Energetska izmenjava - kaj je in kakšne stopnje ima

Presnova so vse kemijske reakcije, ki se pojavljajo v celicah živih organizmov, imenujemo jo tudi metabolizem. Delimo ga na anabolizem in katabolizem, to je na energetski metabolizem. Prva vključuje oblikovanje enostavnejših kemičnih spojin, ki so bolj kompleksne. Ta proces se imenuje tudi menjava plastike. Za njegovo izvedbo je potrebna energija, ki jo celica pridobiva zaradi katabolizma. S tem postopkom celica sintetizira potrebno nukleinske kisline beljakovine, polisaharide in podobno. Vse te snovi lahko delujejo kot gradbeni material za celico in organizem kot celoto, opravljajo funkcijo encimov, hormonov itd. Podrobneje bomo obravnavali drugi proces - energetski metabolizem.

Kaj je katabolizem?

Energetski metabolizem je proces, v katerem se snovi s kompleksno strukturo delijo na enostavnejše ali oksidirajo, zaradi česar telo prejme energijo, potrebno za življenje. Katabolizem vključuje več faz, med katerimi se pojavljajo različne kemijske reakcije. Odlikujejo jih trije.

Stopnje energetske presnove

Z navedbo faz katabolizma lahko ločimo pripravljalne, anaerobne (brez kisika) in aerobne (z uporabo kisika).

Pripravljalna faza

V tem času so kompleksne molekule spojin, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati in lipidi, razčlenjene na enostavnejše in na tej stopnji se polimeri pretvorijo v monomere. Ta proces poteka zunaj celice, v organih prebavnega sistema. To vključuje želodčni sok in različne encime. Kisik ni potreben za reakcije na tej stopnji. Zaradi reakcij, ki so se zgodile v tem času, beljakovine denaturirajo in razgradijo v aminokisline, kompleksnih ogljikovih hidratov pretvorijo se v enostavne monosaharide, glicerol in višje kisline nastanejo iz lipidov. Del procesa te faze se pojavlja tudi v lizosomih celice pod vplivom hidrolaznih encimov.

Druga faza - anaerobna fermentacija

Energijski metabolizem ima stopnjo fermentacije, ki jo imenujemo tudi glikoliza. Prav tako ne zahteva sodelovanja kisika v kemijskih reakcijah. Načeloma lahko fermentiramo zelo veliko organskih snovi, večinoma pa so ogljikovi hidrati. V procesu kemijskih reakcij, ki se uporabljajo v tej fazi katabolizma, nastajajo alkoholi, ogljikov dioksid, aceton, organske kisline, v nekaterih primerih vodik in druge snovi. Bakterije, enocelične glive in rastline, ki aktivno fermentirajo, se pogosto uporabljajo v industriji, na primer za proizvodnjo etilnega alkohola, proizvodnjo sirov in drugih izdelkov iz mlečne kisline, v pekarski industriji za proizvodnjo testa. Fermentacijo imenujemo tudi nepopolna oksidacija.

Reakcije, ki se pojavijo na tej stopnji, in njihova uporaba

Primer kemijskih reakcij, ki se odvijajo na tej stopnji, lahko imenujemo najpogostejša - alkoholna fermentacija. To je proces razcepljanja glukoze ali fruktoze pod vplivom posebnih encimov, v katerih se sproščata ogljikov dioksid in etilni alkohol ter tvorijo tudi molekule ATP. Enačba te kemijske reakcije je naslednja: C6H12O6 = 2C2H5ON + CO2 + 2ATP. Organizmi, ki uporabljajo to reakcijo za pridobivanje potrebne energije, se uporabljajo v industriji za proizvodnjo alkoholnih pijač. Kot rezultat procesa, ki se uporablja za energijo mlečne kislinske bakterije oblikovani mlečno kislino. Enačba je naslednja: C6H12O6 = C3H6O3 + 2ATP. V celicah živali in gliv je reakcija zelo razširjena, zaradi česar se sprosti piruvična kislina. Ta proces izgleda takole: С6Н12О6 = 2С3Н4О3 + (4N) + 2ATF.

Tretja in zadnja faza je celično dihanje.

Pojavi se v mitohondrijih. Na tej stopnji se snovi oksidirajo, zaradi česar se sprosti določena količina energije. Kot je bilo že mogoče uganiti, v takšnih procesih sodeluje kisik.
Oskrba različnih tkiv večceličnih organizmov s pomočjo eritrocitov, ki vsebujejo hemoglobin, za transport. Na tej stopnji celica razcepi snovi, pridobljene v prejšnjih stopnjah, na najpreprostejši - ogljikov dioksid in vodo. Ti dve snovi sta nujno nastali zaradi običajnega zgorevanja katere koli organske snovi. Da bi dosegli popolno oksidacijo organske spojine na stotine tisočkrat hitreje, kot bi lahko gorili, in brez uporabe ultravisokih temperatur, celici potrebujejo različne encime, ki jih vsebujejo lizosomi. Tudi za pridobivanje energije zaradi celičnega dihanja je potrebna snov ADP - adenozin difosfat, ki se uporablja tudi za številne druge namene. Glavna kemijska reakcija, ki se uporablja v tej fazi energetske presnove, je lahko napisana takole: 2С3Н6О3 + 6O2 + 36Н3RO4 + 36ADF = 6CO2 + 42N2O + 36ATF. Iz enačbe je razvidno, da se s takšnim procesom sprosti precejšnja količina energije. Tudi na tej stopnji se lahko pojavi reakcija popolne oksidacije piruvične kisline, zaradi katere se sprosti tudi energija, vendar v manjših količinah.

Kako nastaja kisik v ozračju?

Ker je glavni proces, v katerem leži energetski metabolizem pri živalih, nekaterih bakterijah in glivah, ravno celično dihanje, je kisik bistven za te organizme. In tako visoka vsebnost v ozračju našega planeta dolgujemo rastlinam - pljučem Zemlje. Dajejo nam kisik in iz fotosinteze vzamejo ogljikov dioksid iz zraka, s čimer dobijo organsko snov, ki jo potrebujejo, iz enostavnih anorganskih snovi (najpogosteje glukoze ali fruktoze). Proces fotosinteze nastane zaradi sončne energije, ki služi kot pospeševalnik za tovrstne kemijske reakcije. Enačbo fotosinteze lahko zapišemo takole: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. Procesi, ki jih obravnavamo v tem članku, še enkrat dokazujejo, da je vse v naravi medsebojno povezano: fotosinteza poteka z uporabo ogljikovega dioksida, nepotrebnega za živali, in energetska izmenjava slednjega ni mogoča brez kisika, ki ga rastline izločajo kot stranski proizvod fotosinteze.

Katere celične organele sodelujejo pri energetski presnovi?

Prvič, to so mitohondriji, v njih se odvija celoten proces celičnega dihanja. Snovi, ki smo jih pridobili med anaerobno fermentacijo, to je drugo stopnjo energetske presnove, oksidiramo na njihovih kristalih. Tudi to so lizosomi, ki so v besedilu že večkrat omenjeni. V svoji votlini, ki jo omejuje membrana, vsebujejo številne encime, ki so potrebni za vse reakcije. V citoplazmi celice s pomočjo teh organoidov pride do procesa nepopolne oksidacije (glikolize) organskih spojin. Izdelki, ki nastanejo na tej stopnji s sodelovanjem encimov, ki jih vsebujejo lizosomi, so surovina za nadaljnje celično dihanje, ki se pojavi v mitohondrijih. Poleg tega so mikrotubuli vključeni v te procese, ki prenašajo snovi skozi celico, kot tudi plazemsko membrano, ki vsebuje posebne beljakovine, ki prenašajo kemične spojine, ki so potrebne za energetsko presnovo iz okolja v citoplazmo.