Question

Почему процессы окисления органических веществ в клетке протекают ступенчато? И какое биологическое значение заключается в этом?

Answer 1

Окисление: биологическая роль
Известно, что реакция окисления-восстановления состоит в перемещении электронов и водорода от одних атомов или молекул к другим. Потерю электронов каким-либо атомом или молекулой водорода называют окислением, присоединение электронов или атомов водорода - восстановлением. Окисляемое вещество является донором, а восстанавливаемое - акцептором электронов или водорода. Реакция окисления сопровождается выделением энергии. Почему при окислении органических соединений освобождается энергия? Электроны в составе молекул органических соединений обладают большим запасом энергии, поскольку находятся на высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на более низкий энергетический уровень своей или иной молекулы или атома, электроны освобождают энергию. Широко распространенным конечным акцептором электронов служит кислород . В этом и состоит его главная биологическая роль, именно для этой цели нам необходим кислород воздуха. Биологическое окисление органических веществ в клетках ведет к образованию воды и углекислого газа. Процессы биологического окисления протекают ступенчато при участии ряда ферментов и переносчиков электронов. Если при окислении органических веществ в процессе горения почти вся энергия выделяется в виде теплоты, то при биологическом окислении около 50% энергии превращается в энергию высокоэнергетических связей АТФ, а также иных молекул - носителей энергии. Оставшиеся 50% энергии превращаются в теплоту. Поскольку процессы биологического окисления идут ступенчато, то электроны перемещаются по нисходящей "лестнице" переносчиков. При переходе со ступеньки на ступеньку выделяется порция энергии, достаточная для образования АТФ из АДФ. При таком ступенчатом переносе электрона выделяется также небольшая порция теплоты, которая успевает рассеиваться во внешней среде, не повреждая чувствительных к нагреванию белков и других веществ клетки. Выделяющаяся тепловая энергия служит теплокровным животным и человеку для поддержания постоянной температуры тела, которая большей частью значительно выше температуры внешней среды. У теплокровных животных количество выделяемого при этом тепла регулируется, возрастая при понижении температуры внешней среды. Глюкоза - один из основных источников энергии для всех клеток. Этот сахар образуется в клетках растений в процессе фотосинтеза. Вследствие ферментативной полимеризации тысячи молекул глюкозы соединяются между собой и образуют полисахариды: в клетках растений - крахмал, а в клетках животных - гликоген. Это энергетические ресурсы клеток. При недостаточном поступлении органических веществ в клетки животных или при прекращении фотосинтеза в клетках растений эти запасные полисахариды расщепляются ферментами до глюкозы, которая далее окисляется и служит, таким образом, источником энергии.

Answer 2

Окисление органических веществ в клетке протекает ступенчато

Процессы окисления органических веществ в клетке протекают ступенчато из-за сложной структуры и регуляции клеточных метаболических путей. Эти процессы включают гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз - это первый этап окисления глюкозы, осуществляемый в цитоплазме клетки. В результате гликолиза одна молекула глюкозы разлагается на две молекулы пирувата. Гликолиз происходит без участия кислорода и является анаэробным процессом.

Цикл Кребса - это второй этап окисления органических веществ, который происходит в митохондриях клетки. В цикле Кребса пируват окисляется до углекислого газа, а при этом образуется энергия в виде НАДН и ФАДНННННН.

Окислительное фосфорилирование - это третий этап окисления органических веществ, который также происходит в митохондриях клетки. В результате окислительного фосфорилирования энергия, полученная в результате гликолиза и цикла Кребса, используется для синтеза АТФ.

Биологическое значение ступенчатого окисления органических веществ

Ступенчатое окисление органических веществ в клетке имеет несколько биологических значений:

1. Эффективное использование энергии: Процессы окисления органических веществ в клетке позволяют эффективно использовать энергию, содержащуюся в пище. Благодаря ступенчатому окислению, энергия, полученная из глюкозы и других органических веществ, может быть сохранена в виде АТФ, основной энергетической валюты клетки.

2. Регуляция метаболических путей: Ступенчатое окисление органических веществ позволяет клетке регулировать свои метаболические пути в зависимости от энергетических потребностей. Например, если клетка нуждается в большем количестве энергии, она может активировать процессы окисления органических веществ. В противном случае, если энергия избыточна, клетка может переключиться на другие метаболические пути, такие как синтез молекул или хранение энергии в виде гликогена.

3. Предотвращение образования токсических продуктов: Ступенчатое окисление органических веществ позволяет клетке контролировать образование токсических продуктов окисления, таких как свободные радикалы и реактивные формы кислорода. Благодаря этому, клетка может минимизировать повреждения своих структур и ДНК, что способствует ее выживанию и функционированию.

В целом, ступенчатое окисление органических веществ в клетке является важным процессом, который обеспечивает энергетические потребности клетки, регулирует ее метаболические пути и предотвращает образование токсических продуктов окисления.