Jukumu kuu la nishati katika njia ya kimetaboliki inategemea mchakato, ambao kiini chake ni phosphorylation oxidative. Virutubisho hutiwa oksidi, hivyo kutengeneza nishati ambayo mwili huhifadhi kwenye mitochondria ya seli kama ATP. Kila aina ya viumbe vya nchi kavu ina virutubishi vyake vipendavyo, lakini ATP ni kiwanja cha ulimwengu wote, na nishati inayotolewa na phosphorylation ya kioksidishaji huhifadhiwa ili kutumika kwa michakato ya kimetaboliki.
Bakteria
Zaidi ya miaka bilioni tatu na nusu iliyopita, viumbe hai vya kwanza vilionekana kwenye sayari yetu. Uhai ulianza duniani kutokana na ukweli kwamba bakteria zilizoonekana - viumbe vya prokaryotic (bila kiini) viligawanywa katika aina mbili kulingana na kanuni ya kupumua na lishe. Kwa kupumua - ndani ya aerobic na anaerobic, na kwa lishe - ndani ya prokaryotes ya heterotrophic na autotrophic. Kikumbusho hiki si cha ziada, kwa sababu fosfori ya kioksidishaji haiwezi kuelezewa bila dhana za kimsingi.
Kwa hivyo, prokariyoti kuhusiana na oksijeni(uainishaji wa kisaikolojia) umegawanywa katika microorganisms aerobic, ambayo ni tofauti na oksijeni ya bure, na aerobic, ambayo shughuli muhimu inategemea kabisa uwepo wake. Ni wao ambao hufanya phosphorylation ya oksidi, wakiwa katika mazingira yaliyojaa oksijeni ya bure. Ni njia inayotumika sana ya kimetaboliki yenye ufanisi wa juu wa nishati ikilinganishwa na uchachushaji wa anaerobic.
Mitochondria
Dhana nyingine ya msingi: mitochondrion ni nini? Hii ni betri ya nishati ya seli. Mitochondria iko kwenye cytoplasm na kuna idadi yao ya kushangaza - kwenye misuli ya mtu au kwenye ini yake, kwa mfano, seli zina hadi mitochondria elfu moja na nusu (ambapo kimetaboliki kubwa zaidi hufanyika). Na phosphorylation ya kioksidishaji inapotokea kwenye seli, hii ni kazi ya mitochondria, pia huhifadhi na kusambaza nishati.
Mitochondria hata haitegemei mgawanyiko wa seli, zinatembea sana, husogea kwa uhuru kwenye saitoplazimu wakati zinapozihitaji. Wana DNA yao wenyewe, na kwa hiyo wanazaliwa na kufa peke yao. Walakini, maisha ya seli hutegemea kabisa; bila mitochondria, haifanyi kazi, ambayo ni, maisha haiwezekani. Mafuta, wanga, protini hutiwa oksidi, na kusababisha kuundwa kwa atomi za hidrojeni na elektroni - kupunguza usawa, ambayo hufuata zaidi kwenye mlolongo wa kupumua. Hivi ndivyo phosphorylation ya oksidi hutokea, utaratibu wake, inaonekana, ni rahisi.
Si rahisi sana
Nishati inayozalishwa na mitochondria hubadilishwa kuwa nyingine, ambayo ni nishati ya gradient ya kielektroniki kwa protoni zilizo kwenye utando wa ndani wa mitochondria. Ni nishati hii ambayo inahitajika kwa ajili ya awali ya ATP. Na hivyo ndivyo phosphorylation ya oksidi ni. Baiolojia ni sayansi changa, katikati ya karne ya kumi na tisa tu granules za mitochondrial zilipatikana kwenye seli, na mchakato wa kupata nishati ulielezewa baadaye. Imeonekana jinsi trioses hutengenezwa kupitia glycolysis (na muhimu zaidi, asidi ya pyruvic) huzalisha oxidation zaidi katika mitochondria.
Trioses hutumia nishati ya mgawanyiko, ambapo CO2 hutolewa, oksijeni hutumiwa na kiasi kikubwa cha ATP. Michakato yote hapo juu inahusiana kwa karibu na mizunguko ya oksidi, pamoja na mlolongo wa kupumua unaobeba elektroni. Kwa hivyo, fosfori ya kioksidishaji hutokea katika seli, na kuunganisha "mafuta" kwao - molekuli za ATP.
Mizunguko ya oksidi na mnyororo wa kupumua
Katika mzunguko wa oksidi, asidi ya tricarboxylic hutoa elektroni, ambazo huanza safari yao kwenye mnyororo wa usafiri wa elektroni: kwanza kwa molekuli za coenzyme, hapa NAD ndilo jambo kuu (nicotinamide adenine dinucleotide), na kisha elektroni huhamishiwa ETC. (mnyororo wa usafiri wa umeme),mpaka wachanganye na oksijeni ya molekuli na kuunda molekuli ya maji. Phosphorylation ya oxidative, utaratibu ambao umeelezwa kwa ufupi hapo juu, huhamishiwa kwenye tovuti nyingine ya hatua. Huu ni mnyororo wa upumuaji - chanjo za protini zilizojengwa ndani ya utando wa ndani wa mitochondria.
Hapa ndipo kilele kinapotokea - ubadilishaji wa nishati kupitia mlolongo wa uoksidishaji na upunguzaji wa vipengele. Ya riba hapa ni pointi tatu kuu katika mlolongo wa electrotransport ambapo phosphorylation ya oxidative hutokea. Biokemia inaangalia mchakato huu kwa undani sana na kwa uangalifu. Labda siku moja tiba mpya ya kuzeeka itazaliwa kutoka hapa. Kwa hiyo, katika pointi tatu za mlolongo huu, ATP huundwa kutoka kwa phosphate na ADP (adenosine diphosphate ni nucleotide ambayo inajumuisha ribose, adenine na sehemu mbili za asidi ya fosforasi). Ndiyo maana mchakato ulipata jina lake.
upumuaji wa rununu
Upumuaji wa seli (kwa maneno mengine - tishu) na fosforasi ya oksidi ni hatua za mchakato sawa zinazochukuliwa pamoja. Hewa hutumiwa katika kila seli ya tishu na viungo, ambapo bidhaa za cleavage (mafuta, wanga, protini) huvunjwa, na mmenyuko huu hutoa nishati iliyohifadhiwa kwa namna ya misombo ya macroergic. Upumuaji wa kawaida wa mapafu hutofautiana na upumuaji wa tishu kwa kuwa oksijeni huingia mwilini na dioksidi kaboni hutolewa kutoka humo.
Mwili huwa hai kila wakati, nishati yake hutumika katika harakati na ukuaji, juu ya kuzaliana, kuwashwa na michakato mingine mingi. Ni kwa hili naphosphorylation ya oksidi hutokea katika mitochondria. Kupumua kwa seli kunaweza kugawanywa katika ngazi tatu: malezi ya oxidative ya ATP kutoka kwa asidi ya pyruvic, pamoja na asidi ya amino na asidi ya mafuta; mabaki ya acetyl yanaharibiwa na asidi ya tricarboxylic, baada ya hapo molekuli mbili za kaboni dioksidi na jozi nne za atomi za hidrojeni hutolewa; elektroni na protoni huhamishiwa kwenye oksijeni ya molekuli.
Njia za ziada
Kupumua katika kiwango cha seli huhakikisha uundaji na ujazo wa ADP moja kwa moja kwenye seli. Ingawa mwili unaweza kujazwa tena na asidi ya adenosine triphosphoric kwa njia nyingine. Kwa hili, mbinu za ziada zipo na, ikiwa ni lazima, zinajumuishwa, ingawa hazifai sana.
Hii ni mifumo ambayo mgawanyiko usio na oksijeni wa wanga hutokea - glycogenolysis na glycolysis. Hii sio phosphorylation ya oksidi tena, athari ni tofauti. Lakini kupumua kwa seli hakuwezi kuacha, kwa sababu katika mchakato wake molekuli muhimu sana za misombo muhimu zaidi huundwa, ambayo hutumiwa kwa aina mbalimbali za biosynthesis.
Aina za Nishati
Elektroni zinapohamishwa kwenye utando wa mitochondrial, ambapo fosforasi ya kioksidishaji hutokea, mnyororo wa upumuaji kutoka kwa kila sehemu yake huelekeza nishati iliyotolewa kusogeza protoni kupitia utando, yaani, kutoka kwenye tumbo hadi kwenye nafasi kati ya utando.. Kisha tofauti inayowezekana inaundwa. Protoni ni chaji chanya na iko katika nafasi ya intermembrane, na hasikitendo cha kushtakiwa kutoka kwa tumbo la mitochondrial.
Tofauti fulani inayoweza kutokea inapofikiwa, protini changamano hurejesha protoni kwenye tumbo, na kugeuza nishati iliyopokewa kuwa tofauti kabisa, ambapo michakato ya oksidi huunganishwa na sintetiki - ADP phosphorylation. Wakati wote wa uoksidishaji wa substrates na kusukuma kwa protoni kupitia membrane ya mitochondrial, usanisi wa ATP haukomi, yaani, phosphorylation ya kioksidishaji.
Aina mbili
Phosphorylation ya oksidi na substrate kimsingi ni tofauti kutoka kwa nyingine. Kulingana na maoni ya kisasa, aina za zamani zaidi za maisha ziliweza kutumia tu athari za phosphorylation ya substrate. Kwa hili, misombo ya kikaboni iliyopo katika mazingira ya nje ilitumiwa kupitia njia mbili - kama chanzo cha nishati na kama chanzo cha kaboni. Walakini, misombo kama hii katika mazingira ilikauka polepole, na viumbe vilivyokuwa tayari vimeonekana vilianza kubadilika, kutafuta vyanzo vipya vya nishati na vyanzo vipya vya kaboni.
Kwa hivyo walijifunza kutumia nishati ya mwanga na kaboni dioksidi. Lakini hadi hili lilipotokea, viumbe vilitoa nishati kutoka kwa michakato ya fermentation ya oxidative na pia kuihifadhi katika molekuli za ATP. Hii inaitwa substrate phosphorylation wakati njia ya kichocheo na enzymes mumunyifu inatumiwa. Kipande kidogo kilichochachushwa huunda wakala wa kupunguza ambao huhamisha elektroni hadi kwa kipokezi cha asili kinachotakikana - asetoni, asetalihidi, pyruvati na kadhalika, au H2 - hidrojeni ya gesi hutolewa.
Sifa linganishi
Ikilinganishwa na uchachushaji, fosforasi ya oksidi ina mavuno mengi zaidi ya nishati. Glycolysis inatoa jumla ya mavuno ya ATP ya molekuli mbili, na katika mwendo wa mchakato, thelathini hadi thelathini na sita huunganishwa. Kuna mwendo wa elektroni hadi kwa misombo inayokubalika kutoka kwa misombo ya wafadhili kupitia vioksidishaji na upunguzaji wa athari, kutengeneza nishati iliyohifadhiwa kama ATP.
Eukaryoti hutekeleza athari hizi kwa chembechembe za protini ambazo zimejanibishwa ndani ya membrane ya seli ya mitochondrial, na prokariyoti hufanya kazi nje - katika nafasi yake ya katikati ya utando. Ni tata hii ya protini zilizounganishwa zinazounda ETC (mnyororo wa usafiri wa elektroni). Eukaryoti ina aina tano tu za protini katika muundo wake, wakati prokariyoti zina nyingi, na zote hufanya kazi na wafadhili mbalimbali wa elektroni na wakubali wao.
Miunganisho na vitenganisho
Mchakato wa uoksidishaji hutengeneza uwezo wa kielektroniki, na pamoja na mchakato wa fosforasi uwezo huu hutumiwa. Hii ina maana kwamba kuunganishwa hutolewa, vinginevyo - kumfunga kwa taratibu za phosphorylation na oxidation. Hivyo jina, oxidative phosphorylation. Uwezo wa kielektroniki unaohitajika kwa muunganisho huundwa na viambata vitatu vya mnyororo wa upumuaji - wa kwanza, wa tatu na wa nne, ambao huitwa nukta za mnyambuliko.
Iwapo utando wa ndani wa mitochondria umeharibiwa au upenyezaji wake ukiongezeka kutokana na shughuli ya viunganishi, hii hakika itasababisha kutoweka au kupungua kwa uwezo wa kielektroniki, na.ijayo inakuja kuunganishwa kwa michakato ya phosphorylation na oxidation, yaani, kukomesha awali ya ATP. Ni jambo linalotokea wakati uwezo wa kielektroniki unapotea ndio huitwa kuunganishwa kwa fosforasi na kupumua.
Vitenganishi
Hali ambapo uoksidishaji wa substrates unaendelea na fosforasi haitokei (yaani, ATP haijaundwa kutoka kwa P na ADP) ni kuunganishwa kwa fosforasi na oxidation. Hii hutokea wakati watu wasio na ndoa wanaingilia mchakato. Ni nini na wanajitahidi kupata matokeo gani? Tuseme awali ya ATP imepunguzwa sana, yaani, imeundwa kwa kiasi kidogo, wakati mnyororo wa kupumua hufanya kazi. Ni nini kinatokea kwa nishati? Inatoka kama joto. Kila mtu huhisi hivi anapoumwa na homa.
Je, una halijoto? Kwa hivyo wavunjaji wamefanya kazi. Kwa mfano, antibiotics. Hizi ni asidi dhaifu ambayo huyeyuka katika mafuta. Kupenya ndani ya nafasi ya intermembrane ya seli, huenea ndani ya tumbo, na kuvuta protoni zilizounganishwa nazo. Hatua ya kuunganisha, kwa mfano, ina homoni zilizofichwa na tezi ya tezi, ambayo ina iodini (triiodothyronine na thyroxine). Ikiwa tezi ya tezi inafanya kazi vibaya, hali ya wagonjwa ni mbaya: hawana nishati ya ATP, hutumia chakula kingi, kwa sababu mwili unahitaji substrates nyingi kwa oxidation, lakini wanapoteza uzito, kwani sehemu kuu ya nishati inayopokelewa hupotea katika hali ya joto.
