Modda va energiya almashinuvi

Modda almashinuvi (metabolizm) — organizmda boradigan barcha kimyoviy reaksiyalar majmuasi. Har qanday tirik hujayra doimo tashqi muhitdan moddalarni qabul qiladi, ularni o‘zgartiradi va keraksizlarini chiqaradi; modda almashinuvi to‘xtashi — hayotning to‘xtashi demakdir. Metabolizm ikki o‘zaro bog‘liq jarayondan iborat: moddalar sintezi (energiya sarflanadi) va moddalar parchalanishi (energiya ajraladi). Hujayrada energiyaning universal "valyutasi" — ATF. Imtihonda energetik almashinuv bosqichlari, ularning joyi va mahsulotlari, glyukoza parchalanishi bo‘yicha ATF, kislorod, CO₂ va energiya hisoblari juda ko‘p keladi.

§1. Metabolizmning ikki tomoni

• Plastik almashinuv (assimilyatsiya, anabolizm) — oddiy moddalardan murakkab moddalar sintezi; energiya sarflanadi. Misollar: oqsil biosintezi, fotosintez, xemosintez, glikogen va yog‘ sintezi.
• Energetik almashinuv (dissimilyatsiya, katabolizm) — murakkab organik moddalarning parchalanishi; energiya ajraladi, uning bir qismi ATF da to‘planadi, qolgani issiqlik bo‘lib tarqaladi.

Ular bir-biriga bog‘liq: dissimilyatsiya sintez uchun ATF beradi, assimilyatsiya esa parchalanadigan moddalarni va jarayonni boshqaruvchi fermentlarni hosil qiladi. O‘sayotgan organizmda assimilyatsiya ustun, keksalikda va och qolganda dissimilyatsiya ustun bo‘ladi.

§2. Oziqlanish usullari

Organizmlar organik moddani olish usuliga ko‘ra:

• avtotroflar — organik moddani anorganik moddalardan o‘zi sintezlaydi: fototroflar (yorug‘lik energiyasi — yashil o‘simliklar, sianobakteriyalar) va xemotroflar (anorganik moddalarni oksidlash energiyasi — nitrifikatsiyalovchi, temir va oltingugurt bakteriyalari);
• geterotroflar — tayyor organik moddalar bilan oziqlanadi: hayvonlar, zamburug‘lar, ko‘pchilik bakteriyalar; ular orasida saprotroflar, parazitlar, simbiontlar bor;
• miksotroflar — sharoitga qarab ham avtotrof, ham geterotrof oziqlanadi (yashil evglena).

Nafas olish turiga ko‘ra: aeroblar (kislorod kerak) va anaeroblar (kislorodsiz yashaydi: ba’zi bakteriyalar, achitqilar kislorodsiz sharoitda).

§3. Energetik almashinuvning tayyorlov bosqichi

Energetik almashinuv aerob organizmlarda uch bosqichda boradi. Birinchisi — tayyorlov bosqichi:

• joyi — hazm organlari (hayvonlarda) va hujayradagi lizosomalar;
• yirik molekulalar fermentlar ta’sirida monomerlarga parchalanadi: oqsillar → aminokislotalar, polisaxaridlar (kraxmal, glikogen) → glyukoza, yog‘lar → glitserin va yog‘ kislotalari, nuklein kislotalar → nukleotidlar;
• ajralgan energiya oz va u issiqlik bo‘lib tarqaladi — ATF hosil bo‘lmaydi.

§4. Kislorodsiz bosqich (glikoliz) va bijg‘ish

Ikkinchi bosqich — glikoliz — hujayra sitoplazmasida, kislorodsiz boradi. Bir molekula glyukoza ko‘p bosqichli fermentativ reaksiyalar orqali ikki molekula piruvat kislotaga (PVK) parchalanadi:

Bunda taxminan 200 kJ energiya ajraladi: shundan 2 × 40 = 80 kJ (taxminan 40%) ATF da to‘planadi, qolgan 120 kJ issiqlik bo‘lib tarqaladi.

Kislorod yetishmasa, PVK keyingi bosqichga o‘tmaydi va bijg‘ish sodir bo‘ladi:

• sut kislotali bijg‘ish — sut kislota bakteriyalarida va kislorod yetmagan muskul hujayralarida: C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ (sut kislota) + 2 ATF; CO₂ ajralmaydi;
• spirtli bijg‘ish — achitqilarda: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2 ATF.

Bijg‘ish energetik jihatdan kam samarali — bir glyukozadan atigi 2 ATF. Og‘ir jismoniy ishda muskulda sut kislota to‘planadi — bu charchoq va muskul og‘rig‘ining sabablaridan biri; dam olishda sut kislota qon bilan jigarga borib qayta ishlanadi.

§5. Kislorodli bosqich (to‘liq oksidlanish)

Uchinchi bosqich — mitoxondriyalarda, kislorod ishtirokida boradi. PVK mitoxondriyaga kirib, Krebs siklida (matriksda) CO₂ gacha oksidlanadi, ajralgan vodorod atomlari (elektronlar) ichki membranadagi (kristalardagi) nafas zanjiri orqali kislorodga uzatiladi va suv hosil bo‘ladi; shu jarayonda ko‘p ATF sintezlanadi:

Bu bosqichda taxminan 2600 kJ ajraladi, 36 × 40 = 1440 kJ ATF da to‘planadi.

Glyukoza to‘liq oksidlanishining umumiy tenglamasi:

Jami taxminan 2800 kJ ajraladi, ATF da 38 × 40 = 1520 kJ (taxminan 55%) to‘planadi. Kislorodli nafas bijg‘ishdan 38 / 2 = 19 marta samaraliroq — shuning uchun aerob organizmlar faolroq hayot kechira oladi.

Hisob uchun qoidalar:

• 1 mol glyukoza to‘liq oksidlanganda 6 mol O₂ sarflanadi va 6 mol CO₂ ajraladi;
• to‘liq parchalanish — 38 ATF, faqat glikoliz yoki bijg‘ish — 2 ATF;
• sut kislotali bijg‘ishda O₂ ham sarflanmaydi, CO₂ ham ajralmaydi.

§6. Energiya sarfi va almashinuvning boshqarilishi

Odam tinch holatda ham energiya sarflaydi — bu asosiy almashinuv (yurak, nafas, tana haroratini saqlash, hujayra jarayonlari uchun). Aqliy va ayniqsa jismoniy mehnatda sarf ortadi. Ovqatning energiya qiymati sarfga mos bo‘lishi kerak: ortiqcha ovqat — semirish, yetishmasligi — ozib ketish va kasalliklarga moyillik.

Modda almashinuvi nerv sistemasi va gormonlar bilan boshqariladi: masalan, insulin qondagi glyukozani hujayralarga kiritib, jigarda glikogen sifatida to‘playdi; adrenalin va glyukagon glikogenni parchalab, qonga glyukoza chiqaradi; qalqonsimon bez gormoni tiroksin umumiy almashinuv tezligini oshiradi. Masalalarda "foizga ortdi" va "baravar ortdi" iboralarini farqlang: 30% ga ortish — × 1,3, 3 baravar ortish — × 3.

Misol

Muskulda 5 mol glyukoza to‘liq, 3 mol to‘liqsiz (sut kislotagacha) parchalandi. Necha mol ATF hosil bo‘ldi, necha mol O₂ sarflandi va CO₂ ajraldi?

1. To‘liq parchalanish: 5 × 38 = 190 mol ATF, 5 × 6 = 30 mol O₂ sarflandi, 5 × 6 = 30 mol CO₂ ajraldi.
2. To‘liqsiz parchalanish: 3 × 2 = 6 mol ATF; O₂ sarflanmaydi, CO₂ ajralmaydi.
3. ATF jami: 190 + 6 = 196 mol.
4. Javob: 196 mol ATF, 30 mol O₂, 30 mol CO₂.

Misol

Hujayrada to‘liq oksidlanish natijasida 3800 ATF hosil bo‘ldi, yana 50 ta glyukoza faqat glikolizgacha parchalandi. Jami nechta glyukoza sarflangan va umumiy ATF qancha?

1. To‘liq oksidlangan glyukoza: 3800 / 38 = 100 molekula.
2. Faqat glikolizgacha: 50 molekula.
3. Jami glyukoza: 100 + 50 = 150.
4. Umumiy ATF: 3800 + 50 × 2 = 3900.
5. Javob: 150 ta glyukoza, 3900 ATF.

Misol

Odam tinch holatda soatiga taxminan 300 kJ sarflaydi. Aqliy mehnatda sarf 30% ga, sport bilan shug‘ullanganda 3 baravar ortadi. 2 soat aqliy mehnat va 1 soat sport uchun qancha energiya kerak?

1. Aqliy mehnat: 300 × 1,3 × 2 = 780 kJ.
2. Sport: 300 × 3 × 1 = 900 kJ.
3. Jami: 780 + 900 = 1680 kJ.
4. Javob: 1680 kJ.

O‘zingizni tekshiring

1. Glikoliz hujayraning qayerida boradi?

2. 1 mol glyukoza to‘liq parchalanganda necha mol O₂ sarflanadi?

3. Tayyorlov bosqichida necha ATF hosil bo‘ladi?

4. Spirtli bijg‘ishda 1 molekula glyukozadan nechta CO₂ hosil bo‘ladi?

5. 10 molekula glyukoza to‘liq parchalansa, nechta ATF hosil bo‘ladi?

6. Krebs sikli qaysi organoidda boradi?

7. 4 mol glyukoza sut kislotagacha parchalansa, necha mol ATF hosil bo‘ladi?

8. Glyukoza to‘liq oksidlanganda ajralgan energiyaning taxminan necha foizi ATF da to‘planadi?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Tayyorlov bosqichida ATF hosil bo‘ladi deb hisoblash.
• Sut kislotali bijg‘ishda CO₂ yozish — u ajralmaydi; CO₂ spirtli bijg‘ishda ajraladi.
• Kislorodli bosqichning o‘zida 38 ATF deb olish — bosqichning o‘zi 36, glikoliz bilan jami 38.
• Glikolizni mitoxondriyada boradi deb yozish — u sitoplazmada.
• Plastik almashinuvda energiya ajraladi deb aytish — u energiya sarflaydi.
• "30% ga ortdi" ni × 30 yoki × 0,3 deb hisoblash — to‘g‘risi × 1,3.