Гликолиз і крижаний подих

Гликолиз і дыхание

В основі метаболізму тварин і звинувачують інших організмів лежать хімічні процеси вилучення енергії, накопиченої углеводами.

В процесі фотосинтезу сонячна енергія запасається в хімічних зв’язках вуглеводневих молекул, у тому числі найважливішу роль грає шестиуглеродный цукор глюкоза. Коли інші живі організми використовують ці молекули для харчування, запасена енергія виділяється і використовується для метаболізму. Це відбувається в час процесів гликолиза й дихання. Весь хімічний процес можна коротко описати так:

глюкоза + кисень —> вуглекислий газ + вода + энергия Чтобы краще зрозуміти ці процеси, уявіть собі, що «спалює» вуглеводи, щоб отримати энергию.

Термин «гліколіз» освічений при поєднанні слова лизис, що означає «розщеплення», зі словом глюкоза. Відповідно до назви, процес починається з хімічного вилучення енергії у вигляді розщеплення молекули глюкози на частини, кожна з яких містить три атома вуглецю. У процесі гликолиза з кожної молекули глюкози виходить дві трехуглеродные молекули пировиноградной кислоти. З іншого боку, енергія глюкози запасається в молекулах (див. Молекули життя), які ми називаємо «енергетичної валютою» клітини, — двох молекулах АТФ і двох молекулах НАДФ. Отже, вже в першої стадії гликолиза енергія вивільняється у такому формі, яка можна використовувати клітинами организма.

Дальнейший перебіг подій залежить від наявності або відсутність кисню серед. За відсутності кисню пировиноградная кислота перетворюється на інші органічні молекули в ході про анаеробних процесів. Наприклад, у клітинах дріжджів пировиноградная кислота перетворюється на етанол. У тварин, куди входить і достойна людина, при виснаженні запасів кисню в м’язах пировиноградная кислота перетворюється на молочну кислоту — саме він викликає гаразд знайоме всім нам відчуття м’язової скутості після важкої фізичної нагрузки.

При наявності ж кисню енергія виділяється у процесі аэробного дихання, коли пировиноградная кислота розщеплюється на молекули вуглекислого газу й води з одночасним вивільненням що залишилася енергії, запасеної в вуглеводневої молекулі. Подих відбувається у спеціалізованої клітинної органелле — мітохондрії. Спочатку відщепляється один вуглецевий атом пировиноградной кислоти. У цьому утворюється вуглекислий газ, енергія (вона запасається лише у молекулі НАДФ) і двухуглеродная молекула — ацетильная група. Потім реакційна ланцюг вступає у метаболічний координаційний центр клітини — цикл Кребса.

Цикл Кребса (її також називають циклом лимонної кислоти чи циклом трикарбонових кислот) є взірцем добре знайомого в біології явища — хімічної реакції, що починається, коли певна яка входить молекула сполучається з інший молекулою, яка виконує функцію «помічника». Така комбінація ініціює серію інших хімічних реакцій, у яких утворюються молекулы-продукты й у кінці відтворюється молекула-помощник, яка може, розпочати весь процес знову. У циклі Кребса роль яка входить молекули грає ацетильная група, що настає при розщепленні пировиноградной кислоти, а роль молекулы-помощника — четырехуглеродная молекула щавелевоуксусной кислоти. Під час першої хімічної реакції циклу ці дві молекули поєднано з аналітичними освітою шестиуглеродных молекул лимонної кислоти (цієї кислоті цикл зобов’язаний однією з своїх назв). Далі відбуваються вісім хімічних реакцій, у яких спочатку утворюються молекулы-переносчики енергії і вуглекислий газ, та був нова молекула щавелевоуксусной кислоти. Для переробки енергії, запасеної лише у молекулі глюкози, цикл Кребса потрібно подолати двічі. Торішній чистий прибуток виявляється рівної двом молекулам АТФ, чотирьом молекулам вуглекислого газу та десяти іншим молекулам-переносчикам енергії (про неї трохи пізніше). Вуглекислий газ, зрештою, дифундує з мітохондрії та програм виділяється при выдохе.

Цикл Кребса є засадничо важливим не для життя як оскільки у ньому утворюється енергія. Крім глюкози до нього можуть вступати багатьох інших молекули, також що утворюють пировиноградную кислоту. Наприклад, як ви дотримуєте дієту, організму бракує споживаної вами глюкози підтримки метаболізму, у цикл Кребса, після попереднього розщеплення, вступають ліпіди (жири). Саме тому ви втрачаєте вагу. З іншого боку, молекули можуть залишати цикл Кребса, аби взяти у будівництві нових білків, вуглеводів і ліпідів. Отже, цикл Кребса може приймати енергію, збережену на підприємства різної формі у багатьох молекулах, і створювати не вдома різноманітні молекулы.

С енергетичної погляду чистий результат циклу Кребса у тому, щоб завершити вилучення енергії, запасеної в хімічних зв’язках глюкози, передати невелику частину цієї енергії молекулам АТФ і купити заздалегідь іншу енергію за іншими молекулах-переносчиках енергії. (Говорячи про енергію хімічних зв’язків, зайве забувати, що з поділу з'єднаних атомів необхідно зробити роботу.) На на заключному етапі дихання ця що залишилося енергія вивільняється з молекул-переносчиков і запасається в АТФ. Молекули, запасающие енергію, переміщаються всередині мітохондрії, доки зіштовхнуться зі спеціалізованими білками, зануреними у внутрішні мембрани мітохондрії. Ці білки забирають електрони у переносників енергії і починають передавати їх за ланцюга молекул — на кшталт ланцюжка людей, передавальних відра із жовтою водою при пожежі, — отримуючи енергію, запасену в хімічних зв’язках. Піднята кожному етапі енергія запасається у вигляді АТФ. На останньому етапі електрони поєднано з аналітичними атомами кисню, які далі об'єднуються з іонами водню (протонами), створюючи воду. У ланцюзі перенесення електронів утворюється щонайменше 32 молекул АТФ — 90% енергії, хранившейся в вихідної молекулі глюкозы.

Превращение енергії в циклі Кребса включає у собі досить складного процесу хемиосмотического поєднання. Цей термін зазначає, що у вивільненні енергії поруч із хімічними реакціями бере участь осмос — повільне просочування розчинів через органічні перегородки. За суттю, електрони з переносників енергії, є продуктом циклу Кребса, переносяться по транспортної ланцюжку і чинять на білки, занурених у мембрану, яка розділяє внутрішній і зовнішній компартменти (відсіки) мітохондрії. Енергія електронів використовується для переміщення іонів водню (протонів) в зовнішній компартмент, службовець «энергохранилищем» — на кшталт водосховища, що утворився перед греблею. При відтоку протонів через мембрану енергія використовується для освіти АТФ, аналогічно як вода перед греблею використовується для електрики під час падіння на генератор. Нарешті, у внутрішньому компартменте мітохондрії іони водню поєднано з аналітичними молекулами кисню із заснуванням води — однієї з кінцевих продуктів метаболизма.

Этот оповідання про гликолизе і подиху ілюструє, наскільки далеко сучасні ставлення до живих системах. Просте висловлювання про конкретне процесі — наприклад, що з метаболізму необхідно «спалювати» вуглеводи — тягне у себе неймовірно докладний опис складних процесів, що відбуваються на молекулярному рівні з участю величезної кількості різних молекул. Осмислення сучасної молекулярної біології чимось схожий на читання класичного російського роману: вам легко зрозуміти кожне взаємодія по персонажах, але, дійшовши до сторінки 1423, ви можете забути, ким є Петре Петровичу Олексію Олексійовичу. Так само кожна хімічна реакція у щойно описаної ланцюга видається зрозумілою, але дочитавши остаточно ви вражені незбагненною складністю процесу. Як розради зауважу, що почуваюся так же.

Ханс Адольф КРЕБС.

Hans Adolf Krebs, 1900−81.

Британский біохімік, виходець із Німеччини. Народився Хилдесхайме (Німеччина) у єврейській сім'ї отоларинголога. 1925;го отримав ступінь доктора медицини в Гамбурзькому університеті, і почав дослідження, у Фрейбургском університеті. У 1933 року, коли до влади Німеччини прийшли нацисти, Кребс еміґрував до Англію, де він працював спочатку у Шеффилдском (1935−54), потім у Оксфордському університеті. У Шеффілді Кребс визначав відносне зміст різних молекул в тканинах свині після вдиху, й у 1937 року відтворив хімічний цикл, що тепер носить його ім'я і поза що у 1953 року він удостоївся Нобелівської премії у сфері фізіології і медицины.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.