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.
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 (ФН), 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.
Окисление органических веществ в клетке осуществляется
Кратко о дыхание клетки
Конспект процессы биосинтеза, биологического окисления органических веществ.
Отличие горения от биологического окисления
Биологические окисление клеточное дыхание
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?
Предыдущее | Ещё по теме: | Следующее |
---|---|---|
Роль микроэлементов и макроэлементов в жизни организмов | Метаболизм | - |