Ang nangungunang papel ng enerhiya sa metabolic pathway ay nakasalalay sa proseso, ang esensya nito ay oxidative phosphorylation. Ang mga sustansya ay na-oxidized, kaya bumubuo ng enerhiya na iniimbak ng katawan sa mitochondria ng mga selula bilang ATP. Ang bawat anyo ng buhay sa lupa ay may sarili nitong paboritong nutrients, ngunit ang ATP ay isang unibersal na tambalan, at ang enerhiya na nalilikha ng oxidative phosphorylation ay iniimbak upang magamit para sa mga metabolic na proseso.
Bacteria
Mahigit tatlo at kalahating bilyong taon na ang nakalilipas, lumitaw ang mga unang nabubuhay na organismo sa ating planeta. Ang buhay ay nagmula sa Earth dahil sa ang katunayan na ang bakterya na lumitaw - mga prokaryotic na organismo (walang nucleus) ay nahahati sa dalawang uri ayon sa prinsipyo ng paghinga at nutrisyon. Sa pamamagitan ng paghinga - sa aerobic at anaerobic, at sa pamamagitan ng nutrisyon - sa heterotrophic at autotrophic prokaryotes. Ang paalala na ito ay halos hindi kalabisan, dahil ang oxidative phosphorylation ay hindi maipaliwanag nang walang mga pangunahing konsepto.
Kaya, ang mga prokaryote na may kaugnayan sa oxygen(physiological classification) ay nahahati sa aerobic microorganisms, na walang malasakit sa libreng oxygen, at aerobic, na ang mahahalagang aktibidad ay ganap na nakasalalay sa presensya nito. Sila ang nagsasagawa ng oxidative phosphorylation, na nasa isang kapaligiran na puspos ng libreng oxygen. Ito ang pinakamalawak na ginagamit na metabolic pathway na may mataas na kahusayan sa enerhiya kumpara sa anaerobic fermentation.
Mitochondria
Isa pang pangunahing konsepto: ano ang mitochondrion? Ito ang baterya ng enerhiya ng cell. Ang mitochondria ay matatagpuan sa cytoplasm at mayroong isang hindi kapani-paniwalang dami ng mga ito - sa mga kalamnan ng isang tao o sa kanyang atay, halimbawa, ang mga cell ay naglalaman ng hanggang sa isa at kalahating libong mitochondria (kung saan nangyayari ang pinaka masinsinang metabolismo). At kapag naganap ang oxidative phosphorylation sa isang cell, ito ang gawain ng mitochondria, nag-iimbak at namamahagi din sila ng enerhiya.
Mitochondria ay hindi kahit na umaasa sa cell division, sila ay napaka-mobile, malayang gumagalaw sa cytoplasm kapag kailangan nila ito. Mayroon silang sariling DNA, at samakatuwid sila ay ipinanganak at namamatay sa kanilang sarili. Gayunpaman, ang buhay ng isang cell ay ganap na nakasalalay sa kanila; kung walang mitochondria, hindi ito gumagana, iyon ay, ang buhay ay talagang imposible. Ang mga taba, carbohydrates, protina ay na-oxidized, na nagreresulta sa pagbuo ng mga atomo ng hydrogen at mga electron - pagbabawas ng mga katumbas, na sumusunod sa kahabaan ng respiratory chain. Ganito nangyayari ang oxidative phosphorylation, ang mekanismo nito, tila, ay simple.
Hindi ganoon kadali
Ang enerhiya na ginawa ng mitochondria ay na-convert sa isa pa, na kung saan ay ang enerhiya ng electrochemical gradient para lamang sa mga proton na nasa panloob na lamad ng mitochondria. Ito ang enerhiya na kailangan para sa synthesis ng ATP. At iyon mismo ang oxidative phosphorylation. Ang biochemistry ay isang medyo batang agham, sa kalagitnaan lamang ng ikalabinsiyam na siglo ay natagpuan ang mga butil ng mitochondrial sa mga cell, at ang proseso ng pagkuha ng enerhiya ay inilarawan sa ibang pagkakataon. Naobserbahan kung paano nabuo ang mga triose sa pamamagitan ng glycolysis (at higit sa lahat, ang pyruvic acid) ay gumagawa ng karagdagang oksihenasyon sa mitochondria.
Gumagamit ang mga triose ng enerhiya ng paghahati, kung saan ang CO2 ay inilalabas, natutunaw ang oxygen at na-synthesize ang malaking halaga ng ATP. Ang lahat ng mga proseso sa itaas ay malapit na nauugnay sa mga oxidative cycle, pati na rin ang respiratory chain na nagdadala ng mga electron. Kaya, nangyayari ang oxidative phosphorylation sa mga cell, na nag-synthesize ng "fuel" para sa kanila - mga molekula ng ATP.
Oxidative cycle at ang respiratory chain
Sa oxidative cycle, ang mga tricarboxylic acid ay naglalabas ng mga electron, na nagsisimula sa kanilang paglalakbay sa kahabaan ng electron transport chain: una sa mga coenzyme molecule, dito NAD ang pangunahing bagay (nicotinamide adenine dinucleotide), at pagkatapos ay ang mga electron ay inililipat sa ETC (kadena ng transportasyon ng kuryente),hanggang sa magsama sila sa molecular oxygen at bumuo ng isang molekula ng tubig. Ang oxidative phosphorylation, ang mekanismo na kung saan ay maikling inilarawan sa itaas, ay inilipat sa isa pang site ng aksyon. Ito ang respiratory chain - mga complex ng protina na binuo sa panloob na lamad ng mitochondria.
Dito nagaganap ang kulminasyon - ang pagbabago ng enerhiya sa pamamagitan ng pagkakasunod-sunod ng oksihenasyon at pagbabawas ng mga elemento. Ang interes dito ay ang tatlong pangunahing punto sa electrotransport chain kung saan nangyayari ang oxidative phosphorylation. Ang biochemistry ay tumitingin sa prosesong ito nang napakalalim at maingat. Marahil balang araw ay isang bagong lunas para sa pagtanda ang isisilang mula rito. Kaya, sa tatlong punto ng kadena na ito, ang ATP ay nabuo mula sa pospeyt at ADP (adenosine diphosphate ay isang nucleotide na binubuo ng ribose, adenine at dalawang bahagi ng phosphoric acid). Kaya naman nakuha ng proseso ang pangalan nito.
Cellular respiration
Ang cellular (sa madaling salita - tissue) na paghinga at oxidative phosphorylation ay mga yugto ng parehong proseso na pinagsama-sama. Ang hangin ay ginagamit sa bawat selula ng mga tisyu at organo, kung saan ang mga produkto ng cleavage (taba, carbohydrates, protina) ay pinaghiwa-hiwalay, at ang reaksyong ito ay gumagawa ng enerhiya na nakaimbak sa anyo ng mga macroergic compound. Ang normal na pulmonary respiration ay iba sa tissue respiration dahil ang oxygen ay pumapasok sa katawan at ang carbon dioxide ay inaalis dito.
Ang katawan ay palaging aktibo, ang enerhiya nito ay ginugugol sa paggalaw at paglaki, sa pagpaparami ng sarili, sa pagkamayamutin at sa maraming iba pang mga proseso. Ito ay para dito atAng oxidative phosphorylation ay nangyayari sa mitochondria. Ang cellular respiration ay maaaring nahahati sa tatlong antas: ang oxidative formation ng ATP mula sa pyruvic acid, pati na rin ang mga amino acid at fatty acid; Ang mga residue ng acetyl ay sinisira ng mga tricarboxylic acid, pagkatapos nito ay inilabas ang dalawang molekula ng carbon dioxide at apat na pares ng mga atomo ng hydrogen; ang mga electron at proton ay inililipat sa molecular oxygen.
Mga karagdagang mekanismo
Ang paghinga sa antas ng cellular ay tumitiyak sa pagbuo at muling pagdadagdag ng ADP nang direkta sa mga selula. Bagaman ang katawan ay maaaring mapunan ng adenosine triphosphoric acid sa ibang paraan. Para dito, umiiral ang mga karagdagang mekanismo at, kung kinakailangan, ay kasama, bagama't hindi gaanong epektibo ang mga ito.
Ito ang mga sistema kung saan nangyayari ang pagkasira ng carbohydrates na walang oxygen - glycogenolysis at glycolysis. Ito ay hindi na oxidative phosphorylation, ang mga reaksyon ay medyo naiiba. Ngunit ang cellular respiration ay hindi maaaring huminto, dahil sa proseso nito ay nabubuo ang napakakailangang mga molekula ng pinakamahahalagang compound, na ginagamit para sa iba't ibang biosynthesis.
Mga anyo ng Enerhiya
Kapag ang mga electron ay inilipat sa mitochondrial membrane, kung saan nangyayari ang oxidative phosphorylation, ang respiratory chain mula sa bawat complexes nito ay nagdidirekta sa pinakawalan na enerhiya upang ilipat ang mga proton sa pamamagitan ng lamad, iyon ay, mula sa matrix patungo sa espasyo sa pagitan ng mga lamad.. Pagkatapos ay nabuo ang isang potensyal na pagkakaiba. Ang mga proton ay positibong sisingilin at matatagpuan sa intermembrane space, at negatibosinisingil na gawa mula sa mitochondrial matrix.
Kapag naabot ang isang tiyak na potensyal na pagkakaiba, ibinabalik ng protein complex ang mga proton pabalik sa matrix, na ginagawang ganap na kakaiba ang natanggap na enerhiya, kung saan ang mga proseso ng oxidative ay isinasama sa synthetic - ADP phosphorylation. Sa buong oksihenasyon ng mga substrate at pagbomba ng mga proton sa pamamagitan ng mitochondrial membrane, hindi tumitigil ang synthesis ng ATP, iyon ay, oxidative phosphorylation.
Dalawang uri
Oxidative at substrate phosphorylation ay pangunahing naiiba sa isa't isa. Ayon sa modernong mga ideya, ang pinaka sinaunang mga anyo ng buhay ay nagamit lamang ang mga reaksyon ng substrate phosphorylation. Para dito, ang mga organikong compound na umiiral sa panlabas na kapaligiran ay ginamit sa pamamagitan ng dalawang channel - bilang isang mapagkukunan ng enerhiya at bilang isang mapagkukunan ng carbon. Gayunpaman, ang mga naturang compound sa kapaligiran ay unti-unting natuyo, at ang mga organismo na lumitaw na ay nagsimulang umangkop, naghahanap ng mga bagong mapagkukunan ng enerhiya at mga bagong mapagkukunan ng carbon.
Kaya natuto silang gumamit ng enerhiya ng liwanag at carbon dioxide. Ngunit hanggang sa nangyari ito, ang mga organismo ay naglabas ng enerhiya mula sa mga proseso ng oxidative fermentation at iniimbak din ito sa mga molekula ng ATP. Ito ay tinatawag na substrate phosphorylation kapag ginamit ang paraan ng catalysis ng mga natutunaw na enzyme. Ang fermented substrate ay bumubuo ng reducing agent na naglilipat ng mga electron sa gustong endogenous acceptor - acetone, acetalhyd, pyruvate at mga katulad nito, o H2 - ang gaseous hydrogen ay inilabas.
Mga katangian ng paghahambing
Kumpara sa fermentation, ang oxidative phosphorylation ay may mas mataas na energy yield. Ang Glycolysis ay nagbibigay ng kabuuang ATP na ani ng dalawang molekula, at sa kurso ng proseso, tatlumpu hanggang tatlumpu't anim ang na-synthesize. Mayroong paggalaw ng mga electron patungo sa mga acceptor compound mula sa mga donor compound sa pamamagitan ng oxidative at reduction reactions, na bumubuo ng enerhiya na nakaimbak bilang ATP.
Isinasagawa ng mga Eukaryote ang mga reaksyong ito gamit ang mga protein complex na naka-localize sa loob ng mitochondrial cell membrane, at ang mga prokaryote ay gumagana sa labas - sa intermembrane space nito. Ang kumplikadong ito ng mga naka-link na protina na bumubuo sa ETC (electron transport chain). Ang mga eukaryote ay mayroon lamang limang mga complex ng protina sa kanilang komposisyon, habang ang mga prokaryote ay may marami, at lahat sila ay gumagana sa iba't ibang uri ng mga donor ng elektron at mga tumatanggap ng mga ito.
Mga koneksyon at pagdiskonekta
Ang proseso ng oksihenasyon ay lumilikha ng potensyal na electrochemical, at sa proseso ng phosphorylation ang potensyal na ito ay ginagamit. Nangangahulugan ito na ang conjugation ay ibinigay, kung hindi man - ang pagbubuklod ng mga proseso ng phosphorylation at oksihenasyon. Kaya ang pangalan, oxidative phosphorylation. Ang electrochemical potential na kinakailangan para sa conjugation ay nilikha ng tatlong complex ng respiratory chain - ang una, ikatlo at ikaapat, na tinatawag na conjugation point.
Kung nasira ang panloob na lamad ng mitochondria o tumaas ang permeability nito mula sa aktibidad ng mga uncopler, tiyak na magdudulot ito ng pagkawala o pagbaba sa potensyal na electrochemical, atSusunod na darating ang uncoupling ng mga proseso ng phosphorylation at oxidation, iyon ay, ang pagtigil ng ATP synthesis. Ito ang phenomenon kapag nawala ang electrochemical potential na tinatawag na uncoupling of phosphorylation at respiration.
Mga Disconnector
Ang estado kung saan nagpapatuloy ang oksihenasyon ng mga substrate at hindi nangyayari ang phosphorylation (iyon ay, ang ATP ay hindi nabuo mula sa P at ADP) ay ang pag-uncoupling ng phosphorylation at oxidation. Nangyayari ito kapag ang mga uncoupler ay nakakasagabal sa proseso. Ano ang mga ito at anong mga resulta ang kanilang pinagsisikapan? Ipagpalagay na ang ATP synthesis ay lubhang nabawasan, iyon ay, ito ay synthesize sa isang mas maliit na halaga, habang ang respiratory chain ay gumagana. Ano ang nangyayari sa enerhiya? Naglalabas ito na parang init. Nararamdaman ito ng lahat kapag sila ay may lagnat.
May temperatura ka ba? Kaya ang mga breaker ay nagtrabaho. Halimbawa, antibiotics. Ito ay mga mahinang acid na natutunaw sa taba. Ang pagtagos sa intermembrane space ng cell, nagkakalat sila sa matrix, na nag-drag sa mga nakagapos na proton sa kanila. Ang uncoupling action, halimbawa, ay may mga hormone na itinago ng thyroid gland, na naglalaman ng iodine (triiodothyronine at thyroxine). Kung ang thyroid gland ay hyperfunctioning, ang kondisyon ng mga pasyente ay kakila-kilabot: kulang sila ng enerhiya ng ATP, kumakain sila ng maraming pagkain, dahil ang katawan ay nangangailangan ng maraming substrates para sa oksihenasyon, ngunit nawalan sila ng timbang, dahil ang pangunahing bahagi ng ang enerhiyang natatanggap ay nawawala sa anyo ng init.
