Svi živi organizmi se sastoje od ćelija, osim virusa. Oni pružaju sve procese neophodne za život biljke ili životinje. Sama ćelija može biti poseban organizam. I kako tako složena struktura može živjeti bez energije? Naravno da ne. Dakle, kako se odvija opskrba ćelija energijom? Zasnovan je na procesima o kojima ćemo raspravljati u nastavku.
Obezbeđivanje ćelija energijom: kako to funkcioniše?
Malo ćelija prima energiju izvana, one je same proizvode. Eukariotske ćelije imaju neku vrstu "stanica". A izvor energije u ćeliji su mitohondrije – organela koja je proizvodi. To je proces ćelijskog disanja. Zbog toga se ćelije opskrbljuju energijom. Međutim, prisutni su samo u biljkama, životinjama i gljivama. Mitohondrije su odsutne u bakterijskim ćelijama. Stoga se kod njih snabdijevanje ćelija energijom odvija uglavnom zahvaljujući procesima fermentacije, a ne disanja.
Struktura mitohondrija
Ovo je dvomembranska organela koja se pojavila u eukariotskimćelije u procesu evolucije kao rezultat njene apsorpcije manje prokariotske ćelije. Ovo može objasniti činjenicu da mitohondrije sadrže vlastitu DNK i RNK, kao i mitohondrijske ribozome koji proizvode proteine neophodne za organele.
Unutarnja membrana ima izrasline koje se nazivaju kriste, ili grebeni. Na kristama se odvija proces ćelijskog disanja.
Ono što se nalazi unutar dvije membrane naziva se matriks. Sadrži proteine, enzime potrebne za ubrzavanje hemijskih reakcija, kao i RNK, DNK i ribozome.
Ćelijsko disanje je osnova života
Odvija se u tri faze. Pogledajmo svaki od njih detaljnije.
Prva faza - pripremna
Tokom ove faze, složena organska jedinjenja se razlažu na jednostavnija. Tako se proteini razlažu na aminokiseline, masti na karboksilne kiseline i glicerol, nukleinske kiseline na nukleotide, a ugljikohidrati na glukozu.
Glikoliza
Ovo je anoksična faza. Ona leži u činjenici da se supstance dobijene tokom prve faze dalje razgrađuju. Glavni izvori energije koje ćelija koristi u ovoj fazi su molekuli glukoze. Svaki od njih se u procesu glikolize razlaže na dva molekula piruvata. To se dešava tokom deset uzastopnih hemijskih reakcija. Zbog prvih pet, glukoza se fosforilira, a zatim dijeli na dvije fosfotrioze. Sljedećih pet reakcija proizvode dva molekulaATP (adenozin trifosforna kiselina) i dva molekula PVC-a (pirogrožđana kiselina). Energija ćelije je pohranjena upravo u obliku ATP-a.
Cijeli proces glikolize može se pojednostaviti na sljedeći način:
2OVER+ 2ADP + 2H3RO4 + C6H12O6 → 2H2O + 2OVER. N2 +2S3N4O 3 + 2ATP
Tako, koristeći jedan molekul glukoze, dva molekula ADP-a i dvije fosforne kiseline, stanica prima dva molekula ATP-a (energije) i dva molekula pirogrožđane kiseline, koje će koristiti u sljedećem koraku.
Treći stupanj - oksidacija
Ova faza se javlja samo u prisustvu kiseonika. Hemijske reakcije ovog koraka odvijaju se u mitohondrijima. Upravo je to glavni dio ćelijskog disanja, tokom kojeg se oslobađa najviše energije. U ovoj fazi, pirogrožđana kiselina, reagirajući s kisikom, razlaže se na vodu i ugljični dioksid. Osim toga, u ovom procesu nastaje 36 molekula ATP-a. Dakle, možemo zaključiti da su glavni izvori energije u ćeliji glukoza i pirogrožđana kiselina.
Sumirajući sve hemijske reakcije i izostavljajući detalje, možemo izraziti ceo proces ćelijskog disanja sa jednom pojednostavljenom jednačinom:
6O2 + C6N12O6 + 38ADP + 38H3RO4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.
Dakle, u toku disanja iz jednog molekula glukoze, šest molekula kiseonika,38 ADP molekula i isto toliko fosforne kiseline, ćelija prima 38 ATP molekula, u obliku kojih se skladišti energija.
Različitost mitohondrijskih enzima
Ćelija dobija energiju za život putem disanja - oksidacije glukoze, a zatim pirogrožđane kiseline. Sve ove hemijske reakcije se ne bi mogle odvijati bez enzima – bioloških katalizatora. Pogledajmo one koji se nalaze u mitohondrijima - organelama odgovornim za ćelijsko disanje. Sve se zovu oksidoreduktaze jer su potrebne da bi se osigurala pojava redoks reakcija.
Sve oksidoreduktaze se mogu podijeliti u dvije grupe:
- oksidaza;
- dehidrogenaza;
Dehidrogenaze se, pak, dijele na aerobne i anaerobne. Aerobna hrana sadrži koenzim riboflavin, koji tijelo prima iz vitamina B2. Aerobne dehidrogenaze sadrže NAD i NADP molekule kao koenzime.
Oksidaze su raznovrsnije. Prije svega, podijeljeni su u dvije grupe:
- oni koji sadrže bakar;
- oni koji sadrže željezo.
U prve spadaju polifenol oksidaze, askorbat oksidaze, u druge - katalaze, peroksidaze, citokromi. Potonji su pak podijeljeni u četiri grupe:
- cytochromes a;
- cytochromes b;
- cytochromes c;
- cytochromes d.
Cytochromes asadrže gvožđe formilporfirin, citohrome b - gvožđe protoporfirin, c - supstituisano gvožđe mezoporfirin, d - gvožđe dihidroporfirin.
Da li su mogući drugi načini dobijanja energije?
Uprkos činjenici da ga većina ćelija prima kao rezultat ćelijskog disanja, postoje i anaerobne bakterije kojima nije potreban kisik da bi postojale. Oni proizvode potrebnu energiju fermentacijom. Ovo je proces tokom kojeg se ugljikohidrati razgrađuju uz pomoć enzima bez sudjelovanja kisika, uslijed čega stanica dobiva energiju. Postoji nekoliko vrsta fermentacije u zavisnosti od konačnog produkta hemijskih reakcija. To može biti mliječna kiselina, alkohol, buterna kiselina, aceton-butan, limunska kiselina.
Na primjer, razmotrite alkoholnu fermentaciju. Može se izraziti na sljedeći način:
S6N12O6 →S2N5OH + 2SO2
To jest, bakterija razlaže jedan molekul glukoze u jedan molekul etil alkohola i dva molekula ugljičnog oksida (IV).
