Клеточное дыхание (биологическое окисление)

Осуществление биосинтеза биоло­гических молекул требует постоянного притока энергии. В автотрофных кле­точных биосистемах такой энергией служит лучистая энергия Солнца. В гетеротрофных клеточных биосистемах процесс биосинтеза идёт с помо­щью энергии, получаемой от расщепления молекул органических веществ — уг­леводов, белков и жиров. Регулярное поступление энергии является необходи­мым условием биосинтеза. Поэтому синтез органических веществ сопровож­дается непрерывной доставкой требуемой энергии, освобождающейся при расщеплении молекул других органических соединений, имеющихся в клетке.

Процесс высвобождения необходимой энергии из органических ве­ществ путём их расщепления называют биологическим окислением или кле­точным дыханием.

При этом идёт накопление энергии в виде молекул АТФ и других макроэнергетических соединений.

АТФ, или аденозинтрифосфорная кислота, — это нуклеотид, состоя­щий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты — трифосфата (рис. 66).

Окисление осуществляется путём отрыва от окисляемой молекулы электронов или атома водорода. Такая потеря всегда сопровождается выделени­ем значительного количества энергии. Это объясняется тем, что электроны в соста­ве молекул органических соединений находятся на очень высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высоких на более низкие уровни своей или другой молекулы или атома, электроны высвобождают энергию. Молекулы, те­ряющие электроны, называются донорами, а принимающие их — акцепторами. Конечным акцептором в окислительных процессах клетки часто выступает кисло­род. Именно поэтому кислород так важен для дыхания многим организмам. Окан­чивается биологическое окисление (клеточ­ное дыхание) органических соединений образованием воды и углекислого газа. На примере окисления глюкозы этот процесс клеточного дыхания выражается обобщён­ным уравнением:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Энергия;

Для осуществления клеточного дыхания многим организмам нужен кислород, в этом случае говорят об аэробном (кислородном) дыхании или аэробном способе высвобожде­ния энергии. Однако в природе существует множество различных групп организмов, которые могут получать энергию для своей жизнедеятельности без использования свободного атмо­сферного кислорода, т. е. путём бескислородного или анаэробного клеточно­го дыхания (анаэробное высвобождение энергии).

Рис. 66. Схема структуры молекулы АТФ

Основным веществом, используемым для получения энергии, в клетке обычно служат жиры и глюкоза. Процессы окисления глюкозы протекают в не­сколько этапов и сопровождаются ступенчатым выделением энергии, что обеспечивает возможность её запасания и дальнейшего перехода в макроэнергетическую связь в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты — АТФ.

Загрузка...

Молекула АТФ необычайно энергоемка. Это связано с тем, что её трифосфатный компонент содержит две фосфорангидридные связи. Разрыв од­ной из них, т. е. отделение от АТФ одного концевого фосфата (Ф_Н), сопро­вождается выделением 40 кДж на 1 моль вместо 12 кДж, выделяемых при разрыве обычных химических связей других соединений. Образовавшаяся при этом молекула аденозиндифосфата (АДФ) с двумя фосфатными остатками может быстро восстановиться до АТФ или, при необходимости, отдать ещё один концевой фосфат и превратиться в адепозинмонофосфат (АМФ). Упро­щенно процессы можно представить на схемах освобождения энергии при отделении концевых фосфатов у АТФ и АДФ (1) до АМФ, а также восстановле­ния АТФ из АДФ (2):

Высвобождение энергии из химических связей органических веществ в общих чертах напоминает обратную последовательность процессов её свя­зывания. Поэтому можно сказать, что клеточное дыхание противоположно фотосинтезу и в схематическом виде оно распадается на два этапа: бескисло­родный этап (гликолиз) и кислородный этап. Материал с сайта http://doklad-referat.com

В отличие от гликолиза, кисло­родный этап клеточного дыхания является мембранозависимым. Он осу­ществляется в матриксе митохондрий и на мембранах их крист. Здесь происходит полное окисление пирувата до конечных продуктов — CO₂ и H₂O. В связи с этим различают две стадии, связанные с окислительным циклом трикарбоновых кислот (цикл Кребса, или лимонный цикл) и с дыхательной цепью переноса электронов, где синтезируется АТФ.

Наличие в живой материи разных высокоупорядоченных биохимиче­ских процессов гликолиза (в цитоплазме), кислородного дыхания (в мито­хондриях), как и фотосинтеза (в хлоропластах), позволяет судить о наличии в живой клетке целостных молекулярных биологических систем, а также о молекулярном структурном уровне как исключительно важном, основопола­гающем и обеспечивающем все процессы жизни на Земле.

На этой странице материал по темам:

• В чем отличие окисления от расщепления

• Лекция клеточное дыхание

• Чем отличаются процессы горения окисления глюкозы

• Клеточное дыхание биохимия

• Кислородное окисление в клетке процессы

Вопросы по этому материалу:

• Как осуществляется биологическое окисление?

• Какую роль биологическое окисление играет в процессах жизнедеятельности?

• Какое биологическое значение в том, что процессы окисления ор­ганических веществ в клетке протекают ступенчато?

• В чём отличие биологического окисления от горения?