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.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.