Кислородный этап энергетического обмена (Аэробное дыхание)

Аэробное дыхание

Кислородный (аэробный) этап энергетического обмена возможна только в аэробных условиях (при наличии кислорода), когда органические соединения, образовавшиеся на бескислородном этапе, окисляются в клетках до конечных продуктов - С02 и Н20. Окисления соединений связано с отщеплением от них водорода, который передается с помощью особых биологически активных веществ-переносчиков к молекулярному кислороду, образуя молекулу воды. Этот процесс называют тканевым дыханием.

Реакции биологического окисления катализируют определенные ферменты. В ходе таких окислительно-восстановительных реакций электроны или протоны переносятся от донора, то есть соединения, которая их поставляет (восстановителя) к акцептора (окислителя), т.е. соединения, которая их воспринимает.

Аэробное дыхание происходит в митохондриях и сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в макро связях молекул АТФ. Во внутренней мембране митохондрий размещен так называемый дыхательную цепь. Его основу образуют переносчики электронов, входящих в состав ферментных комплексов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. В прокариот реакции аэробного дыхания протекают на внутренней поверхности плазматической мембраны и ее вгибах в цитоплазму.

Цикл Кребса. Важное место на аэробном этапе энергетического обмена принадлежит так называемому цикла Кребса. Этот процесс открыл в 1937 году английский биохимик Х. Кребс, в честь которого его и назвали. Он происходит в матриксе митохондрий и представляет собой последовательное превращение органических кислот. В начале цикла пировиноградная кислота (продукт гликолиза) реагирует с, образуя лимонную кислоту. Последняя проходит ряд последовательных реакций, превращаясь в другие кислоты. В результате этих преобразований возникает кислота, которая вновь реагирует с пировиноградной, и цикл повторяется. В ходе цикла от кислот отщепляются четыре атома водорода и две молекулы углекислого газа, который оставляет митохондрии и в конце концов выходит из клетки. Каждый из атомов водорода является носителем энергии, запасаемой в митохондриях в виде макроэргических связей АТФ. Этот процесс протекает в несколько этапов и называется дыхательным цепью.

Дыхательную цепь начинается в митохондриях из того, что свободный водород соединяется с особым веществом - НАД (никотин-амидадениндинуклеотидом), образуя соединение НАД • Н (восстановленная форма). НАД • Н впоследствии окисляется до НАД • Н +, га электрона. С помощью последовательного ряда различных веществ - переносчиков электронов - они транспортируются на внутреннюю поверхность мембраны митохондрий, в то время как ионы водорода (Н +) накапливаются на ее внешние и поверхности. Одновременно на внутренней поверхности мембраны уменьшается концентрация Н + (одна из причин - образование Н20 при соединении кислорода с Н + и электронами). В общем виде уравнения движения воды в последний звене дыхательной цепи имеет следующий вид:

4H + + 4е-+ 02 2Н20

Так возникает разность электрических потенциалов (А ф) и концентраций ионов водорода (АРН) с разных сторон мембраны.

Во внутренней мембране митохондрий локализован ферментная система - Н +-АТФаза, благодаря какой из АДФ и фосфорной кислоты синтезируется АТФ. Для образования АТФ эта система использует А ф и Арн, перераспределяя поток Н +: с внешней поверхности мембраны переносит ионы водорода на внутреннюю. Итак, с участием внутренней мембраны митохондрий происходит сопряжение окисленную (перенос электронов по дыхательной цепи) и фосфорную (образования АТФ из АДФ и Н3Р04). Во время переноса электрона по дыхательной цепи от НАД • Н до 02 выделяется энергия, необходимая для синтеза трех молекул АТФ.

Окисления двух молекул молочной кислоты (из которой в процессе гликолиза образуется пировиноградная кислота) до Н20 и С02 сопровождается выделением такого количества энергии, которая обеспечивает синтез 36 молекул АТФ. Как известно, в ходе анаэробного этапа энергетического обмена при расщеплении одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ. Таким образом, при анаэробного и аэробного этапов целом образуется 38 молекул АТФ. Суммарное уравнение этих этапов энергетического обмена выглядит так:

В ходе этих процессов выделяется около 2 800 кДж энергии, с которой запасается 1596 кДж, или 55% (в виде макроэргических связей АТФ), а 45% - рассеивается в виде теплоты. Следовательно, основную роль в обеспечении клеток энергией играет аэробный этап энергетического обмена. «Экскреция. Процесс удаления из организма продуктов обмена называется экскрецией. Конечными продуктами расщепления углеводов и жиров являются углекислый газ и вода, которые выводятся из организма.

Конечные продукты распада азотсодержащих соединений (белков, азотистых оснований и т.д.) у разных организмов могут различаться. В большинстве водных животных, а также прокариот и растений - это аммиак, хорошо растворимый в воде. В наземных и части водных животных накопления аммиака в организме приводит к его отравлению. Поэтому аммиак в различных органах (например, печени позвоночных животных) превращается в малотоксичные соединения, которые выводятся через органы выделения.

Большинство наземных животных (насекомые, пресмыкающиеся, птицы) выделяют мочевую кислоту. Она плохо растворяется в воде и поэтому выводится с минимальным количеством влаги, препятствует обезвоживанию организма. Когда у человека нарушен обмен веществ, соли мочевой кислоты образуют в почках камни или откладываются в суставах. Мочевина хорошо растворяется в воде и поэтому является продуктом экскреции организмов, имеющих другие приспособления для хранения воды (грибы, хрящевые рыбы, взрослые земноводные, млекопитающие, в том числе и человек). Азотистое основание гуанин является продуктом экскреции у паукообразных и частично у птиц.

Выводы.

На кислородном (аэробном) этапе энергетического обмена продукты гликолиза окисляются при помощи кислорода до воды и углекислого газа с образованием 36 молекул АТФ. Этот этап является последовательностью химических реакций и физических явлений и происходит в митохондриях эукариот или на плазматической мембране прокариот. В нем участвуют ферменты и переносчики электронов.

Процесс удаления из организма конечных продуктов обмена называется экскреции

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+