Глюкоза кислород углекислый газ вода

Гликолиз и дыхание

В процессе фотосинтеза солнечная энергия запасается в химических связях углеводных молекул, из которых наиболее важную роль играет шестиуглеродный сахар глюкоза. После того как другие живые организмы используют эти молекулы в пищу, запасенная энергия выделяется и используется для метаболизма. Это происходит во время процессов гликолиза и дыхания. Весь химический процесс можно коротко описать так:

глюкоза + кислород → углекислый газ + вода + энергия

Чтобы лучше понять эти процессы, представьте себе, что организм «сжигает» углеводы, чтобы получить энергию.

Термин «гликолиз» образован при соединении слова лизис, означающего «расщепление», со словом глюкоза. Как следует из названия, процесс начинается с химического извлечения энергии посредством расщепления молекулы глюкозы на две части, каждая из которых содержит три атома углерода. В процессе гликолиза из каждой молекулы глюкозы получается две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты. Кроме того, энергия глюкозы запасается в молекулах (см. Биологические молекулы), которые мы называем «энергетической валютой» клетки, — двух молекулах АТФ и двух молекулах НАДФ. Таким образом, уже на первой стадии гликолиза энергия высвобождается в такой форме, которая может быть использована клетками организма.

Дальнейший ход событий зависит от наличия или отсутствия кислорода в среде. При отсутствии кислорода пировиноградная кислота превращается в другие органические молекулы в ходе так называемых анаэробных процессов. Например, в клетках дрожжей пировиноградная кислота превращается в этанол. У животных, к которым относится и человек, при истощении запасов кислорода в мышцах пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту — именно она вызывает так хорошо знакомое всем нам ощущение мышечной скованности после тяжелой физической нагрузки.

При наличии же кислорода энергия выделяется в процессе аэробного дыхания, когда пировиноградная кислота расщепляется на молекулы углекислого газа и воды с одновременным высвобождением оставшейся энергии, запасенной в углеводной молекуле. Дыхание происходит в специализированной клеточной органелле — митохондрии. Вначале отщепляется один углеродный атом пировиноградной кислоты. При этом образуется углекислый газ, энергия (она запасается в одной молекуле НАДФ) и двухуглеродная молекула — ацетильная группа. Затем реакционная цепь поступает в метаболический координационный центр клетки — цикл Кребса.

Цикл Кребса (его также называют циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот) является примером хорошо знакомого в биологии явления — химической реакции, которая начинается, когда определенная входящая молекула соединяется с другой молекулой, выполняющей функцию «помощника». Такая комбинация инициирует серию других химических реакций, в которых образуются молекулы-продукты и в конце воссоздается молекула-помощник, которая может начать весь процесс вновь. В цикле Кребса роль входящей молекулы играет ацетильная группа, образующаяся при расщеплении пировиноградной кислоты, а роль молекулы-помощника — четырехуглеродная молекула щавелевоуксусной кислоты. Во время первой химической реакции цикла эти две молекулы соединяются с образованием шестиуглеродных молекул лимонной кислоты (этой кислоте цикл обязан одним из своих названий). Далее происходят восемь химических реакций, в которых сначала образуются молекулы-переносчики энергии и углекислый газ, а затем новая молекула щавелевоуксусной кислоты. Для переработки энергии, запасенной в одной молекуле глюкозы, цикл Кребса нужно пройти дважды. Чистая прибыль оказывается равной двум молекулам АТФ, четырем молекулам углекислого газа и десяти другим молекулам-переносчикам энергии (о них немного позже). Углекислый газ, в конечном счете, диффундирует из митохондрии и выделяется при выдохе.

Цикл Кребса принципиально важен для жизни не только потому, что в нем образуется энергия. Помимо глюкозы в него могут вступать многие другие молекулы, также образующие пировиноградную кислоту. Например, когда вы соблюдаете диету, организму не хватает потребляемой вами глюкозы для поддержания метаболизма, поэтому в цикл Кребса, после предварительного расщепления, вступают липиды (жиры). Вот почему вы теряете вес. Кроме того, молекулы могут покидать цикл Кребса, чтобы принять участие в построении новых белков, углеводов и липидов. Таким образом, цикл Кребса может принимать энергию, сохраненную в разной форме во многих молекулах, и создавать на выходе разнообразные молекулы.

С энергетической точки зрения чистый результат цикла Кребса состоит в том, чтобы завершить извлечение энергии, запасенной в химических связях глюкозы, передать небольшую часть этой энергии молекулам АТФ и запасти остальную энергию в других молекулах-переносчиках энергии. (Говоря об энергии химических связей, не надо забывать, что для разделения соединенных атомов необходимо совершить работу.) На заключительном этапе дыхания эта оставшаяся энергия высвобождается из молекул-переносчиков и также запасается в АТФ. Молекулы, запасающие энергию, перемещаются внутри митохондрии, пока не столкнутся со специализированными белками, погруженными во внутренние мембраны митохондрии. Эти белки отнимают электроны у переносчиков энергии и начинают передавать их по цепи молекул — наподобие цепочки людей, передающих ведра с водой на пожаре, — извлекая энергию, запасенную в химических связях. Извлеченная на каждом этапе энергия запасается в форме АТФ. На последнем этапе электроны соединяются с атомами кислорода, которые далее объединяются с ионами водорода (протонами), образуя воду. В цепи переноса электронов образуется не менее 32 молекул АТФ — 90% энергии, хранившейся в исходной молекуле глюкозы.

Превращение энергии в цикле Кребса включает в себя довольно сложный процесс хемиосмотического сопряжения. Этот термин указывает на то, что в высвобождении энергии наряду с химическими реакциями участвует осмос — медленное просачивание растворов через органические перегородки. По сути дела, электроны с переносчиков энергии, являющихся продуктом цикла Кребса, переносятся по транспортной цепочке и поступают на белки, погруженные в мембрану, которая разделяет внутренний и внешний компартменты (отсеки) митохондрии. Энергия электронов используется для перемещения ионов водорода (протонов) во внешний компартмент, служащий «энергохранилищем» — наподобие водохранилища, образовавшегося перед плотиной. При оттоке протонов через мембрану энергия используется для образования АТФ, подобно тому как вода перед плотиной используется для производства электричества при падении на генератор. Наконец, во внутреннем компартменте митохондрии ионы водорода соединяются с молекулами кислорода с образованием воды — одного из конечных продуктов метаболизма.

Этот рассказ о гликолизе и дыхании иллюстрирует, насколько далеко зашли современные представления о живых системах. Простое высказывание о конкретном процессе — например, что для метаболизма необходимо «сжигать» углеводы — влечет за собой невероятно подробное описание сложных процессов, происходящих на молекулярном уровне и с участием огромного количества различных молекул. Осмысление современной молекулярной биологии в чем-то сродни чтению классического русского романа: вам легко понять каждое взаимодействие между персонажами, но, дойдя до страницы 1423, вы вполне можете забыть, кем приходится Петр Петрович Алексею Алексеевичу. Точно так же каждая химическая реакция в только что описанной цепи кажется понятной, но дочитав до конца вы будете поражены непостижимой сложностью процесса. В качестве утешения замечу, что я чувствую себя так же.

Биология: Задания и упражнения — Богданова Т.Л.

booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Богданова Т.Л. -> «Биология: Задания и упражнения» -> 83

Богданова Т.Л. Биология: Задания и упражнения — М.: Высшая школа, 1991. — 350 c.
ISBN 5-06-001728-1
Скачать (прямая ссылка):
Предыдущая 1 .. 77 78 79 80 81 82 83 > 84 85 86 87 88 89 .. 120 >> Следующая

4. Из какого зародышевого листка в процессе онтогенеза образуется дыхательная система (эктодерма, мезодерма, энтодерма)?
5. С какой системой органов связано происхожде-. ние в процессе эволюции дыхательной системы (кровеносная, выделительная, пищеварительная, опорнодвигательная)?
6. Благодаря чему кислород диффундирует из альвеол в капилляры (разница концентрации, разница
9—965
257
Таблица 44. Дыхательная система
Транспорт _КИ<УШр.ода Путь доставки кислоррда Строение Функции
Верхние дыхательные пути Носовая полость Начальный отдел дыхательного пути. От ноздрей воздух проходит по носовым ходам, выстланным слизистым и реснитчатым эпителием . . .Увлажнение, согревание, обеззараживание*воз-‘ духа, удаление частиц тшли. B носовых ходах находятся обонятельные рецепторы
’’ * ‘ Глотка» Состоит из носоглотки и ротовой части глотки, переходящей в гортань . Проведение согретого и очищенного воздуха в гортань
Гортань Полый орган, в стенках которого имеется несколько хрящей — щитовидный, надгортанный и др. Между хрящами находятся голосовые связки, образующие голосовую щель Проведение воздуха из глотки в трахею. Защита дыхательных путей от попадания пнщи. Образование звуков путем колебания голосовых связок, движения языка, губ, челюсти
Трахея Дыхательная трубка длиной около 12 см, в стенке ее находятся хрящевые полукольца. Свободное продвижение воздуха
Бронхи Левый и правый бронхи образованы хрящевыми кольцами. B легких они ветвятся на мелкие бронхи, в которых количество хрящей постепенно уменьшается. Конечные разветвления бронхов в легких — бронхиолы Свободное продвижение воздуха
Легкие Легкие Правое легкое состоит из трех долей, левое — из двух. Находятся в грудной полости тела. Покрыты плеврой. Лежат в плевральных мешках. Имеют губчатое строение Органы дыхания. Дыхательные движения осуществляются под контролем центральной нервной системы и гуморального фактора, содержащегося в крови — CO2
Альвеолы Легочные пузырьки, состоящие из тонкого слоя плоского эпителия, густо оплетенные капиллярами, образуют окончания бронхиол Увеличивают площадь дыхательной поверхности, осуществляют газообмен между кровью и легкими
Кровеносная система Капилляры легких Стенки состоят из однослойного эпителия Концентрация газов в капиллярах и альвеолах разная. Кровь в капиллярах венозная, насыщенная CO2 Транспортируют венозную кровь из легочной артерии в легкие. По законам диффузии O2 поступает из мест большей концентрации (альвеолы) в места меньшей концентрации (капилляры),в то же время CO2 диффундирует в противоположном направлении
Легочная вена Капилляры, соединяясь в более крупные сосуды, образуют легочную вену, которая заканчивается у левого предсердия Транспортирует O2 от легких к сердцу Кислород, попав в кровь, сначала растворяется в плазме, затем соединяется с гемоглобином, и кровь становится артериальной

Сердце Левая — артериальная — сторона сердца состоит из левого предсердия и левого желудочка, соединенных двухстворчатым клапаном Проталкивает артериальную кровь по большому кругу кровообращения
Артерии Кровеносные сосуды большого круга кровообращения разветвляются на более мелкие артсрио-лы, а затем на капилляры Обогащают кислородом все органы и ткани
Капилляры тела Строение такое же, как и капилляров легких, но кровь они приносят артериальную, насыщенную Ог Осуществляют газообмен между кровью и тканевой жидкостью O2 переходит в тканевую жидкость, a CO2 диффундирует в кровь. Кровь становится венозной
Клетка Митохондрии Органеллы клеток, в которых содержатся дыхательные ферменты. На внутренней мембране, образующей кристы, и в матриксе, осуществляется кислородный этап дыхания Клеточное дыхание — усвоение O2 воздуха. Органические вещества благодаря O2 и дыхательным ферментам окисляются (диссимиляция) Конечные продукты H2O, CO2 и энергия, которая идет на синтез АТФ H2O и CO2, выделяются в тканевую жидкость, из которой они диффундируют в кровь
Рис. 55. Схема строения дыхательных путей
давления, свободные пространства, сквозные отверстия)?
7. Где усваивается кислород (носоглотка, легкие, эритроциты крови, митохондрии клеток)?
8. Каково значение дыхания для организма (охлаждение организма, выделение СОг, окисление питательных веществ, освобождение энергии, синтез АТФ)?
9. Как движется оксигемоглобин от легких к клеткам тела (сосуды малого круга, сосуды большого круга; минуя сердце, через сердце)?
10. В каком состоянии находятся кислород и диоксид углерода в тканевой жидкости (химическое соединение, воднорастворимое состояние)?
11. Какова роль растений как «зеленых легких» планеты (задержка пыли, поглощение СОг, выделение Ог, увлажнение воздуха)?
ТЕМА. ПИЩЕВАРЕНИЕ
Питательные вещества и пищевые продукты. Пищеварение, ферменты и их роль в пищеварении. Строение органов пищеварения. Пищеварение в полости рта. Глотание. Работы И. П. Павлова по изучению деятельности слюнных желез. Пищеварение в желудке. Понятие о нервно-гуморальной регуляции желудочного сокоотделения. Работы И. П. Павлова по изучению пищеварения в желудке. Печень, поджелудочная железа и их роль в пищеварении. Изменение питательных веществ в кишечнике. Всасывание. Гигиена питания

Острая гипоксия

Острую гипоксию испытывали мы все, например, во время интенсивной пробежки или занятия фитнесом. Однако такая гипоксия кратковременна и быстро проходит после прекращения физической нагрузки. У кратковременной гипоксии, вызванной интенсивной двигательной активностью, больше пользы, чем вреда, поскольку она заставляет организм запускать резервные и буферный механизмы для сохранения жизнедеятельности. По своей сути, кратковременное кислородное голодание — это положительный тренирующий эустресс. Каждая такая тренировка запускает адаптационные механизмы и делает их более прочными, тем самым расширяя возможности нашего организма приспосабливаться к вероятным неблагоприятным внешним условиям, к примеру, спортивный человек имеет больше шансов выжить в экстремальных ситуациях, чем человек далекий от физкультуры и спорта.

Острая гипоксия может быть и следствием патологического процесса. Она может быть вызвана снижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе (в условиях высокогорья, в самолете и т.д.), непроходимостью дыхательных путей, отеком легких, сердечнососудистой недостаточностью, отравлением угарным газом, цианидами. Такая гипоксия ни к чему хорошему не приводит и очень часто служить причиной трагической смерти.

Чувствительность к недостатку кислорода у всех органов разная. В числе первых получают повреждения сердечная мышца, почки и печень, но самым чувствительным к недостатку кислорода органом является головной мозг. Уже при небольшом снижении его уровня в крови функции мозга начинают угасать. Например, вспомните, как Вы чувствуете себя в душном помещении: снижается концентрация внимания, появляется вялость, усталость, быстрая утомляемость и сонливость. Все эти явления быстро проходят, стоит только выйти на свежий воздух и вздохнуть полной грудью. При полном прекращении поступления кислорода к мозгу необратимые изменения в его клетках начинают возникать через 8-10 минут.

Хроническая гипоксия

Теперь представьте, что возможности вдохнуть свежего воздуха, нет вовсе, а значит, состояние разбитости будет преследовать Вас постоянно. А ведь именно так чувствуют себя люди, имеющие хронические заболевания органов дыхания, сердечнососудистой системы, а также курильщики со стажем. Их организм все время недополучает кислород. Такое состояние называется хронической гипоксией. Хроническая гипоксия приводит к необратимым изменениям в мозге, сердце, почках и печени не сразу, но качество жизни при этом снизится довольно быстро и заметно.

Хроническая гипоксия вызывает такие нарушения в тканях, которые в свою очередь снижают их способность усваивать кислород – получается замкнутый патологический круг. Таким образом, болезнь как бы подпитывает саму себя, не давая шанса выздороветь. Собственно говоря, образование патологических кругов лежит в основе всех хронических заболеваний, и разорвать их бывает очень трудно и, чаще всего, до конца не возможно.

Острая и хроническая гипоксия может быть не только общей, но и местной. В этом случае страдает не весь организм, а только какая-то его часть. Происходит это по разным причинам, например, в результате местных нарушений кровообращения, вызванных атеросклерозом, тромбами, эмболиями, отеком, опухолями и т.д. Хроническая местная гипоксия приводит к заболеванию органа, в котором она возникает, и в основе этого процесса лежит все тот же замкнутый патологический круг.

Так или иначе, любая гипоксия требует немедленного вмешательства и адекватной терапии. Своевременное устранение вызывающих ее причин, лежит в основе предотвращения развития хронических болезней.

Методов лечения гипоксии существует достаточно много: гипербарическая оксигенация (лечение в барокамере), различные виды оксигенотерапии, применение специальных фармацевтических средств – антигипоксантов и т.д. Однако, как и в любых других случаях, состояния недостатка кислорода лучше предотвращать, чем потом бороться с их последствиями. Для этого необходимо вести здоровый образ жизни, избавиться от всех вредных зависимостей, заниматься спортом и закаливанием, тем самым тренируя способности организма противостоять гипоксии.

Не менее важно проводить профилактические мероприятия во время эпидемий ОРВИ и гриппа, вовремя лечить эти и другие острые заболевания, одним словом, быть внимательнее к своему здоровью и здоровью своих близких.

Увидели ошибку? Выделите и нажмите Ctrl+Enter. Хочу сообщить об ошибке! Метки: Патологические состояния