Энергетический обмен и его этапы

Энергетический обмен

Энергетический обмен организмов осуществляется в три последовательных этапа: подготовительный, бескислородный (анаэробное дыхание) и кислородный (аэробное дыхание).

Подготовительный этап энергетического обмена в большинстве многоклеточных животных и человека происходит в желудочно-кишечном тракте, а также в цитоплазме клеток всех организмов. На этом этапе крупные органические молекулы под действием ферментов расщепляются на мономеры: белки - до аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, полисахариды - до моносахаридов, нуклеиновые кислоты - до нуклеотидов. Эти процессы протекают с высвобождением незначительного количества энергии, которая рассеивается в виде теплоты. Рассмотрим подробнее особенности расщепления биополимеров.

 

Вследствие последовательного действия определенных ферментов сложные белки сначала расщепляются до простых, а простые - на отдельные части (полипептидные цепи). Последние разлагаются до аминокислот. Внутриклеточное переваривание белков осуществляет комплекс ферментов, содержащегося преимущественно в лизосомах, а также в цитоплазме и на клеточных мембранах.

Полисахариды также под действием ферментов расщепляются до дисахаридов и моносахаридов. Интересно происходит расщепление клетчатки (целлюлозы), на которую богатые пищевые продукты растительного происхождения. Его обеспечивает фермент целлюлозы, что не синтезируется в организмах человека и большинства животных. Но в слепой кишке или в рубце жвачных животных является мутуалистическими (от лат. Мутуне - взаимный) микроорганизмы, которые способны частично обеспечивать этот процесс (в кишечнике термитов и тараканов целлюлоза выделяют мутуалистические жгутиковые).

Разнообразные липиды расщепляются под действием ферментов-липаз. Перевариванию жиров способствует их измельчение (эмульгации). Эмульгаторами жиров являются желчные кислоты, которые вырабатываются в печени.

Нуклеиновые кислоты под действием ферментов разлагаются до нуклеотидов, а те, в свою очередь, - к свободным азотистых оснований, пентоз и фосфорной кислоты.

Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена происходит в клетках. Мономеры, которые возникли на предыдущем этапе, подвергаются дальнейшему многоступенчатого расщепления без участия кислорода. Анаэробное расщепление - это простейшая форма образования и аккумулирования энергии в макроэргических связях молекул АТФ. Некоторые микроорганизмы и беспозвоночные животные (преимущественно паразиты) не могут использовать кислород, поэтому им присущ только анаэробный энергетический обмен. Большинство организмов для расщепления различных соединений способна высушивать кислород, но аэробном этапу всегда предшествует анаэробный.

Важнейшим на бескислородном этапе энергетического обмена является расщепление в клетках молекул глюкозы преимущественно путем гликолиза. Его суть заключается в том, что молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной (С3Н403) или (особенно в мышечных клетках) молочной кислоты (С3Н603). Суммарное уравнение гликолиза выглядит так:

С6Н1206 + 2АДФ + 2Н3РO4 -> 2С3Н6O3, + 2АТФ + 2Н2O

При гликолиза выделяется около 200 кДж энергии. Часть ее (почти 84 кДж) расходуется на синтез двух молекул АТФ, а остальные (примерно 116 кДж) - рассеивается в виде теплоты.

Таким образом, процесс гликолиза энергетически малоэффективен: только 35-40% энергии аккумулируется в макроэргических связях АТФ. Это объясняется тем, что конечные продукты гликолиза все еще содержат в себе немало связанной энергии.

Процесс гликолиза происходит в две стадии. На первой стадии АТФ выступает как поставщик (донор) фосфатной группы, которая отщепляется от нее и присоединяется к глюкозе. Вторая стадия включает окислительно-восстановительные реакции диссимиляции, в результате которых энергия освобождается, аккумулируется в макроэргических связях АТФ.

Несмотря на низкую эффективность, гликолиз имеет чрезвычайно большое физиологическое значение. Благодаря ему организм может получать энергию в условиях дефицита кислорода, а его конечные продукты (пировиноградная и молочная кислоты) подвергаются дальнейшему ферментативному превращению в аэробных условиях. Промежуточные продукты гликолиза используются для биосинтеза различных соединений.

Еще один вид превращения глюкозы - с помощью спиртового брожения (в некоторых дрожжей и бактерий), когда молекула глюкозы распадается на две молекулы этилового спирта (С2Н5ОН) и две молекулы углекислого газа (CO2). Реакции спиртового брожения подобные реакций гликолиза, за исключением конечного этапа. Существуют и другие виды бескислородного брожения, например, маслянокислое (с образованием масляной кислоты), молочнокислое (с образованием молочной кислоты) и другие.

выводы

На подготовительном этапе энергетического обмена в кишечнике животных и человека, а также в клетках всех организмов биополимеры под действием специфических ферментов разлагаются до мономеров, а жиры - до глицерина и жирных кислот. Продукты расщепления этих веществ или вновь используются для синтеза сложных органических соединений, или расщепляются далее.

Бескислородный этап энергетического обмена происходит в клетках. При бескислородном расщеплении глюкозы (гликолиз) образуются две молекулы молочной или пировиноградной кислот и синтезируются две молекулы АТФ. Другими формами бескислородного расщепления глюкозы являются некоторые виды брожения (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое).

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+