Биофизика клеточного дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания

Кислород продиффундировав из крови в клетки, поступает в митохондрии и обеспечивает клеточное дыхание. Оно состоит из двух сопряженных между собой процессов: окисления органических веществ молекулярным кислородом и фосфорилирования АДФ, приводящего к синтезу АТФ. Оксиление освобождает энергию, заключенную в химических свзях субстратов клеточного дыхания за счет существования у них коллективизированной системы р-электронов. Важно, что при биологическом окислении свободная энергия лишь частично превращается в тепло. Большая часть полученной свободной энергии идет на синтез АТФ. Реакция фосфорилирования идет с преодолением потенциального барьера, на что и затрачивается энергия, освобождающаяся при окислении. Благодаря мембранной организации, макромолекулы образуют строго упорядоченную систему переноса электронов и протонов, называемую дыхательной цепью (ДЦ). У подавляющего большинства представителей живой природы ДЦ локализована во внутренней мембране митохондрии. Существенным звеном сложного процесса клеточного дыхания является транспорт Н+ ионов в цитозоль из митохондрии. Важную роль в клеточном дыхании играет транспорт протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану, который лишь условно можно назвать трансмембранным переносом.

Все субстраты клеточного дыхания, являющиеся продуктами расщепления углеводов, белков и жиров, поставляют в митохондрии протоны (Н+) и пи-электроны, которые на пути к кислороду должны передаваться по эстафете от одного вещества к другому в митохондриальной ДЦ. В таком путешествии электроны отдают свою энергию на синтез АТФ не одномоментно, а порциями на ступенях каскада молекул, стоящих в мембране в определенном порядке, предопределенном их восстановительными потенциалами, то есть сродством к электронам. Компоненты в митохондриальной мембране расположены ассиметрично. Молекула принимает электроны по парам. Конечным продуктом окислительно-восстановительных реакций в дыхательной цепи митохондрии является вода. В ходе биологического окисления у человека в покое за сутки образуется около 300 мл так называемой эндогенной воды окисления. Вода обладает наименьшей свободной энергией, а также самым высоким ионизационным потенциалом (ц) из всех биологически важных молекул. Ионизационный потенциал представляет собой энергию, необходимую для преодоления сил притяжения электрона к ядру. Чем больше ц электронов, входящих в состав того или иного атома или молекулы, тем ниже их реакционная способность.

Кроме р-электронов через мембраны митохондрий переносятся некоторые частицы: элементарные (протоны) и гораздо более крупные (например, молекулы АТФ). Транспорт протонов обеспечивает сопряжение окисления и фосфорилирования. В ДЦ митохондрий конечный акцептор р-электронов - молекулярный кислород, поступающий в клетки из атмосферы благодаря внешнему дыханию и кровообращению.

Похожие статьи




Биофизика клеточного дыхания - Биофизика сложных систем. Биофизика дыхания

Предыдущая | Следующая