Клеточное дыхание происходит

Клеточным, или тканевым дыханием называют совокупность протекающих в каждой клетке ферментативных процессов, в результате которых молекулы углеводов, жирных кислот и аминокислот расщепляются в конечном счете до углекислоты и воды, а освобожденная биологически полезная энергия используется на жизнедеятельность клетки.

Биологически полезная энергия представляет собой поток электронов, идущий с более высоких энергетических уровней на более низкие. Происходит это так: под действием фермента от молекулы питательного вещества (углевода, жира, белка) отнимаются протоны (т. е. атомы водорода), а вместе с ними и электроны. Этот процесс известен под названием дегидрирование. Отнятые электроны передаются на специальное вещество, которое называется акцептором.

Далее другие ферменты отнимают электроны от первичного акцептора и передают их на другой и так далее, пока полностью не израсходуется энергия электрона или не запасется в виде энергии химических связей (аденозинтрифосфат). В конечном счете кислород реагирует с ионами водорода и отдавшими энергию электронами, превращается в воду, которая выводится из организма. Этот поток электронов получил название «электронного каскада».

Для большей наглядности его можно представить в виде ряда водопадов, каждый водопад вращает турбину — отдает энергию, пока не отдаст ее полностью. На самом верху «вода» — пищевое вещество, от которого будут отниматься электроны и протоны (субстрат), а внизу — «отработавшая вода» — электроны и протоны с пониженной энергетикой, соединенные с кислородом (вода), и то, что остается от субстрата,- которая подлежит выделению.

Передача электронов через систему переноса электронов происходит путем ряда последовательных реакции окисления-восстановления, которые в совокупности носят название «биологического окисления».

Специфические соединения, которые образуют систему переноса электронов и которые попеременно окисляются и восстанавливаются, называются «цитохромами».

Теперь рассмотрим этот же процесс с позиции деструктуризации (энтропии, то есть распада). Каждая молекула пищевого вещества имеет свою собственную пространственную структуру. При дегидрировании тот или иной фермент может отщепить лишь определенные атомы водорода, занимающие определенное пространственное положение в молекуле.

В результате ряда таких последовательных отщеплений вещество со сложной структурой разрушается до простых составляющих. Энергия связи, освобождаясь, используется нашим организмом на собственное укрепление: поддерживает собственные структуры белков, жиров, углеводов и т. д. Таким образом, деструктуризируя пищевые вещества, организм поддерживает на стабильном уровне структуры собственного тела.

Если пища уже была ранее деструктурирована (термическая обработка, солка, сушка, рафинизация, измельчение и т. д.), то нашему организму достанется гораздо меньше энергии, заключенной в оставшихся пространственных связях. Поэтому мощь питания заключается не в калориях, а, в структуре пищи. Продолжительность жизни зависит не от сытой пищи, а от структурированной.

Итак, клеточное дыхание представляет собой процесс выработки электронов, т. е. электроэнергии.

Э. Болл сделал расчеты, показывающие, сколько электрической энергии вырабатывается в организме при расщеплении субстратов до воды и углекислого газа.

Исходя из потребления кислорода организм взрослого человека в состоянии покоя (264 см3/мин), а также того факта, что каждый атом кислорода для образования молекулы воды требует двух атомов водорода и двух электронов, Болл подсчитал, что в каждую минуту во всех клетках тела с молекул, усвоенных питательных веществ в процессе биологического окисления на кислород переходит 2,86 х 1022 электронов, т. е. суммарная сила тока достигает 76 ампер (А). Это внушительная величина: ведь через обычную 100-ваттную лампу проходит ток лишь около 1 ампера.

Переходу электронов с субстрата на кислород соответствует разность потенциалов 1,13 вольта (В); вольты, помноженные на амперы, дают ватты, так что 1,13 х 76 = 85,9 ватта.

Таким образом, мощность потребления человеческим организмом приблизительно равна мощности, потребляемой стоваттной электролампой, однако при этом в организме используются значительно большие токи при значительно меньших напряжениях.

Исходя из вышеизложенного, уясним для себя роль каждого вещества в жизненном процессе.

Питательные вещества служат для построения структур нашего тела, а подвергшиеся деструктуризации — дают нам энергию в виде электронов.

Конечные продукты деструктуризации питательных веществ: вода дает нам среду для протекания жизненных процессов; углекислый газ является регулятором жизненных процессов (изменяет КЩР, активирует генетический аппарат клетки, влияет на усвоение кислорода организмом).

Кислороду, потребляемому при дыхании, отводится скромная роль выводить из организма электроны с пониженным энергетическим потенциалом в виде продуктов конечного звена деструктуризации: углекислого газа и воды.

С позиции биогенных элементов углерод (18%) является связкой, которая соединяет кислород (70%) и водород (10%). Не азот, а углерод является фундаментом жизни, поэтому организм всеми силами стремится к его сохранению, ориентируя весь дыхательный процесс на стабильное сохранение углерода в виде углекислого газа и других его соединений. Уменьшение в организме углерода и его соединений сразу же сказывается на всех жизненно важных процессах, вызывая массу заболеваний.

Вот так осуществляется третья ступень дыхания — клеточное дыхание. Причем наибольшее количество углекислого газа получается при приеме углеводистой пищи, а наименьшее — от жирной и белковой.

Тема 5 и 6: «Фотосинтез», «Клеточное дыхание».

Рекомендации к теме

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

  1. Охарактеризовать приведенные ниже понятия и объяснить соотношения между ними:
    • полимер, мономер;
    • углевод, моносахарид, дисахарид, полисахарид;
    • липид, жирная кислота, глицерин;
    • аминокислота, пептидная связь, белок;
    • катализатор, фермент, активный центр;
    • нуклеиновая кислота, нуклеотид.
  2. Перечислить 5-6 причин, которые делают воду столь важным компонентом живых систем.
  3. Назвать четыре главных класса органических соединений содержащихся в живых организмах; охарактеризовать роль каждого из них.
  4. Объяснить, почему контролируемые ферментами реакции зависят от температур, рН и присутствием коферментов.
  5. Рассказать о роли АТФ в энергетическом хозяйстве клетки.
  6. Назвать исходные вещества, основные этапы и конечные продукты реакций, вызываемых светом и реакции фиксации углерода.
  7. Дать краткое описание общей схемы клеточного дыхания, из которого было бы ясно, какое место занимают реакции гликолиза, цикла Г.Кребса (цикла лимонной кислоты) и цепь переноса электронов.
  8. Сравнить дыхание и брожение.
  9. Описать строение молекулы ДНК и объяснить почему число остатков аденина равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина равно числу остатков цитозина.
  10. Составить краткую схему синтеза РНК на ДНК (транскрипция) у прокариот.
  11. Описать свойства генетического кода и объяснить, почему он должен быть триплетным.
  12. Исходя из данной цепи ДНК и таблицы кодонов определить комплементарную последовательность матричной РНК, указать кодоны транспортной РНК и аминокислотную последовательность, которая образуется в результате трансляции.
  13. Перечислить этапы белкового синтеза на уровне рибосом.

Алгоритм решения задач.

Тип 1. Самокопирование ДНК.
Одна из цепочек ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦГ…
Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же молекулы?
Чтобы написать последовательность нуклеотидов второй цепочки молекулы ДНК, когда известна последовательность первой цепочки, достаточно заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин- на цитозин и цитозин на гуанин. Произведя такую замену, получаем последовательность:
ТАЦТГГЦТАТГАГЦТАААТГ…
Тип 2. Кодирование белков.
Цепочка аминокислот белка рибонуклеазы имеет следующее начало: лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин…
С какой последовательности нуклеотидов начинается ген, соответствующий этому белку?
Для этого следует воспользоваться таблицей генетического кода. Для каждой аминокислоты находим ее кодовое обозначение в виде соответствующей тройки нуклеотидов и выписываем его. Располагая эти тройки друг за другом в таком же порядке, в каком идут соответствующие им аминокислоты, получаем формулу строения участка информационной РНК. Как правило таких троек несколько , выбор делается по Вашему решению (но, берется только одна из троек). Решений соответственно может быть несколько.
АААЦАААЦУГЦГГЦУГЦГААГ
Тип 3. Декодирование молекул ДНК.
С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он закодирован такой последовательностью нуклеотидов:
АЦГЦЦЦАТГГЦЦГГТ…
По принципу комплементарности находим строение участка информационной РНК, образующейся на данном отрезке молекулы ДНК:
УГЦГГГУАЦЦГГЦЦА…
Затем обращаемся к таблице генетического кода и для каждой тройки нуклеотидов, начиная с первой, находим и выписываем соответствующую ей аминокислоту:
Цистеин-глицин-тирозин-аргинин-пролин-…

Рекомендованная литература:

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. «Общая биология». Москва, «Просвещение», 2000

  • Тема 4. «Химический состав клетки.» §2-§7 стр. 7-21
  • Тема 5. «Фотосинтез.» §16-17 стр. 44-48
  • Тема 6. «Клеточное дыхание.» §12-13 стр. 34-38
  • Тема 7. «Генетическая информация.» §14-15 стр. 39-44

Добавить комментарий

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