Նյութափոխանակություն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
ԱԵՖ-ի կառուցվածքը-գլխավոր միջնորդ է էներգետիկ նյութափոխանակությանը
Կատաբոլիզմի սխեմատիկ դիագրամ
Բուսական բջիջ քլորոֆիլի հատիկներով
Ավտոտրոֆ և հետերոտրոֆ օրգանիզմներ
ԱԵՖ-ի սինթեզը միտոքոնդրիումներում
Գլիկոլիզ
Բույսի տերևը
Ֆոտոսինթեզի պրոցեսը
Երկաթաբակտերիաները Շոտլանդիայում
Նիտրիֆիկացնող բակտերիաների ցիկլը

Նյութափոխանակություն, բոլոր կենդանի էակների հիմնական հատկությունն է։ Այն անընդհատ և ներդաշնակ ընթացող ռեակցաների ամբողջություն է, որի ընթացքում միջավայրից օրգանիզմ ներթափանցած նյութերը վերափոխվում են բազմաթիվ միջանկյալ ու վերջնական բաղադրամասերի, և առաջանում է էներգիա։ Այդ էներգիայի շնորհիվ սինթեզվում են օրգանիզմին բնորոշ միացություններ, որոնք մտնում են բջջի կառուցվածքային տարրերի կազմության մեջ։ Էներգիան միաժամանակ օգտագործվում է բջիջների կենսագործունեության այլ գործընթացներում և աշխատանք կատարելու համար։ Այսպիսով՝ միջավայրի և օրգանիզմի միջև տեղի ունեցող նյութերի փոխանակությունն անհրաժեշտ պայման է կենդանի էակների գոյատևման համար։

Պլաստիկ և էներգետիկ փոխակերպում[խմբագրել]

Յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմ, ինչպես նաև առանձին բջիջ, իրենից ներկայացնում է բարդ, կազմվավորված բաց համակարգ, որն արտաքին միջավայրի հետ գտնվում է նյութերի, էներգիայի և տեղեկատվության փոխանակության մեջ։ Շրջապատող միջավայրից նյութերն անընդհատ թափանցում են բջիջներ, որտեղ դրանք ենթարկվում են տարբեր փոխարկումների որոնց հետևանքով սինթեզվում են բջիջներին անհրաժեշտ նյութեր, իսկ նյութափոխանակության ոչ պիտանի արգասիքները դուրս են բերվում բջիջներից։

Բջջում ընթացող ռեակցիաները կարելի է բաժանել երկու խմբի։ Ռեակցիաների առաջին խումբը նպատակաուղղված է բջիջն էներգիայով ապահովելուն։ Սրանք ճեղքավորման ռեակցիաներ են, որոնց ամբողջությունը կազմում է բջջի էներգիական փոխանակությունը, դիսիմիլյացիա կամ կատաբոլիզմը (հուն.՝ καταβολή - ներքև հատում, ճեղքում)։ Այս ռեակցիաների արդյունքում խոշոր մոլեկուլները ճեղքվում են ավելի փոքր և պարզ մոլեկուլների, ինչն ուղեկցվում է էներգիայի անջատմամբ։ Այդ էներգիան բջիջն օգտագործում է իր կենսագործունեության տարբեր գործընթացների իրականացման համար (շարժում, նյութերի կենսասինթեզ, բջջի բաժանում և այլն), և մի ձևից այն կարող է ձևափոխվել մեկ այլ ձևի։

Կենսաբանական օքսիդացման ընթացքում առաջանում են ածխաթթու գազ, ամոնիակ, նատրիումի, ֆոսֆորի, քլորի միացություններորոնք հեռացվում են օրգանիզմից։ Այդ ընթացքում առաջանում է նաև էներգիա, որն օգտագործվում է բջջի կենսագործունեության, ինչպես նաև նոր նյութերի սինթեզման համար։ Հաշվարկները ցույց են տվել, որ 70 կգ զանգված ունեցող մարդու օրգանիզմում ֆիզիկական ծանրաբեռնվածության պայմաններում 1 օրում քայքայվող ածխաջրերի, ճարպերի, սպիտակուցների ճեղքման հետևանքով առաջանում է 12600 կՋ էներգիա։

Ռեակցիաների երկրորդ խումբը նպատակաուղղված է բջջի կառուցվածքային բաղադրամասերով ապահովմանը, որոնք անհրաժեշտ են բջջի աճի, նորոգման, նոր պայմաններին հարմարվելու համար։ Դրանք սինթեզի ռեակցիաներն են, որոնց ամբողջությունը կոչվում է պլաստիկ փոխանակություն (հուն.՝ պլաստոս -ծեփել, քանդակել), ասիմիլյացիա կամ անաբոլիզմ (հուն.՝ anabole - վերելք, բարձրացում)։ Պլաստիկ փոխանակության արդյունքում սինթեզվում են բջջի կառուցվածքային բաղադրամասերը, դրանց թվում՝ ածխաջրեր, լիպիդներ, սպիտակուցներ, նուկլեինաթթուներ և այլն, որոնք օգտագործվում են ինչպես բջջի աճը և նորոգման, այնպես էլ կենսագործունեության ապահովման համար։ Պլաստիկ փոխանակության ռեակցիաներն ընթանում են ինչպես երիտասարդ, այնպես էլ աճը և զարգացումը ավարտած բջիջներում։ Օրինակ՝ սպիտակուցների «կյանքի տևողությունը» մի քանի ժամից մինչև մի քանի օր, հազվադեպ՝ տարիներ, և անընդհատ անհրաժեշտ է դրանց փոխարինումը նոր սինթեզված սպիտակուցներով։

Պլաստիկ և էներգետիկ փոխանակությունները միասին կազմում են բջջի նյութափոխանակությունը կամ մետաբոլիզմը, որի միջոցով իրականանում է բջջի կապն արտաքին միջավայրի հետ։ [1]

Պլաստիկ և էներգիական փոխանակություններն անքակտելիորեն կապված են միմյանց հետ։ Նախ՝ պլաստիկ փոխանակության ելանյութերն էներգիական փոխանակության վերջանյութերն են և հակառակը։ Երկրորդ՝ միջանկյալ նյութերը նույնն են։ Երրորդ՝ էներգիական փոխանակության արդյունքում անջատվում է էներգիա, իսկ պլաստիկ փոխանակության ռեակցիաներն ուղեկցվում են էներգիայի կլանմամբ։ Չորրորդ՝ և՛ պլաստիկ, և՛ էներգիական փոխանակության ռեակցիաները հիմնականում իրականանում են ֆերմենտների մասնակցությամբ, որոնք սինթեզվում են պլաստիկ փոխանակության արդյունքում։ Նշենք նաև, որ կենդանի օրգանիզմների բջիջներում կան շատ նուրբ համակարգեր, որոնք կարգավորում են նյութափոխանակությունն, ապահովում տարբեր քիմիական ռեակցիաների համաձայնեցված ընթացքը։ Տարբեր կենդանի օրգանիզմներում նյութափոխանակությունը կարող է ընթանալ ընդհանուր և միանման ուղիներով, սակայն կան նաև նյութափոխանակային գործընթացների յուրահատուկ ուղիներ։[2]

Նյութափոխանակության ավտոտրոֆ և հետերոտրոֆ եղանակները[խմբագրել]

Կախված նրանից, թե կենսասինթեզի համար քիմական տարրերն, առաջին հերթին ածխածինն ինչ ձևով են անցնում բջիջ, կենդանի օրգանիզմները բաժանվում են ավտոտրոֆների և հետերոտրոֆների։ Ավտոտրոֆները որպես ածխածնի աղբյուր օգտագործում են անօրգանական միացություն CO2 և սինթեզում են օրգանական միացություններ։ Ավտոտրոֆ սննդառության եղանակներից են ֆոտոսինթեզը և քեմոսինթեզը։ Ֆոտոսինթեզի դեպքում որպես էներգիայի աղբյուր ծառայում է լուսային էներգիան, իսկ քեմոսինթեզի դեպքում՝ անօրգանական միացությունների օքսիդացումից անջատված էներգիան։ Երկրի վրա ապրող օրգանիզմներից ֆոտոսինթեզ իրականացնում են բույսերի մեծ մասը, ֆոտոսինթեզող բակտերիաները և կապտականաչ ջրիմուռները, որոշ նախակենդանիներ։ Էներգիայի սկզբնաղբյուրն Արեգակի էներգիան է, որն այս օրգանզիմները վերափոխում են քիմիական կապի էներգիայի։ Հետագայում այդ էներգիան սնման շղթաներով օգտագործվում է հետերոտրոֆ օրգանիզմների կողմից։ Քեմոսինթեզ իրականացնում են որոշ բակտերիաներ[1](ծծմբակտերիաներ)։

Հետերոտրոֆ օրգանիզմներն ընդունակ չեն անօրգանական միացություններից սինթեզելու օրգանական միացություններ։ Նրանք իրենց կենսագործունեության համար անհրաժեշտ օրգանական նյութերը՝ օրինակ՝ ածխաջրերը լիպիդները, սպիտակուցները, նուկլեինաթթուները, սինթեզում են օգտագործելով արտաքին միջավայրից ստացված օրգանական նյութերը։ Հետերոտրոֆ սննդառության եղանակներից են՝ սապրոֆիտները և մակաբույծները։ Սապրոֆիտները մահացած օրգանիզմների օրգանական նյութերի հաշվին սնվողներն են։ Այդպիսիք են կենդանիների մի մասը, նեխման և խմորման բակտերիաները, գլխարկավոր սնկերը, բորբոսասնկերը և դրոժները։ Մակաբույծները կենդանի օրգանիզմների օրգանական նյութերի հաշվին սնվողներն են։ Այդպիսիք են որոշ նախակենդանիներ, մակաբույծ որդեր, տզեր, արյունածուծ միջատներ, բակտերիոֆագեր, հիվանդություն առաջացնող բակտերիաներ, մակաբույծ սնկեր, ծաղկավոր բույսեր։ Արտաքին միջավայրից տարբեր կենդանի օրգանիզմների բջիջների թափանցող և դրանցից արտազատվող նյութերի բնույթն էապես տարբերվում է միմյանցից։ Օրինակ՝ կանաչ բույսերն արտաքին միջավայրից կլանում են ածխաթթու գազ, ջուր,հանքային նյութեր,իսկ արտաքին միջավայր են արտազատում ֆոտոսինթեզի արդյունքում առաջացած թթվածինը։ Միևնույն ժամանակ ամբողջ օրվա ընթացքում շնչառության համար կլանում են թթվածին և արտազատում՝ ածխաթթու գազ։[3]

Մարդն արտաքին միջավայրից ստանում է ածխաջրեր, լիպիդներ, սպիտակուցներ, ջուր, հանքային աղեր,վիտամինները, իսկ միջավայր է արտազատում կենսագործունեության արդյունքում առաջացած և օրգանիզմին արդեն ոչ պիտանի ածխաթթու գազ, միզանյութ, միզաթթու, ջրի ու աղերի ավելցուկները և այլն։

Մարդու, կենդանիների մեծ մասի և որոշ մանրէների կողմից կլանված և արտաքին միջավայր արտազատված նյութերը բնույթով նման են։

Ազոտ ֆիքսող բակտերիաները մթնորոլտից կլանելով մոլեկուլային ազոտն՝ այն վերածում են ամոնիակի, ինչն իրականանում է նիտրոգենազ ֆերմենտի միջոցով։ Գոյություն ունեն ինչպես ազատ ապրող, այնպես էլ սիմբիոտիկ հարաբերությունների մեջ գտնող ազոտ ֆիքսող բակտերիաներ։ Ավելի հաճախ ազոտ ֆիքսող բակտերիաները սիմբիոզի մեջ են մտնում ընդավորների ընտանիքին պատկանող բույսերի հետ՝ լոբի, ոլոռ, սոյա և այլն։ Ազոտ ֆիքսող բակտերիաների դերը շատ մեծ է ազոտի շրջապտույտում, քանի որ դրանք մոլեկուլային ազոտը, որը բույսերն ուղղակիորեն ընդունակ չեն յուրացնել, վերածում են բույսերի համար պիտանի վիճակի։

Ֆոտոսինթեզող ծծմբաբակտերիաներն արտաքին միջավայրից կլանում են ածխաթթու գազ, ծծմբաջրածին և արտազատում են ծծումբ, որը փառի ձևով կարող է ծածկել ջրի և հողի մակերևույթը։

Այսպիսով, քանի դեռ բջիջը կենդանի է, արտաքին միջավայրից նյութերը թափանցում են բջիջ, իսկ բջջից՝ արտաքին միջավայր, ընդ որում նյութերի կոնցենտրացիաները բջջում և արտաքին միջավայրում էապես կարող են տարբերվել միմյանցից։։[4]

Աէրոբ և անաէրոբ օրգանիզմներ[խմբագրել]

Մեր մոլորակի կենդանի օրգանիզմների մեծ մասի կենսագործունեության համար անհրաժեշտ է թթվածնի առկայությունն, առանց որի այդ օրգանիզմները չեն կարող գոյատևել։ Դրանք աէրոբ օրգանիզմներ են։

Անաէրոբ օրգանիզմների կենսագործունեության համար թթվածնի առկայությունը պարտադիր չէ։ Դրանց մի մասի համար նույնիսկ թթվածինը թույն է հանդիսանում,այդ պատճառով դրանք կարող են ապրել միայն անթթվածին պայմաններում։ Ֆակուլտատիվ (ոչ պարտադիր) անաէրոբ օրգանիզմներն աճում են ինչպես թթվածնի առկայության,այնպես էլ դրա բացակայության պայմաններում։ Դրանց մի մասն անաէրոբ են,ինպես թթվածնի առկայության,այնպես էլ նրա բացակայության պայմաններում,իսկ մյուս մասը թթվածնի բացակայության պայմաններում իրենց դրսևորում են որպես անաէրոբ, իսկ թթվածնի առկայության պայմաններում որպես աէրոբ օրգանիզմներ։

Էներգետիկ փոխանակություն[խմբագրել]

Բջիջն էներգիայով ապահովելու համար օգտագործում են օրգանական նյութեր՝ ածխաջրեր, ճարպեր, սպիտակուցներ։[5]

Բջիջների մեծ մասը որպես էներգիայի աղբյուր առաջին հերթին օգտագործում են ածխաջրերը։ Օրինակ՝ կաթնասուննների գլխուղեղի բջիջների համար էներգիայի աղբյուր է գլյուկոզը։ Պոլիսախարիդները ներգրավվում են կատաբոլիզմի ռեակցիաներում նախապես հիդրոլիզվելով մինչև մոնոսախարիդների։

Ճարպերը նախապես ճեղքվում են գլիցերինի և ճարպաթթուների և որպես էներգիայի աղբյուր սկսվում են օգտագործվել, գլխավորապես այն ժամանակ, երբ վերջանում են ածխաջրերը։ Սակայն կան բջիջներ, որոնք գերադասում են որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործել ճարպաթթուները։[6]

Սպիտակուցները նախապես ճեղքվում են ամինաթթուների և որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործվում,եթե վերջացել են բջջում աշծաջրերը և ճարպերը,քանի որ սպիտակուցները բջջում իրականացնում են այլ շատ կարևոր ֆունկցիաներ։ Սպիտակուցները որպես էներգիայի աղբյուր կարող են օգտագործվել միայն երկար սովահարության պայմաններում։

Բջջում գլյուկոզի ճեղքումը (որի հետևանքով կատարվում է ԱԵՖ-ի սինթեզը) տեղի է ունենում իրար հաջորդող երկու փուլով։ Առաջինը կոչվում է գլիկոլիզ կամ անթթվածին ճեղքում։ Երկրորդ փուլն անվանում են շնչառություն կամ թթվածնային ճեղքում։

Գլիկոլիզ (անթթվածին ճեղքում)[խմբագրել]

Գլյուկոզի անթթվածին ճեղքումը կոչվում է գլիկոլիզ, որն ընդհանուր է ինչպես անաէրոբ, այնպես էլ աէրոբ ճեղքավորումների համար։ Դիտարկենք գլյուկոզի անթթվածին ճեղքման գումարային հավասարումը.

C6H12O6 + 2ԱԿՖ + 2H3PO4C3H6O3 + 2ԱԵՖ + 2H2Օ

Գլիկոլիզի արդյունքում մեկ մոլեկուլ գլյուկոզից առաջանում են երկու մոլեկուլ պիրոխաղողաթթու և ջրածնի չորս ատոմ։ Անջատված էներգիայի հաշվին սինթեզվում են երկու մոլեկուլ ԱԵՖ։ Ջրածինների (նաև էլեկտրոնների) համար որպես ակցեպտոր հանդես է գալիս ՆԱԴ+-ը (նիկոտինամիդադենինդինուկլեոտիդը),որն,իրեն միացնելով ջրածինները, վերականգնվում է՝ ՆԱԴ •H + H+ (ՆԱԴ•H2)։ Գլիկոլիզը էուկարիոտ բջիջներում տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում,և այդ գործընթացի իրականացման համար անհրաժեշտ չէ թթվածնի առկայությունը։

Գլյուկոզի մինչև պիրոխաղողաթթու ճեղքման գումարային հավասարումը կարելի է ներկայացնել հետևյալ տեսքով.

C6H12O6 + 2 ՆԱԴ+ + 2ԱԿՖ + 2H3PO4→CH3COCOOH+2ՆԱԴ•H2+2ԱԵՖ+2H2O

Գլիկոլիզի գումարային հավասարումը գործընթացի մեխանիզմի մասին պատկերացում չի տալիս։ Իրականում, գլիկոլիզը բազմաստիճան բարդ պրոցես է։ Այն իրար հաջորդող 10 ռեակցիաների ամբողջություն է։ Յուրաքանչյուր ռեակցիա կատալիզվում է հատուկ ֆերմենտով։ Յուրաքանչյուր ռեակցիայի հետևանքով փոքր քանակությամբ էներգիա է անջատվում, իսկ գումարում կազմում է 150 կՋ/մոլ։ Այդ էներգիայի մի մասը (60 %), որպես ջերմային էներգիա, ցրվում է, իսկ մյուս մասը (40 %) պահպանվում է ԱԵՖ-ի ձևով։

Գլիկոլիզի պրոցեսը կարելի է բաժանել երկու փուլի. առաջին փուլի ընթացքում գլյուկոզի փոխարկումների արդյունքում ծախսվում է երկու մոլ ԱԵՖ, իսկ հետագա ճեղքավորման արդյունքում սինթեզվում է չորս մոլեկուլ ԱԵՖ, այսինքն գլիկոլիզի մաքուր ելքը կազմում է երկու մոլեկուլ ԱԵՖ։ Պիրոխաղողաթթվի վերջնական ճակատագիրը կախված է բջջում թթվածնի առկայությունից և քանակից։

Որոշ օրգանիզմներ ԱԵՖ-ի սինթեզը կարող են իրականացնել՝ օգտագործելով միայն անթթվածին ճեղքումը։ Այդ դեպքում միջավայրում կուտակվում է որևէ օրգանական վերջնանյութ։ Դրանք խմորման պրոցեսներն են,որոնց թվում կամ նաև գերակշռող վերջնանյութով գործընթացներ։ Եթե գերակշռող վերջնանյութն էթիլ սպիրտն է,ապա պրոցեսը կոչվում է սպիրտային խմորում,եթե կաթնաթթուն է՝ կաթնաթթվային խմորում, եթե քացախաթթուն է՝ քացախաթթվային խմորում և այլն։ Խմորման տարբեր տիպերը բնորոշ են տարբեր օրգանիզմներին։

Խմորման տարբեր գործընթացները հիմնականում նման են և տարբերվում են վերջին փուլերով։ Կաթնաթթվային խմորման դեպքում առաջացած պիրոխաղողաթթուն ֆերմենտների ազդեցության տակ վերածվում է կաթնաթթվի։ Նույնը տեղի է ունենում մկաններում թթվածնի պակասի հետևանքով.

CH3COCOOH+2ՆԱԴ•H2→ CH3CH(OH)COOH + ՆԱԴ+

Կաթնաթթվային խմորման գումարային հավասարումն է.

C6H12O6+2ԱԿՖ+2H3PO4→2C3H6O3+2H2O

Խմորման այս տեսակն է ընկած կաթի թթվեցման, կաթից՝ մածուն, հում սերից՝ թթվասեր ստանալու և այլ պրոցեսների հիմքում։ Կաթնաթթուն կարող է կուտակվել նաև աէրոբ օրգանիզմներում թթվածնի պակասի հետևանքով։

Սպիրտային խմորման դեպքում,որը բնորոշ է որոշ բակտերիաներին և խմորասնկերին (դրոժներին, առաջանում են էթիլ սպիրտ և ածխաթթու գազ։

Անջատված էներգիայի քանակը կազմում է 210 կՋ/մոլ։

C6H12O6+2ԱԿՖ+2H3PO4→2C2H5OH+2CO2+2ԱԵՖ+2H2O

Սպիրտային խմորման վրա են հիմնված գինու, գարեջրի, կվասի, հացաթխման և այլ արտադրությունները։

Բջջային շնչառություն[խմբագրել]

Գլիկոլիզի ավարտին հաջորդում է երկրորդ փուլը՝ բջջային շնչառությունը կամ թթվածնային ճեղքումը։ Թթվածնային գործընթացին, բացի սուբստրատից, մասնակցում են բազմաթիվ ֆերմենտներ, փոխադրիչ մոլեկուլներ, ջուր և մոլեկուլային թթվածին։ Թթվածնային ճեղքման բնականոն ընթացքի հիմնական պայմանը՝ միտոքոնդրիումների չվնասված թաղանթներն են։

Գլիկոլիզի վերջնական արդյունքը՝ կաթնաթթուն, թափանցում է միտոքոնդրիումի մեջ, որտեղ լրիվ քայքայվում է.

C3H6O6+3H2O→3CO+12H

Առաջացած ածխածնի (IV) օքսիդն ազատ անցնում է միտոքոնդրիումի թաղանթով և հեռանում է շրջապատող միջավայր։ Ջրածնի ատոմները վերցվում են փոխադրիչ մոլեկուլների կողմից և տեղափոխում են միտոքոնդրիումների ներքին թաղանթի վրա, որտեղ օքսիդանում են, այսինքն էլեկտրոն են կորցնում.

H2-2e→2H+

Էլեկտրոնները և ջրածնի իոնները (H+) փոխադրիչ-մոլեկուլների կողմից տեղափոխում են թաղանթի հակադիր կողմեր.էլեկտրոնները՝ թաղանթի ներքին կողմը,իսկ ջրածնի իոնները՝ թաղանթի արտաքին կողմը։[7]. Вместе с тем, частота дыхания может претерпевать значительные колебания (от 10 до 18 за минуту)[7]. У детей частота дыхания составляет 20-30 дыхательных движений в минуту; у грудных детей — 30-40; у новорождённых — 40-60[7].

Միտոքոնդրիումների չվնասված թաղանթն իոնների համար անթափանցել է։ Դրա հետևանքով թաղանթի արտաքին կողմում կուտակվում են դրական լիցքավորված մասնիկներ (H+)։ Եվ այսպես թաղանթը դրսից լիցքավորվում է դրական լիցքով։ Իոնների կոնցենտրացիայի մեծացման հետևանքով այդ հատվածը արտաքին կողմում ձեռք է բերում դրական լիցքավորում։

Թաղանթի ներքին մակերեսի վրա էլեկտրոնները ջրածնի իոնների հետ միասին փոխազդում են թթվածնի մոլեկուլի հետ.

Օ2+4e+4H+→2H2O

Մոլեկուլային թթվածինը դիֆուզիայի ճանապարհով անցնում է միտոքոնդրիումների մեջ շրջապատող միջավայրից,իսկ H+ իոնները մատակարարվում են ջրից.

H2ՕH++ OH-

Դրա արդյունքում թաղանթի ներքին կողմում H+ իոնների կոնցենտրացիան փոքրանում է,և,հետևաբար, OH- իոնների խտությունը մեծանում։ Թաղանթի այդ կողմը ձեռք է բերում հիմնայնություն և դառնում է էլեկտրաբացասական։

Թաղանթի երկու կողմում հակառակ լիցքեր ունեցող մասնիկների կոնցենտրացիաների մեծացմանը զուգընթաց աճում է նաև նրանց միջև էլեկտրական պոտենցիալների տարբերությունը։

Հաստատված է,որ այդ թաղանթի որոշ հատվածներում ներառված են ԱԵՖ-ի մոլեկուլը սինթեզող ֆերմենտներ (ԱԵՖ-սինթետազ)։ Ֆերմենտի մոլեկուլում կա անցքուղի, որի միջով կարող են անցնել ջրածնի իոնները (H+)։ Սակայն դա տեղի չի ունենում այն դեպքում, երբ թաղանթի վրա ջրածնի իոնների տարբեր կոնցենտրացիաներով պայմանավորված պոտենցիալների տարբերությունը (պրոտոնային պոտենցիալներ) հասնում է որոշ սահմանային (կրիտիկական) մակարդակը (մոտավորապես 200 մվ) այս արժեքին հասնելուն պես դրական լիցքավորված մասնիկները էլեկտրական դաշտի ուժի հաշվին անցքուղով հրվում են ԱԵՖ-սինթետազ ֆերմենտի մոլեկուլի մեջ և անցնում թաղանթի ներքին մասը՝ դրանով իսկ վերականգնվելով մոլեկուլային թթվածնի վերականգման ռեակցիայում ծախսված H+ իոնները։

ԱԵՖ-սինթետազ ֆերմենտի անցքուղով ջրածնի իոնի (H+) անցման հաշվին տեղի է ունենում ԱԿՖ-ից և ֆոսֆորական թթվից ԱԵՖ-ի սինթեզ։

Թթվածնային ճեղքման շատ ռեակցիաներ (ջրածնի ատոմների օքսիդացում, էլեկտրոնների փոխադրում, թթվածնի վերականգնում և այլն) ուղեկցվում են էներգիայի ազատմամբ։ Գումարային արդյունքում յուրաքանչյուր 2 մոլեկուլ կաթնաթթվից լրիվ ճեղքումից անջատվում է 2800 կՋ էներգիա։ Այդ էներգիայի մոտ կեսը կուտակվում է ԱԵՖ-ի ձևով, իսկ մնացածը ցրվում է որպես ջերմություն։

Կաթնաթթվի թթվածնային ճեղքումը ներկայացվում է հետևյալ հավասարումով.

2C3H6O3+6O2+36ԱԿՖ+36H3PO4→36ԱԵՖ+6CO2+42H2O

Գումարելով անթթվածին և թթվածնային գործընթացների հավասարումները՝ կստանանք գլյուկոզի մոլեկուլի լրիվ ճեղքման հավասարումը.

C6H12O6+6O2+38ԱԿՖ+38H3PO4→38ԱԵՖ+6CO2+44H2O

Գլյուկոզի լրիվ ճեղքման գումարային հավասարումը պրոկարիոտ օրգանիզմներում կլինի.

C6H12O6+6O2+26H3PO4+26ԱԿՖ→6CO2+26ԱԵՖ+32H2O

Անթթվածին և թթվածին ճեղքման պրոցեսների հիման վրա կարելի է հանգել որոշ եզրակացությունների.

1.ԱԵՖ-ի սինթեզը գլիկոլիզի ընթացքում թաղանթի առկայության կարիք չի զգում։ Այն ընթանում է նաև փորձանոթում, եթե առկա են բոլոր անհրաժեշտ նյութերը և ֆերմենտները։ Թթվածնային ճեղքման իրականացման համար անհրաժեշտ է միտոքոնդրիումների չվնասված ներքին թաղանթ, քանի որ որոշիչ դերն են խաղում նրանում ընթացող էլեկտրական երևույթները։

2.Բջջում մեկ մոլեկուլ գլյուկոզի ճեղքումը մինչև ածխաթթու գազ և ջուր՝ ապահովում է 38 մոլեկուլ ԱԵՖ-ի սինթեզ, որից 2 մոլեկուլը սինթեզվում է անթթվածին փուլում,իսկ 36 մոլեկուլը՝ թթվածնային։ Վերջին տարիներին պարզաբանվել է,որ միտոքոնդրիումներում գլյուկոզի թթվածնային ճեղքման փուլում առավելագույնս սինթեզվում է ԱԵՖ-ի 30 (ոչ թե 36) մոլեկուլ, ու հետևաբար բջջում գլյուկոզի լրիվ ճեղքումը զուգորդվում է 32 մոլեկուլ ԱԵՖ-ի սինթեզի հետ։ Այսպիսով թթվածնային գործընթացը համարյա 20 անգամ ավելի արդյունավետ է, քան անթթվածինը։

3.Նորածին երեխաների, կենդանիների մերկ ծնված ձագերի,ձմեռային քուն մտած կենդանիների մեջքի մասում կա գորշ գույնի ճարպ։ Նրա բջիջներում շատ միտոքոնդրիումներ կան, որոնց թաղանթը ներթափանցված է ծակոտիներով։ Դրանցով ազատորեն անցնում են ջրածնի իոնները։

Ֆոտոսինթեզ[խմբագրել]

Բույսերի բջիջներում,որոնցում քլորոֆիլ է պարունակվում, տեղի են ունենում կենդանի աշխարհի համար վիթխարի նշանակություն ունեցող ուրույն գործընթացներ։ Բուսական բջիջներն ընդունակ են օրգանական նյութեր սինթեզելու պարզ անօրգանական միացություններից՝ դրա համար օգտագործելով Արեգակի ճառագայթային էներգիան։ Արեգակնային (լուսային) ճառագայթման հաշվին կատարվող օրգանական միացությունների սինթեզը կոչվում է ֆոտոսինթեզ։

Ֆոտոսինթեզն արտահայտվում է հետևյալ գումարային հավասարումով.

6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2

Այս գործընթացում էներգիայով աղքատ նյութերից՝ ածխածնի (IV) օքսիդից և ջրից առաջանում է էներգիայով հարուստ ածխաջուր (գլյուկոզ,C6H12O6)։ Ֆոտոսինթեզի հետևանքով առաջանում է նաև մոլեկուլային թթվածին։ Ֆոտոսինթեզը բաժանվում է երկու փուլի՝ լուսային և մթնային։ Լուսային փուլը ընթանում է միայն լույսի առկայության պայմաններում, իսկ մթնային փուլը կարող է իրականանալ ինչպես լուսային,այնպես էլ մթնային պայմաններում։ Ֆոտոսինթեզի պրոցեսում կարևոր նշանակություն ունեն ֆոտոսինթեզող գունակի՝ քլորոֆիլի դերը։ Գունակները ներդրված են քլորոպլաստի գրանների մեջ և շրջապատված են սպիտակուցները,լիպիդների և այլ նյութերի մոլեկուլներով։ Քլորոֆիլն իր կառուցվածքով նման է հեմոգլոբինում պարունակվող հեմին, բայց այն տարբերությամբ,որ հեմում պարունակվում է երկաթ, իսկ քլորոֆիլում մագնեզիում։ Քլորոֆիլը հիմնականում կլանում է կարմիր և կապտամանուշակագույն լույսը,իսկ կանաչն անդրադարձնում է, որի պատճառով բույսերը հիմնականում կանաչ գույն ունեն,իհարկե, եթե դրան չեն խանգարում այլ գունակներ։

Ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը[խմբագրել]

Ֆոտոսինթեզը բարդ, բազմաստիճան գործընթաց է։ Նրա մեջ կենտրոնական դերը պատկանում է քլորոֆիլին՝ կանաչ գույնի օրգանական նյութին, որի միջոցով արեգակնային ճառագայթման էներգիան փոխակերպվում է քիմիական կապի էներգիայի։

Ֆոտոսինթեզը սկսվում է՝ քլորոպլաստը տեսանելի լույսով լուսավորվելով։ Ֆոտոնը, ընկնելով քլորոֆիլի մոլեկուլի վրա, գրգռում է նրան. մոլեկուլի էլեկտրոններն անցնում են բարձր մակարդակի, այսինքն՝ միջուկից ավելի հեռու գտնվող ուղեծրի վրա։ Դրա շնորհիվ հեշտանում է էլեկտրոնների անջատումը մոլեկուլներից։ Գրգռված էլեկտրոններից մեկն անցնում է փոխադրիչ մոլեկուլի վրա,որը նրան տանում և տեղափոխում է թաղանթի մյուս կողմը։ Քլորոֆիլի մոլեկուլը վերականգնում է էլեկտրոնի կորուստը՝ այն վերցնելով ջրի մոլեկուլից։ Էլեկտրոնների կորցնելու հետևանքով ջրի մոլեկուլներն ենթարկվում են ֆոտոլիզի.

2H2O→4H++4e+O2

Թթվածնի ատոմներից առաջանում է մոլեկուլային թթվածին, որն անցնում է թաղանթով դիֆուզիայի եղանակով և արտամղվում մթնոլորտ։ Ջրածնի իոնները (H+) թաղանթով դիֆուզվել չեն կարող, հետևաբար կուտակվում են նիստերում (գրաններում)։ Այսպիսով, թաղանթի մի կողմում հավաքվում են դրական լիցքավորված պրոտոնները, իսկ մյուս կողմում՝ բացասական լիցքով լիցքավորված մասնիկները։

Թաղանթի երկու կողմում հակադիր լիցքերով լիցքավորված մասնիկների կուտակմանը զուգընթաց աճում է ջրածնի իոնների տարբեր կոնցենտրացիաներով պայմանավորված պոտենցիալների տարբերությունը (պրոտոնային պոտենցիալ)։ Ինչպես միտոքոնդրիումների, այնպես էլ նիստերի թաղանթներում դասավորված են ԱԵՖ սինթեզող ֆերմենտի մոլեկուլները (ԱԵՖ սինթետազ)։ ԱԵՖ սինթետազի ներսում կան անցքուղի, որի միջով կարող են անցնել պրոտոններ։ Երբ պրոտոնային պոտենցիալի մեծությունը հասնում է կրիտիկական մակարդակի, էլեկտրական դաշտի ուժը խողովակից պրոտոնները ծախսվում է ԱԵՖ-ի սինթեզի վրա։ Առաջացած ԱԵՖ-ն ուղղվում է քլորոպլաստի այն մասերը, որտեղ ածխաջրերի սինթեզ է տեղի ունենում։

Թաղանթի մյուս կողմում գտնվող ջրածնի իոնները հանդիպում են փոխադրիչ-մոլեկուլների միջոցով բերված էլեկտրոնների։ Պրոտոնները փոխարկվում են ջրածնի ատոմի,որոնք շարժվում են դեպի քլորոպլաստի այն մասը,որտեղ տեղի է ունենում ածխաջրերի սինթեզը։

Այսպիսով,արեգակնային ճառագայթման էներգիան առաջացնում է երեք պրոցես՝ ջրի քայքայման հետևանքով մոլեկուլային թթվածնի առաջացում, ԱԵՖ-ի սինթեզ,ատոմային ջրածնի առաջացում։ Այս 3 գործընթացներն ընթանում են լույսի առկայության պայմաններում և կազմում ֆոտոսինթեզի լուսային փուլը։

Ֆոտոսինթեզի մթնային փուլը[խմբագրել]

Ֆոտոսինթեզի հետագա ռեակցիաները կապված են ածխաջրերի առաջացման հետ։ Այս ռեակցիաներն ընթանում են ինչպես լույսի տակ, այնպես էլ մթության մեջ (եթե առկա են ԱԵՖ և H) և կոչվում են մթնային փուլի ռեակցիաներ։ Ֆոտոսինթեզի մթնային փուլը կազմված է մի շարք հաջորդական ֆերմենտային ռեակցիաներից։ Այդ ռեակցիաների հետևանքով ածխածնի (IV) օքսիդից և ջրածնից առաջանում են ածխաջրեր։ Մթնային ռեակցիաների համար անընդհատ ելանյութեր են թափանցում լուսային փուլից։ Ածխածնի օքսիդը թափանցում է շրջապատող մթնոլորտից և ֆիքսվում հատուկ ֆերմենտի ռիբուլոզաբիֆոսֆատ-կարբօքսիլազի միջոցով, որի արդյունքում առաջանում է վեցածխածնային միացություն։ Ռիբուլոզաբիֆոսֆատ-կարբօքսիլազ ֆերմենտը մեծ քանակությամբ գտնվում է քլորոպլաստների պարունակության մեջ՝ ստրոմայում։ Այն բնության մեջ ամենաշատ տարածված ֆերմենտներից է։ Ջրածինն առաջանում է ֆոտոսինթեզի լուսային փուլում ջրի ֆոտոլիզի հետևանքով։ Էներգիայի աղբյուր է ԱԵՖ-ը, որը սինթեզվում է ֆոտոսինթեզի լուսային փուլում։ Այս բոլոր նյութերի շնորհիվ քլորոպլաստներում իրականանում է ածխաջրերի սինթեզը։

6CO2+24H→C6H12O6+6H2O

Առաջացած գլյուկոզից կարող են սինթեզվել այլ ածխաջրեր։ Կարևոր ածխաջրերից են սախարոզը և օսլան։ Տերևներից ածխաջրերը կարող են լուբով փոխադրվել հիմնականում դիսախարիդ սախարոզի ձևով, իսկ պահեստավորվում են հիմնականում պոլիսախարիդ օսլայի ձևով։ Բուսական բջիջները կարող են սինթեզել իրենց անհրաժեշտ բոլոր նյութերը։ Սինթեզի համար անհրաժեշտ ազոտը, ֆոսֆորը, ծծումբը և այլ տարրեր բույսերը ստանում են հողից արմատների միջոցով։

Ֆոտոսինթեզի վրա ազդող գործոններ[խմբագրել]

Գյուղատնտեսական մշակաբույսերի բերքատվության համար կարևոր նշանակություն ունեն ֆոտոսինթեզի արագությունը, որը կախված է բազմաթիվ գործոններից։ Լուսավորվածությունը, ածխաթթու գազի կոնցենտրացիան և ջերմաստիճանը այն գլխավոր գործոններից են, որոնցից կախված է ֆոտոսինթեզի արագությունը։

Լույսի ազդեցության գնահատման համար կարևոր են լույսի ուժգնությունը (ինտեսիվությունը),որակը (սպեկտրային կազմը) և ազդելու ժամանակամիջոցը։ Մթնային փուլի ռեակցիաների իրականացման համար անհրաժեշտ են ԱԵՖ և ջրածին, որոնք ստացվում են լույսի ազդեցության տակ։ Ցածր լուսավորվածության պայմաններում այս նյութերի սինթեզի արագությունը պակասում է, որից դանդաղում են նաև մթնային փուլի ռեակցիաները։ Լուսավորվածության ավելացման զուգընթաց, ֆոտոսինթեզի արագությունն սկզբնական շրջանում է ուղիղ համեմատական կարգով,սակայն հետագա գործընթացը դանդաղում է և գալիս է մի պահ, երբ լուսավորվածության ավելացումը չի մեծացնում ֆոտոսինթեզի արագությունը։ Լույսի շատ բարձր ինտեսիվության պայմաններում, երբեմն քլորոֆիլը սկսվում է գունազրկվել, որը դանդաղեցնում է ֆոտոսինթեզը։

Հիմնականում ածխաթթու գազի կոնցենտրացիայի նվազումն է դանդաղեցնում ֆոտոսինթեզը։ Դրա ավելացումը էապես արագացնում է ֆոտոսինթեզը, ինչը կիրառվում է ջերմոցային տնտեսություններում որոշ բույսերի աճեցման ժամանակ։

Ջերմաստիճանը, ջուրը, քլորոֆիլի քանակը նույնպես ազդում են ֆոտոսինթեզի արագության վրա։ Թթվածնի բարձր կոնցենտրացիան ֆոտոսինթեզի պրոցեսի վրա ունի ճնշող ազդեցություն, որովհետև պարզ է, որ թթվածինը մրցակցում է ածխաթթու գազի է հետ ռիբուլոզաբիֆոսֆատ-կարբօսիլազ ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնի համար, որը իջեցնում է ֆոտոսինթեզի գումարային ինտեսիվությունը։ Ֆոտոսինթեզի վրա բացասաբար են ազդում նաև շրջապատող միջավայրի աղտոտվածության աստիճանը, հատկապես արդյունաբերական ծագում ունեցող տարբեր գազերը։

Ֆոտոսինթեզի նշանակությունը բնության համար[խմբագրել]

Ֆոտոսինթեզի ժամանակ ածխաթթու գազը յուրացման ընթացքում լույսի և քլորոֆիլի դերի ուսումնասիրության մեջ մեծ ավանդ է ներդրել ռուս խոշորագույն գիտնական Կ.Ա. Տիմիրյաձևը։ Նա ֆոտոսինթեզի մասին գրել է այսպես. «դա մի գործընթաց է,որից ի վերջո կախված են կյանքի բոլոր դրսևորումները մեր մոլորակի վրա»։ Այդ կարծիքը միանգամայն հիմնավորված է,որովհետև ֆոտոսինթեզը Երկրի վրա ոչ միայն օրգանական միացությունների, այլև ազատ թթվածնի հիմնական մատակարարն է։

Ֆոտոսինթեզն ունի համամոլորակային նշանակություն, քանի որ արեգակնային էներգիան վերափոխվում է քիմիական կապի էներգիայի, առաջանում են օրգանական միացություններ,որոնք օգտագործվում են ինչպես ավտոտրոֆ, այնպես էլ հետերոտրոֆ օրգանիզմների կողմից։ Ֆոտոսինթեզի շնորհիվ պահպանվում է Երկրի մթնոլորտի որոշակի բադադրությունը։ Ֆոտոսինթեզի արդյունքում առաջանում է մոլեկուլային թթվածին, որն անհրաժեշտ է բոլոր աէրոբ օրգանիզմների համար։ Բացի դրանից առաջացած մոլեկուլային թթվածնի հետ է կապված նաև օզոնային էկրանի գոյությունը, որը պաշտպանում է բոլոր երկրային կենդանի օրգանիզմները մահացու ուլտրամանուշակագույն ճառագայթներից։

Կարևոր է նաև ածխաթթու գազի կլանումը ֆոտոսինթեզի գործընթացում, որի արդյունքում նվազում է նրա քանակը մթնոլորտում, և ածխածինը անօրգանական նյութից անցնում է օրգանական նյութի բաղադրության մեջ, ինչը կաևոր դեր ունի ածխածնի շրջապտույտում։

Երկրի բուսականությունը տարեկան կապում է 75 • 109 տ ածխածին։ Բացի այդ,բույսերը սինթեզի մեջ ներառում են միլիարդավոր տոննաներով ազատ ֆոսֆոր, ծծումբ, կալցիում, մագնեզիում, կալիում և այլ տարրեր։ Որպես արդյունք տարեկան սինթեզվում է մոտավորապես 15 • 1010 տ օրգանական նյութ։

Չնայած վիթխարի մասշտաբներին՝ ֆոտոսինթեզը դանդաղ և քիչ արդյունավետ գործընթաց է. կանաչ տերևը ֆոտոսինթեզի համար օգտագործում է իր վրա ընկած արեգակնային էներգիայի ընդամենը 1 %-ը։ Ֆոտոսինթեզի արդյունավետությունը 1 ժամում կազմում է, մոտավորապես, 1 գ օրգանական նյութ 1 մ2 տերևային մակերեսի վրա։ Այսպիսով, ամռանը մեկ օրում 1 մ2 տերևային մակերեսը սինթեզում է 15-16 գ օրգանական նյութ։ Ֆոտոսինթեզի արդյունավետությունը կարելի է բարձրացնել՝ մեծացնելով ածխածնի (IV) օքսիդի պարունակությունը մթնոլորտում, բարելավելով լուսավորվածությունը, ջրամատակարարումը և այլն։ Անհրաժեշտ է նաև հիշել, որ բուսական բջիջները, ինչպես և այլ բջիջները, մշտապես շնչում են, այսինքն կլանում են թթվածին և անջատում ածխածնի (IV) օքսիդ։ Ցերեկը, շնչառության հետ միասին, բուսական բջիջները լուսային էներգիան փոխարկում են քիմիական էներգիայի և օրգանական նյութեր են սինթեզում։ Այդ ընթացքում, որպես ռեակցիայի կողմնակի նյութ, անջատվում է մոլեկուլային թթվածին։ Ֆոտոսինթեզի ընթացքում բուսական բջջի կողմից արտադրված թթվածնի քանակը 20-30 անգամ ավելին է, այդ նույն ընթացքում շնչառության համար կլանվող թթվածնի քանակից։

Ֆոտոսինթեզի առանձնահատկությունները նախակորիզավոր բջիջներում[խմբագրել]

Ամենայն հավանականությամբ, ֆոտոսինթեզն առաջին անգամ ի հայտ է եկել պրոկարիոտ բջիջներում, այդ պատճառով, այն առանձնակի հետաքրքրություն է ներկայացնում։ Նախակորիզավոր օրգանիզմներից ֆոտոսինթեզի ընդունակ են կապտականաչ ջրիմուռները և որոշ բակտերիաներ։

Բակտերիաներում ընթացող ֆոտոսինթեզն որոշակիորեն տարբերվում է բույսերում ընթացող ֆոտոսինթեզի գործընթացից։ Նախ բակտերիաներում բացակայում են քլորոպլաստները, և քլորոֆիլի փոխարեն հանդիպում է բակտերիաքլորոֆիլը և այլ ֆոտոսինթեզի գունակներ։ Այդ գունակները, ավելի հաճախ կապված են լինում պլազմային թաղանթին։ Բացի դրանից,բակտերիաները որպես ջրածնի դոնոր կարող են օգտագործել մոլեկուլային ջրածինը,ծծմբաջրածինը,նաև որոշ օրգանական միացություններ,ուստի բակտերիաների ֆոտոսինթեզի դեպքում թթվածին չի անջատվում։ Օրինակ՝ որոշ ծծմբակտերիաների ֆոտոսինթեզի արդյունքում միջավայրում ծծումբ է կուտակվում։ Որոշ բակտերիաներ ֆոտոսինթեզն իրականացնում են աէրոբ, իսկ մյուսներն՝ անաէրոբ պայմաններում։ Ֆոտոսինթեզող բակտերիաների գերակշռող մեծամասնությունը կարողանում է նաև ֆիքսել մոլեկուլային ազոտը։ Կապտականաչ ջրիմուռներում նույնպես բացակայում են քլորոպլաստները, բայց դրանք պարունակում են քլորոֆիլ և որպես ջրածնի աղբյուր օգտագործում են ջուրը, այդ պատճառով դրանց ֆոտոսինթեզն ուղեկցվում է թթվածնի անջատումով։

Քեմոսինթեզ[խմբագրել]

Անօրգանական նյութերից օրգանական նյութեր սինթեզելու ընդունակություն ունեն նաև բակտերիաների որոշ տեսակներ։ Այն եղանակը, որի շնորհիվ դրանք էներգիա են կուտակում սինթեզի ռեակցիաների համար, սկզբունքորեն այլ է բուսական բջիջների համեմատությամբ։ Փոխանակության այս տիպը հայտնաբերել է ռուս գիտնական,մանրէաբան Ա.Ն. Վինոգրադսկին։ Այդ բակտերիաներն օժտված են հատուկ ֆերմենտային ապարատով,որը նրանց հնարավորություն է տալիս օրգանական միացություններ։ Այս գործընթացը կոչվում է քեմոսինթեզ։ Էներգիա կարող է անջատվել ջրածնի, ծծմբաջրածնի, ծծմբի, երկաթի (II),ամոնիակի, նիտրիտի և այլ անօրգանական միացությունների օքսիդացումից։

Կարևոր քեմոսինթեզողներից են նիտրիֆիկացնող բակտերիաները։ Դրանից մի տեսակի համար էներգիայի աղբյուրն ամոնիակի օքսիդացումն է ազոտային թթվի, իսկ նիտրիֆիկացնող բակտերիաների մյուս խումբն օգտագործում է ազոտային թթուն ազոտականի օքսիդացնելու ժամանակ անջատվող էներգիան։

NH3→NO2-+էներգիա

NO2-→NO3-+էներգիա

Ամոնիակը (ամոնիում իոնը), որը կարող է առաջանալ ինչպես ազոտֆիքսացիայի, այնպես էլ օրգանական նյութերի հանքայնացման արդյունքում, թթվածնի առկայության պայմաններում, հողում արագ ենթարկվում է օքսիդացման։ Կատիոնի փոխարկումն անիոնի բերում է հողի թթվայնության մեծացմանը, դրանով իսկ մեծացնելով հանքային աղերի լուծելիությունը։

Ավտոտրոֆ քեմոսինթեզողներ են նաև երկաթաբակտերիաները և ծծմբակատերիաները։ Դրանցից առաջիններն օգտագործում են երկվալենտ երկաթն, եռավալենտ երկաթի փոխարկվելուց անջատվող էներգիան, երկրորդներն՝ օրինակ,անգույն ծծմբակտերիաները, ծծումբը օքսիդացնում են մինչև ծծմբական թթու.

Fe2+→Fe3++էներգիա

S→SO4-+էներգիա

Երկաթ և ծծումբ օքսիդացնող որոշ բակտերիաներ օգտագործվում են աղքատ հանքաքարերից տարբեր մետաղների՝ պղնձի, ցինկի, նիկելի, մոլիբդենի, ուրանի և այլ մետաղների կորզման համար։ Ներկայումս այդ մեթոդը լայն կիրառություն ունի հանքարդյունաբերության բնագավառում։

Բոլոր քննարկված բակտերիաներն աէրոբ օրգանիզմներ են։ Քեմոսինթեզողների դերը շատ մեծ է։ Դրանք կարևոր նշանակություն ունեն նյութերի և տարրերի շրջապտույտում։

Սպիտակուցների փոխանակություն[խմբագրել]

Սպիտակուցներն ամինաթթուներից կազմված, ազոտ պարունակող բարդ միացություններ են, որոնք բջջի կառուցվածքային հիմնական բաղադրամասեր են։Սպիտակուցների հետ են կապված կենսական շատ ֆունկցիաներ, ինչպիսին են թթվածնի փոխադրումը, մկանների կծկումը, հորմոնային կարգավորման իրականացումը, իմունիտետի ապահովումը և ուրիշ։ Բուսական և կենդանական բոլոր սպիտակուցները կազմված են ամինաթթուներից, որոնց քանակը մոտավորապես 20 է։ Ամինաթթուների տարբեր զուգակցումներից առաջանում են տարբեր կառուցվածքի սպիտակուցներ։ Մարսողական խողովակում սննդի բարդ սպիտակուցները մարսողական հյութերի ազդեցությամբ ճեղքվում են և վերածվում ամինաթթուների։ Վերջիններս ներծծվում են բարակ աղիքի թավիկներով և արյան միջոցով հասնում օրգանիզմի բոլոր բջիջներին։ Յուրաքանչյուր բջիջ ամինաթթուներից սինթեզում է իրեն մենահատուկ սպիտակուցները։ Սպիտակուցների կենսասինթեզի անհրաժեշտ պայմանն ամինաթթուների անընդհատ ներմուծումն է օրգանիզմ։

Ածխաջրերի փոխանակություն[խմբագրել]

Ածխաջրերն օրգանիզմի էներգիայի հիմնական աղբյուրն են, մտնում են բջիջների կազմության մեջ։ Ածխաջրերով առավել հարուստ է բուսական ծագում ունեցող սննդամթերքը։ Մարսողական խողովակում բարդ ածխաջրերը ճեղքվում են մինչև գլյուկոզի, որն աղիքի թավիկներից ներծծվում են արյան մեջ, անցնում լյարդ,մկաններ և վերափոխվում կենդանական օսլայի՝ գլիկոգենի։

Երկարատև քաղցի ժամանակ արյան մեջ գլյուկոզի մակարդակի իջեցման դեպքում գլիկոգենը ճեղքվում է և առաջացած գլյուկոզը անցնում է արյունատար հուն։ Ընդհակառակը, արյան մեջ գլյուկոզի ավելցուկի դեպքում այն լյարդում վերափոխվում է գլիկոգենի։ Այսպիսի ինքնակարգավորման շնորհիվ արյան մեջ պահպանվում է գլյուկոզի հաստատուն մակարդակը։

Ճարպերի փոխանակություն[խմբագրել]

Ճարպերն ունեն կառուցողական, ջերմամեկուսիչ նշանակություն,էներգիայի կաևոր աղբյուր են, կատարում են պաշտպանական, մեխանիկական ֆունկցիա։ Սննդի հետ ընդունած ճարպերը մարսողական խողովակում ճեղքվում են, վերածվում ճարպաթթուների և գլիցերինի, որոնցից բարակ աղիքի էպիթելային բջիջներում սինթեզվում են օրգանիզմին մենահատուկ ճարպեր և ներծծվում ավշի մեջ, այնուհետև արյունով փոխադրվում օրգաններ և հյուսվածքներ։ Ճարպերի մեծ մասը կուտակվում է ենթամաշկային բջջանքում, ներքին որոշ օրգանների շուրջը, լյարդում, մկաններում։ Այդ պաշարներն օգտագործվում են սննդի պակասի ժամանակ։

Սննդի մեջ ճարպի պակասի դեպքում խանգարվում է կենտրոնական նյարդային համակարգի և բազմացման օրգանների գործունեությունը, թուլանում օրգանիզմի դիմադրողականությունը զանազան հիվանդությունների նկատմամբ։ Ճարպերի հետ օրգանիզմ են անցնում կենսաբանորեն կարևոր նշանակություն ունեցող ճարպալույծ վիտամիններ (A,D,E)։

Ջրի և հանքային աղերի փոխանակություն[խմբագրել]

Ջուրը և հանքային աղերը սննդանյութեր չեն համարվում, էներգիայի աղբյուր չեն ծառայում, սակայն նրանց մուտքը և ելքը համարվում է օրգանիզմի կենսագործունեության պարտադիր և անհրաժեշտ պայման։

Ջուրը և հանքային աղերը մասնակցում են օրգանիզմի ներքին միջավայրի կազմավորմանը։ Ջուրն արյան, ավշի, հյուսվածքային հեղուկի,մարսողական հյութերի հիմնական բաղադրամասն է։ Բոլոր նյութերի փոխարկումները տեղի են ունենում ջրային միջավայրում։ Ջուրը կազմում է մարմնի զանգվածի 2/3-ը։ Օրգանիզմում ջրի պակասից առաջանում են ծանր խանգարումներ,նունիսկ մահ։ Ջրի օրական պահանջը 1,5-2 լ է, որի մի մասն օրգանիզմն ընդունում է խմելու ջրի, մյուս մասը՝ թեյի և այլ հեղուկների ձևով։ Մարսողական խողովակում ջուրը ներծծվում է արյան մեջ բարակ և հաստ աղիներից։ Արյունից ջուրը սննդանյութերի և աղերի հետ անցնում է հյուսվածքներ, մասնակցում նյութափոխանակության գործընթացներին։ Օրգանիզմից ջուրը հեռանում է երիկամներով, մաշկով,թոքերով և կղանքով։

Օրգանիզմին անհրաժեշտ են նաև հանքային աղեր։ Հանքային «քաղցի» դեպքում չնայած օրգանիզմը ստանում են սննդանյութեր և ջուր, սակայն դիտվում է ախորժակի բացակայություն, հյուծում և մահ։ Աղերի նշանակությունը տարբեր է։Կալցիումի և ֆոսֆորի աղերը մտնում են ոսկրերի բաղադրության մեջ։ Կալցիումը մասնակցում է նաև արյան մակարդմանը, մկանների կծկմանը։ Ֆոսֆորը մտնում է էներգիայիով հարուստ միացությունների, երկաթը՝ հեմոգլոբինի կազմի մեջ։ Սովորաբար սնունդ օրգանիզմի համար պարունակվում է բավարար չափով հանքային աղեր, բացի կերակրի աղից,որի պակասը լրացվում է սննդի խոհարարական մշակման ժամանակ։ Նրա շատ օգտագործումը վնասակար է օրգանիզմի համար։

Օրգանական միացությունների փոխարկումն օրգանիզմում[խմբագրել]

Սննդի մեջ որևէ օրգանական միացության պակասը որոշակիորեն փոխարկվում է մյուսով։ Այսպես, սպիտակուցները կարող են փոխարկվել ճարպերի, իսկ դրանք՝ ածխաջրերի։ Այս գործընթացները կատարվում են հատուկ ֆերմենտների ներգործությամբ։ Միայն սննդի մեջ եղած սպիտակուցների պակասը չի լրացվում, որովհետև դրանք առաջանում են ամինաթթուներից։ Այդ պատճառով օրգանիզմի համար հատկապես վտանգավոր է սպիտակուցային «քաղցը»։

Նյութափոխանակության կարգավորումը[խմբագրել]

Նյութափոխանակությունը կարգավորվում է նյարդային և հումորալ ճանապարհով։

Նյարդային կարգավորումն իրականանում է միջանկյալ ուղեղի, մեծ կիսագնդերի կեղևի միջոցով։ Առանձնապես կարևոր նշանակություն ունի ենթատեսաթումբը, որտեղ տեղակայված են ածխաջրային, սպիտակուցային, ճարպային, ջրա-հանքային փոխանակությունը կարգավորող կենտրոններ։ Ենթատեսաթմբի որոշ կորիզների քայքայման դեպքում առաջանում է ճարպակալում,այլ կորիզների քայքայման դեպքում՝ հյուծում։ Իսկ որոշ կորիզների գրգռման դեպքում բարձրանում է արյան գլյուկոզի մակարդակը, առաջանում է շաքարամիզություն։ Ենթատեսաթմբի որոշ կորիզների վնասման դեպքում կտրուկ ուժեղանում է սպիտակուցների ճեղքումը։

Ենթատեսաթմբում կան հատուկ նյարդաբջիջներ, որոնք զգայուն են ջրի և իոնների խտության փոփոխությունների նկատմամբ։

Հումորալ կարգավորումն իրականանում է վահանագեղձի,ենթաստամոքսային գեղձի,հիպոֆիզի,մակերիկամների, սեռական գեղձերի հորմոններով,որոնք հաստատում են պահում շաքարի, սպիտակուցների, հանքային աղերի, ճարպաթթուների մակարդակը։

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. 1,0 1,1 Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006)։ [http: //www.phschool.com/el_marketing.html Biology: Exploring Life]։ Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall։ ISBN 978-0-13-250882-7։ (անգլերեն)
  2. Knowles JR (1980). «Enzyme-catalyzed phosphoryl transfer reactions (անգլերեն)». Annu. Rev. Biochem. 49: 877–919. doi:10.1146/annurev.bi.49.070180.004305. PMID 6250450. 
  3. «Life History and Ecology of Cyanobacteria»։ University of California Museum of Paleontology։ http://www.ucmp.berkeley.edu/bacteria/cyanolh.html։ Վերցված է 17 July 2012։ 
  4. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006)։ Biology: Exploring Life (անգլերեն)։ Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall։ ISBN 0-13-250882-6։ 
  5. Törnroth-Horsefield S, Neutze R (December 2008). «Opening and closing the metabolite gate (անգլերեն)». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (50): 19565–6. doi:10.1073/pnas.0810654106. PMID 19073922. http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=19073922. 
  6. Rumpho ME, Worful JM, Lee J, et al. (November 2008). «Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica». Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105 (46): 17867–17871. doi:10.1073/pnas.0804968105. PMID 19004808. PMC 2584685. http://www.pnas.org/content/105/46/17867.abstract։ Վերցված է 2008-11-24. 
  7. 7,0 7,1 7,2 Физиология человека. В 3-х т. Т. 2. Пер с англ. / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. — М.։ Мир, 1996. — 313 с.։ ил. — ISBN 5-03-002544-8.
Commons-logo.svg