Третий этап – кислородный (аэробный – клеточное дыхание). Его называют окислительным фосфорилированием. Наблюдается полное кислородное расщепление органических веществ до двуокиси углерода СО₂. Происходит освобождение атомов водорода Н (водород выделяется из углеводов в результате прохождения ими сложного ряда химических превращений, называемых циклом Кребса). Реакция протекает с участием АДФ и Н₃Р0₄. При этом выделяется большое количество энергии, достаточное для синтеза 36 молекул АТФ.

Окислительное фосфорилирование совершается в митохондриях клеток Атомы водорода Н (электроны и протоны) переносятся на систему ферментов в митохондриальной мембране. Здесь они окисляются, то есть теряют электроны:

Н₂ – 2е^- 2Н⁺. Образуются свободные электроны е^- и ионы водорода Н⁺ (протоны). В ходе дыхания электроны несколько раз пересекают мембрану митохондрий, вынося протоны Н⁺ на наружную поверхность. Количество положительно заряженных протонов там резко возрастает. Возникает градиент концентрации протонов и электрический потенциал. При напряжении 200 мВ в ферменте АТФ-синтетазе, встроенном в мембрану крист, открывается протонный канал. Через него протоны Н⁺ возвращаются на исходную позицию, где взаимодействуют с 0₂, образуя воду (2Н⁺ +02 = Н₂0). В момент прохождения протонов по каналу фермента электрическое поле разряжается, а энергия аккумулируется в реакции синтеза АТФ.

Итоговое уравнение внутриклеточного расщепления глюкозы:

Анаэробный этап:

Аэробный этап

Суммарное уравнение гликолиза:

38АДФ +38Н₃Р0₄ +1520 кДж = 38 АТФ +38Н₂0

Таким образом, в ходе энергетического обмена из одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Блок-схема энергетического обмена

Теория гена

Теория – это система обобщающих положений в той или иной области знаний. Теория неразрывно связана с практикой, которая ставит задачи и побуждает к их решению. Наука генетика наиболее выразительно иллюстрирует эту взаимосвязь. Успехи современной молекулярной биологии существенно углубили и детализировали теоретическую базу генетики, обосновали молекулярно-генетический уровень жизни.

Структура гена

Грегор Мендель, разрабатывая основопологающие законы наследования (1856—1863 гг.), использовал понятие «наследственные зачатки», применяя для них буквенные обозначения. Термин «ген» (от греч. genos – происхождение) ввел датский генетик В. Йогансен (1909 г.). Ген – структурная и функциональная единица наследственности.

В современном понимании ген — это участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов – РНК) со строго определенной последовательностью нуклеотидов, контролирующей синтез белка (белков-ферментов).

Детальный анализ генной активности позволил выделить следующие группы генов:

1) аллельные и неаллельные;

2) доминантные и рецессивные;

3) эпистатические и гипостатические;

4) структурные и регуляторные.

В целом, понятие «ген» ассоциируется с созидательными процессами, однако есть и гены деструктивные по своей природе: онкогены, гены-мутаторы, летальные и сублетальные гены. Генам свойственно объединиться в группы, полигены. Функционально близкие группы генов формируют кластеры, отвечающие за важнейшие функции организма (размножение, пищеварение и т.д.).

На молекулярном уровне гены образованы нуклеосомами и связывающми их фрагментами молекулы ДНК. Нуклеосома состоит из протеинового дискообразного остова, включающего 8 молекул (глобул) белков-гистонов: по 2 молекулы H2A, H2B, H3, H4. На него насажен виток молекулы ДНК, включающей 150 пар нуклеотидов. Нить ДНК непрерывно и последовательно связывает нуклеосомы, при этом межнуклеосомные участки называются линкерными и каждый из них содержит до 60 пар азотистых оснований. Полная нуклеосома включает собственно нуклеосому и примыкающий к ней линкерный участок, насчитывая таким образом, около 200 пар нуклеотидов.

При спирализации ДНК свободные пространства заполняет белок Н1 (рис. 21).

Рис. 21. Компоненты нуклеосом