Забеспячэнне клетак энергіяй. крыніцы энергіі

З клетак складаюцца ўсе жывыя арганізмы, акрамя вірусаў. Яны забяспечваюць усе неабходныя для жыцця расліны ці жывёлы працэсы. Клетка і сама можа быць асобным арганізмам. І хіба можа такая складаная структура жыць без энергіі? Канечне не. Так як жа адбываецца забеспячэнне клетак энергіяй? Яно грунтуецца на працэсах, якія мы разгледзім ніжэй.

Забеспячэнне клетак энергіяй: як гэта адбываецца?

Нешматлікія клеткі атрымліваюць энергію звонку, яны выпрацоўваюць яе самі. Эукарыятычнай клеткі валодаюць своеасаблівымі "станцыямі". І крыніцай энергіі ў клетцы з'яўляецца мітахондрыя - арганоідаў, які яе выпрацоўвае. У ім адбываецца працэс клеткавага дыхання. За кошт яго і адбываецца забеспячэнне клетак энергіяй. Аднак прысутнічаюць яны толькі ў раслін, жывёл і грыбоў. У клетках бактэрый мітахондрыі адсутнічаюць. Таму ў іх забеспячэнне клетак энергіяй адбываецца ў асноўным за кошт працэсаў закісання, а не дыхання.

будова мітахондрыі

Гэта двумембранный арганоідаў, які з'явіўся ў эукарыятычнай клетцы ў працэсе эвалюцыі ў выніку паглынання ёю больш дробнай будовы пракарыятычнай клеткі. Гэтым можна растлумачыць тое, што ў мітахондрыях прысутнічае ўласная ДНК і РНК, а таксама мітахандрыяльнай Рыбасомы, якія выпрацоўваюць патрэбныя арганоідаў вавёркі.

Унутраная мембрана валодае вырастамі, якія называюцца Крыста, або грабяні. На Крысці і адбываецца працэс клеткавага дыхання.

Тое, што знаходзіцца ўнутры двух мембран, называецца матрікса. У ім знаходзяцца вавёркі, ферменты, неабходныя для паскарэння хімічных рэакцый, а таксама малекулы РНК, ДНК і Рыбасомы.

Клеткавае дыханне - аснова жыцця

Яно пройдзе ў тры этапы. Давайце разгледзім кожны з іх больш падрабязна.

Першы этап - падрыхтоўчы

Падчас гэтай стадыі складаныя арганічныя злучэнні расшчапляюцца на больш простыя. Так, вавёркі распадаюцца да амінакіслот, тлушчы - да карбонавых кіслот і гліцэрыны, нуклеінавыя кіслаты - да нуклеатыдаў, а вугляводы - да глюкозы.

Гліколіз

Гэта бескіслародны этап. Ён заключаецца ў тым, што рэчывы, атрыманыя падчас першага этапу, расшчапляюцца далей. Галоўныя крыніцы энергіі, якія выкарыстоўвае клетка на дадзеным этапе, - малекулы глюкозы. Кожная з іх у працэсе гліколізу распадаецца да двух малекул пирувата. Гэта адбываецца падчас дзесяці паслядоўных хімічных рэакцый. З прычыны першых пяці глюкоза фосфорилируется, а затым расшчапляецца на дзве фосфотриозы. Пры наступных пяці рэакцыях утворыцца дзве малекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кіслаты) і дзве малекулы ПВК (пировиноградной кіслаты). Энергія клеткі і запасіцца менавіта ў выглядзе АТФ.

Увесь працэс гліколізу можна спрошчана адлюстраваць такім чынам:

2НАД + 2АДФ + 2Н ₃ РА ₄ + З ₆ Н ₁₂ Аб ₆ → 2Н ₂ Аб + ^2НАД. Н ₂ + 2С ₃ Н ₄ Аб ₃ + 2АТФ

Такім чынам, выкарыстоўваючы адну малекулу глюкозы, дзве малекулы АДФ і дзве фосфарнай кіслаты, клетка атрымлівае дзве малекулы АТФ (энергія) і дзве малекулы пировиноградной кіслаты, якую яна будзе выкарыстоўваць на наступным этапе.

Трэці этап - акісленне

Дадзеная стадыя адбываецца толькі пры наяўнасці кіслароду. Хімічныя рэакцыі гэтага этапу адбываюцца ў мітахондрыях. Менавіта гэта і ёсць асноўная частка клеткавага дыхання, падчас якой вызваляецца больш за ўсё энергіі. На гэтым этапе пировиноградная кіслата, уступаючы ў рэакцыю з кіслародам, расшчапляецца да вады і вуглякіслага газу. Акрамя таго, пры гэтым утворыцца 36 малекул АТФ. Такім чынам, можна зрабіць выснову, што галоўныя крыніцы энергіі ў клетцы - глюкоза і пировиноградная кіслата.

Сумуючы ўсё хімічныя рэакцыі і апускаючы падрабязнасці, можна выказаць увесь працэс клеткавага дыхання адным спрошчаным раўнаннем:

6о ₂ + З ₆ Н ₁₂ Аб ₆ + 38АДФ + 38Н ₃ РА ₄ → 6СО ₂ + 6Н2О + 38АТФ.

Такім чынам, у ходзе дыхання з адной малекулы глюкозы, шасці малекул кіслароду, трыццаці васьмі малекул АДФ і такой жа колькасці фосфарнай кіслаты клетка атрымлівае 38 малекул АТФ, у выглядзе якой і запасіцца энергія.

Разнастайнасць ферментаў мітахондрый

Энергію для жыццядзейнасці клетка атрымлівае за кошт дыхання - акіслення глюкозы, а затым пировиноградной кіслаты. Усе гэтыя хімічныя рэакцыі не маглі б праходзіць без ферментаў - біялагічных каталізатараў. Давайце разгледзім тыя з іх, якія знаходзяцца ў мітахондрыях - арганоідаў, якія адказваюць за клеткавае дыханне. Усе яны называюцца оксидоредуктазами, таму што патрэбныя для забеспячэння праходжання акісляльна-аднаўленчых рэакцый.

Усе оксидоредуктазы можна падзяліць на дзве групы:

• оксидазы;
• дэгідрагеназ;

Дэгідрагеназ, у сваю чаргу, дзеляцца на аэробныя і анаэробныя. Аэробныя ўтрымліваюць у сваім складзе кофермент рыбафлавін, які арганізм атрымлівае з вітаміна В2. Аэробныя дэгідрагеназ ўтрымліваюць у якасці каферментаў малекулы НАД і НАДФ.

Оксидазы больш разнастайныя. У першую чаргу яны дзеляцца на дзве групы:

• тыя, якія ўтрымліваюць медзь;
• тыя, у складзе якіх прысутнічае жалеза.

Да першых адносяцца полифенолоксидазы, аскорбатоксидаза, да другіх - каталаза, пероксидаза, цытахром. Апошнія, у сваю чаргу, дзеляцца на чатыры групы:

• цытахром a;
• цытахром b;
• цытахром c;
• цытахром d.

Цытахром а ўтрымліваюць у сваім складзе железоформилпорфирин, цытахром b - железопротопорфирин, c - замяшчэнне железомезопорфирин, d - железодигидропорфирин.

Ці магчымыя іншыя шляхі атрымання энергіі?

Нягледзячы на тое што большасць клетак атрымліваюць яе ў выніку клеткавага дыхання, існуюць таксама анаэробныя бактэрыі, для існавання якіх не патрэбен кісларод. Яны выпрацоўваюць неабходную энергію шляхам закісання. Гэта працэс, падчас якога з дапамогай ферментаў вугляводы расшчапляюцца без удзелу кіслароду, з прычыны чаго клетка і атрымлівае энергію. Адрозніваюць некалькі відаў закісання ў залежнасці ад канчатковага прадукту хімічных рэакцый. Яно бывае малочнакіслае, спіртовае, маслянокислое, ацэтон-бутановой, лимоннокислое.

Для прыкладу разгледзім спіртовае закісанне. Яго можна выказаць вось такім раўнаннем:

З ₆ Н ₁₂ Аб ₆ → З ₂ Н ₅ ЁН + 2СО ₂

Гэта значыць адну малекулу глюкозы бактэрыя расшчапляе да адной малекулы этылавага спірту і двух малекул аксіду (IV) карбону.