VI.5. Druga faza agrarne reforme "u baltičkom stilu": novi seljački zakoni i njihove društveno-političke posljedice u srednjem i dugom roku Razlog za donošenje novih baltičkih seljačkih zakona bio je protest seljaka, izražen u

Energija je neophodna svim živim stanicama – koristi se za različite biološke i kemijske reakcije koje se događaju u stanici. Neki organizmi koriste energiju sunčeve svjetlosti za biokemijske procese - to su biljke (slika 1), dok drugi koriste energiju kemijskih veza u tvarima dobivenim prehranom - to su životinjski organizmi. Energija se izvlači razgradnjom i oksidacijom tih tvari u procesu disanja, to disanje se naziva biološka oksidacija, ili stanično disanje.

Riža. 1. Energija iz sunčeve svjetlosti

Stanično disanje je biokemijski proces u stanici koji se odvija uz sudjelovanje enzima, uslijed čega se oslobađaju voda i ugljični dioksid, energija se pohranjuje u obliku visokoenergetskih veza molekula ATP-a. Ako se taj proces odvija u prisutnosti kisika, tada se zove aerobni, ako se javlja bez kisika, tada se zove anaerobni.

Biološka oksidacija uključuje tri glavne faze:

1. Pripremni.

2. Bez kisika (glikoliza).

3. Potpuna razgradnja organskih tvari (u prisutnosti kisika).

Tvari primljene hranom razgrađuju se na monomere. Ovaj stadij počinje u gastrointestinalnom traktu ili u lizosomima stanice. Polisaharidi se razgrađuju na monosaharide, proteini na aminokiseline, masti na glicerol i masne kiseline. Energija koja se oslobađa u ovoj fazi rasipa se u obliku topline. Valja napomenuti da za energetske procese stanice koriste ugljikohidrate, bolje rečeno monosaharide, a mozak za svoj rad može koristiti samo monosaharid – glukozu (slika 2).

Riža. 2. Pripremna faza

Glukoza se tijekom glikolize razgrađuje na dvije trougljične molekule pirogrožđane kiseline. Daljnja sudbina pirogrožđane kiseline ovisi o prisutnosti kisika u stanici. Ako je u stanici prisutan kisik, tada pirogrožđana kiselina prelazi u mitohondrije radi potpune oksidacije u ugljični dioksid i vodu (aerobno disanje). Ako nema kisika, tada se u životinjskim tkivima pirogrožđana kiselina pretvara u mliječnu kiselinu. Ova faza se odvija u citoplazmi stanice.

Glikoliza je slijed reakcija u kojima se jedna molekula glukoze cijepa u dvije molekule pirogrožđane kiseline, pri čemu se oslobađa energija dovoljna da se dvije molekule ADP pretvore u dvije molekule ATP (slika 3).

Riža. 3. Stadij bez kisika

Za potpunu oksidaciju glukoze potreban je kisik. U trećoj fazi dolazi do potpune oksidacije pirogrožđane kiseline u ugljični dioksid i vodu u mitohondrijima, što rezultira stvaranjem još 36 molekula ATP-a, budući da se ova faza odvija uz sudjelovanje kisika, naziva se kisik, ili aerobna (slika 4. ).

Riža. 4. Potpuna razgradnja organskih tvari

Ukupno, tri koraka proizvode 38 molekula ATP-a iz jedne molekule glukoze, uzimajući u obzir dva ATP-a proizvedena tijekom glikolize.

Tako smo ispitali energetske procese koji se odvijaju u stanicama i karakterizirali stupnjeve biološke oksidacije.

Disanje, koje se događa u stanici uz oslobađanje energije, često se uspoređuje s procesom izgaranja. Oba procesa odvijaju se u prisutnosti kisika, oslobađanju energije i produktima oksidacije - ugljikovom dioksidu i vodi. No, za razliku od izgaranja, disanje je uređen proces biokemijskih reakcija koji se odvija u prisutnosti enzima. Tijekom disanja nastaje ugljični dioksid kao krajnji produkt biološke oksidacije, a tijekom izgaranja nastaje ugljični dioksid izravnim spajanjem vodika s ugljikom. Također, tijekom disanja, osim vode i ugljičnog dioksida, nastaje i određeni broj molekula ATP-a, odnosno disanje i izgaranje su bitno različiti procesi (slika 5).

Riža. 5. Razlike između disanja i izgaranja

Glikoliza nije samo glavni put za metabolizam glukoze, već i glavni put za metabolizam fruktoze i galaktoze dostavljene hranom. Osobito je važna u medicini sposobnost glikolize da proizvodi ATP u nedostatku kisika. To vam omogućuje održavanje intenzivnog rada skeletnih mišića u uvjetima nedovoljne učinkovitosti aerobne oksidacije. Tkiva s povećanom glikolitičkom aktivnošću mogu ostati aktivna tijekom razdoblja gladovanja kisikom. U srčanom mišiću mogućnosti glikolize su ograničene. Teško podnosi poremećaje opskrbe krvlju, što može dovesti do ishemije. Postoji nekoliko poznatih bolesti uzrokovanih nedovoljnom aktivnošću glikolitičkih enzima, od kojih je jedna hemolitička anemija (u brzorastućim stanicama raka glikoliza se odvija brzinom većom od mogućnosti ciklusa limunske kiseline), koja pridonosi pojačanoj sintezi mliječne kiseline u organima i tkivima (slika 6).

Riža. 6. Hemolitička anemija

Visoka razina mliječne kiseline u tijelu može biti simptom raka. Ova se metabolička značajka ponekad koristi za liječenje određenih oblika tumora.

Mikrobi mogu dobiti energiju tijekom procesa fermentacije. Fermentacija je ljudima poznata od pamtivijeka, npr. u proizvodnji vina mliječno-kiselo vrenje bilo je poznato i ranije (slika 7).

Riža. 7. Izrada vina i sira

Ljudi su konzumirali mliječne proizvode ne shvaćajući da su ti procesi povezani s djelovanjem mikroorganizama. Pojam "fermentacija" uveo je Nizozemac Van Helmont za procese koji uključuju oslobađanje plina. To je prvi dokazao Louis Pasteur. Štoviše, različiti mikroorganizmi izlučuju različite produkte fermentacije. Govorit ćemo o alkoholnom i mliječno kiselom vrenju. Alkoholno vrenje je proces oksidacije ugljikohidrata, pri čemu dolazi do stvaranja etilnog alkohola, ugljičnog dioksida i oslobađanja energije. Pivari i vinari iskoristili su sposobnost određenih vrsta kvasca da potaknu fermentaciju, koja pretvara šećere u alkohol. Fermentaciju provode uglavnom kvasci, ali i neke bakterije i gljivice (slika 8).

Riža. 8. Kvasac, mucor gljive, proizvodi fermentacije - kvas i ocat

Kod nas se tradicionalno koriste kvasci Saccharomyces, u Americi - bakterije iz roda Pseudomonas, u Meksiku se koriste "moving rod" bakterije, u Aziji se koriste mucor gljive. Naš kvasac obično fermentira heksoze (monosaharide sa šest ugljika) kao što su glukoza ili fruktoza. Proces nastanka alkohola može se prikazati na sljedeći način: iz jedne molekule glukoze nastaju dvije molekule alkohola, dvije molekule ugljičnog dioksida i oslobađaju se dvije molekule ATP-a.

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH +2CO 2 + 2ATP

U usporedbi s disanjem, ovaj je proces energetski manje koristan od aerobnih procesa, ali omogućuje održavanje života u nedostatku kisika. Na mliječno kiselo vrenje jedna molekula glukoze stvara dvije molekule mliječne kiseline, a istovremeno se oslobađaju dvije molekule ATP-a, što se može opisati jednadžbom:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP

Proces stvaranja mliječne kiseline vrlo je blizak procesu alkoholne fermentacije; glukoza se, kao i kod alkoholnog vrenja, razgrađuje u pirogrožđanu kiselinu, a zatim se pretvara ne u alkohol, već u mliječnu kiselinu. Mliječno-kiselo vrenje ima široku primjenu za proizvodnju mliječnih proizvoda: sira, svježeg sira, kiselog mlijeka, jogurta (slika 9).

Riža. 9. Bakterije mliječne kiseline i produkti mliječnokiselog vrenja

U procesu stvaranja sira prvo sudjeluju bakterije mliječne kiseline koje proizvode mliječnu kiselinu, zatim bakterije propionske kiseline pretvaraju mliječnu kiselinu u propionsku kiselinu, zbog čega sirevi imaju prilično specifičan opor okus. Bakterije mliječne kiseline koriste se u konzerviranju voća i povrća, mliječna kiselina se koristi u konditorskoj industriji i proizvodnji bezalkoholnih pića.

Bibliografija

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologija. Opći obrasci. - Droplja, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Osnove opće biologije. 9. razred: Udžbenik za učenike 9. razreda općeobrazovnih ustanova / Ured. prof. U. Ponomareva. - 2. izdanje, revidirano. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologija. Uvod u opću biologiju i ekologiju: Udžbenik za 9. razred, 3. izd., stereotip. - M.: Bustard, 2002.

1. Web stranica “Biologija i medicina” ()

3. Web stranica “Medicinska enciklopedija” ()

Domaća zadaća

1. Što je biološka oksidacija i njezini stupnjevi?

2. Što je glikoliza?

3. Koje su sličnosti i razlike između alkoholnog i mliječno-kiselog vrenja?

Svi živi organizmi, osim virusa, izgrađeni su od stanica. Oni osiguravaju sve procese potrebne za život biljke ili životinje. Sama stanica može biti zaseban organizam. I kako tako složena struktura može živjeti bez energije? Naravno da ne. Dakle, kako stanice dobivaju energiju? Temelji se na procesima koje ćemo razmotriti u nastavku.

Opskrba stanica energijom: kako se to događa?

Nekoliko stanica dobiva energiju izvana; one je same proizvode. imaju jedinstvene "stanice". A izvor energije u stanici je mitohondrij, organela koja je proizvodi. U njemu se odvija proces staničnog disanja. Zbog njega se stanice opskrbljuju energijom. Međutim, prisutni su samo u biljkama, životinjama i gljivama. Bakterijske stanice nemaju mitohondrije. Stoga se njihove stanice energijom opskrbljuju uglavnom procesima fermentacije, a ne disanjem.

Građa mitohondrija

Ovo je organela s dvostrukom membranom koja se pojavila u eukariotskoj stanici tijekom procesa evolucije kao rezultat njezine apsorpcije manje. Time se može objasniti činjenica da mitohondriji sadrže vlastitu DNA i RNA, kao i mitohondrijske ribosome koji proizvode. proteini neophodni za organele.

Unutarnja membrana ima izbočine koje se nazivaju kriste ili grebeni. Na kristama se odvija proces staničnog disanja.

Ono što se nalazi unutar dviju membrana naziva se matrica. Sadrži proteine, enzime potrebne za ubrzavanje kemijskih reakcija, kao i RNA, DNA i ribosome.

Stanično disanje je osnova života

Odvija se u tri faze. Pogledajmo svaki od njih detaljnije.

Prva faza je pripremna

Tijekom ove faze složeni organski spojevi razgrađuju se na jednostavnije. Tako se proteini razgrađuju na aminokiseline, masti na karboksilne kiseline i glicerol, nukleinske kiseline na nukleotide, a ugljikohidrati na glukozu.

Glikoliza

Ovo je faza bez kisika. Leži u činjenici da se tvari dobivene tijekom prve faze dalje razgrađuju. Glavni izvori energije koje stanica koristi u ovoj fazi su molekule glukoze. Svaki od njih se tijekom glikolize razgrađuje u dvije molekule piruvata. To se događa tijekom deset uzastopnih kemijskih reakcija. Kao rezultat prvih pet, glukoza se fosforilira i potom dijeli u dvije fosfotrioze. Sljedećih pet reakcija proizvodi dvije molekule i dvije molekule PVA (pirogrožđane kiseline). Energija stanice pohranjena je u obliku ATP-a.

Cijeli proces glikolize može se pojednostaviti na sljedeći način:

2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H20 + 2NAD. H2 + 2C3H4O3 + 2ATP

Dakle, korištenjem jedne molekule glukoze, dvije molekule ADP-a i dvije fosforne kiseline stanica dobiva dvije molekule ATP-a (energije) i dvije molekule pirogrožđane kiseline koje će iskoristiti u sljedećem koraku.

Treća faza je oksidacija

Ovaj stadij se javlja samo u prisutnosti kisika. Kemijske reakcije ove faze odvijaju se u mitohondrijima. Ovo je glavni dio tijekom kojeg se oslobađa najviše energije. U ovoj fazi, reagirajući s kisikom, razgrađuje se na vodu i ugljični dioksid. Uz to nastaje 36 molekula ATP-a. Dakle, možemo zaključiti da su glavni izvori energije u stanici glukoza i pirogrožđana kiselina.

Sažimajući sve kemijske reakcije i izostavljajući detalje, cijeli proces staničnog disanja možemo izraziti jednom pojednostavljenom jednadžbom:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38 ADP + 38 H 3 PO 4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Tako tijekom disanja od jedne molekule glukoze, šest molekula kisika, trideset osam molekula ADP-a i isto toliko fosforne kiseline stanica prima 38 molekula ATP-a u čijem se obliku pohranjuje energija.

Raznolikost mitohondrijskih enzima

Stanica dobiva energiju za vitalnu aktivnost disanjem - oksidacijom glukoze, a zatim pirogrožđane kiseline. Sve te kemijske reakcije ne bi se mogle odvijati bez enzima – bioloških katalizatora. Pogledajmo one koje se nalaze u mitohondrijima, organelama odgovornim za stanično disanje. Sve se one nazivaju oksidoreduktaze jer su potrebne za odvijanje redoks reakcija.

Sve oksidoreduktaze mogu se podijeliti u dvije skupine:

• oksidaze;
• dehidrogenaza;

Dehidrogenaze se pak dijele na aerobne i anaerobne. Aerobne sadrže koenzim riboflavin koji tijelo dobiva iz vitamina B2. Aerobne dehidrogenaze sadrže NAD i NADP molekule kao koenzime.

Oksidaze su raznolikije. Prije svega, podijeljeni su u dvije skupine:

• oni koji sadrže bakar;
• onih koji sadrže željezo.

Prvi uključuju polifenoloksidaze i askorbat oksidaze, drugi uključuju katalazu, peroksidazu i citokrome. Potonji su pak podijeljeni u četiri skupine:

• citokromi a;
• citokromi b;
• citokromi c;
• citokromi d.

Citokromi a sadrže željezo formil porfirin, citokromi b - željezo protoporfirin, c - supstituirani željezo mezoporfirin, d - željezo dihidroporfirin.

Postoje li drugi načini dobivanja energije?

Iako ga većina stanica dobiva staničnim disanjem, postoje i anaerobne bakterije kojima za postojanje nije potreban kisik. Oni proizvode potrebnu energiju fermentacijom. To je proces tijekom kojeg se uz pomoć enzima ugljikohidrati razgrađuju bez sudjelovanja kisika, uslijed čega stanica dobiva energiju. Postoji nekoliko vrsta fermentacije ovisno o konačnom produktu kemijske reakcije. Može biti mliječna kiselina, alkoholna, maslačna kiselina, aceton-butan, limunska kiselina.

Na primjer, razmotrite da se može izraziti sljedećom jednadžbom:

C6H1206 → C2H5OH + 2CO2

Odnosno, bakterija razgrađuje jednu molekulu glukoze na jednu molekulu etilnog alkohola i dvije molekule ugljičnog oksida (IV).

• Energetska koncentracija u hrani za visokoproduktivne krave (bez dodatka masti) treba biti 7,18, s dodatkom masti 7,38, s dodatkom zaštićene masti 7,56 MJ CAP/kg suhe tvari.

• Ako se količina koncentrata raspoređuje ovisno o proizvodnosti, krava bi u vrijeme teljenja trebala pojesti 2,7-3,6 kg koncentrata. Zatim se povećava količina koncentrata, od trećeg dana nakon teljenja za 0,45-0,9 kg dnevno do postizanja potrebne količine.

• Nikada ne hranite više od 2,3-3,2 kg koncentrirane hrane u jednom hranjenju. To snižava pH buraga i dovodi do problema s apsorpcijom hranjivih tvari i smanjenog unosa hrane.

• S produktivnošću ispod 18 kg, koncentrat za holsteine ​​treba biti oko 0,45 kg na svakih 1,8 litara mlijeka, s produktivnošću između 18 i 31 litre, koncentrati daju stopu od 0,45 kg na 1,4 kg mlijeka, a produktivnost je više 31 kg zahtijeva 0,5 kg koncentrata na 1,1 kg mlijeka. Pasmine s visokim udjelom masti i bjelančevina u mlijeku trebale bi dobiti s produktivnošću do 13,6 kg 0,45 kg koncentrirane hrane za svakih 1,4 kg mlijeka, s produktivnošću od 14 do 27 kg mlijeka - 0,45 kg za svakih 1,1 kg. mlijeka i s produktivnošću većom od 27 kg mlijeka - 0,45 kg na svakih 0,9 kg mlijeka.

• Potrošnja žitarica (koncentrirana krmiva) ne smije prelaziti 60% suhe tvari obroka.

• Kada ostane previše kukuruza u stajnjaku potrebno je provjeriti udio zrna, stupanj mljevenja i stupanj zrelosti u žetvi (kukuruz žeti u 1/2 do 2/3 mliječne zrelosti). Provjerite količinu probavljivih i nerazgradivih bjelančevina (važno za bakterije buraga) i broj čestica krme većih od 3,8 cm (važno za pravilnu pokretljivost buraga).

• Udio lako razgradljivih ugljikohidrata (NFC) trebao bi biti 35-42% ukupne prehrane. NFC = 100 – (% sirovih proteina + % NDF + % masti + % pepela). Višak šećera i lako fermentirajućih ugljikohidrata može dovesti do acidoze i smanjene masnoće u mlijeku.

• Opća prehrana treba sadržavati 25-35% (30-40% prema nizozemskim standardima) škroba.

• pH gnojiva ne smije biti niži od 6,0. Niža vrijednost (više kiseline) znači da previše škroba iz buraga ulazi u tanko crijevo i tamo fermentira.

• Možda će biti potrebno dopuniti obrok mašću za mliječne krave s produktivnošću većom od 34 kg i 4% mliječne masti (ili 39 kg s 3,7% mliječne masti). Kako se proizvodnja povećava, kravi je fiziološki teže konzumirati dovoljno hrane da zadovolji svoje energetske potrebe. Starije krave općenito bolje reagiraju na ovu situaciju nego dvogodišnje krave. Ne preporučuje se uvođenje više od 5-6% masti tijekom prvih 5 tjedana laktacije. Prijelazno razdoblje može započeti s 0,1 kg masti nakon teljenja i tu količinu postupno povećati do 0,45 kg, a po potrebi nakon 5 tjedana laktacije tu količinu dodatno povećati.

• Ograničite ukupnu količinu masti u suhoj tvari obroka na najviše 7,5%. Primjer: 1,8 kg masti u prehrani od 25 kg unosa suhe tvari odgovara 7,2%. Previše masti ometa probavu vlakana i smanjuje sadržaj masti u mlijeku. U prehranu možete dodati onoliko masti koliko ima masti u mlijeku. Primjer: 45 kg mlijeka dnevno x 4% masti = 1,82 kg mliječne masti i odgovara 1,82 kg sirove masti u ukupnoj prehrani.

• 1/3 masnoće u prehrani treba potjecati od konvencionalnih sirovina za stočnu hranu, 1/3 iz sjemenki uljarica i 1/3 iz zaštićene masti (fat bypass). Primjer: 1,82 kg masti u prehrani treba rasporediti na sljedeći način: 1,82 kg x 33% = 0,6 kg masti iz uljarica, npr. soje. Ako soja sadrži 20% masti, tada je 0,6 kg/20% = 3 kg soje u prehrani. Dodatak zaštićene masti uvijek su posebni proizvodi koji se koriste prema preporukama proizvođača.

• Povećajte kalcij za 1% i magnezij za 0,3% u suhoj tvari ako dodate mast. Masti vežu kalcij i smanjuju dostupnost kalcija i magnezija.