КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ
Основными процессами, обеспечивающими клетку энергией, являются фотосинтез, хемосинтез, дыхание, брожение и гликолиз как этап дыхания.
С кровью кислород проникает в клетку, вернее в особые клеточные структуры – митохондрии. Они есть во всех клетках, за исключением клеток бактерий, сине-зеленых водорослей и зрелых клеток крови (эритроцитов). В митохондриях кислород вступает в многоступенчатую реакцию с различными питательными веществами – белками, углеводами, жирами и др. Этот процесс называется клеточным дыханием. В результате выделяется химическая энергия, которую клетка запасает в особом веществе – аденозинтрифосфорной кислоте, или АТФ. Это универсальный накопитель энергии, которую организм тратит на рост, движение, поддержание своей жизнедеятельности.
Дыхание – это окислительный, с участием кислорода распад органических питательных веществ, сопровождающийся образованием химически активных метаболитов и освобождением энергии, которые используются клетками для процессов жизнедеятельности.
Общее уравнение дыхания имеет следующий вид:
Где Q=2878 кДж/моль.
Но дыхание, в отличие от горения, процесс многоступенчатый. В нем выделяют две основные стадии: гликолиз и кислородный этап.
Гликолиз
Драгоценная для организма АТФ образуется не только в митохондриях, но и в цитоплазме клетки в результате гликолиза (от греч. «гликис» - «сладкий» и «лисис» – «распад»). Гликолиз не является мембранозависимым процессом. Он происходит в цитоплазме. Однако ферменты гликолиза связаны со структурами цитоскелета.
Гликолиз – процесс очень сложный. Это процесс расщепления глюкозы под действием различных ферментов, который не требует участия кислорода. Для распада и частичного окисления молекулы глюкозы необходимо согласованное протекание одиннадцати последовательных реакций. При гликолизе одна молекула глюкозы дает возможность синтезировать две молекулы АТФ. Продукты расщепления глюкозы могут затем вступать в реакцию брожения, превращаясь в этиловый спирт или молочную кислоту. Спиртовое брожение свойственно дрожжам, а молочнокислое – свойственно клеткам животных и некоторых бактерий. Многим аэробным, т.е. живущим исключительно в бес кислородной среде, организмам хватает энергии, образующейся в результате гликолиза и брожения. Но аэробным организмам необходимо дополнить этот небольшой запас, причем весьма существенно.
Кислородный этап дыхания
Продукты расщепления глюкозы попадают в митохондрию. Там от них сначала отщепляется молекула углекислого газа, который выводится из организма при выходе. «Дожигание» происходит в так называемом цикле Кребса (приложение №1) (по имени описавшего его английского биохимика) – последовательной цепи реакций. Каждый из участвующих в ней ферментов вступает в соединения, а после нескольких превращений вновь освобождается в первоначальном виде. Биохимический цикл вовсе не бесцельное хождение по кругу. Он больше схож с паромом, который снует между двумя берегами, но в итоге люди и машины движутся в нужном направлении. В результате совершающихся в цикле Кребса реакций синтезируются дополнительные молекулы АТФ, отщепляются дополнительные молекулы углекислого газа и атомы водорода.
Жиры тоже участвуют в этой цепочке, но их расщепление требует времени, поэтому если энергия нужна срочно, то организм использует не жиры, а углеводы. Зато жиры – очень богатый источник энергии. Могут окислятся для энергетических нужд и белки, но лишь в крайнем случае, например при длительном голодании. Белки для клетки – неприкосновенный запас.
Главный по эффективности процесс синтеза АТФ происходит при участии кислорода в многоступенчатой дыхательной цепи. Кислород способен окислять многие органические соединения и при этом выделять много энергии сразу. Но такой взрыв для организма был бы губителен. Роль дыхательной цепи и всего аэробного, т.е. связанного с кислородом, дыхания состоит именно в том, чтобы организм обеспечивался энергией непрерывно и небольшими порциями – в той мере, в какой мере это организму нужно. Можно провести аналогию с бензином: разлитый по земле и подожженный, он мгновенно вспыхнет без всякой пользы. А в автомобиле, сгорая понемногу, бензин будет несколько часов совершать полезную работу. Но для этого такое сложное устройство, как двигатель.
Дыхательная цепь в совокупности с циклом Кребса и гликолизом позволяет довести «выход» молекул АТФ с каждой молекулы глюкозы до 38. А ведь при гликолизе это соотношение было лишь 2:1. Таким образом, коэффициент полезного действия аэробного дыхания намного больше.
Как устроена дыхательная цепь?
Механизм синтеза АТФ при гликолизе относительно прост и может без труда быть воспроизведен в пробирке. Однако никогда не удавалось лабораторно смоделировать дыхательный синтез АТФ. В 1961 году английский биохимик Питер Митчел высказал предположение, что ферменты – соседи по дыхательной цепи – соблюдают не только строгую очередность, но и четкий порядок в пространстве клетки. Дыхательная цепь, не меняя своего порядка, закрепляется во внутренней оболочке (мембране) митохондрии и несколько раз «прошивает» ее будто стежками. Попытки воспроизвести дыхательный синтез АТФ потерпели неудачу, потому что роль мембраны исследователями недооценивались. А ведь в реакции участвуют еще ферменты, сосредоточенные в грибовидных наростах на внутренней стороне мембраны. Если эти наросты удалить, то АТФ синтезироваться не будет.
Дыхание, приносящее вред.
Молекулярный кислород – мощный окислитель. Но как сильнодействующее лекарство, он способен давать и побочные эффекты. Например, прямое взаимодействие кислорода с липидами вызывает появление ядовитых перекисей и нарушает структуру клеток. Активные соединения кислорода могут повреждать также белки и нуклеиновые кислоты.
Почему же не происходит отравления этими ядами? Потому, что им есть противоядие. Жизнь возникла в отсутствие кислорода, и первые существа на Земле были анаэробными. Потом появился фотосинтез, а кислород как его побочный продукт начал накапливаться в атмосфере. В те времена этот газ был опасен для всего живого. Одни анаэробы погибли, другие нашли бескислородные уголки, например, поселившись в комочках почвы; третьи стали приспосабливаться и меняться. Тогда-то и появились механизмы, защищающие живую клетку от беспорядочного окисления. Это разнообразные вещества: ферменты, в том числе разрушитель вредоносной перекиси водорода – катализа, а также многие другие небелковые соединения.
Дыхание вообще сначала появилось, как способ удалять кислород из окружающей организм атмосферы и лишь потом стало источником энергии. Приспособившиеся к новой среде анаэробы стали аэробами, получив огромные преимущества. Но скрытая опасность кислорода для них все же сохранилась. Мощность антиокислительных «противоядий» небезгранична. Вот почему в чистом кислороде, да еще под давлением, все живое довольно скоро погибает. Если же клетка окажется повреждена каким-либо внешним фактором, то защитные механизмы обычно отказывают в первую очередь, и тогда кислород начинает вредить даже при обычной атмосферной концентрации
Другие работы по теме:
Занятия физкультурой для беременных женщин и рожениц, страдающих избыточной массой тела
К сожалению, не все люди могут полноценно заниматься физкультурой. Кому-то не позволяет здоровье, а кто-то на время лишен этой радости. Ко второй категории, безусловно, можно отнести и беременных женщин. Но, если беременность протекает без осложнений, то заниматься физкультурой можно, а если начать заниматься физкультурой еще до зачатия, то у беременной появляется больше шансов избежать таких неприятных явлений как токсикоз, повышение артериального давления, избыточная масса тела.
Физкультура
В этом реферате описаны разные упражнения для разминки.
Литературный герой ОЛЬГА МЕЩЕРСКАЯ
Ольга мещерская героиня рассказа И. А. Бунина Легкое дыхание. Рассказ основан на материале газетной хроники офицер застрелил гимназистку. В этом достаточно нерядовом происшествии. Бунин уловил образ абсолютно естественной alignjustifyольга мещерская героиня рассказа.
Остановка сердца
Нередко искусственное дыхание не имеет успеха и пострадавший, несмотря на его проведение, погибает. Это бывает в тех случаях, когда оказывающий помощь забывает о сердце и о пульсе - главном проявлении деятельности организма и основном проявлении жизни.
Хронический обструктивный бронхит
Особенности осмотра органов дыхания, кровообращения, пищеварения и мочеотделения пациентки, обоснование ее диагноза - хронического обструктивного бронхита. Алгоритм выбора лекарственных препаратов. Анализ эффективности и безопасности фармакотерапии.
Отравляющие вещества удушающего действия
ОВ удушающего действия - химические соединения, способные оказывать на организм патологическое воздействие, приводящее к отеку легких. Клиническая картина поражения удушающими ОВ. Механизм действия. Лечение и профилактика.
Онкология отдела прямой кишки
Общее состояние удовлетворительное, кожные покровы чистые бледные, отеков нет. Периферические л/у не увеличены. В легких дыхание везикулярное, хрипов нет. Рекомендовано: соблюдение диеты, препараты железа (ферроплекс, феррум-Лек).
Комплекс лечебной гимнастики
№ 1 (ИП - лежа) Тыльное и подошвенное сгибание стоп. Дыхание произвольное (6-8 раз). Сгибание и разгибание пальцев кисти рук. Дыхание произвольное (6-8 раз).
Морские истории
Целая галерея замечательных образов проходит перед нами в «Морских историях» — сборнике рассказов Б. С. Житкова. Писатель показывает своих героев в решающую минуту — в минуту, требующую напряжения всех человеческих сил. Они идут на подвиг, рискуя собой, обретая второе дыхание, совершая невозможное.
Весенние цветы
Сочинение-описание природы Заканчивались суровые морозы, везде ощущалось дыхание весны. В лесу уже растаяли последние островки снега. Под весенними лучами солнца выделяла пар земля. Солнечные зайчики заиграли на лужайке, они будто хотят рассказать всему живому в лесу, что время просыпаться.
Смысл названия и проблематика рассказа Бунина Легкое дыхание
Рассказ «Легкое дыхание», написанный в 1916 году, заслуженно считается одной из жемчужин бунинской прозы — так лаконично и ярко запечатлен в нем образ героини, так трепетно передано чувство прекрасного. Что же такое «легкое дыхание», почему это словосочетание давно стало нарицательным для обозначения человеческого таланта — таланта жить? Чтобы разобраться в этом, проанализируем рассказ «Легкое дыхание».
Женские образы в рассказе И. А. Бунина Легкое дыхание
Женские образы в рассказе И. А. Бунина "Легкое дыхание" Автор: Бунин И.А. Очень необычным мне кажется рассказ И. А. Бунина "Лёгкое дыхание". Он действительно легок и прозрачен, словно вся жизнь Оли Мещерской - главной героини рассказа, о которой мы с самого начала знаем, что она уже умерла.
Дыхание осени сочинение-описание
Автор: Сочинения на свободную тему Незаметно промелькнуло беззаботное знойное лето, и сентябрь стал полноправным хозяином в лесах, полях, на речках и озерах. Ранним утром уже очень холодно, а днем солнышко еще пригревает, напоминая о лете. Отдыхают после продолжительной тяжелой работы поля. Отдали хозяевам свой щедрый урожай сады.
Первый снег художественное описание
Автор: Сочинения на свободную тему Осень постепенно отдает свои права зиме. Утром уже очень холодно, кое-где появляется первый иней. Днем солнце старается прогреть воздух, но, наверное, ему уже не хватает сил. Во всем ощущается морозное дыхание зимы.
Первый снег
Сочинение-описание природы Осень заметно сдает свои права зиме. Утром совсем холодно, кое-где лежит изморозь. Днем солнышко будто и старается нагреть воздух, но, наверное, не хватает уже у него силы. Везде ощущается ледяное дыхание зимы. Начинаются короткие дни и наиболее длинные ночи. Солнце ниже опускается над небосклоном.
Зачем нужна пунктуация
Автор: ЕГЭ Родной язык для личности человека – примерно то же, что воздух для его тела. Если несвободное дыхание – угроза жизни, то несвободное владение языком – угроза личности. Главное – открыть для себя мир языка, полный тайн и загадок.
14 Упражнений
Реферат по физкультуре Киев – 1998 Исходное положение — ноги на ширине плеч, руки на поясе. Наклоны головы вперед на счет “раз”, исходное положение на “два”, “три” наклон головы назад, “четыре” исходное положение. Проделать десять раз.
Детектор лжи (полиграф)
История изобретения полиграфа основывается на изучении различных физиологических и психических процессов организма человека. Первое устройство, которое могло фиксировать изменения в физиологии человека, появилось 1875 году.
Клеточная теория
Клеточная теория была сформулирована в 1839 г. немецким зоологам и физиологом Т. Шванном. Согласно этой теории, всем организмам присуще клеточное строение. Клеточная теория утверждала единство животного и растительного мира, наличие единого элемента тела живого организма — клетки.
Дыхание 2 2
Text Text Дыхание — основная форма диссимиляции у человека, животных, растений и многих микроорганизмов. При дыхании богатые химической энергией вещества, принадлежащие организму, окисляются до бедных энергией конечных продуктов (диоксида углерода и воды), используя для этого молекулярный кислород.
Создание клеточной теории
Создание клеточной теории Рубеж 30-х и 40-х годов XIX в. ознаменовался фундаментальным обобщением, получившим название клеточной теории. Говоря о достижениях естествознания первой половины и середины XIX в., Ф. Энгельс на первое место выдвигал "три великих открытия": наряду с доказательством сохранения и превращения энергии и эволюционной теорией Дарвина, Энгельс назвал клеточную теорию. "Покров тайны,— писал он,— окутывавший процесс возникновения и роста и структуру организмов, был сорван.
Строение животной клетки
§ 4.1. СТРОЕНИЕ ЖИВОТНОЙ КЛЕТКИ Животные, как и растения, состоят из клеток. Клетки животных различаются по форме и величине. Среди них встречаются округлые, цилиндрические, прямоугольные, звездчатые клетки.
Билеты на экзамен по биологии 9 класс
Билет №1 Клетка, и её строение, химический состав жизненные свойства клетки. Тест «Размножение». Билет №2 Организм – единое целое. Ткани и органы, системы органов.
Билеты на экзамен по биологии 9 класс
Билет №1 Клетка, и её строение, химический состав жизненные свойства клетки. Тест «Размножение». Билет №2 Организм – единое целое. Ткани и органы, системы органов.
Дыхательная система человека, ее особенности
Дыхание как совокупность физиологических процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и выделение во внешнюю среду углекислого газа. Работа дыхательной системы человека, особенности ее строения. Обмен O2 и CO2 между организмом и средой.
Правила оказания первой медицинской помощи 2
Правила оказания первой медицинской помощи Правила оказания первой помощи - это простые и необходимые каждому знания, которые помогут произвести немедленную помощь пострадавшим прямо на месте происшествия. Бывают ситуации, когда знания о первой медицинской помощи приходится применять самому пострадавшему.