Dzīvie organismi veido enerģijas ķēdi, kurā augi ražo pārtiku, ko dzīvnieki un citi organismi izmanto enerģijai. Galvenais pārtikas ražošanas process ir fotosintēze augos un galvenā pārtikas pārvēršanas enerģijā metode ir šūnu elpošana.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Šūnu izmantotā enerģiju nododošā molekula ir ATP. Šūnu elpošanas process pārveido molekulu ADP par ATP, kur enerģija tiek uzkrāta. Tas notiek, veicot trīspakāpju glikolīzes procesu, citronskābes ciklu un elektronu transporta ķēdi. Šūnu elpošana sašķeļ un oksidē glikozi, veidojot ATP molekulas.
Fotosintēzes laikā augi uztver gaismas enerģiju un izmanto to, lai darbinātu ķīmiskās reakcijas augu šūnās. Gaismas enerģija ļauj augiem apvienot gaisā esošo oglekļa dioksīda oglekli ar ūdeņradi un skābekli no ūdens glikoze.
In šūnu elpošana, organismi, piemēram, dzīvnieki, ēd barību, kas satur glikozi, un glikozi sadala enerģijā, oglekļa dioksīdā un ūdenī. Oglekļa dioksīds un ūdens tiek izvadīti no organisma, un enerģija tiek uzkrāta molekulā, ko sauc
adenozīna trifosfāts vai ATP. Šūnu izmantotā enerģiju nododošā molekula ir ATP, un tā nodrošina enerģiju visām pārējām šūnu un organisma darbībām.Šūnu veidi, kas enerģijai izmanto glikozi
Dzīvie organismi ir vai nu vienšūnas prokariotes vai eikarioti, kas var būt vienšūnas vai daudzšūnu. Galvenā atšķirība starp abiem ir tā, ka prokariotiem ir vienkārša šūnu struktūra bez kodola vai šūnu organoīdiem. Eikariotiem vienmēr ir a kodols un sarežģītāki šūnu procesi.
Abu veidu vienas šūnas organismi var izmantot vairākas metodes enerģijas ražošanai, un daudzi izmanto arī šūnu elpošanu. Visi augi un dzīvnieki ir eikarioti, un viņi gandrīz tikai izmanto šūnu elpošanu. Augi izmanto fotosintēzi, lai uztvertu saules enerģiju, bet pēc tam lielāko daļu enerģijas glabā glikozes veidā.
Gan augi, gan dzīvnieki izmanto fotosintēzē iegūto glikozi kā enerģijas avots.
Šūnu elpošana ļauj organismiem uztvert glikozes enerģiju
Fotosintēze ražo glikozi, bet glikoze ir tikai veids, kā uzglabāt ķīmisko enerģiju, un šūnas to nevar tieši izmantot. Kopējo fotosintēzes procesu var apkopot šādā formulā:
6CO2 + 12H2O + gaismas enerģija → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Augi pārveidošanai izmanto fotosintēzi gaismas enerģija ķīmiskajā enerģijā, un viņi ķīmisko enerģiju uzglabā glikozē. Otrs process ir nepieciešams, lai izmantotu uzkrāto enerģiju.
Šūnu elpošana pārveido glikozē uzkrāto ķīmisko enerģiju par ķīmisko enerģiju, kas uzkrāta ATP molekulā. ATP izmanto visas šūnas, lai veicinātu vielmaiņu un aktivitātes. Muskuļu šūnas ir vienas no tām šūnām, kas enerģijai izmanto glikozi, bet vispirms to pārvērš par ATP.
Vispārējā ķīmiskā reakcija šūnu elpošanai ir šāda:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP molekulas
Šūnas sadala glikozi oglekļa dioksīdā un ūdenī, vienlaikus ražojot enerģiju, ko tās uzkrāj ATP molekulās. Pēc tam viņi izmanto ATP enerģiju tādām darbībām kā muskuļu saraušanās. Pilns šūnu elpošanas process ir trīs posmi.
Šūnu elpošana sākas, sadalot glikozi divās daļās
Glikoze ir ogļhidrāts ar sešiem oglekļa atomiem. Pirmajā posmā šūnu elpošanas procesu sauc glikolīze, šūna sadala glikozes molekulas divās piruvāta vai trīs oglekļa molekulās. Lai sāktu procesu, ir vajadzīga enerģija, tāpēc no šūnas rezervēm tiek izmantotas divas ATP molekulas.
Procesa beigās, kad tiek izveidotas divas piruvāta molekulas, enerģija tiek atbrīvota un uzkrāta četrās ATP molekulās. Glikolīzē tiek izmantotas divas ATP molekulas, un katrai apstrādātajai glikozes molekulai rodas četras. Neto pieaugums ir divas ATP molekulas.
Kurš no šūnas organoīdiem izdala pārtikā uzkrāto enerģiju?
Glikolīze sākas šūnu citoplazmā, bet šūnu elpošanas process galvenokārt notiek mitohondrijos. Šūnu veidi, kas enerģijai izmanto glikozi, ietver gandrīz visas cilvēka ķermeņa šūnas, izņemot ļoti specializētas šūnas, piemēram, asins šūnas.
Mitohondriji ir mazi ar membrānu saistīti organelli un ir šūnu rūpnīcas, kas ražo ATP. Viņiem ir gluda ārējā membrāna un ļoti salocīta iekšējā membrāna kur notiek šūnu elpošanas reakcijas.
Reakcijas vispirms notiek mitohondriju iekšpusē, lai iegūtu enerģijas gradientu visā iekšējā membrānā. Turpmākās reakcijas, kas saistītas ar membrānu, rada enerģiju, kas tiek izmantota ATP molekulu veidošanai.
Citronskābes cikls ražo fermentus šūnu elpošanai
Glikolīzes rezultātā iegūtais piruvāts nav šūnu elpošanas galaprodukts. Otrajā posmā abas piruvāta molekulas tiek pārstrādātas citā starpposma vielā, ko sauc acetil CoA. Acetil CoA iekļūst citronskābes cikls un sākotnējās glikozes molekulas oglekļa atomi tiek pilnībā pārveidoti par CO2. The citronskābe sakne tiek pārstrādāta un ir saistīta ar jaunu acetil CoA molekulu, lai atkārtotu procesu.
Oglekļa atomu oksidēšana rada vēl divas ATP molekulas un pārveido fermentus NAD+ un FAD uz NADH un FADH2. Pārveidotos enzīmus izmanto šūnu elpošanas trešajā un pēdējā posmā, kur tie darbojas kā elektronu donori elektronu transporta ķēdē.
ATP molekulas uztver daļu no saražotās enerģijas, bet lielākā daļa ķīmiskās enerģijas paliek NADH molekulās. Citronskābes cikla reakcijas notiek mitohondriju iekšienē.
Elektronu transporta ķēde uztver lielāko daļu enerģijas no šūnu elpošanas
The elektronu transporta ķēde (ETC) sastāv no virknes savienojumu, kas atrodas uz mitohondriju iekšējās membrānas. Tas izmanto NADH un FADH elektronus2 fermenti, ko ražo citronskābes cikls, lai sūknētu protonus pāri membrānai.
Reakciju ķēdē augstas enerģijas elektroni no NADH un FADH2 tiek nodoti ETC savienojumu sērijai, un katrs solis noved pie zemākas elektronu enerģijas stāvokļa, un protoni tiek sūknēti pa membrānu.
ETC reakciju beigās skābekļa molekulas pieņem elektronus un veido ūdens molekulas. Elektronu enerģija, kas sākotnēji nāk no glikozes molekulas šķelšanās un oksidēšanas, ir pārveidota par protonu enerģijas gradients pāri mitohondriju iekšējai membrānai.
Tā kā iekšējā membrānā ir protonu nelīdzsvarotība, protoni piedzīvo spēku, kas atkal izkliedējas mitohondriju iekšienē. Fermentu sauc ATP sintāze ir iestrādāts membrānā un rada atveri, ļaujot protoniem pārvietoties atpakaļ pa membrānu.
Kad protoni iziet cauri ATP sintāzes atverei, ferments izmanto protonu enerģiju, lai izveidotu ATP molekulas. Lielākā daļa enerģijas, kas rodas no šūnu elpošanas, tiek uztverta šajā posmā un tiek uzkrāta 32 ATP molekulās.
ATP molekula glabā šūnu elpošanas enerģiju tās fosfāta saitēs
ATP ir sarežģīta organiska ķīmiska viela ar adenīna bāzi un trim fosfātu grupām. Enerģija tiek uzkrāta saitēs, kas tur fosfāta grupas. Kad šūnai nepieciešama enerģija, tā pārtrauc vienu no fosfātu grupu saitēm un izmanto ķīmisko enerģiju, lai radītu jaunas saites citās šūnu vielās. ATP molekula kļūst adenozīna difosfāts vai ADP.
Šūnu elpošanā atbrīvoto enerģiju izmanto fosfātu grupas pievienošanai ADP. Fosfātu grupas pievienošana uztver enerģiju no glikolīzes, citronskābes cikla un lielo enerģijas daudzumu no ETC. Iegūtās ATP molekulas organisms var izmantot tādām darbībām kā kustība, pārtikas meklēšana un reprodukcija.