Энергетика клеток растений и животных

Основным источником энергии для всех живых существ, населяющих нашу планету, служит энергия солнечного света, которую используют непосредственно только клетки зеленых растений, водорослей, зеленых и пурпурных бактерий. В этих клетках из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза образуются органические вещества (углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др.). Поедая растения, животные получают органические вещества в готовом виде. Энергия, запасенная в этих веществах, переходит вместе с ними в клетки гетеротрофных организмов.

В клетках животных организмов энергия органических соединений при их окислении превращается в энергию АТФ. (Углекислый газ и вода, выделяющиеся при этом, вновь используются автотрофными организмами для процессов фотосинтеза.) За счет энергии АТФ осуществляются все процессы жизнедеятельности: биосинтез органических соединений, движение, рост, деление клеток и др.

Почему при окислении органических веществ освобождается энергия? Электроны, входящие в состав молекул органических соединений, обладают большим запасом энергии, они как бы подняты в них на высокий энергетический уровень. Когда электроны перемещаются с высокого уровня на более низкий (в своей или другой молекуле или атоме) энергия освобождается. Конечным преемником электронов служит кислород, поэтому он необходим для процессов окисления. В этом заключается его главная биологическая роль. Биологическое окисление органических веществ осуществляется в митохондриях и в корне отличается от горения. В процессе горения органических веществ почти вся энергия выделяется в виде теплоты. Процессы биологического окисления протекают ступенчато, при участии ферментов. При этом около 50% энергии органических веществ превращается в энергию АТФ, оставшаяся энергия окисления выделяется постепенно, не повреждая чувствительных к температуре белков.

Ферментативное расщепление глюкозы (гликолиз). Глюкоза — один из основных источников энергии для всех клеток. Из глюкозы построены молекулы полисахаридов крахмала (в клетках растений) и гликогена (в клетках животных).

При недостаточном поступлении органических веществ в клетки крахмал и гликоген расщепляются ферментами до глюкозы, которая окисляется далее и служит источником энергии.

В процессе окисления глюкозы в клетках участвует множество ферментов. Ферментативное расщепление и окисление глюкозы называют гликолизом. Ферменты, окисляющие глюкозу, образуют «ферментативный конвейер», на который поступают и постепенно расщепляются молекулы глюкозы. Условно процесс гликолиза можно разбить на три этапа.

Первый этап проходит в цитоплазме, на внешних мембранах митохондрий. На этом этапе одна шестиуглеродная молекула глюкозы распадается на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), и в итоге образуются две молекулы АТФ.

Второй этап окисления происходит на кристах митохондрий. В результате последовательных ферментативных реакций молекулы ПВК окисляются до CO2 образуются новые молекулы, богатые энергией, а водород переходит в особые молекулы — акцепторы водорода и электронов и носители энергии (это пиридиннуклеотиды НАД, НАДФ и др.).

Третий этап также протекает на внутренних мембранах митохондрий. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. Электроны от молекул — носителей энергии с помощью ферментов перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся при этом энергия аккумулируется в 36 молекулах АТФ. Электроны в конце концов соединяются с кислородом. В цепи переноса электронов кислород — их конечный преемник. Кислород при этом соединяется с водородом и образуется вода. Обеспечивая разность потенциалов в цепи переноса электронов, он как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень.

Поиск по сайту: