik mübadiləsi üçün istifadə edilə bilər. Birinci halda, onlar parçalanır, ikincidə, hüceyrələrin komponentləri onlardan sintez olunur.
Oksigensiz mərhələ hüceyrələrin sitoplazmasında baş verir və aerob orqanizmlərdə yalnız qlikoliz - qlükozanın fermentativ çoxmərhələli oksidləşməsi və onun piruvik turşuya parçalanması, buna da piruvat deyilir.
Qlükoza molekulunda altı karbon atomu var. Qlikoliz zamanı o, üç karbon atomu olan iki piruvat molekuluna parçalanır. Bu vəziyyətdə hidrogen atomlarının bir hissəsi parçalanır, onlar NAD koenziminə köçürülür və bu da öz növbəsində oksigen mərhələsində iştirak edəcəkdir.
Qlikoliz zamanı ayrılan enerjinin bir hissəsi ATP molekullarında saxlanılır. Bir qlükoza molekulu üçün yalnız iki ATP molekulu sintez olunur.
Piruvatda qalan, NAD-da, aeroblarda saxlanılan enerji enerji mübadiləsinin növbəti mərhələsində daha da çıxarılacaq.
Anaerob şəraitdə, hüceyrə tənəffüsünün oksigen mərhələsi olmadıqda, piruvat laktik turşuya "zərərsizləşdirilir" və ya fermentasiyaya məruz qalır. Bu vəziyyətdə enerji yığılmır. Beləliklə, burada faydalı enerji çıxışı yalnız səmərəsiz qlikolizlə təmin edilir.
Oksigen mərhələsi mitoxondriyada baş verir. Onun iki alt mərhələsi var: Krebs dövrü və oksidləşdirici fosforlaşma. Hüceyrələrə daxil olan oksigen yalnız ikincidə istifadə olunur. Krebs dövrü karbon qazı istehsal edir və buraxır.
Krebs dövrü mitoxondrial matrisdə baş verir və bir çox fermentlər tərəfindən həyata keçirilir. Ona daxil olan piruvik turşu molekulunun özü (yaxud yağ turşusu, amin turşusu) deyil, keçmiş piruvatın iki karbon atomunu ehtiva edən A koenziminin köməyi ilə ondan ayrılan asetil qrupudur. Çox mərhələli Krebs dövrü zamanı asetil qrupu iki CO 2 molekuluna və hidrogen atomuna bölünür. Hidrogen NAD və FAD ilə birləşir. ÜDM molekulunun sintezi də baş verir və ATP sintezinə səbəb olur.
İki piruvat əmələ gələn bir qlükoza molekulu üçün iki Krebs dövrü var. Beləliklə, iki ATP molekulu əmələ gəlir. Enerji mübadiləsi burada başa çatsa, qlükoza molekulunun ümumi parçalanması 4 ATP molekulu (qlikolizdən iki) əmələ gətirəcəkdir.
Oksidləşdirici fosforlaşma cristae - mitoxondriyanın daxili membranının çıxıntılarında baş verir. ATP sintetaza fermenti ilə bitən tənəffüs zəncirini meydana gətirən fermentlərin və koenzimlərin konveyer kəməri ilə təmin edilir.
Tənəffüs zənciri hidrogen və NAD və FAD koenzimlərindən alınan elektronları ötürür. Köçürmə elə həyata keçirilir ki, hidrogen protonları daxili mitoxondrial membranın kənarında toplanır və zəncirdəki sonuncu fermentlər yalnız elektronları ötürür.
Nəhayət, elektronlar membranın daxili hissəsində yerləşən oksigen molekullarına ötürülür və onların mənfi yüklənməsinə səbəb olur. ATP sintetaza kanalları vasitəsilə protonların hərəkətinə səbəb olan kritik bir elektrik potensialı qradiyenti yaranır. Hidrogen protonlarının hərəkət enerjisi ATP molekullarını sintez etmək üçün istifadə olunur və protonların özləri su molekullarını yaratmaq üçün oksigen anionları ilə birləşirlər.
ATP molekullarında ifadə olunan tənəffüs zəncirinin fəaliyyətinin enerji çıxışı böyükdür və ilkin qlükoza molekulu üçün cəmi 32 ilə 34 ATP molekulu arasında dəyişir.
Fotosintez və tənəffüs həyatın əsasını təşkil edən iki prosesdir. Onların hər ikisi bir hüceyrədə baş verir. Birincisi - bitkilərdə və bəzi bakterial olanlarda, ikincisi - heyvanlarda, bitkilərdə, göbələklərdə və bakteriyalarda.
Hüceyrə tənəffüsü ilə fotosintezin bir-birinə əks proseslər olduğunu deyə bilərik. Bu qismən doğrudur, çünki birincisi ilə oksigen udulur və sərbəst buraxılır, ikincisi ilə isə əksinə. Ancaq bu iki prosesi müqayisə etmək belə düzgün deyil, çünki onlar fərqli maddələrdən istifadə edərək müxtəlif orqanoidlərdə baş verir. Onlara ehtiyac duyulan məqsədlər də müxtəlifdir: qida maddələrini əldə etmək üçün fotosintez, enerji istehsal etmək üçün isə hüceyrə tənəffüsü lazımdır.
Bu, qeyri-üzvi maddələrdən üzvi maddələr əldə etməyə yönəlmiş kimyəvi reaksiyadır. Fotosintezin baş verməsi üçün ilkin şərt günəş işığının olmasıdır, çünki onun enerjisi katalizator rolunu oynayır.
Bitkilərin fotosintez xarakteristikası aşağıdakı tənliklə ifadə edilə bilər:
Yəni, günəş işığının mövcudluğunda altı molekul karbon qazı və eyni sayda su molekulundan bir bitki bir molekul qlükoza və altı oksigen əldə edə bilər.
Bu fotosintezin ən sadə nümunəsidir. Qlükoza ilə yanaşı, bitkilər digər, daha mürəkkəb karbohidratları, eləcə də digər siniflərdən olan üzvi maddələri sintez edə bilər.
Qeyri-üzvi birləşmələrdən amin turşusu istehsalına bir nümunə:
Aerob hüceyrə tənəffüsü bütün digər orqanizmlər, o cümlədən heyvanlar və bitkilər üçün xarakterikdir. Oksigenin iştirakı ilə baş verir.
Faunanın nümayəndələrində hüceyrə tənəffüsü xüsusi orqanoidlərdə baş verir. Onlara mitoxondriya deyilir. Bitkilərdə hüceyrə tənəffüsü də mitoxondrilərdə baş verir.
Hüceyrə tənəffüsü üç mərhələdə baş verir:
Birinci mərhələ həzm sistemindəki mürəkkəb maddələrin daha sadə olanlara parçalanmasıdır. Beləliklə, zülallardan amin turşuları, lipidlərdən yağ turşuları və qliserin, mürəkkəb karbohidratlardan isə qlükoza əldə edilir. Bu birləşmələr hüceyrəyə, sonra isə birbaşa mitoxondriyaya daşınır.
Bu, fermentlərin təsiri altında qlükoza piruvik turşuya və hidrogen atomlarına parçalanmasından ibarətdir. Bu halda, bu proses formalaşır Bu proses aşağıdakı tənlik ilə ifadə edilə bilər:
Beləliklə, qlikoliz prosesində bədən bir qlükoza molekulundan iki ATP molekulu əldə edə bilər.
Bu mərhələdə fermentlərin təsiri altında qlikoliz zamanı əmələ gələn oksigenlə reaksiyaya girərək karbon qazı və hidrogen atomlarının əmələ gəlməsi ilə nəticələnir. Bu atomlar daha sonra su və 36 ATP molekulunu meydana gətirmək üçün oksidləşdiyi kristallara nəql olunur.
Beləliklə, hüceyrə tənəffüsü prosesində cəmi 38 ATP molekulu əmələ gəlir: ikinci mərhələdə 2, üçüncü mərhələdə isə 36. Adenozin trifosfor turşusu mitoxondriyanın hüceyrəni təmin etdiyi əsas enerji mənbəyidir.
Tənəffüsün baş verdiyi orqanoidlər heyvanlarda, bitkilərdə və bitkilərdə olur, onlar sferik formada və təxminən 1 mikron ölçülüdür.
Mitoxondriya, xloroplastlar kimi, membranlararası boşluqla ayrılmış iki membrana malikdir. Bu orqanellin membranlarının içərisində olanlara matris deyilir. Tərkibində ribosomlar, mitoxondrial DNT (mtDNA) və mtRNT var. Matrisdə qlikoliz və oksidləşmənin birinci mərhələsi baş verir.
Daxili membrandan silsilələrə bənzər qıvrımlar əmələ gəlir. Onlara cristae deyilir. Burada hüceyrə tənəffüsünün üçüncü mərhələsinin ikinci mərhələsi baş verir. Onun zamanı ən çox ATP molekulları əmələ gəlir.
Alimlər sübut ediblər ki, fotosintez və tənəffüsü təmin edən strukturlar simbiogenez yolu ilə hüceyrədə yaranıb. Yəni onlar bir vaxtlar ayrı-ayrı orqanizmlər olublar. Bu, həm mitoxondrilərin, həm də xloroplastların öz ribosomlarına, DNT və RNT-yə malik olmasını izah edir.
Hüceyrə tənəffüsü
Hüceyrəni enerji ilə təmin edən əsas proseslər tənəffüs mərhələsi kimi fotosintez, kimyosintez, tənəffüs, fermentasiya və qlikolizdir.
Qanla oksigen hüceyrəyə, daha doğrusu xüsusi hüceyrə strukturlarına - mitoxondriyaya daxil olur. Onlar bakterial hüceyrələr, mavi-yaşıl yosunlar və yetkin qan hüceyrələri (qırmızı qan hüceyrələri) istisna olmaqla, bütün hüceyrələrdə olur. Mitoxondriyada oksigen müxtəlif qida maddələri - zülallar, karbohidratlar, yağlar və s. ilə çoxmərhələli reaksiyaya girir.Bu proses hüceyrə tənəffüsü adlanır. Nəticədə kimyəvi enerji sərbəst buraxılır, hüceyrə onu xüsusi bir maddədə - adenozin trifosfor turşusunda və ya ATP-də saxlayır. Bu, bədənin böyüməyə, hərəkətə və həyati funksiyalarının qorunmasına sərf etdiyi universal enerji anbarıdır.
Tənəffüs kimyəvi cəhətdən aktiv metabolitlərin əmələ gəlməsi və hüceyrələr tərəfindən həyati proseslər üçün istifadə olunan enerjinin sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunan oksigenin iştirakı ilə üzvi qida maddələrinin oksidləşdirici parçalanmasıdır.
Ümumi nəfəs tənliyi aşağıdakı kimidir:
Burada Q=2878 kJ/mol.
Ancaq nəfəs, yanmadan fərqli olaraq, çox mərhələli bir prosesdir. Bunun iki əsas mərhələsi var: glikoliz və oksigen mərhələsi.
Orqanizm üçün qiymətli olan ATP təkcə mitoxondriyalarda deyil, həm də qlikoliz nəticəsində hüceyrənin sitoplazmasında əmələ gəlir (yunan dilindən “qlikis” – “şirin” və “lizis” – “çürük”). Qlikoliz membrandan asılı proses deyil. Sitoplazmada baş verir. Bununla belə, qlikolitik fermentlər sitoskeletal strukturlarla əlaqələndirilir.
Glikoliz çox mürəkkəb bir prosesdir. Bu, oksigenin iştirakını tələb etməyən müxtəlif fermentlərin təsiri altında qlükoza parçalanması prosesidir. Qlükoza molekulunun parçalanması və qismən oksidləşməsi üçün on bir ardıcıl reaksiyanın əlaqələndirilmiş şəkildə baş verməsi lazımdır. Qlikolizdə bir qlükoza molekulu iki ATP molekulunu sintez etməyə imkan verir. Qlükozanın parçalanması məhsulları daha sonra etil spirtinə və ya laktik turşuya çevrilərək fermentasiya reaksiyasına girə bilər. Spirtli fermentasiya maya üçün, laktik turşu fermentasiyası isə heyvan hüceyrələri və bəzi bakteriyalar üçün xarakterikdir. Çoxları aerobikdir, yəni. Yalnız oksigensiz bir mühitdə yaşayan orqanizmlər qlikoliz və fermentasiya nəticəsində yaranan kifayət qədər enerjiyə malikdirlər. Ancaq aerob orqanizmlər bu kiçik ehtiyatı və kifayət qədər əhəmiyyətli dərəcədə tamamlamalıdırlar.
Qlükozanın parçalanması məhsulları mitoxondriyaya daxil olur. Orada karbon dioksid molekulu əvvəlcə onlardan ayrılır, bu da çıxdıqda bədəndən çıxarılır. "Afterburning" Krebs dövründə (Əlavə №1) (onu təsvir edən ingilis biokimyaçısının adı ilə adlandırılmışdır) - ardıcıl reaksiyalar zəncirində baş verir. Onda iştirak edən fermentlərin hər biri birləşmələrə daxil olur və bir neçə çevrilmədən sonra yenidən orijinal şəklində buraxılır. Biyokimyəvi dövr heç də dairələrdə məqsədsiz gəzmək deyil. Bu, daha çox iki sahil arasında qaçan bərəyə bənzəyir, amma sonda insanlar və maşınlar düzgün istiqamətdə hərəkət edir. Krebs siklində baş verən reaksiyalar nəticəsində əlavə ATP molekulları sintez olunur, əlavə karbon dioksid molekulları və hidrogen atomları parçalanır.
Yağlar da bu zəncirdə iştirak edir, lakin onların parçalanması vaxt tələb edir, buna görə də enerji təcili tələb olunarsa, orqanizm yağlardan çox karbohidratlardan istifadə edir. Amma yağlar çox zəngin enerji mənbəyidir. Zülallar da enerji ehtiyacları üçün oksidləşə bilər, lakin yalnız ekstremal hallarda, məsələn, uzun müddətli oruc zamanı. Zülallar hüceyrə üçün təcili təchizatdır.
ATP sintezinin ən səmərəli prosesi çox mərhələli tənəffüs zəncirində oksigenin iştirakı ilə baş verir. Oksigen bir çox üzvi birləşmələri oksidləşdirə və eyni zamanda çoxlu enerji buraxmağa qadirdir. Ancaq belə bir partlayış bədən üçün fəlakətli olardı. Tənəffüs zəncirinin rolu və aerobik hər şey, yəni. oksigenlə əlaqəli olan nəfəs, bədəni davamlı və kiçik hissələrdə - bədənin ehtiyac duyduğu dərəcədə enerji ilə təmin etməkdən ibarətdir. Benzinlə bir bənzətmə çəkmək olar: yerə tökülüb atəşə qoyulsa, heç bir fayda vermədən dərhal alovlanacaq. Yavaş-yavaş yanan avtomobildə isə benzin bir neçə saat faydalı iş görəcək. Ancaq bunun üçün mühərrik kimi mürəkkəb bir cihaz lazımdır.
Tənəffüs zənciri, Krebs dövrü və qlikoliz ilə birlikdə, hər bir qlükoza molekulundan ATP molekullarının "məhsuldarlığını" 38-ə qədər artırmağa imkan verir. Lakin qlikoliz zamanı bu nisbət cəmi 2:1 idi. Beləliklə, aerob tənəffüsün səmərəliliyi daha böyükdür.
Qlikoliz zamanı ATP sintezinin mexanizmi nisbətən sadədir və in vitroda asanlıqla təkrarlana bilər. Bununla belə, laboratoriyada tənəffüs ATP sintezini simulyasiya etmək heç vaxt mümkün olmayıb. 1961-ci ildə ingilis biokimyaçısı Piter Mitçel tənəffüs zəncirindəki qonşuları olan fermentlərin hüceyrə məkanında təkcə ciddi ardıcıllığa deyil, həm də aydın nizama riayət etmələrini təklif etdi. Tənəffüs zənciri, qaydasını dəyişdirmədən, mitoxondrilərin daxili qabığında (membranında) sabitlənir və onu bir neçə dəfə tikişlə "tikir". ATP-nin tənəffüs sintezini bərpa etmək cəhdləri uğursuz oldu, çünki membranın rolu tədqiqatçılar tərəfindən düzgün qiymətləndirilmədi. Lakin reaksiya membranın daxili tərəfində göbələk formalı böyümələrdə cəmlənmiş fermentləri də əhatə edir. Bu böyümələr çıxarılsa, ATP sintez edilməyəcəkdir.
Nəfəs almaq zərərlidir.
Molekulyar oksigen güclü oksidləşdirici maddədir. Ancaq güclü bir dərman olaraq, yan təsirləri də ola bilər. Məsələn, oksigenin lipidlərlə birbaşa qarşılıqlı təsiri zəhərli peroksidlərin əmələ gəlməsinə səbəb olur və hüceyrələrin strukturunu pozur. Reaktiv oksigen birləşmələri zülallara və nuklein turşularına da zərər verə bilər.
Niyə bu zəhərlərlə zəhərlənmə baş vermir? Çünki onların antidotu var. Həyat oksigen olmadıqda yarandı və Yerdəki ilk canlılar anaerob idi. Sonra fotosintez meydana çıxdı və onun əlavə məhsulu kimi oksigen atmosferdə toplanmağa başladı. O dövrlərdə bu qaz bütün canlılar üçün təhlükəli idi. Bəzi anaeroblar öldü, digərləri oksigensiz küncləri tapdılar, məsələn, torpaq parçalarına yerləşdilər; digərləri uyğunlaşmağa və dəyişməyə başladılar. Məhz o zaman canlı hüceyrəni təsadüfi oksidləşmədən qoruyan mexanizmlər meydana çıxdı. Bunlar müxtəlif maddələrdir: fermentlər, o cümlədən zərərli hidrogen peroksidin məhvedicisi - kataliz, eləcə də bir çox digər qeyri-zülal birləşmələr.
Ümumiyyətlə tənəffüs əvvəlcə bədəni əhatə edən atmosferdən oksigeni çıxarmaq üçün bir üsul olaraq ortaya çıxdı və yalnız sonra enerji mənbəyinə çevrildi. Yeni mühitə uyğunlaşan anaeroblar böyük üstünlüklər əldə edərək aeroblara çevrildilər. Lakin oksigenin gizli təhlükəsi onlar üçün hələ də qalır. Antioksidant “antidotların” gücü sonsuz deyil. Buna görə təmiz oksigendə və hətta təzyiq altında bütün canlılar olduqca tez ölür. Hüceyrə hər hansı bir xarici amil tərəfindən zədələnirsə, o zaman qoruyucu mexanizmlər adətən ilk növbədə sıradan çıxır və sonra oksigen normal atmosfer konsentrasiyalarında belə zərər verməyə başlayır.
Hansı ki, proses nəticəsində 38 və s. əmələ gəlir) və lazım olduqda istifadə oluna bilər. Katabolik proseslər qrupuna daxildir. Çoxhüceyrəli orqanizmlərin hüceyrələrinə oksigenin daşınmasının və onlardan karbon qazının çıxarılmasının fizioloji prosesləri haqqında məlumat üçün Tənəffüs məqaləsinə baxın.
Qlikoliz sxemi
Tənəffüs üçün ilkin substratlar xüsusi metabolik proseslər zamanı bir sıra əlavə məhsulların buraxılması ilə Asetil-KoA-ya çevrilən müxtəlif maddələr ola bilər. NAD-ın (NADP) azalması və ATP-nin əmələ gəlməsi bu mərhələdə artıq baş verə bilər, lakin onların əksəriyyəti Asetil-KoA-nın emalı zamanı trikarboksilik turşu dövrəsində əmələ gəlir.
Qlikoliz - qlükoza fermentativ parçalanması yolu - demək olar ki, bütün canlı orqanizmlər üçün ümumi bir prosesdir. Aeroblarda hüceyrə tənəffüsünün özündən əvvəl olur; anaeroblarda fermentasiya ilə başa çatır. Glikoliz özü tamamilə anaerob bir prosesdir və baş verməsi üçün oksigenin olmasını tələb etmir.
Onun birinci mərhələsi 2 ATP molekulunun sərbəst buraxılması ilə baş verir və qlükoza molekulunun 2 qliseraldehid-3-fosfat molekuluna parçalanmasını əhatə edir. İkinci mərhələdə qliseraldehid-3-fosfatın NAD-dan asılı oksidləşməsi baş verir, substratın fosforlaşması, yəni molekula fosfor turşusu qalığının əlavə edilməsi və onda yüksək enerjili bağın əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. qalıq ATP əmələ gəlməsi ilə ADP-yə keçir.
Beləliklə, qlikoliz tənliyi aşağıdakı kimidir:
Qlükoza + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVC + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2 O + 4H + .Reaksiya tənliyinin sol və sağ tərəflərindən ATP və ADP-ni azaltmaqla əldə edirik:
Qlükoza + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 4H + .Qlikoliz zamanı əmələ gələn piruvat turşusu (piruvat) piruvatdehidrogenaza kompleksinin (3 müxtəlif fermentdən və 60-dan çox alt bölmədən ibarət mürəkkəb struktur) təsiri altında karbon qazı və asetaldehidə parçalanır və koenzim A ilə birlikdə Asetil- CoA. Reaksiya NAD-nin NADH-yə bərpası ilə müşayiət olunur.
Eukariotlarda proses mitoxondrial matrisdə baş verir.
Nəhayət, dördüncü mərhələdə əmələ gələn β-keto turşusu koenzim A-nın iştirakı ilə β-ketotiolaza tərəfindən asetil-KoA və karbon zəncirinin 2 atom qısa olduğu yeni asil-CoA-ya parçalanır. β-oksidləşmə dövrü bütün yağ turşuları asetil-KoA-ya çevrilənə qədər təkrarlanır.
Ümumi reaksiya tənliyi:
Asetil-CoA + 3NAD + + FAD + ÜDM + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2
Eukaryotlarda dövrün fermentləri mitoxondrial matrisdə sərbəst vəziyyətdədir, daxili mitoxondrial membrana yalnız suksinat dehidrogenaz qurulur.
ATP molekullarının əsas hissəsi hüceyrə tənəffüsünün son mərhələsində oksidləşdirici fosforlaşma ilə istehsal olunur: elektron daşıma zəncirində. Burada NAD∙H və FADH 2 oksidləşməsi baş verir, qlikoliz, β-oksidləşmə, Krebs dövrü və s. proseslərində azalır. Bu reaksiyalar zamanı ayrılan enerji, mitoxondrilərin daxili membranında (prokariotlarda - sitoplazmatik membranda) lokallaşdırılmış elektron daşıyıcıları zənciri sayəsində transmembran proton potensialına çevrilir. ATP sintaza fermenti bu qradientdən ATP sintez etmək üçün istifadə edir, onun enerjisini kimyəvi bağların enerjisinə çevirir. Hesablanmışdır ki, NAD∙H molekulu bu proses zamanı 2,5 ATP molekulu, FADH 2 - 1,5 molekul istehsal edə bilər.
Aerob tənəffüs zəncirindəki son elektron qəbuledicisi oksigendir.
Elektron nəqli zəncirində oksigen əvəzinə başqa bir son qəbuledici (dəmir, nitrat və ya sulfat anion) istifadə olunursa, tənəffüs anaerob adlanır. Anaerob tənəffüs əsasən kükürd, azot və dəmirin biogeokimyəvi dövrəsində mühüm rol oynayan bakteriyalar üçün xarakterikdir.
maddələr mübadiləsi
Maddələr mübadiləsi hüceyrədə maddələrin biosintezi və parçalanması reaksiyalarının məcmusudur. Hüceyrədə bir maddənin fermentativ çevrilmələrinin müəyyən ardıcıllığı metabolik yol adlanır və nəticədə aralıq məhsullar metabolitlərdir.
Məkanda və zamanda bir-birinə bağlı olan maddələr mübadiləsinin iki aspekti plastik və enerji mübadiləsidir.
Hüceyrəyə xaricdən daxil olan sadə maddələrdən hüceyrənin tərkibinə oxşar mürəkkəb üzvi maddələrin əmələ gəldiyi bioloji sintez reaksiyalarının məcmusu anabolizm (plastik maddələr mübadiləsi) adlanır. Assimilyasiya baş verir. Bu reaksiyalar qida ilə təmin edilən üzvi maddələrin parçalanması reaksiyaları nəticəsində yaranan enerjidən istifadə etməklə baş verir. Ən intensiv plastik mübadiləsi orqanizmin böyüməsi zamanı baş verir. Anabolizmin ən vacib prosesləri fotosintez və zülal sintezidir.
Katabolizm (enerji mübadiləsi) - mürəkkəb üzvi birləşmələrin daha sadə olanlara fermentativ parçalanması (hidroliz, oksidləşmə). Dissimilyasiya baş verir. Bu reaksiyalar enerji buraxır.
Enerji mübadiləsinin mərhələləri. Hüceyrə tənəffüsü.
Biosintezin əksinə olan proses dissimilyasiya və ya katabolizm, parçalanma reaksiyaları toplusudur. Yüksək molekullu birləşmələr parçalandıqda biosintez reaksiyaları üçün lazım olan enerji ayrılır. Buna görə də dissimilyasiya hüceyrənin enerji mübadiləsi də adlanır. Heterotrof orqanizmlər həyat üçün lazım olan enerjini qidadan alırlar. Qida maddələrinin kimyəvi enerjisi üzvi birləşmələrin molekulunda atomlar arasında müxtəlif kovalent bağlarda olur. Qida maddələrindən ayrılan enerjinin bir hissəsi istilik şəklində yayılır, bir hissəsi isə yığılır, yəni. ATP-nin enerji ilə zəngin yüksək enerjili fosfat bağlarında toplanır. Məhz ATP bütün növ hüceyrə funksiyalarını enerji ilə təmin edir: biosintez, mexaniki iş, maddələrin membranlar vasitəsilə aktiv daşınması və s. ATP sintezi mitoxondriyada baş verir. Hüceyrə tənəffüsü sərbəst oksigenin iştirakı ilə hüceyrədəki üzvi maddələrin (qlükoza) karbon qazına və suya enzimatik parçalanmasıdır, sərbəst buraxılan enerjinin saxlanması ilə əlaqədardır.
Enerji mübadiləsi bir sıra mərhələlərə bölünür, onların hər biri hüceyrələrin müəyyən sahələrində xüsusi fermentlərin iştirakı ilə həyata keçirilir.
Birinci mərhələ hazırlıqdır. İnsanlarda və heyvanlarda həzm prosesi zamanı oliqo-, polisaxaridlər, lipidlər, zülallar, nuklein turşuları daxil olmaqla böyük qida molekulları daha kiçik molekullara - qlükoza, qliserin, yağ turşuları, amin turşuları, nukleotidlərə parçalanır. Bu mərhələdə az miqdarda enerji ayrılır və istilik kimi yayılır. Bu molekullar bağırsaqlarda qana sorulur və müxtəlif orqan və toxumalara çatdırılır və burada orqanizmə lazım olan yeni maddələrin sintezi və orqanizmi enerji ilə təmin etmək üçün tikinti materialı kimi xidmət edə bilirlər.
İkinci mərhələ oksigensiz və ya natamam anaerob tənəffüsdür (qlikoliz və ya fermentasiya).
Bu mərhələdə əmələ gələn maddələr fermentlərin iştirakı ilə daha da parçalanır.
Qlikoliz qlükoza katabolizminin mərkəzi yollarından biridir, ATP əmələ gəlməsi ilə karbohidratın parçalanması oksigensiz şəraitdə baş verir. Aerob orqanizmlərdə (bitkilərdə, heyvanlarda) bu, mikroorqanizmlərdə hüceyrə tənəffüsünün mərhələlərindən biridir, fermentasiya enerji əldə etməyin əsas yoludur; Sitoplazmada qlikoliz fermentləri lokallaşdırılmışdır. Proses oksigen olmadıqda iki mərhələdə baş verir.
1). Hazırlıq mərhələsi - qlükoza molekullarının aktivləşməsi ATP istehlakı ilə baş verən fosfat qruplarının əlavə edilməsi nəticəsində qliseraldehid fosfatın iki 3 karbonlu molekulunun meydana gəlməsi ilə baş verir.
2), redoks mərhələsi - substratın oksidləşməsi anında dərhal ATP şəklində enerji çıxarıldıqda substratın fosforlaşmasının enzimatik reaksiyaları baş verir. Beləliklə, qlükoza molekulu daha da mərhələli parçalanmaya və piruvik turşunun iki 3 karbonlu molekuluna oksidləşməyə məruz qalır. Xülasə, glikoliz prosesi belə görünür:
C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 PO 4 + 2 ADP → 2 C 3 H 6 O 3 + 2 ATP + 2 H 2 O
Qlükozanın oksidləşməsi zamanı protonlar çıxarılır və elektronlar NADH şəklində saxlanılır. Əzələlərdə anaerob tənəffüs qlükoza molekulunu iki PLA molekuluna parçalayır, daha sonra azalmış NADH istifadə edərək laktik turşuya çevrilir. Maya göbələklərində oksigenin iştirakı olmadan bir qlükoza molekulu etil spirtinə və karbon qazına (spirtli fermentasiya) çevrilir:
C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 PO 4 + 2 ADP → 2 C 3 H 5 OH + 2 CO 2 + 2 ATP + 2 H 2 O
Bütün hallarda bir qlükoza molekulunun parçalanması 4 ATP molekulunun əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur. Bu vəziyyətdə, qlükozanın parçalanması reaksiyalarında 2 ATP molekulu istehlak olunur. Beləliklə, qlükozanın oksigensiz parçalanması zamanı 2 ATP molekulu əmələ gəlir. Ümumiyyətlə, qlikolizin enerji səmərəliliyi aşağıdır, çünki Enerjinin 40%-i ATP molekulunda kimyəvi bağ kimi saxlanılır, enerjinin qalan hissəsi isə istilik kimi dağılır.
Üçüncü mərhələ oksigenin parçalanması və ya aerob tənəffüs mərhələsidir. Oksigen mövcud olduqda hüceyrənin mitoxondrilərində aerob tənəffüs baş verir. Hüceyrə tənəffüs prosesi də 3 mərhələdən ibarətdir.
Əvvəlki mərhələdə qlükozadan əmələ gələn və mitoxondrial matrisə daxil olan PVK-nın oksidləşdirici dekarboksilləşməsi. Mürəkkəb ferment kompleksinin iştirakı ilə karbon qazı molekulu parçalanır və asetil-koenzim A birləşməsi, həmçinin NADH əmələ gəlir.
Trikarboksilik turşu dövrü (Krebs dövrü).
Oksidləşdirici fosforlaşma, mitoxondriyanın daxili membranında qurulmuş elektron daşıma zənciri boyunca NADH və FADH-nin azaldılmış formalarından elektronların ATP sintezi ilə birlikdə son qəbuledici oksigenə çox mərhələli köçürülməsidir. Elektron nəqli zəncirinə bir sıra komponentlər daxildir: ubiquinone (koenzim Q), elektron daşıyıcısı kimi çıxış edən sitoxromlar b, c, a.
Elektron nəqli zəncirinin işləməsi nəticəsində NADH və FADH-dən olan hidrogen atomları protonlara və elektronlara ayrılır. Elektronlar tədricən oksigenə ötürülür, buna görə də su əmələ gəlir və protonlar elektron axınının enerjisindən istifadə edərək mitoxondriyanın membranlararası boşluğuna vurulur.
Sonra protonlar membrana daxil olan ATP sintetaza fermentinin bir hissəsi kimi xüsusi kanallardan keçərək mitoxondrial matrisə qayıdırlar. Bu, ADP və fosfatdan ATP istehsal edir. Elektron nəqli zəncirində oksidləşmə və fosforlaşmanın birləşdiyi 3 yer var, yəni. ATP əmələ gəlmə yerləri. Mitoxondriyada enerjinin əmələ gəlməsi mexanizmi və ATP forması P.Mitçelin kimyosmotik nəzəriyyəsi ilə izah olunur. Oksigen tənəffüsü böyük miqdarda enerjinin ayrılması və onun ATP molekullarında toplanması ilə müşayiət olunur. Aerob tənəffüs üçün ümumi tənlik belə görünür?
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38 H 3 PO 4 +38 ADP → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP
Beləliklə, bir qlükoza molekulunun son məhsullara - karbon qazına və suya tam oksidləşməsi ilə oksigenin daxil olması ilə 38 ATP molekulu əmələ gəlir. Beləliklə, aerob tənəffüs hüceyrənin enerji ilə təmin edilməsində əsas rol oynayır.
Fotosintez və aerob tənəffüs arasındakı oxşarlıqlar:
Karbon dioksid və oksigen mübadiləsi üçün bir mexanizm tələb olunur.
Xüsusi orqanoidlər (xloroplastlar, mitoxondriyalar) tələb olunur.
Membranlara daxil edilmiş elektron daşıma zənciri tələb olunur.
Enerji çevrilməsi baş verir (fosforlaşma nəticəsində ATP sintezi).
|
Tsiklik reaksiyalar baş verir (Kalvin dövrü, Krebs dövrü). |
Fotosintez və aerob tənəffüs arasındakı fərqlər: |
|
fotosintez |
Aerob tənəffüs |
|
Karbohidrat molekullarının sadə qeyri-üzvi birləşmələrdən sintez olunduğu bir anabolik proses. |
Dissimilyasiya prosesi, bunun nəticəsində karbohidrat molekulları sadə qeyri-üzvi birləşmələrə parçalanır. |
|
ATP enerjisi karbohidratlarda toplanır və saxlanılır. |
Enerji ATP şəklində saxlanılır. |
|
Oksigen sərbəst buraxılır. |
Oksigen istehlak olunur. |
|
Üzvi kütlədə artım var. |
Üzvi kütlədə azalma var. |
|
Eukariotlarda proses xloroplastlarda baş verir. |
Eukariotlarda proses mitoxondrilərdə baş verir. |
|
Yalnız işıqda xlorofil olan hüceyrələrdə olur. |
Həyat boyu bütün hüceyrələrdə davamlı olaraq baş verir. |
