Энергетическая ценность аэробного дихотомического окисления глюкозы. Сходство и различия аэробного и анаэробного путей распада глюкозы. Соотношение этих путей в тканях. Эффект Пастера.

Энергетическая ценность аэробного дихотомического окисления глюкозы

 

Выход АТФ при аэробном гликолизе

На образование фруктозо-1,6-бисфосфата из одной молекулы глюкозы требуется 2 молекулы АТФ (реакции 1 и 3 на рис. 7-33). Реакции, связанные с синтезом АТФ, происходят после распада глюкозы на 2 молекулы фосфотриозы, т.е. на втором этапе гликолиза. На этом этапе происходят 2 реакции субстратногофосфорилирования и синтезируются 2 молекулы АТФ (реакции 7 и 10). Кроме того, одна молекула глицеральдегид-3-фосфата дегидрируется (реакция 6), a NADH передаёт водород в митохондриальную ЦПЭ, где синтезируется 3 молекулы АТФ путём окислительного фосфорилирования. В данном случае количество АТФ (3 или 2) зависит от типа челночной системы. Следовательно, окисление до пирувата одной молекулы глицеральдегид-3-фосфата сопряжено с синтезом 5 молекул АТФ. Учитывая, что из глюкозы образуются 2 молекулы фосфотриозы, полученную величину нужно умножить на 2 и затем вычесть 2 молекулы АТФ, затраченные на первом этапе. Таким образом, выход АТФ при аэробном гликолизе составляет (5×2) - 2 = 8 АТФ

Сходство и различия аэробного и анаэробного путей распада глюкозы. Соотношение этих путей в тканях.

Главное отличие между аэробным и анаэробным процессом что в аэробном процессе молекулярный кислород находится внутри клетки, тогда как в анаэробном процессе молекулярный кислород отсутствует внутри клетки, Кроме того, аэробный процесс более эффективен при производстве энергии в форме АТФ, тогда как анаэробный процесс менее эффективен при производстве энергии.

Аэробный процесс. Аэробное дыхание - это тип клеточного процесса, ответственного за выработку АТФ, которая является энергетической валютой клетки посредством полного окисления глюкозы. Здесь углекислый газ и вода являются двумя типами побочных продуктов этой реакции. Важно отметить, что аэробное дыхание является основной формой метода клеточного дыхания, используемого высшими организмами, включая животных и растения.Кроме того, тремя основными этапами аэробного дыхания являются гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов. На самом деле, гликолиз является первым этапом аэробного процесса, ответственного за расщепление глюкозы на две молекулы пирувата с образованием 2 молекул АТФ и 2 НАДН. Затем этот пируват подвергается окислительномудекарбоксилированию с образованием ацетил-КоА, который входит в цикл Кребса, происходящий в митохондриальном матриксе. Здесь цикл Кребса отвечает за полное расщепление ацетил-КоА в углекислом газе с образованием 2 GTP, 6 NADH и 2 FADH.2 молекулы. Наконец, снижение энергии в молекулах, образующихся во время клеточного дыхания, включая NADH и FADH2 используется для производства АТФ путем окислительного фосфорилирования цепи переноса электронов, которая происходит на внутренней мембране митохондрий. Молекулярный кислород служит конечным акцептором электронов, порождая воду. Более эффективно, аэробное дыхание производит 36 молекул АТФ на молекулу глюкозы.

Анаэробный процесс.Анаэробный процесс - это другой тип клеточного дыхания, возникающий при отсутствии молекулярного кислорода внутри клетки.Этот тип клеточного дыхания встречается у низших организмов, включая бактерии, дрожжи и паразитических червей. Первым этапом анаэробного процесса является гликолиз, который происходит внутри цитоплазмы. Существует два типа анаэробного дыхания: ферментация этанолом и ферментация молочной кислоты. Здесь дрожжи в основном подвергаются этанольной ферментации, которая включает превращение пирувата в альдегид, а затем превращение в этанол. Однако молочнокислое брожение в основном происходит у бактерий. Он включает превращение пирувата в молочную кислоту. Тем не менее, регенерация НАД+ при обоих видах брожения не продуцируется АТФ. Следовательно, полный выход АТФ равен двум, которые образуются при гликолизе.В отличие от брожения, другой тип анаэробного процесса происходит в нескольких типах бактерий. И этот тип анаэробного дыхания также проходит через три этапа: гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов. Однако конечным акцептором электронов в цепи переноса электронов является не молекулярный кислород, а неорганические соединения, включая ионы, такие как сульфат или нитрат и диоксид углерода. Например, метаногенные бактерии используют диоксид углерода в качестве конечного акцептора электронов, производя газообразный метан в качестве побочного продукта.

Сходства между аэробным и анаэробным процессом

•   Аэробный и анаэробный процессы - это два типа методов клеточного дыхания, используемых в различных типах организмов.

•   Оба процесса разрушают связи в простых органических соединениях и используют выделенную энергию для производства АТФ.

•   Кроме того, глюкоза является основной формой простого органического соединения в клеточном дыхании.

•   Кроме того, гликолиз, который происходит внутри цитоплазмы, является первым шагом этих клеточных дыханий.

•   Кроме того, углекислый газ является побочным продуктом обоих процессов.

Разница между аэробным и анаэробным процессом

-Аэробный процесс относится к процессу клеточного дыхания, происходящему в присутствии кислорода, в то время как анаэробный процесс относится к процессу клеточного дыхания, происходящему в отсутствие свободного кислорода.

-Кроме того, еще одно важное различие между аэробным и анаэробным процессом заключается в том, что аэробный процесс в основном происходит у высших организмов, тогда как анаэробный процесс в основном происходит у низших организмов, включая бактерии, дрожжи и паразитов.

-аэробный процесс происходит в цитоплазме и внутри митохондрий, тогда как анаэробный процесс происходит в цитоплазме.

-Три этапа аэробного процесса - гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов, в то время как два основных типа анаэробного процесса - ферментация этанолом и ферментация молочной кислоты.

-химическая реакция аэробного процесса является C6С12О6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP, в то время как химическая реакция брожения этанола - C6ЧАС12О6 → 2C2ЧАС5ОН + 2CO2 + 2ATP и химическая реакция молочнокислого брожения составляет C6ЧАС12О6 → 2C3ЧАС6О3 + 2ATP.

-аэробный процесс ответственен за полное окисление субстрата, анаэробный процесс ответственен за неполное окисление субстрата. Следовательно, это еще одно различие между аэробным и анаэробным процессом.

-НАД+ регенерация происходит в цепи переноса электронов аэробного процесса, в то время как НАД+ регенерация происходит при частичном окислении пирувата в результате анаэробного процесса.

-NAD+ регенерация аэробного процесса производит АТФ, а НАД+ регенерация анаэробного процесса не продуцирует АТФ.

-Аэробный процесс производит 36 молекул АТФ на молекулу глюкозы, в то время как анаэробный процесс производит только 2 АТФ на молекулу глюкозы.

-аэробный процесс производит шесть молекул воды на молекулу глюкозы, в то время как анаэробный процесс не производит молекулы воды, поскольку он не использует молекулярный кислород в цепи переноса электронов.

Аэробный процесс - это тип клеточного процесса, который требует присутствия молекулярного кислорода внутри клетки. Аэробное дыхание является основным типом аэробного процесса, который разрушает связи в молекуле глюкозы с образованием АТФ с использованием выделенной энергии. Во время аэробного дыхания на молекулу глюкозы вырабатывается 32 молекулы АТФ. Для сравнения, анаэробный процесс представляет собой тип клеточного процесса, который происходит в отсутствие молекулярного кислорода. Он производит меньше молекул АТФ из-за неполного окисления глюкозы. Следовательно, основное различие между аэробным и анаэробным процессом заключается в использовании молекулы кислорода для процесса и эффективности.

Анаэробный гликолиз – это распад глюкозы при отсутствии кислорода с образованием лактата. Но в процессе образования молочной кислоты НАДН в клетке не накапливается. Этот процесс осуществляется в тех тканях и клетках, которые функционируют в условиях кислородного голодания – гипоксии. К таким тканям в первую очередь относятся скелетные мышцы. В эритроцитах, несмотря на наличие кислорода, тоже в процессе гликолиза образуется лактат, потому что в кровяных клетках отсутствуют митохондрии.

Эффект Пастера.

Это снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода. Биохимический механизм эффекта заключается в конкуренции за пируват между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-S-КоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат.

У пируватдегидрогеназы сродство гораздо выше и в обычных аэробных условиях она окисляет большую часть пировиноградной кислоты. Как только поступление кислорода уменьшается (недостаток кровообращения, тромбоз и т.п.) происходит следующее:

внутримитохондриальные процессы дыхания не идут и НАДН в дыхательной цепи не окисляется, моментально накапливающийся в митохондриях НАДН тормозит цикл трикарбоновых кислот, ацетил-S-КоА не входит в ЦТК и ингибирует ПВК-дегидрогеназу.

В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную.

При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию.