Презентация по биологии на тему "Обмен веществ и энергии, катаболизм"

ü  Продолжительность жизни одной молекулы АТФ

менее 1 мин.

ü  В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2 000—3 000 циклов ресинтеза

ü  Человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день

АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + 40 / 60 кДж/моль АДФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + 40 / 60 кДж/моль

1.       Подготовительный этап

2.       Бескислородный этап (гликолиз)

3.       Кислородный этап (дыхание)

 
 

Белки                      аминокислоты

Углеводы                                  глюкоза

Жиры                               жирные кислоты + глицерин Нуклеиновые кислоты                       нуклеотиды

 
 

Белки                аминокислоты                           кровь                     распад

Углеводы          глюкоза                           кровь                     клетки

Жиры                 ж.к.+глицерин      лимфа                     кровь              синтез

ü  Ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках

ü  Сопровождается синтезом АТФ

ü  Ведет     к     образованию     пировиноградной кислоты (пирувата)

2 АТФ

 

•      Спиртовое

•       C6H12O6 → 2C2H5OH + 2СО2 + Е

•      Уксуснокислое

•       C6H12O6 + O2 → 2CH3COOH + 2СО2 + Е

•          Молочнокислое

•       C6H12O6 → 2CН3·СНOН·СООН + Е

•      Маслянокислое

•       C6H12O6 → CН3·СН2·СН2·СООH + 2СО2 + 2Н2 + Е

                                                                                                  

 

Цикл Кребса

А) цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот)

ü В матриксе митохондрий

ü Начинается с ацетил-коА

ü Высвобождаются Н+ (НАД∙Н, ФАД∙Н)

ü Образуется СО₂

ü Образуется 2 АТФ

Б) окислительное фосфорилирование

ü На внутренней мембране митохондрий (кристы)

ü Используются Н+ (НАД +)

ü Акцептор – О₂

ü Выделяется 32-34 АТФ

Обмен веществ и превращение энергии

Обмен веществ — это вся совокупность химических реакции, протекающих в организме для поддержания жизни. Все реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.

Эти процессы тесно связаны друг с другом, т.к. продукты, образовавшиеся при анаболизме, распадаются во время катаболизма. А простые вещества, получившиеся при катаболизме, являются сырьем для построения сложных во время анаболизма.

Классическим примером пластического обмена является фотосинтез, где происходит образование органических веществ с затратой энергии. А разрушение органических веществ с выделением энергии происходит в митохондриях (если мы говорим о кислородной среде).

Основной молекулой с макроэргическими связями является молекула АТФ (аденозинтрифосфат).

Это молекула – «энергетическая валюта», которую можно потратить на синтезы сложных веществ в реакциях анаболизма.

В процессе катаболизма выделяется энергия в виде молекулы АТФ. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки.

АТФ нестабильна.

Этапы энергетического обмена.

В целом существует три этапа энергетического обмена:

§      Подготовительный.

§      Бескислородный.

§      Кислородный (на схеме старые данные о 36 молекул АТФ).

Но есть исключение. Таким исключением являются организмы, живущие без воздуха, так как они не нуждаются в поступлении кислорода, то энергетический обмен у них происходит только в два этапа. Кислород в этом процессе не участвует.

Подготовительный этап.

Ферментативное расщепление сложных органических веществ до простых в пищеварительной системе:

белковые молекулы — до аминокислот липиды — до глицерина и жирных кислот углеводы — до глюкозы

Распад (гидролиз) высокомолекулярных органических соединений осуществляется ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом.

Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.

Затем простые вещества всасываются ворсинками тонкого кишечника

аминокислоты и глюкоза — в кровь; жирные кислоты и глицерин — в лимфу; и переносятся к клеткам тканей организма.

Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению (гликолизу).

Далее вещества (например, глюкоза) подвергается ферментативному расщеплению в цитоплазме клеток. Этот процесс называется гликолиз (анаэробный этап).

Гликолиз — расщепление глюкозы с помощью ферментов. Идет в цитоплазме, без кислорода.

Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ.

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке.

Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором происходит образование этилового спирта.

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение образованием молочной кислоты.

Формулы других типов брожений тоже приведены.

Если процесс идет в присутствии кислорода, то ПВК поступает в митохондрию и начинается третий этап – дыхание.

Пировиноградная кислота транспортируется в матрикс митохондрии. Здесь происходит дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование (отщепление углекислого газа) ПВК с образованием ацетил-коА, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса.

Цикл Кребса заключается в дальнейшем окислении, связанным с дегидрированием и декарбоксилированием. В результате на каждую разрушенную молекулу ПВК из митохондрии удаляется три молекулы СО₂; образуется пять пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4НАД·Н₂, ФАД·Н₂), а также две молекулы АТФ.

Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Водород передается трем большим ферментным комплексам дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий.

Протоны закачиваются в межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода, с одной стороны она заряжается отрицательно (за счет О₂^—), с другой — положительно (за счет Н⁺).

Когда разность потенциалов на внутренней мембране достигает определенного значения, протоны проходят через канал фермента АТФ- синтетазы, образуется АТФ, а цитохромоксидаза катализирует восстановление кислорода до воды.

Так в результате окисления двенадцати пар атомов водорода образуется  34 молекулы АТФ.

Общая схема образования энергии заключается в разрушении  полимеров до мономеров. Те, в свою очередь, до ацетил-Ко-А, который в митохондриях вступает в цикл Кребса.

Ионы водорода, образовавшиеся в цикле Кребса, участвуют в окислительном фосфорилировании на внутренней мембране митохондрий.