ცოცხალი ორგანიზმები ქმნიან ენერგეტიკულ ჯაჭვს, რომელშიც მცენარეები აწარმოებენ საკვებს, რომელსაც ცხოველები და სხვა ორგანიზმები ენერგიისთვის იყენებენ. მთავარი პროცესი, რომელიც აწარმოებს საკვებს, არის ფოტოსინთეზი მცენარეებში და საკვების ენერგიად გადაქცევის ძირითადი მეთოდი არის უჯრედული სუნთქვა.
TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)
ენერგიის გადამტანი მოლეკულა, რომელიც გამოიყენება უჯრედების მიერ არის ATP. ფიჭური სუნთქვის პროცესი გარდაქმნის ADP მოლეკულას ATP– ში, სადაც ენერგია ინახება. ეს ხდება გლიკოლიზის, ლიმონმჟავას ციკლისა და ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვის სამსაფეხურიანი გზით. უჯრედული სუნთქვა იყოფა და ჟანგავს გლუკოზას და ქმნის ATP მოლეკულებს.
ფოტოსინთეზის დროს მცენარეები იპყრობენ სინათლის ენერგიას და იყენებენ მას მცენარეთა უჯრედებში ქიმიური რეაქციების გასაზრდელად. მსუბუქი ენერგია საშუალებას აძლევს მცენარეებს დააკავშირონ ნახშირორჟანგი ნახშირბადისგან ჰაერში და წყალბადის და ჟანგბადის წყლის წარმოქმნა გლუკოზა.
შიგნით უჯრედული სუნთქვა, ისეთი ორგანიზმები, როგორიცაა ცხოველები, ჭამენ გლუკოზის შემცველ საკვებს და ანაწილებენ გლუკოზას ენერგიად, ნახშირორჟანგად და წყალად. ნახშირორჟანგი და წყალი ორგანიზმიდან გამოიდევნება და ენერგია ინახება მოლეკულაში, რომელსაც ე.წ.
უჯრედების სახეობები, რომლებიც იყენებენ გლუკოზას ენერგიის მისაღებად
ცოცხალი ორგანიზმები ან ერთუჯრედიანია პროკარიოტები ან ეუკარიოტები, რომელიც შეიძლება იყოს ერთუჯრედიანი ან მრავალუჯრედიანი. ამ ორს შორის მთავარი განსხვავება ის არის, რომ პროკარიოტებს აქვთ უჯრედის მარტივი სტრუქტურა, ბირთვი ან უჯრედის ორგანულები. ეუკარიოტებს ყოველთვის აქვთ ა ბირთვი და უფრო რთული უჯრედული პროცესები.
ორივე ტიპის ერთუჯრედიან ორგანიზმებს შეუძლიათ გამოიყენონ ენერგიის წარმოების რამდენიმე მეთოდი და ბევრი ასევე იყენებს უჯრედულ სუნთქვას. მოწინავე მცენარეები და ცხოველები ყველა ეუკარიოტია და ისინი თითქმის მხოლოდ უჯრედულ სუნთქვას იყენებენ. მცენარეები იყენებენ ფოტოსინთეზს მზის ენერგიის ასაღებად, მაგრამ შემდეგ ამ ენერგიის უმეტეს ნაწილს გლუკოზის სახით ინახავენ.
როგორც მცენარეები, ასევე ცხოველები იყენებენ ფოტოსინთეზის შედეგად წარმოქმნილ გლუკოზას ენერგიის წყარო.
უჯრედული სუნთქვა საშუალებას აძლევს ორგანიზმებს გლუკოზის ენერგია აითვისონ
ფოტოსინთეზი წარმოქმნის გლუკოზას, მაგრამ გლუკოზა მხოლოდ ქიმიური ენერგიის შენახვის საშუალებაა და მისი გამოყენება უშუალოდ უჯრედების მიერ არ შეიძლება. მთლიანი ფოტოსინთეზის პროცესი შეიძლება შევაჯამოთ შემდეგ ფორმულაში:
6CO2 + 12 თ2O + სინათლის ენერგია → გ6ჰ12ო6 + 6 ო2 + 6 თ2ო
მცენარეები გარდაქმნისთვის იყენებენ ფოტოსინთეზს სინათლის ენერგია ქიმიურ ენერგიად და ისინი ქიმიურ ენერგიას გლუკოზაში ინახავენ. დაგროვილი ენერგიის გამოყენებისთვის საჭიროა მეორე პროცესი.
უჯრედული სუნთქვა გლუკოზაში შენახულ ქიმიურ ენერგიას გარდაქმნის ATP მოლეკულაში შენახულ ქიმიურ ენერგიად. ATP- ს ყველა უჯრედი იყენებს მათი მეტაბოლიზმისა და მათი აქტივობების ასამაღლებლად. კუნთების უჯრედები უჯრედების იმ ტიპებს მიეკუთვნებიან, რომლებიც ენერგიას იყენებენ გლუკოზას, მაგრამ პირველ რიგში გარდაქმნიან მას ATP– ზე.
საერთო ქიმიური რეაქცია ფიჭური სუნთქვისთვის ასეთია:
გ6ჰ12ო6 + 6 ო2 → 6CO2 + 6 თ2O + ATP მოლეკულები
უჯრედები იშლება გლუკოზას ნახშირორჟანგად და წყალში, ხოლო აწარმოებენ ენერგიას, რომელსაც ისინი ATP მოლეკულებში ინახავენ. შემდეგ ისინი იყენებენ ATP ენერგიას ისეთი აქტივობებისთვის, როგორიცაა კუნთების შეკუმშვა. სრული ფიჭური სუნთქვის პროცესი აქვს სამი ეტაპი.
უჯრედული სუნთქვა იწყება გლუკოზის ორ ნაწილად გაყოფით
გლუკოზა არის ნახშირწყლები ექვსი ნახშირბადის ატომით. უჯრედული სუნთქვის პროცესის პირველ ეტაპზე ე.წ. გლიკოლიზი, უჯრედი ანადგურებს გლუკოზის მოლეკულებს პიროვატის ორ, ან სამ ნახშირბადის მოლეკულად. პროცესის დასაწყებად ენერგია სჭირდება, ამიტომ უჯრედის რეზერვებიდან ორი ATP მოლეკულა გამოიყენება.
პროცესის ბოლოს, როდესაც პიროვატის ორი მოლეკულა იქმნება, ენერგია გამოიყოფა და ინახება ATP ოთხ მოლეკულაში. გლიკოლიზი იყენებს ორ ATP მოლეკულას და აწარმოებს ოთხს დამუშავებული გლუკოზის მოლეკულისთვის. წმინდა მოგება არის ორი ATP მოლეკულა.
უჯრედის ორგანელებიდან რომელი გამოყოფს საკვებში შენახულ ენერგიას?
გლიკოლიზი იწყება უჯრედის ციტოპლაზმაში, მაგრამ უჯრედის სუნთქვის პროცესი ძირითადად ხდება მიტოქონდრია. უჯრედების ის სახეობები, რომლებიც ენერგიას იყენებენ გლუკოზას, მოიცავს ადამიანის ორგანიზმში თითქმის ყველა უჯრედს, გარდა ისეთი სპეციალიზებული უჯრედებისა, როგორიცაა სისხლის უჯრედები.
მიტოქონდრია მცირე გარსით შეკრული ორგანელებია და წარმოადგენს უჯრედების ქარხნებს, რომლებიც აწარმოებენ ATP- ს. მათ აქვთ გლუვი გარსის გარსი და ძლიერად დაკეცილი შიდა გარსი სადაც ხდება უჯრედული სუნთქვის რეაქციები.
რეაქციები პირველად ხდება მიტოქონდრიების შიგნით, რათა წარმოქმნას ენერგიის გრადიენტი შიდა გარსის გასწვრივ. შემდგომი რეაქციები, რომლებიც მოიცავს მემბრანას, წარმოქმნის ენერგიას, რომელიც გამოიყენება ATP მოლეკულების შესაქმნელად.
ლიმონმჟავას ციკლი წარმოქმნის ფერმენტებს უჯრედული სუნთქვისთვის
გლიკოლიზის შედეგად წარმოქმნილი პირუვატი არ არის ფიჭური სუნთქვის საბოლოო პროდუქტი. მეორე ეტაპი ამუშავებს ორ პიროვატის მოლეკულას სხვა შუალედურ ნივთიერებად, რომელსაც ეწოდება აცეტილ CoA. აცეტილ CoA შემოდის ლიმონმჟავას ციკლი და ნახშირბადის ატომები საწყისი გლუკოზის ორიგინალიდან მთლიანად გარდაიქმნება CO2. ლიმონმჟავა ძირში გადამუშავება ხდება და უკავშირდება აცეტილ CoA– ს ახალ მოლეკულას პროცესის გამეორების მიზნით.
ნახშირბადის ატომების დაჟანგვა აწარმოებს კიდევ ორ ATP მოლეკულას და გარდაქმნის ფერმენტებს NAD+ და FAD to NADH და FADH2. გარდაქმნილი ფერმენტები გამოიყენება უჯრედული სუნთქვის მესამე და ბოლო ეტაპზე, სადაც ისინი მოქმედებენ როგორც ელექტრონების დონორები ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვისთვის.
ATP მოლეკულები იკავებენ წარმოებულ ენერგიის გარკვეულ ნაწილს, მაგრამ ქიმიური ენერგიის უმეტესი ნაწილი რჩება NADH მოლეკულებში. ლიმონმჟავას ციკლის რეაქციები ხდება მიტოქონდრიების შიგნით.
ელექტრონების სატრანსპორტო ჯაჭვი ენერგიის უმეტეს ნაწილს უჯრედული სუნთქვის შედეგად იღებს
ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი (და ა.შ.) შედგება მთელი რიგი ნაერთებისა, რომლებიც მდებარეობს მიტოქონდრიის შიდა გარსზე. ის იყენებს NADH და FADH ელექტრონებს2 ფერმენტები, რომლებიც წარმოიქმნება ლიმონმჟავას ციკლით, პროტონის მემბრანის გადასატანად.
რეაქციების ჯაჭვში, NADH და FADH მაღალი ენერგიის ელექტრონები2 გადაეცემა ETC ნაერთების სერია, თითოეული საფეხურით მიდის ქვედა ელექტრონული ენერგიის მდგომარეობას და პროტონები მემბრანის ტუმბოსკენ.
ETC რეაქციების დასრულების შემდეგ ჟანგბადის მოლეკულები იღებენ ელექტრონებს და ქმნიან წყლის მოლეკულებს. ელექტრონული ენერგია, რომელიც თავდაპირველად მოდის გლუკოზის მოლეკულის გაყოფისა და დაჟანგვის შედეგად, გადაკეთდა ა პროტონის ენერგიის გრადიენტი მიტოქონდრიის შიდა გარსის გადაღმა.
იმის გამო, რომ პროტონების დისბალანსია შიდა მემბრანის გასწვრივ, პროტონები განიცდიან ძალას, რომ დიფუზია მოახდინოს მიტოქონდრიის ინტერიერში. ფერმენტი ე.წ. ATP სინტაზა ჩასმულია მემბრანაში და ქმნის ღიობას, რაც პროტონებს საშუალებას აძლევს უკან გადაადგილდნენ გარსის გასწვრივ.
როდესაც პროტონები გადიან ATP სინტაზის გახსნას, ფერმენტი იყენებს პროტონის ენერგიას ATP მოლეკულების შესაქმნელად. უჯრედული სუნთქვის ენერგიის ძირითადი ნაწილი ამ ეტაპზე იპყრობს და ინახება 32 ATP მოლეკულაში.
ATP მოლეკულა ინახავს უჯრედული სუნთქვის ენერგიას მის ფოსფატურ ობლიგაციებში
ATP არის რთული ორგანული ქიმიური ნივთიერება, ადენინის ფუძით და სამი ფოსფატის ჯგუფით. ენერგია ინახება ფოსფატების ჯგუფების მფლობელ კავშირებში. როდესაც უჯრედს ენერგია სჭირდება, ის არღვევს ფოსფატების ჯგუფების ერთ კავშირს და ქიმიურ ენერგიას იყენებს უჯრედების სხვა ნივთიერებებში ახალი ბმების შესაქმნელად. ATP მოლეკულა ხდება ადენოზინის დიფოსფატი ან ADP.
ფიჭური სუნთქვის დროს, გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება ADP– სთვის ფოსფატის ჯგუფის დასამატებლად. ფოსფატის ჯგუფის დამატება იღებს ენერგიას გლიკოლიზიდან, ლიმონმჟავას ციკლიდან და ETC– ს ენერგიის დიდი რაოდენობით. შედეგად მიღებული ATP მოლეკულები ორგანიზმს შეუძლია გამოიყენოს ისეთი საქმიანობისთვის, როგორიცაა მოძრაობა, საკვების ძებნა და გამრავლება.