Етапи енергетичного обміну

Енергетичний обмін - Це по-етапний розпад складних органічних сполук, що протікає з виділенням енергії, яка запасається в макроергічних зв'язках молекул АТФ і використовується потім у процесі життєдіяльності клітини, у тому числі на біосинтез, тобто. пластичний обмін.

В аеробних організмах виділяють:

1. Підготовчий - Розщеплення біополімерів до мономерів.



2. Безкисневий - гліколіз - розщеплення глюкози до піровиноградної кислоти.



3. Кисневий - Розщеплення піровиноградної кислоти до вуглекислого газу та води.

Підготовчий етап

На підготовчому етапі енергетичного обміну відбувається розщеплення органічних сполук, що надійшли з їжею на більш прості, зазвичай мономери. Так вуглеводи розщеплюються до цукрів, зокрема глюкози; білки – до амінокислот; жири - до гліцерину та жирних кислот.

Хоча при цьому виділяється енергія, вона не запасається в АТФ і, отже, не може бути використана згодом. Енергія розсіюється як тепла.

Розщеплення полімерів у багатоклітинних складноорганізованих тварин протікає в травному тракті під дією ферментів, що виділяються сюди залозами. Потім мономери, що утворилися, всмоктуються в кров в основному через кишечник. Вже кров'ю поживні речовини розносяться клітинами.

При цьому не всі речовини розкладаються до мономерів у системі травлення. Розщеплення багатьох відбувається у клітинах, у тому лизосомах. У одноклітинних організмів поглинені речовини потрапляють у травні вакуолі, де й перетравлюються.

мономери, Що Утворилися, можуть використовуватися як для енергетичного, так і пластичного обміну.У першому випадку вони розщеплюються, по-друге – їх синтезуються компоненти самих клітин.

Безкисневий етап енергетичного обміну

Безкисневий етап протікає в цитоплазмі клітин і у разі аеробних організмів включає тільки гліколіз - ферментативне багатоступеневе окислення глюкози та її розщеплення до піровиноградної кислоти, яку також називають піруватом

Молекула глюкози містить шість атомів вуглецю. При гліколізі вона розщеплюється до двох молекул пірувату, який включає три атоми вуглецю. При цьому відщеплюється частина атомів водню, які передаються на кофермент НАД, який, у свою чергу, потім братиме участь у кисневому етапі.

Частина енергії, що виділяється при гліколізі, запасається в молекулах АТФ. На одну молекулу глюкози синтезується лише дві молекули АТФ.

Енергія, що залишилася в піруваті, запасена НАД, у аеробів далі буде вилучена на наступному етапі енергетичного обміну.

В анаеробних умовах, коли кисневого етапу клітинного дихання відсутня, піруват «знешкоджується» в молочну кислоту або піддається бродінню. У цьому енергія не запасається. Таким чином, тут корисний енергетичний вихід забезпечується лише малоефективним гліколізом.

Кисневий етап

Кисневий етап протікає у мітохондріях. У ньому виділяють два підетапи: цикл Кребса та окисне фосфорилювання. Кисень, що надходить у клітини, використовується тільки на другому. У циклі Кребса відбувається утворення та виділення вуглекислого газу.

Цикл Кребса протікає в матриксі мітохондрій, здійснюється безліччю ферментів.До нього надходить не сама молекула піровиноградної кислоти (або жирної кислоти, амінокислоти), а ацетильна група, що відокремилася від неї за допомогою коферменту-А, що включає два атоми вуглецю колишнього пірувату. За багатоступінчастий цикл Кребса відбувається розщеплення ацетильної групи до двох молекул CO₂ та атомів водню. Водень з'єднується з НАД та ФАД. Також відбувається синтез молекули ГДФ, що призводить до синтезу згодом АТФ.

На одну молекулу глюкози, з якої утворюється два пірувати, припадає два цикли Кребса. Таким чином утворюється дві молекули АТФ. Якби енергетичний обмін закінчувався тут, то сумарно розщеплення молекули глюкози давало б чотири молекули АТФ (дві від гліколізу).

Окисне фосфорилювання протікає на кристалах – виростах внутрішньої мембрани мітохондрій. Його забезпечує конвеєр ферментів та коферментів, що утворює так званий дихальний ланцюг, що закінчується ферментом АТФ-синтетазою.

По дихальному ланцюгу відбувається передача водню та електронів, що надійшли до неї від коферментів НАД та ФАД. Передача здійснюється таким чином, що протони водню накопичуються із зовнішньої сторони внутрішньої мембрани мітохондрій, а останні ферменти в ланцюзі передають тільки електрони.

Зрештою електрони передаються молекулам кисню, що є з внутрішньої сторони мембрани, у результаті вони заряджаються негативно. Виникає критичний рівень градієнта електричного потенціалу, що веде до переміщення протонів через канали АТФ-синтетази. Енергія руху протонів водню використовується синтезу молекул АТФ, а самі протони з'єднуються з аніонами кисню з утворенням молекул води.

Енергетичний вихід функціонування дихального ланцюга, виражений у молекулах АТФ, великий і сумарно становить від 32 до 34 молекул АТФ однією вихідну молекулу глюкози.