Клеточное дыхание происходит

Клеточное дыхание происходит

Этапы клеточного дыхания:

1 Этап клеточного дыхания — подготовительный

Каким образом вещества попадают в клетки? В процессе пищеварения организма. Суть процесса пищеварения — расщепление полимеров, поступающих в организм с пищей, до мономеров:

  • белки расщепляются до аминокислот;
  • углеводы — до глюкозы;
  • жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот.

Т.е. в клетку поступают уже мономеры.

Дальше мы рассмотрим путь превращения именно глюкозы.

2 Этап клеточного пищеварения

Гликолиз — ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ.

Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (ПВК) (пирувата),


гликолиз в анаэробных условиях (бескислородных или при недостатке кислорода) ведёт к образованию молочной кислоты (лактата).

CH3-CH(OH)-COOH

Процесс идет с участием молекул фосфорной кислоты, поэтому называется окислительное фосфорилирование

Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных.

Превращения происходят в цитоплазме клетки, т.е. процесс будет однозначно анаэробным: молекула глюкозы расщепится до ПВК — пировиноградной кислоты с выделением 2 молекул АТФ:

Дальше образовавшаяся пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит ее дальнейшее окисление

3 Этап клеточного пищеварения (кислородный)

Поступая в митохондрию, происходит окисление: ПВК под действием кислорода расщепляется до углекислого газа (суммарное уравнение):

Вначале отщепляется один углеродный атом пировиноградной кислоты. При этом образуется углекислый газ, энергия (она запасается в одной молекуле НАДФ) и двухуглеродная молекула — ацетильная группа. Затем реакционная цепь поступает в метаболический координационный центр клетки — цикл Кребса.

Цикл Кребса

(цикл лимонной кислоты)

Цикл Кребса — это реакции, которые начинаются, когда определенная входящая молекула соединяется с другой молекулой, выполняющей функцию «помощника». Такая комбинация инициирует серию других химических реакций, в которых образуются молекулы-продукты и в конце воссоздается молекула-помощник, которая может начать весь процесс вновь.

Для переработки энергии, запасенной в одной молекуле глюкозы, цикл Кребса нужно пройти дважды

Процесс многостадийный, и в нем, помимо различных кислот с интересными названиями участвуют коферменты (КоА).

Что такое коферменты?

(коэнзимы)

  • это органические вещества небольшого размера
  • они способны соединяться с белками ( или прямо с ферментами, у которых, кстати, белковая природа), образуя активное вещество, косплекс, которое будет являться чем-то вроде катализатора.

Приставка «ко-» — это как «со-» — сопродюсер, соотечественник и т.п. Т.е. «вместе, с «

Гликолиз — катаболический путь исключительной важности.

Он обеспечивает энергией клеточные реакции, в том числе и синтез белка.

Промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров.

Пируват также может быть использован для синтеза других соединений. Благодаря гликолизу производительность митохондрий и доступность кислорода не ограничивают мощность мышц при кратковременных предельных нагрузках.

Помогите, Дыхание клетки….. Питание клетки…… Выделение……. Рост…… Деление…..

В клетке протекают основные процессы жизнедеятельности. Клетка дышит, питается, выделяет вещества, размножается, реагирует на воздействие внешней среды. В живой клетке цитоплазма все время двигается. Это обеспечивает перенос веществ, доставку нужных в определенном месте и отвод ненужных. Запасные вещества и ненужные обычно отводятся в вакуоли.
Движение цитоплазмы можно наблюдать под микроскопом при увеличении более чем в 300 раз. При этом можно видеть, как движутся зеленые пластиты (хлоропласты). Это свидетельствует о том, что цитоплазма движется.
Скорость движения цитоплазмы не одинакова. Она зависит от света, температуры и других факторов внешней среды. На ярком свету цитоплазма обычно двигается быстрее, так как активнее идет процесс синтеза органических веществ, а следовательно дыхания и обмена веществ. Таким образом растения реагируют на изменения окружающей среды.
Питание клетки — это множество различных химических реакций, в результате которых неорганические вещества преобразуются в органические — сахара, жиры, масла, белки и другие. Эти вещества могут оставаться в самой клетке, накапливаться в ней или использоваться. Могут выводиться из клетки.
Дыхание клетки обеспечивает ее энергией. В процессе дыхания протекает химическая реакция, в результате которой с помощью кислорода разлагается сложное органическое вещество и получается энергия, более простые вещества и углекислый газ.
Рост также является процессом жизнедеятельности клетки. Клетка увеличивается в размерах за счет увеличения объема вакуоли, цитоплазмы и растяжения клеточной стенки.
Обмен веществ — это все процессы образования и расщепления веществ в клетке. В обмен веществ входит питание, дыхание, выделение и др. Процессы обмена веществ протекают в разных частях клетки. Взаимосвязь обеспечивается движением цитоплазмы.
Еще одним процессом жизнедеятельности клетки является размножение. Клетка размножается делением. Деление клетки представляет собой сложный процесс, состоящий из последовательных этапов. При делении клетки хромосомы удваиваются, после чего делятся на две одинаковые части и расходятся в противоположные концы клетки. После этого делится уже цитоплазма, органоиды клетки распределяются примерно поровну, некоторые образуются заново в дочерней клетке.
Благодаря делению образуются ткани, осуществляется рост (в том числе и за счет их растяжения).

Лекция 5. Дыхание

План лекции:

  1. Сущность и значение дыхания

  2. Химизм дыхания

  3. Экология дыхания

Одновременно с процессами ассимиляции (усвоение вещества) в каждом растении происходят процессы диссимиляции – процессы распада. Важнейшим из них является дыхание.

Дыханием называется биохимическое окисление органических веществ до СО2 и Н2О, сопровождающееся освобождением энергии. Конечные продукты дыхания – СО2 и Н2О выделяются растением наружу, лишь часть СО2 может вновь участвовать в фотосинтезе.

По своему существу дыхание растений аналогично дыханию животных, что указывает на единство происхождения растений и животных.

Энергия, освобождаемая при дыхании, используется в многообразных биохимических и физиологических процессах. Эта энергия нужна для поддержания структуры протоплазмы, в процессах вторичного синтеза и передвижения веществ, роста, движения органов развития, при поглощении минеральных веществ из почвы.

Дыхание свойственно всем живым клеткам и совершается в них непрерывно. Окисление органического вещества в процессе дыхания происходит при участии окислительно-восстановительных ферментов и ферментов расщепления. Подобно другим физиологическим явлениям, дыхание характеризуется различной интенсивностью в зависимости от внешних условий и возрастного и стадийного состояния растения.

Суммарное уравнение дыхания можно записать в виде:

C2 H12O6+6O2=6CO2+6H2O

Как видим, объемы газов, обменивающихся при дыхании равны. Однако это не всегда так. Для характеристики состояния СО2/О2 пользуются показателем, который называют дыхательный коэффициент (ДК).

Отношение СО2/О2 меняется в зависимости от источника окислительных процессов. Если в качестве источника используются углеводы ДК = 1, для жиров и белков ДК < 1, для органических кислот ДК > 1.

Методы определения интенсивности дыхания основываются на количественном учете поглощенного О2 или выделенного СО2. Интенсивность дыхания выражают в мг (куб.мм, мл) поглощаемого О2 в единицу времени (час, сутки) единицей веса тканей или органов. Расчет производят как на сухой, так и на сырой вес.

Современные представления о химизме дыхания являются по су­ществу развитием идей, выдвинутых выдающимися русскими учеными-биохимиками А. Н. Бахом, В. И. Палладиным и С. П. Костычевым. Известно, что сахара вне организма недоступны непосредственному действию кислорода. В организме же они быстро распадаются в про­цессе дыхания.

Химизм дыхания

Цель дыхания – образование АТФ. АТФ часто называют энергетической валютой клетки, поскольку свободная энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ до АДФ, используется для различных метаболических реакций, требующих для своего протекания энергетических затрат.

Дыхание – это не единственный способ генерирования АТФ у большинства растений. АТФ генерируется и в световой фазе фотосинтеза. Образование АТФ при дыхании и фотосинтезе различается по характеру источников свободной энергии. При фотосинтезе источником энергии служит солнечная энергия, а при дыхании – окисление сложных молекул. Следовательно, в темноте и в нефотосинтезирующих тканях АТФ образуется исключительно в процессе дыхания.

Основным «органом» дыхания клетки считают митохондрии. В мем­бранах митохондрий находится большое количество «ферментов, ката­лизирующих процессы окисления и фосфорилировапия. Следует ука­зать, что мембранная организация является характерной особенностью дыхательного и фотосинтетического механизма трансформации энер­гии в клетке.

Мембраны, содержащие ферменты переноса электронов и сопряженного с ним фосфорилирования, называют сопрягающими. В них энергия света (фотосинтез) и энергия окисления субстрата (дыхание), освобождающаяся в процессе переноса электронов окислительно-вос­становительной системой ферментов и коферментов в редокс-цепях, обеспечивает другой процесс — фосфорилировапие АДФ неорганиче­ским фосфатом с образованием АТФ.

Весь процесс клеточного дыхания можно разделить на 3 главные последовательности реакций.

1). Гликолиз. В реакциях гликолиза молекула глюкозы (С6) расщепляется на две молекулы пирувата (С3). При этом образуются два главных продукта: 2АТФ и атомы водорода. Водородные атомы присоединяются к коферменту НАД+ , который превращается в НАДН2 и генерируется, таким образом, восстановительная сила для биохимических реакций. Дальше превращение пировиноградной кислоты может проходить двумя путями — кислородным до конечных продуктов С02 и Н2О или анаэробным по типу брожения. Таким образом, устанавливается опре­деленная связь между дыханием и брожением. Учение о генетической связи между дыханием и брожением было разработано С. П. Костычевым.

Брожение и дыхание тесно связаны друг с другом. Об этом свиде­тельствует прежде всего тот факт, что в растении найдены те же про­межуточные продукты, которые образуются в дрожжах при спиртовом брожении. Так, у многих растений обнаружены глюкозо-6-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат. Эти фосфорные эфиры сахаров найдены в листьях гороха, сахарной свеклы, овса, ячменя, в про­растающих семенах гороха. В листьях ячменя обнаружены фосфоглицериновая и пировиноградная кислоты, в луке — пировиноградная кислота, в некоторых плодах обнаружен уксусный альдегид. Все эти соединения являются промежуточными продуктами спиртового бро­жения. О единстве и теснейшей связи процессов брожения и дыхания свидетельствует также то, что в растениях обнаружены ферменты, катализирующие спиртовое брожение.

2). Цикл Кребса или цикл лимонной кислоты. В аэробных условиях от конечного продукта гликолиза – ПК, отщепляется молекула СО2, 2Н+ и образуется ацетил – КоА. Последний соединяется со ЩУК в цикле Кребса с образованием лимонной кислоты (С6). По мере отщепления СО2 и атомов Н, лимонная кислота превращается опять в ЩУК. Цикл поставляет дополнительное количество АТФ и НАДН.

3). Цепь переноса электронов. Образовавшиеся ранее НАДН передают свои атомы водорода на электроны и ионы Н+. Ионы Н+ перекачиваются в Н+- резервуар, который поставляет энергию для синтеза АТФ, а электроны по электронно-транспортной цепи передаются на кислород совместно с ионами водорода от другого источника и образуется Н 2О.

Отдельные этапы дыхания:

Гликолиз – это последовательность реакций, общая для процесса дыхания и многих типов брожения. Многие виды бактерий и грибов способны существовать, довольствуясь только АТФ, вырабатываемым в процессе гликолиза. Однако, у всех высших организмов есть кроме того цикл Кребса и цепь переноса электронов, которые дают клетке во много раз больше АТФ, чем гликолиз. Для двух последних этапов необходим О2. У организмов, у которых имеется цикл Кребса и цепь переноса электронов, главное назначение гликолиза состоит в том, чтобы вырабатывать пируват для цикла Кребса.

Ферменты, участвующие в реакции гликолиза, присутствуют в растворенном состоянии в цитоплазме клетки.

На первом этапе гликолиза две молекулы АТФ потребляются в реакциях фосфорилирования. На втором – 4 молекулы АТФ образуются, поэтому чистый выход АТФ – 2 молекулы. Кроме того, при гликолизе освобождается 4Н+. Конечная судьба ПК различна и зависит от присутствия О2 в клетке. Если О2 есть, то ПК переходит в митохондрии для полного окисления до СО2 и Н2О. Если О2 нет, то она превращается в другие вещества так осуществляется анаэробное дыхание.

В итоге гликолиз превращает глюкозу в пируват, дает 2АТФ и 2НАДН.

Цикл лимонной кислоты

Итак, гликолиз идет в цитоплазме. У эукариот пируват и НАДН2, образующиеся при гликолизе, поступают в митохондрии, где дыхание завершается.

Ферменты цикла Кребса содержатся во внутренней части митохондрии. Остальные ферменты цикла и электронно-транспортная цепь находится на самой внутренней мембране.

Цикл лимонной кислоты известен как цикл трикарбоновых кислот (лимонная кислота имеет 3СООН-группы) или цикл Кребса по имени сэра Ганса Кребса, открывшего этот цикл в 30-х годах (Нобелевская премия 1953 года). Сначала пировиноградная кислота подвергается декарбоксилированию, то есть отщеплению углекислого газа:

СН3СОСООН = СН3СО — +С02.

(остаток уксусной кислоты, активный ацетат)

В 1935 году известный венгерский биохимик А. Сент-Дьер-дьи установил, что до­бавление небольшого количества органических кислот (фумаровой, янтарной, яблоч­ной, щавелево-уксусной) усиливает поглощение кислорода измельченными тканями. Этим любопытным явлением заинтересовался английский биохимик Г. Кребс, который в 1937 году предложил схему циклического превращения органических кислот при дыхании. Эта схема получила название цикла Кребса.

В ходе цикла Кребса триуглеродная пировиноградная кислота отщепляет три молекулы углекислого газа. Соответственно две ее молекулы, образовавшиеся из молекулы глюкозы, дадут шесть молекул СО2. Это ровно столько, сколько выделяется при окислении молекулы глюкозы в соответствии с уравнением дыхания.

В реакциях цикла Кребса выделяется четыре пары водородных атомов. Их электроны несут энергию, которая когда-то принадлежала солнечным лучам. Эти атомы присоединяются к молекулам никотинамидадениндинуклеотида (НАД). Всего же при окислении одной молекулы глюкозы образуется шесть пар атомов водорода, но две пары отделились и перешли к НАД еще в ходе гликолиза. НАД — первый переносчик электроцно-транспортной цепи, расположенной в митохондриях — органоидах клетки, в которых проходит процесс дыхания.

Дыхательная цепь

Атомы Н+, получаемые в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса и присоединенные к акцепторам НАДН2 и ФАДН2, передаются далее по цепи переносчиков, локализованных во внутренней мембране митохондрий и включающей по меньшей мере 5 переносчиков – флавопротеин, кофермент Q и несколько разных цитохромов. В конце цепи водород соединяется с О2 и образует воду. Промежуточные переносчики претерпевают при этом ряд окислительно-восстановительных реакций.

Цепь переноса электронов состоит также из флави-надениндинуклеотида (ФАД), кофермента Q и целой системы цитохромов — веществ, близких по структуре к молекуле хлорофилла, но содержащих не магний, а железо. Различают цитохромы b, с, а и а3 (цитохромоксидаза). Когда атомы водорода поступают к коферменту С, происходит разделение движения протона и электрона. Электроны направляются в систему цитохромов. Достигнув цитохрома а3 (цитохромоксидазы), они передаются затем на атомы кислорода, активируя их:

О + 2е →О•

Едва возникнут активиро­ванные атомы кислорода, а протоны уже тут как тут. Из двух протонов и атома кисло­рода образуется молекула воды:

2Н+ + О• →Н20.

Напомним, что от одной молекулы глюкозы в ходе процесса дыхания отщепляется шесть пар водородных атомов. Таким образом, образуется и шесть молекул воды, то есть столько, сколько следует из уравнения дыхательного процесса.

Превращение водорода в воду – сложнейший и не до конца еще понятый процесс. Однако он очень важен тем, что сопровождается образованием АТФ. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием.

Согласно современным представлениям, электронтранспортная цепь (ЭТЦ) прокачивает протоны через мембрану, к которой прикреплены ферменты, создавая градиент концентрации Н+, обеспечивающий энергией процесс образования АТФ. Эта схема известна как хемиосмотическая теория Митчелла. На каждую пару атомов Н образуется одна молекула АТФ. Так образуется большая часть АТФ при дыхании.

Общий итог образования макроэргических связей в аэробных условиях выражается в синтезе 38 молекул АТФ на молекулу глюкозы по сравнению с синтезом 2 АТФ в анаэробных условиях.

Где происходят два первых этапа клеточного дыхания?

Ответ оставил Гость

Этапы клеточного дыхания. Подготовительный этап
заключается в расщеплении крупных органических
молекул до более простых соединений. Эти процессы
происходят в пищеварительной системе (у животных)
и цитоплазме клеток без использования кислорода.
Под действием пищеварительных ферментов
полисахариды расщепляются до моносахаридов, жиры
— до глицерина и высших карбоновых кислот, белки
— до аминокислот, нуклеиновые кислоты — до
нуклеотидов. При этом выделяется мало энергии,
она не запасается в виде АТФ, а рассеивается в
виде тепла. Более того, для протекания реакций
расщепления требуются определенные затраты
энергии.
Вещества, образовавшиеся в результате
подготовительного этапа, могут использоваться
клеткой как в реакциях пластического обмена, так и
для дальнейшего расщепления с целью получения
энергии.
Второй этап энергетического обмена называется
бескислородным или анаэробным. Он заключается в
ферментативном расщеплении органических веществ,
полученных в ходе подготовительного этапа.
Кислород в реакциях этого этапа не участвует,
более того, анаэробный этап может протекать в
условиях полного отсутствия кислорода. Основным
источником энергии в клетке является глюкоза,
поэтому второй этап мы рассмотрим именно на
примере бескислородного расщепления глюкозы —
гликолиза.

Оцени ответ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *