ایستگاه انرژی انسانی چگونه کار می کند؟ باتری فرد کجاست؟ ترکیبات ماکرو ارژیک ATP یک باتری جهانی و منبع انرژی در بدن است. چرخه ATP-ADP بار انرژی سلول انباشته کننده اصلی انرژی در سلول

به دلیل انرژی نور، ATP و برخی مولکول های دیگر در سلول های فتوسنتزی تشکیل می شوند که نقش نوعی تجمع کننده انرژی را ایفا می کنند. یک الکترون برانگیخته شده توسط نور، انرژی آزاد می کند تا ADP را فسفریله کند و در نتیجه ATP تشکیل شود. انباشته کننده انرژی، علاوه بر ATP، یک ترکیب آلی پیچیده است - نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات، به اختصار NADP + (همانطور که شکل اکسید شده آن مشخص شده است). این ترکیب الکترون های برانگیخته با نور و یک یون هیدروژن (پروتون) را جذب می کند و در نتیجه به NADPH کاهش می یابد. (این اختصارات: NADP+ و NADP-H - به ترتیب NADEF و NADEP-AS خوانده می شوند، حرف آخر در اینجا نماد اتم هیدروژن است.) در شکل. شکل 35 یک حلقه نیکوتین آمید را نشان می دهد که حامل یک اتم هیدروژن غنی از انرژی و الکترون است. به دلیل انرژی ATP و با مشارکت NADPH، دی اکسید کربن به گلوکز کاهش می یابد. تمام این فرآیندهای پیچیده در سلول های گیاهی در اندامک های سلولی تخصصی رخ می دهد

ATP یک دستگاه ذخیره سازی جهانی برای انرژی بیولوژیکی است. نقش آن برای همه موجودات زنده توسط آکادمی علوم پزشکی اتحاد جماهیر شوروی V.A. Engelhardt در سال 1940 به شرح زیر فرموله شد: "هر وسیله ذخیره سازی انرژی سلولی ATP را تشکیل می دهد، هر گونه مصرف انرژی در سلول توسط ATP پرداخت می شود." این قانون برای سلول‌های ماهیچه‌ای و سلول‌های مغزی نیز صادق است، جایی که انرژی به‌علاوه انباشته می‌شود.

در سنت چینی مفهوم چهار بیگرام یا چهار بنیادی وجود دارد انرژی ها: ماورایی انرژی, انرژیدر آغاز، هرگز در کتابها ذکر نشده است، زیرا در همه جا حاضر است و بدون آن هیچ چیز وجود نخواهد داشت. ...

مولکول ATP حاوی سه باقی مانده اسید فسفریک است. پیوندهای بین آنها (در حضور آنزیم ATPase) به راحتی شکسته می شود. هنگامی که یک مولکول اسید فسفریک از یک مولکول ATP جدا می شود، 40 کیلوژول انرژی آزاد می شود، به همین دلیل است که پیوندها ماکروارژیک (حامل مقدار زیادی انرژی) نامیده می شوند.

تبدیل انرژی متصل شده شیمیایی به ATP به انرژی مکانیکی (لازم برای انقباض عضلانی)، الکتریکی، نور، انرژی صوتی اسمز و انواع دیگر آن، تضمین سنتز مواد پلاستیکی در سلول، رشد، توسعه، امکان انتقال خصوصیات ارثی در سر مجموعه ذرات اولیه تنفسی به دلیل وجود در آنها انجام می شود، یعنی در همان ذرات که سنتز آن اتفاق می افتد. انرژی آزاد شده در طی تجزیه ATP مستقیماً به انرژی بیولوژیکی تبدیل می شود که برای سنتز پروتئین ها، نوکلئوتیدها و سایر ترکیبات آلی ضروری است و بدون آن رشد و نمو ارگانیسم غیرممکن است. ذخایر انرژی در ATP برای انجام حرکات، تولید الکتریسیته، نور و انجام هر گونه عملکرد سلول و اندامک های آن استفاده می شود.

ذخایر ATP در سلول محدود است. در فیبرهای عضلانی آنها فقط برای 30-40 انقباض می توانند انرژی ایجاد کنند و در سلول های بافت های دیگر حتی کمتر است. برای دوباره پر کردن ذخایر ATP، سنتز آن باید دائما اتفاق بیفتد - از (ADP) و فسفات معدنی، که با مشارکت آنزیم سنتتاز ATP انجام می شود. بنابراین، نسبت بین غلظت ATP و ADP (فعالیت سنتتاز ATP) برای کنترل فرآیند سنتز ATP از اهمیت بالایی برخوردار است. با کمبود ADP، به دلیل وجود ATPase در مرکز فعال، هیدرولیز ATP تسریع خواهد شد که همانطور که اشاره شد با فرآیند اکسیداتیو همراه است و به وضعیت حامل های هیدروژن و اکسیژن بستگی دارد.

هر چه NAD بیشتر باشد و شکل احیا شده آن کمتر باشد، سیتوکروم c و ADP اکسید شده بیشتر باشد، سرعت سنتز ATP بیشتر می شود. همراه با سایر آنزیم ها و کوآنزیم ها، تنظیم کننده های اصلی کار مجموعه های تنفسی در مرحله اول انتقال هیدروژن از بستر NAD - NAD در مرحله دوم - انتقال دهنده الکترون به اکسیژن، سیتوکروم ها و در مرحله نهایی - نسبت بین ATP و ADP

تست. سطح مولکولی انتخاب 1. کلاس نهم.

الف1- کدام عنصر شیمیایی در سلول ها به مقدار زیاد وجود دارد:
1. نیتروژن
2. اکسیژن
3. کربن
4-هیدروژن
الف2. عنصر شیمیایی را که بخشی از ATP است، تمام مونومرهای پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک نام ببرید.
1) N 2) P 3) S 4) Fe
A3. یک ترکیب شیمیایی که کربوهیدرات نیست را نشان دهید.
1) لاکتوز 2) کیتین 3) کراتین 4) نشاسته
A4. نام ساختار پروتئین که مارپیچی از زنجیره ای از اسیدهای آمینه است که در فضا به شکل یک توپ پیچیده شده است چیست؟

A5 در سلول های حیوانی، کربوهیدرات ذخیره ای عبارت است از:
1.نشاسته
2. سلولز
3. گلوکز
4. گلیکوژن
A6. منبع اصلی انرژی برای پستانداران تازه متولد شده عبارتند از:
1. گلوکز
2.نشاسته
3. گلیکوژن
4. لاکتوز
A7. مونومر RNA چیست؟
1) باز نیتروژن 2) نوکلئوتید 3) ریبوز 4) اوراسیل
A8 چند نوع باز نیتروژنی در مولکول RNA وجود دارد؟
1)5 2)2 3)3 4)4
A9. کدام پایه نیتروژنی DNA مکمل سیتوزین است؟
1) آدنین 2) گوانین 3) اوراسیل 4) تیمین
A10. مولکول ها انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی هستند
1).پروتئین ها 2).لیپیدها 3).DNA 4).ATP
A11. در یک مولکول DNA، تعداد نوکلئوتیدهای دارای گوانین 5٪ از تعداد کل است. چند نوکلئوتید حاوی تیمین در این مولکول وجود دارد؟
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%
A12. نقش مولکول های ATP در سلول چیست؟

1-ارائه تابع انتقال 2-انتقال اطلاعات ارثی

3-تامین فرآیندهای حیاتی با انرژی 4-تسریع بیوشیمیایی

واکنش ها

در 1. کربوهیدرات ها چه وظایفی را در سلول انجام می دهند؟

کاتالیزوری 4) ساختاری

انرژی 5) ذخیره سازی

موتور 6) انقباضی

در 2. چه اجزای ساختاری در نوکلئوتیدهای یک مولکول DNA وجود دارد؟

اسیدهای مختلف

لیپوپروتئین ها

کربوهیدرات دئوکسی ریبوز

اسید نیتریک

اسید فسفریک

در ساعت 3. بین ساختار و عملکرد ماده آلی و نوع آن مطابقت برقرار کنید:

ساختار و عملکرد ماده

الف. متشکل از بقایای مولکولهای گلیسرول و اسیدهای چرب 1. لیپیدها

ب. متشکل از بقایای مولکولهای اسید آمینه 2. پروتئینها

ب. در تنظیم حرارت شرکت کنید

د- محافظت از بدن در برابر مواد خارجی

D. به دلیل پیوندهای پپتیدی تشکیل می شوند.

E. آنها بیشترین انرژی را دارند.

C1. مشکل را حل کنید.

1250 نوکلئوتید در یک مولکول DNA با آدنین (A) وجود دارد که 20 درصد از تعداد کل آنها است. تعیین کنید چه تعداد نوکلئوتید با تیمین (T)، سیتوزین (C) و گوانین (G) به صورت جداگانه در یک مولکول DNA وجود دارد. پاسخ خود را توضیح دهید.

مجموع: 21 امتیاز

معیارهای ارزیابی:

19 -21 امتیاز - "5"

13 - 18 امتیاز - "4"

9 - 12 امتیاز - "3"

1 - 8 امتیاز - "2"

تست. سطح مولکولی گزینه 2. کلاس نهم

A1 چهار عنصر شیمیایی 98 درصد از کل محتویات سلول را تشکیل می دهند. عنصر شیمیایی را مشخص کنید که یکی از آنها نیست.
1) O 2) P 3) C 4) N

A2 کودکان دچار راشیتیسم با کمبود موارد زیر می شوند.
1. منگنز و آهن
2-کلسیم و فسفر
3. مس و روی
4. گوگرد و نیتروژن
A3. دی ساکارید را نام ببرید.
1) لاکتوز 2) فروکتوز 3) نشاسته 4) گلیکوژن
A4. نام ساختار پروتئین که یک مارپیچ است که به صورت زنجیره ای از اسیدهای آمینه تا می شود چیست؟
1) اولیه 2) ثانویه 3) ثالثیه 4) کواترنری
A5 در سلول های گیاهی، کربوهیدرات ذخیره شده عبارت است از:
1.نشاسته
2. سلولز
3. گلوکز
4. گلیکوژن
A6 بیشترین مقدار انرژی در طی تجزیه 1 گرم آزاد می شود:
1. چربی
2. سنجاب
3. گلوکز
4. کربوهیدرات ها
A7. مونومر DNA چیست؟
1) پایه نیتروژن 2) نوکلئوتید 3) دئوکسی ریبوز 4) اوراسیل
A8 چند رشته پلی نوکلئوتیدی در یک مولکول DNA وجود دارد؟
1)1 2)2 3)3 4)4
A9. یک ترکیب شیمیایی را نام ببرید که در RNA یافت می شود اما در DNA یافت نمی شود.
1) تیمین 2) دئوکسی میریبوز 3) ریبوز 4) گوانین
A10. مولکول ها منبع انرژی سلول هستند
1).پروتئین ها 2).لیپیدها 3).DNA 4).ATP

A11. در یک مولکول DNA، تعداد نوکلئوتیدهای حاوی سیتوزین 5٪ از تعداد کل است. چند نوکلئوتید حاوی تیمین در این مولکول وجود دارد؟
1).40% 2).45% 3).90% 4).95%

A12. چه ترکیباتی در ATP وجود دارد؟

1-آدنین پایه نیتروژن، ریبوز کربوهیدرات، 3 مولکول اسید فسفریک

2- گوانین پایه نیتروژن، فروکتوز قند، باقیمانده اسید فسفریک.

3-ریبوز، گلیسرول و هر اسید آمینه

بخش B (سه پاسخ صحیح از شش پاسخ پیشنهادی را انتخاب کنید)

در 1. لیپیدها وظایف زیر را انجام می دهند:

آنزیمی 4) حمل و نقل

انرژی 5) ذخیره سازی

هورمونی 6) انتقال اطلاعات ارثی

در 2. چه اجزای ساختاری نوکلئوتیدهای یک مولکول RNA را تشکیل می دهند؟

بازهای نیتروژن: A، U، G، C.

اسیدهای مختلف

بازهای نیتروژن: A، T، G، C.

کربوهیدرات ریبوز

اسید نیتریک

اسید فسفریک

در ساعت 3. بین ویژگی‌ها و مولکول‌هایی که برای آنها مشخصه هستند مطابقت ایجاد کنید.

ویژگی های مولکول

الف) بسیار محلول در آب هستند 1) مونوساکاریدها

ب) طعم شیرین دارند 2) پلی ساکاریدها

ج) بدون طعم شیرین

د) گلوکز، ریبوز، فروکتوز

د) نامحلول در آب

ه) نشاسته، گلیکوژن، کیتین.

C1. در یک مولکول DNA 1100 نوکلئوتید با سیتوزین (C) وجود دارد که 20 درصد از تعداد کل آنها است. تعیین کنید چند نوکلئوتید با تیمین (T)، گوانین (G)، آدنین (A) به صورت جداگانه در یک مولکول DNA وجود دارد، نتیجه به دست آمده را توضیح دهید.

قسمت A – 1 امتیاز (حداکثر 12 امتیاز)

قسمت B – 2 امتیاز (حداکثر 6 امتیاز)

قسمت C – 3 امتیاز (حداکثر 3 امتیاز)

مجموع: 21 امتیاز

معیارهای ارزیابی:

19 - 21 امتیاز - "5"

13 - 18 امتیاز - "4"

9 - 12 امتیاز - "3"

1 - 8 امتیاز - "2"

در فرآیند تبدیل بیوشیمیایی یک ماده، یک پیوند شیمیایی شکسته می شود که همراه با آزاد شدن انرژی است. اینها انرژی های بالقوه آزاد هستند که توسط موجودات زنده قابل استفاده نیستند، اما باید به شکل بیولوژیکی قابل استفاده از انرژی تبدیل شوند. 2 شکل جهانی انرژی وجود دارد که می تواند در یک سلول برای انجام انواع مختلف کار استفاده شود:

1. انرژی شیمیایی - انرژی پیوندهای پرانرژی ترکیبات شیمیایی. پیوندهای شیمیایی را پرانرژی می نامند زیرا با شکستن آنها انرژی زیادی آزاد می شود. مولکول ATP دارای خواص خاصی است که نقش مهم آن را در متابولیسم انرژی سلول ها تعیین می کند:

ناپایداری ترمودینامیکی

پایداری شیمیایی بالا ذخیره انرژی کارآمد را تضمین می کند زیرا از اتلاف انرژی به شکل گرما جلوگیری می کند

اندازه کوچک مولکول ATP به آن اجازه می دهد تا به راحتی در قسمت های مختلف سلول منتشر شود که در آن منبع انرژی خارجی برای انجام کارهای مکانیکی اسمزی شیمیایی مورد نیاز است.

تغییر در انرژی آزاد در طول هیدرولیز ATP دارای یک مقدار متوسط ​​است که به آن فرصت می دهد تا عملکردهای انرژی را به بهترین شکل انجام دهد و انرژی را به ترکیبات کم انرژی منتقل کند.

ATP یک انباشته کننده انرژی جهانی برای همه موجودات زنده است. انرژی برای مدت زمان بسیار کوتاهی (1/3 ثانیه) در مولکول‌های ATP ذخیره می‌شود و بلافاصله برای تأمین انرژی برای تمام فرآیندهایی که در آن لحظه رخ می‌دهند، صرف می‌شود. انرژی موجود در مولکول ATP را می توان استفاده کرد:

1. در واکنش هایی که در سیتوپلاسم رخ می دهد

2. در برخی از فرآیندهای وابسته به غشاء.

انرژی الکتروشیمیایی انرژی پتانسیل گذرنده هیدروژن یونی است. هنگامی که الکترون ها در امتداد زنجیره اکسید-شرق واقع در غشاهایی از نوع خاصی که تبدیل کننده یا مزدوج کننده انرژی نامیده می شوند، منتقل می شوند، توزیع نابرابر پروتون ها در فضا در دو طرف غشاء وجود دارد، یعنی شیبی از یون های هیدروژن. روی غشاء ظاهر می شود که با ولت اندازه گیری می شود. هنگامی که تخلیه می شود، یک مولکول ATP سنتز می شود. انرژی الکتروشیمیایی را می توان در فرآیندهای مختلف وابسته به انرژی که روی غشاء لاک زده می شود استفاده کرد. مربوط به: جذب DNA در طول تبدیل، انتقال پروتئین در سراسر غشاء، حرکت فعال در باکتری ها. تمام انرژی آزاد اکسیداسیون ماده به شکلی در دسترس سلول تبدیل نمی شود و در ATP انباشته می شود. بخشی از انرژی آزاد به صورت گرما، نور یا انرژی الکتریکی دفع می شود. اگر سلولی انرژی بیشتری نسبت به تمام فرآیندهای مصرف کننده انرژی ذخیره کند، مواد ذخیره را سنتز می کند.

در طی واکنش های اگزرگونیک (به عنوان مثال، اکسیداسیون)، انرژی آزاد می شود. تقریباً 40 تا 50 درصد آن در باتری های مخصوص ذخیره می شود. 3 باتری انرژی اصلی وجود دارد:

1. غشای داخلی میتوکندری- این یک انباشته کننده انرژی میانی برای تولید ATP است. به دلیل انرژی اکسیداسیون مواد، پروتون ها از ماتریکس به فضای بین غشایی میتوکندری "بیرون رانده می شوند". در نتیجه یک پتانسیل الکتروشیمیایی روی غشای میتوکندری داخلی ایجاد می شود. هنگامی که غشا تخلیه می شود، انرژی پتانسیل الکتروشیمیایی به انرژی ATP تبدیل می شود: اکسید E. ® E exp ® E ATP. برای اجرای این مکانیسم، غشای میتوکندری داخلی حاوی یک زنجیره انتقال الکترون آنزیمی برای اکسیژن و سنتاز ATP (ATP سنتاز وابسته به پروتون) است.

2. ATP و سایر ترکیبات پرانرژی. حامل مواد انرژی آزاد در مواد آلی پیوندهای شیمیایی بین اتم ها است. سطح انرژی معمول برای تشکیل یا فروپاشی یک پیوند شیمیایی ~ 12.5 کیلوژول بر مول است. با این حال، تعدادی مولکول وجود دارد که پیوندهای آنها هیدرولیز می شود تا بیش از 21 کیلوژول بر مول انرژی آزاد شود (جدول 6.1). اینها شامل ترکیباتی با پیوند فسفوآنهیدرید پرانرژی (ATP) و همچنین آسیل فسفات ها (استیل فسفات، 1،3-BPGA)، انول فسفات ها (فسفوئنول پیروات) و فسفوگوانیدین ها (فسفوکراتین، فسفوآرژینین) است.

جدول 6.1

انرژی آزاد استاندارد هیدرولیز برخی از ترکیبات فسفریله شده

توجه: 1 کیلو کالری = 4.184 کیلوژول

ترکیب اصلی پر انرژی در بدن انسان ATP است.

در ATP، یک زنجیره از سه باقی مانده فسفات به گروه 5'-OH آدنوزین مرتبط است. گروه های فسفات a، b و g تعیین می شوند. دو باقیمانده اسید فسفریک توسط پیوندهای فسفوآنهیدرید به یکدیگر متصل می شوند و باقیمانده a اسید فسفریک توسط پیوند فسفواستری به یکدیگر متصل می شوند. هیدرولیز ATP در شرایط استاندارد 30.5- کیلوژول بر مول انرژی آزاد می کند.

در مقادیر PH فیزیولوژیکی، ATP حامل چهار بار منفی است. یکی از دلایل ناپایداری نسبی پیوندهای فسفوآنهیدرید دافعه قوی اتم های اکسیژن با بار منفی است که با حذف هیدرولیکی گروه فسفات پایانی ضعیف می شود. بنابراین، چنین واکنش هایی به شدت اگزرگونیک هستند.

در سلول ها، ATP با یون های Mg 2 + یا Mn 2 +، هماهنگ با a- و b-phosphate است که تغییر انرژی آزاد را در طول هیدرولیز ATP به 52.5 کیلوژول بر مول افزایش می دهد.

مکان مرکزی در مقیاس فوق (جدول 9.1.) توسط چرخه ATP "ADP + pH" اشغال شده است. این به ATP اجازه می دهد تا هم یک باتری جهانی و هم منبع انرژی جهانی برای موجودات زنده باشد. در سلول های خونگرم، ATP به عنوان یک انباشته کننده انرژی جهانی به دو صورت ایجاد می شود:

1) انرژی ترکیبات انرژی بر بیشتری را که بالاتر از ATP در مقیاس ترمودینامیکی هستند بدون مشارکت O 2 - جمع می کند - فسفوریلاسیون سوبسترا: S ~ P + ADP ® S + ATP;

2) انرژی پتانسیل الکتروشیمیایی را در حین تخلیه غشای میتوکندری داخلی جمع می کند - فسفوریلاسیون اکسیداتیو

ATP یک منبع انرژی جهانی برای انجام انواع اصلی کار سلولی (حرکت، انتقال غشایی مواد، بیوسنتز): الف) ATP + H 2 O ® ADP + pH.
ب) ATP + H 2 O ® AMP + PPn. در طول ورزش شدید، میزان مصرف ATP می تواند به 0.5 کیلوگرم در دقیقه برسد. اگر یک واکنش آنزیمی از نظر ترمودینامیکی نامطلوب باشد، زمانی که با واکنش هیدرولیز ATP همراه شود، می تواند رخ دهد. هیدرولیز مولکول ATP نسبت تعادل زیرلایه ها و محصولات در واکنش جفت شده را 108 برابر تغییر می دهد.

ترکیبات پرانرژی همچنین شامل تری فسفات های نوکلئوزیدی هستند که انرژی را برای تعدادی از بیوسنتزها فراهم می کند: UTP - کربوهیدرات ها. CTP - لیپیدها؛ GTP - پروتئین ها. کراتین فسفات نقش مهمی در بیوانرژیک عضلات دارد.

3. NADPH+H + (NADPH 2)- کاهش نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات. این یک باتری با انرژی بالا است که در سلول (سیتوزول) برای بیوسنتز استفاده می شود. R-CH 3 + NADPH 2 + O 2 ® R-CH 2 OH + H 2 O + NADP + (در اینجا ایجاد یک گروه OH در مولکول نشان داده شده است).

آزاد شدن انرژی در یک سلول زنده به تدریج انجام می شود، به همین دلیل، در مراحل مختلف انتشار آن، می تواند به شکل شیمیایی مناسب برای سلول به شکل ATP جمع شود. سه مرحله وجود دارد که همزمان با مراحل کاتابولیسم است.

فاز اول- مقدماتی در این مرحله پلیمرها در دستگاه گوارش یا داخل سلول ها به مونومر تجزیه می شوند. تا 1% از انرژی زیرلایه ها آزاد می شود که به صورت گرما دفع می شود.

فاز دوم- تجزیه پلیمرها به محصولات میانی رایج. با آزاد شدن جزئی (تا 20٪) انرژی موجود در بسترهای اصلی مشخص می شود. مقداری از این انرژی در پیوندهای فسفات ATP انباشته می شود و مقداری به صورت گرما دفع می شود.

فاز سوم- تجزیه متابولیت ها به CO 2 و H 2 O با مشارکت اکسیژن در میتوکندری. تقریباً 80 درصد از کل انرژی پیوندهای شیمیایی مواد در این فاز آزاد می شود که در پیوندهای فسفات ATP متمرکز می شود. ساختار میتوکندری:

1. غشای خارجی MX فضای داخلی را محدود می کند. قابل نفوذ به O 2 و تعدادی از مواد با وزن مولکولی کم. حاوی آنزیم های متابولیسم لیپید و مونوآمین است.

2. فضای بین غشایی (IMS) حاوی آدنیلات کیناز است
(ATP + AMP «2 ADP) و آنزیم‌های فسفوریلاسیون ADP که با زنجیره‌های تنفسی مرتبط نیستند.

3. غشای میتوکندری داخلی (IMP): 20-25٪ از کل پروتئین ها هستند. آنزیم های زنجیره های انتقال پروتون و الکترون و فسفوریلاسیون اکسیداتیو. این فقط به مولکول های کوچک (O 2، اوره) نفوذ پذیر است و حاوی ناقل های گذرنده خاص است.

4. ماتریکس حاوی آنزیم های چرخه اسید تری کربوکسیلیک است،
ب- اکسیداسیون اسیدهای چرب ( تامین کنندگان اصلی بسترهای اکسیداسیون). آنزیم های سنتز میتوکندری خودمختار DNA، RNA، پروتئین ها و غیره در اینجا یافت می شوند.

عقیده ای وجود دارد که در واقع در سلول ها وجود دارد شبکه میتوکندریایی، که از طریق آن یک میتوکندری شاخه دار غول پیکر تشکیل می شود. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی الکترونی سلول ها تصویر پذیرفته شده کلی از میتوکندری های فردی را نشان می دهد که در نتیجه برش های ساختار شاخه ای میتوکندری به دست آمده است. هنگامی که بافت ها همگن می شوند، میتوکندری های فردی در نتیجه بسته شدن ساختارهای غشای میتوکندری تخریب شده جدا می شوند. ساختار غشای میتوکندری، که در سلول مشترک است، می تواند برای انتقال انرژی به هر بخشی از سلول خدمت کند. چنین میتوکندری هایی در سلول های تاژک داران، مخمرها و تعدادی از بافت ها (عضله) یافت می شوند.

U باکتری ها هیچ میتوکندری ندارند، اکسیداسیون هوازی و تشکیل ATP در غشای سیتوپلاسمی در سازندهای غشایی خاص - مزوزوم ها رخ می دهد. مزوزوم ها به دو شکل اصلی - لایه ای و تاولی ارائه می شوند.

اکسیداسیون بیولوژیکی بر اساس فرآیندهای ردوکس که با انتقال الکترون تعیین می شوند. ماده با از دست دادن الکترون اکسید می شودیا به طور همزمان الکترون و پروتون (اتم های هیدروژن، هیدروژن زدایی) و یا اضافه کردن اکسیژن (اکسیژناسیون). تحول مخالف بازسازی است.

توانایی مولکول ها برای اهدای الکترون به مولکول دیگر توسط پتانسیل ردوکس(پتانسیل ردوکس، E 0 ¢، یا ORP). پتانسیل ردوکس با اندازه گیری نیروی الکتروموتور بر حسب ولت تعیین می شود. پتانسیل ردوکس واکنش در pH 7.0 به عنوان یک استاندارد در نظر گرفته می شود: H 2 « 2H + + 2e -، برابر با - 0.42 V. هر چه پتانسیل سیستم اکسیداسیون و کاهش کمتر باشد، راحت تر الکترون ها را از دست می دهد و بیشتر می شود. یک عامل کاهنده است هر چه پتانسیل سیستم بالاتر باشد، خواص اکسید کننده آن بیشتر می شود، یعنی. توانایی پذیرش الکترون این قانون زیربنای ترتیب آرایش حامل های الکترون میانی از هیدروژن های بستر به اکسیژن است.از NADH (-0.32 V) به اکسیژن (+0.82 V).

هنگام مطالعه فرآیندهای اکسیداتیو در سلول ها، توصیه می شود از طرح زیر برای استفاده از اکسیژن پیروی کنید (جدول 6.2). سه راه اصلی در اینجا در نظر گرفته می شود: 1) اکسیداسیون بستر با هیدروژن زدایی با انتقال دو اتم هیدروژن به یک اتم اکسیژن با تشکیل H 2 O (انرژی اکسیداسیون به شکل ATP انباشته می شود، بیش از 90٪ اکسیژن. در این فرآیند مصرف می شود) یا یک مولکول اکسیژن با تشکیل H 2 O 2 . 2) افزودن یک اتم اکسیژن برای تشکیل یک گروه هیدروکسیل (افزایش حلالیت بستر) یا یک مولکول اکسیژن (متابولیسم و ​​خنثی سازی مولکول های معطر پایدار). 3) تشکیل رادیکال های آزاد اکسیژن، که هم برای محافظت از محیط داخلی بدن در برابر ماکرومولکول های خارجی و هم برای آسیب رساندن به غشاها در مکانیسم های استرس اکسیداتیو عمل می کند. تنفس بافتی– بخشی از اکسیداسیون بیولوژیکی است که در آن هیدروژن زدایی و دکربوکسیلاسیون سوبستراها اتفاق می افتد و به دنبال آن پروتون ها و الکترون ها به اکسیژن منتقل می شوند و انرژی به شکل ATP آزاد می شود.

جدول 6.2

راه های اصلی استفاده از اکسیژن در سلول ها

بسترهای اکسیداسیون مولکول هایی هستند که در طی اکسیداسیون هیدروژنه می شوند (2H از دست می دهند). طبقه بندی بر اساس این ایده است که انرژی آزاد استاندارد اکسیداسیون NADH DG 0 ¢ = -218 کیلوژول بر مول است. در ارتباط با این مقدار، 3 نوع بستر متمایز می شود:

1. بسترهای نوع اول(هیدروکربن ها) - سوکسینات، آسیل کوآ.

هنگامی که آنها هیدروژنه می شوند، ترکیبات غیر اشباع تشکیل می شوند. میانگین انرژی حذف جفت e حدود 150 کیلوژول بر مول است. NAD نمی تواند در هیدروژن زدایی بسترهای نوع I شرکت کند.

2. بسترهای نوع II(الکل) - ایزوسیترات، مالات. هنگامی که آنها هیدروژنه می شوند، کتون ها تشکیل می شوند. میانگین انرژی حذف جفت e حدود 200 کیلوژول بر مول است، بنابراین NAD می تواند در هیدروژن زدایی بسترهای نوع II شرکت کند.

3. بسترهای نوع سوم(آلدهیدها و کتون ها) - گلیسرآلدئید-3-فسفات، و همچنین پیروات و 2-اکسگلوتارات.

انرژی حذف جفت e حدود 250 کیلوژول بر مول است. دهیدروژنازهای سوبسترای نوع III اغلب حاوی چندین کوآنزیم هستند. در این حالت بخشی از انرژی تا زنجیره انتقال الکترون ذخیره می شود.

بسته به نوع بستر اکسیداسیون (به عنوان مثال، در انرژی حذف جفت e-)، زنجیره های تنفسی کامل و کوتاه شده (زنجیره های انتقال الکترون، ETC) متمایز می شوند. CPE یک نوار نقاله جهانی برای انتقال الکترون ها از بسترهای اکسیداسیون به اکسیژن است که مطابق با گرادیان پتانسیل ردوکس ساخته شده است.اجزای اصلی زنجیره تنفسی به ترتیب مرتب شده اند افزایش پتانسیل ردوکس آنها CPE کامل شامل بسترهای نوع دوم و سوم و کوتاه شده شامل بسترهای نوع اول است. CPE در غشای داخلی میتوکندری تعبیه شده است.اتم های هیدروژن یا الکترون ها در طول زنجیره از اجزای الکترونگاتیو تر به سمت اکسیژن الکترومثبت تر حرکت می کنند.