Место локализации бескислородного этапа диссимиляции. Из каких двух взаимосвязанных процессов он состоит? Этапы диссимиляции у аэробных организмов: подготовительный этап

Иногда мы не задумываемся о самых простых вещах: они существуют и всё, и все пользуются ими на автомате. Вот, к примеру, зачем человеку нужен язык (но не тот, что во рту находится, а тот, на котором говорим)? Ведь если разобраться, он - одна из основных характеристик, которая отличает нас от животного мира. И возможно, если бы не возникла речь, люди до сих пор находились бы на самом низком уровне развития. Итак, зачем человеку нужен язык? Попытаемся и мы с вами разобраться в этом вопросе.

Средство общения

Зачем человеку нужен язык? В любом обществе, даже самом примитивном и первобытном, каждый его участник хочет и вынужден общаться с другими людьми. Без этого общения невозможно существование. Кстати, по утверждениям ученых, если человек попадает на если нет возможностей пообщаться с другими людьми, то в большинстве случаев велика вероятность того, что он одичает или сойдет с ума. Итак, общение - основная необходимость и потребность каждого. А язык выступает как средство для данного общения.

Зачем людям нужен русский язык?

А некоторые языки являются между различными народами. Разные нации выбирают для себя один из языков (или так исторически складывается), на котором удобнее всего договариваться и решать поставленные задачи. Он выступает объединяющим началом для многих миллионов людей. Таким средством межнационального общения является наш, великий и могучий. Зачем людям нужен русский язык? А как вы еще представляете себе, к примеру, общение эскимоса и дагестанца либо любых других представителей нашей Родины, где проживает множество наций. Для них русский язык такой же родной, как национальный, и служит в государственных и общественных целях.

Многообразие

По последним научным данным, на планете Земля говорят на великом множестве языков (у некоторых исследователей эта цифра перевалила за 6000, у других - за 2500). Однако, если спросить среднестатистического гражданина любой страны, он, безусловно, назовет гораздо меньшее их количество - всего до сотни. Трудность определения, что именно считать самостоятельным языком, и не является ли он диалектом, в малой изученности. Есть языки, на которых говорит мизерное количество носителей (всего несколько сотен). Такие языки встречаются в Африке, Полинезии. А на 170 языках индейцев Америки говорят только ограниченные группы людей (в основном старики), и эти языки постепенно вымирают. В Гималаях таких языков насчитывается до 160, в бассейне реки Нигер - более 250.

Сложные и простые языки

Многие из существующих языков не знают письменности. Некоторые - весьма оригинальны в своих формах. Так, в языке индейцев Америки Чиппева около 6 тысяч форм глаголов. А в табасаранском языке в Дагестане - 44 падежа. В языке хайда - 70 приставок, а в языке эскимосов - аж 63 формы настоящих времен. Но одним из самых сложных в мире из действующих лингвистами признан китайский: значков-иероглифов в нем более двадцати миллионов! Самый легчайший - гавайский (один из диалектов Полинезии). Здесь всего 6 согласных и 5 гласных - завидный минимализм! Но на любом из этих вышеперечисленных языков можно выразить чувства, эмоции, поговорить о делах, рассказать о себе и своей стране.

Роль языка

Зачем человеку нужен язык, какова его роль в жизни общества? На эти вопросы искали ответы величайшие умы человечества. Но, если не углубляться в дебри славословия, то можно сказать коротко и емко: при помощи языка люди от одного поколения к другому передают свои знания и опыт. А в тот момент, когда речь зафиксировали в письменном виде, и возникла человеческая цивилизация. В современном мире языки многих народов находят многогранное применение в народном хозяйстве, обучении, историческом аспекте, развиваясь вместе с научно-техническим прогрессом.

Зачем человеку нужен язык? Сочинение в школе

При написании сочинения в школе на заданную тему следует обратить внимание на историю возникновения языка и его основную задачу - общение между людьми в обществе, а также - между различными представителями национальностей, рассказать о роли языка в древности и в настоящее время. Раскрыть тематику «Зачем человеку нужен язык?» при помощи ярких примеров из истории стран и народов: какую объединяющую функцию выполняет, к примеру, русский или английский язык на современном этапе.

Если глаза - это зеркало души, то язык - медицинская карта всего тела. Именно он открывает опытному врачу все тайны организма.

Внимательно вглядевшись в форму языка, его цвет, продольные и поперечные линии, вполне реально составить представление о состоянии всех внутренних органов и систем.

На что еще способен самый подвижный орган человеческого тела? Как он устроен и требует ли ухода? Об этом и о многом другом мы расскажем в данной статье.

Языковой барьер

Человека, с трудом выражающего свои мысли, в народе называют безъязыким. Однако специалисты убеждены, что язык человека - это не только основной речевой орган, но и верный страж организма.

Именно ему природа уготовила участь главного дегустатора, который первым знакомится с поступившими в рот продуктами и определяет их качество. Если пища оказалась слишком холодной или горячей, острой или не очень свежей, язык тут же передает полученные данные в мозг, а тот, в свою очередь, решает, стоит ли «иметь дело» с блюдом или разумнее воздержаться.

Функции и строение языка

Быть отменным дегустатором языку помогают тысячи крошечных анализаторов, расположенных на всей его поверхности. Самые многочисленные из них - нитевидные сосочки - находятся на кончике языка и специализируются на распознавании сладкого вкуса. Листовидные рецепторы, усеивающие бока этого органа, лучше других улавливают кислоту, а те, что расположились на верхней и передней стенке, «вычисляют» соленый вкус.

На горечах специализируются цилиндрические рецепторы, обосновавшиеся на задней части языка, а все остальные собирают информацию не о вкусе, а о температуре и плотности пищи. И лишь задняя часть языка полностью лишена каких бы то ни было вкусовых анализаторов - на ее поверхности находятся многочисленные лимфоидные фолликулы, которые, сливаясь, становятся первой линией защиты организма от различных инфекций - так называемой язычной миндалиной.

Язык подводит: потеря вкуса

Наверняка каждый когда-нибудь сталкивался с полной или частичной потерей вкуса - например, из-за микроожогов языка после чашки обжигающего чая или бульона. На чувствительность вкусовых анализаторов могут повлиять и язвочки на слизистой, и инфекционные заболевания… носа и .

Дело в том, что нервные волокна, по которым передается информация от вкусовых анализаторов в мозг и обратно, расположены в непосредственной близости к лор-органам, а это значит, что воспаление уха или носоглотки способно повлиять на наше вкусовое восприятие. Впрочем, пресной пища может казаться и при воспалении самого языка, спровоцированном грибковой инфекцией, хроническим кариесом, анемией или дефицитом витаминов и микроэлементов, к примеру, цинка или витамина В12.

Существенно повлиять на восприятие вкуса способны и лекарства, особенно стимуляторы обмена веществ (так называемые анаболики), кардиопротекторы и препараты, снижающие кислотность желудочного сока. Вот почему перед их применением стоит внимательно прочитать инструкцию.

Сладкий вкус язык распознает в самую первую очередь, секунд через 10 «считывается» кислый, за ним - соленый, а уже после этого - горький.

Защитная миндалина

Но не только некачественную пищу не пропускает в организм язык: в слизистой оболочке его корня скрывается язычная миндалина. Она «работает» на благо иммунной системы, блокируя проникновение вирусов и бактерий в пищевод.

А благодаря скоплению лимфоидных фолликулов розовато-синего цвета на нижней части языка (именно туда мы кладем таблетки и гомеопатические горошинки) процесс усвоения лекарств ускоряется: слюнные железы в считанные минуты расщепляют препараты, и они в растворенном виде быстро проникают в кровеносные сосуды, минуя печень и другие органы пищеварения.

Рельеф и цвет

По «боевой раскраске» языка можно составить представление о состоянии очень многих органов. Гладкий, блестящий, так называемый лакированный язык свидетельствует о наличии тяжелой анемии, «малиновый» язык - о или пеллагре.

Впрочем, увидеть все это под толщей скопившегося налета непросто, хотя опытный врач сумеет получить информацию и из этой «живописи». Так, если желтым налетом покрыта спинка языка, это свидетельствует о нарушениях в работе желчного пузыря, а желтизна мягкого неба и нижней части языка может быть признаком желтухи.

Плотно обложенный белесым налетом язык - сигнал о проблемах в желудочно-кишечном тракте, а темно-серый, почти черный налет говорит о тяжелом отравлении, спровоцированном сбоями в работе желчного пузыря, поджелудочной железы или почек.

Нужно ли чистить язык

Если чистить зубы мы привыкли еще с детства, то гигиене языка почему-то уделяется очень мало внимания. А зря, ведь этот мышечный отросток тоже нуждается в тщательном уходе, особенно его задняя часть, где обычно скапливается много налета, который служит убежищем для множества бактерий.

Беспрепятственно размножаясь, микроорганизмы становятся причиной неприятного запаха, поэтому специалисты советуют чистить язык хотя бы раз в день. Причем удалять налет лучше всего в самую последнюю очередь - после чистки и полоскания зубов. Делать это можно как при помощи специальных скребков или ложечек, так и обыкновенной зубной щеткой мягкой или средней жесткости.

Не щадя языка своего: пирсинг языка

В погоне за оригинальностью многие молодые люди решаются на пирсинг языка, порой даже не подозревая, сколько хлопот и неудобств способна принести им эта маленькая операция. Дело в том, что прокол этого органа может навсегда уничтожить множество вкусовых рецепторов, поэтому человеку, украсившему свой язык сережкой, уже никогда не быть гурманом и уж тем более дегустатором.

Кроме того, после пирсинга, язык сильно опухает, ноет, кровоточит, и его хозяин не может пережевывать твердую пищу. Первые две недели жертва моды вынуждена придерживаться жидкой диеты, включающей питьевые йогурты, молоко, соки и протертые супчики, хотя окончательное заживление слизистой наступает приблизительно через месяц.

Большую часть этого времени язык продолжает болеть, лишая человека возможности четко выговаривать некоторые звуки. Впрочем, наиболее опасным и болезненным медики считают не пирсинг, а рассечение кончика языка. Чтобы украсить себя раздвоенным змеиным жалом, необходимо сделать надрез длиной 2-5 сантиметров.

И все бы ничего, но эта манипуляция подвергает жизнь серьезной опасности, ведь в нескольких миллиметрах от места разреза проходят два венозных сосуда. Повредив хотя бы один из них, можно спровоцировать сильное кровотечение, остановить которое крайне трудно. С другой стороны мода быстротечна - завтра «змеиный» язык будет неактуален, но у вас он останется.

Энергетический обмен (диссимиляция) – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.
Организмы могут быть разделены на две группы по характеру диссимиляции – аэробы и анаэробы . Аэробы нуждаются в свободном кислороде для жизнедеятельности. У анаэробов в кислороде нет необходимости.

Термин «анаэробы » ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения. Анаэробное дыхание - совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов при использовании в качестве конечного акцептора электронов не кислорода, а других веществ (например, нитратов) и относится к процессам энергетического обмена (катаболизм, диссимиляция), которые характеризуются окислением углеводов, липидов и аминокислот до низкомолекулярных соединений.

Анаэробы - обширная группа организмов, как микро, так и макроуровня, к которой относятся:
- анаэробные микроорганизмы - обширная группа прокариотов и некоторые простейшие
- макроорганизмы - грибы, водоросли, растения и некоторые животные (класс фораминиферы, большинство гельминтов (класс сосальщики, ленточные черви, круглые черви и пр.).

Помимо этого анаэробное окисление глюкозы играет важную роль в работе поперечно-полосатой мускулатуры животных и человека (особенно в состоянии тканевой гипоксии ). Иными словами, человек – тоже частичный анаэроб!

Анаэробы - организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путём субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.

Пример анаэробной диссимиляции – брожение, то есть бескислородное ферментативное расщеп-ление органических веществ с образованием более простых органических веществ и выделением энергии. Например:

молочнокислое брожение : C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
спиртовое брожение : C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2СО2

В первом случае получается молочная кислота С3Н6О3, во втором – спирт С2Н5ОН.

Образующиеся при брожении вещества являются органическими и, следовательно, содержат еще много энергии. Видов анаэробного обмена очень много – есть бактерии, использующие энергию серных, азотных, углеродных соединений и т.д.

Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа , каждый из которых сопровождается несколькими ферментативными реакциями.

Первый этап – подготовительный . В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением .

Второй этап – бескислородный (гликолиз) . Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы С6Н12O6 в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) С3Н4O3 и две молекулы АТФ, в которых запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2РН3O4 → 2С3Н4O3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла. В этом процессе участвует кофермент .

В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода ) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением.

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата, это проявляется болью в мышцах.

Третий этап – кислородный , состоящий из двух последовательных процессов: а) б) . Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 34 молекул АТФ (32 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Окислительное фосфорилирование (клеточное дыхание) происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы - переносчики, которые транспортируют электроны к молекулярному кислороду. В ходе этой стадии часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

Суммарная реакция энергетического обмена:

С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ (2гликолиз+34цКребса+2окисл.фосф).

Диссимиляция, или энергетический обмен. В этом процессе высокомолекулярные органические вещества превращаются в простые органические и неорганические. Процесс этот многоступенчатый и сложный. Схематично он может быть сведен к следующим трем этапам:

Первый этап — подготовительный . Высокомолекулярные органические вещества ферментативно превращаются в более простые: белки — в аминокислоты, крахмал — в глюкозу, жиры — в глицерин и жирные кислоты. Энергии при этом выделяется немного и вся она переходит в форму тепловой энергии.

Второй этап — бескислородный . Образовавшиеся на первом этапе вещества под действием ферментов претерпевают дальнейший распад. В качестве примера может служить гликолиз — ферментативный бескислородный распад молекулы глюкозы до двух молекул молочной кислоты в клетках животных организмов. Процесс этот многоступенчатый (его последовательно осуществляют 13 ферментов) и лишь в самом обобщенном виде может быть изображен так:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + свободная энергия.

По мере течения реакции гликолиза на каждом этапе выделяется свободная энергия. Суммарное ее количество распределяется следующим образом: одна часть (≈60%) рассеивается в виде теплоты, а другая (≈40%) сохраняется в клетке и затем используется. Сохранение выделенной энергии происходит через разобранную выше систему «АТФ⇔АДФ». В данном случае за счет энергии, освободившейся при бескислородном расщеплении одной молекулы глюкозы, две молекулы АДФ превращаются в две молекулы АТФ. Позже энергия, как бы законсервированная в молекулах АТФ, будет использована (при их обратном превращении в АДФ) на процессы ассимиляции, переноса возбуждения и т. д.

Другим примером бескислородного этапа энергетического обмена может служить спиртовое брожение, при котором из одной молекулы глюкозы в конечном счете образуется две молекулы этилового спирта, две молекулы CO 2 и некоторое количество свободной энергии:

C 6 H 12 O 6 → 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + свободная энергия.

Третий этап — кислородный. Это этап окончательного расщепления органических веществ путем окисления кислородом воздуха до простых неорганических: CO 2 и H 2 O. При этом выделяется максимальное количество свободной энергии, значительная часть которой также резервируется в клетке через образование молекул АТФ. Так, две молекулы молочной кислоты, окисляясь до CO 2 и H 2 O, передают часть своей энергии 36 молекулам АТФ. Легко видеть, что третий этап энергетического обмена в наибольшей степени обеспечивает клетку свободной энергией,которая запасается путем синтеза АТФ.

Все процессы синтеза АТФ осуществляются в митохондриях клеток и универсальны для всего живого.

Таким образом, процессы диссимиляции в клетке происходят за счет органических веществ, ранее синтезированных клеткой, и свободного кислорода, поступающего из внешней среды благодаря дыханию. При этом в клетке накапливаются богатые энергией молекулы АТФ, а во внешнюю среду выводятся углекислый газ и избыточное количество воды. В анаэробных организмах, обитающих в бескислородной среде, последний этап диссимиляции осуществляется несколько иным химическим путем, но также с накоплением молекул АТФ.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

Подготовительный этап

Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых: белковые молекулы — до аминокислот, жиры — до глицерина и карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом. Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

Бескислородное окисление, или гликолиз

Этот этап заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа, происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Процесс бескислородного неполного расщепления глюкозы — гликолиз .

Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.

Следует отметить, что биологическое окисление в клетках может происходить как с участием кислорода:

А + О 2 → АО 2 ,

так и без его участия, за счет переноса атомов водорода от одного вещества к другому. Например, вещество «А» окисляется за счет вещества «В»:

АН 2 + В → А + ВН 2

или за счет переноса электронов, например, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного:

Fe 2+ → Fe 3+ + e — .

Гликолиз — сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД + (никотинамидадениндинуклеотид). Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н 2:

С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 + 2НАД + → 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О + 2НАД·Н 2 .

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

1. С 3 Н 4 О 3 → СО 2 + СН 3 СОН,
2. СН 3 СОН + НАД·Н 2 → С 2 Н 5 ОН + НАД + .

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

С 3 Н 4 О 3 + НАД·Н 2 → С 3 Н 6 О 3 + НАД + .

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80% запасается в связях АТФ.

Кислородное окисление, или дыхание

Заключается в полном расщеплении пировиноградной кислоты, происходит в митохондриях и при обязательном присутствии кислорода.

Пировиноградная кислота транспортируется в митохондрии (строение и функции митохондрий — лекция №7). Здесь происходит дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование (отщепление углекислого газа) ПВК с образованием двухуглеродной ацетильной группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса. Идет дальнейшее окисление, связанное с дегидрированием и декарбоксилированием. В результате на каждую разрушенную молекулу ПВК из митохондрии удаляется три молекулы СО 2 ; образуется пять пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4НАД·Н 2 , ФАД·Н 2), а также одна молекула АТФ.

Суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:

С 6 Н 12 О 6 + 6Н 2 О → 6СО 2 + 4АТФ + 12Н 2 .

Две молекулы АТФ образуются в результате гликолиза, две — в цикле Кребса; две пары атомов водорода (2НАДЧН2) образовались в результате гликолиза, десять пар — в цикле Кребса.

Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Водород передается трем большим ферментным комплексам (флавопротеины, коферменты Q, цитохромы) дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий. У водорода отбираются электроны, которые в матриксе митохондрий в конечном итоге соединяются с кислородом:

О 2 + e — → О 2 — .

Протоны закачиваются в межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода, с одной стороны она заряжается отрицательно (за счет О 2 —), с другой — положительно (за счет Н +). Когда разность потенциалов на внутренней мембране достигает 200 мВ, протоны проходят через канал фермента АТФ-синтетазы, образуется АТФ, а цитохромоксидаза катализирует восстановление кислорода до воды. Так в результате окисления двенадцати пар атомов водорода образуется 34 молекулы АТФ.