Энергетический обменВ энергетическом обмене принято выделять ряд этапов: подготовительный, бескислородный (гликолиз), аэробное (кислородное) дыхание.

Подготовительный этап (пищеварение)

Процесс протекает в пищеварительном канале (многоклеточные животные), а на клеточном уровне (простейшие) — в лизосомах при участии пищеварительных ферментов. Состоит в гидролизе крупных молекул на более мелкие (полимеры ? мономеры):

полисахариды + Н2О моносахариды + тепловая энергия;

жиры + Н2О глицерин + ВЖК + тепловая энергия;

белки + Н2О аминокислоты + тепловая энергия,

В энергетическом обмене в первую очередь используются углеводы. Жиры составляют «первый резерв» и используются тогда, когда исчерпан запас углеводов. Белки вовлекаются в обмен только после израсходования всех запасов углеводов и жиров (при длительном голодании). На подготовительном этапе вся выделяющаяся энергия рассеивается в виде тепла.

Бескислородный этап (гликолиз).

Процесс протекает в цитоплазме клетки под действием ферментов. Гликолиз — последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК).

В результате около 60% энергии теряется в виде тепла, а 40% идет на синтез 2-х молекул АТФ.

Дальнейшая судьба ПВК (пировиноградной кислоты) зависит от наличия кислорода в клетке.

Клеточное дыхание.

Клеточное дыхание — процессы в клетке, приводящие к получению химической энергии (АТФ). В зависимости от условий (наличие или отсутствие кислорода) различают анаэробное и аэробное дыхание.

Анаэробное (бескислородное) дыхание происходит у организмов-анаэробов. Различают облигатных и факультативных анаэробов.

Облигатные анаэробы (бактерия ботулизма и др.) существуют только при полном отсутствии кислорода (кислород для них губителен).

Факультативные анаэробы (дрожжи, черви-паразиты и др.) могут существовать как без кислорода, так и в его присутствии. Процесс анаэробного дыхания называют брожением.

Брожение.

Главная форма диссимиляции многих бактерий и грибов и эволюционно наиболее древняя форма диссимиляции. Брожение процесс расщепления в клетке пировиноградной кислоты (ПВК) до этилового спирта и углекислого газа либо до молочной кислоты. Типы брожения различают по их главному конечному продукту. Различают следующие виды брожения:

1) Спиртовое брожение (дрожжи).

2) Молочнокислое брожение (молочнокислые бактерии, мышечные клетки при недостатке кислорода).

Энергия при брожении не выделяется.

Аэробное (кислородное) дыхание

Пировиноградная кислота (ПВК) проникает внутрь митохондрий, где происходит процесс полного ее окисления до углекислого газа и воды, сопровождающийся выделением энергии и синтезом АТФ.

Аэробное дыхание протекает в два этапа.

Первый этап —  цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Был открыт английским биохимиком Г. Кребсом. Происходит в матриксе митохондрий под действием ферментов.

Цикл трикарбоновых кислот — циклический ферментативный процесс полного окисления активированной уксусной кислоты до углекислого газа и воды.

Активированная уксусная кислота — ацетил-КоА. Пировиноградная кислота (ПВК) соединяется с коферментом А (КоА), образуя ацетил-кофермент А (активированная уксусная кислота — ацетил-КоА, которая образуется в клетке не только при окислении глюкозы; в случае дефицита углеводов источниками ацетил-КоА могут быть ВЖК (высшие жирные кислоты) и аминокислоты, полученные при гидролизе липидов и белков).

Ацетил-КоА вступает в цикл ферментативных реакций, соединяясь с щавелевоуксусной кислотой и образуя при этом лимонную кислоту. Лимонная кислота окисляется, теряя атомы водорода и электроны, присоединяемые переносчиками НАД+ и ФАД+ и образуя СО2. Высвобождающаяся энергия используется для синтеза двух молекул АТФ.

Щавелевоуксусная кислота, образовавшаяся в результате реакций, вновь вступает в цикл, соединяясь с новой молекулой ацетил-КоА.

Второй этап — окислительное фосфорилирование. Происходит на мембранах крист митохондрий под действием ферментов.

Окислительное фосфорилированиепоследовательные ферментативные реакции, в ходе которых электроны перемещаются по цепи переноса от НАД-Н2 и ФАД-Н2 к молекулярному кислороду с образованием воды и выделением энергии для фосфорилирования (процесс фосфорилирования — синтез АТФ).

Цепь переноса электронов (дыхательная цепь) состоит из коферментов и белковых пигментов, расположенных на внутренней мембране митохондрий. Протоны (Н+) от НАД-Н2 и ФАД-Н2 транспортируются в наружной мембране через протонную помпу (особый белок в мембране). Протоны (Н+) накапливаются в пространстве между наружной и внутренней мембраной (Н+ — резервуар). Энергия протонов при перемещении их обратно вовнутрь сквозь протонные каналы в мембране используется ферментом АТФазой для синтеза АТФ из АДФ и Фн. Внутри митохондрий Н+ соединяются с О2 и электронами, образуя Н2О.

Таким образом, при расщеплении глюкозы образуется суммарно 38 молекул АТФ.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+