§ 14. Клітинне дихання

Поміркуйте

Чому внутрішня мембрана мітохондрії утворює так багато складчастих структур?

Згадайте

Що таке окиснення?
У клітинах яких організмів є мітохондрії?

Що таке клітинне дихання

Клітинне дихання — це сукупність реакцій окиснення органічних речовин киснем, які відбуваються в клітинах живих організмів. Слід зазначити, що клітинне дихання і легеневе дихання — не одне й те саме. Легеневе дихання — це фізіологічний процес, унаслідок якого певні гази потрапляють із повітря в кров або з крові в повітря. А клітинне дихання — це біохімічний процес, сукупність хімічних реакцій у клітинах.

Клітинне дихання складається з двох етапів (мал. 14.1). Перший з них (гліколіз) відбувається в цитозолі, а другий (кисневий) — у мітохондріях.

Мал. 14.1. Схема процесу клітинного дихання

У рослин під час клітинного дихання окиснюються органічні речовини, синтезовані самою рослиною, у тварин і грибів — речовини, які організм отримує в результаті живлення або ті, що вони самі синтезують.

Біохімічні процеси клітинного дихання

Загальна формула біологічного окиснення:

У результаті першого етапу цього процесу (гліколізу), який відбувається в цитозолі, утворюється піруват (піровиноградна кислота). Він транспортується з цитозолю в матрикс мітохондрії, де за допомогою ферментів відбувається його окиснення до вуглекислого газу та води. Окиснення відбувається в кілька етапів, на кожному з яких виділяється енергія. Частина енергії виділяється у вигляді тепла (45%), а 55 % запасається в АТФ.

Гліколіз та його значення

Гліколіз — це біохімічний процес, який зазвичай відбувається в усіх клітинах організму і є одним із джерел постачання АТФ для клітини. Крім того, у процесі гліколізу утворюються сполуки, які використовуються в наступних процесах клітинного дихання.

Процес гліколізу складається з 10 біохімічних реакцій. У результаті цих реакцій утворюється дві молекули пірувату. У процесі гліколізу також витрачається дві й синтезується чотири молекули АТФ. Відповідно, з кожної молекули глюкози клітина отримує дві молекули пірувату і дві молекули АТФ.

Гліколіз не є аж таким енергетично вигідним процесом: дві молекули АТФ — це не дуже багато. Однак цей процес простий, надійний і достатньо швидкий! Він виник ще на ранніх стадіях життя і зараз є одним з основних метаболічних процесів усіх живих організмів.

Великою перевагою гліколізу є те, що він не потребує кисню. Саме тому м’язи людини можуть працювати навіть в умовах нестачі кисню під час великих фізичних навантажень. Потрібну енергію вони отримують завдяки процесу гліколізу.

Ефективність клітинного дихання

Ключовим етапом клітинного дихання є цикл Кребса (цикл трикарбонових кислот). Саме в реакціях цього циклу утворюються сполуки, які є джерелом протонів та електронів для процесу окиснення. Клітинне дихання — надзвичайно ефективний процес. Іще під час першого етапу клітинного дихання — гліколізу — з однієї молекули глюкози клітина отримує дві молекули АТФ, а на наступних етапах клітинного дихання до цих молекул додається ще 36 молекул.

Бродіння

Бродіння — це процес безкисневого перетворення пірувату, який утворився у процесі гліколізу в м’язах, на молочну кислоту з вивільненням енергії АТФ.

Анімація «Як підходить тісто»

Бродіння також властиве бактеріям і дріжджовим грибам.

Залежно від того, які речовини утворюються, виділяють кілька різновидів бродіння.

Спиртове бродіння характеризується утворенням молекул етилового спирту, води й вуглекислого газу (мал. 14.2).

Мал. 14.2. Схема спиртового бродіння

Під час молочнокислого бродіння продуктом процесу є молочна кислота, а оцтового — оцтова кислота.

Ключова ідея

Клітинне дихання — це біохімічний процес, який відбувається в мітохондріях. У ході цього процесу органічні речовини, утворені під час гліколізу, окиснюються киснем, який надходить до клітини з навколишнього середовища. Частина енергії, яка при цьому виділяється, запасається клітинами у вигляді молекул АТФ.

Перевірте свої знання

1. Що таке клітинне дихання? 2. Де відбувається клітинне дихання? 3. Які біохімічні процеси відбуваються під час клітинного дихання? 4*. Порівняйте процеси клітинного дихання і звичайного горіння. Знайдіть риси подібності й відмінності.

Зміст