 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Енергетичний обмін та його етапи
| Катаболізм | |
| Етапи (види) | Як проходить процес |
| Підготовч етап Відбувається в шлунковому тракті | Підготовчий етап - розщеплення високомолекулярних органічних речовин до мономерів на основі реакцій гідролізу утравному каналі або у лізосомах клітин за участі равних ферментів: § білки + вода → амінокислоти + Е; § жири + вода → гліцерин + вищі жирні кислоти + Е; § полісахариди + вода → моносахариди + Е. Ці процеси відбуваються з вивільненням енергії, але її кількість незначна і вона розсіюється у вигляді тепла. Проте це тепло може використовуватись організмами для підтримання температури власного тіла. Внаслідок послідовної дії певних ферментів складні білки спочатку розщеплюються до простих, а прості - на окремі складові (поліпептидні ланцюги). Останні, у свою чергу, розпадаються до амінокислот. Внутрішньоклітинне перетравлення білків забезпечує комплекс ферментів, які містяться в лізосомах, а також у цитоплазмі та на клітинних мембранах. Полісахариди, також під дією відповідних ферментів, розщеплюються до дисахаридів і моносахаридів. Існують певні особливості розщеплення деяких полісахаридів. Так, целюлозу, яка міститься в харчових продуктах рослинного походження, розщеплює фермент целюлаза, який не синтезується в організмі людини і більшості тварин. Але в їхньому шлунково-кишковому тракті мешкають мікроорганізми (бактерії або одноклітинні тварини), здатні утворювати цей фермент і цим забезпечують процеси перетравлення рослинної їжі. Розщепленню ліпідів під дією відповідних ферментів часто передує їхнє подрібнення (емульгація). Емульгаторами жирів є жовчні кислоти, які виробляються у печінці та входять до складу жовчі. Нуклеїнові кислоти під дією ферментів спочатку розщеплюються до нуклеотидів, а ті - до вільних нітратних основ, моносахарида та фосфатної кислоти. |
| Безкисневий етап (гліколіз) | Безкисневий етап енергетичного обміну відбувається в клітинах. Його ще називають анаеробним, оскільки мономери, які утворилися на попередньому етапі, зазнають подальшого багатоступеневого розщеплення без участі кисню. Анаеробне розщеплення, або анаеробне дихання, - це найпростіша форма утворення та запасання енергії у високоенергетичних зв'язках молекул АТФ. Деякі мікроорганізми і безхребетні тварини (здебільшого паразити) не можуть використовувати кисень у процесах енергетичного обміну. Тому необхідну енергію вони можуть одержати лише у результаті анаеробного розщеплення органічних сполук (анаеробного дихання)
Під час гліколізу молекула глюкози (С6Н1206) розщеплюється на дві молекули піровиноградної (С3Н403) або (наприклад, у клітинах м'язів) молочної (С3Н603) кислот. Сумарне рівняння гліколізу мас такий вигляд: С6Н1206 + 2АДФ + 2Н3Р04 ⇒ 2С3Н603 + 2АТФ + 2Н20 Під час гліколізу виділяється близько 200 кДж енергії. Частина її (майже 84 кДж) витрачається на синтез двох молекул АТФ, а інша - розсіюється у вигляді тепла. Отже, процес гліколізу енергетично малоефективний: лише 35-40% енергії запасається в зв'язках молекул АТФ. Це пояснюється тим, що кінцеві продукти гліколізу все ще містять багато зв'язаної енергії.
Гліколіз має важливе фізіологічне значення. Завдяки йому організми можуть діставати енергію в умовах дефіциту кисню, а його кінцеві продукти (піровиноградна і молочна кислоти) зазнають подальшого ферментативного перетворення за наявності кисню. Проміжні продукти гліколізу використовуються для біосинтезу різних сполук.
Глюкоза також розщеплюється у результаті спиртового бродіння, до якого здатні деякі види дріжджів і бактерій. Унаслідок цього процесу молекула глюкози розпадається на дві молекули етилового спирту (С2Н5ОН) та дві молекули вуглекислого газу (С02). Реакції спиртового бродіння подібні до реакцій гліколізу, за винятком кінцевого етапу.
Існують й інші види безкисневого бродіння, наприклад маслянокисле (з утворенням масляної кислоти), молочнокисле (молочної кислоти) тощо. Гліколіз відбувається за участі ферментів, що розміщені у розчинній частині цитоплазми. 60% енергії втрачається у вигляді тепла, а 40% йде на синтез двох молекул АТФ. Крім АТФ у процесі гліколізу утворюються дві молекул пірвиноградної кислоти (пірувату) та відновлюються дві молекули коферменту НАД до НАДН(Н+):
§ Глюкоза + 2АДФ + 2Н3PO4 + 2НАД+ → 2піруват + 2АТФ + 2 Н2O + 2НАДН(Н+);
§ 
|
| Аеробне окиснення,цикл Кребса (аеробні організми) | Кисневий етап енергетичного обміну можливий лише за наявності кисню Аеробне (кисневе) окиснення здійснюється в мітохондріях, куди потрапляє піровинградна кислота. В матриксі мітохондрій відбувається окисне декарбоксилювання пірувату Під час цього етапу органічні сполуки, які утворилися на попередньому, безкисневому, окиснюються до кінцевих продуктів - С02 і Н20. Ці процеси відбуваються також у клітинах. Сукупність реакцій окиснення, які відбуваються в живих клітинах, називають біологічним окисненням. Завдяки йому організм дістає значну кількість енергії, необхідної для забезпечення процесів життєдіяльності. Частина цієї енергії запасається в високоенергетичних зв'язках молекул АТФ.
Складові реакції циклу Кребса. Цикл Кребса - це послідовне перетворення певних органічних кислот, що відбувається в матриксі мітохондрій. Цей процес названо на честь англійського біохіміка Ханса Адольфа Кребса, який відкрив його у 1937 році.
На початку циклу піровиноградна кислота (яка є продуктом гліколізу) реагує з щавлевооцтовою,утворюючи лимонну кислоту. Остання через низку послідовних реакцій перетворюється на інші кислоти. Внаслідок таких перетворень відтворюється щавлевооцтова кислота, яка знову реагує з піровиноградною, і цикл повторюється.
У чому полягає біологічне значення цих складних перетворень? Унаслідок кожного циклу Кребса може утворюватися одна молекула АТФ. Крім того, в ході біохімічних реакцій циклу від органічних кислот відщеплюються атоми гідрогену, які є носіями енергії. Ці атоми відновлюють певні сполуки. Енергія, запасена в атомах гідрогену, згодом частково використовується для синтезу молекул АТФ. А молекули вуглекислого газу, які утворюються під час цих перетворень, залишають мітохондрії та з часом виводяться з клітини.
Наступні перетворення пов язані з перенесенням електронів від атомів гідрогену (які, як ви пам'ятаєте, відщепилися від органічних кислот) на кисень. Ці процеси відбуваються за участю ланцюга дихальних ферментів, вбудованих у внутрішню мембрану мітохондрій. Електрони послідовно передаються від одних сполук до інших доти, доки не відбудеться процес відновлення кисню.
Отже, процес окиснення органічних сполук киснем супроводжується низкою окиснювально-відновних реакцій. У ході цих реакцій енергія, яка міститься у вигляді хімічних зв'язків, звільняється поступово. Це дає можливість клітині використовувати її повніше порівняно з тією енергією, яка звільняється в ході безкисневого етапу.
За допомогою послідовного ряду різних речовин-переносників, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрій, електрони транспортуються до її внутрішньої поверхні, тоді як іони гідрогену (Н+) накопичуються на її зовнішній поверхні. Одночасно на внутрішній поверхні мембрани мітохондрій концентрація Н+ зменшується (одна з причин - утворення Н20 при сполученні кисню з Н+ та електронами). Так виникає різниця концентрації іонів гідрогену та електричних потенціалів, внаслідок чого зовнішня поверхня мембрани стає електропозитивною, а внутрішня - електронегативною.
У внутрішній мембрані мітохондрій розташована особлива ферментна система (Н+-АТФаза), завдяки якій з АДФ та фосфатної кислоти синтезуються молекули АТФ. Для цього використовується енергія, яка звільняється при перенесенні іонів Н+ із зовнішньої поверхні мембрани мітохондрій на внутрішню.
Цей процес відбувається тоді, коли різниця потенціалів на мембрані досягне певного рівня, іони Н+ через канал у молекулі ферменту, який забезпечує синтез АТФ, повернуться на внутрішній бік мембрани. В цей час і відбувається синтез молекул АТФ з АДФ та фосфатної кислоти.
Повне окиснення молекул молочної або піровиноградної кислоти, що утворилися з глюкози під час гліколізу, до Н20 і С02 супроводжується виділенням такої кількості енергії, якої достатньо для утворення 36 молекул АТФ. Під час цих перетворень виділяється близько 2800 кДж енергії, з яких у вигляді макроергічних зв'язків молекул АТФ запасається 1596 кДж, або 55%, а 45% - розсіюється у вигляді тепла.
Сумарне рівняння кисневого етапу енергетичного обміну має такий вигляд:
2С3Н603 + 602 + 36Н3Р04 + 36АДФ ⇒ 6С02 + 36АТФ + 36Н20
Ви вже знаєте, що в процесі анаеробного етапу енергетичного обміну при розщепленні однієї молекули глюкози утворюються дві молекули АТФ. Енергії, яка виділяється внаслідок повного розщеплення однієї молекули глюкози, вистачає на утворення 38 молекул АТФ. Сумарне рівняння безкисневого і кисневого етапів енергетичного обміну має такий вигляд:
C6H12O6 + 38АДФ + 38Н3РО4 + 602 ⇒ 6С02 + 38АТФ + 44Н20 Завершується енергетичний обмін виведенням кінцевих продуктів з організму.
|
| Бродіння(анаеробні організми) | Бродіння - безкисневе перетворення пірувату на інші речовини. § Молочнокисле: § 2ПВК + 2НАДH + 2H+ → 2Лактат; § Спиртове: § 2ПВК + 2НАДH + 2H+ → 2Етиловий спирт + 2CO2 У аеробних організмів за інтенсивної роботи м'язів відбувається молочнокисле бродіння. Це забезпечує певну незалежність м'язів від об'єму кисню, який може окиснювати піруват за певний проміжок часу |
Поиск по сайту: