Экзергонические и эндергонические реакции в клетке. Строение атф и его роль в биоэнергетик.

 

Суть обмена веществ сводится к поступлению веществ из окружающей среды, их переработке (например, в пищеварительной системе), усвоению и использованию клетками организма и выделению в окружающую среду продуктов обмена, образовавшихся в клетках.

В ходе обмена постоянно идут процессы ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция (уподобление) – процесс использования организмом внешних по отношению к нему веществ и синтез своих собственных на основе продуктов расщепления. Процесс ассимиляции связан с затратами энергии. Диссимиляция (разуподобление) – процесс разрушения веществ в организме и образование продуктов обмена. Диссимиляция сопровождается выделением энергии.
Процессы ассимиляции и диссимиляции связаны между собой, но не всегда уравновешены. В растущем организме преобладает ассимиляция, в стареющем – диссимиляция, у взрослых людей эти процессы чаще уравновешены. Диссимиляция усиливается при интенсивном росте (дети вытягиваются и худеют) и новообразованиях (опухолевый рост сопровождается затратами энергии на деление клеток).

метаболизм – обмен веществ, Анаболизм и катаболизм – две взаимосвязанные стороны метаболизма.
анаболизм – процессы синтеза веществ в организме, сопровождающиеся поглощением энергии;
катаболизм – процессы распада веществ в организме, сопровождающиеся выделением энергии.

Главным материальным носителем свободной энергии в органических веществах являются химические связи между атомами.соединения, молекулы которых содержат связи, отдающие при распаде значительные количества свободной энергии, получили название макроэргических соединений.

По источникам питания живые организмы делятся на две большие группы – автотрофы, использующие СО₂ в качестве исходного питательного материала для построения различных углеродсодержащих органических веществ,
гетеротрофы, которые используют углерод в виде готовых достаточно сложных органических соединений (например углеводов). По отношению к источникам энергии живые организмы делятся на фототрофы, для которых источником энергии служит солнечный свет, и хемотрофы, потребляющие энергию ОВР.

Направление химической реакции определяется значением ΔG. Если эта величина отрицательна, то реакция протекает самопроизвольно и сопровождается уменьшением свободной энергии. Такие реакции называют экзергоническими. Если при этом абсолютное значение ΔG велико, то реакция идёт практически до конца, и её можно рассматривать как необратимую.

Если ΔG положительно, то реакция будет протекать только при поступлении свободной энергии извне; такие реакции называют эндергоническими.

АТФ – Аденозинтрифосфат - состоит из трех элементов: рибозы, аденина и остатков фосфорной кислоты. Рибоза – углевод, который относится к группе пентоз. Это значит, что в составе рибозы 5 атомов углерода, которые заключены в цикл.

Рибоза соединяется с аденином β-N-гликозидной связь на 1-ом атоме углерода. Также к пентозе присоединяются остатки фосфорной кислоты на 5-ом атоме углерода.

Аденин – азотистое основание. В зависимости от того, какое азотистое основание присоединяется к рибозе, выделяют также ГТФ (гуанозинтрифосфат), ТТФ (тимидинтрифосфат), ЦТФ (цитидинтрифосфат) и УТФ (уридинтрифосфат).

Остатки фосфорной кислоты. К рибозе может присоединиться максимально три остатка фосфорной кислоты. Если их два или только один, то соответственно вещество называется АДФ (дифосфат) или АМФ (монофосфат).

Величина свободной энергии гидролиза АТФ делает возможным его образование из АДФ за счёт переноса фосфатного остатка от таких высокоэнергетических фосфатов, как, например, фосфоенолпируват или 1,3-бис-фосфо-глицерат; в свою очередь, АТФ может участвовать в таких эндергонических реакциях, как фосфорилирование глюкозы или глицерина. АТФ выступает в роли донора энергии в эндергонических реакциях многих анаболических процессов. Некоторые биосинтетические реакции в организме могут протекать при участии других нуклеозидтрифосфатов, аналогов АТФ; Все эти нуклеотиды, в свою очередь, образуются при использовании свободной энергии концевой фосфатной группы АТФ. Наконец, за счёт свободной энергии АТФ совершаются различные виды работы, лежащие в основе жизнедеятельности организма, например, такие как мышечное сокращение или активный транспорт веществ.

 

Понятие об этапах унификации превращений различных энергетических субстратов в организме. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Последовательность реакций в мультиэнзимном комплексе. Энергетическая эффективность.

Условно можно выделить два этапа унификации энергетического "топлива" в клетках.

• На I этапе (переваривание в желудочно-кишечном тракте или распад в клетках) биополимеры расщепляются на свои структурные компоненты — мономеры, теряя при этом исходную специфичность строения.

 • На II этапе (тканевой обмен) мономеры в основном превращаются в пировиноградную кислоту и/или далее в активную форму уксусной кислоты - ацетил-КоА, который и является универсальным энергетическим субстратом.

+На 3 этапе- в цикле трикарбоновых кислот Кребса происходит окисление (дегидрирование) ацетил-КоА с образованием восстановленных кофермен-тов НАД-Н (никотин-амид-аденин-ди-нуклеотид-восстановленный) и ФАД-Н2(флавин-аденин-ди-нуклеотид-восстановленный). В мембранах митохондрий они включаются в дыхательную цепь, где в ходе окислительного фосфорилирования в присутствии кислорода происходит синтез АТФ из АДФ и фосфата.
На I и II этапах унификации субстратов окисления выделяется до 40 %, в 3 эиапе  - около 60 % энергии. В связи с этим именно цикл трикарбоновых кислот считается основным "энергетическим котлом" клетки.