Последователните етапи на аеробно дишане в клетките

Аеробни дишане - този процес на окисление, през който се консумира кислород. Когато дишане без остатък разцепва субстрата до лошо енергия на неорганични вещества с висока енергийна мощност. Най-важните основи за дишане са въглехидрати. Освен това, при дишане може да се консумира мазнини и протеини.

Аеробни дишане включва две основни стъпки:

1. аноксна. в който процес има прогресивно разцепване на субстрата да се освободи от водородните атоми, свързващи се коензимите NAD (и тип вектор FAD);

2. кислород. в които има по-нататъшно отстраняване на водородни атоми от субстрата и производни дихателните постепенно окисление на водородни атоми в резултат на прехвърляне на електрони с кислород.

В първия етап първи високомолекулни органични вещества (полизахариди, липиди, протеини, нуклеинови киселини, и т.н.) под действието на ензими се разграждат в прости съединения (глюкоза, висши карбоксилни киселини, глицерол, аминокиселини, нуклеотиди, и така нататък. N). Този процес настъпва в цитоплазмата на клетките и е придружено от отделяне на малко количество енергия се разсейва като топлина. Освен това там е ензимно разцепване на прости органични съединения.

Пример за такъв процес е гликолиза - аноксична многостепенен разделяне глюкоза. В реакциите на гликолиза шест въглеродни молекула глюкоза (С6) е разделен на две от три въглероден молекулата на пирогроздена киселина (С3). Това води до две молекули АТФ и се разпределят водорода. Последно се присъедини транспортьор NAD + (никотинамид аденин динуклеотид), който протича в редуцирана форма NAD ∙ Н + Н +. NAD - коензим близки по структура до NADP. И двете са производни на никотинова киселина - един от витамините от група В. молекули както коензими електроположителна (те нямат един електрон) и може да играе роля като носител на електрони и водородни атоми. Когато се приема пара водородни атоми, един от атомите се дисоциират в протонен и електрон:

а вторият е свързан с NAD или NADP в пълен размер:

NAD + + Н + [Н + + д -] → NAD ∙ Н + Н +.

Безплатна протон-късно се използва за обръщане на окисление на коензим.

Реакционната Резюме гликолиза е на формата

Продуктът на гликолиза - пирогроздена киселина (С3 Н4 О3) - съдържа основната част от енергията и неговото последващо освобождаване, се осъществява в митохондриите. Тук е пълното окисляване на пирогроздена киселина с СО2 и Н2 О. Този процес може да бъде разделена на три основни етапа:

1) окислителното декарбоксилиране pirovinofadnoy киселина, 2) трикарбоксилна киселина цикъл (цикъл на Кребс); 3) крайния етап на окисление - електронен транспорт верига.

В първия етап пирогроздена киселина взаимодейства с веществото, което се нарича коензим А (СоА означават му съкращение), при което се образува adetilkoferment А с висока енергийна връзка. Така от молекула пирогроздена киселина е молекула разцепен CO2 (първо) и водородни атоми, които се съхраняват под формата на NAD ∙ Н + Н +.

Вторият етап - цикъла на Кребс (кръстен на своя откривател на британския учен Ханс Кребс).

Цикъла на Кребс влиза ацетил-СоА, оформен в предишната стъпка. Ацетил-СоА взаимодейства с оксалоацетат киселина (съединение chetyrehutlerodnoe), резултатът е шест въглеродни лимонена киселина. Към тази реакционна изисква енергия; това осигурява високо-енергийна връзка на ацетил-СоА. След превръщане включва образуването на редица органични киселини, при което ацетилни групи, въведени в линия от хидролизата на ацетил-СоА, са дехидрирани за освобождаване на четири двойки от водородни атоми и декарбоксилира, за да образуват две молекули на СО2. Когато декарбоксилиране за окисляване въглеродни атома кислород се използва СО2, се разцепва от водни молекули. В края на цикъл оксалоацетат киселина се регенерира в една и съща форма. Сега е в състояние да реагира с нова молекула на ацетил-СоА и цикълът се повтаря. В цикъл процес използва три водни молекули са разпределени две молекули на СО2 и четири двойки от водородни атоми, които съответстват намалени коензими (FAD - флавин-denindinukleotid и NAD). Общо цикъл реакция може да се изрази със следната формула:

ацетил-СоА + O + znad Zn2 + FAD + ADP + Н 3РО 4 → CoA + 2SO2 + znad ∙ Н + H + + H2 + FAD ∙ АТР.

По този начин, разпадането на една молекула на пирогроздена киселина в аеробния фаза (PVK декарбоксилиране и цикъла на Кребс) се разпределя ZSO2. 4NAD ∙ Н + Н +. FAD ∙ H2.

Общата реакция на гликолиза, окислително декарбоксилиране и цикъла на Кребс могат да бъдат написани, както следва:

Трети етап - електронен транспорт верига.

Двойки от водородни атоми, отцепени от междинните продукти в дехидрогениране реакции по време на гликолиза и цикъла на Кребс, евентуално окислява с молекулен кислород, за да H2O с едновременно фосфорилиране на АДФ до АТФ. Това се случва, когато водородът се отделя от Н2 ∙ NAD и FAD ∙ Н2. Това се предава чрез транспортери верига, вградена във вътрешната мембрана на митохондриите. Двойки 2Н водородни атома могат да бъдат разглеждани като 2Н + + 2е -. В тази форма те се предават през средство за прехвърляне верига. Пътят на електрони и водород трансфер от един носител с друга молекула е процес на редокси. Когато тази молекула излъчване на електронен или водороден атом, се окислява и молекула възприемчиви електрона или водороден атом, се намалява. Движещата сила транспортирането на водородни атоми в респираторния цел е потенциална разлика.

Използването на вектори водородни йони Н + прехвърлени от вътрешната страна на мембраната на външната си страна, с други думи, от матрицата на intermembrane пространство на митохондриите.

При предаването на двойка електрони от NAD на кислород преминават мембраната три пъти, и този процес е придружен от освобождаването на външната страна на мембраната шест протони. В последния етап на електроните се прехвърлят към вътрешната страна на мембраната и на поглъщане на кислород.

В резултат на прехвърлянето на Н + йони от външната страна на мембраната на митохондриите в пространството създаден perimitohondrialnom тяхната повишена концентрация, т. Е. Електрохимично протонен градиент (ΔμN +).

Градиентът на протон е вид на свободна енергия резервоар. Тази енергия се използва в обратен поток на протони през мембраната за синтез на АТФ. В някои случаи, може да има директно използване на енергията на протонен градиент (ΔμN +). Тя може да осигури осмотично работа и транспорт на вещества през мембраната срещу тяхното градиент на концентрацията, използвана за механична работа и т.н. Така, клетката има две форми на енергия -. АТР и ΔμH +. Първата форма - химически. АТР разтваря във вода и лесно се използва във водната фаза. Вторият (ΔμH +) - електрохимична - неразделно свързан към мембраните. Тези две форми на енергия могат да се превръщат в един от друг. В образуването на АТФ енергия се използва ΔμH +. ATP в енергията на разпад може да се натрупва под формата ΔμH + на.

Когато градиента на протонната достигне определена стойност, водородните йони Н + от -rezervuara движат чрез специални канали в мембраната и тяхното акумулирана енергия се използва за синтезиране на АТР. В матрицата, са свързани със заредени частици от О 2-. и се образува вода, 2H + + O 2- → Н2О

Процесът на образуване на АТР от прехвърлянето на Н + йони през мембраната на митохондриите се нарича окислително фосфорилиране. Тя се извършва от синтаза ензима ATP. ATP синтаза молекули са под формата на сферични гранули от вътрешната страна на вътрешната митохондриална мембрана.

В резултат на разпада на две молекули на пирогроздена киселина и водороден йонен транспорт през мембраната се синтезира чрез специални канали общо 36 молекули АТР (2 молекула в цикъла на Кребс и 34 на молекулата в резултат на транспортиране на Н + йони през мембраната).

Имайте предвид, че системите за ензим в митохондриите са ориентирани противоположно, която се проявява в хлоропласти: хлоропластен Н + -rezervuar намира на вътрешната страна на вътрешната мембрана, но в митохондриите - с външната му страна; фотосинтеза електрони се движат общо от водата за векторите водородни атоми, със същите дъх водородни носители, които предават електрони в електронна транспортна верига, разположени върху вътрешната страна на мембраната, и електроните евентуално включени в генерирания молекула вода.

Етапът на кислород, като по този начин дава мощност 18 пъти по-големи от резултат се съхраняват в гликолизата. можем да изразим общото уравнение на аеробно дишане по следния начин:

Очевидно е, че аеробно дишане престане в отсъствие на кислород, тъй като кислородът се използва до края водороден акцептор. Ако клетките не получават достатъчно кислород, всички превозвачи водородни скоро ще бъдат попълнени изцяло и няма да могат да го предадат на. В резултат на това в основен източник на енергия за формиране на АТФ ще бъде блокиран.