Rakkude ainevahetus

• Tooted

Rakkude ainevahetus

Metabolism on rakkude ja keha komplekssete orgaaniliste ainete biosünteesi ja jagamise protsesside kogum.

Anabolism - plastiline ainevahetus, assimilatsioon, orgaaniliste ainete biosüntees (orgaanilised ained sünteesitakse - valgud, rasvad, süsivesikud), energia kulutatakse (kulub ATP), fotosüntees, kemosüntees, valgu biosüntees.

Katabolism - energia ainevahetus, dissimilatsioon, orgaaniliste ainete lagunemine (orgaanilised ained jagatakse CO2 ja H2O, energia vabaneb ja säilitatakse ATP, rakkude hingamine (energia metabolism rakus)).

Toitumise liigid (ATP energia saamise meetodid)

Autotroofid - võimelised looma anorgaanilistest orgaanilistest ainetest.

On fototroofe (kasutage päikeseenergiat biosünteesi, taimede ja sinivetikate - tsüanobakterite) ja kemotroofide puhul (keemiliste sidemete energia kasutamine biosünteesi, väävlibakterite, raua bakterite, lämmastikku kinnitavate, nitrifitseerivate ja vesinikbakterite puhul).

Heterotroofid - kasutada valmis orgaanilisi aineid.

On saprotrofe (kasutatakse elusorganismide surnud keha või jäätmete orgaanilisi aineid, saprotroofseid baktereid, loomi (saprophagi) ja seeni) ja parasiite (elavad teise elusorganismi arvelt, toituvad oma mahladest, kudedest või seeditavast toidust korduvalt ilma tapmiseta, alaliselt või ajutiselt kasutada peremeesorganismi elupaigana, baktereid, seeni, taimi, loomi ja viiruseid).

Kirilenko A. A. Bioloogia. Ühtne riiklik eksam. Jaotis "Molekulaarbioloogia". Teooria, koolitusülesanded. 2017

Metabolism (ainevahetus) - keemiliste reaktsioonide kogum, mis elusorganismis esinevad normaalse toimimise jaoks.

Metabolism koosneb ainete lagunemisest (energia ainevahetus) ja ainete kokkupanemisest (plastiline ainevahetus).

Plastiline ainevahetus (anabolism, assimilatsioon) on sünteesireaktsioonide kombinatsioon, mis tekib ATP energia tarbimisega.

Tulemus: rakku sisenevatest toitainetest on kehale iseloomulikud valgud, rasvad, süsivesikud, mida kasutatakse uute rakkude, nende organite ja rakuliste ainete loomiseks.

Energia ainevahetus (katabolism, dissimilatsioon) - lagunemisreaktsioonide kogum, mis tavaliselt esineb energia eraldumisel soojuse kujul ja ATP kujul.

Tulemus: komplekssed ained lagunevad aine lihtsamaks (diferentseerumiseks) või oksüdatsiooniks.

Metabolism on suunatud bioloogiliste süsteemide säilimisele ja enesepopulatsioonile.

See hõlmab ainete sisenemist kehasse toitumis- ja hingamisprotsessi, rakusisese metabolismi ja ainevahetuse lõpptoodete vabanemise protsessi.

Ainevahetus on lahutamatult seotud teatud tüüpi energia muundamisega teisteks. Näiteks fotosünteesi protsessis salvestatakse valgusenergia keeruliste orgaaniliste molekulide keemiliste sidemete vormis ja hingamise käigus vabastatakse see ja kulutatakse uute molekulide sünteesile, mehaanilisele ja osmootilisele tööle, mis on hajutatud kuumusena jne.

Ensüümid on valgu iseloomuga bioloogilised katalüsaatorid, mis kontrollivad elusorganismide keemilisi reaktsioone.

Ensüümid vähendavad keemiliste reaktsioonide aktivatsiooni energiat, kiirendades oluliselt nende esinemist või muutes need põhimõtteliselt võimalikuks.

Ensüümid võivad olla kas lihtsad või komplekssed valgud, mis lisaks proteiiniosale sisaldavad mittevalgulisi kofaktoreid või koensüüme.

Ensüümid erinevad suure valgu katalüsaatoritest nende suure spetsiifilisuse poolest: iga ensüüm katalüüsib teatud tüüpi substraadi spetsiifilisi transformatsioone.

Ensüümide aktiivsust elusorganismides reguleerivad mitmed mehhanismid:

- regulatiivsete valkude, madala molekulmassiga regulaatorite ja ioonidega

- reaktsioonitingimuste, näiteks sektsiooni pH muutmise teel

Energia metabolismi etapid

1. Ettevalmistav

Seda teostavad seedetrakti ensüümid, lüsosoomi ensüümid. Vabanenud energia hajutatakse soojusena. Tulemus: makromolekulide jagamine monomeerideks: rasvhapped rasvhapetele ja glütseriin, süsivesikud glükoosiks, valgud aminohapeteks, nukleiinhapped nukleotiidideks.

2. Anaeroobne (anoksiline) staadium või glükolüüs (kõige sagedamini on reaktsiooni substraat glükoos)

Loomulikult: rakkude tsütoplasma.

Tulemus: monomeeride lõhustamine vahetoodeteks. Glükoos kaotab neli vesinikuaatomit, st oksüdeerub, moodustades kaks püroviinhappe molekuli, kaks ATP molekuli ja kaks uuendatud NADH + H + molekuli.

Hapniku puudumisel muundatakse moodustunud püroviinhape piimhappeks.

3. Aeroobne (hapnik) etapp või koe (rakuline) hingamine

Vahesaaduste oksüdeerimine lõpptoodeteks (CO2 ja H2O) suure energiaga vabanemisel.

Krebsi tsükkel: transformatsioonide olemus seisneb püroviinhappe järk-järgulises dekarboksüülimises ja dehüdrogeenimises, mille käigus moodustuvad ATP, NADH ja FADH2. Järgnevates reaktsioonides kannavad energiasisaldusega NADH ja FADH2 oma elektronid elektroni transpordiahelasse, mis on mitokondriaalmembraanide sisepinna multiensüümikompleks. Elektroni liikumise tõttu kandeahelas moodustub ATP. 2С3H6O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H2O + 36ATF

Püruviinhape (piimhape) reageerib oksaloäädikhappega (oksaloatsetaadiga), moodustades sidrunhapet (tsitraati), mis läbib mitmeid järjestikuseid reaktsioone, muutes need teisteks hapeteks. Nende transformatsioonide tulemusena moodustub oksaaläädikhape (oksaloatsetaat), mis jälle reageerib püroviinhappega. Vaba vesinik ühendab NAD-i (nikotiinamiidadeniindinukleotiid), saades ühendi NADH.

Allikas: "Bioloogia skeemides, terminid, tabelid" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Allikas: Bioloogia, V.Yu 100 olulisemat teemat. Jameev 2016

Geneetiline teave rakus

Valkude ja nukleiinhapete biosüntees

Genoom - keha rakus sisalduv pärilik materjal.

Geneetiline (pärilik) informatsioon on kodeeritud DNA nukleotiidide ja mõne viiruse - RNA - järjestusena.

Eukarüootne genoom paikneb tuumas, mitokondrites ja taimedes isegi plastiidides.

Mitokondrid ja plastid on suhteliselt autonoomsed, kuid osa mitokondriaalsetest ja plastiidvalkudest on kodeeritud tuuma genoomiga.

Geen on geneetilise informatsiooni elementaarne üksus. Geen on DNA piirkond, mis kodeerib valgu järjestust (polüpeptiide) või funktsionaalset RNA-d.

Geneetilise koodi omadused

Geneetiline kood

1) triplett - iga aminohape vastab kolmekordse nukleotiidse DNA (RNA) koodonile; 2) üheselt mõistetav - üks triplett kodeerib ainult ühte aminohapet;

3) degeneratsioon - mitu erinevat tripletti võivad kodeerida ühte aminohapet;

4) universaalne - üks kõigi Maal esinevate organismide jaoks;

5) ei kattu - koodonid loetakse üksteise järel ühest konkreetsest punktist ühes suunas (üks nukleotiid ei saa olla kahe kõrvuti asetseva tripleti osa);

6) geenide vahel on “jagunevaid märke” - alasid, mis ei kanna geneetilist teavet, vaid eraldavad vaid mõned geenid teistest. Neid nimetatakse vahekaartideks.

UAAA, UAG, UGA stoppkoodonid tähistavad ühe polüpeptiidahela sünteesi lõpetamist, AUG triplett määrab järgmise sünteesi alguse koha.

Allikad: V.Yu 100 olulisema teema bioloogia. Jameev 2016

"Bioloogia skeemides, terminid, tabelid" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Visuaalne viide. Bioloogia 10-11 klassi. Krasilnikova

Mis on ainevahetus?

Mitte kunagi mõelnud, miks mõned inimesed söövad kõike (unustamata kukleid ja saiakesi), samas kui nad näevad välja, et nad ei ole mitu päeva söönud, samas kui teised, vastupidi, loevad pidevalt kaloreid, istuvad dieedil, lähevad tervislikku seisundisse saalid ja ikka ei suuda toime tulla nende lisaklassidega. Mis on saladus? Selgub, et kogu asi on ainevahetuses!

Mis on ainevahetus? Ja miks inimesed, kellel on kõrge ainevahetuse kiirus, ei ole kunagi rasvunud ega ülekaalulised? Ainevahetusest rääkides on oluline märkida järgmist: see on ainevahetus kehas ja kõik keemilised muutused, alates hetkest, kui toitained kehasse sisenevad, kuni need eemaldatakse kehast väliskeskkonda. Metaboolne protsess on kõik reaktsioonid, mis toimuvad kehas, tänu millele ehitatakse kudede struktuursed elemendid, rakud, samuti kõik protsessid, mille abil organism saab energiat, mida ta vajab normaalseks hoolduseks.

Ainevahetus mängib meie elus suurt rolli, sest tänu kõigile nendele reaktsioonidele ja keemilistele muutustele saame kõik, mida vajame toiduainetest: rasvad, süsivesikud, valgud, vitamiinid, mineraalid, aminohapped, terved kiud, orgaanilised happed jne. d.

Vastavalt selle omadustele võib ainevahetust jagada kaheks põhiosaks - anaboolseks ja katabolismiks, st protsessideks, mis aitavad kaasa kõigi vajalike orgaaniliste ainete loomisele ja hävitavatele protsessidele. See tähendab, et anaboolsed protsessid aitavad kaasa lihtsate molekulide "muutumisele" keerulisemateks. Ja kõik need andmetöötlused on seotud energiakuludega. Teisest küljest vabastavad kataboolsed protsessid kehast lagunemise lõpptoodetest, nagu süsinikdioksiid, uurea, vesi ja ammoniaak, mis viib energia vabanemisele, st me võime umbes öelda, et toimub uriini metabolism.

Mis on rakkude ainevahetus?

Mis on raku ainevahetus või elusrakkude ainevahetus? On hästi teada, et iga meie keha elav rakk on hästi koordineeritud ja organiseeritud süsteem. Rakk sisaldab mitmesuguseid struktuure, suuri makromolekule, mis aitavad laguneda hüdrolüüsi (st raku lõhkumise tõttu vee all) tõttu väikseimateks komponentideks.

Lisaks sisaldavad rakud suurt hulka kaaliumi ja üsna natuke naatriumi, hoolimata asjaolust, et rakukeskkond sisaldab palju naatriumi ja kaalium on vastupidi palju vähem. Lisaks on rakumembraan konstrueeritud nii, et see soodustab nii naatriumi kui ka kaaliumi tungimist. Kahjuks võivad erinevad struktuurid ja ensüümid seda lihtsustatud struktuuri hävitada.

Ja rakk ise on kaugel kaaliumi ja naatriumi suhtest. Selline "harmoonia" saavutatakse alles pärast inimese surma sureliku autolüüsi käigus, st organismi seedimist või lagunemist oma ensüümide mõjul.

Mis on rakkude energia?

Esiteks, rakkude energia on lihtsalt vajalik selleks, et toetada süsteemi tööd, mis pole kaugeltki tasakaalus. Seega, et rakk oleks normaalsele olukorrale, isegi kui see on kaugel tasakaalust, peab ta ilma selleta saama selleks vajaliku energia. Ja see reegel on normaalse raku toimimise vältimatu tingimus. Lisaks sellele on veel üks töö, mille eesmärk on keskkonnaga suhtlemine.

Näiteks, kui esineb lihasrakkude või neerurakkude vähenemine ja isegi uriin hakkab moodustuma, või närvirakkudes ilmuvad närviimpulssid ja seedetrakti eest vastutavatel rakkudel, on alanud seedetrakti ensüümide sekretsioon või rakkude hormoonide sekretsioon on alanud endokriinsed näärmed? Või näiteks hakkasid hõõglambirakud hõõguma ja kalade rakkudes olid näiteks elektrienergia heited? Kõik see ei olnud selleks vaja ega vaja energiat.

Mis on energiaallikad

Ülaltoodud näidetes näeme. Et rakk kasutab oma töö jaoks adenosiintrifosfaadi või (ATP) struktuuri tõttu saadud energiat. Tänu temale on rakk energiaga küllastunud, mille vabanemine võib tulla fosfaatrühmade vahel ja teenida edasist tööd. Samal ajal, fosfaatsidemete lihtsa hüdrolüütilise purustamisega (ATP), ei teki sellest tulenev energia lahtrile, sel juhul raisatakse energia soojusena.

See protsess koosneb kahest järjestikusest etapist. Igas sellises etapis on kaasatud vaheprodukt, mida nimetatakse HF-ks. Järgmistes võrrandites tähistavad X ja Y kahte täiesti erinevat orgaanilist ainet, täht F tähistab fosfaati ja lühend ADP viitab adenosiindifosfaadile.

Ainevahetuse normaliseerimine - see mõiste on meie elus kindlalt kindlaks määratud, lisaks on see muutunud normaalse kaalu näitajaks, kuna keha või ainevahetuse ainevahetusprotsesside häired on sageli seotud kehakaalu tõusuga, ülekaalulisusega, rasvumisega või selle puudulikkusega. Tuvastage ainevahetusprotsesside kiirus organismis, mis võib olla tingitud vahetuse põhjal tehtud testist.

Mis on peamine vahetus? See näitab keha energia tootmise intensiivsust. See katse viiakse läbi hommikul tühja kõhuga passiivsuse ajal, st. Kvalifitseeritud tehnik mõõdab (O2) hapniku omastamist ja organismi eritumist (CO2). Andmete võrdlemisel selgitage välja, mitu protsenti keha põletab sissetulevaid toitaineid.

Samuti mõjutavad metaboolsete protsesside aktiivsust hormonaalsed süsteemid, kilpnäärme- ja sisesekretsioonisüsteemid, mistõttu metaboolsete haiguste ravi avastamisel püüavad arstid tuvastada ja arvestada nende hormoonide töö taset veres ja nende süsteemide olemasolevaid haigusi.

Metaboolsete protsesside uurimise peamised meetodid

Uurides ühe (ükskõik millise) toitainete ainevahetust, täheldatakse kõiki selle muutusi (mis esinevad sellega) ühelt vormilt, mis jõudis kehasse lõppseisundisse, kus see organismist eritub.

Metaboolse uurimise meetodid on praegu väga erinevad. Lisaks kasutatakse selleks mitmeid biokeemilisi meetodeid. Üks meetod ainevahetuse uurimiseks on loomade või elundite kasutamise meetod.

Testitav loom süstitakse spetsiaalse ainega ja seejärel tuvastatakse selle uriini ja väljaheidete kaudu aine võimalikud muutused (metaboliidid). Kõige täpsemat teavet saab koguda konkreetse organi, näiteks aju, maksa või südame ainevahetusprotsesside uurimise teel. Selleks süstitakse seda ainet veresse, mille järel metaboliidid aitavad seda selle elundi veres tuvastada.

See protseduur on väga keeruline ja ohtlik, sest sageli kasutatakse selliste uurimismeetodite puhul õhukeset näputäismeetodit või valmistatakse nende organite sektsioone. Sellised sektsioonid pannakse spetsiaalsetesse inkubaatoritesse, kus neid hoitakse erilahustuvate ainete temperatuuril (sarnaselt kehatemperatuurile) aine lisamisega, mille ainevahetust uuritakse.

Sellise uurimismeetodi abil ei ole rakud kahjustatud, kuna sektsioonid on nii õhukesed, et aine tungib rakkudesse kergesti ja vabalt ning lahkub seejärel. On juhtunud, et erimaterjali aeglane läbisõit rakumembraanide kaudu on raskusi.

Sel juhul membraani hävitamiseks purustatakse koed tavaliselt nii, et eriline aine inkubeerib raku viljaliha. Sellised katsed tõestasid, et kõik elusrakud on võimelised glükoosi oksüdeerima süsinikdioksiidiks ja veeks ning ainult maksa kudede rakud võivad sünteesida karbamiidi.

Kasuta rakke?!

Vastavalt nende struktuurile kujutavad rakud väga keerulist organiseeritud süsteemi. On hästi teada, et rakk koosneb tuumast, tsütoplasmast ja ümbritsevas tsütoplasmas on väikesed kehad, mida nimetatakse organellideks. Need on erineva suuruse ja tekstuuriga.

Tänu spetsiaalsetele tehnikatele on võimalik rakkude kudesid homogeniseerida ja seejärel eristada (diferentsiaaltsentrifuugimine), saades seega ravimeid, mis sisaldavad ainult mitokondrit, ainult mikrosoome, samuti plasmat või selget vedelikku. Neid ravimeid inkubeeritakse eraldi ühendiga, mille metabolismi uuritakse, et määrata täpselt, millised konkreetsed rakulised struktuurid on järjestikustes muutustes seotud.

Esinesid juhtumid, mil algne reaktsioon algas tsütoplasmas ja selle produkt muutus mikrosoomides ja pärast seda täheldati muutusi teiste mitokondrite reaktsioonidega. Uuritud aine inkubeerimine kudede homogenaadi või elusrakkudega ei avalda enamasti ainevahetusega seotud eraldi etappe. Järgnev üks pärast teisi katseid, kus inkubeerimiseks kasutatakse ühte või teist subtsellulaarset struktuuri, aitab mõista kogu nende sündmuste ahelat.

Kuidas kasutada radioaktiivseid isotoope

Nende ainete või teiste ainevahetusprotsesside uurimiseks on vajalik:

• kasutama selle ja selle metaboliitide aine määramiseks analüütilisi meetodeid;
• On vaja kasutada selliseid meetodeid, mis aitavad eristada sisestatud ainet samast ainest, kuid on juba selles preparaadis.

Nende nõuete täitmine oli peamine takistus keha ainevahetusprotsesside uurimisel, kuni radioaktiivsete isotoopide avastamiseni ja 14C radioaktiivse süsivesiku hulka. Ja pärast 14C ilmumist ja instrumente, mis võimaldavad mõõta isegi nõrka radioaktiivsust, lõppesid kõik ülalnimetatud raskused. Pärast seda läks metaboolsete protsesside mõõtmise juhtum nagu nad ütlevad mäest üles.

Nüüd, kui spetsiifilisele bioloogilisele preparaadile (näiteks mitokondriaalsed suspensioonid) lisatakse märgistatud 14C-märgistatud rasvhape, siis pärast seda ei ole vaja spetsiifilisi analüüse, mis võimaldaksid kindlaks määrata selle transformatsiooni mõjutavaid tooteid. Ja selleks, et välja selgitada kasutusmäära, on nüüd võimalik saada mitokondriaalsete fraktsioonide radioaktiivsust, mis saadi järjestikku.

See meetod aitab mitte ainult mõista, kuidas ainevahetust normaliseerida, vaid ka tänu sellele saab eksperimentaalselt kergesti eristada sisseviidud radioaktiivse rasvhappe molekule eksperimentaalselt mitokondrites juba esinevatest rasvhapete molekulidest.

Elektroforees ja. kromatograafia

Et mõista, mis ja kuidas normaliseerib ainevahetust, st kuidas metabolism on normaliseeritud, on vaja kasutada ka selliseid meetodeid, mis aitavad eraldada segu, mis sisaldab orgaanilisi aineid väikestes kogustes. Kromatograafia meetodiks on üks olulisemaid selliseid meetodeid, mis põhineb adsorptsiooni nähtusel. Tänu sellele meetodile toimub komponentide segu eraldamine.

Sellisel juhul lahutatakse segu komponendid, mis viiakse läbi adsorbeerimisega sorbendile, või tänu paberile. Eraldamisel adsorptsiooni teel sorbendile, st kui nad hakkavad täitma selliseid spetsiaalseid klaastorusid (kolonnid), järk-järgult ja järgnevalt elueerides, see tähendab iga olemasoleva komponendi järgneva leostumise korral.

Elektroforeesi eraldamise meetod sõltub otseselt märkide olemasolust, samuti molekulide ioniseeritud laengute arvust. Elektroforees viiakse läbi ka ükskõik millisel mitteaktiivsel kandjal, nagu tselluloos, kumm, tärklis või lõpuks paberil.

Üks kõige tundlikumaid ja efektiivsemaid meetodeid segu eraldamiseks on gaasikromatograafia. Seda eraldamismeetodit kasutatakse ainult siis, kui eraldamiseks vajalikud ained on gaasilises olekus või näiteks mis tahes hetkel võivad sellesse olekusse siseneda.

Kuidas ensüümide vabanemine toimub?

Et teada saada, kuidas ensüümid vabanevad, on vaja mõista, et see on viimane koht selles seerias: loom, siis organ, siis koesektsioon ja seejärel osa rakulistest organellidest ja homogenaat, mis võtab ensüüme, mida katalüüsib teatud keemiline reaktsioon. Ensüümide eraldamine puhastatud kujul on muutunud metaboolsete protsesside uurimisel oluliseks suunaks.

Ülaltoodud meetodite kombineerimine ja kombineerimine võimaldas põhilisi metaboolseid teid enamikus meie planeedil elavatest organismidest, sealhulgas inimestest. Lisaks aitasid need meetodid kaasa vastuste leidmisele küsimusele, kuidas keha metaboolsed protsessid jätkuvad, ning aitasid selgitada ka nende ainevahetusradade põhietappide järjepidevust. Tänapäeval on juba uuritud üle tuhande igasuguseid biokeemilisi reaktsioone ning uuritud ka nendes reaktsioonides osalevaid ensüüme.

Kuna igasuguse ilmingu ilmumine elusrakkudes nõuab ATP-d, ei ole üllatav, et rasvarakkude metaboolsete protsesside kiirus on peamiselt suunatud ATP sünteesile. Selle saavutamiseks, mis on keerukad, kasutatakse järjestikuseid reaktsioone. Sellised reaktsioonid kasutavad peamiselt keemilist potentsiaali, mis sisaldub rasvade (lipiidide) ja süsivesikute molekulides.

Metaboolsed protsessid süsivesikute ja lipiidide vahel

Sellist ainevahetust süsivesikute ja lipiidide vahel erinevalt nimetatakse ATP sünteesiks, anaeroobseks (seega ilma hapnikuta) ainevahetuseks.

Lipiidide ja süsivesikute peamine roll on see, et ATP süntees annab lihtsamaid ühendeid, hoolimata asjaolust, et samad protsessid toimusid kõige primitiivsetes rakkudes. Ainult hapnikuta keskkonnas on rasvade ja süsivesikute täielik oksüdatsioon süsinikdioksiidiks muutunud võimatuks.

Isegi need primitiivsed rakud kasutasid samu protsesse ja mehhanisme, mille abil toimus endas glükoosimolekuli struktuuri ümberstruktureerimine, mis sünteesis väikeses koguses ATP-d. Teisisõnu, selliseid protsesse mikroorganismides nimetatakse fermentatsiooniks. Praegu on eriti hästi uuritud glükoosi "kääritamist" etüülalkoholi ja süsinikdioksiidi olekusse.

Kõigi nende muudatuste lõpuleviimiseks ja mitmete vaheproduktide loomiseks oli vaja viia läbi üksteist järjestikust reaktsiooni, mis lõpuks esitati parlamendis vaheproduktide (fosfaatide), st fosforhappe estrite kohta. See fosfaatrühm viidi üle adenosiindifosfaadile (ADP) ja ka ATP moodustumisele. Ainult kaks molekuli moodustasid ATP netotootmise (iga fermentatsiooniprotsessi tulemusena saadud glükoosimolekuli kohta). Sarnaseid protsesse täheldati ka kõikides elusrakkudes, kuna nad varustasid normaalseks toimimiseks vajalikku energiat. Selliseid protsesse nimetatakse sageli anaeroobse raku hingamiseks, kuigi see ei ole täiesti õige.

Nii imetajatel kui ka inimestel nimetatakse seda protsessi glükolüüsiks ja selle lõpptoode on piimhape, mitte CO2 (süsinikdioksiid) ja mitte alkohol. Välja arvatud kaks viimast etappi, loetakse kogu glükolüüsi reaktsioonide järjestus peaaegu identseks protsessiga, mis toimub pärmirakkudes.

Aeroobne ainevahetus tähendab hapniku kasutamist

On ilmne, et hapniku ilmumisega atmosfääris, tänu taimede fotosünteesile, tekkis tänu Ema Loodusele mehhanism, mis võimaldas glükoosi täielikku oksüdeerumist veeks ja CO2-ks. Selline aeroobne protsess võimaldas ATP puhta saagise (iga kolmekümne kahest molekulist iga glükoosimolekuli põhjal ainult oksüdeerunud).

Selline protsess hapniku kasutamise kohta rakkude poolt, ühendite ilmnemiseks energiaga, on tänapäeval tuntud kui aeroobne, rakuline hingamine. Sellist hingamist teostavad tsütoplasmaatilised ensüümid (erinevalt anaeroobsetest) ja oksüdatiivsed protsessid toimuvad mitokondrites.

Siin oksüdeeritakse püroviinhape, mis on vaheprodukt, pärast anaeroobses faasis moodustumist, kuue järjestikuse reaktsiooni tõttu CO2 olekusse, kus igas reaktsioonis kantakse nende elektronide paar aktseptorile, tavalisele nikotiinamiidi adeniini dinukleotiidile, lühendatult NAD. Seda reaktsioonide järjestust nimetatakse trikarboksüülhappe tsükliks, samuti sidrunhappe tsüklit või Krebsi tsüklit, mis viib asjaoluga, et iga glükoosimolekul moodustab kaks püroviinhappe molekuli. Selle reaktsiooni käigus lahkub kaksteist paari elektroni glükoosimolekulist selle edasiseks oksüdatsiooniks.

Energiaallika käigus rääkige. lipiidid

Selgub, et rasvhapped võivad samuti toimida nii energiaallikana kui ka süsivesikute allikana. Rasvhapete oksüdeerumine tuleneb kahe süsiniku fragmendi rasvhappest (või pigem selle molekulist) lõhustumise järjestusest atsetüül-koensüümi A (muidu atsetüül-CoA) väljanägemisega ja samaaegsete kahe elektronpaari ülekandmisega nende ülekande ahelasse.

Seega on saadud atsetüül-CoA sama osa trikarboksüülhappe tsüklist, mille edasine saatus ei erine väga palju atsetüül-CoA-st, mida tarnitakse süsivesikute metabolismi kaudu. See tähendab, et mehhanismid, mis sünteesivad ATP-d nii glükoosi metaboliitide kui ka rasvhapete oksüdatsiooni ajal, on peaaegu identsed.

Kui kehasse sisenev energia saadakse peaaegu ainult ühe rasvhappe oksüdatsiooniprotsessi tõttu (näiteks tühja kõhuga, haigusega nagu suhkru diatees jne), ületab sel juhul atsetüül-CoA intensiivsus selle oksüdeerumise intensiivsus trikarboksüülhapete tsüklis. Sellisel juhul hakkavad atsetüül-CoA molekulid (mis on üleliigne) üksteisega reageerima. Selle protsessi käigus ilmuvad atsetoäädikhape ja b-hüdroksübutüürhapped. Selline kogunemine võib põhjustada ketoosi, see on üks atsidoosi tüüpe, mis võib põhjustada tõsist diabeeti ja isegi surma.

Miks reserveerida energiat?

Selleks, et mingil moel saada täiendavaid energiavarusid, näiteks loomadele, kes ebaregulaarselt ja mitte süstemaatiliselt neid toidavad, on vaja lihtsalt koguda vajalikku energiat. Selliseid energiavarusid toodavad toiduvarud, mis hõlmavad kõiki samu rasvu ja süsivesikuid.

Tuleb välja rasvhapped võivad minna reservi neutraalsete rasvade kujul, mis sisalduvad nii rasvkoes kui ka maksas. Ja süsivesikud, kui nad on suurtes kogustes seedetraktis allaneelatud, hakkavad hüdrolüüsuma glükoosiks ja muudeks suhkrudeks, mis maksas vabanemisel sünteesitakse glükoosiks. Ja sealsamas hakkab hiiglaslik polümeer glükoosist sünteesima, kombineerides glükoosijääke ja eraldades veemolekule.

Mõnikord jõuab glükoosi jääkide kogus glükogeenimolekulides 30 000. Ja kui vajatakse energiat, siis hakkab glükogeen uuesti lagunema glükoosiks keemilise reaktsiooni käigus, viimane on glükoosfosfaat. See glükoosifosfaat on glükolüüsi protsessi teel, mis on osa glükoosi oksüdeerimise eest vastutavast teest. Glükoosfosfaat võib samuti läbi viia hüdrolüüsi reaktsiooni maksades ise ja sel viisil moodustunud glükoos toimetatakse koos verega keharakkudesse.

Kuidas on süsivesikute süntees lipiidides?

Kas sulle meeldib süsivesikute toit? Tuleb välja, et kui toidust saadud süsivesikute kogus ületab korraga lubatud koguse, kantakse süsivesikud „varule” glükogeeni kujul, st. liigne süsivesikute toit muudetakse rasvaks. Algul moodustub atsetüül-CoA glükoosist ja seejärel hakkab seda sünteesima pika ahelaga rasvhapete raku tsütoplasmas.

Seda "transformatsiooni" protsessi võib kirjeldada rasvarakkude normaalse oksüdatiivse protsessina. Pärast seda hakatakse rasvhappeid paigutama triglütseriidide, st neutraalsete rasvade kujul, mis ladestatakse (peamiselt probleemsetes piirkondades) keha erinevates osades.

Kui keha vajab kiiresti energiat, läbivad neutraalsed rasvad hüdrolüüsi ja rasvhapped hakkavad verd voolama. Siin on nad küllastunud albumiini ja globuliini molekulidega, st plasmavalkudega, ning seejärel hakkavad need imenduma teiste väga erinevate rakkude poolt. Loomadel ei ole sellist mehhanismi, mis suudaks glükoosi ja rasvhapete sünteesi läbi viia, kuid taimedel on need.

Lämmastikuühendite süntees

Loomadel kasutatakse aminohappeid mitte ainult valgu biosünteesina, vaid ka lähteainena, mis on valmis teatud lämmastikku sisaldavate ühendite sünteesiks. Aminohape, nagu türosiin, muutub hormoonide, näiteks norepinefriini ja adrenaliini prekursoriks. Ja glütseriin (lihtsaim aminohape) on lähtematerjal puriinide biosünteesiks, mis on osa nukleiinhappest, samuti porfüriinid ja tsütokroomid.

Nukleiinhapete pürimidiinide prekursoriks on asparagiinhape ja metioniinirühm hakkab kandma kreatiini, sarkosiini ja koliini sünteesi ajal. Nikotiinhappe prekursor on trüptofaan ja valiinist (mis moodustub taimedes) võib sünteesida vitamiini, nagu pantoteenhape. Ja need on vaid mõned näited lämmastikuühendite sünteesi kasutamisest.

Kuidas toimib lipiidide ainevahetus

Tavaliselt satuvad lipiidid kehasse rasvhapete triglütseriididena. Kui kõhunäärme poolt toodetud ensüümide mõju all sooles on nad hakanud hüdrolüüsima. Siin sünteesitakse need taas neutraalseteks rasvadeks, mille järel nad sattuvad maksasse või verre ja võivad olla ka deposiidina rasvkoes.

Oleme juba öelnud, et rasvhappeid võib sünteesida ka varem ilmunud süsivesikute lähteainetest. Samuti tuleb märkida, et vaatamata asjaolule, et loomarakkudes võib täheldada ühe kaksiksideme samaaegset lisamist pikaahelasesse rasvhappe molekulidesse. Need rakud ei saa sisaldada teist ja isegi kolmandat kahekordset ühendust.

Kuna kolme ja kahe kaksiksidemega rasvhapped mängivad loomade (sealhulgas inimeste) ainevahetusprotsessides olulist rolli, on need sisuliselt olulised toitained, mida võib öelda, vitamiine. Seetõttu nimetatakse linoleenseid (C18: 3) ja linoolseid (C18: 2) ka essentsiaalseid rasvhappeid. Samuti leiti, et linoleenhappe rakkudes võib olla kaasatud ka kahekordne neljas side. Süsinikahela pikenemise tõttu võib tekkida teine ​​oluline arahhidoonhappe (C20: 4) metaboolsete reaktsioonide osaleja.

Lipiidide sünteesi ajal võib täheldada rasvhapete jääke, mis on seotud koensüümiga A. Tänu sünteesile viiakse need jäägid glütserooli ja fosforhappe glütseroolfosfaadi estrile. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub fosfatiidhappe ühend, kus üks selle ühenditest on fosforhappega esterdatud glütserool ja ülejäänud kaks on rasvhapped.

Kui ilmnevad neutraalsed rasvad, eemaldatakse fosforhape hüdrolüüsi teel ja selle asemel on rasvhape, mis saadakse atsüül-CoA-ga keemilisel reaktsioonil. Koensüüm A ise võib esineda ühe pantoteenhappe vitamiinide tõttu. See molekul sisaldab sulfhüdrüülrühma, mis reageerib hapetega tioestritega. Fosfolipiidfosfatiidhape reageerib omakorda lämmastiku alustele, näiteks seriinile, koliinile ja etanoolamiinile.

Seega võib kõiki imetajatel leiduvaid steroide (välja arvatud D-vitamiini) sünteesida iseseisvalt ise.

Kuidas toimub valgu ainevahetus?

On tõestatud, et kõigis elusrakkudes olevad valgud koosnevad kahekümne ühest aminohappest, mis on ühendatud erinevates järjestustes. Need aminohapped sünteesitakse organismide poolt. Selline süntees viib tavaliselt a-ketohapete ilmumiseni. Nimelt a-ketohape või a-ketoglutaarhape ja osalevad lämmastiku sünteesis.

Inimkeha, nagu paljude loomade keha, on suutnud säilitada võime sünteesida kõiki olemasolevaid aminohappeid (välja arvatud mõned olulised aminohapped), mis peavad tingimata pärinema toidust.

Kuidas valgu süntees

See protsess toimub tavaliselt järgmiselt. Iga raku tsütoplasmas paiknev aminohape reageerib ATP-ga ja seejärel külgneb selle aminohappe suhtes spetsiifilise ribonukleiinhappe molekuli lõpliku rühmaga. Seejärel on keeruline molekul ühendatud ribosoomiga, mis määratakse ribosoomiga ühendatud laiema ribonukleiinhappe molekuli asendis.

Kui kõik kompleksmolekulid rivistuvad, on aminohappe ja ribonukleiinhappe vaheline lõhe, naaber aminohapped hakkavad sünteesima ja seega saadakse valk. Metabolismi normaliseerumine toimub proteiin-süsivesikute rasvade ainevahetusprotsesside harmoonilise sünteesi tõttu.

Mis on orgaanilise aine ainevahetus?

Ainevahetusprotsesside paremaks mõistmiseks ja mõistmiseks, samuti tervise taastamiseks ja ainevahetuse parandamiseks peate järgima järgmisi metabolismi normaliseerimise ja taastamise soovitusi.

• Oluline on mõista, et metaboolseid protsesse ei saa ümber pöörata. Ainete lagunemine ei toimu kunagi sünteesivate reaktsioonide lihtsa ringluse teel. Teised ensüümid, nagu ka mõned vaheproduktid, on tingimata seotud selle lagunemisega. Väga sageli hakkavad raku erinevates osades voolama erinevates suundades suunatud protsessid. Näiteks võidakse rakkude tsütoplasmas sünteesida rasvhappeid, kui nad puutuvad kokku ühe teatud ensüümide kogumiga, ja oksüdatsiooniprotsess mitokondrites võib esineda täiesti erineva komplektiga.
• Metaboolsete reaktsioonide kiirendamiseks on keha elusrakkudes täheldatud piisavat arvu ensüüme, kuid vaatamata sellele ainevahetusprotsessidele ei toimu see alati kiiresti, seega näitab see, et meie rakkudes on metaboolseid protsesse mõjutavad mõned regulatiivsed mehhanismid. Praeguseks on mõned sellised mehhanismid juba avastatud.
• Üks tegureid, mis mõjutavad aine ainevahetusprotsessi langust, on antud aine tarbimine rakus endas. Seetõttu võib metaboolsete protsesside reguleerimine suunata sellele faktorile. Näiteks kui võtame insuliini, mille funktsioon, nagu me teame, on seotud glükoosi tungimise hõlbustamisega kõikidesse rakkudesse. Sellisel juhul sõltub glükoosi "transformatsiooni" kiirus sellest, millisel kiirusel ta saabus. Kui me kaalume kaltsiumi ja rauda, ​​kui nad sisenevad verest soolest, siis sõltub metaboolsete reaktsioonide määr käesoleval juhul paljudest, sealhulgas regulatiivsetest protsessidest.
• Kahjuks ei saa kõik ained vabalt liikuda ühest rakukambrist teise. Samuti eeldatakse, et teatud steroidhormoonide abil jälgitakse pidevalt intratsellulaarset ülekannet.
• Teadlased on tuvastanud kahte tüüpi servomehhanisme, mis vastutavad negatiivsete tagasiside eest ainevahetusprotsessides.
• Isegi baktereid täheldati mis tahes järjestikuste reaktsioonide olemasolu tõendavaid näiteid. Näiteks inhibeerib ühe ensüümi biosüntees aminohappeid, nii et see on vajalik selle aminohappe saamiseks.
• Ainevahetusreaktsioonide üksikjuhtumeid uurides selgus, et ensüüm, mille biosüntees oli mõjutatud, oli vastutav aminohapete sünteesile viinud ainevahetusraja peamise etapi eest.
• On oluline mõista, et metaboolse ja biosünteetilise protsessi protsessides osaleb väike hulk ehitusplokke, millest igaüks hakkab kasutama paljude ühendite sünteesiks. Selliste ühendite hulka kuuluvad: atsetüül-koensüüm A, glütsiin, glütserofosfaat, karbamüülfosfaat ja teised. Nendest väikestest komponentidest on üles ehitatud keerulised ja mitmekesised ühendid, mida võib elusorganismides täheldada.
• Väga harva on lihtsad orgaanilised ühendid, mis on otseselt seotud ainevahetusprotsessidega. Sellised ühendid, et näidata nende aktiivsust, peavad liituma mis tahes arvuga ühendeid, mis on aktiivselt seotud metaboolsetes protsessides. Näiteks võib glükoos oksüdatiivseid protsesse alustada alles pärast seda, kui see on kokku puutunud fosforhappe eeterdumisega, ja muude järgnevate muudatuste korral tuleb see esterida uridiindifosfaadiga.
• Kui arvestame rasvhappeid, ei saa nad osaleda ka metaboolsetes muutustes seni, kuni nad moodustavad koensüümiga A estreid. Samal ajal seostub iga aktivaator mis tahes nukleotiidiga, mis on ribonukleiinhappe osa või on moodustatud midagi vitamiini. Seetõttu selgub, miks vajame vitamiine ainult väikestes kogustes. Neid tarbivad koensüümid, kusjuures iga koensüümimolekuli kasutatakse kogu elu jooksul mitu korda, erinevalt toitainetest, mille molekule kasutatakse üks kord (näiteks glükoosimolekulid).

Ja viimane! Selle teema lõpetuseks tahaksin öelda, et mõiste „ainevahetus” ise tähendas endas valkude, süsivesikute ja rasvade sünteesi kehas, kuid nüüd kasutatakse seda mitme tuhande ensüümreaktsiooni määramiseks, mis võivad kujutada endast üksteisega seotud metaboolsete radade suurt võrku.

Rakkude ainevahetus. Energia metabolism ja fotosüntees. Maatriksi sünteesi reaktsioonid.

Ainevahetuse mõiste

Metabolism on kõigi elusorganismis esinevate keemiliste reaktsioonide kogum. Ainevahetuse väärtus seisneb keha jaoks vajalike ainete tekitamises ja energiaga varustamises.

On kaks ainevahetuse komponenti - katabolism ja anaboolsus.

Ainevahetuse komponendid

Plastiku ja energia metabolismi protsessid on lahutamatult seotud. Kõik sünteetilised (anaboolsed) protsessid vajavad dissimilatsioonireaktsioonide käigus tarnitud energiat. Lõhustumisreaktsioonid ise (katabolism) toimuvad ainult assimilatsiooniprotsessis sünteesitud ensüümide osalusel.

FTF roll ainevahetuses

Orgaaniliste ainete lagunemisel vabanenud energiat ei kasuta rakk kohe, vaid säilitatakse suure energiaga ühendite kujul, tavaliselt adenosiintrifosfaadi (ATP) kujul. Oma keemilise olemuse tõttu viitab ATP mononukleotiididele.

ATP (adenosiintrifosfaathape) on mononukleotiid, mis koosneb adeniinist, riboosist ja kolmest fosforhappejäägist, mis on omavahel seotud makromaatsete sidemetega.

Nendes ühendustes salvestatakse salvestatud energia, mis vabastatakse, kui nad purunevad:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adeniin + riboos + H₃PO₄ + Q₃,
kus ATP on adenosiintrifosfaat; ADP - adenosiini difosforhape; AMP - adenosiinmonofosforhape; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
ATP varu rakus on piiratud ja seda täiendatakse fosforüülimisprotsessi tõttu. Fosforüülimine on fosforhappe jäägi lisamine ADP-le (ADP + F → ATP). See esineb hingamise, fermentatsiooni ja fotosünteesi ajal erineva intensiivsusega. ATP-d uuendatakse väga kiiresti (inimestel on ühe ATP-molekuli eluiga vähem kui 1 minut).
ATP molekulides salvestatud energiat kasutab keha anaboolsetes reaktsioonides (biosünteesi reaktsioonid). ATP molekul on kõigi elusolendite universaalne hoidja ja kandja.

Energia vahetamine

Elu jaoks vajalik energia, enamik organisme saadakse orgaaniliste ainete oksüdeerumise tulemusena, st kataboolsete reaktsioonide tulemusena. Kõige olulisem kütusena kasutatav ühend on glükoos.
Seoses vaba hapnikuga jagunevad organismid kolme rühma.

Organismide klassifitseerimine vaba hapniku suhtes

Kohustuslike aeroobide ja fakultatiivsete anaeroobide puhul toimub hapniku juuresolekul katabolism kolmel etapil: ettevalmistav, hapnikuvaba ja hapnik. Selle tulemusena laguneb orgaaniline aine anorgaanilisteks ühenditeks. Kohustuslikes anaeroobides ja hapniku puudumisega anafeerilistes anaeroobides toimub katabolism kahes esimeses etapis: ettevalmistav ja hapnikuvaba. Selle tulemusena moodustuvad vahepealsed energiasisaldusega orgaanilised ühendid.

Katabolismi etapid

1. Esimene etapp - ettevalmistav - seisneb komplekssete orgaaniliste ühendite ensümaatilises lõhustamises lihtsamateks. Valgud jaotatakse aminohapeteks, rasvaks glütserooliks ja rasvhapped, polüsahhariidid monosahhariidideks, nukleiinhapped nukleotiidideks. Mitmerakulistes organismides esineb see seedetraktis, ühekordsete organismide puhul - lüsosoomides hüdrolüütiliste ensüümide toimel. Vabanenud energia hajub soojuse kujul. Saadud orgaanilised ühendid oksüdeeritakse või kasutatakse rakke oma orgaaniliste ühendite sünteesimiseks.
2. Teine etapp - mittetäielik oksüdatsioon (hapnikuvaba) - on orgaaniliste ainete edasine jagamine, toimub raku tsütoplasmas ilma hapniku osaluseta. Peamine energiaallikas rakus on glükoos. Glükoosi anoksilist, mittetäielikku oksüdatsiooni nimetatakse glükolüüsiks. Ühe glükoosimolekuli glükolüüsi tulemusena moodustuvad kaks püroviinhappe (PVC, püruvaat) CH molekuli.₃COCOOH, ATP ja vesi, samuti vesiniku aatomid, mis on seotud NAD + molekuliga ja mida säilitatakse NAD · H.
Üldine glükolüüsi valem on järgmine:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Seejärel hapniku puudumisel keskkonnas töödeldakse glükolüüsi saadusi (PVK ja NAD · H) etüülalkoholiks - alkohoolseks käärimiseks (pärmi- ja taimerakkudes hapnikupuudusega).
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃DREAM
CH₃DREAM + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
kas piimhappes - piimhappe fermentatsioon (loomarakkudes, kus puudub hapnik)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
Hapniku juuresolekul keskkonnas läbivad glükolüüsi saadused lõpptoodetele täiendava lõhustumise.
3. Kolmas etapp - täielik oksüdatsioon (hingamine) - on PVC oksüdeerimine süsinikdioksiidiks ja veeks, teostatakse mitokondrites hapniku kohustusliku osalemisega.
See koosneb kolmest etapist:
A) atsetüül-koensüümi A moodustumine;
B) atsetüül-koensüümi A oksüdeerimine Krebsi tsüklis;
B) oksüdatiivne fosforüülimine elektroni transpordiahelas.

A. Esimeses etapis viiakse PVC tsütoplasmast mitokondritesse, kus see interakteerub maatriksi ensüümidega ja moodustab 1) süsinikdioksiidi, mis eemaldatakse rakust; 2) vesinikuaatomid, mida transpordivad molekulid mitokondrite sisemisele membraanile; 3) atsetüül-koensüüm A (atsetüül-CoA).
B. Teises etapis oksüdeeritakse Krebsi tsüklis atsetüülkoensüüm A. Krebsi tsükkel (trikarboksüülhappe tsükkel, sidrunhappe tsükkel) on järjestikuste reaktsioonide ahel, milles üks atsetüül-CoA molekul moodustab 1) kaks süsinikdioksiidi molekuli, 2) ATP molekul ja 3) neli paari vesinikuaatomeid, mis on üle viidud molekulidesse vedajad - NAD ja FAD. Seega, glükolüüsi ja Krebsi tsükli tulemusena jaguneb glükoosi molekul CO-ks₂, ja selle protsessi käigus vabanenud energia kulutatakse 4 ATP sünteesiks ja akumuleerub 10 NAD · H ja 4 FAD · H₂.
B. Kolmandas etapis on vesinikuaatomid NAD · H ja FAD · H₂ oksüdeeritakse molekulaarse hapnikuga O₂ veega. Üks NAD · N on võimeline moodustama 3 ATP ja ühe FAD · H₂–2 ATP. Seega salvestatakse antud juhul vabanenud energia teise 34 ATP vormis.
See protsess toimub järgmiselt. Vesinikuaatomid keskenduvad mitokondriaalse sisemembraani välisküljele. Nad kaotavad elektronid, mis kantakse üle elektroni transpordiahela kandjate molekulide (tsütokroomide) ahelasse sisemise membraani siseküljele, kus nad kombineeruvad hapniku molekulidega:
Oh₂ + e - → o₂ -.
Elektronülekande ahela ensüümide aktiivsuse tulemusena on mitokondrite sisemembraan sisemiselt negatiivselt laetud (tänu₂ - ) ja väljaspool - positiivselt (tänu H +), nii et selle pindade vahel tekib potentsiaalne erinevus. Mitokondrite sisemembraanis on ATP süntetaasi ensüümi sisseehitatud molekulid, millel on ioonkanal. Kui potentsiaalne erinevus membraanil jõuab kriitilisele tasemele, suruvad positiivselt laetud H + osakesi elektrivälja jõuga läbi ATPaasi kanali ja kui membraani sisepinnal on vesi, siis tekib vesi:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
ADP-i ATP-le fosforüülimiseks kasutatakse sisemise mitokondriaalse membraani ioonikanali kaudu transporditud vesinikioonide H + energiat:
ADP + F → ATP.
Sellist ATP moodustumist mitokondrites hapniku osalemisega nimetatakse oksüdatiivseks fosforüülimiseks.
Glükoosi jagamise kogu võrrand rakulise hingamise protsessis:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44H₂O + 38ATP.
Seega moodustatakse glükolüüsi ajal 2 ATP molekuli rakkude hingamise ajal veel 36 ATP molekuli, üldjuhul glükoosi täieliku oksüdatsiooniga, 38 ATP molekuliga.

Plastvahetus

Plastvahetus või assimilatsioon on reaktsioonide kogum, mis tagab keerulisemate orgaaniliste ühendite sünteesi lihtsamatest (fotosüntees, kemosüntees, valgu biosüntees jne).

Heterotroofsed organismid ehitavad oma orgaanilise aine orgaanilistest toiduainetest. Heterotroofne assimilatsioon pärineb peamiselt molekulaarsest ümberkorraldamisest:
toiduaine orgaanilised ained (valgud, rasvad, süsivesikud) → lihtsad orgaanilised molekulid (aminohapped, rasvhapped, monosahhariidid) → keha makromolekulid (valgud, rasvad, süsivesikud).
Autotroofsed organismid on võimelised iseseisvalt sünteesima väliskeskkonnast tarbitud anorgaanilistest molekulidest orgaanilist ainet. Foto- ja kemosünteesi protsessis toimub lihtsate orgaaniliste ühendite moodustumine, millest sünteesitakse täiendavalt makromolekule:
anorgaanilised ained (CO₂, H₂O) → lihtsad orgaanilised molekulid (aminohapped, rasvhapped, monosahhariidid) → keha makromolekulid (valgud, rasvad, süsivesikud).

Fotosüntees

Fotosüntees - orgaaniliste ühendite süntees anorgaanilisest valguse energia tõttu. Fotosünteesi kogu võrrand:

Fotosüntees jätkub fotosünteetiliste pigmentide osalusel, millel on ainulaadne omadus muuta päikesevalguse energia ATP kujul keemilise sideme energiaks. Fotosünteetilised pigmendid on valgulised ained. Kõige olulisem pigment on klorofüll. Eukarüootides on fotosünteetilised pigmendid integreeritud plastide sisemembraani, prokarüootides, tsütoplasma membraani invagineerimisel.
Kloroplasti struktuur on väga sarnane mitokondrite struktuuriga. Thylakoid grani sisemembraan sisaldab fotosünteetilisi pigmente, samuti elektronide ülekandeahela ja ATP-süntetaasi ensüümimolekulide valke.
Fotosünteesi protsess koosneb kahest faasist: heledast ja pimedast.
1. Fotosünteesi kerge etapp toimub ainult valguses tülakoidide grana membraanis.
See hõlmab valguskvantide klorofülli neeldumist, ATP molekuli moodustumist ja vee fotolüüsi.
Valguse kvantti (hv) toimel kaotab klorofüll elektronid, mis liiguvad ergutatud olekusse:

Need elektronid kantakse kandjate poolt välimisse, st tülakoidmembraani pinnale, mis paikneb maatriksiga, kus see koguneb.
Samal ajal toimub tülakoidide sees vee fotolüüs, st selle lagunemine valguse toimel:

Saadud elektronid kannavad kandjad klorofülli molekulidesse ja taastavad need. Klorofülli molekulid taastuvad stabiilsesse olekusse.
Vee fotolüüsi käigus moodustunud vesiniku prootonid kogunevad tülakoidi sisse, tekitades H + reservuaari. Selle tulemusena laetakse silikoidmembraani sisepind positiivselt (H + arvelt) ja välispind on negatiivne (e - arvel). Vastupidiselt laetud osakeste kogunemisel membraani mõlemale küljele suureneb potentsiaalne erinevus. Kui saavutatakse potentsiaalne erinevus, hakkab elektrivälja jõud prootoneid ATP süntetaasi kanali kaudu suruma. Selle protsessi käigus vabanenud energiat kasutatakse ADP molekulide fosforüülimiseks:
ADP + F → ATP.

ATP moodustumist fotosünteesi ajal valgusenergia toimel nimetatakse fotofosforüülimiseks.
Vesinikioonid, mis ilmusid tülakoidmembraani välispinnale, kohtuvad seal elektronidega ja moodustavad aatomi vesiniku, mis seondub NADP vesiniku kandja molekuliga (nikotiinamiidadeniindinukleotiidfosfaat):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Seega toimub fotosünteesi valguse faasis kolm protsessi: vee lagunemisest tingitud hapniku moodustumine, ATP süntees ja vesiniku aatomite moodustumine NADPH kujul₂. Hapnik hajub atmosfääri, ATP ja NADF · H₂ osaleda pimedas faasis.
2. Fotosünteesi tume etapp toimub kloroplasti maatriksis nii valguses kui ka pimedas ning on järjestikuste CO₂, tulevad õhust, Calvini tsüklis. Teostatakse tumeda faasi reaktsioonid ATP energia tõttu. Calvin CO tsüklis₂ seondub vesinikuga NADPH-st₂ glükoosi moodustumisega.
Fotosünteesi käigus sünteesitakse lisaks monosahhariididele (glükoos jne) teiste orgaaniliste ühendite monomeere - aminohapped, glütserool ja rasvhapped. Seega, tänu fotosünteesile, pakuvad taimed ise ja kogu elu Maal oluliste orgaaniliste ainete ja hapnikuga.
Eukarüootide fotosünteesi ja hingamise võrdlevad omadused on toodud tabelis.