Miten energia muuttuu solussa? Miten solu saa ja käyttää energiaa?

Luku 4. Monimutkainen solu Kasvitieteilijä on henkilö, joka osaa antaa samoille kasveille samat nimet ja eri nimet eri niille, ja niin, että kaikki ymmärtävät sen”, kirjoitti suuri ruotsalainen taksonomisti Carl Linnaeus ( itse kasvitieteilijä). Tämä määritelmä saattaa yllättää

Luku 2. SOLU-AIHEEET Solun tutkimuksen historia. Soluteoria Solun kemiallinen koostumus Eukaryoottisten ja prokaryoottisten solujen rakenne Perinnöllisen tiedon toteutuminen solussa Virukset Meitä, planeetan asukkaita, ympäröi hämmästyttävä ja salaperäinen maailma,

10. Eukaryoottisolu. Sytoplasma. Organellit Muista! Mitkä ovat soluteorian pääsäännöt? Millaisia ​​solutyyppejä erotetaan geneettisen materiaalin sijainnin mukaan? Mitkä ovat sinulle tuttuja soluelimet. Mitä toimintoja ne suorittavat? § 4 olemme jo

12. Prokaryoottisolu Muista! Mitkä ovat perustavanlaatuiset erot prokaryoottisten ja eukaryoottisten solujen rakenteessa? Mikä on bakteerien rooli luonnossa? Prokaryoottien monimuotoisuus. Prokaryoottien valtakuntaa edustavat pääasiassa bakteerit, vanhimmat

On mahdotonta ymmärtää, kuinka ihmiskeho on järjestetty ja "toimii" ymmärtämättä kuinka aineenvaihdunta solussa etenee. Jokainen elävä solu täytyy tuottaa jatkuvasti energiaa. Hän tarvitsee energiaa tuottaakseen lämpöä ja syntetisoidakseen (luokseen) joitain tärkeitä kemikaalejaan, kuten proteiineja tai perinnöllisiä aineita. Energiaa solun täytyy liikkua. kehon solut, jotka kykenevät tekemään liikkeitä, kutsutaan lihaksiksi. Ne voivat kutistua. Tämä saa liikkeelle käsivartemme, jalkamme, sydämemme ja suolemme. Lopuksi tarvitaan energiaa sähkövirran tuottamiseen: sen ansiosta jotkut kehon osat "kommunikoivat" muiden kanssa. Ja tarjota viestintää niiden välillä ensisijaisesti hermosoluja.

Mistä solut saavat energiansa? Vastaus on: se auttaa heitä ATP. Selitetään. Solut polttavat ravinteita, jolloin vapautuu tietty määrä energiaa. He käyttävät sitä syntetisoimaan erityistä kemikaalia, joka varastoi heidän tarvitsemansa energian. Tätä ainetta kutsutaan adenosiinitrifosfaatti(lyhennettynä ATP). Kun solun sisältämä ATP-molekyyli hajoaa, siihen kertynyt energia vapautuu. Tämän energian ansiosta solu voi tuottaa lämpöä, sähköä, syntetisoida kemikaaleja tai liikkua. Lyhyesti sanottuna, ATP aktivoi solun koko "mekanismin".

Näin ohut sävytetty ympyrä kudosta otettu aivolisäke- herneen kokoinen aivolisäke. Punaisia, keltaisia, sinisiä, violetteja ja lihanvärisiä täpliä ovat solut, joissa on ytimiä. Jokainen aivolisäkkeen solutyyppi erittää yhtä tai useampaa elintärkeää hormonia.

Puhutaan nyt lisää siitä, kuinka solut saavat ATP:tä. Tiedämme jo vastauksen. Solut polttaa ravinteita. He voivat tehdä tämän kahdella tavalla. Ensinnäkin, polta hiilihydraatteja, pääasiassa glukoosia, ilman happea. Tässä tapauksessa muodostuu aine, jota kemistit kutsuvat pyruviinihapoksi, ja itse hiilihydraattien hajoamisprosessia kutsutaan glykolyysiksi. Glykolyysin seurauksena ATP:tä muodostuu liian vähän: yhden glukoosimolekyylin hajoamiseen liittyy vain kahden ATP-molekyylin muodostuminen. Glykolyysi on tehotonta - se on vanhin energianoton muoto. Muista, että elämä sai alkunsa vedestä, eli ympäristöstä, jossa oli hyvin vähän happea.

Toiseksi, kehon solut polttaa palorypälehappoa, rasvoja ja proteiineja hapen läsnäollessa. Kaikki nämä aineet sisältävät hiiltä ja vetyä. Tässä tapauksessa palaminen tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensin solu uuttaa vetyä, sitten alkaa välittömästi hajottaa jäljellä olevaa hiilirunkoa ja vapautuu hiilidioksidista - se vie sen pois solukalvon läpi. Toisessa vaiheessa ravinteista uutettu vety poltetaan (hapetetaan). Muodostuu vettä ja vapautuu suuri määrä energiaa. Soluille riittää, että syntetisoivat monia ATP-molekyylejä (hapetettaessa esimerkiksi kaksi maitohappomolekyyliä, palorypälehapon pelkistymisen tuote, muodostuu 36 ATP-molekyyliä).

Tämä kuvaus vaikuttaa kuivalta ja abstraktilta. Itse asiassa jokainen meistä on nähnyt, kuinka energiantuotantoprosessi tapahtuu. Muistatko avaruussatamien TV-raportteja rakettien laukaisuista? Ne kohoavat johtuen uskomattomasta energiamäärästä, joka vapautuu vedyn hapettumisen aikana, eli kun se poltetaan hapessa.

Tornikorkeat avaruusraketit syöksyvät taivaalle sen valtavan energian vuoksi, joka vapautuu, kun vetyä poltetaan puhtaassa hapessa. Tämä sama energia ylläpitää elämää kehomme soluissa. Vain niissä hapetusreaktio etenee vaiheittain. Lisäksi ensinnäkin solumme luovat solupolttoainetta lämpö- ja liikeenergian sijaan. ATP.

Niiden polttoainesäiliöt on täytetty nestemäisellä vedyllä ja hapella. Kun moottorit käynnistetään, vety alkaa hapettua ja valtava raketti kulkeutuu nopeasti taivaalle. Ehkä se tuntuu uskomattomalta, mutta silti: sama energia, joka vie avaruusraketin ylös, tukee elämää kehomme soluissa.

Ellei kennoissa tapahdu räjähdystä ja niistä ei riko liekkinippua. Hapetus tapahtuu vaiheittain, ja siksi lämpö- ja kineettisen energian sijasta muodostuu ATP-molekyylejä.

Lihavien puiden runsas kasvu,
jotka juurtuvat karuun hiekkaan
hyväksyi omansa, sanoo sen selvästi
rasvaisia ​​arkkia rasvaista rasvaa ilmasta
omaksua...
M. V. Lomonosov

Miten energia varastoituu soluun? Mikä on aineenvaihdunta? Mikä on glykolyysin, käymisen ja soluhengityksen prosessien ydin? Mitä prosesseja tapahtuu fotosynteesin vaaleassa ja pimeässä vaiheessa? Miten energian ja muovin vaihtoprosessit liittyvät toisiinsa? Mikä on kemosynteesi?

Oppitunti-luento

Kyky muuntaa yhden tyyppistä energiaa toiseksi (säteilyenergia kemiallisten sidosten energiaksi, kemiallinen energia mekaaniseksi energiaksi jne.) on yksi elävien olentojen perusominaisuuksista. Tässä tarkastellaan yksityiskohtaisesti, kuinka nämä prosessit toteutuvat elävissä organismeissa.

ATP - PÄÄKANTAJA ENERGIAN SOLUSSA. Solujen elintärkeän toiminnan ilmentymien toteuttamiseen tarvitaan energiaa. Autotrofiset organismit saavat alkuenergiaa auringosta fotosynteesireaktioiden aikana, kun taas heterotrofiset organismit käyttävät energianlähteenä orgaanisia yhdisteitä ruoasta. Solut varastoivat energiaa molekyylien kemiallisiin sidoksiin ATP (adenosiinitrifosfaatti), jotka ovat nukleotidi, joka koostuu kolmesta fosfaattiryhmästä, sokeritähteestä (riboosi) ja typpipitoisesta emäsjäännöksestä (adeniini) (kuva 52).

Riisi. 52. ATP-molekyyli

Fosfaattitähteiden välistä sidosta kutsutaan makroergiseksi, koska sen katketessa vapautuu suuri määrä energiaa. Normaalisti solu erottaa energiaa ATP:stä poistamalla vain terminaalisen fosfaattiryhmän. Tässä tapauksessa muodostuu ADP (adenosiinidifosfaatti), fosforihappoa ja vapautuu 40 kJ / mol:

ATP-molekyylit toimivat solun universaalina energianeuvottelusiruna. Ne kuljetetaan energiaintensiivisen prosessin paikkaan, olipa kyseessä orgaanisten yhdisteiden entsymaattinen synteesi, proteiinien työ - molekyylimoottorit tai kalvonkuljetusproteiinit jne. ATP-molekyylien käänteissynteesi suoritetaan kiinnittämällä fosfaattia ryhmästä ADP:hen energian imeytymisellä. Solu varastoi energiaa ATP:n muodossa reaktioiden aikana energian aineenvaihduntaa. Hän liittyy läheisesti muovinen vaihto jonka aikana solu tuottaa toiminnalleen välttämättömiä orgaanisia yhdisteitä.

aineenvaihdunta ja ENERGIA SOLUSSA (aineenvaihdunta). Aineenvaihdunta - kaikkien muovi- ja energia-aineenvaihdunnan reaktioiden kokonaisuus, jotka liittyvät toisiinsa. Soluissa hiilihydraattien, rasvojen, proteiinien ja nukleiinihappojen synteesi tapahtuu jatkuvasti. Yhdisteiden synteesiin liittyy aina energiankulutus, eli ATP:n välttämätön osallistuminen. ATP:n muodostumisen energialähteet ovat soluun tulevien proteiinien, rasvojen ja hiilihydraattien hapettumisen entsymaattisia reaktioita. Tämä prosessi vapauttaa energiaa, joka varastoituu ATP:hen. Glukoosin hapetuksella on erityinen rooli solujen energia-aineenvaihdunnassa. Glukoosimolekyylit käyvät läpi sarjan peräkkäisiä muutoksia.

Ensimmäinen vaihe ns glykolyysi, tapahtuu solujen sytoplasmassa eikä vaadi happea. Peräkkäisten entsyymejä sisältävien reaktioiden seurauksena glukoosi hajoaa kahdeksi palorypälehappomolekyyliksi. Tällöin kuluu kaksi ATP-molekyyliä ja hapettumisen aikana vapautuva energia riittää neljän ATP-molekyylin muodostamiseen. Tämän seurauksena glykolyysin energian saanto on pieni ja se on kaksi ATP-molekyyliä:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

Anaerobisissa olosuhteissa (hapen puuttuessa) lisämuunnoksia voidaan yhdistää erilaisiin tyyppeihin käyminen.

Kaikki tietävät maitohappokäyminen(maidon hapan), joka johtuu maitohapposienten ja -bakteerien toiminnasta. Se on mekanismiltaan samanlainen kuin glykolyysi, vain lopputuote tässä on maitohappoa. Tämän tyyppistä glukoosin hapettumista tapahtuu happipuutteisissa soluissa, kuten ahkerassa työssä olevissa lihaksissa. Kemialtaan lähellä maito- ja alkoholikäymistä. Erona on, että alkoholikäymisen tuotteet ovat etyylialkoholi ja hiilidioksidi.

Seuraava vaihe, jonka aikana palorypälehappo hapetetaan hiilidioksidiksi ja vedeksi, on nimeltään soluhengitys. Hengitykseen liittyviä reaktioita tapahtuu kasvi- ja eläinsolujen mitokondrioissa ja vain hapen läsnä ollessa. Tämä on sarja kemiallisia muutoksia ennen lopputuotteen - hiilidioksidin - muodostumista. Tämän prosessin eri vaiheissa muodostuu alkuperäisen aineen hapettumisen välituotteita poistamalla vetyatomit. Tässä tapauksessa vapautuu energiaa, joka "säilyttää" ATP:n kemiallisissa sidoksissa ja muodostuu vesimolekyylejä. On selvää, että happea tarvitaan nimenomaan vetyatomien sitomiseen. Tämä kemiallisten muutosten sarja on melko monimutkainen ja tapahtuu mitokondrioiden, entsyymien ja kantajaproteiinien sisäkalvojen osallistuessa.

Soluhengityksen tehokkuus on erittäin korkea. On olemassa 30 ATP-molekyylin synteesi, kaksi muuta molekyyliä muodostuu glykolyysin aikana ja kuusi ATP-molekyyliä - glykolyysituotteiden muuttumisen seurauksena mitokondrioiden kalvoilla. Yhteensä yhden glukoosimolekyylin hapettumisen seurauksena muodostuu 38 ATP-molekyyliä:

C6H12O6 + 6H20 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP

Mitokondrioissa tapahtuu paitsi sokereiden myös proteiinien ja lipidien hapettumisen viimeiset vaiheet. Solut käyttävät näitä aineita pääasiassa silloin, kun hiilihydraattien saanti loppuu. Ensin kulutetaan rasvaa, jonka hapettumisen aikana vapautuu paljon enemmän energiaa kuin samasta määrästä hiilihydraatteja ja proteiineja. Siksi eläinten rasva on tärkein energiaresurssien "strateginen reservi". Kasveissa tärkkelyksellä on energiavarannon rooli. Säilytettynä se vie huomattavasti enemmän tilaa kuin energiaa vastaava määrä rasvaa. Kasveille tämä ei ole este, koska ne ovat liikkumattomia eivätkä kanna varantoja itsestään, kuten eläimet. Hiilihydraateista saa energiaa paljon nopeammin kuin rasvoista. Proteiinit suorittavat elimistössä monia tärkeitä tehtäviä, joten ne osallistuvat energia-aineenvaihduntaan vain silloin, kun sokeri- ja rasvaresurssit loppuvat, esimerkiksi pitkittyneen nälänhädän aikana.

FOTOSYNTEESI. Fotosynteesi- on prosessi, jossa auringonvalon energia muuttuu orgaanisten yhdisteiden kemiallisten sidosten energiaksi. Kasvisoluissa fotosynteesiin liittyvät prosessit tapahtuvat kloroplasteissa. Tämän organellin sisällä on kalvojärjestelmiä, joihin on upotettu pigmenttejä, jotka vangitsevat auringon säteilyenergian. Fotosynteesin pääpigmentti on klorofylli, joka absorboi pääasiassa sinistä ja violettia sekä spektrin punaisia ​​säteitä. Vihreä valo heijastuu, joten itse klorofylli ja sitä sisältävät kasvinosat näyttävät vihreiltä.

Fotosynteesissä on kaksi vaihetta - valoa ja tumma(Kuva 53). Varsinainen säteilyenergian talteenotto ja muuntaminen tapahtuu valovaiheen aikana. Imeytyessään valokvantteja klorofylli menee virittyneeseen tilaan ja siitä tulee elektronin luovuttaja. Sen elektronit siirtyvät proteiinikompleksista toiseen elektroninkuljetusketjua pitkin. Tämän ketjun proteiinit, kuten pigmentit, ovat keskittyneet kloroplastien sisäkalvolle. Kun elektroni kulkee kantajaketjun läpi, se menettää energiaa, jota käytetään ATP:n syntetisoimiseen. Joitakin valon virittämistä elektroneista käytetään vähentämään NDP:tä (nikotiiniamidiadeniinidinukleotifosfaattia) tai NADPH:ta.

Riisi. 53. Fotosynteesin valon ja pimeän vaiheen reaktiotuotteet

Auringonvalon vaikutuksesta kloroplasteissa tapahtuu myös vesimolekyylien halkeamista - fotolyysi; tässä tapauksessa syntyy elektroneja, jotka kompensoivat niiden häviämisen klorofyllillä; Happi muodostuu sivutuotteena:

Näin ollen valofaasin toiminnallinen merkitys on ATP:n ja NADP·H:n synteesi muuttamalla valoenergia kemialliseksi energiaksi.

Fotosynteesin pimeä vaihe ei vaadi valoa. Tässä tapahtuvien prosessien ydin on, että kevyessä faasissa saatuja ATP- ja NADP·H-molekyylejä käytetään sarjassa kemiallisia reaktioita, jotka "kiinnittävät" CO2:n hiilihydraattien muodossa. Kaikki pimeän faasin reaktiot suoritetaan kloroplastien sisällä, ja hiilidioksidin "kiinnittymisen" aikana vapautuneita ADP:tä ja NADP:tä käytetään jälleen valofaasin reaktioissa ATP:n ja NADP H:n synteesiin.

Fotosynteesin kokonaisyhtälö on seuraava:

MUOVIN JA ENERGIAN VAIHTOPROSESSIEN SUHDE JA YHTEISÖ. ATP-synteesiprosessit tapahtuvat sytoplasmassa (glykolyysi), mitokondrioissa (soluhengitys) ja kloroplasteissa (fotosynteesi). Kaikki näiden prosessien aikana tapahtuvat reaktiot ovat energianvaihtoreaktioita. ATP:n muodossa varastoitunut energia kuluu plastisen vaihdon reaktioissa solun elämälle välttämättömien proteiinien, rasvojen, hiilihydraattien ja nukleiinihappojen tuotantoon. Huomaa, että fotosynteesin tumma vaihe on reaktioketju, plastinen vaihto, ja valofaasi on energiaa.

Energian ja plastisen vaihdon prosessien suhdetta ja yhtenäisyyttä havainnollistaa hyvin seuraava yhtälö:

Lukemalla tätä yhtälöä vasemmalta oikealle, saamme prosessin, jossa glukoosi hapetetaan hiilidioksidiksi ja vedeksi glykolyysin ja soluhengityksen aikana, mikä liittyy ATP:n (energia-aineenvaihdunnan) synteesiin. Jos luet sen oikealta vasemmalle, saat kuvauksen fotosynteesin pimeän vaiheen reaktioista, kun glukoosia syntetisoidaan vedestä ja hiilidioksidista ATP:n (plastisen aineenvaihdunnan) mukana.

KEMOSYNTEESI. Valoautotrofien lisäksi tietyt bakteerit (vety-, nitrifiointi-, rikkibakteerit jne.) pystyvät syntetisoimaan orgaanisia aineita epäorgaanisista aineista. He suorittavat tämän synteesin epäorgaanisten aineiden hapettumisen aikana vapautuvan energian ansiosta. Niitä kutsutaan kemoautotrofeiksi. Näillä kemosynteettisillä bakteereilla on tärkeä rooli biosfäärissä. Esimerkiksi nitrifioivat bakteerit muuttavat ammoniumsuoloja, jotka eivät ole kasvien ulottuvilla, typpihapposuoloiksi, jotka ne imevät hyvin.

Solujen aineenvaihdunta koostuu energian ja plastisen aineenvaihdunnan reaktioista. Energia-aineenvaihdunnan aikana tapahtuu orgaanisten yhdisteiden muodostumista makroergisilla kemiallisilla sidoksilla - ATP:llä. Tähän tarvittava energia tulee orgaanisten yhdisteiden hapettumisesta anaerobisissa (glykolyysi, käyminen) ja aerobisissa (soluhengitys) reaktioissa; auringonsäteistä, joiden energia absorboituu valofaasissa (fotosynteesi); epäorgaanisten yhdisteiden hapettumisesta (kemosynteesi). ATP:n energia kuluu solulle välttämättömien orgaanisten yhdisteiden synteesiin plastisissa vaihtoreaktioissa, joihin kuuluvat fotosynteesin pimeän vaiheen reaktiot.

• Mitä eroa on muovin ja energian aineenvaihdunnan välillä?
• Miten auringonvalon energia muunnetaan fotosynteesin valofaasiksi? Mitä prosesseja tapahtuu fotosynteesin pimeässä vaiheessa?
• Miksi fotosynteesiä kutsutaan planetaarisen ja kosmisen vuorovaikutuksen heijastusprosessiksi?

ATP on solun universaali energian "valuutta". Yksi luonnon hämmästyttävimmistä "keksinnöistä" on niin kutsuttujen "makroergisten" aineiden molekyylit, joiden kemiallisessa rakenteessa on yksi tai useampi sidos, joka toimii energian varastointivälineinä. Villieläimistä on löydetty useita samanlaisia ​​molekyylejä, mutta vain yksi niistä, adenosiinitrifosforihappo (ATP), löytyy ihmiskehosta. Tämä on melko monimutkainen orgaaninen molekyyli, johon on kiinnittynyt 3 negatiivisesti varautunutta epäorgaanisen fosforihapon PO-jäännöstä. Juuri nämä fosforijäämät liittyvät molekyylin orgaaniseen osaan "makroergisilla" sidoksilla, jotka tuhoutuvat helposti erilaisten solunsisäisten reaktioiden aikana. Näiden sidosten energia ei kuitenkaan hajoa avaruuteen lämmön muodossa, vaan sitä käytetään muiden molekyylien liikkumiseen tai kemialliseen vuorovaikutukseen. Tämän ominaisuuden ansiosta ATP suorittaa yleisen energiavaraston (akun) toiminnon solussa sekä yleisen "valuutan". Loppujen lopuksi melkein jokainen solussa tapahtuva kemiallinen muutos joko absorboi tai vapauttaa energiaa. Energian säilymislain mukaan hapetusreaktioiden tuloksena muodostuva ja ATP:n muodossa varastoitunut energian kokonaismäärä on yhtä suuri kuin energiamäärä, jonka solu voi käyttää synteettisiin prosesseihinsa ja toimintoihinsa. . "Maksuna" mahdollisuudesta suorittaa tämä tai tuo toiminto, solu pakotetaan kuluttamaan ATP-varansa. Tässä tapauksessa on syytä korostaa, että ATP-molekyyli on niin suuri, että se ei pysty kulkemaan solukalvon läpi. Siksi yhdessä solussa tuotettua ATP:tä ei voi käyttää toinen solu. Jokainen kehon solu pakotetaan syntetisoimaan ATP:tä omiin tarpeisiinsa sellaisissa määrissä, joissa se on tarpeen sen toimintojen suorittamiseksi.

Kolme ATP-resynteesin lähdettä ihmiskehon soluissa. Ilmeisesti ihmiskehon solujen kaukaiset esi-isät olivat olemassa monia miljoonia vuosia sitten kasvisolujen ympäröimänä, jotka toimittivat heille ylimääräisiä hiilihydraatteja, ja happea ei ollut tarpeeksi tai ei ollenkaan. Hiilihydraatit ovat ravintoaineiden eniten käytetty osa energian tuottamiseen kehossa. Ja vaikka suurin osa ihmiskehon soluista on hankkinut kyvyn käyttää proteiineja ja rasvoja energian raaka-aineina, osa (esim. hermo-, punaveri-, miessukupuoli) solut pystyvät tuottamaan energiaa vain hiilihydraattien hapettumisen ansiosta. .

Hiilihydraattien - tai pikemminkin glukoosin, joka itse asiassa on pääasiallinen hapettumisen substraatti soluissa - prosessit tapahtuvat suoraan sytoplasmassa: siellä sijaitsevat entsyymikompleksit, joiden vuoksi glukoosimolekyyli on osittain. tuhoutuu ja vapautunut energia varastoituu ATP:n muodossa. Tätä prosessia kutsutaan glykolyysiksi, se voi tapahtua kaikissa ihmiskehon soluissa poikkeuksetta. Tämän reaktion seurauksena yhdestä 6-hiilisestä glukoosimolekyylistä muodostuu kaksi 3-hiilistä pyruviinihappomolekyyliä ja kaksi ATP-molekyyliä.

Glykolyysi on erittäin nopea, mutta suhteellisen tehoton prosessi. Glykolyysireaktioiden päättymisen jälkeen soluun muodostunut pyruviinihappo muuttuu melkein välittömästi maitohapoksi ja joskus (esimerkiksi raskaan lihastyön aikana) pääsee vereen hyvin suuria määriä, koska tämä on pieni molekyyli, joka voi kulkea vapaasti solukalvo. Tällainen massiivinen happamien aineenvaihduntatuotteiden vapautuminen vereen häiritsee homeostaasia, ja kehon on kytkettävä päälle erityisiä homeostaattisia mekanismeja selviytyäkseen lihastyön tai muun aktiivisen toiminnan seurauksista.

Glykolyysin tuloksena muodostuva pyruviinihappo sisältää edelleen paljon potentiaalista kemiallista energiaa ja voi toimia substraattina jatkohapetukselle, mutta tämä vaatii erityisiä entsyymejä ja happea. Tämä prosessi tapahtuu monissa soluissa, jotka sisältävät erityisiä organelleja - mitokondrioita. Mitokondrioiden kalvojen sisäpinta koostuu suurista lipidi- ja proteiinimolekyyleistä, mukaan lukien suuri määrä oksidatiivisia entsyymejä. Mitokondrioiden sisällä sytoplasmaan muodostuneet 3-hiilimolekyylit tunkeutuvat - yleensä se on etikkahappoa (asetaattia). Siellä ne ovat mukana jatkuvasti jatkuvassa reaktiosyklissä, jonka aikana hiili- ja vetyatomit irtoavat vuorotellen näistä orgaanisista molekyyleistä, jotka yhdessä hapen kanssa muuttuvat hiilidioksidiksi ja vedeksi. Näissä reaktioissa vapautuu suuri määrä energiaa, joka varastoituu ATP:n muodossa. Jokainen palorypälehappomolekyyli, joka on käynyt läpi täydellisen hapettumissyklin mitokondrioissa, antaa solulle mahdollisuuden saada 17 ATP-molekyyliä. Siten yhden glukoosimolekyylin täydellinen hapettuminen antaa solulle 2+17x2 = 36 ATP-molekyyliä. Yhtä tärkeää on, että myös rasvahapot ja aminohapot, eli rasvojen ja proteiinien komponentit, voidaan ottaa mukaan mitokondrioiden hapettumisprosessiin. Tämän kyvyn ansiosta mitokondriot tekevät solusta suhteellisen riippumattoman siitä, mitä elintarvikkeita keho syö: joka tapauksessa saadaan tarvittava määrä energiaa.

Osa energiasta varastoituu soluun kreatiinifosfaattimolekyylin (CrP) muodossa, joka on pienempi ja liikkuvampi kuin ATP. Juuri tämä pieni molekyyli voi siirtyä nopeasti solun päästä toiseen - sinne, missä energiaa tällä hetkellä eniten tarvitaan. CrF ei itse voi antaa energiaa synteesiprosesseihin, lihasten supistumisprosesseihin tai hermoimpulssin johtumiseen: tämä vaatii ATP:tä. Mutta toisaalta CRF pystyy helposti ja käytännössä häviöttömästi luovuttamaan kaiken sen sisältämän energian adenatsiinidifosfaatti (ADP) -molekyylille, joka muuttuu välittömästi ATP:ksi ja on valmis biokemiallisiin lisämuutoksiin.

Siten solun toiminnan aikana kulutettu energia, ts. ATP voidaan uusiutua kolmen pääprosessin ansiosta: anaerobinen (happivapaa) glykolyysi, aerobinen (hapen mukana) mitokondrioiden hapetus ja myös fosfaattiryhmän siirtyminen CrF:stä ADP:hen.

Kreatiinifosfaattilähde on tehokkain, koska CrF:n reaktio ADP:n kanssa on erittäin nopea. CrF:n tarjonta solussa on kuitenkin yleensä pieni - esimerkiksi lihakset voivat työskennellä CrF:n ansiosta maksimaalisella vaivalla enintään 6-7 sekuntia. Tämä riittää yleensä käynnistämään toiseksi tehokkaimman - glykolyyttisen - energialähteen. Tässä tapauksessa ravintoaineresurssi on moninkertainen, mutta työn edetessä homeostaasin jännitys lisääntyy maitohapon muodostumisen vuoksi ja jos tällaista työtä tekee suuret lihakset, se ei voi kestää yli 1,5- 2 minuuttia. Mutta tänä aikana mitokondriot aktivoituvat melkein kokonaan, jotka pystyvät polttamaan glukoosin lisäksi myös rasvahappoja, joiden tarjonta kehossa on lähes ehtymätön. Siksi aerobinen mitokondriolähde voi toimia hyvin pitkään, vaikka sen teho on suhteellisen alhainen - 2-3 kertaa pienempi kuin glykolyyttisen lähteen ja 5 kertaa vähemmän kuin kreatiinifosfaattilähteen teho.

Energiantuotannon organisoinnin ominaisuudet kehon eri kudoksissa. Eri kudoksissa on eri taso mitokondrioita. Niitä on vähiten luissa ja valkoisessa rasvassa, eniten ruskeassa rasvassa, maksassa ja munuaisissa. Melko paljon mitokondrioita hermosoluissa. Lihaksissa ei ole suurta mitokondrioiden pitoisuutta, mutta koska luustolihakset ovat kehon massiivisin kudos (noin 40 % aikuisen kehon painosta), lihassolujen tarpeet määräävät suurelta osin kaikkien energia-aineenvaihduntaprosessien intensiteetti ja suunta. I.A. Arshavsky kutsui tätä "runkolihasten energiasäännöksi".

Iän myötä kaksi tärkeää energia-aineenvaihdunnan komponenttia muuttuvat yhtä aikaa: eri aineenvaihdunnan aktiivisten kudosten massojen suhde muuttuu sekä tärkeimpien oksidatiivisten entsyymien pitoisuus näissä kudoksissa. Tämän seurauksena energia-aineenvaihdunta käy läpi melko monimutkaisia ​​muutoksia, mutta yleensä sen intensiteetti laskee iän myötä, ja varsin merkittävästi.