تنفس اکسیژن در کجای سلول اتفاق می افتد؟ مرحله دوم تنفس سلولی. گزیده ای از ویژگی تنفس سلولی

تنفس سلولی

فرآیندهای اصلی که انرژی سلول را تامین می کنند عبارتند از فتوسنتز، کموسنتز، تنفس، تخمیر و گلیکولیز به عنوان مرحله ای از تنفس.

با خون، اکسیژن به داخل سلول، یا بهتر است بگوییم به ساختارهای سلولی خاص - میتوکندری نفوذ می کند. آنها در همه سلول ها به جز سلول های باکتریایی، جلبک های سبز آبی و سلول های خونی بالغ (گلبول های قرمز) یافت می شوند. در میتوکندری، اکسیژن با مواد مغذی مختلف - پروتئین ها، کربوهیدرات ها، چربی ها و غیره وارد یک واکنش چند مرحله ای می شود که به این فرآیند تنفس سلولی می گویند. در نتیجه، انرژی شیمیایی آزاد می شود که سلول آن را در یک ماده خاص - اسید آدنوزین تری فسفریک یا ATP ذخیره می کند. این یک ذخیره جهانی انرژی است که بدن صرف رشد، حرکت و حفظ عملکردهای حیاتی خود می کند.

تنفس یک تجزیه اکسیداتیو مواد مغذی آلی با مشارکت اکسیژن است که با تشکیل متابولیت های فعال شیمیایی و آزاد شدن انرژی که توسط سلول ها برای فرآیندهای حیاتی استفاده می شود، همراه است.

معادله کلی تنفس به شرح زیر است:

جایی که Q=2878 کیلوژول بر مول.

اما تنفس برخلاف احتراق یک فرآیند چند مرحله ای است. دو مرحله اصلی در آن وجود دارد: گلیکولیز و مرحله اکسیژن.

گلیکولیز

ATP، با ارزش برای بدن، نه تنها در میتوکندری، بلکه در سیتوپلاسم سلول نیز در نتیجه گلیکولیز تشکیل می شود (از یونانی "glykis" - "شیرین" و "lysis" - "پوسیدگی"). گلیکولیز یک فرآیند وابسته به غشا نیست. در سیتوپلاسم رخ می دهد. با این حال، آنزیم های گلیکولیتیک با ساختارهای اسکلت سلولی مرتبط هستند.

گلیکولیز یک فرآیند بسیار پیچیده است. این فرآیند تجزیه گلوکز تحت تأثیر آنزیم های مختلف است که نیازی به مشارکت اکسیژن ندارد. برای تجزیه و اکسیداسیون جزئی یک مولکول گلوکز، یازده واکنش متوالی باید به صورت هماهنگ انجام شود. در گلیکولیز، یک مولکول گلوکز سنتز دو مولکول ATP را ممکن می کند. محصولات حاصل از تجزیه گلوکز می توانند وارد یک واکنش تخمیر شوند و به اتیل الکل یا اسید لاکتیک تبدیل شوند. تخمیر الکلی مشخصه مخمر و تخمیر اسید لاکتیک مشخصه سلولهای حیوانی و برخی باکتریها است. بسیاری از آنها هوازی هستند، یعنی. ارگانیسم ها که منحصراً در یک محیط بدون اکسیژن زندگی می کنند، انرژی کافی در نتیجه گلیکولیز و تخمیر تولید می کنند. اما موجودات هوازی باید این ذخیره اندک را تکمیل کنند و به میزان قابل توجهی.

مرحله اکسیژن تنفس

محصولات حاصل از تجزیه گلوکز وارد میتوکندری می شوند. در آنجا ابتدا یک مولکول دی اکسید کربن از آنها جدا می شود که پس از خروج از بدن خارج می شود. "پس از سوختن" در به اصطلاح چرخه کربس (ضمیمه شماره 1) (به نام بیوشیمیدان انگلیسی که آن را توصیف کرد) رخ می دهد - یک زنجیره متوالی از واکنش ها. هر یک از آنزیم های شرکت کننده در آن وارد ترکیبات می شود و پس از چندین تغییر شکل دوباره به شکل اصلی خود آزاد می شود. چرخه بیوشیمیایی اصلاً راه رفتن در دایره بی هدف نیست. بیشتر شبیه یک کشتی است که بین دو ساحل می چرخد، اما در نهایت مردم و ماشین ها در مسیر درست حرکت می کنند. در نتیجه واکنش هایی که در چرخه کربس رخ می دهد، مولکول های اضافی ATP سنتز می شوند، مولکول های دی اکسید کربن اضافی و اتم های هیدروژن جدا می شوند.

چربی ها نیز در این زنجیره دخیل هستند، اما تجزیه آنها زمان می برد، بنابراین اگر نیاز فوری به انرژی باشد، بدن به جای چربی، از کربوهیدرات ها استفاده می کند. اما چربی ها منبع بسیار غنی انرژی هستند. پروتئین ها همچنین می توانند برای نیازهای انرژی اکسید شوند، اما فقط در موارد شدید، به عنوان مثال، در طول روزه داری طولانی مدت. پروتئین ها یک منبع اضطراری برای سلول هستند.

کارآمدترین فرآیند سنتز ATP با مشارکت اکسیژن در زنجیره تنفسی چند مرحله ای اتفاق می افتد. اکسیژن قادر است بسیاری از ترکیبات آلی را اکسید کند و در عین حال انرژی زیادی را به یکباره آزاد کند. اما چنین انفجاری برای بدن فاجعه بار خواهد بود. نقش زنجیره تنفسی و هر چیزی هوازی، یعنی. در ارتباط با اکسیژن، تنفس دقیقاً شامل تأمین انرژی بدن به طور مداوم و در بخش های کوچک است - تا جایی که بدن به آن نیاز دارد. می توان با بنزین قیاس کرد: با ریختن روی زمین و آتش زدن، فوراً بدون هیچ سودی شعله ور می شود. و در ماشین کم کم سوختن بنزین برای چندین ساعت کار مفیدی انجام می دهد. اما این به چنین دستگاه پیچیده ای مانند موتور نیاز دارد.

زنجیره تنفسی، در ترکیب با چرخه کربس و گلیکولیز، امکان افزایش "بازده" مولکول های ATP از هر مولکول گلوکز را به 38 می دهد. اما در طول گلیکولیز، این نسبت تنها 2:1 بود. بنابراین، کارایی تنفس هوازی بسیار بیشتر است.

زنجیره تنفسی چگونه کار می کند؟

مکانیسم سنتز ATP در طی گلیکولیز نسبتا ساده است و به راحتی می توان آن را در شرایط آزمایشگاهی تولید کرد. با این حال، هرگز شبیه سازی سنتز ATP تنفسی در آزمایشگاه امکان پذیر نبوده است. در سال 1961، بیوشیمیدان انگلیسی پیتر میچل پیشنهاد کرد که آنزیم ها - همسایگان در زنجیره تنفسی - نه تنها یک توالی دقیق، بلکه یک نظم واضح را در فضای سلول رعایت کنند. زنجیره تنفسی بدون تغییر ترتیب در پوسته داخلی (غشاء) میتوکندری ثابت می شود و آن را چندین بار مثل بخیه می دوزد. تلاش برای بازتولید سنتز تنفسی ATP با شکست مواجه شد زیرا نقش غشاء توسط محققان دست کم گرفته شد. اما این واکنش همچنین شامل آنزیم هایی است که در رشد قارچ شکل در سمت داخلی غشاء متمرکز شده اند. اگر این رشد حذف شود، ATP سنتز نخواهد شد.

تنفس مضر است.

اکسیژن مولکولی یک عامل اکسید کننده قوی است. اما به عنوان یک داروی قوی، می تواند عوارض جانبی نیز داشته باشد. به عنوان مثال، برهمکنش مستقیم اکسیژن با لیپیدها باعث تشکیل پراکسیدهای سمی و اختلال در ساختار سلول ها می شود. ترکیبات اکسیژن فعال همچنین می توانند به پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک آسیب برسانند.

چرا مسمومیت با این سموم اتفاق نمی افتد؟ چون پادزهر دارند. زندگی در غیاب اکسیژن به وجود آمد و اولین موجودات روی زمین بی هوازی بودند. سپس فتوسنتز ظاهر شد و اکسیژن به عنوان محصول جانبی آن شروع به تجمع در جو کرد. آن روزها این گاز برای همه جانداران خطرناک بود. برخی از بی‌هوازی‌ها مردند، برخی دیگر گوشه‌هایی بدون اکسیژن پیدا کردند، به عنوان مثال، در توده‌های خاک مستقر شدند. دیگران شروع به تطبیق و تغییر کردند. پس از آن بود که مکانیسم هایی ظاهر شد که سلول زنده را از اکسیداسیون تصادفی محافظت می کرد. اینها انواع مختلفی از مواد هستند: آنزیم ها، از جمله تخریب کننده پراکسید هیدروژن مضر - کاتالیزور، و همچنین بسیاری از ترکیبات غیر پروتئینی دیگر.

تنفس به طور کلی ابتدا به عنوان راهی برای حذف اکسیژن از جو اطراف بدن ظاهر شد و تنها پس از آن به منبع انرژی تبدیل شد. بی هوازی هایی که با محیط جدید سازگار شده بودند به هوازی تبدیل شدند و مزایای زیادی به دست آوردند. اما خطر پنهان اکسیژن هنوز برای آنها باقی است. قدرت آنتی اکسیدان "پادزهر" نامحدود نیست. به همین دلیل است که در اکسیژن خالص و حتی تحت فشار، همه موجودات زنده به سرعت می میرند. اگر سلول توسط هر عامل خارجی آسیب ببیند، مکانیسم‌های محافظتی معمولاً ابتدا از کار می‌افتند و سپس اکسیژن حتی در غلظت‌های معمولی جو شروع به آسیب می‌کند.

تبادل انرژی- این یک تجزیه مرحله به مرحله ترکیبات آلی پیچیده است که با آزاد شدن انرژی رخ می دهد که در پیوندهای پرانرژی مولکول های ATP ذخیره می شود و سپس در فرآیند زندگی سلولی از جمله برای بیوسنتز استفاده می شود. تعویض پلاستیک

در موجودات هوازی عبارتند از:

1. مقدماتی- تقسیم بیوپلیمرها به مونومرها.
2. بدون اکسیژن- گلیکولیز - تجزیه گلوکز به اسید پیروویک.
3. اکسیژن- تجزیه پیروویک اسید به دی اکسید کربن و آب.

مرحله مقدماتی

در مرحله آماده سازی متابولیسم انرژی، تجزیه ترکیبات آلی عرضه شده با غذا به ترکیبات ساده تر، معمولا مونومر، رخ می دهد. به این ترتیب کربوهیدرات ها به قندها از جمله گلوکز تجزیه می شوند. پروتئین - به اسیدهای آمینه؛ چربی ها - به گلیسرول و اسیدهای چرب.

اگرچه انرژی آزاد می شود، اما در ATP ذخیره نمی شود و بنابراین نمی توان بعداً از آن استفاده کرد. انرژی به صورت گرما دفع می شود.

تجزیه پلیمرها در حیوانات پیچیده چند سلولی در دستگاه گوارش تحت تأثیر آنزیم هایی که در اینجا توسط غدد ترشح می شود اتفاق می افتد. سپس مونومرهای حاصل عمدتاً از طریق روده جذب خون می شوند. خون مواد مغذی را در سراسر سلول ها حمل می کند.

با این حال، همه مواد در دستگاه گوارش به مونومر تجزیه نمی شوند. تجزیه بسیاری از آنها مستقیماً در سلول ها، در لیزوزوم آنها رخ می دهد. در موجودات تک سلولی، مواد جذب شده وارد واکوئل های گوارشی می شوند و در آنجا هضم می شوند.

مونومرهای به دست آمده را می توان هم برای تبادل انرژی و هم برای تبادل پلاستیک استفاده کرد. در حالت اول، آنها شکسته می شوند، در مورد دوم، اجزای خود سلول ها از آنها سنتز می شوند.

مرحله بدون اکسیژن متابولیسم انرژی

مرحله بدون اکسیژن در سیتوپلاسم سلول ها رخ می دهد و در مورد ارگانیسم های هوازی فقط شامل گلیکولیز - اکسیداسیون آنزیمی چند مرحله ای گلوکز و تجزیه آن به اسید پیروویککه به آن پیروات نیز می گویند.

مولکول گلوکز حاوی شش اتم کربن است. در طی گلیکولیز، به دو مولکول پیروات که شامل سه اتم کربن است، تجزیه می شود. در این حالت، بخشی از اتم های هیدروژن جدا می شود که به کوآنزیم NAD منتقل می شود که به نوبه خود در مرحله اکسیژن شرکت می کند.

بخشی از انرژی آزاد شده در طی گلیکولیز در مولکول های ATP ذخیره می شود. برای یک مولکول گلوکز، تنها دو مولکول ATP سنتز می شود.

انرژی باقی مانده در پیروات، ذخیره شده در NAD، در هوازی در مرحله بعدی متابولیسم انرژی بیشتر استخراج می شود.

در شرایط بی هوازی، زمانی که مرحله اکسیژن تنفس سلولی وجود ندارد، پیرووات به اسید لاکتیک "خنثی" می شود یا تحت تخمیر قرار می گیرد. در این حالت انرژی ذخیره نمی شود. بنابراین، در اینجا خروجی انرژی مفید تنها با گلیکولیز بی اثر تامین می شود.

مرحله اکسیژن

مرحله اکسیژن در میتوکندری اتفاق می افتد. دارای دو مرحله فرعی است: چرخه کربس و فسفوریلاسیون اکسیداتیو. اکسیژن وارد شده به سلول ها فقط در دوم استفاده می شود. چرخه کربس دی اکسید کربن تولید و آزاد می کند.

چرخه کربسدر ماتریکس میتوکندری رخ می دهد و توسط آنزیم های زیادی انجام می شود. این خود مولکول اسید پیروویک (یا اسید چرب، اسید آمینه) نیست که وارد آن می شود، بلکه گروه استیل با کمک کوآنزیم A از آن جدا شده است که شامل دو اتم کربن پیروات سابق است. در طول چرخه کربس چند مرحله ای، گروه استیل به دو مولکول CO 2 و اتم هیدروژن تقسیم می شود. هیدروژن با NAD و FAD ترکیب می شود. سنتز مولکول تولید ناخالص داخلی نیز اتفاق می افتد که منجر به سنتز ATP می شود.

برای یک مولکول گلوکز، که از آن دو پیروات تشکیل می شود، دو چرخه کربس وجود دارد. بنابراین، دو مولکول ATP تشکیل می شود. اگر تبادل انرژی در اینجا به پایان برسد، تجزیه کلی یک مولکول گلوکز 4 مولکول ATP (دو مولکول از گلیکولیز) تولید می کند.

فسفوریلاسیون اکسیداتیوروی کریستاها - رویش های غشای داخلی میتوکندری رخ می دهد. این توسط یک تسمه نقاله از آنزیم ها و کوآنزیم ها تهیه می شود که به اصطلاح زنجیره تنفسی را تشکیل می دهد و با آنزیم ATP سنتتاز ختم می شود.

زنجیره تنفسی هیدروژن و الکترون های دریافتی از کوآنزیم های NAD و FAD را منتقل می کند. انتقال به گونه ای انجام می شود که پروتون های هیدروژن در قسمت بیرونی غشای داخلی میتوکندری جمع می شوند و آخرین آنزیم های زنجیره فقط الکترون ها را منتقل می کنند.

در نهایت، الکترون‌ها به مولکول‌های اکسیژن واقع در داخل غشاء منتقل می‌شوند و باعث می‌شوند که آنها دارای بار منفی شوند. یک سطح بحرانی از گرادیان پتانسیل الکتریکی ایجاد می شود که منجر به حرکت پروتون ها از طریق کانال های سنتتاز ATP می شود. انرژی حرکت پروتون های هیدروژن برای سنتز مولکول های ATP استفاده می شود و خود پروتون ها با آنیون های اکسیژن ترکیب می شوند و مولکول های آب را تشکیل می دهند.

انرژی خروجی عملکرد زنجیره تنفسی که در مولکول های ATP بیان می شود، بزرگ است و در مجموع بین 32 تا 34 مولکول ATP در هر مولکول گلوکز اولیه است.

که در نتیجه فرآیند تشکیل می شوند 38 و غیره) و در صورت نیاز قابل استفاده هستند. در گروه فرآیندهای کاتابولیک قرار دارد. برای اطلاع از فرآیندهای فیزیولوژیکی انتقال اکسیژن به سلول های موجودات چند سلولی و حذف دی اکسید کربن از آنها به مقاله تنفس مراجعه کنید.

طرح گلیکولیز

استفاده از بسترهای مختلف شروع

بسترهای اولیه برای تنفس می توانند مواد مختلفی باشند که طی فرآیندهای متابولیکی خاص با آزادسازی تعدادی از محصولات جانبی به استیل کوآ تبدیل می شوند. کاهش NAD (NADP) و تشکیل ATP می تواند در این مرحله اتفاق بیفتد، اما بیشتر آنها در چرخه اسید تری کربوکسیلیک در طی پردازش استیل-کوآ تشکیل می شوند.

گلیکولیز

گلیکولیز - مسیر تجزیه آنزیمی گلوکز - فرآیندی است که تقریباً در همه موجودات زنده مشترک است. در هوازی ها مقدم بر خود تنفس سلولی است و در بی هوازی ها با تخمیر به پایان می رسد. گلیکولیز به خودی خود یک فرآیند کاملاً بی هوازی است و برای وقوع نیازی به حضور اکسیژن ندارد.

مرحله اول آن با آزاد شدن 2 مولکول ATP رخ می دهد و شامل تقسیم یک مولکول گلوکز به 2 مولکول گلیسرآلدئید-3-فسفات است. در مرحله دوم، اکسیداسیون وابسته به NAD گلیسرآلدئید-3-فسفات رخ می دهد، همراه با فسفوریلاسیون بستر، یعنی افزودن پسماند اسید فسفریک به مولکول و تشکیل یک پیوند پرانرژی در آن، که پس از آن باقیمانده با تشکیل ATP به ADP منتقل می شود.

بنابراین، معادله گلیکولیز به صورت زیر است:

گلوکز + 2NAD + + 4ADP + 2ATP + 2P n = 2PVK + 2NAD∙H + 2 ADP + 4ATP + 2H 2 O + 4H + .

با کاهش ATP و ADP از سمت چپ و راست معادله واکنش، به دست می آوریم:

گلوکز + 2NAD + + 2ADP + 2P n = 2NAD∙H + 2PVK + 2ATP + 2H 2 O + 4H + .

دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو پیرووات

اسید پیروویک (پیرووات) که در طی گلیکولیز تشکیل می شود، تحت تأثیر کمپلکس پیروات دهیدروژناز (ساختار پیچیده ای از 3 آنزیم مختلف و بیش از 60 زیر واحد)، به دی اکسید کربن و استالدئید تجزیه می شود که همراه با کوآنزیم A استیل- را تشکیل می دهند. CoA. واکنش با بازگرداندن NAD به NADH همراه است.

در یوکاریوت ها، این فرآیند در ماتریکس میتوکندری انجام می شود.

بتا اکسیداسیون اسیدهای چرب

در مرحله چهارم، اسید بتا کتو به دست آمده توسط بتا-کتوتیولاز در حضور کوآنزیم A به استیل کوآ و آسیل کوآ جدید تبدیل می شود که در آن زنجیره کربن 2 اتم کوتاهتر است. چرخه اکسیداسیون β تا زمانی که تمام اسیدهای چرب به استیل کوآ تبدیل شوند تکرار می شود.

چرخه اسید تری کربوکسیلیک

معادله کل واکنش:

استیل-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pn + 2H 2 O + CoA-SH = 2CoA-SH + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP + 2CO 2

در یوکاریوت ها، آنزیم های چرخه در یک حالت آزاد در ماتریکس میتوکندری هستند، فقط سوکسینات دهیدروژناز در غشای داخلی میتوکندری ساخته شده است.

فسفوریلاسیون اکسیداتیو

بخش عمده ای از مولکول های ATP توسط فسفوریلاسیون اکسیداتیو در آخرین مرحله تنفس سلولی تولید می شود: در زنجیره انتقال الکترون. در اینجا اکسیداسیون NAD∙H و FADH 2 رخ می دهد که در فرآیندهای گلیکولیز، اکسیداسیون β، چرخه کربس و غیره کاهش می یابد. انرژی آزاد شده در طی این واکنش ها، به لطف زنجیره ای از حامل های الکترون که در غشای داخلی میتوکندری (در پروکاریوت ها، در غشای سیتوپلاسمی) قرار دارند، به پتانسیل پروتون گذرنده تبدیل می شود. آنزیم ATP سنتاز از این گرادیان برای سنتز ATP استفاده می کند و انرژی آن را به انرژی پیوندهای شیمیایی تبدیل می کند. محاسبه شده است که یک مولکول NAD∙H می تواند 2.5 مولکول ATP در طی این فرآیند تولید کند، FADH 2 - 1.5 مولکول.

گیرنده نهایی الکترون در زنجیره تنفسی هوازی، اکسیژن است.

تنفس بی هوازی

اگر به جای اکسیژن در زنجیره انتقال الکترون از گیرنده نهایی دیگری (آهن آهن، نیترات یا آنیون سولفات) استفاده شود، تنفس را بی هوازی می نامند. تنفس بی هوازی عمدتاً مشخصه باکتری ها است که به همین دلیل نقش مهمی در چرخه بیوژئوشیمیایی گوگرد، نیتروژن و آهن دارند.

ویژگی های ساختاری میتوکندری را که در مبحث قبل مطالعه کردید، مرور کنید. کدام موجودات در سلول های خود میتوکندری دارند؟ آنها برای چه چیزی مورد نیاز هستند؟ از درس شیمی خود، به یاد داشته باشید که اکسیداسیون چیست.

تنفس سلولی چیست؟

تنفس سلولی مجموعه ای از واکنش های اکسیداسیون مواد آلی با اکسیژن است که در سلول های موجودات زنده رخ می دهد. انرژی سلول را تامین می کند.

لازم به ذکر است که تنفس سلولی و تنفس ریوی یکسان نیستند. تنفس ریوی یک فرآیند فیزیولوژیکی است که طی آن گازهای خاصی از هوا به خون یا از خون به هوا عبور می کنند. و تنفس سلولی یک فرآیند بیوشیمیایی است، مجموعه ای از واکنش های شیمیایی در سلول ها.

تنفس سلولی شامل دو مرحله است. اولین آنها (گلیکولیز) در سیتوزول و دومی (اکسیژن) در میتوکندری رخ می دهد. در گیاهان، در طی تنفس سلولی، مواد آلی سنتز شده توسط خود گیاه اکسید می‌شوند؛ در حیوانات و قارچ‌ها، موادی که بدن با غذا دریافت می‌کند یا خود آن را سنتز می‌کند، اکسید می‌شوند.

فرآیندهای بیوشیمیایی تنفس سلولی

فرمول کلی برای اکسیداسیون بیولوژیکی به صورت زیر است:

در نتیجه اولین مرحله این فرآیند (گلیکولیز) که در سیتوزول اتفاق می افتد، پیرووات (پیروویک اسید) تشکیل می شود. از سیتوزول به ماتریکس میتوکندری منتقل می شود و در آنجا با کمک آنزیم ها به دی اکسید کربن و آب اکسید می شود. اکسیداسیون در چند مرحله اتفاق می افتد که هر یک از آنها انرژی آزاد می کند. بخشی از انرژی به عنوان گرما آزاد می شود (45٪) و 55٪ در ATP ذخیره می شود.

کارایی تنفس سلولی

یک مرحله کلیدی در تنفس سلولی، چرخه کربس (چرخه اسید تری کربوکسیلیک) است. در واکنش های این چرخه است که ترکیباتی تشکیل می شود که منبع پروتون و الکترون برای فرآیند اکسیداسیون هستند. تنفس سلولی یک فرآیند بسیار کارآمد است. حتی در مرحله اول تنفس سلولی - گلیکولیز - سلول دو مولکول ATP را از یک مولکول گلوکز دریافت می کند و در مراحل بعدی تنفس سلولی 36 مولکول دیگر به آنها اضافه می شود (شکل 15.1).

تنفس سلولی یک فرآیند بیوشیمیایی است که در میتوکندری اتفاق می افتد. در طی این فرآیند، مواد آلی تشکیل شده در حین گلیکولیز توسط اکسیژن اکسید می شوند که از محیط وارد سلول ها می شود. بخشی از انرژی آزاد شده توسط سلول ها به شکل مولکول های ATP ذخیره می شود.

دانشتان را امتحان کنید

1. تنفس سلولی چیست؟ 2. تنفس سلولی در کجا اتفاق می افتد؟ 3. چه فرآیندهای بیوشیمیایی در طی تنفس سلولی رخ می دهد؟ 4*. فرآیندهای تنفس سلولی و احتراق معمولی را مقایسه کنید. شباهت ها و تفاوت ها را بیابید.

این مطالب کتاب درسی است

در تمام سلول های زنده
گلوکز توسط اکسیژن اکسید می شود
برای دی اکسید کربن و آب،
این باعث آزاد شدن انرژی می شود.

تنفس سلولی (سختی متوسط)

0. مرحله مقدماتی
در دستگاه گوارش، مواد آلی پیچیده به مواد ساده‌تر (پروتئین‌ها به اسیدهای آمینه، نشاسته به گلوکز، چربی‌ها به گلیسرول و اسیدهای چرب و غیره) تجزیه می‌شوند. این باعث آزاد شدن انرژی می شود که به شکل گرما دفع می شود.

1. گلیکولیز
در سیتوپلاسم، بدون مشارکت اکسیژن (بی هوازی) رخ می دهد. گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید اکسید می شود که انرژی را به شکل 2 ATP و الکترون های غنی از انرژی روی حامل ها تولید می کند.

2. اکسیداسیون PVK در میتوکندری
در میتوکندری رخ می دهد. پی وی سی توسط اکسیژن به دی اکسید کربن اکسید می شود که الکترون های غنی از انرژی تولید می کند. آنها اکسیژن را کاهش می دهند و در نتیجه آب و انرژی برای 36 ATP تشکیل می دهند.

تخمیر و تنفس اکسیژن

تخمیرشامل گلیکولیز (2 ATP) و تبدیل PVA به اسید لاکتیک یا الکل + دی اکسید کربن (0 ATP) است. مجموع 2 ATP.

اکسیژنتنفس شامل گلیکولیز (2 ATP) و اکسیداسیون PVK در میتوکندری (36 ATP) است. مجموع 38 ATP.

میتوکندری

با دو غشا پوشانده شده است. غشای بیرونی صاف است، غشای داخلی دارای رشدهای درونی است - کریستا، آنها سطح غشای داخلی را افزایش می دهند تا تا حد امکان آنزیم های تنفس سلولی را روی آن قرار دهند.

محیط داخلی میتوکندری ماتریکس نامیده می شود. حاوی DNA دایره‌ای و ریبوزوم‌های کوچک (70S) است که به همین دلیل میتوکندری‌ها به‌طور مستقل بخشی از پروتئین‌های خود را می‌سازند، به همین دلیل به آن‌ها اندامک‌های نیمه خودمختار می‌گویند.

در فرآیند تجزیه کامل گلوکز، 684 مولکول ATP تشکیل شد. چند مولکول گلوکز شکسته شد؟ چند مولکول ATP در نتیجه گلیکولیز تولید می شود؟ دو عدد را به ترتیب مشخص شده در کار، بدون جداکننده (فاصله، کاما و غیره) بنویسید.

پاسخ

در طی گلیکولیز، 84 مولکول پیروویک اسید تشکیل شد. چند مولکول گلوکز شکسته شده است و چند مولکول ATP در طی اکسیداسیون کامل آن تشکیل می شود؟ دو عدد را به ترتیب مشخص شده در کار، بدون جداکننده (فاصله، کاما و غیره) بنویسید.

پاسخ

15 مولکول گلوکز وارد تجزیه شدند. مقدار ATP را بعد از گلیکولیز، بعد از مرحله انرژی و اثر کل تجزیه را تعیین کنید. سه عدد را به ترتیب مشخص شده در کار، بدون جداکننده (فاصله، کاما و غیره) بنویسید.

پاسخ

یکی، درست ترین گزینه را انتخاب کنید. تجزیه لیپیدها به گلیسرول و اسیدهای چرب در آن اتفاق می افتد
1) مرحله آماده سازی متابولیسم انرژی
2) فرآیند گلیکولیز
3) مرحله اکسیژن متابولیسم انرژی
4) در هنگام تعویض پلاستیک

پاسخ

همه علائم ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، می توانند برای توصیف فرآیند تنفس اکسیژن استفاده شوند. دو مشخصه را که از فهرست کلی «خارج می شوند» شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند، یادداشت کنید.
1) فرآیند هوازی
2) یک مولکول گلوکز به دو مولکول اسید لاکتیک تجزیه می شود
3) 36 مولکول ATP تشکیل می شود
4) در میتوکندری انجام می شود
5) انرژی در دو مولکول ATP انباشته می شود

پاسخ

یکی، درست ترین گزینه را انتخاب کنید. در طی گلیکولیز چند مولکول ATP ذخیره می شود؟
1) 2
2) 32
3) 36
4) 40

پاسخ

1. ارتباط بین فرآیندها و مراحل کاتابولیسم برقرار کنید: 1) آماده سازی، 2) گلیکولیز، 3) تنفس سلولی. اعداد 1، 2، 3 را به ترتیب مربوط به حروف بنویسید.
الف) سنتز 2 مولکول ATP
ب) اکسیداسیون اسید پیروویک به دی اکسید کربن و آب
ب) هیدرولیز مواد آلی پیچیده
د) تجزیه گلوکز
د) اتلاف انرژی آزاد شده به صورت گرما
ه) سنتز 36 مولکول ATP

پاسخ

2. بین ویژگی ها و مراحل متابولیسم انرژی مطابقت برقرار کنید: 1) آماده سازی، 2) بدون اکسیژن، 3) اکسیژن. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) اسید پیروویک تشکیل می شود
ب) این فرآیند در لیزوزوم ها انجام می شود
ج) بیش از 30 مولکول ATP سنتز می شود
د) فقط انرژی حرارتی تولید می شود
د) این فرآیند روی کریستای میتوکندری رخ می دهد
ه) این فرآیند در هیالوپلاسم انجام می شود

پاسخ

3. برقراری ارتباط بین فرآیندها و مراحل متابولیسم انرژی: 1) آماده سازی، 2) بی هوازی، 3) هوازی. اعداد 1-3 را به ترتیب مربوط به حروف بنویسید.
الف) تجزیه هیدرولیتیکی مواد آلی
ب) تجزیه بدون اکسیژن گلوکز
ب) واکنش های حلقوی
د) تشکیل PVC
د) جریان در میتوکندری
ه) اتلاف انرژی به صورت گرما

پاسخ

تمام علائم ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، واکنش هایی را توصیف می کنند که در طول متابولیسم انرژی در انسان رخ می دهد. دو مشخصه را که از فهرست کلی «خارج می شوند» شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند، یادداشت کنید.
1) تشکیل اکسیژن از آب
2) سنتز 38 مولکول ATP
3) تجزیه گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید
4) کاهش دی اکسید کربن به گلوکز
5) تشکیل دی اکسید کربن و آب در سلول ها

پاسخ

بین فرآیند و مرحله متابولیسم انرژی که در آن این فرآیند اتفاق می‌افتد، ارتباط برقرار کنید: 1) بدون اکسیژن، 2) اکسیژن. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) انتقال الکترون در طول زنجیره انتقال
ب) اکسیداسیون کامل به CO2 و H2O
ب) تشکیل اسید پیروویک
د) گلیکولیز
د) سنتز 36 مولکول ATP

پاسخ

1. ترتیب مراحل اکسیداسیون مولکول های نشاسته را در طول متابولیسم انرژی ایجاد کنید.
1) تشکیل مولکول های PVA ​​(پیروویک اسید).
2) تجزیه مولکول های نشاسته به دی ساکارید
3) تشکیل دی اکسید کربن و آب
4) تشکیل مولکول های گلوکز

پاسخ

2. ترتیبی از فرآیندهایی را که در هر مرحله از متابولیسم انرژی انسان رخ می دهد، تعیین کنید.
1) تجزیه نشاسته به گلوکز
2) اکسیداسیون کامل اسید پیروویک
3) ورود مونومرها به سلول
4) گلیکولیز، تشکیل دو مولکول ATP

پاسخ

3. ترتیبی از فرآیندهایی را که در طول متابولیسم کربوهیدرات ها در بدن انسان اتفاق می افتد، ایجاد کنید. دنباله اعداد مربوطه را بنویسید.
1) تجزیه نشاسته تحت اثر آنزیم های بزاقی
2) اکسیداسیون کامل به دی اکسید کربن و آب
3) تجزیه کربوهیدرات ها تحت تأثیر آنزیم های آب پانکراس
4) تجزیه بی هوازی گلوکز
5) جذب گلوکز در خون و انتقال به سلول های بدن

پاسخ

4. ترتیبی از فرآیندهای اکسیداسیون مولکول نشاسته را در طی متابولیسم انرژی ایجاد کنید. دنباله اعداد مربوطه را بنویسید.
1) تشکیل اسید سیتریک در میتوکندری
2) تجزیه مولکول های نشاسته به دی ساکارید
3) تشکیل دو مولکول پیروویک اسید
4) تشکیل یک مولکول گلوکز
5) تشکیل دی اکسید کربن و آب

پاسخ

یکی، درست ترین گزینه را انتخاب کنید. در مرحله آماده سازی متابولیسم انرژی، مواد اولیه هستند
1) اسیدهای آمینه
2) پلی ساکاریدها
3) مونوساکاریدها
4) اسیدهای چرب

پاسخ

یکی، درست ترین گزینه را انتخاب کنید. مرحله بی هوازی گلیکولیز کجا رخ می دهد؟
1) در میتوکندری
2) در ریه ها
3) در لوله گوارش
4) در سیتوپلاسم

پاسخ

1. بین ویژگی های متابولیسم انرژی و مرحله آن مطابقت برقرار کنید: 1) گلیکولیز، 2) اکسیداسیون اکسیژن
الف) در شرایط بی هوازی رخ می دهد
ب) در میتوکندری رخ می دهد
ب) اسید لاکتیک تشکیل می شود
د) اسید پیروویک تشکیل می شود
د) 36 مولکول ATP سنتز می شود

پاسخ

2. بین علائم و مراحل متابولیسم انرژی مطابقت برقرار کنید: 1) گلیکولیز، 2) تنفس. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) در سیتوپلاسم رخ می دهد
ب) 36 مولکول ATP ذخیره می شود
ج) روی کریستای میتوکندری رخ می دهد
د) PVC تشکیل می شود
د) در ماتریکس میتوکندری رخ می دهد

پاسخ

3. بین مشخصه و مرحله متابولیکی که به آن تعلق دارد مطابقت برقرار کنید: 1) گلیکولیز، 2) تقسیم اکسیژن. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) PVC به CO2 و H2O تجزیه می شود
ب) گلوکز به پی وی سی تجزیه می شود
ج) دو مولکول ATP سنتز می شوند
د) 36 مولکول ATP سنتز می شود
د) در مرحله بعدی تکامل پدید آمد
ه) در سیتوپلاسم رخ می دهد

پاسخ

بین فرآیندهای متابولیسم انرژی و مراحل آن مطابقت برقرار کنید: 1) بدون اکسیژن، 2) اکسیژن. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) تجزیه گلوکز در سیتوپلاسم
ب) سنتز 36 مولکول ATP

د) اکسیداسیون کامل مواد به CO2 و H2O
د) تشکیل اسید پیروویک

پاسخ

1. بین ویژگی های متابولیسم انرژی و مرحله آن مطابقت برقرار کنید: 1) آماده سازی، 2) گلیکولیز. اعداد 1 و 2 را به ترتیب صحیح بنویسید.
الف) در سیتوپلاسم رخ می دهد
ب) در لیزوزوم ها رخ می دهد
ج) تمام انرژی آزاد شده به صورت گرما تلف می شود
د) به دلیل انرژی آزاد شده، 2 مولکول ATP سنتز می شود
د) بیوپلیمرها به مونومرها تجزیه می شوند
ه) گلوکز به اسید پیروویک تجزیه می شود

پاسخ

2. برقراری ارتباط بین فرآیندها و مراحل تنفس سلولی: 1) آماده سازی، 2) گلیکولیز. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) در هیالوپلاسم سلول ها رخ می دهد
ب) با مشارکت آنزیم های هیدرولیتیک لیزوزوم ها رخ می دهد
ب) تقسیم بیوپلیمرها به مونومرها
د) فرآیند تشکیل انرژی برای بی هوازی ها
د) PVC تشکیل می شود

پاسخ

کدام عبارات در مورد مراحل متابولیسم انرژی درست است؟ سه عبارت درست را مشخص کنید و اعدادی را که زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) مرحله بی هوازی متابولیسم انرژی در روده ها اتفاق می افتد.
2) مرحله بی هوازی متابولیسم انرژی بدون مشارکت اکسیژن اتفاق می افتد.
3) مرحله آماده سازی متابولیسم انرژی، تقسیم ماکرومولکول ها به مونومر است.
4) مرحله هوازی متابولیسم انرژی بدون مشارکت اکسیژن اتفاق می افتد.
5) مرحله هوازی متابولیسم انرژی قبل از تشکیل محصولات نهایی CO2 و H2O اتفاق می افتد.

پاسخ

بین فرآیند و مرحله متابولیسم انرژی که در آن اتفاق می‌افتد مطابقت ایجاد کنید: 1) بدون اکسیژن، 2) اکسیژن
الف) تجزیه گلوکز
ب) سنتز 36 مولکول ATP
ب) تشکیل اسید لاکتیک
د) اکسیداسیون کامل به CO2 و H2O
د) تشکیل PVK، NAD-2N

پاسخ

1. تمام ویژگی های ذکر شده در زیر به جز دو مورد، برای نوشتن اندامک سلول یوکاریوتی نشان داده شده در شکل استفاده می شود. دو مشخصه را که از لیست کلی خارج شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید:


3) اندامک دو غشایی
4) سنتز ATP را انجام می دهد
5) با تقسیم تکثیر می شود

پاسخ

2. تمام ویژگی های ذکر شده در زیر به جز دو مورد، برای نوشتن اندامک سلول یوکاریوتی نشان داده شده در شکل استفاده می شود. دو مشخصه را که از لیست کلی خارج شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید:
1) غشای داخلی تیلاکوئیدها را تشکیل می دهد
2) حفره داخلی ارگانوئید - استروما
3) اندامک دو غشایی
4) سنتز ATP را انجام می دهد
5) با تقسیم تکثیر می شود

پاسخ

3. تمام ویژگی های زیر به جز دو مورد، می تواند برای توصیف میتوکندری استفاده شود. دو مشخصه را که از لیست کلی حذف شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در پاسخ شما در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) در طول عمر سلول تقسیم نشوند
2) مواد ژنتیکی خود را دارند
3) تک غشایی هستند
4) حاوی آنزیم های فسفوریلاسیون اکسیداتیو است
5) دارای غشای دوتایی

پاسخ

4. تمام ویژگی های ارائه شده در زیر، به جز دو مورد، می تواند برای توصیف ساختار و عملکرد میتوکندری استفاده شود. دو مشخصه را که از لیست کلی حذف شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در پاسخ شما در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) پلیمرهای زیستی را به مونومر تجزیه می کند
2) حاوی دانه های به هم پیوسته است
3) دارای کمپلکس های آنزیمی بر روی کریستا هستند
4) اکسید کردن مواد آلی برای تشکیل ATP
5) دارای غشای بیرونی و داخلی هستند

پاسخ

5. تمام ویژگی های ارائه شده در زیر، به جز دو مورد، می تواند برای توصیف ساختار و عملکرد میتوکندری استفاده شود. دو مشخصه را که از لیست کلی حذف شده اند شناسایی کنید و اعدادی را که در پاسخ شما در زیر آنها نشان داده شده اند بنویسید.
1) تقسیم بیوپلیمرها به مونومرها
2) تجزیه مولکول های گلوکز به اسید پیروویک
3) اکسیداسیون اسید پیروویک به دی اکسید کربن و آب
4) ذخیره انرژی در مولکول های ATP
5) تشکیل آب با مشارکت اکسیژن اتمسفر

پاسخ

تمام فرآیندهای ذکر شده در زیر، به جز دو مورد، به متابولیسم انرژی مربوط می شوند. دو فرآیندی را که از فهرست کلی «خارج می‌شوند» شناسایی کنید و اعدادی را که تحت آنها نشان داده شده‌اند، یادداشت کنید.
1) تنفس
2) فتوسنتز
3) سنتز پروتئین
4) گلیکولیز
5) تخمیر

پاسخ

یکی، درست ترین گزینه را انتخاب کنید. ویژگی های فرآیندهای اکسیداسیون بیولوژیکی چیست؟
1) سرعت بالا و آزاد شدن سریع انرژی به صورت گرما
2) مشارکت آنزیم ها و درجه بندی
3) مشارکت هورمون ها و سرعت کم
4) هیدرولیز پلیمرها

پاسخ

سه ویژگی از ساختار و عملکرد میتوکندری را انتخاب کنید
1) غشای داخلی گرانا را تشکیل می دهد
2) بخشی از هسته هستند
3) پروتئین های خود را سنتز می کنند
4) شرکت در اکسیداسیون مواد آلی به دی اکسید کربن و آب
5) سنتز گلوکز را فراهم می کند
6) محل سنتز ATP هستند

پاسخ

واکنش های مرحله مقدماتی متابولیسم انرژی در آن رخ می دهد
1) کلروپلاست های گیاهی
2) کانال های شبکه آندوپلاسمی
3) لیزوزوم های سلول های حیوانی
4) اندام های گوارشی انسان
5) دستگاه گلژی یوکاریوت ها
6) واکوئل های گوارشی تک یاخته ها

پاسخ

مشخصه مرحله اکسیژن فرآیند انرژی چیست؟
1) در سیتوپلاسم سلول رخ می دهد
2) مولکول های PVC تشکیل می شوند
3) در همه موجودات شناخته شده یافت می شود
4) این فرآیند در ماتریکس میتوکندری انجام می شود
5) بازده بالایی از مولکول های ATP وجود دارد
6) واکنش های چرخه ای وجود دارد

پاسخ

جدول "مراحل متابولیسم انرژی کربوهیدرات ها در یک سلول" را تجزیه و تحلیل کنید. برای هر سلولی که با یک حرف مشخص می شود، عبارت یا مفهوم مربوطه را از لیست ارائه شده انتخاب کنید.
1) دستگاه گلژی
2) لیزوزوم ها
3) تشکیل 38 مولکول ATP
4) تشکیل 2 مولکول ATP
5) فتوسنتز
6) فاز تاریک
7) هوازی
8) پلاستیک

پاسخ

جدول "متابولیسم انرژی" را تجزیه و تحلیل کنید. برای هر حرف، عبارت مربوطه را از لیست ارائه شده انتخاب کنید.
1) بی هوازی
2) اکسیژن
3) پیش مصنوعی
4) مقدماتی
5) دو مولکول پیروویک اسید
6) دو مولکول ATP
7) فسفوریلاسیون اکسیداتیو
8) گلیکولیز

پاسخ

ارتباطی بین فرآیندها و مراحل متابولیسم انرژی برقرار کنید: 1) بدون اکسیژن، 2) آماده سازی. اعداد 1 و 2 را به ترتیب حروف بنویسید.
الف) مولکول های نشاسته تجزیه می شوند
ب) 2 مولکول ATP سنتز می شود
ب) در لیزوزوم ها رخ می دهد
د) آنزیم های هیدرولیتیک دخیل هستند
د) مولکول های پیروویک اسید تشکیل می شود

پاسخ

مشخص است که میتوکندری ها اندامک های نیمه مستقل سلول های موجودات یوکاریوتی هوازی هستند. سه عبارت را از متن زیر انتخاب کنید که به طور معناداری با ویژگی های توضیح داده شده در بالا مرتبط هستند و اعدادی را که در زیر آنها نشان داده شده اند، یادداشت کنید. (1) میتوکندری اندامک های نسبتاً بزرگی هستند که بخش قابل توجهی از سیتوپلاسم سلول را اشغال می کنند. (2) میتوکندری ها DNA دایره ای و ریبوزوم های کوچک خود را دارند. (3) با استفاده از میکروفتوگرافی سلول های زنده، کشف شد که میتوکندری ها متحرک و پلاستیکی هستند. (4) سلول های ارگانیسم هایی که برای فرآیندهای تنفسی به اکسیژن مولکولی آزاد نیاز دارند، PVC را در میتوکندری به دی اکسید کربن و آب اکسید می کنند. (5) میتوکندری ها را می توان ایستگاه های انرژی سلول نامید، زیرا انرژی آزاد شده در آنها در مولکول های ATP ذخیره می شود. (6) دستگاه هسته ای تمام فرآیندهای زندگی سلول، از جمله فعالیت میتوکندری را تنظیم می کند.

پاسخ

© D.V. Pozdnyakov، 2009-2019