Energiya Almashinuvi: 9846 KJ Va 133 ATF

Kirish

Biologiya olamida energiya almashinuvi hayotiy jarayonlarning asosi hisoblanadi. Hujayralarimiz faoliyati uchun zarur bo'lgan energiya aynan shu jarayon orqali ta'minlanadi. Energiya almashinuvi uch bosqichda amalga oshiriladi va har bir bosqichda ma'lum miqdorda energiya ajralib chiqadi. Ushbu maqolada biz energiya almashinuvining bosqichlarini, ajralib chiqadigan energiya miqdorini va ATF (adenozin trifosfat) sintezini batafsil ko'rib chiqamiz. Ayniqsa, umumiy energiya miqdori 9846 kJ va 133 ta ATF hosil bo'lgan holatda, energiya almashinuvining ikkinchi bosqichida issiqlik tarzida ajralgan energiyani aniqlashga e'tibor qaratamiz. Keling, bu murakkab, ammo hayotiy muhim jarayonni birgalikda o'rganamiz!

Energiya almashinuvining bosqichlari

Energiya almashinuvi uch bosqichdan iborat: glikoliz, Krebs sikli (trikarbon kislotalar sikli) va elektron tashish zanjiri. Har bir bosqichda turli xil reaksiyalar sodir bo'ladi va natijada energiya, ATF va boshqa mahsulotlar hosil bo'ladi.

Glikoliz

Glikoliz – bu energiya almashinuvining birinchi bosqichi bo'lib, glyukoza molekulasi pirovin kislotasiga (piruvat) parchalanadi. Bu jarayon sitozolda (hujayra ichidagi suyuqlik) sodir bo'ladi va kislorod ishtirokida ham, ishtirokisiz ham davom etishi mumkin. Glikoliz natijasida 2 molekula ATF, 2 molekula NADH (nikotinamid adenin dinukleotid) va 2 molekula piruvat hosil bo'ladi. Ushbu bosqichda glyukoza molekulasi bir nechta fermentativ reaksiyalar orqali o'zgaradi. Dastlab, glyukoza fosforlanadi, keyin esa bir nechta oraliq mahsulotlar orqali piruvatga aylanadi. Glikolizning umumiy reaksiyasi quyidagicha ifodalanadi:

Glyukoza + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 Piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H2O

Glikolizning ahamiyati shundaki, u hujayralar uchun tez energiya manbai bo'lib xizmat qiladi. Ayniqsa, kislorod yetishmagan sharoitlarda glikoliz asosiy energiya ishlab chiqarish yo'li hisoblanadi. Misol uchun, intensiv mashqlar paytida mushak hujayralarida kislorod yetishmasligi mumkin, shuning uchun glikoliz ATFning asosiy manbai bo'lib qoladi. Bundan tashqari, glikoliz mahsulotlari, xususan piruvat, keyingi energiya almashinuvi bosqichlariga yo'naltiriladi.

Glikoliz jarayoni 10 ta asosiy fermentativ reaksiyadan iborat bo'lib, ularning har biri o'ziga xos ferment tomonidan katalizlanadi. Bu reaksiyalar ikki fazaga bo'linadi: energiya sarflash fazasi va energiya ishlab chiqarish fazasi. Energiya sarflash fazasida 2 molekula ATF sarflanadi, energiya ishlab chiqarish fazasida esa 4 molekula ATF hosil bo'ladi. Shunday qilib, glikolizning sof mahsuloti 2 molekula ATFni tashkil etadi. Glikolizning regulyatsiyasi ham muhim ahamiyatga ega. Jarayonning tezligi hujayradagi energiya ehtiyojiga qarab o'zgaradi. Masalan, ATF miqdori yuqori bo'lsa, glikoliz sekinlashadi, ATF miqdori past bo'lsa, glikoliz tezlashadi. Bu jarayon hujayraning energiya balansini saqlashga yordam beradi.

Krebs sikli

Krebs sikli (yoki trikarbon kislotalar sikli) – bu energiya almashinuvining ikkinchi bosqichi bo'lib, mitoxondriyalarda sodir bo'ladi. Bu siklda piruvat (glikoliz mahsuloti) asetil-KoAga aylanadi va bir qator reaksiyalar natijasida CO2, NADH, FADH2 (flavin adenin dinukleotid) va oz miqdorda ATF hosil bo'ladi. Krebs sikli kislorod ishtirokida amalga oshiriladi va hujayra uchun muhim energiya manbai hisoblanadi. Krebs siklining umumiy reaksiyasi quyidagicha ifodalanadi:

Asetil-KoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + KoA + 3 H+

Krebs sikli mitoxondriya matriksida sodir bo'ladi va sakkizta asosiy bosqichdan iborat. Har bir bosqichda o'ziga xos ferment ishtirok etadi. Sikl asetil-KoAning oksaloasetat bilan birikishi natijasida sitrat hosil bo'lishi bilan boshlanadi. Keyin sitrat bir qator reaksiyalar orqali karbonat angidridini ajratib chiqaradi va oxaloasetatni qayta hosil qiladi, bu esa siklni davom ettirishga imkon beradi. Krebs sikli davomida hosil bo'lgan NADH va FADH2 keyingi bosqich – elektron tashish zanjiriga yo'naltiriladi.

Krebs sikli nafaqat energiya ishlab chiqarish, balki hujayra metabolizmining boshqa muhim jarayonlari uchun ham oraliq mahsulotlar bilan ta'minlaydi. Misol uchun, siklning oraliq mahsulotlari aminokislotalar va boshqa muhim molekulalarning sintezida ishlatilishi mumkin. Krebs siklining regulyatsiyasi ham juda muhim. Siklning tezligi hujayradagi energiya holatiga bog'liq ravishda o'zgaradi. ATP, NADH va siklning boshqa mahsulotlari fermentlarning faolligini inhibe qilishi mumkin, shu bilan siklni sekinlashtiradi. ADP va NAD+ esa siklni tezlashtiradi. Bu regulyatsiya mexanizmi hujayraning energiya ehtiyojlariga mos ravishda siklni sozlashga yordam beradi.

Elektron tashish zanjiri

Elektron tashish zanjiri – bu energiya almashinuvining uchinchi va eng sermahsul bosqichi bo'lib, mitoxondriyalar ichki membranasida sodir bo'ladi. Bu zanjir NADH va FADH2 molekulalaridan elektronlarni qabul qiladi va ularni bir qator oqsillar orqali o'tkazadi. Elektronlar o'tishi davomida energiya ajralib chiqadi, bu energiya ATF sintezi uchun ishlatiladi. Kislorod bu zanjirda elektronlarning oxirgi qabul qiluvchisi hisoblanadi va suv hosil qiladi. Elektron tashish zanjiri va oksidlanish fosforlanishi natijasida katta miqdorda ATF hosil bo'ladi. Elektron tashish zanjirining umumiy reaksiyasi quyidagicha ifodalanadi:

NADH + 1/2 O2 + H+ → NAD+ + H2O FADH2 + 1/2 O2 → FAD + H2O

Elektron tashish zanjiri to'rtta asosiy oqsil kompleksidan iborat: I kompleks (NADH degidrogenaza), II kompleks (suksinat degidrogenaza), III kompleks (sitoxrom c reduktaza) va IV kompleks (sitoxrom c oksidaza). Ushbu komplekslar mitoxondriya ichki membranasida joylashgan va elektronlarni biridan ikkinchisiga o'tkazadi. Elektronlar o'tishi davomida protonlar (H+) mitoxondriya ichki membranasidan tashqariga nasoslanadi, bu esa proton gradientini hosil qiladi. Bu gradient keyinchalik ATF sintaza fermenti tomonidan ATF sintezi uchun ishlatiladi. Oksidlanish fosforlanishi jarayoni elektron tashish zanjiri bilan chambarchas bog'liq. Proton gradientidan foydalanib, ATF sintaza ADP va anorganik fosfatdan ATF hosil qiladi. Bu jarayon juda samarali bo'lib, har bir NADH molekulasidan taxminan 2.5 molekula ATF va har bir FADH2 molekulasidan taxminan 1.5 molekula ATF hosil bo'ladi.

Elektron tashish zanjirining regulyatsiyasi hujayraning energiya ehtiyojlariga mos ravishda sodir bo'ladi. ATF miqdori yuqori bo'lsa, zanjir sekinlashadi, ATF miqdori past bo'lsa, zanjir tezlashadi. Bundan tashqari, kislorod miqdori ham zanjirning tezligiga ta'sir qiladi. Kislorod yetishmagan sharoitlarda elektron tashish zanjiri to'xtaydi, bu esa ATF ishlab chiqarishni kamaytiradi. Elektron tashish zanjirining buzilishi turli kasalliklarga olib kelishi mumkin. Mitoxondriyal kasalliklar, masalan, elektron tashish zanjiridagi nuqsonlar tufayli kelib chiqadi va energiya ishlab chiqarishning buzilishiga olib keladi. Bu kasalliklar turli organlar va to'qimalarga ta'sir qilishi mumkin, ayniqsa energiya talab qiladigan organlar, masalan, miya va mushaklar.

Masalaning yechimi

Endi esa, masalani yechishga o'tsak. Bizda umumiy energiya miqdori 9846 kJ va 133 ta ATF hosil bo'lgan. Biz energiya almashinuvining ikkinchi bosqichida (Krebs sikli) issiqlik tarzida ajralgan energiyani topishimiz kerak.

Avvalo, umumiy energiya almashinuvida qancha energiya ATF sinteziga sarflanganini aniqlaymiz. Ma'lumki, 1 molekula ATF sintezi uchun taxminan 30.5 kJ energiya kerak bo'ladi. Shunday qilib, 133 ta ATF sintezi uchun:

133 ATF * 30.5 kJ/ATF = 4056.5 kJ energiya sarflangan.

Endi issiqlik tarzida ajralgan umumiy energiyani topamiz:

9846 kJ (umumiy energiya) - 4056.5 kJ (ATF sinteziga sarflangan energiya) = 5789.5 kJ

Bu energiya glikoliz, Krebs sikli va elektron tashish zanjirida issiqlik tarzida ajralgan. Endi har bir bosqichda ajralgan issiqlik miqdorini taxminan hisoblaymiz.

Glikolizda glyukozaning to'liq parchalanishi natijasida taxminan 2 ATF hosil bo'ladi. Agar 133 ATF hosil bo'lgan bo'lsa, unda glikoliz bu jarayonga unchalik katta hissa qo'shmagan. Shunday qilib, glikolizda ajralgan issiqlik miqdori uncha katta emas deb hisoblaymiz.

Krebs sikli va elektron tashish zanjiri ko'proq energiya ajratadi. Krebs siklida har bir glyukoza molekulasi uchun 2 ATF hosil bo'ladi, elektron tashish zanjirida esa qolgan ATFning asosiy qismi sintezlanadi.

Shunday qilib, 133 ta ATFning katta qismi elektron tashish zanjirida hosil bo'lgan deb faraz qilsak, Krebs siklida issiqlik tarzida ajralgan energiyani quyidagicha hisoblashimiz mumkin:

Umumiy issiqlik energiyasi (5789.5 kJ) ning bir qismini Krebs sikliga tegishli deb olamiz. Agar Krebs sikli va elektron tashish zanjiri taxminan teng miqdorda issiqlik ajratgan deb hisoblasak, unda:

5789. 5 kJ / 2 = 2894.75 kJ

Demak, energiya almashinuvining ikkinchi bosqichida (Krebs sikli) issiqlik tarzida ajralgan energiya taxminan 2894.75 kJ ni tashkil etadi.

Xulosa

Energiya almashinuvi – bu tirik organizmlar uchun hayotiy muhim jarayon. U uch bosqichdan iborat: glikoliz, Krebs sikli va elektron tashish zanjiri. Ushbu bosqichlar davomida energiya ajralib chiqadi va ATF sintezlanadi. Masalaning shartiga ko'ra, umumiy energiya miqdori 9846 kJ va 133 ta ATF hosil bo'lgan. Biz energiya almashinuvining ikkinchi bosqichida (Krebs sikli) issiqlik tarzida ajralgan energiyani topdik. Hisob-kitoblarimizga ko'ra, bu energiya taxminan 2894.75 kJ ni tashkil etadi. Umid qilamizki, ushbu maqola sizga energiya almashinuvi jarayonini yaxshiroq tushunishga yordam berdi!