Пластический и энергетический обмен. Биологическое окисление (часть 2)

Энергетический обмен

Совокупность реакций расщепления органических соединений называется диссимиляцией, представляет собой энергетический обмен, или катаболизм, обеспечивает клетку энергией. Извлечение энергии осуществляется в клетке путем окисления веществ в процессе дыхания. Поэтому такое дыхание называют биологическим окислением или клеточным дыханием.

Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Субстратами для дыхания служат органические соединения – углеводы, жиры, белки. Большинство клеток использует в первую очередь именно углеводы. Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело тогда, когда запас углеводов исчерпан. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при длительном голодании.

Клеточное дыхание – ферментативное разложение органических веществ (глюкозы) в клетке до СО₂ и Н₂О в присутствии О₂ с выделением энергии. Включает 3 этапа, каждый из которых осуществляется при участии ферментов в определенных участках клеток.

I этап – подготовительный.

В пищеварительной системе крупные молекулы пищи распадаются:

Полисахариды → глюкоза,

белки → аминокислоты,

жиры → глицерин и жирные кислоты.

Энергия рассеивается в виде тепла. Мономеры всасываются в кровь и доставляются к клеткам.

II этап – бескислородный, неполное окисление, анаэробное дыхание – гликолиз, брожение.

Протекает в цитоплазме, 1 молекула глюкозы расщепляется до 2-х молекул ПВК без О₂. Чистый выход – 2 АТФ.

С₆Н₁₂О₆+ 2Н₃РО₄+2АДФ →2С₃Н₆О₃ +2Н₂О + 2 АТФ

Гликолиз в мышцах: С₆Н₁₂О₆ →2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ

ПВК → молочная кислота

Брожение (дрожжи): С₆Н₁₂О₆ →2С₂Н₅ОН + 2СО₂+ 2 АТФ

этиловый

спирт

Если кислорода в клетке много, то

III этап – кислородный, полное окисление, аэробное дыхание.

Происходит в митохондриях при доступе О₂.

Условия процесса: наличие ферментов, молекул-переносчиков электронов и Н, АДФ, Ф, неповрежденные мембраны митохондрий.

а) окислительное декарбоксилирование ПВК, образуются ацетилКоА, НАДН и СО₂;

б) цикл Кребса – цикл трикарбоновых кислот.

В матриксе митохондрий образуются АТФ, НАДН, ФАДН, СО₂;

в) окислительное фосфорилирование – перенос ē от НАДН и ФАДН по цепи транспорта ē, встроенной в кристы, на акцептор О₂. От НАДН и ФАДН отсоединяются протоны и электроны, ē переносятся на О₂ → Н₂О, протоны → в матрикс митохондрий. В цепи транспорта ē есть три участка фосфорилирования, в которых образуется 34 АТФ.

Энергетический эффект III этапа – 36 АТФ.

Суммарный энергетический эффект – 38 АТФ:

С₆Н₁₂О₆ +6О₂+ 38Н₃РО₄+38АДФ → 6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ,

или

С₆Н₁₂О₆ +6О₂→6СО₂ + 6Н₂О +38АТФ

Сравнение фотосинтеза и аэробного дыхания

Сходства

·        Необходим механизм обмена СО2 и О2.

·        Необходимы специальные органеллы (хлоропласты, митохондрии).

·        Необходима цепь транспорта ē, встроенная в мембраны.

·        Происходит фосфорилирование (синтез АТФ).

·        Происходят циклические реакции (цикл Кальвина – фотосинтез, цикл Кребса – аэробное дыхание).

Различия

Фотосинтез	Аэробное дыхание
1. Анаболический процесс, из простых неорганических соединений (СО2 и Н2О) синтезируются углеводы. 2. Энергия АТФ накапливается и запасается в углеводах. 3. О2 выделяется. 4. СО2 и Н2О потребляются. 5. Увеличение органической массы. 6. У эукариот протекает в хлоропластах. 7. Только в клетках, содержащих хлорофилл, на свету.	1. Катаболический процесс, углеводы расщепляются до СО2 и Н2О. 2. Энергия запасается в виде АТФ. 3. О2 расходуется. 4. СО2 и Н2О выделяются. 5. Уменьшение органической массы. 6. У эукариот протекает в митохондриях. 7. Во всех клетках в течение жизни непрерывно.