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 gli amminoacidi vengono infine scomposti in anidride carbonica e acqua e rilasciati 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 prendono gli elettroni dall'accettore primario e li trasferiscono a un altro, e così via, finché l'energia dell'elettrone non viene completamente esaurita o immagazzinata sotto forma di energia. legami chimici(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 prodotta nel corpo durante la scomposizione dei substrati in acqua e diossido di carbonio. 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 della destrutturazione dei nutrienti: L'ACQUA ci fornisce l'ambiente per i 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.

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: 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 un'attività 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.

Equazione generale il respiro assomiglia a questo:

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 etanolo 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 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 ​​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 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 “produzione” 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 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 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 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 del dannoso perossido di idrogeno - catalisi, 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

Le cellule degli organismi viventi richiedono costantemente energia per svolgere vari processi vitali. Il fornitore universale di questa energia è l'ATP, che si forma nelle reazioni metabolismo energetico. Nella maggior parte degli organismi, l'ATP viene sintetizzato principalmente durante la respirazione cellulare. Respirazione cellulare— processo difficile, durante il quale avviene la scissione materia organica(in definitiva - ai composti inorganici più semplici) e l'energia rilasciata dai loro legami chimici viene immagazzinata e quindi utilizzata dalla cellula (Fig. 60).

La maggior parte degli organismi viventi (tutte le piante, la maggior parte degli animali, funghi e protisti, molti batteri) utilizzano l'ossigeno nel processo di respirazione cellulare. Tali organismi sono detti aerobi (dal greco. aria- aria, bios- vita) e il loro tipo di respirazione - respirazione aerobica. Consideriamo come procede il processo di respirazione cellulare in condizioni aerobiche (cioè in condizioni di libero accesso all'ossigeno).

Fasi della respirazione cellulare. Fase preparatoriaè la scomposizione di grandi molecole organiche in composti più semplici. Questi processi hanno luogo in apparato digerente(negli animali) e il citoplasma delle cellule senza l'uso di ossigeno. Sotto l'influenza enzimi digestivi i polisaccaridi vengono scomposti in monosaccaridi, i grassi in glicerolo e acidi carbossilici superiori, le proteine ​​in amminoacidi, gli acidi nucleici in nucleotidi. In questo caso l'energia rilasciata è poca, non viene immagazzinata sotto forma di ATP, ma viene dissipata sotto forma di calore. Inoltre, affinché si verifichino le reazioni di scissione, è necessaria una certa quantità di energia.

Le sostanze formate a seguito della fase preparatoria possono essere utilizzate dalla cellula sia nelle reazioni di scambio plastico sia per l'ulteriore scissione al fine di ottenere energia.

Viene chiamata la seconda fase del metabolismo energetico anossico O anaerobico. Consiste nella decomposizione enzimatica delle sostanze organiche ottenute nella fase preparatoria. L'ossigeno non partecipa alle reazioni di questa fase, inoltre la fase anaerobica può procedere in determinate condizioni assenza totale ossigeno. La principale fonte di energia nella cellula è il glucosio, quindi considereremo la seconda fase usando l'esempio della scomposizione del glucosio senza ossigeno: la glicolisi.

glicolisi- un processo a più stadi di degradazione priva di ossigeno del glucosio (C 6 H 12 0 6) in acido piruvico(C3H403). Le reazioni di glicolisi sono catalizzate da speciali enzimi e hanno luogo nel citoplasma delle cellule.

Durante la glicolisi, ogni molecola di glucosio viene scomposta in due molecole di acido piruvico (PVA) - Questo libera energia, una parte della quale viene dissipata sotto forma di calore, e il resto viene utilizzato per la sintesi 2 molecole di ATP. I prodotti intermedi della glicolisi subiscono ossidazione: da essi vengono separati atomi di idrogeno, che vengono utilizzati per ripristinare NDD +.

NAD - nicotinammide adenina dinucleotide (il nome completo non è fornito per la memorizzazione) - una sostanza che svolge la funzione di portatore di atomi di idrogeno nella cellula. Il NAD che ha attaccato due atomi di idrogeno è chiamato ridotto (scritto come NAD "H + H +). Il NAD ridotto può donare atomi di idrogeno ad altre sostanze e passare in una forma ossidata (NAD +).

Pertanto, il processo di glicolisi può essere espresso dalla seguente equazione riassuntiva (per semplicità, in tutte le equazioni delle reazioni del metabolismo energetico, le molecole d'acqua formate durante la sintesi dell'ATP non sono indicate):

C6H1206+2NAD+2ADP+2H3P04 ->. 2C3H403 + 2NADH+H+ + 2ATP.

Come risultato della glicolisi, viene rilasciato solo il 5% circa dell'energia contenuta nei legami chimici delle molecole di glucosio. Una parte significativa dell'energia è contenuta nel prodotto della glicolisi - PVC, pertanto durante la respirazione aerobica, dopo la glicolisi, segue lo stadio finale - ossigeno, O aerobico.

L'acido piruvico, formato a seguito della glicolisi, entra nella matrice mitocondriale, dove viene completamente scisso e ossidato nei prodotti finali: CO 2 e H 2 0. Il NAD ridotto formato durante la glicolisi entra anche nei mitocondri, dove subisce l'ossidazione. Durante la fase aerobica della respirazione, l'ossigeno viene consumato e 36 molecole di ATP(basato su 2 molecole di PVC) - La CO 2 viene rilasciata dai mitocondri nello ialoplasma della cellula e quindi ambiente. Quindi, l'equazione totale dello stadio di ossigeno della respirazione può essere rappresentata come segue:

2C 3 H 4 0 3 + 60 2 + 2NADH+H+ + 36ADP + 36H 3 P0 4 ->. 6C02 + 6H20 + + 2NAD+ + 36ATP.

Nella matrice dei mitocondri, il PVC subisce una complessa scissione enzimatica, i cui prodotti sono anidride carbonica e atomi di idrogeno. Questi ultimi vengono consegnati dai trasportatori NAD e FAD (flavina adenina dinucleotide) alla membrana mitocondriale interna (Fig. 61).

La membrana interna dei mitocondri contiene l'enzima ATP - c e nte tase a, nonché complessi proteici che formano la catena di trasporto degli elettroni (ETC). Come risultato del funzionamento dei componenti dell'ETC, gli atomi di idrogeno ottenuti da NAD e FAD vengono separati in protoni (H +) ed elettroni. I protoni vengono trasportati attraverso la membrana mitocondriale interna e si accumulano nello spazio intermembrana. Con l'aiuto di ETC, gli elettroni vengono consegnati alla matrice all'accettore finale: l'ossigeno (0 "). Di conseguenza, si formano anioni O 2-.

L'accumulo di protoni nello spazio intermembrana porta alla comparsa di un potenziale elettrochimico sulla membrana interna dei mitocondri. Quando viene raggiunta una certa concentrazione, i protoni iniziano a spostarsi nella matrice, passando attraverso canali speciali dell'enzima ATP sintetasi. L'energia elettrochimica viene utilizzata per la sintesi un largo numero Molecole di ATP. Nella matrice i protoni si combinano con gli anioni dell'ossigeno e si forma acqua: 2H + + O 2- - HoO.

Pertanto, con la completa scomposizione di una molecola di glucosio, la cellula può sintetizzarla 38 molecole di ATP(2 molecole durante la glicolisi e 36 molecole durante la fase di ossigeno). L’equazione generale della respirazione aerobica può essere scritta come segue:

C6H1206+602+38ADP+38H3P04 ->. 6C02+6H20+38ATP.

I carboidrati sono la principale fonte di energia per le cellule, ma i prodotti di degradazione dei grassi e delle proteine ​​possono essere utilizzati anche nei processi del metabolismo energetico.

1. La respirazione cellulare si riferisce ai processi di assimilazione o dissimilazione? Perché?

2. Qual è il processo di respirazione cellulare? Da dove proviene l’energia per la sintesi dell’ATP durante la respirazione cellulare?

3. Elencare le fasi della respirazione cellulare. Quale di essi è accompagnato dalla sintesi di ATP? Quanto ATP (per 1 mole di glucosio) può essere formato durante ciascuna fase?

4. Dove avviene la glicolisi? Quali sostanze sono necessarie affinché avvenga la glicolisi? Quale prodotti finali si formano contemporaneamente?

5. In quali organelli avviene lo stadio dell'ossigeno della respirazione cellulare? Quali sostanze entrano in questa fase? Quali prodotti si formano?

6. Dentro fase preparatoria la respirazione cellulare immette 81 g di glicogeno. Quale importo massimo L'ATP (mol) può essere sintetizzato a seguito della successiva glicolisi? Durante la fase aerobica della respirazione?

7. Perché la scissione dei composti organici con la partecipazione dell'ossigeno è energeticamente più efficiente che in sua assenza?

8. La lunghezza dei mitocondri varia da 1 a 60 micron e la larghezza è compresa tra 0,25 e 1 micron. Perché, con differenze così significative nella lunghezza dei mitocondri, la loro larghezza è relativamente piccola e relativamente costante?

Capitolo 1. Componenti chimici organismi viventi

• § 1. Contenuto degli elementi chimici nell'organismo. Macro e microelementi
• § 2. Composti chimici negli organismi viventi. sostanze inorganiche

capitolo 2 unità funzionale organismi viventi

• § 10. La storia del ritrovamento della cella. Creazione della teoria cellulare
• § 15. Reticolo endoplasmatico. Complesso di Golgi. Lisosomi

capitolo 3

• § 24. Caratteristiche generali del metabolismo e della conversione dell'energia

Capitolo 4. Organizzazione strutturale e regolazione delle funzioni negli organismi viventi

La respirazione tissutale o cellulare è un insieme di reazioni biochimiche che si verificano nelle cellule degli organismi viventi, durante le quali carboidrati, lipidi e amminoacidi vengono ossidati in anidride carbonica e acqua. L'energia rilasciata viene immagazzinata nei legami chimici dei composti macroergici (molecole di acido adenosina trifosforico e altri macroerg) e può essere utilizzata dall'organismo secondo necessità. Incluso nel gruppo dei processi di catabolismo. SU livello cellulare Considera due tipi principali di respirazione: aerobica (con la partecipazione di un agente ossidante-ossigeno) e anaerobica. In cui, processi fisiologici trasporto alle cellule organismi multicellulari l'ossigeno e la rimozione dell'anidride carbonica da essi sono considerati in funzione della respirazione esterna.

Respirazione aerobica. Nel ciclo di Krebs, la quantità principale di molecole di ATP è prodotta mediante il metodo della fosforilazione ossidativa su 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 liberata durante queste reazioni è dovuta alla catena portatrice di elettroni localizzata nella membrana interna del mitocondri (nei procarioti, nella membrana citoplasmatica), viene trasformato in un potenziale protonico transmembrana. L'enzima ATP sintasi utilizza questo gradiente per sintetizzare l'ATP, convertendo la sua energia in energia di legame chimico. È stato calcolato che durante questo processo una molecola di NADH può produrre 2,5 molecole di ATP, FADH 2 - 1,5 molecole. L'ossigeno è l'accettore finale di elettroni nella catena respiratoria degli aerobi.

Respirazione anaerobica - processo biochimico ossidazione di substrati organici o idrogeno molecolare utilizzando altri agenti ossidanti organici o inorganici come accettore finale di elettroni nell'ETC respiratorio al posto dell'O 2 . Come nel caso della respirazione aerobica, l'energia libera rilasciata durante la reazione viene immagazzinata sotto forma di potenziale protonico transmembrana, che viene utilizzato dall'ATP sintasi per sintetizzare ATP.

addominale respiro effettuata dalla contrazione del diaframma e dei muscoli cavità addominale con relativo resto della parete toracica. Le spalle cadono durante l'inspirazione muscoli pettorali indebolirsi, il diaframma si contrae e cade. Ciò aumenta la pressione negativa all'interno cavità toracica e pieno d'aria Parte inferiore polmoni. Ciò aumenta la pressione intra-addominale e sporge lo stomaco. Durante l'espirazione il diaframma si rilassa, si alza, parete addominale ritorna nella sua posizione originale.

Durante respirazione diaframmatica si effettua il massaggio organi interni. Molto spesso, tale respirazione si verifica negli uomini. Si verifica anche quando una persona sta riposando, solitamente durante il sonno.

inferiore allattamento al seno respiro impegna i muscoli intercostali. Come risultato della contrazione muscolare, gabbia toracica si espande verso l'esterno e verso l'alto, l'aria entra nei polmoni e avviene l'ispirazione. Durante respirazione inferiore solo una parte dei polmoni è riempita e sono coinvolte solo le costole, ma il resto del corpo rimane immobile. Di conseguenza, non si verifica un vero e proprio processo di scambio di gas.

La respirazione del torace inferiore è generalmente utilizzata dalle donne. Viene utilizzato anche da persone che sono spesso in casa posizione seduta perché devono sporgersi continuamente in avanti per leggere o scrivere.

Superiore allattamento al seno respiro si verifica a causa del lavoro dei muscoli delle clavicole. Durante l'inspirazione, le clavicole e le spalle si sollevano e l'aria entra nei polmoni. In questo caso, devi fare molti sforzi, perché la frequenza delle inspirazioni e delle espirazioni aumenta e l'apporto di ossigeno è insignificante. Tale respirazione può essere indotta deliberatamente contraendo l'addome. In cima respirazione toracicaè coinvolta solo una piccola parte dei polmoni e lo scambio gassoso è incompleto. Di conseguenza, l’aria non viene adeguatamente pulita e riscaldata.

Le donne ricorrono a questo tipo di respirazione durante il parto.

misto O completare respiro mette in moto il tutto Macchina per aiutare la respirazione. Allo stesso tempo, tutti i tipi di muscoli lavorano, il diaframma e i polmoni sono completamente ventilati.

Tale respirazione rimuove le tossine, stimola il metabolismo, rinnova il corpo.

In questo caso, la respirazione può essere sia profonda che superficiale. fiato cortoè facile e veloce. Frequenza movimenti respiratori fino a 60 movimenti al minuto. Allo stesso tempo, vengono effettuate un'inspirazione silenziosa e un'espirazione intensa e rumorosa. Ciò consente di alleviare la tensione da tutti i muscoli del corpo. Con la respirazione superficiale, i polmoni sono riempiti d’aria solo parzialmente.

Solo i bambini piccoli respirano superficialmente. Più il bambino cresce, meno respiri al minuto fa. Il respiro di un adulto acquisisce carattere profondo. Durante la respirazione profonda, la frequenza rallenta, i polmoni si riempiono il più possibile d'aria. Il volume di inalazione allo stesso tempo supera la norma consentita.

Ma questa respirazione è benefica per la nostra salute? E Quale affatto tipo respirazione È il migliore?

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, nelle speciali strutture cellulari dei 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 un'attività ossidativa, con la partecipazione dell'ossigeno, la decomposizione dei nutrienti organici, 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

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 alcol etilico 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 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 ​​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 farà un lavoro utile per diverse ore. Ma per questo è necessario un dispositivo così complesso come un motore.

La catena respiratoria, insieme al ciclo di Krebs e alla glicolisi, consente di aumentare la resa 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 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 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 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 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.