Zellstoffwechsel

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Zellstoffwechsel

Metabolismus ist eine Reihe von Prozessen der Biosynthese und Spaltung komplexer organischer Substanzen in der Zelle und im Körper.

Anabolismus - plastischer Stoffwechsel, Assimilation, Biosynthese organischer Substanzen (organische Substanzen werden synthetisiert - Proteine, Fette, Kohlenhydrate), Energie wird verbraucht (ATP verbraucht), Photosynthese, Chemosynthese, Proteinbiosynthese.

Katabolismus - Energiestoffwechsel, Dissimilation, Abbau organischer Substanzen (organische Substanzen werden in CO2 und H2O gespalten, Energie wird freigesetzt und in Form von ATP gespeichert, Zellatmung (Energiestoffwechsel in der Zelle)).

Ernährungsformen (Methoden zur Gewinnung von ATP-Energie)

Autotrophe - in der Lage, organische Substanzen aus anorganischen zu erzeugen.

Es gibt Phototrophe (Nutzung von Sonnenenergie für die Biosynthese, Pflanzen und Blaugrünalgen - Cyanobakterien) und Chemotrophe (Verwendung von Energie chemischer Bindungen für die Biosynthese, Schwefelbakterien, Eisenbakterien, stickstoffbindende, nitrifizierende und Wasserstoffbakterien).

Heterotrophs - Verwenden Sie vorgefertigte organische Substanzen.

Es gibt Saprotrophe (verwenden Sie organische Substanzen von Leichen oder Abfallprodukten lebender Organismen, saprotrophe Bakterien, Tiere (Saprophagi) und Pilze) und Parasiten (leben auf Kosten eines anderen lebenden Organismus, ernähren sich von ihren Säften, Geweben oder verdauten Lebensmitteln, ohne zu töten, ständig oder vorübergehend den Wirtsorganismus als Lebensraum nutzen (Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere und Viren).

Kirilenko A. A. Biologie. Einheitliches Staatsexamen. Abschnitt "Molekularbiologie". Theorie, Schulungsaufgaben. 2017

Metabolismus (Stoffwechsel) - eine Reihe chemischer Reaktionen, die in einem lebenden Organismus für sein normales Funktionieren auftreten.

Der Stoffwechsel besteht aus dem Abbau von Stoffen (Energiestoffwechsel) und dem Zusammenfügen von Stoffen (plastischer Stoffwechsel).

Der plastische Stoffwechsel (Anabolismus, Assimilation) ist eine Kombination von Synthesereaktionen, die beim Verbrauch von ATP-Energie auftreten.

Ergebnis: Von den Nährstoffen, die in die Zelle gelangen, sind Proteine, Fette und Kohlenhydrate, die zur Bildung neuer Zellen, ihrer Organe und der interzellulären Substanz verwendet werden, charakteristisch für den Körper.

Energiestoffwechsel (Katabolismus, Dissimilation) - eine Reihe von Zerfallsreaktionen, die normalerweise bei der Freisetzung von Energie in Form von Wärme und in Form von ATP auftreten.

Ergebnis: Komplexe Substanzen zerlegen sich in einfachere (Differenzierung) oder Oxidation einer Substanz.

Der Metabolismus zielt auf die Erhaltung und Selbstreproduktion biologischer Systeme.

Dazu gehören der Eintritt von Substanzen in den Körper bei der Ernährung und Atmung, beim intrazellulären Stoffwechsel und bei der Freisetzung von Endprodukten des Stoffwechsels.

Der Metabolismus ist untrennbar mit der Umwandlung einiger Energiearten in andere verbunden. Beispielsweise wird im Prozess der Photosynthese Lichtenergie in Form von chemischen Bindungen komplexer organischer Moleküle gespeichert und im Prozess der Atmung freigesetzt und für die Synthese neuer Moleküle, mechanische und osmotische Arbeit, die in Form von Wärme abgebaut werden, verbraucht.

Enzyme sind biologische Katalysatoren mit Proteincharakter, die chemische Reaktionen in lebenden Organismen steuern.

Enzyme reduzieren die Aktivierungsenergie chemischer Reaktionen, beschleunigen deren Auftreten erheblich oder machen sie grundsätzlich möglich.

Enzyme können entweder einfache oder komplexe Proteine ​​sein, die neben dem Proteinteil einen Nicht-Protein-Cofaktor oder Coenzym umfassen.

Enzyme unterscheiden sich von Nicht-Protein-Katalysatoren durch ihre hohe Wirkspezifität: Jedes Enzym katalysiert spezifische Umwandlungen eines bestimmten Substrattyps.

Die Aktivität von Enzymen in lebenden Organismen wird durch mehrere Mechanismen reguliert:

- durch Interaktion mit regulatorischen Proteinen, Regulatoren mit niedrigem Molekulargewicht und Ionen

- durch Ändern der Reaktionsbedingungen, wie z. B. des pH-Wertes des Kompartiments

Stufen des Energiestoffwechsels

1. Vorbereitungen

Es wird durch Enzyme des Gastrointestinaltrakts, Lysosomenenzyme, durchgeführt. Die freiwerdende Energie wird als Wärme abgeführt. Ergebnis: Aufspaltung von Makromolekülen zu Monomeren: Fette zu Fettsäuren und Glycerin, Kohlenhydrate zu Glukose, Proteine ​​zu Aminosäuren, Nukleinsäuren zu Nukleotiden.

2. anaerobe (anoxische) Stufe oder Glykolyse (meistens ist das Substrat der Reaktion Glukose)

Ort natürlich: Zytoplasma von Zellen.

Das Ergebnis: die Spaltung der Monomere zu Zwischenprodukten. Glukose verliert vier Wasserstoffatome, wird also oxidiert, wobei sich zwei Moleküle Brenztraubensäure, zwei Moleküle ATP und zwei Moleküle erneuertes NADH + H + bilden.

Mit Sauerstoffmangel wird die gebildete Brenztraubensäure in Milchsäure umgewandelt.

3. aerobe (Sauerstoff) oder Gewebeatmung (zelluläre)

Oxidation von Zwischenverbindungen zu Endprodukten (CO2 und H2O) unter Freisetzung einer großen Energiemenge.

Krebszyklus: Das Wesen der Transformationen besteht in der schrittweisen Decarboxylierung und Dehydrierung von Brenztraubensäure, während der ATP, NADH und FADH2 gebildet werden. In nachfolgenden Reaktionen übertragen die energiereichen NADH und FADH2 ihre Elektronen in die Elektronentransportkette, einen Multienzymkomplex der inneren Oberfläche von Mitochondrienmembranen. Durch die Bewegung des Elektrons entlang der Trägerkette wird ATP gebildet. 2 3 H 6 O 3 + 6O 2 + 36 F + 36 ADP → 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATF

Brenztraubensäure (Milchsäure) reagiert mit Oxalessigsäure (Oxalacetat) unter Bildung von Zitronensäure (Citrat), die eine Reihe aufeinander folgender Reaktionen durchläuft, die in andere Säuren umgewandelt werden. Durch diese Umwandlungen wird Oxalessigsäure (Oxalacetat) gebildet, die wiederum mit Brenztraubensäure reagiert. Freier Wasserstoff verbindet sich mit NAD (Nicotinamidadenindinukleotid), um die Verbindung NADH zu bilden.

Quelle: "Biologie in Schemata, Begriffe, Tabellen" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phönix"

Quelle: Biologie Die 100 wichtigsten Themen von V.Yu. Jameev 2016

Genetische Informationen in der Zelle

Biosynthese von Protein und Nukleinsäuren

Genom - ein Satz von Erbmaterial, das in der Körperzelle enthalten ist.

Genetische (erbliche) Informationen werden als Sequenz von DNA-Nukleotiden und in einigen Viren-RNA kodiert.

Das eukaryotische Genom ist im Zellkern, in Mitochondrien und in Pflanzen sogar in Plastiden lokalisiert.

Mitochondrien und Plastiden sind relativ autonom, jedoch wird ein Teil der Mitochondrien- und Plastidenproteine ​​vom Kerngenom kodiert.

Ein Gen ist eine elementare Einheit der genetischen Information. Ein Gen ist eine DNA-Region, die für eine Proteinsequenz (Polypeptide) oder funktionelle RNA kodiert.

Eigenschaften des genetischen Codes

Genetischer Code

1) Triplett - jede Aminosäure entspricht einem dreifachen Nukleotid-DNA (RNA) -Codon; 2) eindeutig - ein Triplett codiert nur eine Aminosäure;

3) entartet - mehrere verschiedene Tripletts können eine Aminosäure kodieren;

4) universal - eine für alle Organismen, die auf der Erde existieren;

5) überschneidet sich nicht - Codons werden nacheinander von einem bestimmten Punkt in einer Richtung gelesen (ein Nukleotid kann nicht gleichzeitig Teil zweier benachbarter Tripletts sein);

6) Zwischen den Genen gibt es "Trennzeichen" - Bereiche, die keine genetische Information enthalten, sondern nur einige Gene von anderen trennen. Sie werden Spacer genannt.

Die Stoppcodons von UAAA, UAG, UGA bezeichnen die Beendigung der Synthese einer Polypeptidkette, das Triplett von AUG bestimmt den Ort des Beginns der Synthese der nächsten.

Quellen: Biologie der 100 wichtigsten Themen von V.Yu. Jameev 2016

"Biologie in Schemata, Begriffe, Tabellen" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phönix"

Visuelle Referenz. Biologie 10-11 Klassen. Krasilnikova

Was ist Stoffwechsel?

Ich habe nie darüber nachgedacht, warum manche Menschen alles essen (Brötchen und Gebäck nicht vergessen), während sie so aussehen, als hätten sie mehrere Tage nicht gegessen, während andere im Gegenteil ständig Kalorien zählen, auf Diät sitzen und sich fit halten Hallen und kann immer noch nicht mit diesen zusätzlichen Pfunden fertig werden. Was ist das Geheimnis? Es stellt sich heraus, dass das Ganze über den Stoffwechsel geht!

Was ist also Stoffwechsel? Und warum leiden Menschen, die eine hohe metabolische Reaktionsrate haben, niemals an Fettleibigkeit oder Übergewicht? Was den Stoffwechsel anbelangt, ist Folgendes zu beachten: Dies ist ein Stoffwechsel, der im Körper und bei allen chemischen Veränderungen stattfindet, beginnend mit dem Moment, in dem die Nährstoffe in den Körper gelangen, bis sie aus dem Körper in die äußere Umgebung gelangen. Der Stoffwechselprozess umfasst alle Reaktionen, die im Körper ablaufen, dank denen die strukturellen Elemente der Gewebe, Zellen aufgebaut werden, sowie alle Prozesse, durch die der Körper die Energie erhält, die er für die normale Pflege benötigt.

Der Stoffwechsel spielt in unserem Leben eine große Rolle, denn dank all dieser Reaktionen und chemischen Veränderungen bekommen wir alles, was wir brauchen, von Nahrungsmitteln: Fetten, Kohlenhydraten, Proteinen sowie Vitaminen, Mineralien, Aminosäuren, gesunden Ballaststoffen, organischen Säuren usw. d.

Entsprechend seinen Eigenschaften kann der Metabolismus in zwei Hauptteile unterteilt werden: Anabolismus und Katabolismus, dh die Prozesse, die zur Bildung aller notwendigen organischen Substanzen und zu den destruktiven Prozessen beitragen. Das heißt, anabole Prozesse tragen zur "Umwandlung" einfacher Moleküle in komplexere Moleküle bei. Und all diese Datenprozesse sind mit Energiekosten verbunden. Katabolische Prozesse setzen den Körper dagegen von den Abbauprodukten frei, wie Kohlendioxid, Harnstoff, Wasser und Ammoniak, was zur Freisetzung von Energie führt, d. H. Wir können grob sagen, dass der Urinstoffwechsel stattfindet.

Was ist Zellstoffwechsel?

Was ist Zellstoffwechsel oder lebender Zellstoffwechsel? Es ist bekannt, dass jede lebende Zelle in unserem Körper ein gut koordiniertes und organisiertes System ist. Die Zelle enthält verschiedene Strukturen, große Makromoleküle, die dazu beitragen, dass sie durch Hydrolyse (das heißt, die Zelle wird unter dem Einfluss von Wasser gespalten wird) in die kleinsten Komponenten zerfallen.

Darüber hinaus enthalten die Zellen eine große Menge an Kalium und ziemlich viel Natrium, obwohl die Zellumgebung viel Natrium enthält, und Kalium ist im Gegenteil viel weniger. Darüber hinaus ist die Zellmembran so gestaltet, dass das Eindringen von Natrium und Kalium unterstützt wird. Leider können verschiedene Strukturen und Enzyme diese stromlinienförmige Struktur zerstören.

Und die Zelle selbst ist weit entfernt vom Verhältnis von Kalium und Natrium. Eine solche "Harmonie" wird erst nach dem Tod einer Person im Prozess der sterblichen Autolyse erreicht, dh der Verdauung oder Zersetzung des Organismus unter dem Einfluss seiner eigenen Enzyme.

Was ist Energie für Zellen?

Erstens ist die Energie der Zellen einfach notwendig, um die Arbeit des Systems zu unterstützen, die weit vom Gleichgewicht entfernt ist. Damit sich eine Zelle in einem für sie normalen Zustand befindet, muss sie, selbst wenn sie sich weit vom Gleichgewicht entfernt befindet, unbedingt die für sie notwendige Energie erhalten. Und diese Regel ist eine unabdingbare Voraussetzung für eine normale Zellfunktion. Daneben gibt es noch eine weitere Arbeit, die auf die Interaktion mit der Umgebung abzielt.

Wenn zum Beispiel Muskelzellen oder Nierenzellen abgebaut werden und sich sogar Urin bildet, oder Nervenimpulse in Nervenzellen auftreten, und in Zellen, die für den Gastrointestinaltrakt verantwortlich sind, hat die Sekretion von Verdauungsenzymen begonnen oder die Hormonsekretion in Zellen hat begonnen endokrine Drüsen? Oder zum Beispiel begannen die Glühwürmchen zu leuchten, und in den Zellen von Fischen gab es beispielsweise Elektrizitätsentladungen? Zu all dem gehörte nicht dazu und brauchte Energie.

Was sind die Energiequellen?

In den obigen Beispielen sehen wir. Dass die Zelle für ihre Arbeit die Energie nutzt, die durch die Struktur von Adenosintriphosphat oder (ATP) gewonnen wird. Dank ihr ist die Zelle mit Energie gesättigt, deren Freisetzung zwischen die Phosphatgruppen gelangen und der weiteren Arbeit dienen kann. Gleichzeitig wird jedoch durch einfaches hydrolytisches Aufbrechen der Phosphatbindungen (ATP) die resultierende Energie der Zelle nicht zur Verfügung stehen. In diesem Fall wird die Energie als Wärme verschwendet.

Dieser Prozess besteht aus zwei aufeinander folgenden Schritten. In jeder dieser Stufen handelt es sich um ein Zwischenprodukt, das als HF bezeichnet wird. In den folgenden Gleichungen bezeichnen X und Y zwei völlig unterschiedliche organische Substanzen, der Buchstabe F bedeutet Phosphat und die Abkürzung ADP bezieht sich auf Adenosindiphosphat.

Normalisierung des Stoffwechsels - dieser Begriff ist mittlerweile fest in unserem Leben verankert, außerdem ist er zu einem Indikator für normales Gewicht geworden, da Störungen des Stoffwechsels im Körper oder Stoffwechsel oft mit Gewichtszunahme, Übergewicht, Fettleibigkeit oder dessen Insuffizienz verbunden sind. Identifizieren Sie die Rate der Stoffwechselvorgänge im Körper aufgrund des Tests auf der Grundlage des Austausches.

Was ist der Hauptaustausch? Dies ist ein Indikator für die Intensität der körpereigenen Energieproduktion. Dieser Test wird morgens auf leerem Magen durchgeführt, während der Passivität, dh in Ruhe. Ein qualifizierter Techniker misst die Sauerstoffaufnahme (O2) sowie die Ausscheidung durch den Körper (CO2). Stellen Sie beim Vergleich der Daten fest, wie viel Prozent der Körper ankommende Nährstoffe verbrennt.

Auch das Hormonsystem, die Schilddrüse und die endokrinen Drüsen beeinflussen die Aktivität von Stoffwechselprozessen. Daher versuchen die Ärzte bei der Erkennung der Behandlung von Stoffwechselkrankheiten auch, das Arbeitsniveau dieser Hormone im Blut und die verfügbaren Krankheiten dieser Systeme zu ermitteln und zu berücksichtigen.

Die wichtigsten Methoden zur Untersuchung von Stoffwechselprozessen

Bei der Untersuchung des Stoffwechsels von einem (beliebigen) Nährstoff werden alle seine (damit einhergehenden) Veränderungen von einer Form beobachtet, die in den Körper gelangt ist, bis zu dem Endzustand, in dem sie aus dem Körper ausgeschieden werden.

Die Methoden der Stoffwechselforschung sind heute äußerst unterschiedlich. Zusätzlich werden zu diesem Zweck eine Reihe biochemischer Methoden eingesetzt. Eine Methode zur Untersuchung des Stoffwechsels ist die Verwendung von Tieren oder Organen.

Dem zu testenden Tier wird eine spezielle Substanz injiziert, und dann werden durch den Urin und die Exkremente mögliche Produkte der Veränderung (Metaboliten) der Substanz nachgewiesen. Die genauesten Informationen können durch Untersuchen der Stoffwechselprozesse eines bestimmten Organs, beispielsweise des Gehirns, der Leber oder des Herzens, gesammelt werden. Dazu wird diese Substanz in das Blut injiziert. Danach helfen die Metaboliten, sie im Blut dieses Organs zu identifizieren.

Dieses Verfahren ist sehr komplex und mit Risiken behaftet, da sie bei solchen Forschungsmethoden häufig die Thin-Pinch-Methode verwenden oder Teile dieser Organe herstellen. Solche Abschnitte werden in speziellen Inkubatoren untergebracht, wo sie in speziellen löslichen Substanzen unter Zusatz der Substanz, deren Metabolismus untersucht wird, bei einer Temperatur (ähnlich der Körpertemperatur) gehalten werden.

Bei dieser Forschungsmethode werden die Zellen nicht beschädigt, da die Schnitte so dünn sind, dass die Substanz leicht und ungehindert in die Zellen eindringt und diese verlässt. Es kommt vor, dass es Schwierigkeiten gibt, wenn eine spezielle Substanz langsam durch die Zellmembran geleitet wird.

In diesem Fall werden die Gewebe zum Zerstören der Membranen normalerweise zerkleinert, so dass die spezielle Substanz die Zellpulpe inkubiert. Solche Experimente haben gezeigt, dass alle lebenden Körperzellen Glukose zu Kohlendioxid und Wasser oxidieren können und nur Lebergewebezellen Harnstoff synthetisieren können.

Zellen verwenden?!

Entsprechend ihrer Struktur stellen die Zellen ein sehr komplexes organisiertes System dar. Es ist bekannt, dass eine Zelle aus einem Zellkern und einem Zytoplasma besteht, und im umgebenden Zytoplasma gibt es kleine Körper, die als Organellen bezeichnet werden. Sie unterscheiden sich in Größe und Textur.

Dank spezieller Techniken wird es möglich sein, die Gewebe der Zellen zu homogenisieren und dann einer speziellen Trennung (Differentialzentrifugation) zu unterziehen, wodurch Arzneimittel erhalten werden, die nur Mitochondrien, nur Mikrosomen sowie Plasma oder klare Flüssigkeit enthalten. Diese Medikamente werden separat mit der Verbindung, deren Metabolismus untersucht wird, inkubiert, um genau zu bestimmen, welche subzellulären Strukturen an aufeinanderfolgenden Veränderungen beteiligt sind.

Es gab Fälle, in denen die anfängliche Reaktion im Zytoplasma einsetzte und das Produkt Veränderungen in den Mikrosomen unterworfen wurde. Danach wurden Änderungen bei anderen Reaktionen mit Mitochondrien beobachtet. Die untersuchte Substanzinkubation mit einem Gewebehomogenat oder lebenden Zellen zeigt meist keine separaten Metabolisierungsstadien. Nachfolgende Experimente, bei denen die eine oder andere subzelluläre Struktur für die Inkubation verwendet wird, helfen, die gesamte Kette dieser Ereignisse zu verstehen.

Verwendung radioaktiver Isotope

Um diese oder andere Stoffwechselprozesse einer Substanz zu untersuchen, ist es notwendig:

• Analysemethoden zur Bestimmung der Substanz und ihrer Metaboliten verwenden;
• Es ist notwendig, solche Methoden zu verwenden, die dazu beitragen, die eingeführte Substanz von derselben Substanz zu unterscheiden, aber bereits in dieser Zubereitung vorhanden sind.

Die Einhaltung dieser Anforderungen war das Haupthindernis bei der Untersuchung metabolischer Prozesse im Körper, bis zu diesem Zeitpunkt bis zur Entdeckung radioaktiver Isotope und bei 14C ein radioaktives Kohlenhydrat. Nach dem Aufkommen von 14C und Instrumenten, mit denen auch schwache Radioaktivität gemessen werden kann, sind alle oben genannten Schwierigkeiten zu Ende gegangen. Danach ging der Fall mit der Messung von Stoffwechselvorgängen, wie sie sagen, den Hügel hinauf.

Wenn nun eine markierte 14C-markierte Fettsäure einem speziellen biologischen Präparat (z. B. mitochondrialen Suspensionen) zugesetzt wird, sind danach keine speziellen Analysen erforderlich, um Produkte zu bestimmen, die ihre Transformation beeinflussen. Um die Nutzungsrate herauszufinden, ist es jetzt möglich geworden, die Radioaktivität der mitochondrialen Fraktionen, die sequenziell erhalten werden, einfach zu messen.

Diese Technik hilft nicht nur zu verstehen, wie man den Stoffwechsel normalisiert, sondern man kann auch leicht die Moleküle der eingeführten radioaktiven Fettsäure experimentell von den Fettsäuremolekülen unterscheiden, die zu Beginn des Experiments bereits in den Mitochondrien vorhanden sind.

Elektrophorese und. Chromatographie

Um zu verstehen, was und wie der Stoffwechsel normalisiert, dh wie der Stoffwechsel normalisiert wird, ist es auch notwendig, solche Methoden zu verwenden, die zur Trennung der Mischung beitragen, zu der organische Substanzen in kleinen Mengen gehören. Eine der wichtigsten Methoden, die auf dem Adsorptionsphänomen beruht, wird als Chromatographieverfahren angesehen. Dank dieser Methode erfolgt die Trennung der Komponentenmischung.

Wenn dies geschieht, erfolgt die Trennung der Komponenten des Gemisches, die entweder durch Adsorption am Sorptionsmittel oder dank des Papiers erfolgt. Bei der Trennung durch Adsorption am Sorptionsmittel, das heißt, wenn sie beginnen, solche Spezialglasröhrchen (Säulen) mit allmählicher und nachfolgender Elution zu füllen, das heißt mit dem nachfolgenden Auslaugen jeder der verfügbaren Komponenten.

Die Methode der Trennung der Elektrophorese hängt direkt vom Vorhandensein von Anzeichen sowie von der Anzahl der ionisierten Ladungen der Moleküle ab. Elektrophorese wird auch an beliebigen inaktiven Trägern wie Cellulose, Gummi, Stärke oder schließlich auf Papier durchgeführt.

Eine der empfindlichsten und effektivsten Methoden zur Trennung eines Gemisches ist die Gaschromatographie. Diese Trennmethode wird nur angewendet, wenn sich die zur Trennung notwendigen Substanzen im gasförmigen Zustand befinden oder beispielsweise jederzeit in diesen Zustand eintreten können.

Wie ist die Freisetzung von Enzymen?

Um herauszufinden, wie Enzyme freigesetzt werden, muss man verstehen, dass dies der letzte Platz in dieser Reihe ist: ein Tier, dann ein Organ, dann ein Gewebeschnitt und dann eine Fraktion von Zellorganellen und ein Homogenat, das Enzyme nimmt, die durch eine bestimmte chemische Reaktion katalysiert werden. Die Isolierung von Enzymen in gereinigter Form ist zu einer wichtigen Richtung bei der Untersuchung von Stoffwechselprozessen geworden.

Die Kombination und Kombination der oben genannten Methoden ermöglichte die wichtigsten Stoffwechselwege in den meisten Organismen unseres Planeten, einschließlich des Menschen. Darüber hinaus haben diese Methoden dazu beigetragen, Antworten auf die Frage zu finden, wie die Stoffwechselprozesse im Körper ablaufen, und sie haben auch dazu beigetragen, die Konsistenz der Hauptstadien dieser Stoffwechselwege zu klären. Heute gibt es mehr als tausend biochemische Reaktionen aller Art, die bereits untersucht wurden, und auch die Enzyme, die an diesen Reaktionen beteiligt sind.

Da das Auftreten von Manifestationen in den Zellen des Lebens ATP erfordert, ist es nicht überraschend, dass die Geschwindigkeit der Stoffwechselprozesse von Fettzellen hauptsächlich auf die Synthese von ATP abzielt. Um dies zu erreichen, werden sequentielle Reaktionen mit unterschiedlicher Komplexität verwendet. Für diese Reaktionen wird hauptsächlich chemische Energie verwendet, die in den Fettmolekülen (Lipiden) und Kohlenhydraten enthalten ist.

Stoffwechselvorgänge zwischen Kohlenhydraten und Lipiden

Ein solcher Stoffwechselprozess zwischen Kohlenhydraten und Lipiden wird auf unterschiedliche Weise als ATP-Synthese bezeichnet, einem anaeroben (also ohne Sauerstoff) Stoffwechsel.

Die Hauptaufgabe von Lipiden und Kohlenhydraten besteht darin, dass die Synthese von ATP zu einfacheren Verbindungen führt, obwohl in den primitivsten Zellen die gleichen Prozesse ablaufen. Nur in einer sauerstofffreien Atmosphäre ist die vollständige Oxidation von Fetten und Kohlenhydraten zu Kohlendioxid unmöglich geworden.

Sogar diese primitiven Zellen verwendeten die gleichen Prozesse und Mechanismen, mit denen die Umstrukturierung der Struktur des Glucosemoleküls selbst durchgeführt wurde, die geringe Mengen an ATP synthetisierte. Mit anderen Worten, solche Prozesse in Mikroorganismen werden Fermentation genannt. Heute ist die "Fermentation" von Glucose zu Äthylalkohol und Kohlendioxid in Hefe besonders gut untersucht.

Um all diese Veränderungen abzuschließen und eine Reihe von Zwischenprodukten zu bilden, mussten elf aufeinanderfolgende Reaktionen durchgeführt werden, die schließlich im Parlament von Zwischenprodukten (Phosphaten), dh Phosphorsäureestern, präsentiert wurden. Diese Phosphatgruppe wurde in Adenosindiphosphat (ADP) und auch unter Bildung von ATP überführt. Nur zwei Moleküle bildeten die Nettoausbeute an ATP (für jedes der Glucosemoleküle, die als Ergebnis des Fermentationsprozesses erhalten wurden). Ähnliche Prozesse wurden auch in allen lebenden Körperzellen beobachtet, da sie die für das normale Funktionieren notwendige Energie lieferten. Solche Prozesse werden oft als anaerobe Zellatmung bezeichnet, obwohl dies nicht ganz richtig ist.

Sowohl bei Säugetieren als auch beim Menschen wird dieses Verfahren als Glykolyse bezeichnet und das Endprodukt ist Milchsäure, nicht CO2 (Kohlendioxid) und kein Alkohol. Mit Ausnahme der letzten beiden Stufen ist die gesamte Sequenz der Glykolysereaktionen nahezu identisch mit dem in Hefezellen ablaufenden Prozess.

Aerobischer Stoffwechsel bedeutet Sauerstoff

Mit dem Aufkommen von Sauerstoff in der Atmosphäre, dank der Photosynthese von Pflanzen, dank Mutter Natur, hat sich offensichtlich ein Mechanismus herausgebildet, der die vollständige Oxidation von Glukose zu Wasser und CO2 ermöglichte. Ein derartiger aerober Prozess ermöglichte die reine Ausbeute an ATP (von achtunddreißig Molekülen, bezogen auf jedes Glucosemolekül, nur oxidiert).

Ein solches Verfahren der Verwendung von Sauerstoff durch Zellen zum Erscheinen von Verbindungen mit Energie wird heute als aerobe Zellatmung bezeichnet. Diese Atmung wird durch cytoplasmatische Enzyme (im Gegensatz zu anaeroben) durchgeführt, und oxidative Prozesse finden in den Mitochondrien statt.

Hier wird die Brenztraubensäure, die ein Zwischenprodukt ist, nachdem sie in der anaeroben Phase gebildet wurde, durch sechs aufeinanderfolgende Reaktionen in den Zustand von CO2 oxidiert, wobei in jeder Reaktion ein Paar ihrer Elektronen in den Akzeptor übertragen wird, das als CoNB-Adenindinukleotid (NAD) bezeichnet wird. Diese Abfolge von Reaktionen wird als Tricarbonsäurezyklus sowie als Zitronensäurezyklus oder Krebszyklus bezeichnet, was dazu führt, dass jedes Glucosemolekül zwei Moleküle der Brenztraubensäure bildet. Während dieser Reaktion verlassen zwölf Elektronenpaare das Glucosemolekül zur weiteren Oxidation.

Im Zuge der Energiequelle sprechen. Lipide

Es stellt sich heraus, dass Fettsäuren neben Kohlenhydraten auch als Energiequelle fungieren können. Die Oxidation von Fettsäuren erfolgt aufgrund der Abspaltungssequenz der Fettsäure (oder vielmehr ihres Moleküls) des Zwei-Kohlenstoff-Fragments mit dem Auftreten von Acetyl-Coenzym A (sonst Acetyl-CoA) und der gleichzeitigen Übertragung von zwei Elektronenpaaren an die Kette ihrer Übertragung.

Somit ist das erhaltene Acetyl-CoA die gleiche Komponente des Tricarbonsäurezyklus, dessen weiteres Schicksal sich nicht sehr von Acetyl-CoA unterscheidet, das durch den Kohlenhydratstoffwechsel zugeführt wird. Dies bedeutet, dass die Mechanismen, die ATP während der Oxidation von Glucosemetaboliten und Fettsäuren synthetisieren, nahezu identisch sind.

Wenn die Energie, die in den Körper gelangt, fast nur durch einen Fettsäureoxidationsprozess erhalten wird (zum Beispiel während des Fastens, bei einer Krankheit wie Zuckerdiathese usw.), wird in diesem Fall die Intensität von Acetyl-CoA überschritten die Intensität seiner Oxidation im Zyklus von Tricarbonsäuren. In diesem Fall beginnen die Acetyl-CoA-Moleküle (die redundant sind) miteinander zu reagieren. Durch diesen Prozess werden Acetessig- und b-Hydroxybuttersäuren gebildet. Eine solche Ansammlung kann Ketose verursachen, es ist eine der Arten von Azidose, die schwere Diabetes und sogar den Tod verursachen kann.

Warum Energie reservieren?!

Um auf irgendeine Weise zusätzliche Energiereserven zu erhalten, zum Beispiel für Tiere, die sich unregelmäßig und nicht systematisch ernähren, ist es einfach notwendig, sich mit der nötigen Energie aufzufüllen. Diese Energiereserven werden von Nahrungsreserven erzeugt, die alle die gleichen Fette und Kohlenhydrate enthalten.

Es stellt sich heraus Fettsäuren können in Form neutraler Fette in die Reserve gelangen, die sowohl im Fettgewebe als auch in der Leber enthalten sind. Und Kohlenhydrate, die in großen Mengen im Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden, beginnen zu Glukose und anderen Zuckern zu hydrolysieren, die bei der Freisetzung in die Leber zu Glukose synthetisiert werden. Und genau dort beginnt das Riesenpolymer aus Glukose zu synthetisieren, indem Glukoserückstände kombiniert und Wassermoleküle abgespalten werden.

Manchmal beträgt die restliche Glukosemenge in Glykogenmolekülen 30.000, und wenn Energie benötigt wird, zerfällt das Glykogen während einer chemischen Reaktion wieder in Glukose, dessen Produkt Glukosephosphat ist. Dieses Glukosephosphat befindet sich auf dem Weg des Prozesses der Glykolyse, der Teil des Weges ist, der für die Oxidation von Glukose verantwortlich ist. Glukosephosphat kann auch in der Leber selbst eine Hydrolysereaktion eingehen, und die auf diese Weise gebildete Glukose wird zusammen mit dem Blut an die Körperzellen abgegeben.

Wie ist die Synthese von Kohlenhydraten in Lipiden?

Magst du Kohlenhydrate? Es stellt sich heraus, dass, wenn die Kohlenhydratmenge, die einmal aus der Nahrung aufgenommen wurde, die zulässige Rate überschreitet, die Kohlenhydrate in diesem Fall in Form von Glykogen in den „Vorrat“ überführt werden. überschüssige Kohlenhydratnahrung wird in Fett umgewandelt. Zunächst wird aus Glucose Acetyl-CoA gebildet, und dann beginnt es im Cytoplasma der Zelle für langkettige Fettsäuren zu synthetisieren.

Dieser "Transformationsprozess" kann als normaler oxidativer Prozess von Fettzellen beschrieben werden. Danach beginnen sich Fettsäuren in Form von Triglyceriden, dh neutralen Fetten (hauptsächlich Problemzonen), in verschiedenen Körperbereichen anzulagern.

Wenn der Körper dringend Energie benötigt, hydrolysieren neutrale Fette und Fettsäuren fließen in das Blut. Hier werden sie mit Albumin- und Globulinmolekülen, das heißt Plasmaproteinen, gesättigt und beginnen dann von anderen, sehr unterschiedlichen Zellen aufgenommen zu werden. Tiere haben keinen solchen Mechanismus, der die Synthese von Glukose und Fettsäuren durchführen kann, aber die Pflanzen haben sie.

Synthese von Stickstoffverbindungen

Bei Tieren werden Aminosäuren nicht nur als Proteinbiosynthese verwendet, sondern auch als Ausgangsmaterial für die Synthese bestimmter stickstoffhaltiger Verbindungen. Eine Aminosäure wie Tyrosin wird zur Vorstufe von Hormonen wie Noradrenalin und Adrenalin. Und Glycerin (die einfachste Aminosäure) ist das Ausgangsmaterial für die Biosynthese von Purinen, die Teil der Nukleinsäure sind, sowie von Porphyrinen und Cytochromen.

Die Vorstufe von Pyrimidinen von Nukleinsäuren ist Asparaginsäure, und die Methioningruppe beginnt während der Synthese von Kreatin, Sarkosin und Cholin übertragen zu werden. Die Vorstufe der Nikotinsäure ist Tryptophan, und aus Valin (das in Pflanzen gebildet wird) kann ein Vitamin wie Pantothensäure synthetisiert werden. Und dies sind nur einige Beispiele für die Verwendung der Synthese von Stickstoffverbindungen.

Wie funktioniert der Fettstoffwechsel?

Normalerweise dringen Lipide als Fettsäuretriglyceride in den Körper ein. Sobald sie sich im Darm unter dem Einfluss von Enzymen befinden, die von der Bauchspeicheldrüse produziert werden, beginnen sie, sich zu hydrolysieren. Hier werden sie wieder als neutrale Fette synthetisiert, wonach sie entweder in die Leber oder in das Blut gelangen und auch als Reserve im Fettgewebe abgelegt werden können.

Wir haben bereits gesagt, dass Fettsäuren auch aus zuvor erscheinenden Kohlenhydratvorläufern synthetisiert werden können. Es ist auch zu beachten, dass trotz der Tatsache, dass in tierischen Zellen der gleichzeitige Einschluss einer Doppelbindung in langkettige Fettsäuremoleküle beobachtet werden kann. Diese Zellen können die zweite und auch die dritte Doppelverbindung nicht enthalten.

Und da Fettsäuren mit drei und zwei Doppelbindungen eine wichtige Rolle in den Stoffwechselprozessen von Tieren (einschließlich Menschen) spielen, sind sie im Wesentlichen wichtige Nährstoffe, könnte man sagen, Vitamine. Daher werden Linolensäure (C18: 3) und Linolsäure (C18: 2) auch als essentielle Fettsäuren bezeichnet. Es wurde auch gefunden, dass in Zellen der Linolensäure auch die duale vierte Bindung involviert sein kann. Aufgrund der Verlängerung der Kohlenstoffkette kann ein weiterer wichtiger Teilnehmer an den Stoffwechselreaktionen von Arachidonsäure (C20: 4) auftreten.

Während der Lipidsynthese können Rückstände von Fettsäuren beobachtet werden, die mit Coenzym A assoziiert sind. Dank der Synthese werden diese Rückstände in Glycerinphosphatester von Glycerin und Phosphorsäure überführt. Als Ergebnis dieser Reaktion wird eine Verbindung von Phosphatidsäure gebildet, wobei eine ihrer Verbindungen Glycerin ist, das mit Phosphorsäure verestert ist, und die anderen beiden Fettsäuren sind.

Wenn neutrale Fette auftreten, wird Phosphorsäure durch Hydrolyse entfernt und stattdessen Fettsäure, die aus einer chemischen Reaktion mit Acyl-CoA resultiert. Coenzym A selbst kann aufgrund eines der Pantothensäure-Vitamine auftreten. Dieses Molekül enthält eine Sulfhydrylgruppe, die mit dem Aufkommen von Thioestern auf Säuren reagiert. Phospholipid-Phosphatidsäure reagiert wiederum auf stickstoffhaltige Basen wie Serin, Cholin und Ethanolamin.

Somit können alle Steroide, die in Säugetieren (mit Ausnahme von Vitamin D) gefunden werden, vom Organismus selbst unabhängig hergestellt werden.

Wie erfolgt der Eiweißstoffwechsel?

Es ist bewiesen, dass die in allen lebenden Zellen vorhandenen Proteine ​​aus einundzwanzig Arten von Aminosäuren bestehen, die in unterschiedlichen Sequenzen miteinander verbunden sind. Diese Aminosäuren werden von Organismen synthetisiert. Eine solche Synthese führt gewöhnlich zum Auftreten von α-Ketosäuren. A-Ketosäure oder A-Ketoglutarsäure nehmen nämlich an der Synthese von Stickstoff teil.

Der menschliche Körper hat, wie der Körper vieler Tiere, die Fähigkeit erhalten, alle verfügbaren Aminosäuren (mit Ausnahme einiger essentieller Aminosäuren), die notwendigerweise aus der Nahrung stammen müssen, zu synthetisieren.

Wie funktioniert die Proteinsynthese?

Dieser Prozess läuft normalerweise wie folgt ab. Jede Aminosäure im Zytoplasma der Zelle reagiert mit ATP und grenzt dann an die Endgruppe des Ribonukleinsäuremoleküls an, das für diese Aminosäure spezifisch ist. Dann wird das komplizierte Molekül mit dem Ribosom verbunden, das an der Position eines ausgedehnteren Ribonukleinsäuremoleküls bestimmt wird, das mit dem Ribosom verbunden ist.

Nachdem alle komplexen Moleküle aneinandergereiht sind, besteht eine Lücke zwischen der Aminosäure und der Ribonukleinsäure, die Synthese der benachbarten Aminosäuren beginnt und das Protein wird erhalten. Die Normalisierung des Metabolismus beruht auf der harmonischen Synthese von Protein-Kohlenhydrat-Fettstoffwechselprozessen.

Was ist also der Stoffwechsel von organischer Substanz?

Um die Stoffwechselvorgänge besser zu verstehen und zu verstehen sowie die Gesundheit wiederherzustellen und den Stoffwechsel zu verbessern, müssen Sie die folgenden Empfehlungen zur Normalisierung und Wiederherstellung des Stoffwechsels befolgen.

• Es ist wichtig zu verstehen, dass Stoffwechselprozesse nicht rückgängig gemacht werden können. Die Zersetzung von Substanzen verläuft niemals auf dem einfachen Umlaufweg von Synthesereaktionen. Andere Enzyme sowie einige Zwischenprodukte sind notwendigerweise an diesem Zerfall beteiligt. Sehr oft beginnen Prozesse, die in verschiedene Richtungen gerichtet sind, in verschiedenen Kompartimenten der Zelle zu fließen. Zum Beispiel können Fettsäuren im Cytoplasma einer Zelle synthetisiert werden, wenn sie einem bestimmten Satz von Enzymen ausgesetzt sind, und der Oxidationsprozess in den Mitochondrien kann mit einem völlig anderen Satz ablaufen.
• In lebenden Körperzellen wird eine ausreichende Anzahl von Enzymen beobachtet, um den Prozess von Stoffwechselreaktionen zu beschleunigen. Trotzdem laufen Stoffwechselprozesse nicht immer schnell ab. Dies weist auf das Vorhandensein einiger regulatorischer Mechanismen in unseren Zellen hin, die Stoffwechselprozesse beeinflussen. Bis heute wurden einige Arten solcher Mechanismen entdeckt.
• Einer der Faktoren, die die Abnahme der Stoffwechselvorgänge einer bestimmten Substanz beeinflussen, ist die Aufnahme einer bestimmten Substanz in die Zelle selbst. Daher kann die Regulation von Stoffwechselprozessen auf diesen Faktor ausgerichtet werden. Wenn wir zum Beispiel Insulin nehmen, hängt dessen Funktion, wie wir wissen, mit der Erleichterung des Eindringens von Glukose in alle Zellen zusammen. Die Geschwindigkeit der "Umwandlung" von Glukose hängt in diesem Fall von der Geschwindigkeit ab, mit der sie erreicht wurde. Wenn wir Kalzium und Eisen in Betracht ziehen, wenn sie aus dem Darm in das Blut gelangen, hängt die Rate der Stoffwechselreaktionen in diesem Fall von vielen ab, einschließlich regulatorischer Prozesse.
• Leider können sich nicht alle Substanzen frei von einem Zellkompartiment in ein anderes bewegen. Es wird auch angenommen, dass der intrazelluläre Transfer ständig von bestimmten Steroidhormonen überwacht wird.
• Wissenschaftler haben zwei Arten von Servomechanismen identifiziert, die in Stoffwechselprozessen für negatives Feedback verantwortlich sind.
• Sogar Bakterien wurden Beispiele genannt, die das Vorhandensein von aufeinanderfolgenden Reaktionen belegen. Zum Beispiel hemmt die Biosynthese eines der Enzyme Aminosäuren, die zum Erhalt dieser Aminosäure notwendig sind.
• Bei der Untersuchung einzelner Fälle von Stoffwechselreaktionen zeigte sich, dass das Enzym, dessen Biosynthese betroffen war, für die Hauptphase des Stoffwechselweges verantwortlich war, die zur Aminosäuresynthese führte.
• Es ist wichtig zu verstehen, dass eine kleine Anzahl von Bausteinen an den Prozessen der Stoffwechsel- und Biosynthese beteiligt ist, von denen jeder anfängt, für die Synthese vieler Verbindungen zu verwenden. Solche Verbindungen umfassen: Acetylcoenzym A, Glycin, Glycerophosphat, Carbamylphosphat und andere. Aus diesen kleinen Komponenten bauen sich dann komplexe und vielfältige Verbindungen auf, die in lebenden Organismen beobachtet werden können.
• Sehr selten sind einfache organische Verbindungen direkt an Stoffwechselvorgängen beteiligt. Solche Verbindungen müssen, um ihre Aktivität zu zeigen, sich einer beliebigen Anzahl von Verbindungen anschließen, die aktiv an Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Zum Beispiel kann Glukose oxidative Prozesse erst dann starten, wenn sie einer Phosphorsäureveretherung ausgesetzt ist, und für andere spätere Änderungen muss sie mit Uridindiphosphat verestert werden.
• Wenn wir Fettsäuren in Betracht ziehen, können sie auch nicht an Stoffwechselveränderungen teilnehmen, solange sie mit Coenzym A Ester bilden. Gleichzeitig ist jeder Aktivator mit einem der Nukleotide verwandt, die Teil der Ribonukleinsäure sind oder daraus gebildet werden etwas Vitamin Daher wird klar, warum wir Vitamine nur in geringen Mengen benötigen. Sie werden von Coenzymen konsumiert, wobei jedes Coenzym-Molekül während seiner gesamten Lebensdauer mehrmals verwendet wird, im Gegensatz zu Nährstoffen, deren Moleküle einmal verwendet werden (z. B. Glucosemoleküle).

Und der letzte! Zum Abschluss dieses Themas möchte ich sagen, dass der Begriff "Stoffwechsel" selbst die Synthese von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten im Körper bedeutet, aber jetzt wird er als Bezeichnung für mehrere tausend enzymatische Reaktionen verwendet, die ein riesiges Netzwerk miteinander verbundener Stoffwechselwege darstellen können.

Zellstoffwechsel. Energiestoffwechsel und Photosynthese. Matrixsynthesereaktionen.

Das Konzept des Stoffwechsels

Der Metabolismus ist die Gesamtheit aller chemischen Reaktionen, die in einem lebenden Organismus ablaufen. Der Wert des Stoffwechsels besteht darin, die für den Körper notwendigen Substanzen herzustellen und mit Energie zu versorgen.

Es gibt zwei Komponenten des Stoffwechsels - Katabolismus und Anabolismus.

Komponenten des Stoffwechsels

Die Prozesse des Plastik- und Energiestoffwechsels sind untrennbar miteinander verbunden. Alle synthetischen (anabolen) Prozesse benötigen die Energie, die während Dissimilationsreaktionen zugeführt wird. Die Spaltungsreaktionen selbst (Katabolismus) verlaufen nur unter Beteiligung von Enzymen, die im Assimilationsprozess synthetisiert werden.

Die Rolle von FTF im Stoffwechsel

Die beim Abbau organischer Substanzen freiwerdende Energie wird nicht sofort von der Zelle genutzt, sondern in Form energiereicher Verbindungen, meist in Form von Adenosintriphosphat (ATP), gespeichert. ATP bezieht sich aufgrund seiner chemischen Natur auf Mononukleotide.

ATP (Adenosintriphosphatsäure) ist ein Mononukleotid, das aus Adenin, Ribose und drei Phosphorsäureresten besteht, die durch makroergische Bindungen miteinander verbunden sind.

In diesen Verbindungen wird gespeicherte Energie, die beim Bruch freigesetzt wird,
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adenin + Ribose + H₃PO₄ + Q₃,
wobei ATP Adenosintriphosphat ist; ADP-Adenosindiphosphorsäure; AMP - Adenosinmonophosphorsäure; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
Der ATP-Vorrat in der Zelle ist aufgrund des Phosphorylierungsprozesses begrenzt und aufgefüllt. Phosphorylierung ist die Zugabe eines Phosphorsäurerestes zu ADP (ADP + F → ATP). Sie tritt mit unterschiedlicher Intensität während der Atmung, Fermentation und Photosynthese auf. ATP wird extrem schnell aktualisiert (beim Menschen beträgt die Lebensdauer eines einzelnen ATP-Moleküls weniger als 1 Minute).
Die in ATP-Molekülen gespeicherte Energie wird vom Körper bei anabolen Reaktionen (Biosynthesereaktionen) verwendet. Das ATP-Molekül ist der universelle Halter und Energieträger für alle Lebewesen.

Energieaustausch

Die für das Leben notwendige Energie werden die meisten Organismen durch Oxidation organischer Substanzen, dh katabolische Reaktionen, gewonnen. Die als Kraftstoff wirkende Verbindung ist Glukose.
In Bezug auf freien Sauerstoff werden Organismen in drei Gruppen eingeteilt.

Einstufung von Organismen in Bezug auf freien Sauerstoff

In obligatorischen Aeroben und fakultativen Anaeroben in Gegenwart von Sauerstoff erfolgt der Katabolismus in drei Stufen: vorbereitend, sauerstofffrei und Sauerstoff. Infolgedessen zerfällt organisches Material zu anorganischen Verbindungen. In obligatorischen Anaeroben und fakultativen Anaeroben mit Sauerstoffmangel verläuft der Katabolismus in zwei ersten Schritten: vorbereitend und sauerstofffrei. Dadurch entstehen organische, noch energiereiche Zwischenverbindungen.

Stufen des Katabolismus

1. Die erste Stufe - vorbereitend - besteht in der enzymatischen Spaltung komplexer organischer Verbindungen in einfachere. Proteine ​​werden in Aminosäuren, Fette zu Glycerin und Fettsäuren, Polysaccharide zu Monosacchariden, Nukleinsäuren zu Nukleotiden zerlegt. In mehrzelligen Organismen tritt dies im Gastrointestinaltrakt auf, in einzelligen Organismen - in Lysosomen unter der Wirkung von hydrolytischen Enzymen. Die freiwerdende Energie wird in Form von Wärme abgeführt. Die resultierenden organischen Verbindungen werden entweder weiter oxidiert oder von der Zelle zur Synthese ihrer eigenen organischen Verbindungen verwendet.
2. Die zweite Stufe - unvollständige Oxidation (sauerstofffrei) - ist die weitere Aufspaltung organischer Substanzen, die im Cytoplasma der Zelle ohne Beteiligung von Sauerstoff durchgeführt wird. Die Hauptenergiequelle in der Zelle ist Glukose. Eine anoxische, unvollständige Oxidation von Glukose wird als Glykolyse bezeichnet. Durch die Glykolyse eines Glukosemoleküls werden zwei Moleküle der Brenztraubensäure (PVC, Pyruvat) CH gebildet.₃COCOOH, ATP und Wasser sowie Wasserstoffatome, die vom NAD + -Transportvektormolekül gebunden und als NAD · H gespeichert werden.
Die Gesamtglykolyseformel lautet wie folgt:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
In Abwesenheit von Sauerstoff in der Umgebung werden die Glykolyseprodukte (PVK und NAD · H) entweder zu Ethylalkohol - alkoholischer Gärung (in Hefe- und Pflanzenzellen mit Sauerstoffmangel) verarbeitet.
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃TRAUM
CH₃DREAM + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
entweder in Milchsäure - Milchsäuregärung (in tierischen Zellen mit Sauerstoffmangel)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
In Gegenwart von Sauerstoff in der Umgebung spalten sich die Glykolyseprodukte weiter in die Endprodukte auf.
3. Die dritte Stufe - vollständige Oxidation (Atmung) - besteht in der Oxidation von PVC zu Kohlendioxid und Wasser und wird in den Mitochondrien unter obligatorischer Beteiligung von Sauerstoff durchgeführt.
Es besteht aus drei Stufen:
A) Bildung von Acetylcoenzym A;
B) Oxidation von Acetyl-Coenzym A im Krebs-Zyklus;
B) oxidative Phosphorylierung in der Elektronentransportkette.

A. Im ersten Stadium wird das PVC vom Zytoplasma in die Mitochondrien transferiert, wo es mit den Enzymen der Matrix interagiert und 1) Kohlendioxid bildet, das aus der Zelle entfernt wird; 2) Wasserstoffatome, die von Trägermolekülen zur inneren Membran der Mitochondrien transportiert werden; 3) Acetylcoenzym A (Acetyl CoA).
B. In der zweiten Stufe wird das Acetyl-Coenzym A im Krebs-Zyklus oxidiert. Der Krebszyklus (Tricarbonsäurezyklus, Zitronensäurezyklus) ist eine Kette von aufeinanderfolgenden Reaktionen, bei denen ein Molekül Acetyl-CoA 1) zwei Moleküle Kohlendioxid, 2) ein ATP-Molekül und 3) vier Paare von Wasserstoffatomen, die auf Moleküle übertragen werden, bildet Träger - NAD und FAD. Als Folge der Glykolyse und des Krebs-Zyklus spaltet sich das Glucosemolekül in CO auf₂, und die während dieses Prozesses freigesetzte Energie wird für die Synthese von 4 ATP aufgewendet und sammelt sich in 10 NAD · H und 4 FAD · H an₂.
B. In der dritten Stufe werden Wasserstoffatome mit NAD · H und FAD · H₂ oxidiert durch molekularen Sauerstoff O₂ mit der Bildung von Wasser. Ein NAD · N kann 3 ATP und ein FAD · H bilden₂–2 ATP. Somit wird die in diesem Fall freiwerdende Energie in Form einer weiteren 34 ATP gespeichert.
Dieser Prozess läuft wie folgt ab. Wasserstoffatome konzentrieren sich um die Außenseite der inneren Mitochondrienmembran. Sie verlieren Elektronen, die entlang der Kette der Trägermoleküle (Cytochrome) der Elektronentransportkette (ETC) zur Innenseite der inneren Membran transportiert werden, wo sie sich mit Sauerstoffmolekülen verbinden:
Oh!₂ + e - → o₂ -.
Infolge der Aktivität der Enzyme der Elektronentransferkette ist die innere Membran der Mitochondrien von innen negativ geladen (aufgrund von₂ - ) und außerhalb - positiv (aufgrund von H +), so dass eine Potentialdifferenz zwischen den Oberflächen entsteht. In die innere Membran der Mitochondrien sind Moleküle des Enzyms ATP-Synthetase eingebettet, die einen Ionenkanal besitzen. Wenn die Potentialdifferenz über die Membran ein kritisches Niveau erreicht, drängen positiv geladene H + -Partikel mit einer elektrischen Feldkraft durch den ATPase-Kanal und interagieren, sobald sie sich auf der inneren Oberfläche der Membran befinden, mit Sauerstoff, um Wasser zu bilden:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
Die Energie der Wasserstoffionen H +, die durch den Ionenkanal der inneren Membran der Mitochondrien transportiert wird, wird für die Phosphorylierung von ADP zu ATP verwendet:
ADP + F → ATP.
Eine solche Bildung von ATP in Mitochondrien unter Beteiligung von Sauerstoff wird als oxidative Phosphorylierung bezeichnet.
Die Gesamtglukose-Aufteilungsgleichung im Prozess der Zellatmung:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44H₂O + 38ATP.
So werden während der Glykolyse 2 ATP-Moleküle gebildet, während Zellatmung weitere 36 ATP-Moleküle im Allgemeinen mit vollständiger Oxidation von Glukose, 38 ATP-Molekülen.

Plastikaustausch

Plastischer Austausch oder Assimilation ist eine Reihe von Reaktionen, die die Synthese komplexer organischer Verbindungen aus einfacheren (Photosynthese, Chemosynthese, Proteinbiosynthese usw.) ermöglichen.

Heterotrophe Organismen bauen aus organischen Nahrungsbestandteilen ihre eigene organische Substanz auf. Die heterotrophe Assimilation läuft im Wesentlichen auf die molekulare Umlagerung hinaus:
organisches Material (Proteine, Fette, Kohlenhydrate) → einfache organische Moleküle (Aminosäuren, Fettsäuren, Monosaccharide) → Körper-Makromoleküle (Proteine, Fette, Kohlenhydrate).
Autotrophe Organismen sind in der Lage, organisches Material vollständig aus anorganischen Molekülen zu synthetisieren, die aus der äußeren Umgebung verbraucht werden. Im Prozess der Foto- und Chemosynthese erfolgt die Bildung einfacher organischer Verbindungen, aus denen Makromoleküle weiter synthetisiert werden:
anorganische Substanzen (CO₂, H₂O) → einfache organische Moleküle (Aminosäuren, Fettsäuren, Monosaccharide) → Körpermakromoleküle (Proteine, Fette, Kohlenhydrate).

Photosynthese

Photosynthese - die Synthese organischer Verbindungen aus anorganischen durch die Energie des Lichts. Die Gesamtgleichung der Photosynthese:

Die Photosynthese verläuft unter Mitwirkung von photosynthetischen Pigmenten, die die einzigartige Eigenschaft haben, die Energie des Sonnenlichts in die Energie einer chemischen Bindung in Form von ATP umzuwandeln. Photosynthetische Pigmente sind proteinhaltige Substanzen. Das wichtigste Pigment ist Chlorophyll. Bei Eukaryoten sind photosynthetische Pigmente in der inneren Membran von Plastiden eingebettet, bei Prokaryoten - bei der Invagination der Zytoplasmamembran.
Die Struktur des Chloroplasten ist der Struktur der Mitochondrien sehr ähnlich. Die innere Membran von Thylakoidgran enthält photosynthetische Pigmente sowie Proteine ​​der Elektronentransferkette und ATP-Synthetase-Enzymmoleküle.
Der Photosyntheseprozess besteht aus zwei Phasen: hell und dunkel.
1. Die Lichtphase der Photosynthese verläuft nur im Licht in der Membran von Thylakoids grana.
Dies umfasst die Chlorophyllabsorption von Lichtquanten, die Bildung eines ATP-Moleküls und die Photolyse von Wasser.
Unter der Wirkung eines Lichtquants (hv) verliert Chlorophyll Elektronen und geht in den angeregten Zustand über:

Diese Elektronen werden von Trägern auf die äußere, dh die Oberfläche der Thylakoidmembran übertragen, die der Matrix zugewandt ist, wo sie sich ansammelt.
Zur gleichen Zeit tritt die Photolyse von Wasser in den Thylakoiden auf, dh ihre Zersetzung unter der Einwirkung von Licht:

Die entstehenden Elektronen werden von Trägern auf Chlorophyllmoleküle übertragen und wieder hergestellt. Chlorophyllmoleküle kehren in einen stabilen Zustand zurück.
Die während der Photolyse von Wasser gebildeten Protonen von Wasserstoff reichern sich im Thylakoid an und bilden ein H + -Reservoir. Infolgedessen wird die innere Oberfläche der Thylakoidmembran positiv geladen (auf Kosten von H +) und die äußere Oberfläche ist negativ (auf Kosten von e -). Mit der Ansammlung entgegengesetzt geladener Teilchen auf beiden Seiten der Membran steigt die Potentialdifferenz an. Wenn die Potentialdifferenz erreicht ist, drückt die elektrische Feldkraft die Protonen durch den ATP-Synthetasekanal. Die dabei freigesetzte Energie wird zur Phosphorylierung von ADP-Molekülen verwendet:
ADP + F → ATP.

Die Bildung von ATP während der Photosynthese unter Einwirkung von Lichtenergie wird als Photophosphorylierung bezeichnet.
Wasserstoffionen, die auf der äußeren Oberfläche der Thylakoidmembran auftauchen, treffen dort auf Elektronen und bilden atomaren Wasserstoff, der an das NADP-Wasserträgermolekül (Nicotinamidadenindinucleotidphosphat) bindet:
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
So treten während der leichten Phase der Photosynthese drei Prozesse auf: die Bildung von Sauerstoff durch Zersetzung von Wasser, die Synthese von ATP und die Bildung von Wasserstoffatomen in Form von NADPH₂. Sauerstoff diffundiert in die Atmosphäre und ATP und NADF · H₂ an den Prozessen der dunklen Phase teilnehmen.
2. Die dunkle Phase der Photosynthese verläuft in der Matrix des Chloroplasten sowohl im Licht als auch im Dunkeln und ist eine Reihe aufeinanderfolgender Umwandlungen von CO₂, kommt aus der Luft im Zyklus von Calvin. Die Reaktionen der dunklen Phase aufgrund der Energie von ATP werden durchgeführt. Im Zyklus von Calvin CO₂ bindet an Wasserstoff von NADPH₂ mit der Bildung von Glukose.
Bei der Photosynthese werden neben Monosacchariden (Glukose usw.) auch Monomere anderer organischer Verbindungen synthetisiert - Aminosäuren, Glycerin und Fettsäuren. Dank der Photosynthese versorgen Pflanzen und alles Leben auf der Erde essentielle organische Substanzen und Sauerstoff.
Die vergleichenden Eigenschaften der Photosynthese und Atmung von Eukaryoten sind in der Tabelle dargestellt.