Solumetabolia

• Tuotteet

Solumetabolia

Metabolia on joukko monimutkaisten orgaanisten aineiden biosynteesin ja hajottamisen prosesseja solussa ja kehossa.

Anabolia - muovinen aineenvaihdunta, assimilaatio, orgaanisten aineiden biosynteesi (orgaaniset aineet syntetisoidaan - proteiinit, rasvat, hiilihydraatit), energia kulutetaan (ATP kulutetaan), fotosynteesi, kemosynteesi, proteiinibiosynteesi.

Katabolia - energian aineenvaihdunta, hajoaminen, orgaanisten aineiden hajoaminen (orgaaniset aineet jaetaan CO2: ksi ja H2O: ksi, energia vapautuu ja varastoidaan ATP: n muodossa, soluhengitys (energian aineenvaihdunta solussa)).

Ravitsemustyypit (menetelmät ATP: n energian saamiseksi)

Autotrofit - pystyvät luomaan epäorgaanisista orgaanisista aineista.

On fototrofeja (käytetään aurinkoenergiaa biosynteesiin, kasveja ja sinivihreitä - syanobakteereita) ja kemotrofeja (kemiallisten sidosten energiaa biosynteesiin, rikin bakteereihin, rauta-bakteereihin, typen kiinnittämiseen, nitrifiointiin ja vetybakteereihin).

Heterotrofit - käytä valmiita orgaanisia aineita.

On saprotrofeja (elävien organismien orgaanisten aineiden käyttö tai elävien organismien jätetuotteita, saprotrofisia bakteereita, eläimiä (saprophagi) ja sieniä) ja loisia (elävät toisen elävän organismin kustannuksella, ruokkivat sen mehuja, kudoksia tai sulavaa ruokaa toistuvasti tappamatta, pysyvästi tai väliaikaisesti) käyttää isäntäorganismia elinympäristönä, bakteereja, sieniä, kasveja, eläimiä ja viruksia).

Kirilenko A. A. Biologia. Unified State Exam. Osa "Molekyylibiologia". Teoria, koulutustehtävät. 2017.

Metabolia (aineenvaihdunta) - joukko kemiallisia reaktioita, joita esiintyy elävässä organismissa sen normaalin toiminnan kannalta.

Metabolia koostuu aineiden hajoamisesta (energian aineenvaihdunta) ja aineiden kokoamisesta (muovinen aineenvaihdunta).

Muovinen aineenvaihdunta (anabolia, assimilaatio) on yhdistelmä synteesireaktioita, joita esiintyy ATP-energian kulutuksen kanssa.

Tulos: soluun tulevista ravintoaineista proteiineja, rasvoja, hiilihydraatteja, joita käytetään uusien solujen, niiden elinten ja solujen välisen aineen muodostamiseen, ovat keholle ominaisia.

Energian aineenvaihdunta (katabolia, dissimilaatio) - joukko hajoamisreaktioita, joita esiintyy yleensä energian vapautumisena lämpönä ja ATP: n muodossa.

Tulos: monimutkaiset aineet hajoavat yksinkertaisempaan (erilaistumiseen) tai hapettumiseen.

Metabolia tähtää biologisten järjestelmien säilyttämiseen ja itsetarkoitukseen.

Se sisältää aineiden pääsyn elimistöön ravitsemus- ja hengitysprosessissa, solunsisäisen aineenvaihdunnan ja aineenvaihdunnan lopputuotteiden vapautumisen.

Metabolia liittyy erottamattomasti eräiden energiamuotojen muuntumiseen toisiin. Esimerkiksi fotosynteesin aikana valoenergia tallennetaan monimutkaisten orgaanisten molekyylien kemiallisten sidosten muodossa, ja hengitysprosessissa se vapautuu ja kulutetaan uusien molekyylien synteesiin, mekaaniseen ja osmoottiseen työhön, joka on haihtunut lämmön muodossa jne.

Entsyymit ovat biologisia katalyyttejä, joilla on proteiinia, jotka kontrolloivat eläviä organismeja kemiallisia reaktioita.

Entsyymit vähentävät kemiallisten reaktioiden aktivoitumisenergiaa, mikä nopeuttaa merkittävästi niiden esiintymistä tai tekee niistä pohjimmiltaan mahdollisia.

Entsyymit voivat olla joko yksinkertaisia ​​tai monimutkaisia ​​proteiineja, jotka proteiiniosan lisäksi sisältävät ei-proteiinikofaktoria tai koentsyymiä.

Entsyymit poikkeavat ei-proteiinikatalyytteistä niiden suurella spesifisyydellä: kukin entsyymi katalysoi tietyn tyyppisen substraatin erityisiä transformaatioita.

Entsyymien aktiivisuutta elävissä organismeissa säännellään useilla mekanismeilla:

- vuorovaikutuksessa säätelyproteiinien, matalan molekyylipainon säätelijöiden ja ionien kanssa

- muuttamalla reaktio-olosuhteita, kuten osaston pH: ta

Energia-aineenvaihdunnan vaiheet

1. Valmisteleva

Sen suorittavat ruoansulatuskanavan entsyymit, lysosomien entsyymit. Vapautunut energia hajoaa lämmönä. Tulos: makromolekyylien jakaminen monomeereiksi: rasvat rasvahappoihin ja glyseriiniin, hiilihydraatit glukoosiin, proteiinit aminohappoihin, nukleiinihapot nukleotideihin.

2. Anaerobinen (anoksinen) vaihe tai glykolyysi (useimmiten reaktion substraatti on glukoosi)

Tietenkin paikka: solujen sytoplasma.

Tulos: monomeerien lohkeaminen välituotteiksi. Glukoosi menettää neljä vetyatomia, eli oksidoituu muodostamalla kaksi pyruvihapon molekyyliä, kaksi ATP-molekyyliä ja kaksi uudistettua NADH + H + -molekyyliä.

Hapen puuttuessa muodostunut pyrovihappo muutetaan maitohapoksi.

3. Aerobinen (happi) vaihe tai kudos (solu) hengitys

Välituotteiden hapettaminen lopputuotteiksi (CO2 ja H2O) suurella energiamäärällä.

Krebs-sykli: transformaatioiden ydin on pyrovihapon vaiheittainen dekarboksylointi ja dehydrogenointi, jonka aikana muodostuu ATP, NADH ja FADH2. Seuraavissa reaktioissa energiakasvuinen NADH ja FADH2 siirtävät elektroninsa elektroninsiirtoketjuun, joka on mitokondriaalisten kalvojen sisäpinnan multientsyymikompleksi. Koska elektroni liikkuu kantajaketjun läpi, muodostuu ATP. 2С3H6O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H2O + 36ATF

Pyruvinen (maitohappo) happo reagoi oksaloetikkahapon (oksaloasetaatin) kanssa sitruunahapon (sitraatin) muodostamiseksi, joka käy läpi useita peräkkäisiä reaktioita, jotka muutetaan muiksi happoiksi. Näiden muunnosten tuloksena muodostuu oksaloetikkahappoa (oksaloasetaattia), joka reagoi jälleen pyruvihapon kanssa. Vapaa vety yhdistää NAD: n (nikotiiniamidi- adeniinidinukleotidin) kanssa yhdisteen NADH muodostamiseksi.

Lähde: "Biologia järjestelmissä, termit, taulukot" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Lähde: Biologia, V.Yun 100 tärkeintä aihetta. Jameev 2016

Geenitieto solussa

Proteiinin ja nukleiinihappojen biosynteesi

Genomi - joukko perinnöllistä materiaalia, joka on kehon solussa.

Geneettinen (perinnöllinen) informaatio koodataan DNA-nukleotidien sekvenssinä ja joissakin viruksissa - RNA: ssa.

Eukaryoottinen genomi on lokalisoitu ytimessä, mitokondrioissa ja kasveissa jopa plastideissa.

Mitokondriot ja plastidit ovat suhteellisen itsenäisiä, mutta ydingenomi koodaa osan mitokondrio- ja plastidiproteiineista.

Geeni on geneettisen informaation perusyksikkö. Geeni on DNA-alue, joka koodaa proteiinisekvenssiä (polypeptidejä) tai funktionaalista RNA: ta.

Geneettisen koodin ominaisuudet

Geneettinen koodi

1) tripletti - kukin aminohappo vastaa kolminkertaista nukleotidi- DNA: ta (RNA) - kodonia; 2) yksiselitteinen - yksi tripletti koodaa vain yhtä aminohappoa;

3) degeneroitunut - useat erilaiset tripletit voivat koodata yhtä aminohappoa;

4) universaali - yksi kaikille maapallolla oleville organismeille;

5) ei päällekkäisyyttä - koodonit luetaan yksi kerrallaan, yhdestä tietystä pisteestä yhdessä suunnassa (yksi nukleotidi ei voi olla samanaikaisesti kahden vierekkäisen tripletin osa);

6) geenien välillä on "jakautuvia merkkejä" - alueita, joilla ei ole geneettistä informaatiota, mutta vain erottaa joitakin geenejä muista. Niitä kutsutaan välikappaleiksi.

UAAA: n, UAG: n, UGA: n pysäytyskodonit merkitsevät yhden polypeptidiketjun synteesin päättymistä, AUG: n tripletti määrittää seuraavan synteesin alkamispaikan.

Lähteet: V.Yu: n 100 tärkeimmän aiheen biologia. Jameev 2016

"Biologia järjestelmissä, termit, taulukot" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Visuaalinen viite. Biologiaa. 10-11 luokkaa. Krasil'nikova

Mikä on aineenvaihdunta?

Älä koskaan miettinyt, miksi jotkut ihmiset syövät kaikkea (unohtamatta pullat ja leivonnaiset), vaikka he näyttävät siltä, ​​etteivät he ole syöneet useita päiviä, kun taas toiset päinvastoin laskevat jatkuvasti kaloreita, istuvat ruokavalioissa, menevät kuntoon salit eivät vieläkään pysty selviytymään näistä ylimääräisistä kiloista. Joten mikä on salaisuus? Osoittautuu, että koko asia koskee aineenvaihduntaa!

Mikä on aineenvaihdunta? Ja miksi ihmiset, joilla on korkea aineenvaihdunta, eivät koskaan kärsi lihavuudesta tai ylipainosta? Kun on kyse aineenvaihdunnasta, on tärkeää huomata seuraavat seikat: tämä on aineenvaihdunta, joka tapahtuu kehossa ja kaikki kemialliset muutokset, alkaen siitä hetkestä, kun ravintoaineet tulevat elimistöön, kunnes ne poistetaan kehosta ulkoiseen ympäristöön. Metabolinen prosessi on kaikki reaktiot, jotka tapahtuvat kehossa, jonka ansiosta kudosten rakenteelliset elementit, solut rakennetaan, sekä kaikki prosessit, joilla keho vastaanottaa tarvitsemansa energian normaaliin ylläpitoon.

Metabolialla on suuri merkitys elämässämme, koska kaikkien näiden reaktioiden ja kemiallisten muutosten ansiosta saamme kaiken mitä tarvitsemme elintarvikkeista: rasvat, hiilihydraatit, proteiinit, vitamiinit, kivennäisaineet, aminohapot, terve kuitu, orgaaniset hapot jne. d.

Sen ominaisuuksien mukaan aineenvaihdunta voidaan jakaa kahteen pääosaan - anaboliaan ja kataboliaan, toisin sanoen prosesseihin, jotka edistävät kaikkien tarvittavien orgaanisten aineiden syntymistä ja tuhoavia prosesseja. Toisin sanoen anaboliset prosessit edistävät yksinkertaisten molekyylien "muuttumista" monimutkaisemmiksi. Kaikki nämä tietoprosessit liittyvät energiakustannuksiin. Kataboliset prosessit puolestaan ​​vapauttavat kehon hajoamisen lopputuotteista, kuten hiilidioksidista, ureasta, vedestä ja ammoniakista, mikä johtaa vapautumiseen energiasta, eli voimme suunnilleen sanoa, että virtsan aineenvaihdunta tapahtuu.

Mikä on solujen aineenvaihdunta?

Mikä on solujen aineenvaihdunta tai elävien solujen aineenvaihdunta? On hyvin tunnettua, että jokainen elävä solu kehossamme on hyvin koordinoitu ja järjestetty järjestelmä. Kenno sisältää erilaisia ​​rakenteita, suuria makromolekyylejä, jotka auttavat sitä hajottamaan hydrolyysin (eli solun hajottamisen veden vaikutuksesta) vuoksi pienimmiksi komponenteiksi.

Lisäksi solut sisältävät suuren määrän kaliumia ja melko vähän natriumia, vaikka soluympäristö sisältää paljon natriumia, ja kalium on päinvastoin paljon vähemmän. Lisäksi solukalvo on suunniteltu siten, että se auttaa sekä natriumia että kaliumia. Valitettavasti erilaiset rakenteet ja entsyymit voivat tuhota tämän virtaviivaisen rakenteen.

Ja solu itsessään on kaukana kaliumin ja natriumin suhteesta. Tällainen "harmonia" saavutetaan vasta ihmisen kuoleman jälkeen kuolevaisen autolyysin prosessissa, eli organismin pilkkomisessa tai hajoamisessa omien entsyymiensä vaikutuksesta.

Mikä on solujen energia?

Ensinnäkin solujen energia on yksinkertaisesti välttämätön järjestelmän toiminnan tukemiseksi, joka on kaukana tasapainosta. Siksi, jotta solu olisi siinä normaaliin tilaan, vaikka se olisi kaukana tasapainosta, sen täytyy ilman epäilemättä vastaanottaa sille tarvittava energia. Ja tämä sääntö on välttämätön edellytys normaalille solujen toiminnalle. Tämän lisäksi on myös toinen työ, jonka tarkoituksena on vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa.

Esimerkiksi, jos lihassoluja on vähentynyt tai munuaissoluissa, ja jopa virtsa alkaa muodostua, tai hermosoluissa esiintyy hermopulsseja, ja ruoansulatuskanavasta vastuussa olevissa soluissa ruoansulatusentsyymien erittyminen on alkanut tai hormonien eritys on alkanut soluissa endokriiniset rauhaset? Tai esimerkiksi hehkuhermoston solut alkoivat hehkua, ja esimerkiksi kalojen soluissa oli sähköä? Kaikki tämä ei ollut tämän vuoksi ja tarvitsisi energiaa.

Mitkä ovat energialähteet

Yllä olevissa esimerkeissä näemme. Se, että solu käyttää työtään varten adenosiinitrifosfaatin tai (ATP): n rakenteen takia saatua energiaa. Kiitos hänelle, solu on kyllästetty energialla, jonka vapautuminen voi tulla fosfaatti- ryhmien välille ja palvella edelleen. Samalla, fosfaatti- sidosten (ATP) yksinkertaisen hydrolyyttisen rikkomisen seurauksena syntynyt energia ei tule solun saataville, tässä tapauksessa energia hukkaan lämmönä.

Tämä prosessi koostuu kahdesta peräkkäisestä vaiheesta. Kussakin tällaisessa vaiheessa on mukana välituote, joka on nimetty HF: ksi. Seuraavissa yhtälöissä X ja Y merkitsevät kahta täysin erilaista orgaanista ainetta, kirjain F tarkoittaa fosfaattia ja lyhenne ADP viittaa adenosiinidifosfaattiin.

Metabolian normalisointi - tämä termi on nyt vakiintunut elämässämme, ja siitä on tullut normaalin painon indikaattori, koska elimistössä tai aineenvaihdunnassa tapahtuvat aineenvaihduntaprosessien häiriöt liittyvät usein painonnousuun, ylipainoon, lihavuuteen tai sen puutteeseen. Tunnista aineenvaihduntaprosessien määrä kehossa voi johtua vaihdon perusteella suoritettavasta testistä.

Mikä on päävaihto? Tämä osoittaa kehon energiantuotannon voimakkuuden. Tämä testi suoritetaan aamulla tyhjään vatsaan passiivisuuden aikana eli levossa. Pätevä teknikko mittaa (O2) hapen ottoa sekä erittymistä elimistössä (CO2). Verrattaessa tietoja, kuinka monta prosenttia kehosta polttaa saapuvia ravinteita.

Myös hormonaalinen järjestelmä, kilpirauhas- ja hormonaaliset rauhaset vaikuttavat aineenvaihduntaprosessien aktiivisuuteen, joten lääkärit pyrkivät myös tunnistamaan ja ottamaan huomioon näiden hormonien työn tason veressä ja näiden järjestelmien käytettävissä olevat sairaudet.

Metabolisten prosessien opiskelun päämenetelmät

Kun tutkitaan yhden (minkä tahansa) ravintoaineen aineenvaihduntaa, kaikki sen muutokset (esiintyvät sen kanssa) havaitaan yhdestä muodosta, jolloin ne tulevat kehoon lopulliseen tilaan, jossa se erittyy kehosta.

Metabolisen tutkimuksen menetelmät ovat nykyään erittäin erilaisia. Lisäksi tätä tarkoitusta varten käytetään useita biokemiallisia menetelmiä. Yksi menetelmä metabolian tutkimiseksi on menetelmä eläinten tai elinten käyttämiseksi.

Testattavaa eläintä injektoidaan erityisellä aineella, ja sitten sen virtsan ja ulosteiden kautta havaitaan mahdolliset aineen muutosten tuotteet (metaboliitit). Tarkin tieto voidaan kerätä tutkimalla tietyn elimen, esimerkiksi aivojen, maksan tai sydämen, metabolisia prosesseja. Tätä varten tätä ainetta injektoidaan veressä, minkä jälkeen metaboliitit auttavat tunnistamaan sen elimistöstä tulevassa veressä.

Tämä menettely on hyvin monimutkainen ja riskialtista, koska usein tällaisilla tutkimusmenetelmillä he käyttävät ohutta puristustapaa tai muodostavat osia näistä elimistä. Tällaiset osat sijoitetaan erityisiin inkubaattoreihin, joissa niitä pidetään lämpötilassa (samanlainen kuin kehon lämpötila) erityisliukoisissa aineissa lisäämällä ainetta, jonka metaboliaa tutkitaan.

Tällä tutkimusmenetelmällä solut eivät ole vahingoittuneet, koska osat ovat niin ohuita, että aine tunkeutuu helposti ja vapaasti soluihin ja jättää ne sitten. On tapahtunut, että erityisaineen hidas kulkeutuminen solukalvojen läpi aiheuttaa vaikeuksia.

Tällöin kudosten tuhoamiseksi tavallisesti kudokset murskataan siten, että erityinen aine inkuboi solun massaa. Tällaiset kokeet osoittivat, että kaikki elävän elimen solut pystyvät hapettamaan glukoosia hiilidioksidiksi ja vedeksi, ja vain maksakudos solut voivat syntetisoida ureaa.

Käytä soluja?!

Rakenteensa mukaan solut edustavat hyvin monimutkaista järjestettyä järjestelmää. On hyvin tunnettua, että solu koostuu ytimestä, sytoplasmasta, ja ympäröivässä sytoplasmassa on pieniä elimiä, joita kutsutaan organelleiksi. Ne ovat kooltaan ja koostumukseltaan erilaisia.

Erikoistekniikoiden ansiosta on mahdollista homogenisoida solujen kudokset ja sitten tehdä erityinen erotus (differentiaalinen sentrifugointi), jolloin saadaan lääkkeitä, jotka sisältävät vain mitokondrioita, vain mikrosomeja, sekä plasmaa tai kirkasta nestettä. Näitä lääkkeitä inkuboidaan erikseen yhdisteen kanssa, jonka aineenvaihdunta on tutkittavana, jotta voidaan määrittää täsmällisesti, mitkä erityiset subcellulaariset rakenteet ovat mukana peräkkäisissä muutoksissa.

Oli tapauksia, joissa alkuvaiheen reaktio alkoi sytoplasmassa, ja sen tuote muuttui mikrosomeissa, ja sen jälkeen havaittiin muutoksia muiden reaktioiden kanssa mitokondrioiden kanssa. Tutkittu aineen inkubointi kudoshomogenaatin tai elävien solujen kanssa ei useimmiten paljasta erillisiä vaiheita, jotka liittyvät metaboliaan. Seuraava yksi toisen kokeilun jälkeen, jossa inkubaatiossa käytetään yhtä tai toista solunsisäistä rakennetta, auttaa ymmärtämään näiden tapahtumien koko ketjun.

Miten radioaktiivisia isotooppeja käytetään

Näiden tai muiden aineenvaihduntaprosessien tutkimiseksi on tarpeen:

• käyttää analyyttisiä menetelmiä tämän ja sen metaboliittien aineen määrittämiseksi;
• On tarpeen käyttää sellaisia ​​menetelmiä, jotka auttavat erottamaan tuodut aineet samasta aineesta, mutta jotka ovat jo mukana tässä valmisteessa.

Näiden vaatimusten noudattaminen oli tärkein este kehon aineenvaihduntaprosessien tutkimuksessa siihen saakka, kunnes radioaktiiviset isotoopit löydettiin ja 14C radioaktiivinen hiilihydraatti. Ja 14C: n ja välineiden, jotka mahdollistavat jopa heikon radioaktiivisuuden mittaamisen, ilmestymisen jälkeen kaikki edellä mainitut vaikeudet päättyivät. Tämän jälkeen aineenvaihduntaprosessien mittaus tapahtui, kuten sanotaan, kukkulalle.

Nyt, kun leimattu 14C-leimattu rasvahappo lisätään erityiseen biologiseen valmisteeseen (esimerkiksi mitokondrioiden suspensioihin), sen jälkeen tämän jälkeen ei tarvita erityisiä analyysejä tuotteiden muuntamiseen vaikuttavien tuotteiden määrittämiseksi. Käytön nopeuden selvittämiseksi on nyt mahdollista mitata yksinkertaisesti mitokondrioiden fraktioiden radioaktiivisuutta, joka on saatu peräkkäin.

Tämä tekniikka auttaa ymmärtämään, miten aineenvaihduntaa voidaan normalisoida, mutta myös sen ansiosta voidaan helposti erottaa kokeellisesti käytetyn radioaktiivisen rasvahapon molekyylit, jotka ovat jo mitokondrioissa jo olevilla rasvahappomolekyyleillä.

Elektroforeesi ja. kromatografia

Ymmärtääkseen, mikä ja miten normalisoi aineenvaihduntaa, eli miten aineenvaihdunta normalisoituu, on myös tarpeen käyttää sellaisia ​​menetelmiä, jotka auttavat erottamaan seoksen, joka sisältää pieniä määriä orgaanisia aineita. Kromatografian menetelmänä pidetään yhtä tärkeimmistä tällaisista menetelmistä, jotka perustuvat adsorptio- ilmiöön. Tämän menetelmän ansiosta tapahtuu komponenttien seoksen erottaminen.

Kun näin tapahtuu, seoksen komponenttien erottaminen, joka suoritetaan joko adsorptiolla sorbenttiin tai paperin ansiosta. Erottelussa adsorptiolla sorbenttiin, ts. Kun ne alkavat täyttää tällaisia ​​erityisiä lasiputkia (pylväitä) asteittaisella ja myöhemmällä eluutiolla, toisin sanoen jokaisen käytettävissä olevan komponentin uuttamisen jälkeen.

Menetelmä elektroforeesin erottamiseksi riippuu suoraan merkkien läsnäolosta sekä molekyylien ionisoituneiden varausten lukumäärästä. Elektroforeesi suoritetaan myös millä tahansa inaktiivisilta kantajilta, kuten selluloosasta, kumista, tärkkelyksestä tai lopuksi paperista.

Yksi erittäin herkistä ja tehokkaista menetelmistä seoksen erottamiseksi on kaasukromatografia. Tätä erotusmenetelmää käytetään vain, jos erottamiseen tarvittavat aineet ovat kaasumaisessa tilassa tai esimerkiksi milloin tahansa voi päästä tähän tilaan.

Miten entsyymien vapautuminen on?

Saadakseen selville, miten entsyymit vapautuvat, on ymmärrettävä, että tämä on viimeinen paikka tässä sarjassa: eläin, sitten elin, sitten kudososa, ja sitten murto-osa solun organellista ja homogenaatista, joka ottaa entsyymejä, joita katalysoi tietty kemiallinen reaktio. Entsyymien eristäminen puhdistetussa muodossa on tullut tärkeä suuntaus metabolisten prosessien tutkimuksessa.

Edellä mainittujen menetelmien yhdistäminen ja yhdistäminen mahdollistivat useimpien planeettamme elävien organismien, mukaan lukien ihmisen, tärkeimmät aineenvaihdunnan reitit. Lisäksi nämä menetelmät auttoivat muodostamaan vastaukset kysymykseen siitä, miten kehon aineenvaihduntaprosessit etenevät ja auttoivat myös selventämään näiden metabolisten reittien päävaiheiden johdonmukaisuutta. Nykyään on jo tutkittu yli tuhat kaikenlaista biokemiallista reaktiota ja tutkittu myös näihin reaktioihin osallistuvia entsyymejä.

Koska jokaisen ilmentymisen esiintyminen elämän soluissa vaatii ATP: tä, ei ole yllättävää, että rasvasolujen metabolisten prosessien nopeus on ensisijaisesti tarkoitettu ATP: n syntetisoimiseen. Tämän saavuttamiseksi käytetään monimutkaisuutta vaihtelevia reaktioita. Tällaiset reaktiot käyttävät pääasiassa kemiallisen potentiaalinergiaa, joka sisältyy rasvojen (lipidien) ja hiilihydraattien molekyyleihin.

Hiilihydraattien ja lipidien väliset metaboliset prosessit

Sellaista hiilihydraattien ja lipidien välistä metabolista prosessia kutsutaan eri tavalla ATP-synteesiksi, anaerobiseksi (siis ilman happea) metabolismiksi.

Lipidien ja hiilihydraattien tärkein tehtävä on, että ATP: n synteesi tarjoaa yksinkertaisempia yhdisteitä, vaikka samat prosessit tapahtuivat kaikkein alkeellisimmissa soluissa. Ainoastaan ​​hapettomassa ilmakehässä rasvojen ja hiilihydraattien täydellinen hapettuminen hiilidioksidiksi on tullut mahdottomaksi.

Jopa nämä primitiiviset solut käyttivät samoja prosesseja ja mekanismeja, joilla tapahtui itse glukoosimolekyylin rakenteen rakenne, joka syntetisoi pieniä määriä ATP: tä. Toisin sanoen tällaisia ​​prosesseja mikro-organismeissa kutsutaan fermentoinniksi. Nykyään glukoosin "käyminen" etyylialkoholin ja hiilidioksidin tilaan hiivassa on erityisen hyvin tutkittu.

Jotta kaikki nämä muutokset saataisiin päätökseen ja muodostettaisiin useita välituotteita, oli välttämätöntä suorittaa yksitoista peräkkäistä reaktiota, jotka lopulta esiteltiin parlamentissa välituotteiden (fosfaattien) eli fosforihappoesterien. Tämä fosfaattiryhmä siirrettiin adenosiinidifosfaattiin (ADP) ja myös ATP: n muodostumiseen. Vain kaksi molekyyliä muodostivat ATP: n nettotuoton (kullekin fermentaatioprosessin tuloksena saadulle glukoosimolekyylille). Samanlaisia ​​prosesseja havaittiin myös elimistön kaikissa elävissä soluissa, koska ne toimittivat normaaliin toimintaan tarvittavan energian. Tällaisia ​​prosesseja kutsutaan usein anaerobisiksi solujen hengittämiseksi, vaikka tämä ei ole täysin oikea.

Sekä nisäkkäillä että ihmisillä tätä prosessia kutsutaan glykolyysiksi, ja sen lopputuote on maitohappo, ei CO2 (hiilidioksidi) eikä alkoholi. Kaksi viimeistä vaihetta lukuun ottamatta koko glykolyysireaktioiden sekvenssin katsotaan olevan lähes identtinen hiivasoluissa tapahtuvan prosessin kanssa.

Aerobinen aineenvaihdunta tarkoittaa hapen käyttöä

Ilmeisesti happea ilmakehässä, kasvien fotosynteesin ansiosta, Mother Nature -järjestön ansiosta syntyi mekanismi, joka mahdollisti glukoosin täydellisen hapettumisen vedeksi ja CO2: ksi. Tällainen aerobinen prosessi salli ATP: n puhtaan saannon (kolmekymmentäkahdeksasta molekyylistä, joka perustuu jokaiseen glukoosimolekyyliin, vain hapettuneena).

Tällainen prosessi, jossa solut käyttävät happea, yhdisteiden ilmentämiseksi energialla, tunnetaan nykyään aerobisena, soluhengityksenä. Tällainen hengitys tapahtuu sytoplasmisten entsyymien avulla (toisin kuin anaerobisilla) ja hapettumisprosesseja tapahtuu mitokondrioissa.

Tällöin pyrovihappo, joka on välituote, anaerobisessa faasissa muodostumisen jälkeen hapetetaan CO2-tilaan kuuden peräkkäisen reaktion vuoksi, jolloin kussakin reaktiossa niiden elektronien pari siirretään akseptoriin, joka on yhteinen koentsyymi-nikotiiniamidadeniinidinukleotidi, lyhennetty NAD: ksi. Tätä reaktiosekvenssiä kutsutaan trikarboksyylihapposyklinä, samoin kuin sitruunahapposykliä tai Krebs-sykliä, joka johtaa siihen, että kukin glukoosimolekyyli muodostaa kaksi pyruvihapon molekyyliä. Tämän reaktion aikana kaksitoista paria elektronia poikkeaa glukoosimolekyylistä sen edelleen hapettamiseksi.

Energialähteen aikana puhu. lipidejä

On käynyt ilmi, että rasvahapot voivat toimia sekä energialähteenä että hiilihydraateina. Rasvahappojen hapettuminen johtuu kahden hiilen fragmentin rasvahaposta (tai pikemminkin sen molekyylistä) peräisin olevan pilkkomisen sekvenssistä asetyyli-koentsyymi A: n (muuten asetyyli-CoA) ulkonäön ja samanaikaisen kahden elektroniparin siirron kanssa niiden siirron ketjuun.

Täten saatu asetyyli-CoA on sama komponentti trikarboksyylihapposykleistä, jonka jatkuva kohtalo ei ole kovin erilainen kuin asetyyli-CoA, joka syötetään hiilihydraatin aineenvaihdunnan kautta. Tämä tarkoittaa, että mekanismit, jotka syntetisoivat ATP: tä sekä glukoosimetaboliittien että rasvahappojen hapettumisen aikana, ovat lähes identtisiä.

Jos kehoon tuleva energia saavutetaan lähes vain yhden rasvahappojen hapetusprosessin vuoksi (esimerkiksi paastoamisen aikana, taudin kaltaisella tavalla, kuten sokeridiatesilla jne.), Tässä tapauksessa asetyyli-CoA: n intensiteetti ylittää sen hapettumisen intensiteetti trikarboksyylihapposyklin aikana. Tässä tapauksessa asetyyli-CoA-molekyylit (jotka ovat tarpeettomia) alkavat reagoida keskenään. Tämän prosessin kautta esiintyvät asetoetikka- ja b-hydroksibutiinihapot. Tällainen kerääntyminen voi aiheuttaa ketoosia, se on eräs asidoosityypeistä, joka voi aiheuttaa vakavan diabeteksen ja jopa kuoleman.

Miksi varata energiaa?!

Jotta jonkin verran voitaisiin hankkia lisää energiavaroja esimerkiksi eläimille, jotka ovat epäsäännöllisesti ja eivät järjestelmällisesti ruoki niitä, on välttämätöntä, että jotenkin varastoidaan tarvittava energia. Tällaisia ​​energian varantoja tuottavat elintarvikevarat, joihin kuuluvat kaikki samat rasvat ja hiilihydraatit.

Osoittautuu rasvahapot voivat mennä varaukseen neutraalien rasvojen muodossa, jotka ovat sekä rasvakudoksessa että maksassa. Ja hiilihydraatit, jotka nautitaan suurina määrinä ruoansulatuskanavassa, alkavat hydrolysoitua glukoosiksi ja muiksi sokereiksi, jotka maksamaan vapautuessaan syntetisoituvat glukoosiksi. Juuri siellä jättiläinen polymeeri alkaa syntetisoida glukoosista yhdistämällä glukoosijäämiä ja myös jakamalla vesimolekyylit.

Joskus glukoosin jäljellä oleva määrä glykogeenimolekyyleissä saavuttaa 30 000. Ja jos tarvitaan energiaa, glykogeeni alkaa hajota uudelleen glukoosiksi kemiallisen reaktion aikana, jälkimmäisen tuote on glukoosifosfaatti. Tämä glukoosifosfaatti on glykolyysin prosessin polulla, joka on osa glukoosin hapettumista vastaavaa polkua. Glukoosifosfaatti voi myös tapahtua hydrolyysireaktiossa itse maksassa, ja tällä tavalla muodostunut glukoosi johdetaan kehon soluihin veren mukana.

Miten hiilihydraattien synteesi lipideissä on?

Pidätkö hiilihydraatteja? On käynyt ilmi, että jos ruoasta saatujen hiilihydraattien määrä ylittää sallitun määrän, tässä tapauksessa hiilihydraatit siirretään "varastoon" glykogeenin muodossa, eli ylimääräinen hiilihydraattiruoka muuttuu rasvaksi. Aluksi asetyyli-CoA muodostuu glukoosista, ja sitten se alkaa syntetisoida solun sytoplasmassa pitkäketjuisia rasvahappoja varten.

Tätä "transformaatioprosessia" voidaan kuvata rasvasolujen normaalina hapetusprosessina. Sen jälkeen rasvahapot alkavat kerrostua triglyseridien muodossa, eli neutraaleina rasvoina, jotka on talletettu (pääasiassa ongelmakohtiin) kehon eri osiin.

Jos keho tarvitsee nopeasti energiaa, neutraalit rasvat joutuvat hydrolyysiin, ja rasvahapot alkavat virrata verta. Täällä ne ovat kyllästyneet albumiini- ja globuliinimolekyyleillä, ts. Plasmaproteiineilla, ja sitten ne alkavat imeytyä muihin hyvin erilaisiin soluihin. Eläimillä ei ole sellaista mekanismia, joka voi suorittaa glukoosin ja rasvahappojen synteesiä, mutta kasveilla on ne.

Typen yhdisteiden synteesi

Eläimissä aminohappoja käytetään paitsi proteiinibiosynteesinä myös lähtöaineena, joka on valmis tiettyjen typpipitoisten yhdisteiden synteesiin. Aminohappo, kuten tyrosiini, tulee hormonien, kuten norepinefriinin ja adrenaliinin, esiasteeksi. Ja glyseriini (yksinkertaisin aminohappo) on lähtevä materiaali puriinien biosynteesille, jotka ovat osa nukleiinihappoa, sekä porfyriinejä ja sytokroomia.

Nukleiinihappojen pyrimidiinien prekursori on asparagiinihappo, ja metioniiniryhmä alkaa siirtyä kreatiinin, sarkosiinin ja koliinin synteesin aikana. Nikotiinihapon esiaste on tryptofaani, ja valiinista (joka muodostuu kasveista) voidaan syntetisoida vitamiinia, kuten pantoteenihappoa. Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä typpeä sisältävien yhdisteiden synteesin käytöstä.

Miten lipidimetabolia

Normaalisti lipidit tulevat kehoon rasvahappo-triglyseridinä. Kun haima vaikuttaa entsyymien vaikutuksesta suolistoon, ne alkavat hydrolysoitua. Täällä ne syntetisoidaan jälleen neutraaleiksi rasvoiksi, minkä jälkeen ne joko joutuvat maksaan tai vereen, ja ne voidaan myös sijoittaa varaukseen rasvakudokseen.

Olemme jo sanoneet, että rasvahapot voidaan syntetisoida myös aikaisemmin ilmestyneistä hiilihydraatin esiasteista. On myös huomattava, että huolimatta siitä, että eläinsoluissa voidaan havaita yhden kaksoissidoksen samanaikainen sisällyttäminen pitkäketjuisiin rasvahappomolekyyleihin. Nämä solut eivät voi sisältää toista ja jopa kolmatta kaksoiskytkentää.

Ja koska rasvahapot, joissa on kolme ja kaksi kaksoissidosta, ovat tärkeässä asemassa eläinten (myös ihmisten) aineenvaihduntaprosesseissa, ne ovat pohjimmiltaan tärkeitä ravintoaineita, joista voidaan sanoa, vitamiineja. Siksi linoleenisia (C18: 3) ja linolihappoja (C18: 2) kutsutaan myös välttämättömiksi rasvahappoiksi. Havaittiin myös, että linoleenihapon soluissa voi olla mukana myös kaksinkertainen neljäs sidos. Hiiliketjun pidentymisen vuoksi voi esiintyä toinen tärkeä osallistuja arakidonihapon (C20: 4) metabolisiin reaktioihin.

Lipidisynteesin aikana voidaan havaita rasvahappojen jäämiä, jotka liittyvät koentsyymiin A. Synteesin ansiosta nämä jäännökset siirretään glyserolin ja fosforihapon glyserolifosfaattiesteriin. Tämän reaktion tuloksena muodostuu fosfatidihapon yhdiste, jossa yksi sen yhdisteistä on glyseroli, joka on esteröity fosforihapolla, ja kaksi muuta ovat rasvahappoja.

Kun neutraaleja rasvoja esiintyy, fosforihappo poistetaan hydrolyysillä, ja sen sijaan se on rasvahappo, joka on seurausta kemiallisesta reaktiosta asyyli-CoA: n kanssa. Itse koentsyymi A saattaa esiintyä yhden pantoteenihappo-vitamiinien vuoksi. Tämä molekyyli sisältää sulfhydryyliryhmän, joka reagoi happoihin tioestereiden myötä. Fosfolipidifosfatidihappo reagoi puolestaan ​​typpipohjaisiin emäksisiin, kuten seriiniin, koliiniin ja etanoliamiiniin.

Näin ollen kaikki nisäkkäissä (lukuun ottamatta D-vitamiinia) löytyvät steroidit voidaan syntetisoida itsenäisesti itse organismi.

Miten proteiinin metabolia tapahtuu?

On osoitettu, että kaikissa elävissä soluissa olevat proteiinit koostuvat kahdentoista yhden tyyppisistä aminohapoista, jotka on liitetty eri sekvensseihin. Nämä aminohapot syntetisoidaan organismeilla. Tällainen synteesi johtaa yleensä a-ketohappojen esiintymiseen. Nimittäin a-ketohappo tai a-ketoglutarihappo ja osallistuvat typen synteesiin.

Ihmiskeho, kuten monien eläinten ruumis, on onnistunut säilyttämään kykynsä syntetisoida kaikki saatavilla olevat aminohapot (lukuun ottamatta muutamia välttämättömiä aminohappoja), jotka täytyy välttämättä olla peräisin elintarvikkeista.

Miten proteiinisynteesi tapahtuu

Tämä prosessi etenee yleensä seuraavasti. Kukin solun sytoplasmassa oleva aminohappo reagoi ATP: n kanssa ja sitten liittyy ribonukleiinihappomolekyylin lopulliseen ryhmään, joka on spesifinen tälle aminohapolle. Sitten monimutkainen molekyyli on kytketty ribosomiin, joka määritetään laajennetun ribonukleiinihappomolekyylin asemassa, joka on liitetty ribosomiin.

Kun kaikki monimutkaiset molekyylit ovat rivissä, aminohapon ja ribonukleiinihapon välillä on aukko, naapureina olevat aminohapot alkavat syntetisoida ja siten saadaan proteiini. Metabolian normalisoituminen johtuu proteiini- hiilihydraatti-rasva-aineenvaihduntaprosessien harmonisesta synteesistä.

Joten mikä on orgaanisen aineen aineenvaihdunta?

Metabolisten prosessien ymmärtämiseksi ja ymmärtämiseksi sekä terveyden parantamiseksi ja aineenvaihdunnan parantamiseksi on noudatettava seuraavia suosituksia aineenvaihdunnan normalisoinnista ja palauttamisesta.

• On tärkeää ymmärtää, että aineenvaihduntaa ei voida kääntää. Aineiden hajoaminen ei koskaan edetä pitkin yksinkertaista syntetisoivien reaktioiden kiertoliikettä. Muut entsyymit, kuten myös jotkin välituotteet, ovat välttämättä mukana tässä hajoamisessa. Hyvin usein eri suuntiin suunnatut prosessit alkavat virrata solun eri osastoissa. Esimerkiksi rasvahapot voidaan syntetisoida solun sytoplasmaan, kun ne altistetaan yhdelle tietylle entsyymiryhmälle, ja mitokondrioiden hapetusprosessi voi tapahtua täysin erilaisen joukon kanssa.
• Elimistön elävissä soluissa havaitaan riittävä määrä entsyymejä aineenvaihdunnan reaktioiden nopeuttamiseksi, mutta tästä aineenvaihduntaprosesseista huolimatta ne eivät aina toimi nopeasti, joten se osoittaa joidenkin säätelymekanismien olemassaolon soluissamme, jotka vaikuttavat aineenvaihduntaan. Tähän mennessä joitakin tällaisia ​​mekanismeja on jo löydetty.
• Yksi tekijöistä, jotka vaikuttavat tietyn aineen metabolisten prosessien vähenemiseen, on tietyn aineen saanti itse solussa. Siksi aineenvaihduntaprosessien säätely voidaan ohjata tähän tekijään. Esimerkiksi, jos otamme insuliinia, jonka toiminta, kuten tiedämme, liittyy glukoosin tunkeutumisen kaikkiin soluihin helpottamiseen. Glukoosin "transformaation" nopeus tässä tapauksessa riippuu nopeudesta, jolla se saapui. Jos pidämme kalsiumia ja rautaa, kun ne tulevat verestä suolistosta, metabolisen reaktion määrä riippuu tässä tapauksessa monista, mukaan lukien sääntelyprosessit.
• Valitettavasti kaikki aineet eivät voi liikkua vapaasti solujen osastosta toiseen. On myös oletus, että solunsisäinen siirto seurataan jatkuvasti tiettyjen steroidihormoneiden avulla.
• Tutkijat ovat tunnistaneet kahdenlaisia ​​servomekanismeja, jotka ovat vastuussa metabolisista prosesseista negatiivisen palautteen saamiseksi.
• Jopa bakteereita havaittiin esimerkkeinä, jotka osoittavat sekvenssireaktioiden esiintymisen. Esimerkiksi jonkin entsyymin biosynteesi inhiboi aminohappoja, jotka ovat välttämättömiä tämän aminohapon saamiseksi.
• Yksittäisiä aineenvaihdunnan reaktiotapauksia tutkittaessa havaittiin, että entsyymi, jonka biosynteesi vaikutti, oli vastuussa aminohappojen synteesiin johtaneen metabolisen reitin päävaiheesta.
• On tärkeää ymmärtää, että pieni määrä rakennuspalikoita on mukana aineenvaihdunnan ja biosynteesin prosesseissa, joista jokainen alkaa käyttää monien yhdisteiden synteesissä. Tällaisia ​​yhdisteitä ovat: asetyyli-koentsyymi A, glysiini, glyserofosfaatti, karbamyylifosfaatti ja muut. Näistä pienistä komponenteista muodostuu monimutkaisia ​​ja monipuolisia yhdisteitä, joita voidaan havaita elävissä organismeissa.
• Hyvin harvoin on yksinkertaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, jotka ovat suoraan mukana aineenvaihduntaan. Tällaisten yhdisteiden aktiivisuuden osoittamiseksi täytyy liittyä mikä tahansa määrä yhdisteitä, jotka ovat aktiivisesti mukana aineenvaihduntaan. Esimerkiksi glukoosi voi käynnistää hapettumisprosesseja vasta sen jälkeen, kun se on altistettu fosforihapon eetteröinnille, ja muissa myöhemmissä muutoksissa se on esteröitävä uridiinidifosfaatilla.
• Jos tarkastelemme rasvahappoja, ne eivät myöskään voi osallistua metabolisiin muutoksiin niin kauan kuin ne muodostavat estereitä koentsyymillä A. Samanaikaisesti mikä tahansa aktivaattori liittyy johonkin nukleotidista, jotka ovat osa ribonukleiinihappoa tai jotka on muodostettu jotain vitamiinia. Siksi on selvää, miksi tarvitsemme vitamiineja vain pieninä määrinä. Niitä kuluttavat koentsyymit, ja kukin koentsyymimolekyyliä käytetään useita kertoja koko elinkaarensa ajan, toisin kuin ravintoaineet, joiden molekyylejä käytetään kerran (esimerkiksi glukoosimolekyylit).

Ja viimeinen! Tämän aiheen päättyessä haluaisin sanoa, että termi "aineenvaihdunta" tarkoitti itse asiassa proteiinien, hiilihydraattien ja rasvojen synteesiä kehossa, mutta nyt sitä käytetään useiden tuhansien entsymaattisten reaktioiden nimeämisenä, jotka voivat edustaa valtavaa verkostoa toisiinsa liittyvistä metabolisista reiteistä.

Solumetabolia. Energian aineenvaihdunta ja fotosynteesi. Matriisisynteesireaktiot.

Metabolian käsite

Metabolia on kaikkien elävien organismien kemiallisten reaktioiden kokonaisuus. Metabolian arvo muodostuu keholle tarvittavien aineiden tuottamisesta ja energian tuottamisesta.

On olemassa kaksi aineenvaihduntaa - katabolia ja anabolia.

Aineenvaihdunnan osat

Muovin ja energian aineenvaihdunnan prosessit ovat erottamattomasti sidoksissa toisiinsa. Kaikki synteettiset (anaboliset) prosessit tarvitsevat dissimilaatioreaktioiden aikana syötettyä energiaa. Hajoamisreaktiot itse (katabolia) etenevät vain assimilaatioprosessiin syntetisoitujen entsyymien osallistumisen myötä.

FTF: n rooli metaboliassa

Solu ei välittömästi käytä orgaanisten aineiden hajoamisen aikana vapautunutta energiaa, vaan se varastoidaan suurenergisten yhdisteiden muodossa, tavallisesti adenosiinitrifosfaatin (ATP) muodossa. Kemiallisen luonteensa mukaan ATP viittaa mononukleotideihin.

ATP (adenosiinitrifosfaattihappo) on mononukleotidi, joka koostuu adeniinista, riboosista ja kolmesta fosforihappotähteestä, jotka on liitetty toisiinsa makro-ergisillä sidoksilla.

Näissä yhteyksissä tallennettu energia, joka vapautuu rikkoutuessaan:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adeniini + Riboosi + H₃PO₄ + Q₃,
jossa ATP on adenosiinitrifosfaatti; ADP - adenosiinidifosforihappo; AMP - adenosiinimonofosforihappo; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
ATP: n solu solussa on rajoitettu ja täytetty fosforylaatioprosessin vuoksi. Fosforylaatio on fosforihappotähteen lisääminen ADP: hen (ADP + F → ATP). Se esiintyy eri intensiteetillä hengityksen, käymisen ja fotosynteesin aikana. ATP: tä päivitetään erittäin nopeasti (ihmisissä yksittäisen ATP-molekyylin käyttöikä on alle 1 minuutti).
ATP-molekyyleihin varastoitua energiaa käyttää elin anabolisissa reaktioissa (biosynteesireaktiot). ATP-molekyyli on kaikkien elävien olentojen energian yleinen pitäjä ja kantaja.

Energian vaihto

Elämän tarvitsema energia, useimmat organismit saadaan orgaanisten aineiden hapettumisen seurauksena eli katabolisten reaktioiden seurauksena. Tärkein polttoaineena toimiva yhdiste on glukoosi.
Vapaan hapen suhteen organismit jaetaan kolmeen ryhmään.

Organismien luokittelu vapaan hapen suhteen

Pakollisissa aerobeissa ja fuusiokykyisissä anaerobeissa hapen läsnäollessa katabolia etenee kolmessa vaiheessa: valmistava, hapeton ja happi. Tämän seurauksena orgaaninen aine hajoaa epäorgaanisille yhdisteille. Sitoutuneissa anaerobeissa ja fuusioivissa anaerobeissa, joissa ei ole happea, katabolia etenee kahdessa ensimmäisessä vaiheessa: valmistava ja hapettomana. Tämän seurauksena muodostuu yhä runsaasti energiaa sisältäviä orgaanisia orgaanisia yhdisteitä.

Katabolian vaiheet

1. Ensimmäinen vaihe - valmistava - koostuu monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden entsymaattisesta pilkkomisesta yksinkertaisemmiksi. Proteiinit hajoavat aminohappoiksi, rasvoiksi glyseroliksi ja rasvahapot, polysakkaridit monosakkarideiksi, nukleiinihapot nukleotideiksi. Monisoluisissa organismeissa tämä tapahtuu ruoansulatuskanavassa, yksisoluisissa organismeissa - lysosomeissa hydrolyyttisten entsyymien vaikutuksesta. Vapautunut energia haihtuu lämmön muodossa. Tuloksena saadut orgaaniset yhdisteet hapetetaan tai käytetään solussa joko omien orgaanisten yhdisteiden syntetisoimiseksi.
2. Toinen vaihe - epätäydellinen hapetus (happettomat) - on orgaanisten aineiden edelleen halkaisu, suoritetaan solun sytoplasmassa ilman hapen osallistumista. Solun tärkein energialähde on glukoosi. Glukoosin anoksista, epätäydellistä hapetusta kutsutaan glykolyysiksi. Yhden glukoosimolekyylin glykolyysin tuloksena muodostuu kaksi pyruvihapon molekyyliä (PVC, pyruvaatti) CH.₃COCOOH, ATP ja vesi sekä vetyatomit, jotka kantaja NAD + -molekyyli sitovat ja tallennetaan NAD · H.
Kokonais glykolyysikaava on seuraava:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Sitten, kun happea ei ole ympäristössä, glykolyysituotteet (PVK ja NAD · H) joko jalostetaan etyylialkoholiksi - alkoholipitoiseksi käymiseksi (hiivassa ja kasvisoluissa hapenpuutteella)
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃DREAM
CH₃DREAM + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
joko maitohappo - maitohappokäyminen (eläinsoluissa, joissa ei ole happea)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
Hapen läsnä ollessa ympäristössä glykolyysituotteet hajotetaan edelleen lopputuotteisiin.
3. Kolmas vaihe - täydellinen hapetus (hengitys) - on PVC: n hapettuminen hiilidioksidiksi ja vedeksi, suoritetaan mitokondrioissa hapen pakollisella osallistumisella.
Se koostuu kolmesta vaiheesta:
A) asetyyli-koentsyymin A muodostaminen;
B) asetyyli-koentsyymi A: n hapettuminen Krebs-syklissä;
B) oksidatiivinen fosforylaatio elektronin kuljetusketjussa.

A. Ensimmäisessä vaiheessa PVC siirretään sytoplasmasta mitokondrioihin, joissa se vuorovaikutuksessa matriisin entsyymien kanssa ja muodostaa 1) hiilidioksidin, joka poistetaan solusta; 2) vetyatomit, joita kantajamolekyylit kuljettavat mitokondrioiden sisäkalvoon; 3) asetyyli-koentsyymi A (asetyyli-CoA).
B. Toisessa vaiheessa asetyyli-koentsyymi A hapetetaan Krebs-syklin aikana. Krebsin sykli (trikarboksyylihapposykli, sitruunahapposykli) on peräkkäisten reaktioketju, jossa yksi asetyyli-CoA-molekyyli muodostaa 1) kaksi hiilidioksidimolekyyliä, 2) ATP-molekyyli ja 3) neljä paria vetyatomia, jotka siirretään molekyyleihin kantajat - NAD ja FAD. Siten glykolyysin ja Krebs-syklin seurauksena glukoosimolekyyli hajoaa CO: iin₂, ja tämän prosessin aikana vapautunut energia käytetään 4 ATP: n synteesiin ja se kerääntyy 10 NAD · H ja 4 FAD · H₂.
B. Kolmannessa vaiheessa vetyatomeja NADH: lla ja FAD · H: lla₂ hapetetaan molekyylihapolla O₂ veden muodostumisen kanssa. Yksi NAD · N pystyy muodostamaan 3 ATP: tä ja yhden FADH: n₂–2 ATP. Siten tässä tapauksessa vapautettu energia tallennetaan toisen 34 ATP: n muodossa.
Tämä prosessi etenee seuraavasti. Vetyatomit keskittyvät mitokondriaalisen sisäkalvon ulkopinnan ympärille. He menettävät elektroneja, jotka siirretään elektronin kuljetusketjun (ETC) kantajamolekyylien (sytokromien) ketjuun sisemmän kalvon sisäpuolelle, jossa ne yhdistyvät happimolekyyleihin:
oi₂ + e - → o₂ -.
Elektroninsiirtoketjun entsyymien aktiivisuuden seurauksena mitokondrioiden sisä- kalvo latautuu negatiivisesti sisältä (johtuen₂ - ) ja ulkopuolelta - positiivisesti (johtuen H +: sta), niin että sen pintojen välille syntyy mahdollinen ero. Mitokondrioiden sisämembraanissa on ATP-synte- taasin entsyymin upotettuja molekyylejä, joilla on ionikanava. Kun mahdollinen ero membraanin kohdalla saavuttaa kriittisen tason, positiivisesti varautuneet H + -hiukkaset, joilla on sähkökenttävoima, työntävät ATPaasikanavan läpi, ja kerran kalvon sisäpinnalla vuorovaikutuksessa hapen kanssa muodostaen vettä:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
Mitokondrioiden sisäkalvon ionikanavan kautta kulkevien vetyionien H + energiaa käytetään ADP: n fosforylaatioon ATP: hen:
ADP + F → ATP.
Tällaista ATP: n muodostumista mitokondrioissa hapen osallistumisella kutsutaan hapettuvaksi fosforylaatioksi.
Glukoosin halkaisun kokonaisyhtälö soluhengityksen prosessissa:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44H₂O + 38ATP.
Siten glykolyysin aikana muodostuu 2 ATP-molekyyliä solun hengityksen aikana, vielä 36 ATP-molekyyliä, yleensä glukoosin täydellistä hapettumista, 38 ATP-molekyyliä.

Muovivaihto

Muovivaihto tai assimilaatio on joukko reaktioita, jotka tarjoavat monimutkaisten orgaanisten yhdisteiden synteesin yksinkertaisemmilta (fotosynteesi, kemosynteesi, proteiinibiosynteesi jne.).

Heterotrofiset organismit muodostavat oman orgaanisen aineensa orgaanisista elintarvikekomponenteista. Heterotrofinen assimilaatio kumoaa olennaisesti molekyylin uudelleenjärjestelyn:
elintarvikkeiden orgaaniset aineet (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit) → yksinkertaiset orgaaniset molekyylit (aminohapot, rasvahapot, monosakkaridit) → kehon makromolekyylit (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit).
Autotrofiset organismit pystyvät syntetisoimaan täysin itsenäisesti orgaanisen aineen ulkoisesta ympäristöstä kulutetuista epäorgaanisista molekyyleistä. Valo- ja kemosynteesimenetelmässä tapahtuu yksinkertaisten orgaanisten yhdisteiden muodostumista, joista syntetisoidaan edelleen makromolekyylejä:
epäorgaaniset aineet (CO₂, H₂O) → yksinkertaiset orgaaniset molekyylit (aminohapot, rasvahapot, monosakkaridit) → kehon makromolekyylit (proteiinit, rasvat, hiilihydraatit).

fotosynteesi

Fotosynteesi - orgaanisten yhdisteiden synteesi epäorgaanisesta valon energian vuoksi. Fotosynteesin yhtälö:

Fotosynteesi etenee fotosynteettisten pigmenttien mukana, joilla on ainutlaatuinen ominaisuus muuttaa auringonvalon energia kemiallisen sidoksen energiaksi ATP: n muodossa. Fotosynteettiset pigmentit ovat proteiinipitoisia aineita. Tärkein pigmentti on klorofylli. Eukaryooteissa fotosynteettiset pigmentit upotetaan plastidien sisäkalvoon prokaryooteissa sytoplasmamembraanin invaginaatiossa.
Kloroplastin rakenne on hyvin samankaltainen kuin mitokondrioiden rakenne. Thylakoid granin sisäkalvo sisältää fotosynteettisiä pigmenttejä sekä elektroninsiirtoketjun proteiineja ja ATP-syntetetaasientsyymimolekyylejä.
Fotosynteesin prosessi koostuu kahdesta vaiheesta: vaalea ja tumma.
1. Fotosynteesin vaalea vaihe etenee vain valossa tylakoidien granan kalvossa.
Tähän sisältyvät valokvantin klorofyliabsorptio, ATP-molekyylin muodostuminen ja veden fotolyysi.
Valon kvanttitoiminnassa (hv) klorofylli menettää elektroneja, jotka kulkevat viritetyssä tilassa:

Kantajat siirtävät nämä elektronit ulommalle eli tylakoidikalvon pinnalle, joka kohtaa matriisia, missä se kerääntyy.
Samanaikaisesti vesi-fotolyysi tapahtuu tylakoidien sisällä, eli sen hajoaminen valon vaikutuksesta:

Saatujen elektronien siirtävät kantajat klorofylli- molekyyleihin ja palauttavat ne. Klorofylli-molekyylit palaavat vakaaseen tilaan.
Veden fotonien muodostumisen aikana muodostuneet vesipitoiset protonit kerääntyvät tylakoidin sisään, jolloin muodostuu H + -säiliö. Tämän seurauksena tylakoidikalvon sisäpinta on positiivisesti varautunut (H +), ja ulkopinta on negatiivinen (e -). Vastakkaisesti varautuneiden hiukkasten kerääntymisellä kalvon molemmille puolille potentiaalinen ero kasvaa. Kun potentiaalinen ero saavutetaan, sähkökenttävoima alkaa työntää protoneja ATP-synteettikanavan kautta. Tämän prosessin aikana vapautunut energia käytetään fosforyloimaan ADP-molekyylejä:
ADP + F → ATP.

ATP: n muodostumista fotosynteesin aikana valoenergian vaikutuksesta kutsutaan fotofosforylaatioksi.
Vetyionit, jotka ovat ilmestyneet tylakoidikalvon ulkopinnalle, tapaavat siellä elektroneja ja muodostavat atomivetyä, joka sitoutuu NADP-vedyn kantaja-molekyyliin (nikotiiniamidideniinidinukleotidifosfaatti):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Näin ollen fotosynteesin valovaiheessa tapahtuu kolme prosessia: veden hajoamisesta johtuva hapen muodostuminen, ATP: n synteesi ja vetyatomien muodostuminen NADPH: n muodossa₂. Happi diffundoituu ilmakehään ja ATP ja NADF · H₂ osallistua pimeän vaiheen prosesseihin.
2. Fotosynteesin pimeä vaihe etenee kloroplastin matriisissa sekä valossa että pimeässä, ja se on sarja peräkkäisiä CO-muunnoksia.₂, tulevat ilmassa Calvinin syklin aikana. Tumman vaiheen reaktiot johtuvat ATP: n energiasta. Calvin CO: n syklin aikana₂ sitoutuu vetyyn NADPH: sta₂ glukoosin muodostumiseen.
Fotosynteesin prosessissa syntetisoidaan monosakkaridien (glukoosi jne.) Lisäksi muiden orgaanisten yhdisteiden monomeerejä - aminohapot, glyseroli ja rasvahapot. Näin ollen fotosynteesin ansiosta kasvit tarjoavat itsensä ja kaiken elämän maapallolla olennaisilla orgaanisilla aineilla ja hapella.
Eukaryoottien fotosynteesin ja hengityksen vertailuominaisuudet on esitetty taulukossa.