세포에 필요한 에너지를 제공하는 과정. 강의. 세포에 에너지를 제공합니다. 이끼 식물의 특징은 무엇입니까

세포의 수명 주기는 세포의 수명이 상호작용과 유사분열의 기간으로 분해된다는 것을 분명히 보여줍니다. 인터키네시스 동안 분열을 제외한 모든 중요한 과정이 활발히 수행됩니다. 먼저 그들에게 집중합시다. 세포의 주요 생명 과정은 신진 대사입니다.

이를 기반으로 특정 물질의 형성, 성장, 세포 분화뿐만 아니라 세포의 과민성, 이동 및 자기 복제가 발생합니다. 다세포 유기체에서 세포는 전체의 일부입니다. 따라서 세포의 모든 중요한 과정의 형태 학적 특징과 특성은 유기체와 외부 환경의 영향으로 형성됩니다. 신체는 주로 신경계와 내분비선 호르몬의 작용을 통해 세포에 영향을 미칩니다.

신진 대사는 세포의 보존 및 자체 재생으로 이어지는 물질 변형의 특정 순서입니다. 신진대사의 과정에서 한편으로 처리되어 세포체의 일부인 물질이 세포에 들어가고, 다른 한편으로는 부패 산물인 물질이 세포에서 제거된다. 환경 교환 물질. 화학적으로 신진대사는 일정한 순서로 차례차례 이어지는 화학반응으로 표현된다. 물질 변형 과정의 엄격한 순서는 촉매 역할을하는 효소 인 단백질 물질에 의해 제공됩니다. 효소는 특이적입니다. 즉, 특정 물질에만 특정 방식으로 작용합니다. 효소의 영향으로 가능한 모든 변형의 주어진 물질은 한 방향으로 몇 배 더 빠르게 변합니다. 이 과정의 결과로 형성된 새로운 물질은 동등하게 특정한 다른 효소 등의 영향으로 더욱 변화합니다.

신진대사의 원동력은 화합의 법칙과 대립의 법칙이다. 실제로, 신진 대사는 동화와 동화라는 두 가지 모순되고 동시에 공통된 과정에 의해 결정됩니다. 외부 환경으로부터 받은 물질은 세포에서 처리되어 이 세포의 특징적인 물질로 변합니다(동화). 따라서 세포질의 구성, 핵 소기관이 업데이트되고 영양 내포물이 형성되고 비밀, 호르몬이 생성됩니다. 동화 과정은 합성이며 에너지 흡수와 함께 진행됩니다. 이 에너지의 원천은 동화 과정입니다. 그 결과 기존에 형성되어 있던 유기물이 파괴되어 에너지가 방출되어 산물이 생성되는데, 그 중 일부는 새로운 세포 물질로 합성되고 일부는 세포 밖으로 배설(배설)됩니다. 동화의 결과로 방출된 에너지는 동화에 사용됩니다. 따라서 동화와 동화는 다르지만 두 가지이지만 신진 대사와 밀접하게 관련된 측면입니다.

신진대사의 성질은 동물마다 다를 뿐만 아니라 같은 유기체 내에서도 기관과 조직이 다릅니다. 이 특이성은 각 기관의 세포가 특정 물질만을 동화시킬 수 있고, 그로부터 신체의 특정 물질을 만들고, 꽤 특정 물질을 외부 환경으로 방출할 수 있다는 사실에서 나타납니다. 신진 대사와 함께 에너지도 교환됩니다. 즉, 세포는 외부 환경으로부터 열, 빛의 형태로 에너지를 흡수하고 차례로 복사 및 기타 유형의 에너지를 방출합니다.

신진 대사는 여러 개인 과정으로 구성됩니다. 주요 내용은 다음과 같습니다.

1) 세포 내로 물질의 침투;

2) 영양 및 호흡 과정 (호기성 및 혐기성)의 도움으로 "가공";

3) 다양한 합성 과정을 위한 "가공" 제품의 사용(예: 단백질 합성 및 비밀 형성)

4) 세포에서 폐기물 제거.

plasmalemma는 물질의 침투뿐만 아니라 세포에서 물질을 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 두 가지 과정은 모두 물리화학적 및 형태학적 관점에서 고려될 수 있습니다. 투과성은 수동 및 능동 전송으로 인한 것입니다. 첫 번째는 확산 및 삼투 현상으로 인해 발생합니다. 그러나 물질은 세포 자체의 활동과 선택성을 나타내는 이러한 법칙에 반하여 세포에 들어갈 수 있습니다. 예를 들어, 나트륨 이온은 외부 환경에서의 농도가 세포보다 높더라도 세포 밖으로 펌핑되는 반면, 칼륨 이온은 반대로 펌핑되는 것으로 알려져 있습니다. 이 현상은 "나트륨-칼륨 펌프"라는 이름으로 설명되며 에너지 소비가 수반됩니다. 아미노기(NH2)가 분자에 도입되면 분자 내 히드록실기(OH)의 수가 증가함에 따라 세포 내로 침투하는 능력이 감소한다. 유기산은 무기산보다 더 쉽게 침투합니다. 암모니아는 특히 알칼리에서 빠르게 침투합니다. 투과성을 위해서는 분자의 크기도 중요합니다. 세포 투과성은 세포 자체의 반응, 온도, 조도, 연령 및 생리적 상태에 따라 달라지며, 이러한 이유로 인해 일부 물질의 투과성은 증가하고 다른 물질의 투과성은 약화될 수 있습니다.

물질의 투과성의 형태 학적 그림 환경 phagocytosis phagein - devour) 및 pinocytosis (pynein - drink)에 의해 잘 추적되고 수행됩니다. 둘 다의 메커니즘은 유사하고 양적으로만 다릅니다. phagocytosis의 도움으로 더 큰 입자가 포획되고 pinocytosis의 도움으로 더 작고 덜 밀도가 높은 입자가 포착됩니다. 먼저 물질은 점액다당류로 덮인 원형질막의 표면에 흡착된 후 물질과 함께 깊숙이 가라앉으면서 기포가 형성되어 원형질막에서 분리된다(그림 19). 침투 물질의 처리는 소화와 유사한 과정에서 수행되고 상대적으로 형성에 이르게 됩니다. 단순 물질. 세포 내 소화는 phagocytic 또는 pinocytic vesicles가 소화 효소를 포함하는 1차 리소좀과 융합되고 2차 리소좀 또는 소화 액포가 형성된다는 사실로 시작됩니다. 그들에서 효소의 도움으로 물질이 더 단순한 물질로 분해됩니다. 이 과정에는 리소좀뿐만 아니라 세포의 다른 구성 요소도 포함됩니다. 따라서 미토콘드리아는 과정의 에너지 측면을 제공합니다. 세포질 세망의 채널은 처리된 물질을 운반하는 데 사용할 수 있습니다.

세포 내 소화는 한편으로 다시 합성되는 비교적 단순한 생성물의 형성으로 끝납니다. 복합 물질(단백질, 지방, 탄수화물) 세포 구조를 갱신하거나 비밀을 형성하는 데 사용되는 반면, 배설물로 세포에서 배설되는 산물. 가공 제품의 사용 예는 단백질 합성 및 비밀 형성입니다.

쌀. 19. 피노사이토시스의 계획:

L - pinocytic canal(1)과 pinocytic vesicles(2)의 형성. 화살표는 plasmalemma 함입의 방향을 보여줍니다. B-Zh - pinocytosis의 연속 단계; 3 - 흡착된 입자; 4 - 세포 파생물에 의해 포획된 입자; 5 - 세포 원형질막; D, E, B - pinocytotic 액포 형성의 연속 단계; G - 음식 입자가 액포 껍질에서 방출됩니다.

단백질 합성은 리보솜에서 수행되며 조건부로 4단계로 발생합니다.

첫 번째 단계는 아미노산의 활성화를 포함합니다. 그들의 활성화는 효소 (아미노아실 - RNA 합성 효소)의 참여로 세포질 기질에서 발생합니다. 약 20개의 효소가 알려져 있으며, 각각은 하나의 아미노산에만 특이적입니다. 아미노산의 활성화는 효소 및 ATP와 결합될 때 수행됩니다.

상호작용의 결과 피로인산은 ATP로부터 절단되고 첫 번째와 두 번째 인산염 그룹 사이에 연결되어 있는 에너지는 아미노산으로 완전히 전달됩니다. 이렇게 활성화된 아미노산(아미노아실아데닐산)은 반응성이 되어 다른 아미노산과 결합하는 능력을 얻습니다.

두 번째 단계는 활성화된 아미노산이 전달 RNA(t-RNA)에 결합하는 것입니다. 이 경우 하나의 t-RNA 분자는 활성화된 아미노산의 한 분자만 부착합니다. 첫 번째 단계와 동일한 효소가 이러한 반응에 관여하며 반응은 t-RNA와 활성화된 아미노산의 복합체 형성으로 종료됩니다. tRNA 분자는 한쪽 끝이 닫힌 이중 나선으로 구성됩니다. 이 나선의 닫힌(머리) 끝은 3개의 뉴클레오타이드(안티코돈)로 표시되며, 이는 이 t-RNA가 긴 전령 RNA(i-RNA) 분자의 특정 부위(코돈)에 부착되는 것을 결정합니다. 활성화된 아미노산은 tRNA의 다른 쪽 끝에 붙어 있습니다(그림 20). 예를 들어, tRNA 분자의 머리 말단에 UAA 삼중항이 있으면 아미노산 라이신만 반대쪽 말단에 부착될 수 있습니다. 따라서 각 아미노산에는 고유한 t-RNA가 있습니다. 다른 tRNA에 있는 3개의 말단 뉴클레오티드가 동일하면 tRNA의 다른 부분에 있는 뉴클레오티드 서열에 따라 특이성이 결정됩니다. tRNA에 부착된 활성화된 아미노산의 에너지는 폴리펩티드 분자에서 펩티드 결합을 형성하는 데 사용됩니다. 활성화된 아미노산은 tRNA에 의해 히알플라즘을 통해 리보솜으로 운반됩니다.

세 번째 단계는 폴리펩타이드 사슬의 합성입니다. 핵을 떠나는 메신저 RNA는 특정 폴리리보솜의 여러 리보솜의 작은 소단위체를 통해 뻗어 있으며 각각에서 동일한 합성 과정이 반복됩니다. 브로치하는 동안, 그 두더지를 놓는 동안

쌀. 20. i-RNA 및 t-RNA에 의한 리보솜에서의 폴리펩타이드 합성 계획: /, 2 - 리보솜; 3 - 한쪽 끝에 안티코돈을 운반하는 t-RNA: ACC, AUA. Ayv AGC 및 다른 쪽 끝에 각각 아미노산: 트립토판, 롤러, 라이신, 세린(5); 코드가 있는 4-n-RNA: UGG(트립토판)» URU(발린). UAA(라이신), UCG(세린); 5 - 합성된 폴리펩타이드.

삼중항이 m-RNA의 코드 워드에 해당하는 t-RNA 쿨. 그런 다음 코드 워드는 왼쪽으로 이동하고 t-RNA가 부착됩니다. 그것에 의해 가져온 아미노산은 합성 폴리펩티드의 이전에 가져온 아미노산과 펩티드 결합으로 연결됩니다. t-RNA는 i-RNA로부터 분리되어 i-RNA 정보의 번역(write-off), 즉 단백질 합성이 일어난다. 분명히, 두 개의 t-RNA 분자가 동시에 리보솜에 부착됩니다. 하나는 합성된 폴리펩타이드 사슬을 운반하는 부위에 있고 다른 하나는 다음 아미노산이 사슬의 제자리에 떨어지기 전에 부착되는 부위에 있습니다.

네 번째 단계는 리보솜에서 폴리펩타이드 사슬을 제거하고 합성된 단백질의 특징적인 공간 구성을 형성하는 것입니다. 마지막으로, 형성을 완료한 단백질 분자는 독립적이 됩니다. tRNA는 반복 합성에 사용될 수 있지만 mRNA는 파괴됩니다. 단백질 분자의 형성 기간은 그 안에 들어 있는 아미노산의 수에 달려 있습니다. 하나의 아미노산을 추가하면 0.5초 동안 지속되는 것으로 믿어집니다.

합성 과정은 에너지의 소비를 필요로 하며, 그 원천은 ATP이며, 주로 미토콘드리아에서 형성되고 소량은 핵에서 형성되며 히알라플라즘에서도 세포 활동이 증가합니다. hyaloplasm의 핵에서 ATP는 미토콘드리아와 같이 산화 과정을 기반으로하지 않고 해당 과정, 즉 혐기성 과정을 기반으로 형성됩니다. 따라서 핵, 히알라질, 리보솜, 미토콘드리아 및 세포의 과립 세포질 세망의 조정 작업으로 인해 합성이 수행됩니다.

세포의 분비 활동은 또한 많은 세포 구조의 조정된 작업의 한 예입니다. 분비는 다세포 유기체에서 전체 유기체의 이익을 위해 가장 자주 사용되는 특수 산물의 세포에 의한 생산입니다. 따라서 타액, 담즙, 위액 및 기타 비밀은 음식을

쌀. 21. 세포에서 분비 합성 및 배설의 가능한 방법 중 하나의 계획 :

1 - 커널의 비밀 2 - 커널에서 pro-secret의 종료; 3 - 세포질 세망의 수조에 비밀 축적; 4 - 세포질 세망에서 비밀로 탱크 분리; 5 - 라멜라 복합체; 6 - 라멜라 복합체 영역의 비밀 한 방울; 7- 성숙한 분비 과립; 8-9 - 연속적인 분비 단계; 10 - 세포 외부의 비밀; 11 - 세포 원형질막.

소화 기관. 비밀은 단백질(많은 호르몬, 효소)에 의해서만 형성되거나 당단백질(점액), ligu-단백질, 당지단백질로 구성될 수 있으며, 덜 자주 지질(우유 및 피지선의 지방) 또는 무기 물질로 표시됩니다. (밑샘의 염산).

분비 세포에서는 일반적으로 기저부(혈관 주위 공간을 향함)와 정점부(분비물이 분비되는 공간을 향함)의 두 끝을 구별할 수 있습니다. 분비 세포의 구성 요소 위치에서 구역화가 관찰되고 기저부에서 정점 끝 (극)까지 과립 세포질 세망, 핵, 층판 복합체, 분비 과립 (그림 21). 기저 및 정점 극의 플라즈마 렘마에는 종종 미세 융모가 있으며, 그 결과 기저 극을 통해 혈액과 림프에서 물질이 유입되고 정점 극을 통해 완성 된 비밀이 제거되는 표면이 증가합니다.

단백질 성질 (췌장)의 비밀이 형성되면 그 비밀에 특정한 단백질 합성으로 과정이 시작됩니다. 따라서 분비 세포의 핵은 염색질이 풍부하고 잘 정의 된 핵소체를 가지고 있기 때문에 세 가지 유형의 RNA가 모두 형성되어 세포질에 들어가 단백질 합성에 참여합니다. 때로는 분명히 분비 합성이 핵에서 시작하여 세포질에서 끝나지만 대부분 히알라질에서 끝나고 과립형 세포질 세망에서 계속됩니다. 세포질 세망의 세관은 1차 생성물의 축적과 그 수송에 중요한 역할을 합니다. 이와 관련하여 분비 세포에는 많은 리보솜이 있으며 세포질 세망이 잘 발달되어 있습니다. 일차 비밀이 있는 세포질 세망의 섹션이 찢어져 라멜라 복합체로 보내져 액포로 전달됩니다. 여기에서 분비 과립의 형성이 발생합니다.

이 경우 비밀 주위에 지단백질 막이 형성되고 비밀 자체가 성숙하여(물을 잃음) 더욱 농축됩니다. 과립 또는 액포 형태의 완성된 비밀은 층상 복합체를 떠나 세포의 정점 극을 통해 방출됩니다. 미토콘드리아는 이 전체 과정에 에너지를 제공합니다. 단백질이 아닌 성질의 비밀은 분명히 세포질 세망에서 합성되며 어떤 경우에는 미토콘드리아에서도 합성됩니다(지질 비밀). 분비 과정은 신경계에 의해 조절됩니다. 건설적인 단백질과 비밀 외에도 세포의 신진 대사의 결과로 영양 물질 (글리코겐, 지방, 색소 등)이 형성되고 에너지가 생성됩니다 (복사, 열 및 전기 생체 전류).

신진 대사는 일반적으로 세포에서 사용되지 않고 종종 사용되는 많은 물질을 외부 환경으로 방출하여 완료됩니다.

심지어 그녀에게 해롭다. 세포에서 물질의 제거는 수동적 물리적 및 화학적 과정 (확산, 삼투) 및 능동적 전달을 기반으로 섭취뿐만 아니라 수행됩니다. 배설의 형태학적 그림은 종종 식균작용과 반대되는 특성을 갖는다. 배설물은 막으로 둘러싸여 있습니다.

생성된 소포는 세포막에 접근하여 세포막과 접촉한 다음 뚫고 나와 소포의 내용물이 세포 외부에 있게 됩니다.

우리가 이미 말했듯이 대사는 또한 세포 성장 및 분화, 과민성 및 세포 자체 재생 능력과 같은 세포의 다른 중요한 징후를 결정합니다.

세포 성장은 세포 크기의 증가로 표현되는 대사의 외부 징후입니다. 성장은 대사 과정에서 동화보다 동화가 우세하고 각 세포가 특정 한계까지만 성장할 때만 가능합니다.

세포 분화는 서로 다른 세포에서 다르게 진행되는 일련의 질적 변화이며 환경과 유전자라고 불리는 DNA 섹션의 활동에 의해 결정됩니다. 그 결과 다양한 조직의 서로 다른 질이 다른 세포가 생겨나고, 미래에는 거의 연구되지 않은 노화와 관련된 변화를 겪는다. 그러나 세포에 물이 고갈되고 단백질 입자가 커져 콜로이드의 분산상의 전체 표면이 감소하고 결과적으로 대사 강도가 감소하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 세포의 생명 잠재력이 감소하고 산화, 환원 및 기타 반응이 느려지고 일부 과정의 방향이 변경되어 다양한 물질이 세포에 축적됩니다.

세포의 과민 반응은 외부 환경의 변화에 ​​대한 반응으로 세포와 환경 사이에 일시적인 모순이 제거되고 생체 구조가 이미 변경된 외부 환경에 적응합니다.

과민성 현상에서 다음과 같은 점을 구별 할 수 있습니다.

1) 환경적 요인(예: 기계적, 화학적, 방사선 등)의 영향

2) 세포 내부의 생화학적 및 생물물리학적 과정의 변화로 나타나는 활성, 즉 흥분 가능한 상태로의 전환, 세포 투과성 및 산소 흡수 증가, 세포질의 콜로이드 상태 변화, 그리고 전류행동 등;

3) 환경의 영향에 대한 세포의 반응, 그리고 다양한 세포반응은 다양한 방식으로 나타납니다. 따라서 결합조직에서 국부적인 신진대사의 변화가 일어나고, 근육조직에서 수축이 일어나며, 선조직(타액, 담즙 등)에서 비밀이 분비되고, 신경세포에서 신경자극이 발생하여 영역, 퍼짐 조직 전체에. 에 신경 세포흥분은 동일한 조직의 다른 요소(복잡한 흥분성 시스템의 형성 - 반사 호)뿐만 아니라 다른 조직으로 퍼질 수 있습니다. 결과적으로 규제 역할을 합니다. 신경계. 이러한 반응의 복잡성 정도는 동물의 조직 수준에 따라 다르며 자극제의 강도와 성질에 따라 정상, 괴사, 괴사 세 가지 유형의 과민 반응이 구별됩니다. 자극의 강도가 세포나 유기체 전체가 살아가는 환경에 내재된 평소를 넘어서지 않는다면, 세포에서 일어나는 과정은 결국 외부 환경과의 모순을 없애고 세포는 다시 돌아온다. 정상 상태로. 이 경우 현미경으로 볼 수 있는 세포 구조의 위반은 발생하지 않습니다. 자극의 강도가 크거나 오랜 시간 동안 세포에 영향을 미치면 세포 내 과정의 변화로 인해 세포의 기능, 구조 및 화학이 크게 파괴됩니다. 내포물이 나타나고 구조는 실, 덩어리, 그물 등의 형태로 형성됩니다. 세포질의 반응은 산성, 구조의 변화 및 물리화학적 성질세포는 세포의 정상적인 기능을 방해하여 삶과 죽음의 위기에 처합니다. Nasonov와 Aleksandrov는 이 상태를 paranecrotic*이라고 불렀습니다. 이것은 가역적이며 세포 회복을 초래할 수 있지만 세포 사멸을 초래할 수도 있습니다. 마지막으로 에이전트가 매우 큰 힘, 세포 내부의 과정이 너무 심하게 파괴되어 회복이 불가능하고 세포가 죽습니다. 그 후, 많은 구조적 변화가 발생합니다. 즉, 세포가 괴사 또는 괴사 상태에 들어갑니다.

교통. 세포 고유의 움직임의 특성은 매우 다양합니다. 우선, 세포에서 세포질의 지속적인 움직임이 있으며 이는 대사 과정의 구현과 분명히 관련이 있습니다. 또한, 다양한 세포질 형성은 세포에서 매우 활발하게 움직일 수 있습니다. 예를 들어 섬모 상피의 섬모, 미토콘드리아; 운동과 핵을 만든다. 다른 경우에, 움직임은 세포의 길이나 부피의 변화로 표현되며, 그 후에 원래 위치로 돌아갑니다. 이러한 움직임은 근육 세포, 근육 섬유 및 색소 세포에서 관찰됩니다. 우주에서의 움직임도 널리 퍼져 있습니다. 그것은 아메바와 같은 pseudopods의 도움으로 수행 할 수 있습니다. 이것이 백혈구와 결합 및 기타 조직의 일부 세포가 움직이는 방식입니다. 정자는 공간에서 특별한 형태의 움직임을 가지고 있습니다. 그들을 전진 운동꼬리의 구불구불한 굴곡과 종축을 중심으로 한 정자의 회전으로 인해 발생합니다. 비교적 단순하게 조직된 존재와 고도로 조직화된 다세포 동물의 일부 세포에서 공간에서의 움직임은 외부 환경의 다양한 에이전트에 의해 유발되고 지시되며 택시라고 합니다.

chemotaxis, thigmotaxis 및 rheotaxis가 있습니다. Chemotaxis - 화학 물질을 향하거나 화학 물질로부터 멀어지는 움직임. 이러한 택시는 혈액 백혈구에 의해 감지됩니다. 혈액 백혈구는 체내에 들어온 박테리아를 향해 아메보이드처럼 이동하여 특정 물질을 방출합니다. Tigmotaxis - 만진 방향으로의 움직임 입체또는 그에게서. 예를 들어, 아메바에 있는 음식 입자를 가볍게 만지면 아메바가 음식 입자를 감싸고 삼킵니다. 강한 기계적 자극은 자극적인 시작과 반대 방향으로 움직임을 유발할 수 있습니다. Rheotaxis - 유체의 흐름에 대한 움직임. rheotaxis에 대한 능력은 난자 세포를 향한 점액의 흐름에 대항하여 자궁에서 움직이는 정자에 의해 소유됩니다.

자기 재생산 능력은 생명체의 가장 중요한 속성이며, 그것 없이는 생명이 불가능합니다. 모든 살아있는 시스템은 죽음으로 끝나는 돌이킬 수 없는 일련의 변화를 특징으로 합니다. 이러한 시스템이 주기를 다시 시작할 수 있는 새로운 시스템을 일으키지 않으면 수명이 중단됩니다.

세포의 자기 복제 기능은 세포 발달의 결과인 분열에 의해 수행됩니다. 그 삶의 과정에서 동화보다 동화가 우세하기 때문에 세포의 질량은 증가하지만 세포의 부피는 표면보다 빠르게 증가합니다. 이러한 조건에서 신진 대사의 강도가 감소하고 세포의 깊은 물리 화학적 및 형태 학적 재배치가 발생하며 동화 과정이 점차적으로 억제되며 이는 표지 된 원자의 도움으로 설득력있게 입증되었습니다. 결과적으로 세포의 성장이 먼저 멈추고 더 이상 존재할 수 없게되어 분열이 발생합니다.

분열로의 이행은 질적 도약이거나, 동화와 동화의 양적 변화의 결과이며, 이러한 과정 사이의 모순을 해결하는 메커니즘입니다. 세포 분열 후, 이미 크기 감소로 인해 활성 표면의 비율이 증가하고 일반적으로 대사 및 특히 동화 단계가 강화되기 때문에 세포 분열 후 회춘되고 수명이 증가합니다.

따라서 세포의 개별 생활은 대사 증가를 특징으로 하는 간기(interphase)와 분열 기간으로 구성됩니다.

간기는 어느 정도의 관습으로 나뉩니다.

1) 합성 전 기간(Gj) 동안 동화 과정의 강도가 점차 증가하지만 DNA 복제는 아직 시작되지 않았습니다.

2) 합성의 높이를 특징으로 하는 합성(S), 이 동안 DNA 배가 발생, 및

3) 합성 후(G2), DNA 합성 과정이 멈출 때.

다음과 같은 주요 유형의 분할이 있습니다.

1) 간접 분열(유사분열 또는 핵분열);

2) 감수 분열 또는 축소 분열,

3) 유사분열 또는 직접 분열.

인류의 근본적인 일을 알게 되면 과학이 발전하면서 답보다 질문이 더 많다는 생각을 하게 되는 경우가 많습니다. 1980년대와 1990년대에 분자 생물학과 유전학은 세포와 세포 상호 작용에 대한 우리의 이해를 확장했습니다. 세포간 상호작용을 조절하는 모든 종류의 세포 인자가 분리되었습니다. 이것은 다세포 인간 유기체, 특히 세포의 기능을 이해하는 데 필수적입니다. 면역 체계. 그러나 매년 생물학자들은 이러한 세포간 요인을 점점 더 많이 발견하고 전체 유기체의 그림을 재현하는 것이 점점 더 어려워지고 있습니다. 따라서 답변보다 질문이 더 많습니다.

인체의 무궁무진함과 연구의 제한된 가능성은 즉각적이고 후속적인 연구 우선순위가 필요하다는 결론으로 ​​이어집니다. 오늘날 그러한 우선 순위는 살아있는 인체 세포의 에너지입니다. 에너지 생산 및 신체 세포의 에너지 교환에 대한 불충분한 지식은 진지한 과학 연구에 장애가 됩니다.

세포는 신체의 기본 구조 단위입니다. 모든 장기와 조직은 세포로 구성되어 있습니다. 세포 에너지와 세포간 에너지 상호작용에 대한 충분한 지식 없이 개발된 약물이나 비약물 방법의 성공을 기대하기는 어렵습니다. 널리 사용되고 권장되는 치료법이 건강에 해로운 경우에는 충분한 예를 제시할 수 있습니다.

실질적인 접근 방식은 의료 분야에서 지배적입니다. 물질은 물질입니다. 치유의 논리는 매우 간단합니다. 신체에 필요한 물질(물, 음식, 비타민, 미량 원소, 필요한 경우 약물)을 제공하고 신체에서 대사 산물(배설물, 과도한 지방, 염분, 독소 등)을 제거합니다. .). 의약품의 확장은 계속해서 승리를 거두고 있습니다. 많은 국가에서 새로운 세대의 사람들이 대규모 실험에 자발적으로 참여하고 있습니다. 제약 산업은 새로운 환자를 요구합니다. 그럼에도 불구하고, 건강한 사람들점점 작아지고 있습니다.

인기있는 마약 가이드의 제작자는 개인적으로 얼마나 많은 마약을 시도해야했는지에 대해 질문을 받았습니다. 아니, 대답이었다. 분명히 이 지적인 사람은 세포 생화학에 대한 뛰어난 지식을 가지고 있었고 이 지식을 생활에 잘 사용할 수 있었습니다.

직경이 약 8-15미크론(μm)인 타원형, 원반, 공 형태의 생명체의 작은 입자를 상상해 보십시오. 이 입자는 동시에 가장 복잡한 자기 조절 시스템입니다. 보통의 살아있는 세포마치 그 구성을 구성하는 많은 요소들이 서로에 대해 명확하게 분리되어 있음을 강조하는 것처럼 차별화라고 합니다. "미분화 세포"의 개념은 일반적으로 암세포와 같은 변형된 세포에 속합니다. 분화된 세포는 구조, 내부 신진 대사뿐만 아니라 신장, 간 및 심장 세포와 같은 전문화에서도 다릅니다.

일반적으로 세포는 세포막, 세포질, 핵의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다. 세포막의 구성은 원칙적으로 3층, 4층 막과 외피를 포함합니다. 막의 두 층은 지질(지방)으로 구성되며, 그 대부분은 불포화 지방인 인지질입니다. 세포막은 매우 복잡한 구조및 여러 기능. 멤브레인 양쪽의 전위차는 수백 밀리볼트일 수 있습니다. 멤브레인의 외부 표면에는 음전하가 포함되어 있습니다.

일반적으로 세포에는 하나의 핵이 있습니다. 두 개 이상의 핵을 가진 세포가 있지만. 핵의 기능은 예를 들어 세포 분열 중에 유전 정보를 저장 및 전달하고 세포의 모든 생리적 과정을 제어하는 ​​것입니다. 핵은 세포의 유전 암호를 전달하는 DNA 분자를 포함합니다. 핵은 2층 막으로 둘러싸여 있습니다.

세포질은 세포의 대부분을 구성하며 그 안에 소기관과 내포물이 있는 세포액입니다. 소기관은 특정 중요한 기능을 수행하는 세포질의 영구적인 구성 요소입니다. 그 중 우리는 때때로 세포의 발전소라고 불리는 미토콘드리아에 가장 관심이 있습니다. 각 미토콘드리아에는 외부 및 내부의 두 가지 막 시스템이 있습니다. 외막은 매끄럽고 지질과 단백질이 동등하게 나타납니다. 내막은 인체에서 가장 복잡한 유형의 막 시스템에 속합니다. 가리비(cristae)라고 하는 많은 주름이 포함되어 있어 막 표면이 크게 증가합니다. 이 막은 미토콘드리아의 내부 공간으로 향하는 버섯 모양의 파생물로 나타낼 수 있습니다. 미토콘드리아당 그러한 파생물이 10~4~10~5개 있습니다.

또한, 내부 미토콘드리아 막에는 50-60개 이상의 효소가 있으며 다른 유형의 총 분자 수는 80개에 이릅니다. 이 모든 것은 화학적 산화 및 에너지 대사에 필요합니다. 이 막의 물성 중 높은 전기저항에 주목해야 할 것은 이른바 접합막의 특성으로 좋은 커패시터처럼 에너지를 축적할 수 있다는 점이다. 미토콘드리아 내막 양쪽의 전위차는 약 200-250mV입니다.

예를 들어 간세포 간 세포에 약 2000개의 미토콘드리아가 포함되어 있다면 세포가 얼마나 복잡한지 상상할 수 있습니다. 그러나 세포에는 수백 가지의 효소, 호르몬 및 기타 복잡한 물질과 같은 많은 다른 세포 소기관이 있습니다. 각 소기관에는 고유 한 물질 세트가 있으며 특정 물리적, 화학적 및 생화학 적 과정이 수행됩니다. 세포질 공간의 물질은 동일한 동적 상태에 있으며 세포막을 통해 세포 소기관 및 외부 환경과 끊임없이 교환합니다.

나는 기술적인 세부 사항에 대해 Non-Specialist 독자에게 사과하지만 건강을 원하는 모든 사람을 위해 세포에 대한 이러한 아이디어를 아는 것이 유용합니다. 우리는 이 자연의 기적에 감탄함과 동시에 우리가 치료할 때 세포의 약점을 고려해야 합니다. 나는 평범한 아날진이 건강한 젊은 사람에게 조직 부종을 일으키는 것을 관찰했습니다. 다른 사람들이 생각 없이 알약을 얼마나 쉽게 삼키는지 놀랍습니다!

우리가 세포의 에너지에 대해 이야기하지 않는다면 세포 기능의 복잡성에 대한 이해는 완전하지 않을 것입니다. 세포의 에너지는 다음을 수행하는 데 사용됩니다. 다양한 작업: 기계적 - 유체 운동, 소기관 운동; 화학 - 복합체의 합성 유기물; 전기 - 전기 전위의 차이 생성 원형질막; 삼투성 - 물질을 세포와 역으로 운반합니다. 모든 프로세스를 나열하는 작업을 스스로 설정하지 않고 우리는 잘 알려진 진술에 국한됩니다. 충분한 에너지 공급 없이는 셀의 완전한 기능을 달성할 수 없습니다.

세포는 필요한 에너지를 어디에서 얻습니까? 과학적 이론에 따르면 영양소(탄수화물, 지방, 단백질)의 화학 에너지는 아데노신 삼인산(ATP)의 거대 결합 에너지(많은 에너지를 포함)로 변환됩니다. 이러한 과정은 주로 트리카르복실산 회로(크렙스 회로) 및 산화적 인산화 동안 세포의 미토콘드리아에서 수행됩니다. ATP에 저장된 에너지는 매크로 결합이 끊어지면 쉽게 방출되어 결과적으로 신체의 에너지 소비가 제공됩니다.

그러나 이러한 아이디어는 세포 에너지 및 세포 간 상호 작용의 상태뿐만 아니라 조직의 에너지 공급 및 에너지 교환의 양적 및 질적 특성에 대한 객관적인 평가를 허용하지 않습니다. 전통적인 이론으로는 대답할 수 없는 가장 중요한 질문(G. N. Petrakovich)에 주의를 기울여야 합니다. 어떤 요인으로 인해 세포 간 상호 작용이 수행됩니까? 결국 ATP가 형성되고 소비되어 미토콘드리아 내부에서 에너지를 방출합니다.

한편, 장기, 조직, 세포의 에너지 공급의 웰빙을 의심할만한 충분한 이유가 있습니다. 이 점에서 사람이 그다지 완벽하지 않다고 직접적으로 말할 수도 있습니다. 이것은 많은 사람들이 매일 경험하고 어린 시절부터 사람을 괴롭히기 시작하는 피로에 의해 입증됩니다.

계산에 따르면 인체의 에너지가 이러한 과정(크렙스 주기 및 산화적 인산화)으로 인해 생성된 경우 낮은 부하에서 에너지 부족은 30-50%이고 높은 부하에서는 90%. 이것은 미토콘드리아가 사람에게 에너지를 제공하는 측면에서 제대로 기능하지 않는다는 결론에 도달한 미국 과학자들의 연구에 의해 확인됩니다.

세포와 조직의 에너지에 대한 질문은 두 가지 사건이 발생하지 않았다면 이론과 실용 의학이 천천히 움직이는 길목에 오랫동안 남아 있었을 것입니다. 그것은 관하여호흡의 새로운 가설과 내인성 호흡의 발견에 대해.

뚱뚱한 나무의 풍부한 성장,
메마른 모래에 뿌리를 둔
자신의 것을 승인했으며 다음을 분명히 명시합니다.
공기에서 나오는 기름기 많은 기름기
흡수하다...
M.V. 로모노소프

에너지는 어떻게 세포에 저장됩니까? 신진대사란? 해당 과정의 본질은 무엇입니까, 발효 및 세포 호흡? 광합성의 밝은 단계와 어두운 단계에서 어떤 과정이 발생합니까? 에너지와 플라스틱 교환 과정은 어떻게 관련되어 있습니까? 화학 합성이란 무엇입니까?

강의-강의

한 유형의 에너지를 다른 유형의 에너지로 변환하는 능력(복사 에너지를 화학 결합의 에너지로, 화학 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 등)은 생물의 기본 속성 중 하나입니다. 여기서 우리는 이러한 과정이 살아있는 유기체에서 어떻게 실현되는지 자세히 고려할 것입니다.

ATP - 세포의 주요 에너지 운반체. 세포의 중요한 활동의 ​​징후를 구현하려면 에너지가 필요합니다. 독립영양 유기체는 광합성 반응 동안 태양으로부터 초기 에너지를 받는 반면 종속영양 유기체는 음식의 유기 화합물을 에너지원으로 사용합니다. 에너지는 분자의 화학 결합에 있는 세포에 의해 저장됩니다. ATP(아데노신 삼인산), 이는 3개의 포스페이트 그룹, 당 잔기(리보스) 및 질소성 염기 잔기(아데닌)로 구성된 뉴클레오타이드이다(도 52).

쌀. 52. ATP 분자

인산염 잔기 사이의 결합을 거대 에너지라고 합니다. 끊어지면 많은 양의 에너지가 방출되기 때문입니다. 일반적으로 세포는 말단 인산염 그룹만 제거하여 ATP에서 에너지를 추출합니다. 이 경우 ADP(adenosine diphosphate), 인산이 형성되고 40kJ/mol이 방출됩니다.

ATP 분자는 세포의 보편적인 에너지 협상 칩의 역할을 합니다. 효소 합성이든 에너지 집약적 과정이 일어나는 곳으로 전달 유기 화합물, 단백질의 작업 - 분자 모터 또는 막 수송 단백질 등 ATP 분자의 역 합성은 에너지 흡수와 함께 ADP에 인산염 그룹을 부착하여 수행됩니다. 세포에 의한 ATP 형태의 에너지 저장은 반응 중에 수행됩니다. 에너지 대사. 그는 다음과 밀접한 관련이 있습니다. 플라스틱 교환그 동안 세포는 기능에 필요한 유기 화합물을 생산합니다.

세포의 대사 및 에너지(대사). 신진 대사 - 상호 연결된 플라스틱 및 에너지 대사의 모든 반응의 총체. 세포에서는 탄수화물, 지방, 단백질, 핵산의 합성이 끊임없이 진행됩니다. 화합물의 합성은 항상 에너지 소비, 즉 ATP의 필수 참여와 함께 발생합니다. ATP 형성을 위한 에너지원은 세포에 들어가는 단백질, 지방 및 탄수화물 산화의 효소 반응입니다. 이 과정은 ATP에 저장된 에너지를 방출합니다. 포도당 산화는 세포 에너지 대사에서 특별한 역할을 합니다. 포도당 분자는 일련의 연속적인 변형을 겪습니다.

라고 불리는 첫 번째 단계는 해당과정, 세포의 세포질에서 일어나며 산소가 필요하지 않습니다. 효소와 관련된 연속적인 반응의 결과로 포도당은 두 분자의 피루브산으로 분해됩니다. 이 경우 2개의 ATP 분자가 소모되고 산화 과정에서 방출되는 에너지는 4개의 ATP 분자를 형성하기에 충분합니다. 결과적으로 해당 과정의 에너지 수율은 작고 두 개의 ATP 분자에 해당합니다.

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

혐기성 조건(산소가 없는 상태)에서 추가 변형은 다양한 유형과 관련될 수 있습니다. 발효.

모두가 알고 있다 젖산 발효(우유 신맛), 유산균과 박테리아의 활동으로 인해 발생합니다. 해당 작용과 메커니즘이 유사하며 여기에서 최종 생성물만 젖산입니다. 이러한 유형의 포도당 산화는 열심히 일하는 근육과 같은 산소 결핍 세포에서 발생합니다. 화학적으로 젖산 및 알코올 발효에 가깝습니다. 차이점은 알코올 발효의 산물은 에틸 알코올과 이산화탄소라는 것입니다.

피루브산이 산화되는 다음 단계는 이산화탄소그리고 물, 이름을 얻었다 세포 호흡. 호흡 관련 반응은 식물과 동물 세포의 미토콘드리아에서 발생하며 산소가 있는 경우에만 발생합니다. 이것은 최종 제품인 이산화탄소가 형성되기 전에 일련의 화학적 변형입니다. 이 과정의 다양한 단계에서 초기 물질의 산화 중간 생성물이 수소 원자의 제거와 함께 형성됩니다. 이 경우 ATP의 화학 결합에서 "보존"된 에너지가 방출되고 물 분자가 형성됩니다. 분리된 수소 원자를 결합하기 위해 산소가 필요하다는 것이 명확해졌습니다. 이 일련의 화학적 변형은 매우 복잡하며 미토콘드리아의 내막, 효소 및 운반체 단백질의 참여로 발생합니다.

세포 호흡은 매우 높은 효율을 보입니다. 미토콘드리아 막에서 해당 작용 산물이 변형된 결과 30개의 ATP 분자가 합성되고 해당 과정에서 2개의 분자가 더 생성되고 6개의 ATP 분자가 생성됩니다. 전체적으로 하나의 포도당 분자가 산화되면 38개의 ATP 분자가 형성됩니다.

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

미토콘드리아에서는 당뿐만 아니라 단백질과 지질도 산화의 마지막 단계가 일어난다. 이 물질은 주로 탄수화물 공급이 끝날 때 세포에서 사용됩니다. 첫째, 지방이 소비되고 산화되는 동안 동일한 양의 탄수화물과 단백질에서보다 훨씬 더 많은 에너지가 방출됩니다. 따라서 동물의 지방은 에너지 자원의 주요 "전략적 비축"입니다. 식물에서 전분은 에너지 저장의 역할을 합니다. 저장 시 에너지 등가량의 지방보다 훨씬 더 많은 공간을 차지합니다. 식물의 경우 움직이지 않고 동물처럼 자신을 보호하지 않기 때문에 이것은 장애가 아닙니다. 탄수화물에서 지방보다 훨씬 빠르게 에너지를 추출할 수 있습니다. 단백질은 신체에서 많은 중요한 기능을 수행하므로 장기간의 기아와 같이 설탕과 지방의 자원이 고갈 된 경우에만 에너지 대사에 관여합니다.

광합성. 광합성에너지가 발생하는 과정이다. 태양 광선유기 화합물의 화학 결합 에너지로 변환됩니다. 식물 세포에서 광합성 관련 과정은 엽록체에서 발생합니다. 이 소기관 내부에는 태양의 복사 에너지를 포착하는 안료가 포함된 막 시스템이 있습니다. 광합성의 주요 안료는 스펙트럼의 적색 광선뿐만 아니라 주로 청색과 보라색을 흡수하는 엽록소입니다. 녹색 빛은 반사되어 엽록소 자체와 이를 포함하는 식물 부분이 녹색으로 나타납니다.

광합성에는 두 단계가 있습니다. 빛그리고 어두운(그림 53). 복사 에너지의 실제 캡처 및 변환은 광 단계에서 발생합니다. 광양자를 흡수할 때 엽록소는 여기 상태가 되어 전자 공여체가 됩니다. 그것의 전자는 전자 수송 사슬을 따라 한 단백질 복합체에서 다른 복합체로 전달됩니다. 이 사슬의 단백질은 색소처럼 엽록체의 내막에 집중되어 있습니다. 전자가 캐리어 사슬을 통과할 때 ATP를 합성하는 데 사용되는 에너지를 잃습니다. 빛에 의해 여기된 전자의 일부는 NDP(니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티포스페이트) 또는 NADPH를 환원시키는 데 사용됩니다.

쌀. 53. 광합성의 밝은 단계와 어두운 단계의 반응 생성물

엽록체의 햇빛의 영향으로 물 분자의 분열도 발생합니다. 광분해; 이 경우 엽록소에 의한 손실을 보상하는 전자가 발생합니다. 산소는 부산물로 형성됩니다.

따라서 가벼운 단계의 기능적 의미는 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하여 ATP와 NADP·H를 합성하는 데 있습니다.

광합성의 어두운 단계에는 빛이 필요하지 않습니다. 여기서 일어나는 과정의 본질은 가벼운 단계에서 얻은 ATP와 NADP·H 분자가 CO2를 탄수화물 형태로 "고정"하는 일련의 화학 반응에 사용된다는 것입니다. 암흑상의 모든 반응은 엽록체 내부에서 수행되며, 이산화탄소의 "고정" 동안 방출된 ADP와 NADP는 ATP와 NADP H의 합성을 위한 밝은 단계의 반응에 다시 사용됩니다.

전체 광합성 방정식은 다음과 같습니다.

플라스틱 및 에너지 교환 프로세스의 관계 및 통합. ATP 합성 과정은 세포질(해당 분해), 미토콘드리아(세포 호흡) 및 엽록체(광합성)에서 발생합니다. 이 과정에서 일어나는 모든 반응은 에너지 교환 반응입니다. ATP의 형태로 저장된 에너지는 세포의 생명에 필요한 단백질, 지방, 탄수화물 및 핵산 생산을 위한 플라스틱 교환 반응에 소비됩니다. 광합성의 어두운 단계는 일련의 반응, 소성 교환이며 밝은 단계는 에너지입니다.

에너지와 플라스틱 교환 과정의 관계와 단일성은 다음 방정식으로 잘 설명됩니다.

이 방정식을 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면 ATP(에너지 대사) 합성과 관련된 해당과정과 세포 호흡 동안 포도당이 이산화탄소와 물로 산화되는 과정을 알 수 있습니다. 오른쪽에서 왼쪽으로 읽으면 ATP(가소성 대사)의 참여로 포도당이 물과 이산화탄소에서 합성될 때 광합성의 어두운 단계의 반응에 대한 설명을 얻을 수 있습니다.

화학 합성. 광독립영양생물 외에도 특정 세균(수소, 질산화, 유황균 등)도 무기물로부터 유기물을 합성할 수 있습니다. 그들은 무기 물질의 산화 중에 방출되는 에너지로 인해이 합성을 수행합니다. 그들은 chemoautotrophs라고 불립니다. 이러한 화학 합성 박테리아는 생물권에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 질화 박테리아는 식물이 접근할 수 없는 암모늄 염을 식물이 잘 흡수하는 질산염으로 전환합니다.

세포 대사는 에너지와 플라스틱 대사의 반응으로 구성됩니다. 에너지 대사 과정에서 거대 화학 결합(ATP)이 있는 유기 화합물의 형성이 발생합니다. 이에 필요한 에너지는 혐기성(해당 분해, 발효) 및 호기성(세포 호흡) 반응 동안 유기 화합물의 산화에서 비롯됩니다. 태양 광선에서 에너지가 빛 단계 (광합성)에 흡수됩니다. 무기 화합물의 산화 (화학 합성). ATP의 에너지는 광합성의 어두운 단계의 반응을 포함하는 플라스틱 교환 반응 과정에서 세포에 필요한 유기 화합물의 합성에 소비됩니다.

• 플라스틱과 에너지 대사의 차이점은 무엇입니까?
• 햇빛의 에너지는 광합성의 가벼운 단계로 어떻게 변환됩니까? 광합성의 암흑기에는 어떤 과정이 일어나는가?
• 광합성을 행성-우주 상호 작용의 반사 과정이라고 부르는 이유는 무엇입니까?

추가할 에너지 화학 시스템반응을 "시작"하는 것을 해당 반응의 활성화 에너지라고 하며 극복해야 하는 일종의 에너지 크레스트 역할을 합니다..

비 촉매 반응에서 분자 간의 충돌은 활성화 에너지의 원천으로 작용합니다. 충돌하는 분자의 방향이 적절하고 충돌이 충분히 강하면 반응할 가능성이 있습니다.

화학자들이 반응 속도를 높이기 위해 플라스크를 가열하는 이유는 분명합니다. 온도가 상승하면 열 운동 속도와 충돌 빈도가 증가합니다. 그러나 인체의 조건에서 세포는 가열 될 수 없으며 이것은 받아 들일 수 없습니다. 그리고 반응은 시험관에서 수행될 때 도달할 수 없는 속도로 동시에 진행됩니다. 자연의 또 다른 발명품이 여기에서 작동하고 있습니다. 효소 우리가 앞서 언급한.

이미 언급했듯이 화학 변형 중에 반응 생성물에 포함된 에너지가 출발 물질보다 적은 이러한 반응이 자발적으로 발생할 수 있습니다. 다른 반응을 위해서는 외부로부터의 에너지 유입이 필요합니다. 자발적인 반응은 체중 감소에 비유할 수 있습니다. 처음에는 정지 상태의 무게가 아래로 떨어지는 경향이 있어 위치 에너지가 낮아집니다.

따라서 반응이 시작되면 에너지 비축량이 낮은 물질이 형성되는 방향으로 진행되는 경향이 있습니다. 작업을 수행할 수 있는 프로세스라고 합니다. 자발적인.

그러나 두 개의 하중이 특정 방식으로 연결되면 무거운 것이 떨어지는 것이 가벼운 것을 들어 올립니다. 그리고 화학, 특히 생화학 공정에서 에너지의 방출로 진행되는 반응은 이와 관련된 반응의 발생을 유발할 수 있으며 외부로부터 에너지의 유입을 필요로 합니다. 이와 같은 반응을 접합.

살아있는 유기체에서 결합 반응은 매우 일반적이며 생명과 의식에 수반되는 모든 미묘한 현상을 결정하는 것은 그들의 과정입니다. "무거운 하중"이 떨어지면 더 가볍지만 더 적은 양을 들어 올릴 수 있습니다. 우리는 음식을 먹을 때 물질을 흡수합니다. 고품질태양에 의해 야기된 에너지는 체내에서 쇠퇴하고 궁극적으로 체내에서 방출되지만 동시에 생명이라는 과정을 보장하기에 충분한 양의 에너지를 방출합니다.

세포에서 주요 에너지 매개체, 즉 생명의 "구동 바퀴"는 아데노신 삼인산(ATP) . 이 연결이 흥미로운 이유는 무엇입니까? 생화학적 관점에서 ATP는 인 원자가 산소 원자로 둘러싸인 말단 인산염 그룹을 부착하거나 "제거"할 수 있는 중간 크기의 분자입니다.

ATP의 형성은 포도당의 생물학적 산화 동안 방출되는 에너지로 인해 아데노신 이인산(ADP)에서 발생합니다. 반면에 ATP의 인산 결합을 끊으면 많은 에너지가 방출됩니다. 이러한 결합을 고에너지 또는 거시적이라고 합니다. ATP 분자는 2개의 그러한 결합을 포함하며, 이 결합의 가수분해는 12-14kcal에 해당하는 에너지를 방출합니다.

진화 과정에서 자연이 세포의 에너지 통화로 ATP를 "선택"한 이유는 알려져 있지 않지만 몇 가지 이유를 가정할 수 있습니다. 열역학적으로, 이 분자는 가수분해 동안 방출되는 많은 양의 에너지에 의해 입증되는 바와 같이 매우 불안정합니다.

그러나 동시에 정상적인 조건에서 ATP의 효소 가수 분해 속도는 매우 낮습니다. 즉 ATP 분자는 화학적 안정성이 높아 효율적인 에너지 저장을 제공합니다.

ATP 분자의 크기가 작기 때문에 모든 작업을 수행하는 데 에너지가 필요한 세포의 다른 부분으로 쉽게 확산됩니다. 마지막으로 ATP는 고에너지 화합물 규모에서 중간 위치를 차지하므로 다용도성을 제공하여 에너지가 고에너지 화합물에서 저에너지 화합물로 이동할 수 있습니다.

따라서 ATP는 언제든지 사용할 수 있는 세포 연료인 세포 에너지 저장의 주요 보편적 형태입니다. 그리고 우리가 이미 언급했듯이 세포에 에너지의 주요 공급자는 포도당 탄수화물의 분해로부터 얻어진다. 신체에서 "불타는" 포도당은 이산화탄소와 물을 형성하며 이 과정은 세포 호흡과 소화 반응을 제공합니다. 이 경우 "화상"이라는 단어는 이미지이며, 몸 안에 불꽃이 없으며 다단계 화학적 방법으로 에너지를 추출합니다.

산소의 참여 없이 세포질에서 일어나는 첫 번째 단계에서 포도당 분자는 두 조각(피루브산 두 분자)으로 분해되며 이 단계를 해당과정 . 이 경우 50kcal/mol의 에너지가 방출되며(즉, 포도당에 포함된 에너지의 7%), 그 중 일부는 열의 형태로 소산되고 다른 하나는 2개의 ATP 분자 형성에 소비됩니다.

포도당에서 에너지의 후속 추출은 주로 미토콘드리아에서 발생합니다. 세포의 발전소는 그 작업을 갈바니 세포와 비교할 수 있습니다. 이때 각 단계에서 전자와 수소이온이 분리되어 궁극적으로 포도당이 이산화탄소와 물로 분해된다.

에 미토콘드리아 전자와 수소 이온은 산화 환원 효소의 단일 사슬(호흡 사슬)로 도입되어 산소와 결합할 때까지 매개체에서 매개체로 전달됩니다. 그리고 이 단계에서 산화에는 공기 중의 산소가 사용되지 않고 물과 아세트산의 산소가 사용됩니다.

공기 산소는 세포 호흡의 전 과정을 완료하는 마지막 수소 수용체이며, 이것이 생명에 꼭 필요한 이유입니다. 알려진 바와 같이 기체 산소와 수소의 상호 작용에는 폭발(대량의 에너지가 순간적으로 방출됨)이 수반됩니다.

이것은 기체 상태의 수소가 형성되지 않기 때문에 생물체에서는 발생하지 않으며 공기 중의 산소와 결합할 때까지 공급 자유 에너지물 형성 반응이 아주 조용히 진행될 정도로 감소합니다(참조 그림 1).

포도당은 세포에서 에너지 생산을 위한 주요 기질이지만 유일한 기질은 아닙니다. 탄수화물, 지방, 단백질 및 기타 물질과 함께 음식과 함께 우리 몸에 들어가며, 분열 후 에너지 원으로 작용하여 세포에서 발생하는 생화학 반응에 포함되는 물질로 변합니다.

정보 이론 분야의 기초 연구는 개념의 출현으로 이어졌습니다. 정보 에너지 (또는 정보 영향의 에너지), 확실성과 불확실성의 차이. 여기서 저는 세포가 수명 주기의 모든 순간에 불확실성을 제거하기 위해 정보 에너지를 소비하고 소비한다는 점에 주목하고 싶습니다. 이것은 엔트로피를 증가시키지 않고 수명주기의 구현으로 이어집니다.

다양한 영향의 영향으로 에너지 대사 과정을 위반하면 개별 단계에서 실패하고 이러한 실패의 결과로 세포와 전체 유기체의 중요한 활동의 ​​하위 시스템이 붕괴됩니다. 이러한 장애의 수와 유병률이 신체의 항상성 메커니즘의 보상 기능을 초과하면 시스템이 통제 불능 상태가 되고 세포가 동시에 작동을 멈춥니다. 신체 수준에서 이것은 다양한 병리학 적 상태의 형태로 나타납니다.

따라서 특정 효소의 작용에 관여하는 비타민 B1이 부족하면 피루브산 산화가 차단되고 갑상선 호르몬이 과도하면 ATP 합성이 중단됩니다. 심근경색증, 일산화탄소 중독 또는 시안화칼륨 중독으로 인한 사망은 또한 연속적인 반응을 억제하거나 분리함으로써 세포 호흡 과정을 차단하는 것과 관련이 있습니다. 간접적으로 유사한 메커니즘과 많은 박테리아 독소의 작용을 통해.

따라서 시스템으로서의 세포, 조직, 기관, 기관 시스템 또는 유기체의 기능은 자체 조절 메커니즘에 의해 지원되며, 최적의 과정은 차례로 생물 물리학, 생화학, 에너지 및 정보 프로세스에 의해 보장됩니다.

에너지는 모든 살아있는 세포에 필요하며 세포에서 일어나는 다양한 생물학적, 화학적 반응에 사용됩니다. 일부 유기체는 생화학 적 과정에 햇빛의 에너지를 사용합니다. 이것은 식물입니다 (그림 1). 다른 유기체는 영양 과정에서 얻은 물질의 화학 결합 에너지를 사용합니다. 이들은 동물 유기체입니다. 에너지 추출은 이러한 물질을 분해 및 산화하여 수행되며 호흡 과정에서 이러한 호흡을 호출합니다. 생물학적 산화,또는 세포 호흡.

쌀. 1. 햇빛의 에너지

세포 호흡- 이것은 효소의 참여로 진행되는 세포의 생화학 적 과정으로 물과 이산화탄소가 방출되고 에너지는 ATP 분자의 고에너지 결합 형태로 저장됩니다. 이 과정이 산소가 있는 상태에서 발생하면 이를 에어로빅 체조, 그러나 그것이 산소 없이 발생한다면, 그것은 혐기성.

생물학적 산화에는 세 가지 주요 단계가 포함됩니다.

1. 준비.

2. 무산소(해당).

3. 유기 물질의 완전한 분해(산소 존재 시).

음식과 함께 섭취한 물질은 단량체로 분해됩니다. 이 단계는 다음에서 시작됩니다. 위장관또는 세포의 리소좀에서. 다당류는 단당류로, 단백질은 아미노산으로, 지방은 글리세롤 및 지방산으로 분해됩니다. 이 단계에서 방출된 에너지는 열의 형태로 소산됩니다. 세포는 에너지 과정에 탄수화물을 사용하고 단당류가 더 좋으며 뇌는 단당류 인 포도당 만 사용할 수 있습니다 (그림 2).

쌀. 2. 준비 단계

포도당은 해당과정에 의해 2개의 3탄소 피루브산 분자로 분해됩니다. 피루브산의 추가 운명은 세포 내 산소의 존재에 달려 있습니다. 세포에 산소가 있으면 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 이산화탄소와 물로 완전히 산화됩니다(호기성 호흡). 산소가 없으면 동물 조직에서 피루브산이 젖산으로 바뀝니다. 이 단계는 세포의 세포질에서 발생합니다.

해당과정- 이것은 1분자의 포도당이 2분자의 피루브산으로 분할되는 일련의 반응으로, 에너지가 방출되어 2개의 ADP 분자를 2개의 ATP 분자로 전환하기에 충분합니다(그림 3).

쌀. 3. 무산소 단계

산소는 포도당의 완전한 산화에 필수적입니다. 세 번째 단계에서 피루브산은 미토콘드리아에서 이산화탄소와 물로 완전히 산화되어 또 다른 36개의 ATP 분자가 형성됩니다. 이 단계는 산소의 참여로 발생하기 때문에 산소 또는 호기성이라고 합니다(그림 4). .

쌀. 4. 유기물의 완전한 분해

총 38개의 ATP 분자는 해당 과정에서 얻은 2개의 ATP를 고려하여 3단계로 1개의 포도당 분자에서 형성됩니다.

따라서 우리는 생물학적 산화 단계를 특징으로 하는 세포에서 발생하는 에너지 과정을 고려했습니다.

에너지의 방출과 함께 세포에서 일어나는 호흡은 종종 연소 과정과 비교됩니다. 두 과정 모두 산소, 에너지 방출 및 산화 생성물(이산화탄소와 물)이 있는 상태에서 발생합니다. 그러나 연소와 달리 호흡은 효소가 있는 상태에서 일어나는 생화학적 반응의 순서화된 과정입니다. 호흡 중에는 생물학적 산화의 최종 산물로 이산화탄소가 발생하고 연소 중에는 수소와 탄소가 직접 결합하여 이산화탄소가 형성됩니다. 또한 호흡 중에는 물과 이산화탄소 외에 일정량의 ATP 분자가 형성되는데, 즉 호흡과 연소는 근본적으로 다른 과정이다(그림 5).

쌀. 5. 호흡과 연소의 차이점

해당과정은 포도당 대사의 주요 경로일 뿐만 아니라 식이 과당 및 갈락토스 대사의 주요 경로이기도 합니다. 의학에서 특히 중요한 것은 산소가 없을 때 ATP를 형성하는 해당과정의 능력입니다. 이것은 호기성 산화 효율이 부족한 조건에서 골격근의 집중적 인 작업을 유지하는 것을 가능하게합니다. 증가된 해당 활성을 가진 조직은 산소 결핍 기간 동안 활성 상태를 유지할 수 있습니다. 심장 근육에서 해당 작용의 가능성은 제한적입니다. 허혈로 이어질 수 있는 손상된 혈액 공급을 견디기가 어렵습니다. 몇 가지 질병이 해당효소의 불충분한 활성으로 인해 발생하는 것으로 알려져 있으며, 그 중 하나가 용혈성 빈혈(빠르게 성장하는 암세포에서 해당과정이 시트르산 회로의 용량을 초과하는 속도로 발생함)으로, 이는 합성 증가에 기여합니다. 장기와 조직의 젖산 (그림 6).

쌀. 6. 용혈성 빈혈

체내 젖산 수치의 상승은 암의 증상일 수 있습니다. 이 대사 기능은 때때로 일부 형태의 종양을 치료하는 데 사용됩니다.

미생물은 발효 과정에서 에너지를 얻을 수 있습니다. 발효는 태곳적부터 사람들에게 알려져 왔습니다. 예를 들어 포도주를 제조할 때 젖산 발효는 훨씬 더 일찍 알려졌습니다(그림 7).

쌀. 7. 와인과 치즈 만들기

사람들은 이러한 과정이 미생물의 활동과 관련이 있다는 의심 없이 유제품을 섭취했습니다. "발효"라는 용어는 네덜란드인 Van Helmont에 의해 가스 방출과 함께 진행되는 공정에 대해 도입되었습니다. 이것은 루이 파스퇴르에 의해 처음으로 증명되었습니다. 또한, 다른 미생물은 다른 발효 생성물을 분비합니다. 우리는 알코올 및 젖산 발효에 대해 이야기 할 것입니다. 알코올 발효- 이것은 탄수화물의 산화 과정으로 에틸 알코올, 이산화탄소가 형성되고 에너지가 방출됩니다. 양조업자와 포도주 양조업자는 특정 유형의 효모가 발효를 자극하여 설탕을 알코올로 바꾸는 능력을 사용했습니다. 발효는 주로 효모에 의해 수행되지만 일부 박테리아와 곰팡이에 의해서도 수행됩니다(그림 8).

쌀. 8. 효모, 밀가루 버섯, 발효 제품 - 크 바스 및 식초

우리나라에서는 Saccharomyces 효모가 전통적으로 사용되며, 미국에서는 Pseudomonas 속의 박테리아, 멕시코에서는 박테리아 "모바일 스틱"이 사용되며 아시아에서는 점액 곰팡이가 사용됩니다. 우리의 효모는 포도당이나 과당과 같은 육탄당(6탄소 단당류)을 발효시키는 경향이 있습니다. 알코올 형성 과정은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. 하나의 포도당 분자에서 두 개의 알코올 분자, 두 개의 이산화탄소 분자가 형성되고 두 개의 ATP 분자가 방출됩니다.

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP

호흡과 비교할 때 이러한 과정은 호기성 과정보다 에너지적으로 덜 유익하지만 산소가 없는 상태에서도 생명을 유지할 수 있습니다. ~에 젖산 발효포도당 1분자가 젖산 2분자를 형성하고 ATP 2분자가 방출되는데, 이는 다음 방정식으로 설명할 수 있습니다.

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP

젖산의 형성 과정은 알코올 발효 과정에 매우 가깝습니다. 포도당은 알코올 발효에서와 같이 피루브산으로 분해 된 다음 알코올이 아닌 젖산으로 전달됩니다. 젖산 발효는 치즈, 코티지 치즈, 응고 우유, 요구르트와 같은 유제품 생산에 널리 사용됩니다(그림 9).

쌀. 9. 유산균 및 유산발효산물

치즈가 형성되는 과정에서 유산균이 먼저 참여하여 젖산을 생성한 다음 프로피온산균이 젖산을 프로피온산으로 전환시켜 치즈 특유의 날카로운 맛을 냅니다. 유산균은 과일과 채소의 보존에 사용되며 젖산은 제과 산업 및 청량 음료 제조에 사용됩니다.

서지

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. 생물학. 일반 패턴. - 바스타드, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. 일반 생물학의 기초. 9학년: 9학년 교육기관 학생들을 위한 교과서 / Ed. 교수 에. 포노마레바. - 2nd ed., 개정됨. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. 생물학. 일반 생물학 및 생태학 소개: 9학년 교과서, 3판, 고정관념. - M.: Bustard, 2002.

1. 웹사이트 "생물학 및 의학" ()

3. 인터넷 사이트 "의학백과사전"()

숙제

1. 생물학적 산화와 그 단계는 무엇입니까?

2. 해당과정이란?

3. 알코올 발효와 젖산 발효의 유사점과 차이점은 무엇입니까?