Реакции синтеза веществ составляют пластический обмен, а реакции расщепления – энергетический обмен.

И энергетический и пластический обмен проходят три стадии.

На первой стадии энергетического обмена происходит расщепление пищевых веществ на строительные блоки – аминокислоты, нуклеотиды, простые сахара, глицерин и жирные кислоты.

На второй стадии эти строительные блоки превращаются в менее разнообразный набор промежуточных соединений.

И, наконец, на третьей стадии эти промежуточные соединения окисляются до углекислого газа и воды.

Пластический обмен также проходит в три стадии. На первой стадии из низкомолекулярных соединений образуются промежуточные соединения. На второй стадии из промежуточных соединений образуются строительные блоки. И, наконец, на третьей стадии из строительных блоков образуются макромолекулы.

Ключевую роль в процессах превращения и расходования энергии играют молекулы АТФ (аденозинтрифосфат). Энергия, заключенная в этих молекулах, благодаря особенностям их химического строения, используется на осуществление, практически, всех функций клетки.

 

2. Основные стадии энергетического обмена.

 

Рассмотрим основные стадии энергетического обмена веществ на примере крахмала и глюкозы. Это вполне оправданно, так как путь окисления глюкозы является основным путем энергетического обмена.

Первый этап подготовительный. У одноклеточных организмов он проходит в пищеварительных вакуолях, а у многоклеточных животных – в пищеварительном тракте. Его суть заключается в гидролизе высокомолекулярных соединений до мономеров. При этом крахмал распадается на мономеры, то есть глюкозу.

Второй этап происходит в матриксе цитоплазмы. Это бескислородный этап энергетического обмена, называемый гликолиз. Он заканчивается образованием пировиноградной кислоты. У некоторых организмов, главным образом, бактерий пировиноградная кислота превращается либо в этиловый спирт, либо в молочную кислоту. И на этом извлечение энергии заканчивается. Такой тип энергетического обмена малоэффективен, в результате молочнокислого и спиртового брожения образуется всего 2 молекулы АТФ.

У абсолютного большинства организмов пировиноградная кислота вовлекается в сеть реакций так называемого цикла лимонной кислоты и дыхательной цепи. Эти процессы происходят у эукариотических организмов в митохондриях. Они гораздо эффективнее в плане накопления энергии, чем процесс гликолиза. В результате этого этапа расщепления глюкозы образуется углекислый газ и вода. Энергетическая ценность этих процессов – 36 молекул АТФ, то есть в 18 раз выше, чем у гликолиза. Столь высокая эффективность объясняется участием на последнем этапе окисления такого сильного окислителя, как кислород.

Таким образом, в результате реакций расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

 

3. Стадии пластического обмена. Фотосинтез.

 

Первый этап пластического обмена происходит у организмов, способных к фотосинтезу. Процесс превращения неорганических веществ в органические, происходящий с использованием энергии солнечного света, называется фотосинтезом. Фотосинтез во многом противоположен дыханию, так как здесь из углекислого газа и воды образуется глюкоза. Этот процесс протекает, главным образом, в хлоропластах растений.

Фотосинтез проходит в две фазы. Первая фаза проходит на свету. Она включает три процесса: фотолиз воды, фотофосфорилирование, восстановление вещества НАДФ+ до НАДФ.Н2.

Фотолиз воды – это процесс разложения воды с образованием молекулярного кислорода. Именно этот кислород используется организмами, живущими на нашей планете для дыхания.

Фотофосфорилирование – это процесс превращения АДФ в АТФ, происходящий под действием энергии света. Такой же процесс происходит и при дыхании, но там используется химическая энергия.

Восстановление НАДФ+ - это процесс связывания молекулярного водорода, который высвобождается при фотолизе воды. Энергия, накапливаемая таким способом, идет затем на процессы темновой фазы фотосинтеза.

Вторая фаза фотосинтеза в свете не нуждается и поэтому называется темновой. Это ряд ферментативных реакций, в результате которых богатые энергией вещества (АТФ и НАДФ Н2), отдают её углекислому газу, который постепенно превращается в глюкозу и крахмал.