Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Азық-түлік қорыту – көмірсулардың ыдырау процесінде АТФ деп аталатын энергияға бай қосылысты алу. АТФ өндірісі глюкоза молекулаларының тотығуы арқылы жүзеге асады. Тотығу кезінде NAD+ және FAD-ты азайту үшін глюкоза молекуласынан электрондар алынып тасталады. NAD+ және FAD электрондар тасымалдау тізбегінде АТФ өндірісін жүргізу үшін жоғары энергиялық әлеуетке ие. АТФ өндірісі жасушаның митохондриясында жүреді. АТФ-ны өндірудің екі әдісі бар: аэробтық және анаэробтық. Аэробтық тыныс алу кезінде оттегі қажет. Оттегі қолдану арқылы АТФ өндірісі 4 АТФ молекуласынан шамамен 30 АТФ молекуласына дейін көбейеді. Анаэробтық тыныс алу кезінде оттегі қажет емес. Оттегі болмаған кезде АТФ генерациясы ферментация арқылы жалғасады. Ферментацияның екі түрі бар: спирттік және сүт қышқылы ферментациясы. Көмірсулардың бірнеше түрі бар: полисахаридтер (мысалы, крахмал, амилопектин, гликоген, целлюлоза), моносахаридтер (мысалы, глюкоза, галактоза, фруктоза, рибоза) және дисахаридтер (мысалы, сахароза, мальтоза, лактоза). Моносахаридтер, қарапайым қанттар деп те аталады, көмірсулардың ең негізгі бірлігі болып табылады. Бұл – жалпы химиялық құрылымы C6H12O6 болатын қарапайым қанттар. Дисахаридтер – көмірсулардың бір түрі. Дисахаридтер су молекуласын жоғалту арқылы екі моносахаридтен тұратын қосылған қанттар, олардың жалпы химиялық құрылымы C12H22O11. Олигосахаридтер – гликозидтік байланыстар арқылы біріктірілген үштен онға дейін моносахаридтерден тұратын полимерлік көмірсулар. Глюкоза төмендегі реакцияда оттегімен әрекеттеседі: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Көмірқышқыл газы мен су – қалдық өнімдер, ал реакцияның өзі экзотермиялық. Осылайша, глюкозаның оттегімен реакциясы нәтижесінде АТФ молекулалары түрінде энергия бөлінеді және бұл тірі организмдердегі ең маңызды биохимиялық процестердің бірі болып табылады.
Digestion is the breakdown of carbohydrates to yield an energy rich compound called ATP. The production of ATP is achieved through the oxidation of glucose molecules. In oxidation, the electrons are stripped from a glucose molecule to reduce NAD+ and FAD. NAD+ and FAD possess a high energy potential to drive the production of ATP in the electron transport chain. ATP production occurs in the mitochondria of the cell. There are two methods of producing ATP: aerobic and anaerobic. In aerobic respiration, oxygen is required. Using oxygen increases ATP production from 4 ATP molecules to about 30 ATP molecules. In anaerobic respiration, oxygen is not required. When oxygen is absent, the generation of ATP continues through fermentation. There are two types of fermentation: alcohol fermentation and lactic acid fermentation. There are several different types of carbohydrates: polysaccharides (e. g., starch, amylopectin, glycogen, cellulose), monosaccharides (e. g., glucose, galactose, fructose, ribose) and the disaccharides (e. g., sucrose, maltose, lactose). Monosaccharides, also known as simple sugars, are the most basic, fundamental unit of a carbohydrate. These are simple sugars with the general chemical structure of C6H12O6. Disaccharides are a type of carbohydrate. Disaccharides consist of compound sugars containing two monosaccharides with the elimination of a water molecule with the general chemical structure C12H22O11. Oligosaccharides are carbohydrates that consist of a polymer that contains three to ten monosaccharides linked together by glycosidic bonds. Glucose reacts with oxygen in the following reaction, C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Carbon dioxide and water are waste products, and the overall reaction is exothermic. The reaction of glucose with oxygen releasing energy in the form of molecules of ATP is therefore one of the most important biochemical pathways found in living organisms.
Гликолиз
Гликолиз, яғни "қантты бөлу", жасушалық тыныс алу жолындағы бастапқы процесс болып табылады. Гликолиз аэробикалық немесе анаэробтық процесс болуы мүмкін. Оттегі болғанда гликолиз аэробикалық тыныс алу жолымен жалғасады. Егер оттегі болмаса, АТФ өндірісі анаэробтық тыныс алумен шектеледі. Гликолиздің, аэробикалық немесе анаэробтық, жүретін орны – клетканың цитозолы. Гликолизде алты көміртекті глюкоза молекуласы пируват деп аталатын екі үш көміртекті молекулаға бөлінеді. Бұл көміртекті молекулалар NADH және АТФ-қа тотығады. Глюкоза молекуласының пируватқа тотығуы үшін АТФ молекулаларының жұмсалуы қажет. Бұл инвестиция фазасы деп аталады, онда барлығы екі АТФ молекуласы пайдаланылады. Гликолиздің соңында АТФ-тың жалпы көлемі төрт молекулаға жетеді, бірақ таза пайдасы екі АТФ молекуласын құрайды. АТФ синтезделгенімен, екінші және үшінші жолдармен – Крэбс циклы және тотығу фосфорлануымен – салыстырғанда, өндірілген екі АТФ молекуласы аз.
Glycolysis, which means “sugar splitting,” is the initial process in the cellular respiration pathway. Glycolysis can be either an aerobic or anaerobic process. When oxygen is present, glycolysis continues along the aerobic respiration pathway. If oxygen is not present, then ATP production is restricted to anaerobic respiration. The location where glycolysis, aerobic or anaerobic, occurs is in the cytosol of the cell. In glycolysis, a six carbon glucose molecule is split into two three carbon molecules called pyruvate. These carbon molecules are oxidized into NADH and ATP. For the glucose molecule to oxidize into pyruvate, an input of ATP molecules is required. This is known as the investment phase, in which a total of two ATP molecules are consumed. At the end of glycolysis, the total yield of ATP is four molecules, but the net gain is two ATP molecules. Even though ATP is synthesized, the two ATP molecules produced are few compared to the second and third pathways, Krebs cycle and oxidative phosphorylation.
Ферментация
Тіпті оттегі болмаса да, гликолиз АТФ өндіруді жалғастыра алады. Дегенмен, гликолиздің АТФ өндіруді жалғастыруы үшін глюкозаны тотықтыруға жауапты NAD+ болуы қажет. Бұл NADH-ны NAD+-қа қайта өңдеу арқылы іске асырылады. NAD+ NADH-қа дейін тотығу кезінде, NADH-тан электрондар ақырында жеке органикалық молекулаға беріледі, нәтижесінде NADH қайтадан NAD+-қа айналады. NAD+ қорын жаңарудың осы процесі ашыту деп аталады, ол екі түрге бөлінеді.
Even if there is no oxygen present, glycolysis can continue to generate ATP. However, for glycolysis to continue to produce ATP, there must be NAD+ present, which is responsible for oxidizing glucose. This is achieved by recycling NADH back to NAD+. When NAD+ is reduced to NADH, the electrons from NADH are eventually transferred to a separate organic molecule, transforming NADH back to NAD+. This process of renewing the supply of NAD+ is called fermentation, which falls into two categories.
Алкогольді ашыту
Алкогольді ферментацияда глюкоза молекуласы тотыққанда, этанол (этил спирті) және көмірқышқыл газы қосалқы өнімдер түзіледі. Бұл типтегі ферментацияда NAD+ қорын жаңартуға жауапты органикалық молекула – гликолизден алынған пируват. Әр пируват көмірқышқыл газы молекуласын бөліп шығарып, ацетальдегидке айналады. Ацетальдегид гликолизден түзілген NADH арқылы тотығып, алкоголь түріндегі қалдық өнім – этанол және NAD+ пайда болады, осылайша гликолиздің ATP өндіруді жалғастыруы үшін қажетті қоры толықтырылады.
In alcohol fermentation, when a glucose molecule is oxidized, ethanol (ethyl alcohol) and carbon dioxide are byproducts. The organic molecule that is responsible for renewing the NAD+ supply in this type of fermentation is the pyruvate from glycolysis. Each pyruvate releases a carbon dioxide molecule, turning into acetaldehyde. The acetaldehyde is then reduced by the NADH produced from glycolysis, forming the alcohol waste product, ethanol, and forming NAD+, thereby replenishing its supply for glycolysis to continue producing ATP.
Сүт қышқылымен ашыту
Сүтті қышқыл ферментациясында әр пируват молекуласы тікелей NADH арқылы тотығуға ұшырайды. Осы ферментация түрінен пайда болатын жалғыз қосалқы өнім – лактат. Адамның бұлшықет жасушалары қарқынды жаттығу кезінде, қабылдаған оттегіге қарағанда оттегі тұтыну жоғары болғанда АТФ өндіру үшін сүт қышқылы ферментациясын пайдаланады. Бұл процесс жүргенде, лактаттың артық мөлшері бауырға тасымалданады, ол оны қайта пируватқа айналдырады.
In lactic acid fermentation, each pyruvate molecule is directly reduced by NADH. The only byproduct from this type of fermentation is lactate. Lactic acid fermentation is used by human muscle cells as a means of generating ATP during strenuous exercise where oxygen consumption is higher than the supplied oxygen. As this process progresses, the surplus of lactate is brought to the liver, which converts it back to pyruvate.
Лимон қышқылының циклы (Кребс циклы деп те аталады)
Егер оттегі болса, гликолизден кейін екі пируват молекуласы митохондрияның ішіне әкелінеді, онда Кребс циклы жүзеге асады. Осы циклда гликолизден түскен пируват молекулалары қалған энергияны алу үшін одан әрі ыдырайды. Әр пируват бірқатар реакциядан өтіп, ацетил кофермент А-ға айналады. Бұдан кейін, Кребс циклына тек ацетил тобы қатысады, онда ферменттердің катализі арқасында жүзеге асырылатын редокс реакциялар сериясынан өтіп, ацетил тобынан энергияны одан әрі алады. Ацетил тобының электрондар түріндегі энергиясы NAD+ және FAD-ты сәйкесінше NADH және FADH2-ге дейін тотығу үшін пайдаланылады. NADH және FADH2 бастапқы глюкоза молекуласынан жиналған энергияны сақтайды және бұл энергия электрондық тасымалдау тізбегінде қолданылады, онда АТФ-тың көп бөлігі түзіледі.
If oxygen is present, then following glycolysis, the two pyruvate molecules are brought into the mitochondrion itself to go through the Krebs cycle. In this cycle, the pyruvate molecules from glycolysis are further broken down to harness the remaining energy. Each pyruvate goes through a series of reactions that converts it to acetyl coenzyme A. From here, only the acetyl group participates in the Krebs cycle—in which it goes through a series of redox reactions, catalyzed by enzymes, to further harness the energy from the acetyl group. The energy from the acetyl group, in the form of electrons, is used to reduce NAD+ and FAD to NADH and FADH2, respectively. NADH and FADH2 contain the stored energy harnessed from the initial glucose molecule and is used in the electron transport chain where the bulk of the ATP is produced.
Окистендіру фосфорилирлеуі
Аэробтық тыныс алудың соңғы процесі – тотығу фосфорлануы, электрондық тасымалдау тізбегі деп те аталады. Мұнда NADH және FADH2 электрондарын оттегіге және протондарды митохондрияның ішкі мембранасына жеткізеді, бұл АТФ өндірісін жеңілдетеді. Гликолиз бен Кребс циклымен салыстырғанда, тотығу фосфорлануы өндірілетін АТФ-тың көп бөлігін құрайды. Гликолиз және Кребс циклы екі АТФ молекуласын өндірсе, электрондық тасымалдау тізбегі ең көп дегенде жиырма сегіз АТФ молекуласын өндіреді. Бұл NADH және FADH2-нің энергиялық потенциалына байланысты. Екінші фактор – митохондрияның ішкі мембраналарындағы кристалар, митохондрияның беттік ауданын арттырады, соның салдарынан АТФ синтезіне көмектесетін мембранадағы ақуыздардың саны көбейеді. Электрондық тасымалдау тізбегі бойында әрқайсысы өздерінің H+ иондарының концентрациялық градиенті бар жеке бөлімдер орналасқан, олар АТФ синтезінің қуат көзі болып табылады. АДФ-ты АТФ-қа айналдыру үшін энергия қажет. Бұл энергияны H+ градиенті қамтамасыз етеді. Мембраналық бөлімнің бір жағында екінші жағына қарағанда H+ иондарының жоғары концентрациясы бар. H+ иондарының мембрананың бір жағына жылжуын мембрана арқылы электрондардың экзергониялық ағыны қамтамасыз етеді. Бұл электрондар NADH және FADH2 арқылы олардың потенциалдық энергиясын беру арқылы жеткізіледі. H+ иондарының концентрациялық градиенті орнатылысқаннан кейін, протондық қозғаушы күш орнатылады, ол АДФ-ты АТФ-қа айналдыруға қажетті энергияны қамтамасыз етеді. Бастапқыда митохондрия мембранасының бір жағына итерілген H+ иондары енді табиғи түрде АТФ-синтетаза деп аталатын мембраналық ақуыз арқылы ағып өтеді, бұл ақуыз H+ иондарының көмегімен АДФ-ты АТФ-қа айналдырады.
The last process in aerobic respiration is oxidative phosphorylation, also known as the electron transport chain. Here NADH and FADH2 deliver their electrons to oxygen and protons at the inner membranes of the mitochondrion, facilitating the production of ATP. Oxidative phosphorylation contributes the majority of the ATP produced, compared to glycolysis and the Krebs cycle. While the ATP count is glycolysis and the Krebs cycle is two ATP molecules, the electron transport chain contributes, at most, twenty eight ATP molecules. A contributing factor is due to the energy potentials of NADH and FADH2. A second contributing factor is that cristae, the inner membranes of mitochondria, increase the surface area and therefore the amount of proteins in the membrane that assist in the synthesis of ATP. Along the electron transport chain, there are separate compartments, each with their own concentration gradient of H + ions, which are the power source of ATP synthesis. To convert ADP to ATP, energy must be provided. That energy is provided by the H+ gradient. On one side of the membrane compartment, there is a high concentration of H+ ions compared to the other. The shuttling of H+ to one side of the membrane is driven by the exergonic flow of electrons throughout the membrane. These electrons are supplied by NADH and FADH2 as they transfer their potential energy. Once the H+ concentration gradient is established, a proton motive force is established, which provides the energy to convert ADP to ATP. The H+ ions that were initially forced to one side of the mitochondrion membrane now naturally flow through a membrane protein called ATP synthase, a protein that converts ADP to ATP with the help of H+ ions.