Живі організми утворюють енергетичний ланцюг, в якому рослини виробляють їжу, яку тварини та інші організми використовують для отримання енергії. Основним процесом, який виробляє їжу, є фотосинтез у рослин і основним методом перетворення їжі в енергію є клітинне дихання.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Молекула, що передає енергію, що використовується клітинами, є АТФ. Процес клітинного дихання перетворює молекулу АДФ в АТФ, де зберігається енергія. Це відбувається за допомогою триступеневого процесу гліколізу, циклу лимонної кислоти та ланцюга транспорту електронів. Клітинне дихання розщеплюється і окислює глюкозу, утворюючи молекули АТФ.
Під час фотосинтезу рослини вловлюють світлову енергію і використовують її для живлення хімічних реакцій у рослинних клітинах. Світлова енергія дозволяє рослинам поєднувати вуглець із вуглекислого газу в повітрі з воднем та киснем із води глюкоза.
В клітинне дихання, такі організми, як тварини, їдять їжу, що містить глюкозу, і розщеплюють глюкозу до енергії, вуглекислого газу та води. Вуглекислий газ і вода викидаються з організму, а енергія накопичується у молекулі, яка називається
Види клітин, які використовують глюкозу для отримання енергії
Живі організми є або одноклітинними прокаріоти або еукаріоти, які можуть бути одноклітинними або багатоклітинними. Основна відмінність між ними полягає в тому, що прокаріоти мають просту клітинну структуру без ядра або клітинних органел. У еукаріотів завжди є ядро і більш складні клітинні процеси.
Одноклітинні організми обох типів можуть використовувати кілька методів для отримання енергії, а багато хто також використовує клітинне дихання. Розвинені рослини та тварини - усі еукаріоти, і вони майже виключно використовують клітинне дихання. Рослини використовують фотосинтез для захоплення енергії сонця, але потім зберігають більшу частину цієї енергії у вигляді глюкози.
Як рослини, так і тварини використовують глюкозу, отриману в результаті фотосинтезу, як джерело енергії.
Клітинне дихання дозволяє організмам захоплювати енергію глюкози
Фотосинтез виробляє глюкозу, але глюкоза є лише способом накопичення хімічної енергії і не може бути використана клітинами безпосередньо. Загальний процес фотосинтезу можна резюмувати у такій формулі:
6CO2 + 12Н2O + світлова енергія → C.6H12О6 + 6O2 + 6Н2О
Рослини використовують фотосинтез для перетворення світлова енергія в хімічну енергію, і вони зберігають хімічну енергію в глюкозі. Для використання накопиченої енергії необхідний другий процес.
Клітинне дихання перетворює хімічну енергію, що зберігається в глюкозі, у хімічну енергію, що зберігається в молекулі АТФ. АТФ використовується усіма клітинами для живлення свого метаболізму та своєї діяльності. М’язові клітини належать до видів клітин, які використовують глюкозу для отримання енергії, але перетворюють її спочатку в АТФ.
Загальна хімічна реакція клітинного дихання така:
C.6H12О6 + 6O2 → 6CO2 + 6Н2Молекули О + АТФ
Клітини розщеплюють глюкозу до вуглекислого газу та води, виробляючи енергію, яку вони зберігають у молекулах АТФ. Потім вони використовують енергію АТФ для таких видів діяльності, як скорочення м’язів. Повний процес клітинного дихання має три етапи.
Клітинне дихання починається розбиванням глюкози на дві частини
Глюкоза - це вуглевод з шістьма атомами вуглецю. На першій стадії клітинного процесу дихання називається гліколіз, клітина розщеплює молекули глюкози на дві молекули пірувату або тривуглецеві молекули. Для запуску процесу потрібна енергія, тому використовуються дві молекули АТФ із запасів клітини.
В кінці процесу, коли створюються дві молекули пірувату, енергія виділяється і зберігається в чотирьох молекулах АТФ. Гліколіз використовує дві молекули АТФ і виробляє чотири для кожної обробленої молекули глюкози. Чистий приріст становить дві молекули АТФ.
Який з органел клітини виділяє енергію, що зберігається в їжі?
Гліколіз починається в клітинній цитоплазмі, але процес дихання клітин в основному відбувається в мітохондрії. Види клітин, які використовують глюкозу для енергії, включають майже кожну клітину людського тіла, за винятком вузькоспеціалізованих клітин, таких як клітини крові.
Мітохондрії - це маленькі органели, пов’язані з мембраною, і є клітинними фабриками, що виробляють АТФ. Вони мають гладку зовнішню мембрану і сильно складену внутрішня мембрана де відбуваються реакції клітинного дихання.
Спочатку реакції відбуваються всередині мітохондрій, створюючи енергетичний градієнт через внутрішню мембрану. Подальші реакції за участю мембрани виробляють енергію, що використовується для створення молекул АТФ.
Цикл лимонної кислоти виробляє ферменти для клітинного дихання
Піруват, що утворюється при гліколізі, не є кінцевим продуктом клітинного дихання. Другий етап переробляє дві молекули пірувату в іншу проміжну речовину, яка називається ацетил КоА. Ацетил КоА потрапляє в цикл лимонної кислоти а атоми вуглецю з вихідної молекули глюкози повністю перетворюються на CO2. лимонна кислота корінь переробляється і посилається на нову молекулу ацетил-КоА для повторення процесу.
Окислення атомів вуглецю утворює ще дві молекули АТФ і перетворює ферменти НАД+ і FAD до NADH та FADH2. Перетворені ферменти використовуються на третій і останній стадії клітинного дихання, де вони діють як донори електронів для ланцюга транспорту електронів.
Молекули АТФ уловлюють частину виробленої енергії, але більша частина хімічної енергії залишається в молекулах NADH. Реакції циклу лимонної кислоти відбуваються всередині мітохондрій.
Електронний транспортний ланцюг захоплює більшу частину енергії клітинного дихання
електронно-транспортний ланцюг (І т. Д) складається з ряду сполук, розташованих на внутрішній мембрані мітохондрій. Тут використовуються електрони з NADH і FADH2 ферменти, що виробляються в циклі лимонної кислоти для накачування протонів через мембрану.
У ланцюгу реакцій електрони високої енергії з NADH і FADH2 передаються по серії ETC-сполук з кожним кроком, що призводить до нижчого енергетичного стану електрона, і протони перекачуються через мембрану.
В кінці реакцій ETC молекули кисню приймають електрони і утворюють молекули води. Енергія електронів, яка спочатку надходила від розщеплення та окислення молекули глюкози, була перетворена в градієнт енергії протона через внутрішню мембрану мітохондрій.
Оскільки існує дисбаланс протонів у внутрішній мембрані, протони відчувають силу дифузії назад у внутрішню частину мітохондрій. Ензим, який називається АТФ-синтаза вбудовується в мембрану і створює отвір, що дозволяє протонам рухатися назад через мембрану.
Коли протони проходять через отвір АТФ-синтази, фермент використовує енергію протонів для створення молекул АТФ. Основна частина енергії клітинного дихання захоплюється на цій стадії і зберігається в 32 молекулах АТФ.
Молекула АТФ зберігає клітинну енергію дихання у її фосфатних зв’язках
АТФ - це складна органічна хімічна речовина з адениновою основою та трьома фосфатними групами. Енергія зберігається в зв'язках, що утримують фосфатні групи. Коли клітині потрібна енергія, вона розриває один із зв’язків фосфатних груп і використовує хімічну енергію для створення нових зв’язків в інших клітинних речовинах. Молекула АТФ стає аденозиндифосфат або ADP.
При клітинному диханні виділена енергія використовується для додавання фосфатної групи до АДФ. Додавання фосфатної групи фіксує енергію гліколізу, цикл лимонної кислоти та велику кількість енергії ETC. Отримані молекули АТФ можуть бути використані організмом для таких видів діяльності, як рух, пошук їжі та розмноження.