If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Agar veb-filtrlardan foydalanayotgan boʻlsangiz *.kastatic.org va *.kasandbox.org domenlariga ruxsat berilganligini tekshirib koʻring.

Asosiy kontent

Biologiya

Course: Biologiya > Unit 9

Lesson 1: Hujayraviy nafas olish mavzusiga kirish
Tabiiy fanlar
Biologiya
Hujayraviy nafas olish
Hujayraviy nafas olish mavzusiga kirish
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice

Hujayraviy nafas olish va oksidlanish-qaytarilish mavzusiga kirish

Google sinfxona
Hujayraviy nafas olishdagi oksidlanish-qaytarilish bilan tanishish. Substrat darajasi va oksidlovchi fosforillanish. Elektron tashuvchilar.

Kirish

Tasavvur qiling, siz bir hujayrasiz. Sizga katta, suvli glyukoza molekulasi berilgan va siz ushbu glyukoza molekulasidagi baʼzi energiyani metabolik reaksiyalaringizni kuchaytirish uchun ishlata olish holatiga olib kelmoqchisiz. Buni qanday qilib amalga oshirish mumkin? Ushbu glyukoza molekulasidan iloji boricha koʻproq energiya olish va bu energiyani qulay shaklda saqlab turishning eng yaxshi usuli nima?
Yaxshiyamki, bizning va boshqa tirik organizmlarning hujayralari glyukoza va boshqa organik molekulalar, yaʼni yogʻlar va aminokislotalardan energiya olishga yaxshi moslashtirilgan. Biz bu yerda hujayralar qanday qilib quvvatni parchalashi toʻgʻrisida kerakli maʼlumotlarga ega boʻlamiz. Soʻngra biz ushbu jarayon uchun muhim boʻlgan baʼzi elektronlarning oʻtkazish reaksiyalarini (redoks reaksiyalari) batafsil oʻrganib chiqamiz.

Energiyani parchalash yoʻllarining umumiy koʻrinishi

Glyukoza kabi molekulalardan energiya hosil qilish reaksiyalari katabolik reaksiyalar deb ataladi. Misol uchun, glyukoza kislorod borligida parchalansa, 6 ta karbonat angidrid molekulasi va 6 ta suv molekulasiga aylanadi. Ushbu jarayon uchun umumiy reaksiya quyidagicha aks ettiriladi:
start text, C, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 12, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 6, end subscript + 6, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript right arrow 6, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript + 6, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text delta, G, equals, minus, 686, start text, k, k, a, l, slash, m, o, l, end text
Hujayrada bu umumiy reaksiyalar koʻplab kichik bosqichlarga boʻlinadi. Glyukoza bilan bogʻliq energiya kichik portlashlar orqali ajralib chiqadi va uning bir qismi adenozin trifosfat (ATF) shaklida hujayradagi reaksiyalarni kuchaytiruvchi kichik molekulalarga boʻlinadi. Glyukozadan olingan energiyaning koʻp qismi issiqlik sifatida tarqaladi, biroq u hujayra metabolizmini ushlab turish uchun yetarli hisoblanadi.
ATF molekulasining tuzilishi
_Rasm manbasi: “ATF: adenozin trifosfat: 1-rasm”, OpenStax College, Biology, CC BY 4.0._
Glyukoza molekulasi asta-sekin parchalanar ekan, baʼzi parchalanish bosqichlari toʻgʻridan toʻgʻri ATF sifatida ushlanib qoladigan energiyani hosil qiladi. Ushbu bosqichlarda fosfat guruhi oraliqlaridan ADFga oʻtadi, bu jarayon substrat darajasidagi fosforillanish deb ataladi.
Biroq koʻp bosqichlar ATFni bilvosita ishlab chiqaradi. Ushbu bosqichlarda glyukoza elektronlari "elektron tashuvchisi" deb nomlanadigan kichik molekulalarga oʻtkaziladi. Elektron tashuvchilar elektronlarni "zanjir" deb ataluvchi mitoxondriyaning ichki membranalaridagi oqsillar guruhiga olib boradi. Elektronlar "elektron harakatlanish zanjiri" orqali harakatlanar ekan, ular yuqoridan pastroq energiya darajasiga oʻtadi va oxir-oqibat kislorodga (suv hosil qiluvchi) oʻtkaziladi.
Elektron, elektron harakatlanish zanjiridan oʻtib ketganda, u chiqaradigan energiya elektrokimyoviy gradiyentlarni hosil qilib, mitoxondriya matritsasidan protonlarni (start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript) haydash uchun ishlatiladi. start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript gradiyentidan pastga tushganda ular "ATF sintezi" deb ataladigan ferment orqli oʻtadilar. Ushbu jarayon oksidlovchi fosforillanish deb nomlanadi. Quyidagi diagrammada oksidlovchi va substrat darajasidagi fosforillanishning misollari keltirilgan:
Ushbu diagrammada glyukoza parchalanish reaksiyalari paytida paydo boʻladigan oksidlovchi fosforillanish va substrat darajasidagi fosforillanish hodisasi soddalashtirilgan koʻrinishda berilgan. Mitoxondriyaning matritsasi ichida substrat darajasidagi fosforillanish, glyukoza parchalanish reaksiyasining oraligʻidan fosfat guruhi ATF hosil qilib ADFga oʻtganda sodir boʻladi.Shu bilan birga, elektron glyukoza parchalanish reaksiyalarining oraliqlaridan, elektron tashuvchilar tomonidan elektron harakatlanish zanjiriga oʻtkaziladi. Elektronlar elektron harkatlanish zanjiri boʻylab harakatlanib, protonlarni ichki membrana boʻshligʻiga tortadi. Ushbu protonlar kontsentratsion gradiyentidan pastga tushganda, ATF sintezidan oʻtadi. ATFdan ADF va noorganik fosfatni(Pi) sintez qilish uchun foydalaniladi. Elektronni tashish, protonni nasoslash va proton gradiyentidan ATF hosil qilish uchun energiya olish jarayoni "oksidlovchi fosforillanish" deb ataladi.
_Manba: “Etc4”ga tegishli grafik material Fvasconcellos tomonidan oʻzgartirilgan (public domain)._
Glyukoza kabi organik yonilgʻilar elektron harakatlanish zanjiri yordamida parchalanganda, parchalanish jarayoni hujayra nafas olishi deb nomlanadi.

Elektron tashuvchilar

Elektron tashuvchilar (yoki elektron shatllar deb ataladi) – bu hujayra nafas olishida muhim oʻrin egallaydigan kichik organik molekulalardir. Ularning nomlari aynan bajaradigan faoliyatlariga juda ham mos boʻlib, ular bitta molekuladan elektronlar olib boshqalari bilan birgalikda tashiydilar. Yuqoridagi diagrammada glyukoza parchalanish reaksiyasidan elektron tashuvchilarni koʻrishingiz mumkin.
Hujayra nafas olishida, ayniqsa, muhim boʻlgan ikkita elektron tashuvchisi mavjud: NADstart superscript, plus, end superscript (nikotinamid adenin dinukleotid, quyida koʻrsatilgan) va FAD (flavin adenin dinukleotid).
NAD+ va NADH kimyoviy tuzilmalari. NADH tarkibida bitta azotli halqaga vodorod biriktirilgan, NAD+ da esa bu halqada vodorod yoʻq va u musbat zaryadga ega.
_"Rasm"Tirik sistemalardagi energiya: 1 surat", OpenStax kolleji, Biologiya tomonidan (CC BY 3.0)._
NADstart superscript, plus, end superscript va FAD elektronlarni yigʻishda bir yoki bir nechta vodorod atomiga ega boʻlishadi va ular biroz boshqacha shaklga kirishadi:
start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end text, start superscript, plus, end superscript plus 2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript right arrow start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end textstart text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text plus start text, space, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript
start text, start color #28ae7b, F, A, D, end color #28ae7b, end text plus 2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, start color #9d38bd, space, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript right arrow start text, start color #28ae7b, F, A, D, end color #28ae7b, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start subscript, start color #9d38bd, 2, end color #9d38bd, end subscript
Shuningdek, elektronlarni tashib boʻlgach, ular asl holatlariga qaytadilar:
start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end textstart text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text right arrow start text, start color #6495ed, N, A, D, end color #6495ed, end text, start superscript, plus, end superscript plus 2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript plus start text, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript
start text, start color #28ae7b, F, A, D, end color #28ae7b, start color #9d38bd, H, end color #9d38bd, end text, start subscript, start color #9d38bd, 2, end color #9d38bd, end subscript right arrow start text, start color #28ae7b, F, A, D, end color #28ae7b, end text plus 2, start text, e, end text, start superscript, minus, end superscript plus 2, start text, start color #9d38bd, space, H, end color #9d38bd, end text, start superscript, plus, end superscript
NADstart superscript, plus, end superscript va FAD elektronlarni koʻpaytirish yoki yoʻqotish reaksiyalari, redoks reaksiyalari deb ataladigan reaksiyalar sinfiga misol boʻla oladi. Keling, bu reaksiyalar nima ekanini va ularning hujayra nafas olishida juda muhim ekanini koʻrib chiqaylik.

Redoks reaksiyalari nima?

Hujayraviy nafas olish jarayoni koʻplab reaksiyalarni oʻz ichiga oladi, ularda elektron bir molekuladan boshqasiga oʻtadi. Elektron uzatish bilan bogʻliq boʻlgan reaksiyalar oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari (yoki redoks reaksiyalari) deb nomlanadi.
Siz kimyoda redoks reaksiyasi bitta molekula elektronni yoʻqotib, oksidlanishini, boshqa molekula esa elektronni (birinchi molekulada yoʻqolgan) u kamayganida koʻpaytirishini bilib oldingiz. Qoʻlda ushbu jarayon quyidagicha aks ettiriladi: "Oksidlanish-qaytarilish": Elektronlarni Yoʻqotish, Oksidlash Elektronlar Yoʻqotilganda Koʻpaytirish
Magniy xloridning paydo boʻlishi yuqorida keltirilgan taʼrifimizga yaxshi misol boʻla oladi:
start text, M, g, end text, plus, start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, right arrow, start text, M, g, end text, start superscript, 2, plus, end superscript, plus, 2, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript
Ushbu reaksiyada magniy atomi ikkita elektronni yoʻqotadi, shuning uchun u oksidlanadi. Ikkita elektron esa xlor tomonidan qabul qilinadi va qaytariladi.
Biroq Salning Biologiyada oksidlanish va qaytarilish haqidagi videosida koʻrsatilganidek, elektronlarni koʻpaytirish va yoʻqotish deganda redoks reaksiyasi orqali molekulalarda nima sodir boʻlishiga alohida ahamiyat qaratishimiz kerak. Chunki reaksiya jarayonida molekula hamma elektronlardan koʻra ularning bittasini tutib qolishi yoki barchasini yoʻqotmaslik uchun ularning hammasini tutib qolishi mumkin.
Bu nimani anglatadi? Tasavvur qilish uchun Salning videosidagi misoldan foydalanaylik:
2start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript plus start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript right arrow 2start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text plus start text, h, e, a, t, end text
Bu reaksiya aniq elektron oʻtkazish amaliyotini amalga oshirmaydi, ammo redoks reaksiyasiga misol boʻla oladi. Buning sababi, space, v, o, d, o, r, o, d, H va space, k, i, s, l, o, r, o, d, O atomlarining elektron zichligi, reaktivlarga qaraganda farq qiladi.
Shuning uchun ham uni atomlarning xususiyatlaridan foydalanib buzib tashlaymiz. start text, H, end text atomlari bir-birlariga start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript da bogʻlanganida ular elektronlarni teng ravishda taqsimlaydilar va bu yerda elektron uchun raqobatda ikki taraf ham teng foydalanadi. start text, O, end text bir-biriga bogʻlangan start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript atomlari uchun ham xuddi shunday. Biroq baʼzi moddalarda bu holat ancha farq qiladi: start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text. Kislorod vodorodga qaraganda ancha elektronga boy, shuning uchun ham suv molekulasidagi start text, O, end text, minus, start text, H, end text bogʻlanishida elektronlar start text, O, end text atomiga tegib ketadi va start text, H, end text ga qaraganda unga koʻproq vaqt sarflanadi.
Yuqorida sodir boʻlgan reaksiyada elektron toʻliq olinmagan yoki yoʻqotilgan boʻlsa ham:
  • start text, O, end text da reaksiyadan oldingiga nisbatan koʻproq elektron mavjud (qaytarilish) va
  • start text, H, end text da esa elektron nisbatan kamroq (oksidlanish).
Shu tarzda kimyoviy taʼsirlar paydo boʻladi, reaksiya paytida elektronni siqib qoʻyishda bu oʻzgarish aniq start text, O, end text va start text, H, end text atomlari oksidlanish holatining oʻzgarishi sifatida tasvirlanishi mumkin. Oksidlanish holatini qanday qoʻllash mumkinligini bilish uchun Sal videosini koʻrib chiqing .

start text, H, end text va start text, O, end text atomlarini olish va yoʻqotish qanday amalga oshiriladi?

Oksidlanish va qaytarilish reaksiyalari, asosan, elektronlarning oʻtkazilishi yoki ushlashi haqida. Ammo biologik nuqtayi nazardan, biz elektronlarning qayerga ketishini aniqlash uchun tez-tez foydalanadigan juda oddiy uslub bor. Ushbu uslub bizga start text, H, end text va start text, O, end text atomlari elektronlarni uzatish uchun vosita sifatida foydalanishga imkon beradi.
Umumiy holatda:
  • Agar uglerod oʻz ichiga olgan molekula start text, H, end text atomiga ega boʻlsa yoki reaksiya paytida start text, O, end text atomini yoʻqotsa, u kamayishi mumkin (elektron yoki elektron zichligi).
  • Boshqa tomondan, agar uglerod oʻz ichiga olgan molekula start text, H, end text atomlarini yoʻqotsa yoki start text, O, end text atomiga ega boʻlsa, ehtimol, u oksidlanishi mumkin (yoʻqolgan elektron yoki elektron zichligi).
Misol uchun, glyukozani parchalash reaksiyasiga qaytaylik:
start text, C, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 12, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 6, end subscript + 6, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript right arrow 6, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript + 6, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text
Glyukozada uglerod start text, H, end text atomlari bilan bogʻliq, karbonat angidridda esa start text, H, end texts bilan bogʻliq emas. Shu orqali biz bu reaksiyada glyukoza oksidlanishini taxmin qilishimiz mumkin. Xuddi shunday holat start text, O, end text atomlarining start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript reaksiyasidan keyin start text, H, end texts bilan bogʻliq boʻladi, shuning uchun biz kislorod kamayishini taxmin qilishimiz mumkin [Sal oʻz videosida bu holatni elektronlarning koʻchib oʻtishi nuqtayi nazaridan tasdiqlaydi hujayra nafas olishida redoks reaksiyalari].
Nega bu usul samarali ishlaydi? Sal videosidan ushbu savol haqida fikrlab koʻrishingiz mumkin biologiyada oksidlanish va qaytarilish reaksiyalari:
  • start text, H, end text atomlari odatda start text, C, comma, space, O, comma, space, N, comma, end text va start text, P, end text, comma kabi noorganik molekulalar bilan bogʻlangan boʻladi va start text, H, end text ga qaraganda koʻproq elektromanfiy hisoblanadi. Shunday qilib, agar start text, H, end text atomi va uning elektroni molekulaga qoʻshilsa, yangi start text, H, end text modda elektronni egallab oladi va qaytariladi.
  • start text, O, end text boshqa asosiy biologik molekulalarda uchraydigan atomlardan farqli oʻlaroq, elektromanfiy hisoblanadi. Agar u molekulaga qoʻshilsa, ehtimol, elektron zichligini unga biriktirilgan narsadan tortib olib, oksidlaydi.

Ushbu oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining asosiy sababi nima?

Shunday qilib, biz redoks reaksiyasi nima ekani haqida tasavvurga ega boʻldik. Keling, endi bir fikr yuritib koʻraylik, nega bunday hodisa roʻy beradi? Nega hujayra elektronlarni glyukozadan ajratib olib, ularni elektron tashuvchilarga oʻtkazadi va hujayra boʻylab harakatlanish zanjirini redoks reaksiyalaridan oʻtkazish muammosiga duch keladi?
Buning javobi: glyukoza molekulasidan energiya olish! Quyida biz maqolaning avvalida bergan glyukozaning parchalanish reaksiyasi berilgan:
start text, C, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 12, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 6, end subscript + 6, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript right arrow 6, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript + 6, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text Δ, G, equals, minus, 686, start text, k, c, a, l, slash, m, o, l, end text
Ushbu reaksiyani biz yanada aniqroq tarzda yozishimiz mumkin:
start text, C, end text, start subscript, 6, end subscript, start text, H, end text, start subscript, 12, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 6, end subscript + 6, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript right arrow 6, start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript + 6, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text + start text, e, n, e, r, g, i, y, a, !, end text
Sal oʻzining videosida hujayra nafas olishida redoks reaksiyalar, elektronlar kam elektromanfiy atomlar (masalan start text, C, end text yoki start text, H, end text) bilan bogʻlansa baland elektr kuchlanishda va koʻp elektromanfiy atomlar bilan bogʻlansa (masalan, start text, O, end text), past elektr kuchlanishda boʻladi. Shunday qilib, yuqoridagi glyukozaning parchalanishi kabi reaksiyada elektronlar glyukozadan kislorodga oʻtish jarayonida pastroq energiyaga, "qulay" holatga oʻtishi sababli energiya chiqariladi.
Elektronlar kamroq energiya holatiga oʻtganda chiqariladigan energiya ushlanib, ishlash uchun ishlatilishi mumkin. Hujayra nafas olishida glyukoza elektronlari asta-sekin elektron harakatlanish zanjiri orqali kislorod tomon siljiydi, past va pastki energiya holatlariga oʻtadi hamda har bir bosqichda energiya chiqaradi. Hujayra nafas olishining maqsadi –bu energiyani ATF shaklida olishdir.
Rasm Uglevod almashinuvi: 1-rasm OpenStax kolleji, Anatomiya va Fiziologiya boʻlimi tomonidan oʻzgartirilgan. CC BY 3.0
Keyingi maqola va videolarda biz hujayra nafas olishini bosqichma-bosqich koʻrib chiqamiz va redoks oʻtkazmalarida chiqariladigan energiya ATF sifatida qanday tutilishi bilan tanishamiz.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish
Hozircha izohlar yoʻq.
Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.