Реферат - Кліткове дихання.
Химия

Реферат — Кліткове дихання.


Завантажити реферат: Кліткове дихання

Основними процесами, що забезпечують клітину енергією, є фотосинтез, хемосинтез, дихання, бродіння та гліколіз як етап дихання.

З кров’ю кисень проникає в клітину, вірніше, в особливі клітинні структури — Мітохондрії. Вони є у всіх клітинах, за винятком клітин бактерій, синьо-зелених водоростей та зрілих клітин крові (еритроцитів). У мітохондріях кисень вступає в багатоступінчасту реакцію з різними поживними речовинами — білками, вуглеводами, жирами та ін. Цей процес називається
клітинним диханням. В результаті виділяється хімічна енергія, яку клітина запасає в особливій речовині — аденозинтрифосфорної кислоти, або АТФ. Це універсальний накопичувач енергії, яку організм витрачає на зростання, рух, підтримку своєї життєдіяльності.

Дихання — це окисний, за участю кисню, розпад органічних поживних речовин, що супроводжується утворенням хімічно активних метаболітів та звільненням енергії, які використовуються клітинами для процесів життєдіяльності.

Але дихання, на відміну горіння, процес багатоступінчастий. У ньому виділяють дві основні стадії: гліколіз та кисневий етап.

Гліколіз

Дорогоцінна для організму АТФ утворюється не тільки в мітохондріях, але і в цитоплазмі клітини в результаті гліколізу (від грец. «Глікіс» — «солодкий» і «Лісіс» — «розпад»). Гліколіз не є мембранозалежним процесом, він відбувається у цитоплазмі. Однак ферменти гліколізу пов’язані зі структурами цитоскелету.

Гліколіз – процес дуже складний. Це процес розщеплення глюкози під впливом різних ферментів, який вимагає участі кисню. Для розпаду та часткового окислення молекули глюкози необхідно узгоджене протікання одинадцяти послідовних реакцій. При гліколізі одна молекула глюкози дає можливість синтезувати дві молекули АТФ. Продукти розщеплення глюкози можуть вступати в реакцію бродіння, перетворюючись на етиловий спирт або молочну кислоту. Спиртове бродіння властиве дріжджам, а молочнокисле — клітинам тварин та деяких бактерій. Багатьом аеробним, тобто живуть виключно в безкисневому середовищі, організмам вистачає енергії, що утворюється в результаті гліколізу та бродіння. Але аеробним організмам необхідно доповнювати цей невеликий запас, причому дуже суттєво.

Кисневий етап дихання

Продукти розщеплення глюкози потрапляють у мітохондрію. Там спочатку відщеплюється молекула вуглекислого газу, який виводиться з організму при виході. «Дожигання» відбувається в так званому циклі Кребса (на ім’я англійського біохіміка, що його описав) — послідовного ланцюга реакцій. Кожен із які у ній ферментів входить у сполуки, а після кількох перетворень знову звільняється у початковому вигляді. Біохімічний цикл — зовсім не безцільне ходіння по колу. Він більше схожий на пором, який снує між двома берегами, внаслідок чого люди і машини рухаються в потрібному напрямку. В результаті реакцій, що відбуваються в циклі Кребса, синтезуються додаткові молекули АТФ, відщеплюються додаткові молекули вуглекислого газу і атоми водню.

Жири теж беруть участь у цьому ланцюжку, але їхнє розщеплення вимагає часу, тому, якщо енергія потрібна терміново, організм використовує не жири, а вуглеводи. Натомість жири — дуже багате джерело енергії. Для енергетичних потреб можуть окислюватися і білки, але лише в крайньому випадку, наприклад, при тривалому голодуванні. Білки для клітини – недоторканний запас.

Головний за ефективністю процес синтезу АТФ відбувається за участю кисню в багатоступеневому дихальному ланцюзі. Кисень здатний окислювати багато органічних сполук і при цьому виділяти багато енергії відразу. Але такий вибух для організму був би згубним. Роль дихального ланцюга і всього аеробного, тобто пов’язаного з киснем, дихання полягає саме в тому, щоб організм забезпечувався енергією безперервно і невеликими порціями — тією мірою, якою це необхідно організму. Можна провести аналогію з бензином: розлитий по землі та підпалений, він миттєво спалахне без будь-якої користі. А в автомобілі, згоряючи потроху, бензин кілька годин виконуватиме корисну роботу. Але для цього потрібний такий складний пристрій, як двигун.

Дихальний ланцюг у сукупності з циклом Кребса і гліколізом дозволяє довести «вихід» молекул АТФ з кожної молекули глюкози до 38. Адже при гліколізі це співвідношення було лише 2:1. Таким чином, коефіцієнт корисної дії аеробного дихання набагато більший.

Як влаштований дихальний ланцюг

Механізм синтезу АТФ при гліколізі відносно простий і може бути легко відтворений в пробірці. Однак ніколи не вдавалося лабораторно змоделювати дихальний синтез АТФ. У 1961 році англійський біохімік Пітер Мітчел висловив припущення, що ферменти-сусіди по дихальному ланцюгу дотримуються не тільки суворої черговості, але й чіткого порядку в просторі клітини. Дихальний ланцюг, не змінюючи свого порядку, закріплюється у внутрішній оболонці (мембрані) мітохондрії і кілька разів «прошиває» її ніби стібками. Спроби відтворити дихальний синтез АТФ зазнали невдачі, тому що роль мембрани дослідниками недооцінювалася. Адже в реакції беруть участь ще ферменти, зосереджені в грибоподібних наростах на внутрішній стороні мембрани. Якщо ці нарости видалити, то АТФ не синтезуватиметься.

Дихання, що завдає шкоди

Молекулярний кисень – потужний окислювач. Але як сильнодіючі ліки, він здатний давати і побічні ефекти. Наприклад, пряма взаємодія кисню з ліпідами викликає появу отруйних перекисів та порушує структуру клітин. Активні сполуки кисню можуть пошкоджувати також білки та нуклеїнові кислоти.

Чому ж не відбувається отруєння цими отрутами? Тому що проти них існує протиотрута. Життя виникло без кисню, і перші істоти на Землі були анаеробними. З’явився фотосинтез, а кисень як його побічний продукт почав накопичуватися в атмосфері. У той час цей газ був небезпечний для всього живого. Одні анаероби загинули, інші знайшли безкисневі куточки, наприклад, оселившись у грудочках ґрунту; треті стали пристосовуватися та змінюватися. Тоді й з’явилися механізми, що захищають живу клітину від безладного окиснення. Це різноманітні речовини: ферменти, у тому числі руйнівник шкідливого перекису водню — каталізу, а також багато інших небілкових сполук.

Дихання взагалі спочатку з’явилося як спосіб видаляти кисень із навколишнього організму атмосфери і лише потім стало джерелом енергії. Анаероби, що пристосувалися до нового середовища, стали аеробами, отримавши величезні переваги. Але прихована небезпека кисню для них все ж таки збереглася. Потужність антиокислювальних «протиотрут» небезмежна. Ось чому в чистому кисні, та ще й під тиском, все живе незабаром гине. Якщо ж клітина виявиться пошкоджена будь-яким зовнішнім фактором, то захисні механізми зазвичай відмовляють насамперед, і тоді кисень починає шкодити навіть за звичайної атмосферної концентрації.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *