Poskytování energie buňkám. Zdroje energie

Buňky se skládají ze všech živých organismů, s výjimkou virů. Poskytují všechny procesy nezbytné pro život rostlin nebo zvířat. Samotná buňka může být samostatným organismem. A jak může taková složitá struktura žít bez energie? Samozřejmě že ne. Jak tedy buňky dodávají energii? Je založen na procesech, které považujeme za níže.

Poskytování energie buňkám: jak se to děje?

Jen málo buněk přijímá energii zvenčí, vyrábí je sama. Eukaryotické buňky mají unikátní "stanice". A zdrojem energie v buňce jsou mitochondrie, organoid, který ji produkuje. V tom je proces buněčné dýchání. Kvůli tomu jsou buňky opatřeny energií. Jsou však přítomny pouze u rostlin, zvířat a hub. V buňkách bakterií chybí mitochondrie. Proto je poskytování energie buňkami hlavně kvůli procesům fermentace spíše než dýchání.

Struktura mitochondrií

Jedná se o dvojmembránový organoid, který se objevil v eukaryotické buňce během evoluce jako výsledek její absorpce mírnější prokaryotické buňky. To se může vysvětlit skutečnost, že v mitochondriích předložit vlastní DNA a RNA, stejně jako mitochondriální ribozomy, které produkují požadované proteiny organely.

Vnitřní membrána má výrůstky, které se nazývají cristae nebo hřebeny. Proces buněčného dýchání probíhá na cristae.

To, co je uvnitř dvou membrán, se nazývá matice. Obsahuje bílkoviny, enzymy nezbytné k urychlení chemických reakcí, stejně jako molekuly RNA, DNA a ribosomů.

Celulární dýchání je základem života

Probíhá ve třech etapách. Podívejme se na každou z nich podrobněji.

První etapa je přípravná

Během této fáze jsou složité organické sloučeniny rozděleny na jednodušší. Tak se bílkoviny rozkládají na aminokyseliny, tuky na karboxylové kyseliny a glycerin, nukleové kyseliny na nukleotidy a sacharidy na glukózu.

Glykolýza

To je anoxická fáze. Spočívá v tom, že látky získané během prvního stupně jsou dále rozděleny. Hlavní zdroje energie, které buňka používá v tomto stadiu, jsou molekuly glukózy. Každý z nich v procesu glykolýzy rozkládá až dvě molekuly pyruvátu. K tomu dochází během deseti po sobě jdoucích chemických reakcí. Kvůli prvních pět se glukóza fosforyluje a pak se rozdělí na dvě fosfotriózy. V následujících pěti reakcích se tvoří dvě molekuly ATP (adenosintrifosfát) a dvě molekuly PVK (kyselina pyrohroznová). Energie buňky je uložena ve formě ATP.

Celý proces glykolýzy lze zjednodušit následovně:

2NAD + 2 ADP + 2H₃RO₄ + C_6.H_12.O_6.→ 2H₂O + 2NAD^.H₂ +2C₃H₄O₃ + 2ATF

Tedy, s použitím jedné molekuly glukózy, dvě molekuly ADP a dvě kyselinu fosforečnou, buňka přijímá dvě molekuly ATP (energie) a dvě molekuly kyseliny pyrohroznové, které se bude používat v dalším kroku.

Třetí etapou je oxidace

Tento stupeň se vyskytuje pouze v přítomnosti kyslíku. Chemické reakce tohoto stupně se vyskytují v mitochondriích. Toto je hlavní část buněčného dýchání, během které se uvolňuje většina energie. V této fázi kyselina pyrohroznová, reaguje s kyslíkem, rozdělí se na vodu a oxid uhličitý. Navíc vzniká 36 molekul ATP. Takže můžeme usoudit, že hlavními zdroji energie v buňce jsou glukóza a kyselina pyrohroznová.

Shrneme-li všechny chemické reakce a vynecháme detaily, můžeme vyjádřit celý proces buněčného dýchání jednou zjednodušenou rovnicí:

6O₂ + C_6.H_12.O_6. + 38ADP + 38H₃RO₄→ 6CO₂ + 6H2O + 38ATP.

Takže během dýchání z jedné glukózy molekula šest molekul kyslíku třicet osm molekuly ADP a stejné množství kyseliny fosforečné buňky obdrží 38 ATP molekul, a kde ve formě akumulované energie.

Rozmanitost mitochondriálních enzymů

Energie pro životní aktivitu, kterou buňka dostává díky dýchání - oxidaci glukózy a pak kyseliny pyrohroznové. Všechny tyto chemické reakce nemohly projít bez enzymů - biologických katalyzátorů. Podívejme se na ty z těch, kteří jsou v mitochondriích - organoidy zodpovědné za buněčné dýchání. Všechny z nich se nazývají oxidoreduktázy, protože jsou potřebné k zajištění toku oxidačních redukčních reakcí.

Všechny oxidoreduktázy mohou být rozděleny do dvou skupin:

• oxidáza;
• dehydrogenasa;

Dehydrogenázy jsou dále rozděleny na aerobní a anaerobní. Aerobní obsahují ve svém složení koenzym riboflavin, který tělo dostává od vitamínu B2. Aerobní dehydrogenázy obsahují molekuly NAD a NADPH jako koenzymy.

Oxidázy jsou rozmanitější. Nejprve jsou rozděleny do dvou skupin:

• ty, které obsahují měď;
• ty, ve kterých je železo.

První zahrnují polyfenol oxidasu, askorbát oxidázu, na druhou - katalázu, peroxidázu, cytochrom. Druhá z nich jsou rozdělena do čtyř skupin:

• cytochromy a;
• cytochromy b;
• cytochromy c;
• cytochromy d.

Cytochromy a obsahují ve svém složení zhelezoformilporfirin, cytochromy b - zhelezoprotoporfirin, c - substituovaný zhelezomezoporfirin, d - zhelezodigidroporfirin.

Existují jiné způsoby získání energie?

Navzdory skutečnosti, že většina buněk ji přijímá jako důsledek buněčného dýchání, existují také anaerobní bakterie, jejichž existence není kyslíkem zapotřebí. Produkují potřebnou energii kvasením. Jedná se o proces, při kterém se uhlohydráty rozkládají enzymy bez účasti kyslíku, v důsledku čehož buňka přijímá energii. Existuje několik typů fermentace, v závislosti na konečném produktu chemických reakcí. Může jít o kyselinu mléčnou, alkohol, kyselinu máselnou, aceton-butan, kyselinu citrónovou.

Zvažte například alkoholové kvašení. To může být vyjádřeno v této rovnici:

C_6.H_12.O_6.→ C₂H₅OH + 2CO₂

To znamená, že jedna molekula glukózy, bakterie rozdělí až na jednu molekulu ethylalkoholu a dvě molekuly oxidu uhelnatého (IV).