Клітинне дихання і його будова

Клітинне або тканинне дихання - сукупність біохімічних реакцій, що протікають в клітинах живих організмів, в ході яких відбувається окислення вуглеводів, ліпідів і амінокислот до вуглекислого газу і води. Вивільнена енергія запасається в хімічних зв`язках макроергічних сполук (АТФ і ін.) І може бути використана в міру необхідності. Входить в групу процесів катаболізму.

Клітинне дихання, або тканинне дихання, або внутрішнє дихання - це сукупність керованих окисно-відновних реакцій в клітці, головним призначенням і результатом яких є утворення енергії.

Відео: Клітинне дихання. Лекція 1. Частина 1. Порядок, хаос і енергія

Окислювально-відновної реакцією називається процес передачі електронів одним речовиною (атом, молекула, іон) іншої речовини. Відповідно до назви ця реакція складається з двох синхронних взаємодіючих конкуруючих оборотних процесів: окислення і відновлення. Окисленням називається процес віддачі одним речовиною електронів якої іншої речовини. Речовина, яка є донором електронів називається відновником і позначається Red. В результаті окислювально-відновної реакції відновник переходить в пов`язану окислену форму. Відновленням називається процес приєднання речовиною електронів, що віддаються іншим речовиною. Речовина акцептор електронів називається окислювачем і позначається Ox. В результаті окислювально-відновної реакції окіслітелель переходить в пов`язану відновлену форму.

Схема клітинного дихання

Уявлення про окисно-відновних реакціях подібні уявленням про кислотно-основних реакціях (теорія Бренстеда-Лоурі, Бренстед Йоханнес Ніколаус, Bronsted, Johannes Nicolaus, 1879-1914, датський фізікохімік- Лоурі Томас Мартін, Lowry Thomas Martin, 1874-1936, англійський хімік) . Кислота є донором, а підстава акцептором протона. Кислоти і підстави існують тільки як сполучені пари. Протон не існує в розчині у вільному вигляді, у воді він утворює іон OH3 +. Головною особливістю кислотно-основних реакцій є конкуренція за протони між двома парами сполучених кислот і підстав. Аналогічно, головною особливістю окислювально-відновних реакцій є конкуренція за електрони (як за протони в кислотно-основних парах) між двома парами пов`язаних окислювачів і відновників (редокс пари).

Відео: Клітинне дихання. Лекція 1. Частина 2. Гліколіз і бродіння

Характерною ознакою окисно-відновних реакцій є зміна ступеня окислення речовини. Окислення супроводжується підвищенням ступеня окислення речовини. Відновлення супроводжується зниженням ступеня окислення відновлюваної речовини. Окислювально-відновні реакції в організмі катализируются ферментами оксіредуктази.

Субстратами клітинного дихання є поживні речовини, що надходять в організм з їжею (вуглеводи, ліпіди, білки). Значна частина енергії, що утворюється в процесі окислення поживних речовин, запасається в універсальному носії енергії - молекулах нуклеотиду, званого аденозинтрифосфатом (АТФ). Коли клітина для здійснення процесів життя, в тому числі і для здійснення зовнішнього дихання, потребує енергії, єдине, що потрібно для її отримання - гідроліз АТФ. Таким чином, АТФ - це сполучна ланка між клітинним диханням і процесами життєдіяльності, які вимагають витрат енергії.

Реакції окислення в клітині можуть здійснюватися як за участю кисню, так і без участі кисню. Якщо окислення поживних речовин здійснюється за участю кисню, його називають аеробним клітинним диханням. Якщо окислення поживних речовин здійснюється без участі кисню (окислення одного субстрату за рахунок відновлення іншого), то його називають анаеробним клітинним диханням.

В якості вихідних субстратів дихання можуть виступати різні речовини, що перетворюються в ході специфічних метаболічних процесів в Ацетил-КоА з вивільненням ряду побічних продуктів. Відновлення НАД (НАДФ) і утворення АТФ може відбуватися вже на цьому етапі, однак більша їх частина утворюється в циклі трикарбонових кислот при переробці Ацетил-КоА.

Гліколіз - шлях ферментативного розщеплення глюкози - є загальним практично для всіх живих організмів процесом. У аеробів він передує власне клітинному подиху, у анаеробів завершується бродінням. Сам по собі гліколіз є повністю анаеробним процесом і для здійснення не вимагає присутності кисню.

Перший його етап протікає з витратою енергії 2 молекул АТФ і включає в себе розщеплення молекули глюкози на 2 молекули глицеральдегид-3-фосфату. На другому етапі відбувається НАД-залежне окиснення глицеральдегид-3-фосфату, що супроводжується субстратним фосфорилюванням, тобто приєднанням до молекули залишку фосфорної кислоти і формуванням в ній макроергічним зв`язку, після якого залишок переноситься на АДФ з утворенням АТФ.

Таким чином, рівняння гліколізу має наступний вигляд:

Глюкоза + 2НАД + + 4АДФ + 2АТФ + 2Фн = 2ПВК + 2НАД? Н + 2 АДФ + 4АТФ + 2H2O + 4Н +.

Скоротивши АТФ і АДФ з лівої і правої частин рівняння реакції, отримаємо:

Глюкоза + 2НАД + + 2АДФ + 2Фн = 2НАД? Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 4Н +.