Забезпечення клітин енергією. Джерела енергії

З клітин складаються всі живі організми, крім вірусів. Вони забезпечують всі необхідні для життя рослини або тварини процеси. Клітка і сама може бути окремим організмом. І хіба може така складна структура жити без енергії? Звичайно, ні. Так як же відбувається забезпечення клітин енергією? Воно базується на процесах, які ми розглянемо нижче.

Забезпечення клітин енергією: як це відбувається?

Мало хто клітини отримують енергію ззовні, вони виробляють її самі. еукаріотичні клітини мають своєрідними "станціями". І джерелом енергії в клітині є мітохондрія - органоїд, який її виробляє. У ньому відбувається процес клітинного дихання. За рахунок нього і відбувається забезпечення клітин енергією. Однак присутні вони тільки у рослин, тварин і грибів. У клітинах бактерій мітохондрії відсутні. Тому у них забезпечення клітин енергією відбувається в основному за рахунок процесів бродіння, а не дихання.

будова мітохондрії

Це двумембранний органоїд, який з`явився в еукаріотичної клітці в процесі еволюції в результаті поглинання нею більш дрібної клітини прокаріотів. Цим можна пояснити те, що в мітохондріях присутній власна ДНК і РНК, а також мітохондріальні рибосоми, що виробляють потрібні органоидам білки.

Внутрішня мембрана володіє виростами, які називаються Крісті, або гребені. На кристах і відбувається процес клітинного дихання.

Те, що знаходиться всередині двох мембран, називається матрикс. У ньому розташовані білки, ферменти, необхідні для прискорення хімічних реакцій, а також молекули РНК, ДНК і рибосоми.

Клітинне дихання - основа життя

Воно проходить в три етапи. Давайте розглянемо кожен з них більш детально.

Перший етап - підготовчий

Під час цієї стадії складні органічні сполуки розщеплюються на більш прості. Так, білки розпадаються до амінокислот, жири - до карбонових кислот і гліцерину, нуклеїнові кислоти - до нуклеотидів, а вуглеводи - до глюкози.

гліколіз

Це безкисневому етап. Він полягає в тому, що речовини, отримані під час першого етапу, розщеплюються далі. Головні джерела енергії, які використовує клітина на даному етапі, - молекули глюкози. Кожна з них в процесі гліколізу розпадається до двох молекул пірувату. Це відбувається під час десяти послідовних хімічних реакцій. Внаслідок перших п`яти глюкоза фосфорилюється, а потім розщеплюється на дві фосфотріози. При наступних п`яти реакціях утворюється дві молекули АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти) і дві молекули ПВК (піровиноградної кислоти). Енергія клітини і запасається саме в вигляді АТФ.

Весь процес гліколізу можна спрощено зобразити таким чином:

2НАД + 2АДФ + 2Н₃РВ₄ + З₆Н₁₂Про₆ - 2Н₂Про + 2НАД^.Н₂ +2С₃Н₄Про₃ + 2АТФ

Таким чином, використовуючи одну молекулу глюкози, дві молекули АДФ і дві фосфорної кислоти, клітина отримує дві молекули АТФ (енергія) і дві молекули піровиноградної кислоти, яку вона буде використовувати на наступному етапі.

Третій етап - окислення

Дана стадія відбувається тільки при наявності кисню. Хімічні реакції цього етапу відбуваються в мітохондріях. Саме це і є основна частина клітинного дихання, під час якої вивільняється найбільше енергії. На цьому етапі пировиноградная кислота, вступаючи в реакцію з киснем, розщеплюється до води і вуглекислого газу. Крім того, при цьому утворюється 36 молекул АТФ. Отже, можна зробити висновок, що головні джерела енергії в клітині - глюкоза і пировиноградная кислота.

Підсумовуючи все хімічні реакції і опускаючи подробиці, можна висловити весь процес клітинного дихання одним спрощеним рівнянням:

6О₂ + З₆Н₁₂Про₆ + 38АДФ + 38н₃РВ₄ - 6СО₂ + 6Н2О + 38АТФ.

Таким чином, в ході дихання з однієї молекули глюкози, шести молекул кисню, тридцяти восьми молекул АДФ і такої ж кількості фосфорної кислоти клітина отримує 38 молекул АТФ, у вигляді якої і запасається енергія.

Різноманітність ферментів мітохондрій

Енергію для життєдіяльності клітина отримує за рахунок дихання - окислення глюкози, а потім піровиноградної кислоти. Всі ці хімічні реакції не могли б проходити без ферментів - біологічних каталізаторів. Давайте розглянемо ті з них, які знаходяться в мітохондріях - органелах, які відповідають за клітинне дихання. Всі вони називаються Оксидоредуктази, тому що потрібні для забезпечення протікання окислювально-відновних реакцій.

Все оксидоредуктаз можна розділити на дві групи:

• оксидази;
• дегідрогенази;

Дегідрогенази, в свою чергу, діляться на аеробні та анаеробні. Аеробні містять в своєму складі кофермент рибофлавін, який організм отримує з вітаміну В2. Аеробні дегідрогенази містять в якості коферментів молекули НАД і НАДФ.

Оксидази різноманітніші. В першу чергу вони поділяються на дві групи:

• ті, які містять мідь;
• ті, у складі яких присутній залізо.

До перших відносяться поліфенолоксідази, аскорбатоксідази, до других - каталаза, пероксидаза, цитохроми. Останні, в свою чергу, діляться на чотири групи:

• цитохроми a;
• цитохроми b;
• цитохроми c;
• цитохроми d.

Цитохроми а містять в своєму складі железоформілпорфірін, цитохроми b - железопротопорфірін, c - заміщений железомезопорфірін, d - железодігідропорфірін.

Чи можливі інші шляхи отримання енергії?

Незважаючи на те що більшість клітин отримують її в результаті клітинного дихання, існують також анаеробні бактерії, для існування яких не потрібен кисень. Вони виробляють необхідну енергію шляхом бродіння. Це процес, в ході якого за допомогою ферментів вуглеводи розщеплюються без участі кисню, внаслідок чого клітина і отримує енергію. Розрізняють декілька видів бродіння в залежності від кінцевого продукту хімічних реакцій. Воно буває молочнокисле, спиртове, маслянокислое, ацетон-бутанова, лимоннокисле.

Для прикладу розглянемо спиртове бродіння. Його можна виразити ось таким рівнянням:

З₆Н₁₂Про₆ - З₂Н₅ВІН + 2СО₂

Тобто одну молекулу глюкози бактерія розщеплює до однієї молекули етилового спирту і двох молекул оксиду (IV) карбону.

Статті схожі на "Забезпечення клітин енергією. Джерела енергії"

Що таке катаболізм? Процеси катаболізму, етапи

Біологічне окислення. Окислювально-відновні реакції: приклади

Світлова фаза фотосинтезу: природа процесу

Дисиміляція - це ... Етапи дисиміляції