Энергетический обмен в клетке

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) – совокупность реакций ферментативного расщепления органических соединений (белков, жиров, углеводов) и образования соединений, богатых энергией (аденозинтрифосфат и др.) АТФ и подобные ему соединения (макроэргические) обеспечивают разнообразные процессы жизнедеятельности: биологический синтез, поддержание различий концентрации веществ (градиентов) и перенос веществ через мембраны, проведение электрических импульсов, мышечную работу, выделение различных секретов и т. д.

Химическая энергия питательных веществ, поступающих в организм, заключена в ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений: при разрыве пептидной связи высвобождается около 12 кДж на 1 моль. В глюкозе количество потенциальной энергии, заключенной в связях между атомами С, Н и О, составляет 2800 кДж на 1 моль (т. е. на 180 г глюкозы). При расщеплении глюкозы выделяется диоксид углерода и вода, при этом выделяется энергия согласно итоговому уравнению:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6Н₂О + 6СО₂ + 2800 кДж

Часть энергии, высвобожденной из питательных веществ, рассеивается в форме теплоты, а часть аккумулируется, т. е. накапливается в богатых энергией фосфатных связях АТФ. В молекулах АТФ запасается больше половины той энергии, которую можно извлечь из органических молекул при окислении их до углекислого газа и воды. Благодаря образованию АТФ энергия преобразуется в более удобную концентрированную форму, из которой она может легко высвобождаться. В клетке в среднем находится 1 млрд. молекул АТФ, распад которых до АДФ и фосфата обеспечивает энергией множество биологических и химических процессов, протекающих с поглощением энергии.

АТФ – мононуклеотид аденозинтрифосфат, который состоит из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных макроэргическими (высокоэнергетическими) связями.

В условиях нейтральной среды клетки АТФ находится в виде соли, и вместо ОН-групп в составе остатков фосфорной кислоты имеются отрицательно заряженные атомы кислорода (О^2-). Такая молекула нестабильна и легко гидролизуется под действием специфических ферментов, расщепляясь последовательно до АДФ, АМФ и структурных компонентов.

АТФ + Н₂О = АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж;

АДФ + Н₂О = АМФ + Н₃РО₄ + 40 кДж;

АМФ + Н₂О = Аденин + рибоза + Н₃РО₄ + 13,8 кДж.

Обратный процесс превращения АМФ в АДФ, АДФ в АТФ называется фосфорилированием и проходит в митохондриях, пластидах путем присоединения остатка фосфорной кислоты с выделением воды и поглощением большого количества энергии (40 кДж). Благодаря богатым энергией связям в молекуле АТФ клетка может накапливать большое количество энергии в маленьком пространстве и расходовать ее по мере надобности. Ферменты, катализирующие фосфорилирование и дефосфорилирование, относятся к АТФ-синтетазам. АТФ обновляется постоянно и чрезвычайно быстро (у человека 1 молекула АТФ живет менее 1 минуты).

Другие нуклеотиды: гуанозин-, цитидин-,уридин- и тимидинмонофосфаты - также могут присоединять фосфорную кислоту и превращаться в ди- и трифосфаты. Именно в виде трифосфатов эти нуклеотиды используются для первичного синтеза нуклеиновых кислот, и энергия отщепления от трифосфата макроэргического фосфора используется для соединения их в полинуклеотиды. Гуанозинтрифосфат является источником энергии для белоксинтезирующей деятельности рибосом. Известны и другие фофорилированные соединения, аналогичные по функциям АТФ. В частности, в растительных клетках это инозиндифосфат и инозинтрифосфат. У низкоорганизованных животных организмов аккумулятором энергии может быть креатинфосфат (у хордовых и иглокожих) и аргининфосфат (у кольчатых червей, членистоногих, моллюсков).

Поиск по сайту: