Процессы жизнедеятельности клетки: расщепление глюкозы, дыхание, митоз и синтез белка (3 видео)

Клетка является основной структурной и функциональной единицей всех живых существ. В ней происходит множество сложных и взаимосвязанных процессов, которые поддерживают жизнедеятельность организма. Один из таких процессов — расщепление глюкозы. Глюкоза, основной источник энергии для клетки, разлагается с помощью специальных ферментов, выделяя энергию, которая затем используется в других процессах.

Дыхание является важным процессом, при котором клетка получает энергию из пищи. После расщепления глюкозы освобождается энергетически богатый молекулы АТФ. В процессе дыхания эти молекулы окисляются, освобождая энергию. Дыхание происходит в митохондриях — органеллах клетки, которые выступают в роли энергетических «электростанций».

Митоз (деление клетки) является процессом размножения и роста клеток. Во время митоза клетка делится на две дочерних клетки, каждая из которых обладает полным набором хромосом и генетической информацией, идентичных родительской клетке. Митоз необходим для роста, регенерации тканей и размножения организма.

Синтез белка — это процесс создания белковых молекул в клетке. Белки играют ключевую роль во множестве функций в организме, таких как транспорт веществ, каталитическая активность в реакциях, опора и защита клетки. Процесс синтеза белка включает два основных этапа: транскрипцию и трансляцию. В результате этих процессов генетическая информация в ДНК преобразуется в последовательность аминокислот, которая затем сворачивается в белковую цепочку.

Содержание

Расщепление глюкозы
Гликолиз
Цикл Кребса
Дыхание
Внешнее дыхание
Внутреннее дыхание
Митоз
9. Профаза
Митоз. Метафаза
🎬 Видео

Видео:Клеточное дыхание. Синтез АТФ в митохондриях.Скачать

Расщепление глюкозы

Глюкоза расщепляется в процессе гликолиза, который происходит в цитоплазме клетки. В результате гликолиза одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) или пировината. Гликолиз состоит из последовательности десяти реакций, каждая из которых катализируется своим ферментом. В результате этих реакций происходит окисление глюкозы при сопутствующей выработке небольшого количества энергии в форме АТФ (аденозинтрифосфата).

Пировиноградная кислота, полученная в результате гликолиза, может продолжить участвовать в дыхательных процессах клетки, обеспечивающих выработку большего количества энергии. Для этого она вступает в цикл Кребса, который происходит в митохондриях клетки. В результате цикла Кребса пировиноградная кислота претерпевает окисление, образуя углекислый газ, воду и энергию в виде АТФ. Полученная энергия используется клеткой для выполнения различных функций и процессов, необходимых для жизнедеятельности.

Таким образом, расщепление глюкозы является важной частью обмена веществ в клетке и обеспечивает клеточную энергию для выполнения всех жизненно важных процессов.

Гликолиз

В процессе гликолиза одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пирувата. Этот процесс сопровождается выделением энергии в виде АТФ — основного энергетического носителя в клетке.

Гликолиз происходит в цитоплазме клетки и не требует наличия кислорода. Это значит, что гликолиз является анаэробным процессом и может происходить даже в отсутствие кислорода.

Гликолиз состоит из нескольких шагов, каждый из которых катализируется определенным ферментом. Некоторые из ключевых шагов включают фосфорилирование глюкозы, расщепление молекулы на две трехуглеродные фрагмента, окисление этих фрагментов и образование пирувата.

Полученный пируват может быть использован в дальнейшем для синтеза АТФ в процессе дыхания или превращен в другие молекулы, в зависимости от условий и нужд клетки.

Гликолиз является универсальным процессом и происходит во всех клетках организма. Он является наиболее эффективным и быстрым способом получения энергии, поскольку глюкоза является одним из основных источников питания для клеток.

Цикл Кребса

Цикл Кребса, также известный как цикл карбоксиловых кислот или цикл трикарбоновых кислот, является одной из основных стадий дыхания, которая происходит в митохондриях клетки.
Цикл Кребса является сложным биохимическим процессом, в результате которого молекулы глюкозы окисляются и образуется энергия в виде АТФ.
Первый шаг цикла Кребса — образование кетоглутаровой кислоты и образование молекулы НАДН (неденативного формата никотинамидадениндинуклеотида), который дальше участвует в биологических процессах.
Затем кетоглутаровая кислота окисляется, образуя второе молекулу НАДН и образование молекулы ГАТФ (гуанозинтрифосфата).
Другие молекулы, такие как сукцинат, фумарат и оксалоацетат, также образуются и участвуют в следующих фазах цикла Кребса.
Имея все необходимые молекулы, цикл Кребса производит высвобождение дополнительной энергии в процессе окисления и фосфорилирования, что приводит к образованию молекулы АТФ.
Цикл Кребса также включает регенерацию оксалоацетата, что позволяет циклу продолжаться снова и снова, обеспечивая поддержку энергетических нужд клетки.
Каждая стадия цикла Кребса тесно связана с другими процессами клетки, такими как гликолиз и дыхание, и является важной составляющей общего метаболического пути клеточной дыхательной системы.

Видео:Энергетический обмен, гликолизСкачать

Дыхание

Внутреннее дыхание, или клеточное дыхание, происходит внутри каждой клетки. Здесь глюкоза окисляется до углекислого газа и воды как в анаэробных (без участия кислорода) условиях, так и в аэробных (при участии кислорода) условиях. В процессе клеточного дыхания образуется энергия, которая сохраняется в молекулах АТФ и используется для выполнения всех жизненно важных функций клетки.

Внутри клетки клеточное дыхание проходит в несколько этапов, включая гликолиз – процесс расщепления глюкозы до пироового альдегида, который затем превращается в ацетил-КоА. Ацетил-КоА участвует в цикле Кребса, где окисляется до углекислого газа и высвобождает энергию. Затем образовавшиеся продукты переходят в дыхательную цепь, где окончательно окисляются с участием кислорода, в результате чего образуется вода и большое количество АТФ.

Дыхание – ключевой процесс, обеспечивающий клетке энергию для осуществления различных жизненно важных функций. Благодаря дыханию клетка может проводить синтез белка, регулировать обмен веществ и поддерживать свою жизнедеятельность.

Внешнее дыхание

Основная функция внешнего дыхания заключается в поступлении кислорода из воздуха в организм и удалении из него углекислого газа. Для этого дыхательная система обладает рядом адаптаций, обеспечивающих эффективный обмен газами.

В процессе внешнего дыхания воздух, насыщенный кислородом, проходит через носовую полость или рот, затем дыхательные пути и достигает легких. Там кислород попадает в альвеолы – маленькие сумки, окруженные капиллярами, где происходит непосредственный обмен газами с кровью.

Кровь, насыщенная кислородом, транспортируется по организму с помощью кровеносной системы, обеспечивая все клетки необходимым кислородом для их нормальной жизнедеятельности. В то же время, кровь забирает из клеток углекислый газ и отводит его к легким для его удаления из организма.

Внешнее дыхание является неотъемлемой частью процесса обмена веществ в организме. Без постоянного поступления кислорода и удаления углекислого газа организм не способен поддерживать свою жизнедеятельность и выполнять все необходимые функции.

Внутреннее дыхание

Митохондрии являются энергетическими центрами клетки и выполняют ключевую роль в окислительном фосфорилировании — процессе, при котором освобождается энергия в форме АТФ (аденозинтрифосфата), основного источника энергии для клетки.

Внутреннее дыхание начинается после завершения цикла Кребса, когда образующиеся при этом молекулы НАДН и ФАДН2 доставляются в митохондрии. В процессе окисления этих молекул высвобождается энергия, которая затем используется для синтеза АТФ.

Важной ролью внутреннего дыхания является передача энергии, полученной в результате окисления, на различные биохимические процессы внутри клетки. Эта энергия необходима для работы различных ферментов, синтеза белков, регуляции метаболических путей и других жизненно важных процессов.

Таким образом, внутреннее дыхание играет ключевую роль в обмене веществ и энергии внутри клеток организма. Оно обеспечивает эффективное использование питательных веществ и поддержание необходимого уровня энергетических ресурсов, что является основой для правильного функционирования организма в целом.

Видео:Как образуется энергия - синтез АТФ в МИТОХОНДРИЯХСкачать

Митоз

Митоз состоит из нескольких фаз, каждая из которых имеет свою специфическую роль в процессе деления клетки. Начинается митоз с фазы профазы, во время которой хромосомы сгущаются и становятся видимыми под микроскопом. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, которые связаны центромером.

Затем наступает фаза метафазы, во время которой хромосомы выстраиваются вдоль центральной оси клетки — метафазной плитки. Каждая хромосома прикрепляется к волокнам деления, которые идут от полюсов клетки.

После метафазы наступает фаза анафазы, во время которой центромеры хромосом расходятся, разлагая центральные связи между хроматидами. Эти хроматиды с метафазной плитки по двум противоположным полюсам клетки и становятся самостоятельными хромосомами.

Завершается митоз фазой телофазы, во время которой хромосомы попадают в каждую из дочерних клеток и разбиваются обратно в хроматиды. Фаза телофазы и наступающая после нее фаза цитокинеза приводят к окончательному разделению клетки на две новые клетки с идентичными генетическими характеристиками.

Митоз играет ключевую роль в росте и воспроизводстве организмов. Благодаря митозу организмы могут регулярно обновлять свои клетки, заменяя старые и поврежденные. Также митоз является основой для развития эмбриона и позволяет формировать новые ткани и органы в организме.

9. Профаза

На начальном этапе профазы можно наблюдать изменения в центросоме, который раздваивается и начинает двигаться в противоположные полюса клетки. Вокруг каждого центросомы формируется спинномозговая волокнистая система – астральная система, которая будет отвечать за удержание центросом в нужной позиции во время деления.

Также в профазе происходит конденсация хромосом – они становятся более плотными и структурированными. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, связанных областью под названием центромера. Хроматиды остаются соединенными до момента анаплазы (раздваивания), что гарантирует точное распределение генетического материала между дочерними клетками.

В процессе конденсации хромосом особенно видимо образование и структурирование ядрышка – органеллы, содержащей генетическую информацию клетки в виде ДНК и РНК. Ядрышко окружено специальной оболочкой – ядерной мембраной. Образование ядрышка является важным этапом профазы, поскольку эта структура будет главным органом контроля и координации деления клетки.

В конце профазы видимо образование митотического шпинделя – специальной структуры, которая будет участвовать в разделении хромосом. Митотический шпиндель состоит из микротрубул, которые пронизывают целый пространство клетки и связываются с центромерами хромосом.

Процессы	Описание
Расщепление глюкозы	Процесс превращения глюкозы в энергию, необходимую для жизнедеятельности клетки.
Гликолиз	Первый этап разложения глюкозы и получение пирофосфата.
Цикл Кребса	Важный процесс в клеточном дыхании, в результате которого образуются энергетические молекулы.
Дыхание	Обмен газами с окружающей средой для поддержания оптимальных условий в клетке.
Внешнее дыхание	Поглощение кислорода из внешней среды и выделение углекислого газа.
Внутреннее дыхание	Процесс переноса кислорода из крови в клетки и удаление углекислого газа из клеток в кровь.
Митоз	Процесс клеточного деления, результатом которого являются две дочерние клетки.
Метафаза	Вторая фаза митоза, на которой хромосомы выстраиваются вдоль центральной плоскости клетки.

Митоз. Метафаза

На начальном этапе метафазы происходит конденсация хромосом – их стягивание и утолщение, что делает их более узкими и компактными. В результате конденсации, каждая хромосома состоит из двух копий, называемых хроматидами, которые соединены сестринским хромосомным соединением – центромером.

После конденсации хромосом происходит формирование митотического аппарата, состоящего из митотического валика и митотического хромосомного спиндаля. Митотический валик состоит из микротрубочек, которые образуются вокруг ядерного центрозомы – специальной структуры, ответственной за деление клетки. Микротрубочки митотического валика располагаются перпендикулярно к эффектору, то есть по отношению к направлению деления. Митотический хромосомный спиндл состоит из восходящего и нисходящего спиндловых волокон, ориентированных параллельно к эффектору.

На метафазе хромосомы подвешиваются на микротрубочки митотического спиндаля с помощью специальных белковых комплексов – кинетохора. Каждое место прикрепления хромосомы к спиндлу называется кинетохором. Это обеспечивает точное выравнивание хромосом перед последующим расхождением хроматид – делением хромосомной двойчастности.

Выравненные хромосомы метафазы образуют метафазную пластину или метафазное пятое – плоскость, располагающуюся перпендикулярно к спиндловым волокнам и проходящую через центральную часть ядра. Метафазная пластина позволяет хромосомам расположиться в удобной позиции для последующего равномерного расхождения хроматид в анафазе.

Метафаза – это важный этап митоза, на котором генетический материал распределяется равномерно перед делением клетки. Правильное выравнивание хромосом и соединение их с митотическим спиндалем обеспечивает точность и стабильность деления, а также сохранение генетической информации в последующих поколениях клеток.