Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Энергетический обмен в клетке. Синтез атф
· У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде, энергетический обмен осуществляется в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный, в процессе которых органические вещества распадаются до неорганичесих соединений · У анаэробов, обитающих в среде, лишённой кислорода, или у аэробов при его недостатке протекает лишь два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, ещё богатых энергией Первый этап – подготовительный · Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений (энергоносителей) на более простые: белков – до аминокислот, жиров – до глицерина и жирных кислот, полисахаридов – до моносахаридов, нуклеиновых кислот – до нуклеотидов · Расщепление органических субстратов пищи у многоклеточных животных происходит в желудочно-кишечном тракте; у растений и одноклеточных – внутриклеточно в лизосомах под действием гидролитических ферментов · Вся высвобождающаяся при этом (около 5 кДЖ на моль) рассеивается в виде тепла · Образующиеся малые органические молекулы (мономеры) могут подвергаться дальнейшему расщеплению или использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений Второй этап – бескислородный или гликолиз (анаэробное дыхание) · Заключается в дальнейшем расщеплении продуктов первого этапа; главным источником энергии в клетке является глюкоза (бескислородное, неполное расщепление глюкозы называют гликолизом) Гликолиз – безкислородный. многоступенчатый ферментативный процесс расщепления молекулы глюкозы две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК- С3Н4 О3 ), сопрвождающийся, синтезом двух молекул АТФ Субстратное фосфорилирование – процесс образования АТФ, не связанный с мембранами · В ходе реакций гликолиза выделяется 200 кДж \ моль энергии; часть этой энергии (80 кДж - 40%) используется на синтез 2 молекул АТФ, а часть (120 кДж - 60%) рассеивается в виде тепла (к. п. л. – 40%) · Осуществляется в гиалоплазме клетки, не связан с мембранами и не нуждается в присутствии кислорода (анаэробных условиях) · Процесс многоступенчатый (9 последовательных реакций), происходит под действием более 10 ферментов, образующих ферментативный конвейер и ряда вспомогательных веществ (АДФ, Н3РО4 НАД+)
q Многоступенчатость защищает клетку от одномоментного выделения большого количества энергии и, как следствие, тепловой смерти (энергия выделяется небольшими порциями) v Глюкоза в процессе гликолиза не только расщепляется на две 3-х углеродные молекулы (триозы), но и окисляется, т. е. теряет электоны и 4 атома водорода; акцептором (Akz) водорода и электронов служат молекулы кофермента НАД+ - специфического переносчика водорода, находящегося в митохондриях клеток в окисленной форме, или НАДФ + у растений · В результате гликолиза каждой молекулы глюкозы образуется по две молекулы ПВК, АТФ и Н2О, а также атомы водорода, которые запасаются клеткой в составе специфического переносчика – НАД+ · Суммарная формула гликолиза имеет следующий вид:
С6Н12О6 + 2 АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ = 2С3Н4О3 + 2 АТФ + 2Н2О + 2НАД Н глюкоза пируват · Дальнейшая судьба пирувата (ПВК) и водорода в форме НАД Н складывается по-разному q В клетках растений и у дрожжей при недостатке кислорода происходит восстановление ПВК до этилового спирта (этанола) – спиртовое брожение С3Н6О3 + 2НАД Н = С2Н5ОН + СО2 + Н2О + 2НАД+ пируват этанол
q В клетках животных и некоторых бактерий, испытывающих временный недостаток кислорода (например в мышечных клетках человека при чрезмерной мышечной нагрузке) происходит молочнокислое брожение, при котором пируват восстанавливается до молочной кислоты (лактата) С3Н4О3 + 2НАД Н = С3Н6 О3 + 2НАД+ +2АТФ пируват лактат
q Таким образом конечный продукт бескислородного процесса (гликолиза) в клетках животных – молочная кислота q Брожение сопровождается выделением энергии, часть которой затрачивается на синтез 2 молекул АТФ, часть рассеивается в виде тепла q Известны разные типы брожения: пропионовое, маслянокислое и др., которые протекают при участии микроорганизмов, при этом образуются различные продукты – спирт, молочнокислые продукты, сыр, органические кислоты и т. д. (некоторые бактерии, микроскопические грибы и простейшие живут исключительно за счёт энергии брожения) q Брожение – бескислородный ферментативный процесс восстановления ПВК до молочной кислоты(у животных, грибов и некоторых бактерий бактерий), этилового спирта и СО2 (у растений), сопровождающийся образованием 2 молекул АТФ
v К брожению способны животные, растения и микроорганизмы; брожение более эволюционно ранняя и энергетически менее эффективная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным окислением · Суммарное уравнение окислительно-восстановительных реакций бескислородного этапа у животных выглядит так: С6Н12О6 + 2 Н3РО4 + 2 АДФ = 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О Глюкоза молочная кислота · На втором этапе для анаэробных организмов энергетический обмен заканчивается, т. е. гликолиз и брожение являются единственными источниками получения энергии · При наличии в среде кислорода продукты гликолиза и брожения у аэробов претерпевают дальнейшее расщепление в митохондриях на третьем этапе до конечных продуктов обмена – СО2 и Н2О · Этапы катаболизма углеводов можно представить в виде обобщённой схемы: Полисахариды Пищеварительный тракт (гидролиз) I этап - подготовительный Моносахариды (гликолиз) Гиалоплазма Молочная кислота брожение ПВК брожение этанол II этап - бескислородный (анаэробное дыхание)
Митохондрии СО2 + Н2О II этап - кислородный (аэробное дыхание)
Третий этап – кислородный процесс, аэробное дыхание, цикл Кребса · Начинается с ПВК или молочной кислоты · Протекает при обязательном участии кислорода · Осуществляется в митохондриях и контролируется ферментами внутренней мембраны и матрикса митохондрий (митохондрии – дыхательные центры клетки, поскольку кислород поглощённый при внешнем дыхании усваивается только в них) · Представляет собой многоступенчатый процесс из 8 реакций циклического характера – цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот)
Цикл Кребса - циклическая последовательность ферментативных окислительных превращений три- и дикарбоновых кислот, осуществляющаяся в митохондриях v Сущность цикла Кребса заключается в извлечении высокоэнергетичных электронов ПВК и передача их по дыхательной электронно-транспортной цепи внутренней мембраны митохондрий к конечному акцептору – О2, что приводит к окислительному фосфорилированию (синтезу АТФ) Дыхательная цепь (электронно-транспортная цепь) – последовательная цепь дыхательных ферментов - акцепторов (Acz), локализованных во внутренней мембране митохондрий и транспортирующих электроны и протоны к конечному акцептору – О2,что сопровождается окислительным фосфорилированием (синтезом АТФ) v Специфическими транспортёрами электронов и протонов являются молекулы НАД+ и ФАД+ , которые при их присоединении восстанавливаются до НАД Н2 и ФАД Н2 ; при окислении транспортёров выделяется энергия, которая тоже используется для синтеза АТФ v Окислительное фосфорилирование в цикле Кребса идёт ступенчато с поочерёдным синтезом АТФ v Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий в аэробных условиях; ему предшествует образование ацетил - КоА (ацетил кофермент А, ацетилкоэнзим А) v Цикл начинается с образования лимонной кислоты и завершается образованием щавелево-уксусной кислоты (для нового цикла) v Обобщённо превращения, происходящие в цикле Кребса, можно представить следующим образом:
СО2, Н2О С3Н4О3 АТФ пируват. Восстановленные коферменты НАД Н2 и ФАД Н2
v Цикл Кребса широко распространён в клетках животных и растений и является основным процессом обеспечения клетки энергией в аэробных условиях; его продукты являются биохимическими предшественниками многих жизненно важных веществ (углеводов, аминокислот, нуклеотидов, порфиринов и проч.)
Механизм аэробного дыхания · Молочная кислота (лактат) подвергается гидролизу в матриксе митохондрий С3Н6О3 + 3 Н2О = 3СО2 + 12Н q СО2 (диоксид углерода выделяется из митохондрий во внешнюю среду, а атомы водорода включается в цикл Кребса – электронно-транспортную дыхательную цепь, локализованную во внутренней мембране митохондрий и состоящую из коферментов - акцепторов (Acz) электронов и протонов – НАД+ и ФАД+ · Эти реакции идут в такой последовательности: 1. Атом водорода с помощью ферментов-переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрий, образующую кристы, где он окисляется (отдаёт электрон) Н – электрон = Н+ 2. Протон Н+ (катион водорода) выносится переносчиками в межмембранное пространство; так как наружная и внутренняя мембраны митохондрий непроницаема для протонов, они накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар 3. Электроны водорода переносятся на внутреннюю поверхность мембраны крист и тут же присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидазы, образуя отрицательно зараженный активный анион кислорода О2 + электрон = О2-- 4. Катионы и анионы по обе стороны мембраны создают разноимённо заряженное электрическое поле (электрохимический потенциал) и, когда разность потенциалов достигнет 200 мВ, открываются протоннные каналы; они возникают в молекулах ферментов АТФ-синтетаз, которые встроены в о внутреннюю (кристовую) мембрану митохондрий 5. Через протонный канал протоны водорода Н+ устремляются внутрь, в матрикс митохондрии, создавая высокий уровень кинетической энергии, большая часть которой идёт на синтез АТФ из АДФ и неорганических фосфатов (Ф) (происходит окислительное фосфорилирование: АДФ + Ф = АТФ) а протоны Н+ взаимодействуют с конечным акцептором – активным анионом кислорода О2-, образуя воду 4Н+ + О2- = 2Н2О q Следовательно, АТФ синтезируется за счёт кинетической энергии протона (Н+), проходящего через АТФ-синтетазу (специальный тоннельный белок, пронизывающий мембрану)
q Таким образом кислород, поступающий в митохондрии в процессе дыхания организма, необходим для присоединения протонов водорода Н+ ; при его отсутствии весь процесс в митохондриях прекращается, так как электронно-транспортная цепь перестаёт функционировать · Общая реакция III этапа: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36 АДФ +36Ф = 6СО2 + 36АТФ + 42Н2О · В результате расщепления одного грамм\моля глюкозы выделяется 1600 кДж энергии; из них на синтез 36 молекул АТФ затрачивается 1440 кДж (55%), 1160 кДж (45%) рассеивается в виде тепла · В результате полного окисления расщепления одного грамм\моля (одной молекулы) глюкозы на всех этапах энергетического обмена образуются 38 молекул АТФ: на II этапе – 2АТФ и на III этапе – 36АТФ q Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрии и участвуют во всех процессах в клетке и организме, где необходима энергия, а после расщепления в виде АДФ возвращается на этапы энергетического обмена для фосфорилирования
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 466; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.138.138.144 (0.02 с.) |