Kodėl ląstelėms reikia deguonies ląstelių kvėpavimo, paaiškinta

Visi kvėpuojame, tačiau nedaugelis žino, kodėl ir kaip, todėl čia pateikiame išsamią informaciją visiems, kurie nori sužinoti daugiau nei atrodo iš pirmo žvilgsnio.

Daugelis smalsių protų susimąstė, kodėl mums reikia deguonies ir ką kvėpavimas veikia mūsų kūne. Visoms smalsioms katėms šis straipsnis skirtas padėti ir suskirstyti jį į molekules, kad paaiškintų mokslą, kodėl mūsų kūno ląstelėms reikia deguonies!

Nors mūsų organizmas turi keletą tarpusavyje susijusių sistemų, tačiau nė viena iš jų neveiktų be puikaus mūsų kūno ląstelių darbo, tas pats pasakytina ir apie kvėpavimo procesą. Deguonis, gliukozė, eritrocitai ar hemoglobinas – visa tai prieinama, bet mūsų kūnas niekada negalėtų išlaikyti. be aerobinio ląstelių kvėpavimo kartu su energijos išsiskyrimu, kuris yra to rezultatas procesas. Nuo glikolizės, citrinų rūgšties ciklo ir elektronų pernešimo grandinės iki piruvato, ATP molekulių gamybos ir oksidacinio fosforilinimo – mes turime viską.

Jei jūsų mintys yra atsitiktinių neatsakytų klausimų visata, galbūt norėsite gauti atsakymus į juos patikrinę

kodėl ląstelės dalijasi, ir kodėl mes krentame.

Kodėl ląstelėms reikia deguonies?

Mūsų organizmui reikia deguonies, kad panaudotų energiją, suskaidydamas maisto molekules į formą, kurią mūsų organizmas panaudos, o pagrindiniai šio recepto ingredientai yra gliukozė ir deguonies. Savanoriški ir nevalingi raumenų judesiai kartu su ląstelių funkcijomis naudoja ląstelinio kvėpavimo procesą kaip vienintelį energijos šaltinį.

Ląstelėms reikalingas deguonis, kad galėtų atlikti aerobinį ląstelių kvėpavimą, kuris vėlgi yra trijų procesų rinkinys. Viskas prasideda nuo glikolizės, kuri pažodžiui reiškia „cukraus skaidymą“. Šis etapas gali vykti be deguonies, tačiau ATP išeiga bus minimali. Gliukozės molekulės skyla į molekulę, pernešančią NADH, vadinamą piruvatu, anglies dioksidu ir dar dvi ATP molekules. Piruvatas, susidaręs po glikolizės proceso, vis dar yra trijų anglies molekulių junginys, todėl jį reikia toliau skaidyti. Dabar prasideda antrasis etapas, vadinamas citrinų rūgšties ciklu, taip pat žinomas kaip Krebso ciklas. Ląstelės negali atlikti šio proceso be deguonies, nes piruvatas skyla į birų vandenilį ir anglies, kuri turi pereiti per oksidaciją, kad susidarytų daugiau ATP molekulių, NADH, anglies dioksido ir vandens. šalutinis produktas. Jei šis procesas vyktų be deguonies, piruvatas fermentuotųsi ir išsiskirtų pieno rūgštis. Trečiasis ir paskutinis etapas yra oksidacinis fosforilinimas, kuris apima elektronų pernešimo pasikeitimą ir negali vykti be deguonies. Elektronai pernešami į specialias ląstelių membranas transporteriais, vadinamais FADH2 ir NADH. Čia surenkami elektronai ir gaminamas ATP. Panaudoti elektronai išsenka ir negali būti kaupiami organizme, todėl jie jungiasi su deguonimi, o vėliau su vandeniliu ir sudaro vandenį kaip atliekas. Todėl deguonis ląstelėse yra svarbus, kad visi šie etapai veiktų efektyviai.

Kas yra ląstelių kvėpavimas?

Ląstelės viduje vyksta medžiagų apykaitos procesų ir reakcijų grandinė, sukurianti ATP molekules ir atliekas. Šis procesas vadinamas ląstelių kvėpavimu ir vyksta trimis procesais, kurių metu mūsų kūno maistinių medžiagų ir deguonies molekulių cheminė energija paverčiama energija.

Visų ląstelinio kvėpavimo metu vykstančių reakcijų vienintelis tikslas yra generuoti energiją arba ATP, paverčiant energiją iš mūsų valgomo maisto. Kvėpavimo metu energijos gamybai sunaudojamos maistinės medžiagos yra aminorūgštys, riebalų rūgštys ir cukrus O oksidacijos procesams reikalingas deguonis jo molekulinėje formoje, nes jis suteikia daugiausiai cheminių medžiagų energijos. ATP molekulėse yra sukaupta energija, kurią galima suskaidyti ir panaudoti ląstelių procesams palaikyti. Kvėpavimo takų reakcijos yra katabolinės ir apima didelių, silpnų didelės energijos jungčių molekulių, pavyzdžiui, molekulinio deguonies, suardymą ir jų pakeitimą stipresnėmis jungtimis, kad išsiskirtų energija. Kai kurios iš šių biocheminių reakcijų yra redokso reakcijos, kurių metu molekulė redukuojama, o kita - oksiduojama. Degimo reakcijos yra redokso reakcijos tipas, apimantis egzoterminę gliukozės ir deguonies reakciją kvėpavimo metu, siekiant gaminti energiją. Nors gali atrodyti, kad ATP yra galutinis reikalingas energijos šaltinis ląstelėms, taip nėra. ATP toliau skaidomas į ADP, kuris yra stabilesnis produktas, galintis efektyviai padėti ląstelėse vykdyti procesus, kuriems reikia energijos. Jei jums įdomu, kurioms ląstelių funkcijoms reikalingas aerobinis kvėpavimas, tai apima molekulių transportavimą arba judėjimą per ląstelių membranas ir biosintezę, kad susidarytų makromolekulės.

Kaip deguonis patenka į kraują?

Iki šiol supratome bendrą deguonies svarbą ir tai, kaip mūsų ląstelės naudojo deguonį normaliai funkcionuoti. Vienas klausimas vis dar neatsakytas, ir kaip šis deguonis pirmiausia patenka į kraują. Kai kvėpuojame, ore esantis deguonis, azotas ir anglies dioksidas patenka į mūsų plaučius, o patekęs į alveoles pasklinda į kraują. Žinoma, tai nėra taip paprasta, kaip atrodo, todėl supraskime tai išsamiai.

Nors žmogaus organizmas priklauso nuo mitybos energijos, šis šaltinis sudaro tik 10% mūsų kūne sukauptos energijos, o deguonis – apie 90%! Šio deguonies reikia kiekvienai mūsų kūno ląstelei ir krauju per mūsų kraujagysles ir kvėpavimo sistemos, įskaitant mūsų nosį, plaučius, širdį, arterijas, venas ir galiausiai ląstelės. Viskas prasideda nuo kvėpavimo, nes kvėpavimo organai yra vartai deguoniui patekti į jūsų kūną. Ore esantį deguonį absorbuoti palengvina nosis, burna, trachėja, diafragma, plaučiai ir alveolės. Pagrindinis procesas apima deguonies patekimą į nosį ar burną, per gerklas ir į trachėją. Čia oras paruošiamas taip, kad atitiktų aplinką mūsų plaučiuose. Nosies ertmėje gausu smulkių kapiliarų, o šiluma iš šio kraujo persikelia į šaltą orą, patenkantį į nosį. Tada gerklose ir ryklėje esantys blakstienos sulaiko visas dulkių daleles ar svetimkūnius, kad jie nepatektų į plaučius. Galiausiai, taurelės ląstelės nosies ertmėje ir kvėpavimo takuose išskiria gleives, kurios pakeliui drėkina orą. Visos šios funkcijos atliekamos kartu, kad mūsų plaučiai gautų tiesioginį orą, neleidžiant jokioms dalelėms įstrigti plaučiuose. Po to, kai oras praeina pro išsišakojančius bronchus, oras patenka į aplinkinį tinklą 600 milijonų mažų maišelių su membrana, kurioje yra plaučių kraujo kapiliarai, vadinami alveolėmis. Dėl mažos deguonies koncentracijos kraujyje ir didesnės koncentracijos plaučiuose deguonis difunduoja į plaučius. kapiliarai. Kai deguonis patenka į kraują, jis prisijungia prie raudonųjų kraujo kūnelių hemoglobino. Šie kapiliarai perneša deguonies turtingą kraują į plaučių arteriją, iš kur jis patenka į širdį. Širdis sinchronizuoja kvėpavimo procesą, prisipildydama kraujo prieš kiekvieną širdies plakimą ir susitraukdama, kad kraujas išstumtų į arterijas, kad būtų nuneštas į atitinkamas zonas. Širdies kairysis skilvelis ir ausies kaklelis pumpuoja deguonies prisotintą kraują į organizmą, o dešinysis skilvelis ir ausies kaklelis siunčia deguonies neturintį kraują iš organizmo atgal į plaučius, kad susidarytų ir išleistų anglies dioksidas. Su kiekvienu smūgiu arterijos nuneša apie 1,1 galą (5 l) deguonies prisotinto kraujo iš širdies ir į viso kūno sistemas. Tuo tarpu venos yra atsakingos už anglies dioksido turinčio kraujo paėmimą atgal į širdį ir į plaučius. Žmonės niekada neegzistuotų be šio sudėtingo proceso, reikalingo energijai gaminti. Deguonis yra pagrindinis komponentas, gaminantis energiją mūsų ląstelėms ATP pavidalu, o tai būtina norint atlikti įvairius atlieka tokias funkcijas kaip senų raumenų audinių keitimas, naujų raumenų audinių ar ląstelių kūrimas ir atliekų iš mūsų pašalinimas sistema.

Kaip vyksta ląstelių kvėpavimas?

Kaip minėta anksčiau, žmonių ląstelių kvėpavimas yra trijų etapų sistema, keturios, jei skaičiuojate vieną mažytį žingsnelį; glikolizė, piruvato oksidacija, citrinų rūgšties ciklas ir oksidacinis fosforilinimas. Visas procesas galiausiai apima deguonies naudojimą ląstelėms energijai gaminti pagamintos ATP molekulės pavidalu. Tačiau yra dviejų tipų ląstelinis kvėpavimas – aerobinis ir anaerobinis, pastarajame gaminamai energijai nereikia naudoti deguonies.

Glikolizė yra pirmasis aerobinio ląstelių kvėpavimo etapas, vykstantis citozolyje, kuriame šešių anglies molekulių gliukozė padalijama į dvi trijų anglies molekules, kurios yra fosforilintos ATP, kad prie kiekvienos iš jų būtų pridėta fosfatų grupė. molekulių. Į šias molekules pridedama antra fosfatų grupės partija. Vėliau iš fosforilintų molekulių išsiskiria fosfatų grupės, sudarydamos dvi piruvato molekules. ir šis galutinis padalijimas išskiria energiją, kuri sukuria ATP, pridedant fosfatų grupes prie ADP molekulių. Iš citozolio ląstelių kvėpavimas patenka į mitochondrijas, leidžiant piruvatui ir deguoniui prasiskverbti per išorinę membraną, o be deguonies tolesni veiksmai yra neužbaigti. Trūkstant deguonies, piruvatas vyksta fermentacijos būdu. Žmonėms stebima homolaktinė fermentacija, kurios metu fermentas paverčia piruvatą į pieno rūgšties, kad būtų išvengta NADH kaupimosi ir glikolizės metu toliau gaminami nedideli kiekiai ATP. Kitas ląstelių kvėpavimo procese ateina Krebso ciklas. Kai trijų anglies piruvatas patenka į mitochondrijų membraną, jis praranda anglies molekulę ir sudaro dviejų anglies junginį ir anglies dioksidą. Šie šalutiniai produktai oksiduojami ir jungiasi su fermentu, vadinamu kofermentu A, kad susidarytų dvi acetilo CoA molekulės, susiejančios anglies junginius su keturių anglies junginiu ir generuojant šešių anglies citratą. Šių reakcijų metu iš citrato išsiskiria du anglies atomai, sudarydami tris NADH, vieną FADH, vieną ATP ir anglies dioksido molekules. FADH ir NADH molekulės atlieka tolesnes reakcijas vidinėje mitochondrijų membranoje, kad palengvintų elektronų transportavimo grandinę. Paskutinis ląstelių kvėpavimo etapas yra elektronų transportavimo grandinė, turinti keturis sudėtingus baltymus ir prasideda, kai NADH elektronai ir FADH elektronai perduodami dviem iš šių baltymų. Šie baltymų kompleksai neša elektronus per grandinę su redokso reakcijų rinkiniu, kurio metu baltymų kompleksas išskiria energiją ir protonus pumpuoja į tarpmembraninę erdvę mitochondrijos. Po to, kai elektronai praeina per paskutinį baltymų kompleksą, su jais susijungia deguonies molekulės. Čia deguonies atomas susijungia su dviem vandenilio atomais ir sudaro vandens molekules. Tada didesnė protonų koncentracija tarpmembraninėje erdvėje pritraukia juos į vidinę membraną, o ATP sintazės fermentas suteikia galimybę šiems protonams prasiskverbti pro membraną. Šio proceso metu ADP paverčiamas ATP, kai fermentas panaudoja protonų energiją, suteikdamas ATP molekulėse sukauptą energiją. Nors ląstelė tiesiogiai nevalgo maisto, visas šis kvėpavimo procesas padeda gaminti energiją ir išlikti gyvai.

Čia, Kidadl, kruopščiai sukūrėme daug įdomių, šeimai skirtų faktų, kuriais galės mėgautis visi! Jei jums patiko mūsų pasiūlymai, kodėl ląstelėms reikia deguonies, kodėl gi nepasidomėjus, kodėl valtys plūduriuoja, arba kodėl pasninkaujame.