Всички живи организми са изградени от клетки, с изключение на вирусите. Те осигуряват всички процеси, необходими за живота на растението или животното. Самата клетка може да бъде отделен организъм. И как може такава сложна структура да живее без енергия? Разбира се, че не. И така, как става енергийното снабдяване на клетките? Базира се на процесите, които ще обсъдим по-долу.
Осигуряване на клетките с енергия: как работи?
Малко клетки получават енергия отвън, те я произвеждат сами. Еукариотните клетки имат един вид "станции". А източникът на енергия в клетката са митохондриите – органелата, която я произвежда. Това е процес на клетъчно дишане. Благодарение на него клетките се снабдяват с енергия. Те обаче присъстват само в растенията, животните и гъбите. Митохондриите липсват в бактериалните клетки. Следователно при тях снабдяването на клетките с енергия се осъществява главно благодарение на процесите на ферментация, а не на дишане.
Структура на митохондриите
Това е двумембранна органела, появила се в еукариотнитеклетка в процеса на еволюция в резултат на усвояването й от по-малка прокариотна клетка. Това може да обясни факта, че митохондриите съдържат собствена ДНК и РНК, както и митохондриални рибозоми, които произвеждат протеини, необходими за органелите.
Вътрешната мембрана има израстъци, наречени кристи, или хребети. Върху кристите се осъществява процесът на клетъчно дишане.
Това, което е вътре в двете мембрани, се нарича матрица. Съдържа протеини, ензими, необходими за ускоряване на химичните реакции, както и РНК, ДНК и рибозоми.
Клетъчното дишане е основата на живота
Провежда се на три етапа. Нека разгледаме всеки от тях по-подробно.
Първи етап - подготвителен
По време на този етап сложните органични съединения се разграждат на по-прости. Така протеините се разграждат до аминокиселини, мазнините до карбоксилни киселини и глицерол, нуклеиновите киселини до нуклеотиди и въглехидратите до глюкоза.
Гликолиза
Това е аноксичен стадий. Той се крие във факта, че веществата, получени през първия етап, се разграждат допълнително. Основните източници на енергия, които клетката използва на този етап, са глюкозните молекули. Всеки от тях в процеса на гликолиза се разлага до две молекули пируват. Това се случва по време на десет последователни химични реакции. Благодарение на първите пет, глюкозата се фосфорилира и след това се разделя на две фосфотриози. Следващите пет реакции произвеждат две молекулиАТФ (аденозин трифосфорна киселина) и две молекули PVC (пировиноградна киселина). Енергията на клетката се съхранява точно под формата на АТФ.
Целият процес на гликолиза може да бъде опростен, както следва:
2OVER+ 2ADP + 2H3RO4 + C6H12O6 → 2H2O + 2OVER. N2 +2S3N4O 3 + 2ATP
По този начин, използвайки една молекула глюкоза, две молекули ADP и две фосфорна киселина, клетката получава две молекули АТФ (енергия) и две молекули пирогроздова киселина, които ще използва в следващата стъпка.
Трети етап - окисление
Този етап се случва само в присъствието на кислород. Химичните реакции на тази стъпка се извършват в митохондриите. Именно това е основната част от клетъчното дишане, по време на което се отделя най-много енергия. На този етап пировиноградната киселина, реагирайки с кислорода, се разпада до вода и въглероден диоксид. Освен това в този процес се образуват 36 АТФ молекули. И така, можем да заключим, че основните източници на енергия в клетката са глюкозата и пирогроздната киселина.
Обобщавайки всички химични реакции и пропускайки подробностите, можем да изразим целия процес на клетъчно дишане с едно опростено уравнение:
6O2 + C6N12O6 + 38ADP + 38H3RO4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.
Така, в хода на дишането от една молекула глюкоза, шест молекули кислород,тридесет и осем молекули ADP и същото количество фосфорна киселина, клетката получава 38 ATP молекули, под формата на които се съхранява енергия.
Разнообразие от митохондриални ензими
Клетката получава енергия за живот чрез дишането - окисляването на глюкозата, а след това и на пирогроздната киселина. Всички тези химични реакции не биха могли да протекат без ензими – биологични катализатори. Нека да разгледаме тези, които се намират в митохондриите - органелите, отговорни за клетъчното дишане. Всички те се наричат оксидоредуктази, защото са необходими, за да осигурят възникването на редокс реакции.
Всички оксидоредуктази могат да бъдат разделени на две групи:
- оксидаза;
- дехидрогеназа;
Дехидрогеназите от своя страна се делят на аеробни и анаеробни. Аеробните храни съдържат коензима рибофлавин, който тялото получава от витамин В2. Аеробните дехидрогенази съдържат NAD и NADP молекули като коензими.
Оксидазите са по-разнообразни. На първо място, те са разделени на две групи:
- тези, съдържащи мед;
- тези, които съдържат желязо.
Първите включват полифенолоксидази, аскорбат оксидаза, вторите - каталаза, пероксидаза, цитохроми. Последните от своя страна са разделени на четири групи:
- цитохроми a;
- cytochromes b;
- cytochromes c;
- cytochromes d.
Цитохроми aсъдържат желязо формилпорфирин, цитохроми b - железен протопорфирин, c - заместен железен мезопорфирин, d - железен дихидропорфирин.
Възможни ли са други начини за получаване на енергия?
Въпреки факта, че повечето клетки го получават в резултат на клетъчното дишане, има и анаеробни бактерии, които не се нуждаят от кислород, за да съществуват. Те произвеждат необходимата енергия чрез ферментация. Това е процес, при който въглехидратите се разграждат с помощта на ензими без участието на кислород, в резултат на което клетката получава енергия. Има няколко вида ферментация в зависимост от крайния продукт на химичните реакции. Може да бъде млечна киселина, алкохол, маслена киселина, ацетон-бутан, лимонена киселина.
Например, помислете за алкохолна ферментация. Може да се изрази по следния начин:
S6N12O6 →С2Н5OH + 2СО2
Тоест, бактерията разгражда една молекула глюкоза на една молекула етилов алкохол и две молекули въглероден оксид (IV).
