Живите организми образуват енергийна верига, в която растенията произвеждат храна, която животните и други организми използват за енергия. Основният процес, който произвежда храна е фотосинтеза при растенията и основният метод за превръщане на храната в енергия е клетъчното дишане.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Молекулата, пренасяща енергия, използвана от клетките е ATP. Процесът на клетъчно дишане превръща молекулата ADP в ATP, където се съхранява енергията. Това става чрез тристепенния процес на гликолиза, цикъла на лимонената киселина и електронната транспортна верига. Клетъчното дишане се разделя и окислява глюкозата, образувайки молекули АТФ.
По време на фотосинтезата растенията улавят светлинната енергия и я използват за захранване на химични реакции в растителните клетки. Светлинната енергия позволява на растенията да комбинират въглерод от въглероден диоксид във въздуха с водород и кислород от вода, за да се образуват глюкоза.
В клетъчно дишане, организми като животни ядат храна, съдържаща глюкоза, и разграждат глюкозата до енергия, въглероден диоксид и вода. Въглеродният диоксид и водата се изхвърлят от организма и енергията се съхранява в молекула, наречена
Видовете клетки, които използват глюкозата за енергия
Живите организми са или едноклетъчни прокариоти или еукариоти, които могат да бъдат едноклетъчни или многоклетъчни. Основната разлика между двете е, че прокариотите имат проста клетъчна структура без ядро или клетъчни органели. Еукариотите винаги имат a ядро и по-сложни клетъчни процеси.
Едноклетъчните организми от двата типа могат да използват няколко метода за производство на енергия, а много от тях използват и клетъчно дишане. Всички напреднали растения и животни са еукариоти и те използват клетъчно дишане почти изключително. Растенията използват фотосинтеза, за да улавят енергия от слънцето, но след това съхраняват по-голямата част от тази енергия под формата на глюкоза.
Както растенията, така и животните използват като глюкоза, произведена от фотосинтезата енергиен източник.
Клетъчното дишане позволява на организмите да улавят глюкозната енергия
Фотосинтезата произвежда глюкоза, но глюкозата е просто начин за съхраняване на химическа енергия и не може да се използва директно от клетките. Цялостният процес на фотосинтеза може да бъде обобщен в следната формула:
6CO2 + 12Н2O + светлинна енергия → ° С6З.12О6 + 6O2 + 6Н2О
Растенията използват фотосинтеза за преобразуване светлинна енергия в химическа енергия и те съхраняват химическата енергия в глюкоза. Необходим е втори процес, за да се използва съхранената енергия.
Клетъчното дишане преобразува химическата енергия, съхранявана в глюкозата, в химическа енергия, съхранявана в молекулата на АТФ. АТФ се използва от всички клетки за захранване на техния метаболизъм и техните дейности. Мускулните клетки са сред видовете клетки, които използват глюкозата за енергия, но първо я превръщат в АТФ.
Цялостната химическа реакция за клетъчно дишане е както следва:
° С6З.12О6 + 6O2 → 6CO2 + 6Н2O + ATP молекули
Клетките разграждат глюкозата до въглероден диоксид и вода, като същевременно произвеждат енергия, която съхраняват в молекулите на АТФ. След това те използват енергията на АТФ за дейности като свиване на мускулите. Пълният процес на клетъчно дишане има три етапа.
Клетъчното дишане започва чрез разбиване на глюкозата на две части
Глюкозата е въглехидрат с шест въглеродни атома. По време на първия етап от процеса на клетъчно дишане, наречен гликолиза, клетката разгражда глюкозните молекули на две молекули пируват или три въглеродни молекули. За да започне процесът, е необходима енергия, така че се използват две молекули АТФ от резервите на клетката.
В края на процеса, когато се създадат двете молекули пируват, енергията се освобождава и съхранява в четири молекули АТФ. Гликолизата използва две молекули АТФ и произвежда четири за всяка обработена молекула глюкоза. Нетната печалба е две молекули АТФ.
Кой от органелите на клетката освобождава енергия, съхранявана в храната?
Гликолизата започва в клетъчната цитоплазма, но процесът на клетъчно дишане се извършва главно в митохондрии. Видовете клетки, които използват глюкоза за енергия, включват почти всяка клетка в човешкото тяло, с изключение на високоспециализирани клетки като кръвни клетки.
Митохондриите са малки органели, свързани с мембраната и са клетъчни фабрики, които произвеждат АТФ. Те имат гладка външна мембрана и силно сгъната вътрешна мембрана където протичат реакциите на клетъчно дишане.
Реакциите първо се провеждат в митохондриите, за да се получи енергиен градиент през вътрешната мембрана. Последващите реакции, включващи мембраната, произвеждат енергията, използвана за създаване на АТФ молекули.
Цикълът на лимонената киселина произвежда ензими за клетъчно дишане
Пируватът, получен чрез гликолиза, не е крайният продукт на клетъчното дишане. Втори етап преработва двете молекули пируват в друго междинно вещество, наречено ацетил КоА. Ацетил CoA навлиза в цикъл на лимонена киселина а въглеродните атоми от първоначалната молекула на глюкозата се превръщат напълно в CO2. The лимонена киселина root се рециклира и се свързва с нова молекула ацетил КоА, за да повтори процеса.
При окислението на въглеродните атоми се получават още две молекули АТФ и се превръщат ензимите NAD+ и FAD към NADH и FADH2. Преобразуваните ензими се използват в третия и последен етап на клетъчното дишане, където те действат като донори на електрони за електронно-транспортната верига.
Молекулите АТФ улавят част от произведената енергия, но по-голямата част от химическата енергия остава в молекулите NADH. Реакциите на цикъла на лимонената киселина протичат в митохондриите.
Електронната транспортна верига улавя по-голямата част от енергията от клетъчното дишане
The електронна транспортна верига (И т.н.) се състои от поредица от съединения, разположени във вътрешната мембрана на митохондриите. Той използва електрони от NADH и FADH2 ензими, произведени от цикъла на лимонената киселина за изпомпване на протони през мембраната.
Във верига от реакции, високоенергийните електрони от NADH и FADH2 се предават по поредицата от ETC съединения, като всяка стъпка води до по-ниско енергийно състояние на електроните и протоните се изпомпват през мембраната.
В края на ETC реакциите кислородните молекули приемат електроните и образуват водни молекули. Електронната енергия, първоначално идваща от разделянето и окисляването на глюкозната молекула, е превърната в протонен енергиен градиент през вътрешната мембрана на митохондриите.
Тъй като има дисбаланс на протони във вътрешната мембрана, протоните изпитват сила да се дифузират обратно във вътрешността на митохондриите. Ензим, наречен АТФ синтаза е вграден в мембраната и създава отвор, позволяващ на протоните да се придвижат обратно през мембраната.
Когато протоните преминат през отвора на АТФ синтазата, ензимът използва енергията от протоните, за да създаде АТФ молекули. Основната част от енергията от клетъчното дишане се улавя на този етап и се съхранява в 32 молекули АТФ.
Молекулата АТФ съхранява клетъчната дихателна енергия в нейните фосфатни връзки
ATP е сложен органичен химикал с аденинова основа и три фосфатни групи. Енергията се съхранява в връзките, задържащи фосфатните групи. Когато клетката се нуждае от енергия, тя прекъсва една от връзките на фосфатните групи и използва химическата енергия, за да създаде нови връзки в други клетъчни вещества. АТФ молекулата става аденозин дифосфат или ADP.
При клетъчното дишане освободената енергия се използва за добавяне на фосфатна група към ADP. Добавянето на фосфатната група улавя енергията от гликолиза, цикъла на лимонената киселина и голямото количество енергия от ETC. Получените молекули АТФ могат да бъдат използвани от организма за дейности като движение, търсене на храна и размножаване.