I substrati iniziali della respirazione possono essere diverse sostanze che vengono convertite nel corso di specifiche processi metabolici in Acetil-CoA con il rilascio di una serie di sottoprodotti. La riduzione del NAD (NADP) e la formazione di ATP possono avvenire già in questa fase, ma la maggior parte di essi si forma nel ciclo dell'acido tricarbossilico durante la lavorazione dell'acetil-CoA.

glicolisi

La glicolisi, il percorso della degradazione enzimatica del glucosio, è un processo comune a quasi tutti gli organismi viventi. Negli aerobi precede la respirazione cellulare vera e propria, negli anaerobi termina con la fermentazione. La glicolisi stessa è un processo completamente anaerobico e non richiede la presenza di ossigeno per verificarsi.

La sua prima fase procede con il rilascio di 2 molecole di ATP e comprende la scomposizione di una molecola di glucosio in 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato. Nella seconda fase avviene l'ossidazione NAD-dipendente della gliceraldeide-3-fosfato, accompagnata dalla fosforilazione del substrato, cioè l'attaccamento di un residuo di acido fosforico alla molecola e la formazione di un legame ad alta energia in essa, dopo di che il il residuo viene trasferito all'ADP con la formazione di ATP.

Quindi l'equazione della glicolisi ha vista successiva:

Glucosio + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n \u003d 2PVK + 2NAD ∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2 O + 4H +.

Riducendo ATP e ADP dai lati sinistro e destro dell'equazione di reazione, otteniamo:

Glucosio + 2NAD + + 2ADP + 2P n \u003d 2NAD ∙ H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 4H +.

Decarbossilazione ossidativa del piruvato

Acido piruvico (piruvato) formato durante la glicolisi sotto l'azione del complesso piruvato deidrogenasi ( struttura complessa da 3 diversi enzimi e oltre 60 subunità) si scompone in anidride carbonica e acetaldeide, che insieme al coenzima A forma acetil-CoA. La reazione è accompagnata dalla riduzione del NAD a NAD∙H.

Negli eucarioti, il processo avviene nella matrice mitocondriale.

β-ossidazione degli acidi grassi

Infine, nella quarta fase, il β-chetoacido risultante viene scisso dalla β-chetotiolasi in presenza del coenzima A in acetil-CoA e un nuovo acil-CoA, in cui la catena di carbonio è più corta di 2 atomi. Il ciclo di β-ossidazione viene ripetuto finché tutto l'acido grasso non è stato convertito in acetil-CoA.

Ciclo dell'acido tricarbossilico

L'equazione totale della reazione:

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + F n + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

Negli eucarioti, gli enzimi del ciclo sono allo stato libero nella matrice mitocondriale, solo la succinato deidrogenasi è incorporata nella membrana mitocondriale interna.

La quantità principale di molecole di ATP è prodotta con il metodo della fosforilazione ossidativa ultima fase respirazione cellulare: nella catena di trasporto degli elettroni. Qui avviene l'ossidazione del NADH e del FADH 2, ridotti nei processi di glicolisi, β-ossidazione, ciclo di Krebs, ecc. L'energia rilasciata durante queste reazioni, a causa della catena di trasportatori di elettroni localizzata nella membrana interna dei mitocondri (nei procarioti - nella membrana citoplasmatica), viene trasformata in un potenziale protonico transmembrana. L'enzima ATP sintasi utilizza questo gradiente per sintetizzare l'ATP, convertendo la sua energia in energia. legami chimici. È stato calcolato che durante questo processo la molecola di NADH può produrre 2,5 molecole di ATP, FADH 2 - 1,5 molecole.

L'accettore finale di elettroni nella catena respiratoria degli aerobi è l'ossigeno.

Respirazione anaerobica

Equazione generale della respirazione, bilancio dell'ATP

Palcoscenico	Produzione di coenzima	Produzione ATP (GTP)	Metodo per ottenere ATP
Prima fase della glicolisi		−2	Fosforilazione del glucosio e del fruttosio-6-fosfato utilizzando 2 ATP dal citoplasma.
Seconda fase della glicolisi		4	fosforilazione del substrato
	2NADH	3 (5)	fosforilazione ossidativa. Solo 2 ATP vengono generati dal NADH nella catena di trasporto degli elettroni perché il coenzima è prodotto nel citoplasma e deve essere trasportato ai mitocondri. Quando si utilizza la navetta malato-aspartato per il trasporto nei mitocondri, si formano 3 moli di ATP dal NADH. Quando si utilizza la stessa navetta di glicerofosfato, si formano 2 mol di ATP.
Decarbossilazione del piruvato	2NADH	5	Fosforilazione ossidativa
ciclo di Krebs		2	fosforilazione del substrato
	6NADH	15	Fosforilazione ossidativa
	2RICA 2	3	Fosforilazione ossidativa
Uscita generale		30 (32) ATP	Quando il glucosio è completamente ossidato diossido di carbonio e l'ossidazione di tutti i coenzimi formati.

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Appunti

Un estratto che caratterizza la respirazione cellulare

Passavano i giorni e non sapevo se la mia ragazza era ancora in Meteor? Karaffa è apparsa per lei? .. E per lei andava tutto bene.
La mia vita era vuota e strana, se non senza speranza. Non potevo lasciare Caraffa, perché sapevo che se fossi scomparso, avrebbe subito sfogato la sua rabbia sulla mia povera Anna... Inoltre, non potevo ancora distruggerlo, perché non riuscivo a trovare la strada per il protezione che gli ho dato una volta era una persona "estranea". Il tempo scorreva senza pietà e mi sentivo sempre più impotente, il che, unito all'inazione, cominciò lentamente a farmi impazzire...
È passato quasi un mese dalla mia prima visita alle cantine. Non c'era nessuno in giro con cui potessi dire nemmeno una parola. La solitudine opprime sempre più profondamente, insediandosi nel cuore del vuoto, acutamente condita dalla disperazione...
Speravo davvero che Morone sopravvivesse ancora, nonostante i "talenti" del Papa. Ma aveva paura di tornare nelle cantine, perché non era sicura se lo sfortunato cardinale fosse ancora lì. La mia visita di ritorno potrebbe attirargli addosso la vera malizia di Caraffa, e Morone dovrebbe pagarla davvero cara.
Restando recintato da ogni comunicazione, ho trascorso le mie giornate nel più assoluto “silenzio della solitudine”. Finché, alla fine, non potendo più resistere, scese di nuovo nel seminterrato...
La stanza dove trovai Morone un mese fa questa volta era vuota. Si poteva solo sperare che il coraggioso cardinale fosse ancora vivo. E gli auguravo di cuore buona fortuna, che purtroppo ai prigionieri di Caraffa evidentemente mancava.
E visto che comunque ero già nel seminterrato, dopo averci pensato un po', ho deciso di guardare oltre e ho aperto con cautela la porta accanto....
E lì, su una sorta di terribile "strumento" di tortura, giaceva una giovane ragazza completamente nuda e insanguinata, il cui corpo era un vero e proprio miscuglio di carne viva bruciata, tagli e sangue, che la copriva tutta dalla testa ai piedi ... Né il boia , né, per di più - Caraffa, per mia fortuna, non c'erano torture nella stanza.
Mi sono avvicinato silenziosamente alla sfortunata donna e le ho accarezzato con cura la guancia gonfia e tenera. La ragazza gemette. Poi, prendendo con attenzione le sue fragili dita nel palmo della mano, ho iniziato lentamente a "guarirla" ... Presto, occhi chiari e grigi mi hanno guardato sorpresi ...
- Tranquillo, caro... menti in silenzio. Cercherò di aiutarti il ​​più possibile. Ma non so se avrò abbastanza tempo... Sei stato torturato molto e non sono sicuro di riuscire a "sistemare" velocemente tutto questo. Rilassati, mia cara, e cerca di ricordare qualcosa di bello... se puoi.
La ragazza (si è rivelata essere solo una bambina) gemette, cercando di dire qualcosa, ma per qualche motivo le parole non funzionavano. Borbottò, incapace perfino di articolare se stessa parola breve. E poi sono stato colpito da una terribile comprensione: questa sfortunata donna non aveva lingua !!! L'hanno tirato fuori... per non dire troppo! In modo che non gridasse la verità mentre bruciavano sul rogo ... In modo che non potesse dire cosa le hanno fatto ...
Oh mio Dio!.. Davvero tutto questo è stato fatto da PERSONE???
Calmando leggermente il mio cuore morto, ho provato a rivolgermi a lei mentalmente - la ragazza ha sentito. Il che significava: era dotata!... Una di quelle che il Papa odiava così ferocemente. E che ha così brutalmente bruciato vivo nei suoi terrificanti falò umani...
- Cosa ti hanno fatto, caro?! .. Perché ti hanno tolto la parola?!
Cercando di stringere lo straccio ruvido che le cadde dal corpo con mani indisciplinate e tremanti, sussurrai scioccato.
- Non aver paura di nulla, mia cara, pensa solo a quello che vorresti dire, e cercherò di ascoltarti. Come ti chiami, ragazza?
“Damiana…” sussurrò dolcemente la risposta.
“Aspetta, Damiana”, sorrisi nel modo più affettuoso possibile. “Aspetta, non scappare, cercherò di aiutarti!”
Ma la ragazza scosse lentamente la testa e un'unica lacrima pulita scese lungo la sua guancia ferita...
"Grazie per la tua gentilezza. Ma non sono già inquilina... - sussurrò in risposta la sua tranquilla voce "mentale". “Aiutami... Aiutami a 'andare'. Per favore... non ne posso più... Torneranno presto... Per favore! Mi hanno contaminato... Per favore aiutami a "andarmene"... Tu sai come. Aiuto... ti ringrazierò "là" e mi ricorderò di te...
Mi afferrò il polso con le sue dita sottili, mutilate dalla tortura, aggrappandosi ad esso con una presa mortale, come se sapesse con certezza che potevo davvero aiutarla... potevo darle la pace desiderata...
Un dolore acuto stravolgeva il mio cuore stanco... Questa dolce ragazza, brutalmente torturata, quasi una bambina, per favore, mi ha chiesto la morte!!! I carnefici non solo hanno ferito il suo fragile corpo, ma hanno profanato la sua anima pura, violentandola insieme! .. E ora, Damiana era pronta a “andarsene”. Ha chiesto la morte come liberazione, anche per un attimo, senza pensare alla salvezza. È stata torturata e profanata, e non voleva vivere... Anna è apparsa davanti ai miei occhi... Dio, l'aspettava la stessa terribile fine?! Posso salvarla da questo incubo?!
Damiana mi guardò implorante con i suoi occhi puliti. occhi grigi, che rifletteva una profondità disumana, selvaggia nella sua forza, dolore ... Non poteva più combattere. Non ne aveva la forza. E per non tradirsi ha preferito andarsene...
Che tipo di "persone" erano quelle che hanno commesso tanta crudeltà?!. Che tipo di mostri hanno calpestato la nostra pura Terra, contaminandola con la loro meschinità e la loro anima "nera"? una piccola parte la mia vita triste e fallita... E l'odio mi ha bruciato l'anima! Odio per il mostro che si faceva chiamare Papa... Vicario di Dio... e Santo Padre... godendosi il suo potere marcio e la sua ricchezza, mentre nel suo inquietante seminterrato un'anima meravigliosa e pura lasciava la vita. Sono andato via propria volontà...Poiché non poteva più sopportare l'estremo dolore inflittole per ordine dello stesso "santo" Papa...
Oh, quanto lo odiavo!!!..lo odiavo con tutto il cuore, con tutta l'anima! E sapevo che mi sarei vendicato di lui, qualunque cosa mi sarebbe costato. Per tutti coloro che morirono così brutalmente per suo ordine... Per suo padre... per Girolamo... per questa ragazza gentile e pura... e per tutti gli altri a cui giocosamente ha tolto la possibilità di vivere il loro caro e solo in questo corpo, la vita terrena.
- Ti aiuterò, ragazza... Ti aiuterò, cara... - cullala dolcemente, sussurrai piano. - Calmati, sole, non ci sarà più dolore. Mio padre è andato lì... gli ho parlato. C'è solo luce e pace... Rilassati, mia cara... esaudirò il tuo desiderio. Adesso te ne andrai, non aver paura. Non sentirai niente... ti aiuterò io, Damiana. Sarò con te...
Da lei mutilata corpo fisico ne venne fuori un'entità straordinariamente bella. Assomigliava a Damiana prima di venire in questo dannato posto.
"Grazie..." sussurrò la sua voce dolce. Grazie per la tua gentilezza... e libertà. Ti ricorderò.
Cominciò a risalire lentamente il canale luminoso.
– Addio Damian... Lascia che il tuo nuova vita sarà felice e luminoso! Troverai comunque la tua felicità, ragazza... E la troverai brava gente. Arrivederci...
Il suo cuore si fermò silenziosamente... E l'anima sofferente volò liberamente lontano dove nessuno poteva più farle del male. La ragazza dolce e gentile se ne andò, senza mai sapere quanto meravigliosa e gioiosa potesse essere la sua vita spezzata e non vissuta... quante brave persone il suo Dono avrebbe potuto rendere felici... quanto alto e luminoso potesse essere il suo amore sconosciuto... e quanto forte e le voci dei suoi figli non nati in questa vita potrebbero suonare felici...
Il viso di Damiana, calmato nella morte, si distese, e sembrava semplicemente addormentata, era così pulita e bella adesso... Singhiozzando amaramente, sprofondai in un ruvido sedile accanto al suo corpo vuoto... Il mio cuore era freddo di amarezza e risentimento per la sua vita innocente e abbreviata ... E da qualche parte, molto nel profondo della mia anima, sorse un odio feroce, minacciando di scoppiare e spazzare via questo intero mondo criminale e terrificante dalla faccia della Terra ...

respirazione cellulare

I principali processi che forniscono energia alla cellula sono la fotosintesi, la chemiosintesi, la respirazione, la fermentazione e la glicolisi come fase della respirazione.

Con il sangue, l'ossigeno penetra nella cellula, o meglio in uno speciale strutture cellulari mitocondri. Si trovano in tutte le cellule, ad eccezione delle cellule batteriche, delle alghe blu-verdi e delle cellule del sangue mature (eritrociti). Nei mitocondri, l'ossigeno entra in una reazione a più stadi con vari nutrienti, proteine, carboidrati, grassi, ecc. Questo processo è chiamato respirazione cellulare. Di conseguenza, viene rilasciata energia chimica, che la cellula immagazzina in una sostanza speciale chiamata adenosina trifosfato o ATP. Questo è un accumulatore universale di energia che il corpo spende per la crescita, il movimento e il mantenimento della sua attività vitale.

La respirazione è ossidativa, con la partecipazione dell'ossigeno, la decomposizione della sostanza organica nutrienti, accompagnato dalla formazione di metaboliti chimicamente attivi e dal rilascio di energia, che vengono utilizzati dalle cellule per i processi vitali.

L’equazione generale della respirazione è:

Dove Q=2878 kJ/mol.

Ma la respirazione, a differenza della combustione, è un processo in più fasi. Ci sono due fasi principali in esso: la glicolisi e la fase dell'ossigeno.

glicolisi

Prezioso per il corpo, l'ATP si forma non solo nei mitocondri, ma anche nel citoplasma della cellula a seguito della glicolisi (dal greco Glykis - dolce e decomposizione Lysis). La glicolisi non è un processo dipendente dalla membrana. Si verifica nel citoplasma. Tuttavia, gli enzimi della glicolisi sono associati alle strutture citoscheletriche.

La glicolisi è un processo molto complesso. Questo è un processo di degradazione del glucosio sotto l'azione di vari enzimi, che non richiede la partecipazione dell'ossigeno. Per la decomposizione e l'ossidazione parziale di una molecola di glucosio è necessario un ciclo coordinato di undici reazioni successive. Nella glicolisi, una molecola di glucosio rende possibile la sintesi di due molecole di ATP. I prodotti di degradazione del glucosio possono quindi entrare in una reazione di fermentazione, trasformandosi in etanolo o acido lattico. La fermentazione alcolica è caratteristica del lievito e la fermentazione lattica è caratteristica delle cellule animali e di alcuni batteri. Molti aerobici, ad es. vivendo esclusivamente in un ambiente privo di ossigeno, gli organismi hanno abbastanza energia generata a seguito della glicolisi e della fermentazione. Ma gli organismi aerobici devono integrare questa piccola scorta, e in modo abbastanza significativo.

Fase dell'ossigeno della respirazione

I prodotti di degradazione del glucosio entrano nei mitocondri. Lì, da loro viene prima separata una molecola di anidride carbonica, che viene espulsa dal corpo all'uscita. La postcombustione avviene nel cosiddetto ciclo di Krebs (Appendice n. 1) (dal nome del biochimico inglese che lo descrisse) di una catena sequenziale di reazioni. Ciascuno degli enzimi coinvolti entra in composti e dopo diverse trasformazioni viene nuovamente rilasciato nella sua forma originale. Il ciclo biochimico non è un camminare in cerchio senza scopo. È più come un traghetto che corre tra due sponde, ma alla fine le persone e le auto si spostano la giusta direzione. Come risultato delle reazioni che avvengono nel ciclo di Krebs, vengono sintetizzate ulteriori molecole di ATP, ulteriori molecole di anidride carbonica e atomi di idrogeno vengono scissi.

Anche i grassi sono coinvolti in questa catena, ma la loro scissione richiede tempo, quindi se l'energia è urgentemente necessaria, il corpo non utilizza grassi, ma carboidrati. Ma i grassi sono una fonte di energia molto ricca. Le proteine ​​possono anche essere ossidate per esigenze energetiche, ma solo in ultima risorsa ad esempio durante il digiuno prolungato. Le proteine ​​sono una riserva di emergenza per la cellula.

Il processo più efficiente di sintesi dell'ATP avviene con la partecipazione dell'ossigeno nella catena respiratoria multistadio. L'ossigeno è in grado di ossidare molti composti organici e allo stesso tempo rilasciare molta energia contemporaneamente. Ma una tale esplosione sarebbe fatale per il corpo. Il ruolo della catena respiratoria e di tutto ciò che è aerobico, cioè La respirazione legata all'ossigeno consiste proprio nel fatto che al corpo viene fornita energia continuamente e in piccole porzioni nella misura in cui ne ha bisogno. Puoi tracciare un'analogia con la benzina: versata a terra e data alle fiamme, divampa istantaneamente senza alcun beneficio. E in macchina, bruciando a poco a poco, la benzina durerà diverse ore lavoro utile. Ma per questo è necessario un dispositivo così complesso come un motore.

catena respiratoria in concomitanza con il ciclo di Krebs e la glicolisi, consente di portare la resa di molecole di ATP da ciascuna molecola di glucosio a 38. Ma con la glicolisi questo rapporto era solo 2:1. Quindi, il coefficiente azione utile respirazione molto più aerobica.

Come è organizzata la catena respiratoria?

Il meccanismo di sintesi dell'ATP durante la glicolisi è relativamente semplice e può essere facilmente riprodotto in vitro. Tuttavia, non è mai stato possibile simulare la respirazione Sintesi dell'ATP. Nel 1961, il biochimico inglese Peter Mitchell suggerì che gli enzimi vicini nella catena respiratoria osservano non solo una sequenza rigorosa, ma anche un ordine chiaro nello spazio della cellula. La catena respiratoria, senza cambiare il suo ordine, è fissata nel guscio interno (membrana) dei mitocondri e lo cuce più volte come punti di sutura. I tentativi di riprodurre la sintesi respiratoria dell'ATP sono falliti perché il ruolo della membrana è stato sottovalutato dai ricercatori. Ma la reazione coinvolge anche enzimi concentrati in escrescenze simili a funghi dentro membrane. Se queste crescite vengono rimosse, l’ATP non verrà sintetizzato.

Alito nocivo.

L’ossigeno molecolare è un potente agente ossidante. Ma come medicina forte, è in grado di dare e effetti collaterali. Ad esempio, l'interazione diretta dell'ossigeno con i lipidi provoca la comparsa di perossidi tossici e distrugge la struttura delle cellule. I composti reattivi dell'ossigeno possono anche danneggiare le proteine ​​e gli acidi nucleici.

Perché non si verifica l'avvelenamento con questi veleni? Perché hanno un antidoto. La vita è nata in assenza di ossigeno e le prime creature sulla Terra erano anaerobiche. Poi è apparsa la fotosintesi e l'ossigeno sottoprodotto cominciarono ad accumularsi nell'atmosfera. A quei tempi, questo gas era pericoloso per tutti gli esseri viventi. Alcuni anaerobi morirono, altri trovarono angoli privi di ossigeno, ad esempio, depositandosi in zolle di terreno; altri iniziarono ad adattarsi e cambiare. Fu allora che apparvero i meccanismi che proteggono cellula vivente dall'ossidazione casuale. Queste sono varie sostanze: enzimi, incluso il distruttore della dannosa catalisi del perossido di idrogeno, così come molti altri composti non proteici.

La respirazione in generale è apparsa inizialmente come un modo per rimuovere l'ossigeno che circonda il corpo atmosfera e solo allora divenne una fonte di energia. Adattati al nuovo ambiente, gli anaerobi sono diventati aerobi, dopo aver ricevuto enormi benefici. Ma pericolo nascosto l'ossigeno per loro è ancora preservato. Il potere degli antidoti antiossidanti non è illimitato. Ecco perché nell'ossigeno puro, e anche sotto pressione, tutti gli esseri viventi muoiono molto presto. Se la cella è danneggiata in qualche modo fattore esterno, Quello meccanismi di difesa di solito falliscono in primo luogo, e poi l'ossigeno comincia a danneggiare anche a concentrazione atmosferica normale

La respirazione cellulare è un insieme di processi enzimatici che si verificano in ciascuna cellula, a seguito dei quali le molecole di carboidrati, acidi grassi e amminoacidi vengono infine scomposte in anidride carbonica e acqua e rilasciate biologicamente energia utilizzabile utilizzato per la vita della cellula. L'energia biologicamente utile è il flusso di elettroni dai livelli energetici più alti a quelli più bassi. Succede così: sotto l'azione di un enzima, i protoni (cioè gli atomi di idrogeno) vengono portati via da una molecola di un nutriente (carboidrati, grassi, proteine) e insieme a loro gli elettroni. Questo processo è noto come deidrogenazione*< Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакций окисления - восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления «.>. Gli elettroni rimossi vengono trasferiti a una sostanza speciale chiamata accettore**<Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются "цитохромами ".>. Inoltre, altri enzimi sottraggono elettroni all'accettore primario e li trasferiscono a un altro, e così via, finché l'energia degli elettroni non viene completamente esaurita o immagazzinata sotto forma di energia di legame chimico (adenosina trifosfato). Alla fine, l'ossigeno reagisce con gli ioni idrogeno e gli elettroni che hanno dato energia, si trasforma in acqua, che viene espulsa dal corpo. Questo flusso di elettroni è chiamato “cascata elettronica”. Per maggiore chiarezza si può rappresentare come una serie di cascate, ciascuna cascata fa ruotare una turbina la quale sprigiona energia fino a cederla completamente. In alto c'è "acqua" - una sostanza alimentare da cui verranno portati via elettroni e protoni (substrato), e in basso - "acque reflue" - elettroni e protoni con energia ridotta, combinati con ossigeno (acqua), e ciò che resta del substrato, - da selezionare. Consideriamo ora lo stesso processo dal punto di vista della destrutturazione (entropia, cioè decadimento). Ogni molecola sostanza alimentare ha una propria struttura spaziale. Durante la deidrogenazione, l'uno o l'altro enzima può scindere solo alcuni atomi di idrogeno che occupano una certa posizione spaziale nella molecola. Come risultato di una serie di tali scissioni successive, una sostanza con una struttura complessa viene distrutta in componenti semplici. L'energia di legame, quando viene rilasciata, viene utilizzata dal nostro corpo per il proprio rafforzamento - mantiene le proprie strutture di proteine, grassi, carboidrati, ecc. In questo modo, destrutturando le sostanze alimentari, l'organismo mantiene stabili le strutture del proprio organismo. Se il cibo è già stato destrutturato ( trattamento termico, salatura, essiccazione, raffinazione, macinazione, ecc.), allora il nostro corpo riceverà molta meno energia contenuta nei restanti rapporti spaziali. Pertanto, il potere della nutrizione non risiede nelle calorie, ma nella struttura del cibo. L’aspettativa di vita non dipende dal cibo ben nutrito, ma dal cibo strutturato. Quindi, la respirazione cellulare è un processo di generazione di elettroni, cioè elettricità. E. Ball ha effettuato calcoli che mostrano quanta energia elettrica viene generata nel corpo quando i substrati vengono scomposti in acqua e anidride carbonica. Basandosi sul consumo di ossigeno di un corpo adulto a riposo (264 centimetri cubi al minuto) e sul fatto che ogni atomo di ossigeno richiede due atomi di idrogeno e due elettroni per formare una molecola d'acqua, Ball calcolò che in ogni minuto in tutte le cellule del corpo gli elettroni del corpo 2.86.10.22 passano dalle molecole dei nutrienti digeriti nel processo di ossidazione biologica all'ossigeno, ovvero la forza di corrente totale raggiunge 76 ampere (A). Questo è un valore impressionante: dopo tutto, attraverso una normale lampadina da 100 watt passa solo circa 1 ampere di corrente.
La transizione degli elettroni dal substrato all'ossigeno corrisponde ad una differenza di potenziale di 1,13 volt (V); volt per ampere è uguale a watt, quindi 1,13 x 76 = 85,9 watt. Quindi il consumo energetico corpo umano approssimativamente uguale alla potenza consumata da una lampadina da 100 watt, ma allo stesso tempo nel corpo vengono utilizzate correnti molto più elevate a tensioni molto più basse. Sulla base di quanto sopra, chiariremo da soli il ruolo di ciascuna sostanza in processo di vita. I NUTRIENTI servono a costruire le strutture del nostro corpo e, una volta destrutturati, ci danno energia sotto forma di elettroni. prodotti finali destrutturazione dei nutrienti: l'ACQUA ci fornisce l'ambiente per lo scorrere dei processi vitali; L'ANIDRIDE CARBONICA è un regolatore sotto forma di processi vitali (modifica l'equilibrio acido-base, attiva l'apparato genetico della cellula, influenza l'assorbimento di ossigeno da parte dell'organismo). L'OSSIGENO consumato durante la respirazione svolge un ruolo modesto nella rimozione di elettroni con un potenziale energetico ridotto dal corpo sotto forma di prodotti del collegamento finale della destrutturazione: anidride carbonica e acqua.
Dal punto di vista degli elementi biogenici, il carbonio (18%) è un legame che collega l'ossigeno (70%) e l'idrogeno (10%). Non l'azoto, ma il carbonio è il fondamento della vita, quindi l'organismo si sforza con tutti i mezzi di preservarlo, orientando l'intero processo respiratorio sulla conservazione stabile del carbonio sotto forma di anidride carbonica e dei suoi altri composti. Una diminuzione del carbonio e dei suoi composti nel corpo influisce immediatamente su tutti i processi vitali, causando molte malattie.
Ecco come viene eseguita la terza fase della respirazione: la respirazione cellulare. Inoltre, il numero più grande l'anidride carbonica si ottiene quando si assumono cibi a base di carboidrati e i più piccoli - da grassi e proteine.

La fotosintesi e la respirazione sono due processi alla base della vita. Entrambi si svolgono in una cella. Il primo - nelle piante e in alcuni batteri, il secondo - negli animali, nelle piante, nei funghi e nei batteri.

Possiamo dire che la respirazione cellulare e la fotosintesi sono processi opposti tra loro. Ciò è in parte corretto, poiché nel primo l'ossigeno viene assorbito e rilasciato, e nel secondo è viceversa. Tuttavia, non è corretto nemmeno confrontare questi due processi, poiché si verificano in organelli diversi utilizzando sostanze diverse. Anche gli scopi per cui sono necessari sono diversi: la fotosintesi è necessaria per ottenere i nutrienti e la respirazione cellulare è necessaria per la produzione di energia.

Fotosintesi: dove e come avviene?

Questo reazione chimica mirato ad ottenere sostanze organiche da inorganiche. Un prerequisito il corso della fotosintesi è la presenza luce del sole perché la sua energia funge da catalizzatore.

La caratteristica della fotosintesi delle piante può essere espressa dalla seguente equazione:

• 6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Cioè, da sei molecole di anidride carbonica e altrettante molecole di acqua in presenza di luce solare, una pianta può ottenere una molecola di glucosio e sei di ossigeno.

Questo è l'esempio più semplice di fotosintesi. Oltre al glucosio, nelle piante possono essere sintetizzati anche altri carboidrati più complessi materia organica da altre classi.

Ecco un esempio della produzione di un amminoacido da composti inorganici:

• 6CO 2 + 4H 2 O + 2SO 4 2- + 2NO 3 - + 6H + \u003d 2C 3 H 7 O 2 NS + 13O 2.

La respirazione cellulare aerobica è caratteristica di tutti gli altri organismi, compresi animali e piante. Si verifica con la partecipazione dell'ossigeno.

Nei rappresentanti della fauna, la respirazione cellulare avviene in organelli speciali. Si chiamano mitocondri. Nelle piante la respirazione cellulare avviene anche nei mitocondri.

Fasi

La respirazione cellulare avviene in tre fasi:

1. Fase preparatoria.
2. Glicolisi (processo anaerobico, non richiede ossigeno).
3. Ossidazione (fase aerobica).

Fase preparatoria

La prima fase è quella sostanze complesse V apparato digerente divisi in quelli più semplici. Pertanto, gli amminoacidi si ottengono dalle proteine, dai lipidi - acido grasso e glicerina, carboidrati complessi- glucosio. Questi composti vengono trasportati nella cellula e poi direttamente nei mitocondri.

glicolisi

Consiste nel fatto che sotto l'azione degli enzimi il glucosio viene scomposto acido piruvico e atomi di idrogeno. Si forma questo processo Questo processo può essere espresso dalla seguente equazione:

• C 6 H 12 O 6 \u003d 2C 3 H 3 O 3 + 4H + 2ATP.

Pertanto, nel processo di glicolisi, da una molecola di glucosio, il corpo può ottenere due molecole di ATP.

Ossidazione

SU questa fase formato durante la glicolisi sotto l'azione di enzimi reagisce con l'ossigeno, provocando la formazione di anidride carbonica e atomi di idrogeno. Questi atomi vengono poi trasportati alle creste dove vengono ossidati per formare acqua e 36 molecole di ATP.

Quindi, nel processo di respirazione cellulare, si formano un totale di 38 molecole di ATP: 2 nella seconda fase e 36 nella terza. L’acido adenosina trifosforico è la principale fonte di energia che i mitocondri forniscono alla cellula.

Struttura dei mitocondri

Gli organelli in cui avviene la respirazione si trovano sia negli animali che nelle piante, hanno forma sferica e dimensione di circa 1 micron.

I mitocondri, come i cloroplasti, hanno due membrane separate da uno spazio intermembrana. Ciò che si trova all'interno dei gusci di questo organoide è chiamato matrice. Contiene ribosomi, DNA mitocondriale (mtDNA) e mtRNA. Nella matrice avviene la glicolisi e il primo stadio di ossidazione.

Pieghe simili a creste si formano dalla membrana interna. Si chiamano creste. Qui avviene la seconda fase della terza fase della respirazione cellulare. Durante questo processo si forma la maggior parte delle molecole di ATP.

Origine degli organelli a doppia membrana

Gli scienziati hanno dimostrato che le strutture che forniscono la fotosintesi e la respirazione sono apparse nella cellula attraverso la simbiogenesi. Cioè, lo erano una volta singoli organismi. Questo spiega perché sia ​​i mitocondri che i cloroplasti hanno i propri ribosomi, DNA e RNA.

respirazione cellulare

I principali processi che forniscono energia alla cellula sono la fotosintesi, la chemiosintesi, la respirazione, la fermentazione e la glicolisi come fase della respirazione.

Con il sangue, l'ossigeno entra nella cellula, o meglio, in speciali strutture cellulari: i mitocondri. Si trovano in tutte le cellule, ad eccezione delle cellule batteriche, delle alghe blu-verdi e delle cellule del sangue mature (eritrociti). Nei mitocondri, l'ossigeno entra in una reazione a più stadi con vari nutrienti: proteine, carboidrati, grassi, ecc. Questo processo è chiamato respirazione cellulare. Di conseguenza, viene rilasciata energia chimica, che la cellula immagazzina in una sostanza speciale: l'adenosina trifosfato o ATP. Questo è un accumulatore universale di energia che il corpo spende per la crescita, il movimento e il mantenimento della sua attività vitale.

La respirazione è una decomposizione ossidativa di nutrienti organici con la partecipazione di ossigeno, accompagnata dalla formazione di metaboliti chimicamente attivi e dal rilascio di energia, che vengono utilizzati dalle cellule per i processi vitali.

L’equazione generale della respirazione è:

Dove Q=2878 kJ/mol.

Ma la respirazione, a differenza della combustione, è un processo in più fasi. Ci sono due fasi principali in esso: la glicolisi e la fase dell'ossigeno.

glicolisi

L'ATP prezioso per il corpo si forma non solo nei mitocondri, ma anche nel citoplasma della cellula a seguito della glicolisi (dal greco "glikis" - "dolce" e "lisis" - "decadimento"). La glicolisi non è un processo dipendente dalla membrana. Si verifica nel citoplasma. Tuttavia, gli enzimi della glicolisi sono associati alle strutture citoscheletriche.

La glicolisi è un processo molto complesso. Questo è un processo di degradazione del glucosio sotto l'azione di vari enzimi, che non richiede la partecipazione dell'ossigeno. Per la decomposizione e l'ossidazione parziale di una molecola di glucosio è necessario un ciclo coordinato di undici reazioni successive. Nella glicolisi, una molecola di glucosio rende possibile la sintesi di due molecole di ATP. I prodotti di degradazione del glucosio possono quindi entrare in una reazione di fermentazione, trasformandosi in alcol etilico o acido lattico. La fermentazione alcolica è caratteristica del lievito e la fermentazione dell'acido lattico è caratteristica delle cellule animali e di alcuni batteri. Molti aerobici, ad es. vivendo esclusivamente in un ambiente privo di ossigeno, gli organismi hanno abbastanza energia generata a seguito della glicolisi e della fermentazione. Ma gli organismi aerobici devono integrare questa piccola scorta, e in modo abbastanza significativo.

Fase dell'ossigeno della respirazione

I prodotti di degradazione del glucosio entrano nei mitocondri. Lì, da loro viene prima separata una molecola di anidride carbonica, che viene espulsa dal corpo all'uscita. La "postcombustione" avviene nel cosiddetto ciclo di Krebs (Appendice n. 1) (dal nome del biochimico inglese che lo descrisse) - una catena sequenziale di reazioni. Ciascuno degli enzimi coinvolti entra in composti e dopo diverse trasformazioni viene nuovamente rilasciato nella sua forma originale. Il ciclo biochimico non è un camminare in cerchio senza scopo. È più simile a un traghetto che corre tra due sponde, ma alla fine le persone e le auto si muovono nella giusta direzione. Come risultato delle reazioni che avvengono nel ciclo di Krebs, vengono sintetizzate ulteriori molecole di ATP, ulteriori molecole di anidride carbonica e atomi di idrogeno vengono scissi.

Anche i grassi sono coinvolti in questa catena, ma la loro scissione richiede tempo, quindi se l'energia è urgentemente necessaria, il corpo non utilizza grassi, ma carboidrati. Ma i grassi sono una fonte di energia molto ricca. Le proteine ​​possono anche essere ossidate per esigenze energetiche, ma solo come ultima risorsa, ad esempio durante un digiuno prolungato. Le proteine ​​per la cellula sono una riserva di emergenza.

Il processo più efficiente di sintesi dell'ATP avviene con la partecipazione dell'ossigeno nella catena respiratoria multistadio. L'ossigeno è in grado di ossidare molti composti organici e allo stesso tempo rilasciare molta energia contemporaneamente. Ma una tale esplosione sarebbe fatale per il corpo. Il ruolo della catena respiratoria e di tutto ciò che è aerobico, cioè La respirazione legata all'ossigeno consiste proprio nel fatto che al corpo viene fornita energia continuamente e in piccole porzioni, nella misura in cui il corpo ne ha bisogno. Puoi tracciare un'analogia con la benzina: versata a terra e data alle fiamme, divampa istantaneamente senza alcun beneficio. E in macchina, bruciando a poco a poco, la benzina farà un lavoro utile per diverse ore. Ma per questo è necessario un dispositivo così complesso come un motore.

La catena respiratoria, in concomitanza con il ciclo di Krebs e la glicolisi, consente di portare la "produzione" di molecole di ATP da ciascuna molecola di glucosio a 38. Ma con la glicolisi questo rapporto era solo 2:1. Pertanto, l'efficienza della respirazione aerobica è molto maggiore.

Come è organizzata la catena respiratoria?

Il meccanismo di sintesi dell'ATP durante la glicolisi è relativamente semplice e può essere facilmente riprodotto in vitro. Tuttavia, non è mai stato possibile simulare la sintesi respiratoria dell’ATP in laboratorio. Nel 1961, il biochimico inglese Peter Mitchell suggerì che gli enzimi - vicini nella catena respiratoria - osservano non solo una sequenza rigorosa, ma anche un ordine chiaro nello spazio della cellula. La catena respiratoria, senza cambiare il suo ordine, è fissata nel guscio interno (membrana) dei mitocondri e la “lampeggia” più volte come punti di sutura. I tentativi di riprodurre la sintesi respiratoria dell'ATP sono falliti perché il ruolo della membrana è stato sottovalutato dai ricercatori. Ma nella reazione sono coinvolti anche gli enzimi, concentrati in escrescenze a forma di fungo all'interno della membrana. Se queste crescite vengono rimosse, l’ATP non verrà sintetizzato.

Alito nocivo.

L’ossigeno molecolare è un potente agente ossidante. Ma essendo un farmaco potente, può anche avere effetti collaterali. Ad esempio, l'interazione diretta dell'ossigeno con i lipidi provoca la comparsa di perossidi tossici e distrugge la struttura delle cellule. I composti reattivi dell'ossigeno possono anche danneggiare le proteine ​​e gli acidi nucleici.

Perché non si verifica l'avvelenamento con questi veleni? Perché hanno un antidoto. La vita è nata in assenza di ossigeno e le prime creature sulla Terra erano anaerobiche. Poi apparve la fotosintesi e l'ossigeno, come suo sottoprodotto, cominciò ad accumularsi nell'atmosfera. A quei tempi, questo gas era pericoloso per tutti gli esseri viventi. Alcuni anaerobi morirono, altri trovarono angoli privi di ossigeno, ad esempio, depositandosi in zolle di terreno; altri iniziarono ad adattarsi e cambiare. Fu allora che apparvero i meccanismi che proteggono la cellula vivente dall'ossidazione casuale. Queste sono varie sostanze: enzimi, incluso il distruttore del dannoso perossido di idrogeno - catalisi, così come molti altri composti non proteici.

La respirazione in generale è apparsa inizialmente come un modo per sottrarre ossigeno all'atmosfera che circonda il corpo e solo successivamente è diventata una fonte di energia. Adattati al nuovo ambiente, gli anaerobi sono diventati aerobi, avendo ricevuto enormi vantaggi. Ma il pericolo nascosto dell'ossigeno per loro è ancora preservato. Il potere degli "antidoti" antiossidanti non è illimitato. Ecco perché nell'ossigeno puro, e anche sotto pressione, tutti gli esseri viventi muoiono molto presto. Se la cellula viene danneggiata da qualche fattore esterno, i meccanismi di difesa di solito falliscono in primo luogo e quindi l'ossigeno inizia a danneggiare anche a normali concentrazioni atmosferiche.