Δήμητρα Σπανού χημικός, καθηγήτρια 1ου Γυμνασίου Δάφνης
υπό κατασκευή
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί για λόγους φυσικοχημικούς, έχουν ανάγκη από διαρκή παροχή ενέργειας για να συνεχίσουν να ζουν.
Όπως αναφέρθηκε τα πρωτοκύτταρα εξασφάλιζαν αυτήν την ενέργεια από τα ηφαίστεια και τα ραδιενεργά πετρώματα της γης.
Πρόκειται για ηλεκτροχημική ενέργεια οξειδοαναγωγικών διεργασιών.
Τα ηλεκτρόνια αυτά τα παραλαμβάνει ένα άλλο άτομο, το οποίο ανάγεται
Για παράδειγμα ο δισθενής σίδηρος
2Fe2+ - 2e -> Fe3+
ή από το θείο των θειούχων ορυκτών
S-2 -2e --> S + 48eV
Όσο όμως αυτά εξελίσσονται σε πολυπλοκότερα οργανικά συστήματα, οι λειτουργίες τους απαιτούσαν σταδιακή παροχή της ενέργειας που έπαιρναν, έτσι που να διατηρείται η σταθερότητα των πιο εξελιγμένων αυτών συστημάτων. Στράφηκαν λοιπόν προς την ηλιακή ενέργεια, αφού επέλεξαν πια, σαν τόπο διαβίωσης, την επιφάνεια της Γης και παράλληλα, ανέπτυξαν συστήματα απορρόφησης της ακτινοβολούμενης ενέργειας από τον ήλιο και μετέφεραν σε ηλεκτροχημική μορφή σε δικά τους μόρια. (Φωτοσύνθεση)
.Ακόμα,
Με την βοήθειά αυτής της ηλιακής ενέργειας κατάφεραν να συνθέσουν σάχαρα, και από τα σάχαρα αυτά, με μεταβολικές διεργασίες διαδοχικών οξειδώσεων θα έπαιρναν ενέργεια όταν δεν είχε ηλιοφάνεια .
Πρόκειται για οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που συνδέονται με την μεταφορά ενέργειας. Εδώ έχουμε καταβολικές αντιδράσεις του μεταβολισμού που στο σύνολό τους ονομάζονται κυτταρική αναπνοή και περιλαμβάνει διαδικασίες όπως η γλυκόλυση, τον κύκλο του Κρεμπς ως την οξειδωτική φωσφορυλίωση, αλλά και την διάσπαση λιπιδίων και πρωτεϊνών
Απλά παραδείγματα που συνδέουν τις οξειδώσεις με την μετακίνηση ενέργειας είναι η οξείδωση του μοριακού υδρογόνου
Η2 - 2e -> 2H+ στην οποία
ή το οξυγόνο
1/2Ο2 + 2e -> 2O2-
ΠΡΩΤΟΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΚΑΙ ΑΡΧΑΙΑ
ΑΠΌ ΤΟ ΚΕΦ 4 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ περιγράφω όσο είναι δυνατόν τον τρόπο που αυτοί οι πρώτοι οργανισμοί των ραδιενεργών πετρωμάτων και των ηφαιστείων προσλαμβάνουν ενέργεια από την ανόργανη ουσία που τους περιβάλλει και που βέβαια βρίσκεται στα σε κατάσταση αυξημένης ενέργειας λόγω εξωτερικών συνθηκών.
- Οι μικροοργανισμοί συλλέγουν ενέργεια μέσω κυτταρικων μηχανισμών. Το ηλεκτρόνιο δωρίζεται σε έναν δέκτη ηλεκτρονίων που είναι μια ανόργανη ουσία που συνήθως πλησιάζει την κυτταρική μεμβράνη ή συνδέεται στην επιφάνεια και τα ηλεκτρόνια διοχετεύονται στην μεμβράνη του πλάσματος
- Τα μεμομωμένα βακτήρια χρησιμοποιούν πολλές αλυσίδες μεταφοράς ηλεκτρονίων στους οποίους συμμετέχουν πολλοί δότες ηλεκτρονίων, διάφορες αφυδρογονάσες, αναγωγάσες, και δέκτες ηλεκτρονίων.
- Η ενέργεια αποθηκεύεται κι εδώ όπως και στα περισσότερα είδη ζωής στον τρίτο φωσφορικό χημικό δεσμό της τριφωσφορικής αδενοσίνης (ATP) παράγεται με οξειδωτική φωσφορυλίωση
Σημειώνουμε πως συνένζυμα που συμμετέχουν στην αλυσίδα μεταφοράς ηλεκτρονίων είναι αντίστοιχα ή όμοια με αυτά που λειτουργούν σε μεταβαλικούς κύκλους στους μετέπειτα οργανισμούς.
Το άρθρο αναφέρει και για αναερόβια αλλά και αερόβια βακτήρια αλλά εδώ αρχικά ενδιαφέρουν τα αναερόβια
ΠΗΓΕΣ
Διαφορά ανάμεσα στο ανθρώπινο αίμα και το αίμα των ζώων - 2022 - Νέα (weblogographic.com)
Στους ετερότροφους οργανισμούς, είτε χημειότροφους είτε φωτοετερότροφους την ενέργεια αυτή, παρέχουν τα μόρια από την τροφή τους, που για τον λόγο αυτό υφίστανται διαδοχικές οξειδωτικές διεργασίες μέσα από ρυθμιζόμενα συστήματα μεταβολισμού. Η ενέργεια από τις οξειδώσεις αυτές που είναι ηλεκτροχημική, αποσπάται σταδιακά και μεταφέρεται σε άλλα μόρια του οργανισμού.
Κατά τις διεργασίες δεν παράγεται οξυγόνο
Οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί στράφηκαν στην ηλιακή ενέργεια και με την βοήθειά αυτής κατάφεραν να συνθέσουν σάχαρα, από τα οποία με αντίστοιχες μεταβολικές διεργασίες διαδοχικών οξειδώσεων θα την μετέφεραν με ηλεκτροχημική μορφή σε δικά τους μόρια. (Φωτοσύνθεση)
Όμως κατά την φωτοσύνθεση αυτή χρησιμοποίησαν το νερό για να αποσπάσουν το υδρογόνο του και να κατασκευάσουν τα σάχαρά τους στην συνέχεια. Το οξυγόνο ήταν το παραπροϊόν αυτής της αντίδρασης και το ελευθέρωναν στο περιβάλλον, ώστε κάποια στιγμή το ποσοστό του οξυγόνου στον πλανήτη ανέβηκε πολύ.
Σημαντικά ήταν και τα αποτελέσματα αυτού του πολύ δραστικού στοιχείου. Οι έντονες οξειδωτικές δρατηριότητες.
Για τους αναερόβιους οργανισμούς που δεν είχαν μηχανισμούς άμυνας στις επιδράσεις του οξυγόνου αυτό για τους λόγους που προαναφέρθηκαν, ήταν μεγάλο πρόβλημα και το οξυγόνο ασκούσε τοξικότητα γι αυτούς.
Ποιοι ήταν όμως οι αμυντικοί μηχανισμοί άλλων οργανισμών;
- Θα μπορούσαν να αμυνθούν οι οργανισμοί στο οξυγόνο του περιβάλλοντος αλλά και όταν αυτό εισέρχεται μέσα στον οργανισμό;
1. Ναι έλυσαν το πρόβλημα, γιατί το οξυγόνο στον οργανισμό τους κυκλοφορούσε δσμευμένο σε πρωτεϊνες- μεταφορείς και όχι ελεύθερο που θα ήταν επικίνδυνο για την οξείδωση βιομορίων. (αιμοσφαιρίνη, αιμοκυανίνη, αιμερυθρίνη)
2. Δημιουργήθηκαν ένζυμα προστασίας κυτταρικών μορίων από τις ελέύθερες ρίζες οξυγόνου όπως δεσμουτάση, καταλάση και άλλα όπως βιταμίνη Ε που παρείχαν προστασία στα κυτταρικά μόρια ασίας κυτταρικών μορίων από τις ελέύθερες ρίζες οξυγόνου
. Αυτές οι ελέυθερες ρίζες οξυγόνου , οφείλονταν αφ ενός σε περιβαλλοντικούς παράγοντες (ρύποι, αντινοβολίες ασθένειες κ.α και στη συνέχεια ...κάπνισμα, φάρμακα κ.α.) και αφ' ετέρου από οξειδώσεις τροφικών κι άλλων μορίων στον οργανισμό.
- Πως θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν οι οργανισμοί το οξυγόνο και να επωφεληθουν από την άφθονη ενέργεια που ελευθερώνεται από τις οξειδώσεις των τροφών με την παρουσία του οξυγόνου ;
Σε επόμενο στάδιο επικράτησης αερόβιων με μηχανισμούς που ανέπτυξαν χρηιμοποίησαν το οξυγόνο σαν τελικό αποδέκτη πρωτονίων, που προέκυπταν από μεταβολικούς κύκλους τροφικών μορίων. Η ενέργεια που απεκόμιζαν με την εισαγωγή οξυγόνου στους κύκλους αυτούς, ήταν πολλαπλάσια απο τους άλλους χωρίς οξυγόνο (αναερόβιους)