2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

Универсальным источником энергии во всех клетках служит  АТФ  (аденозинтрифосфат или аденозинтрифосфорная кислота).

Все энергетические затраты любой клетки обеспечиваются за счет универсального энергетического вещества — АТФ.

 

АТФ синтезируется в результате реакции фосфорилирования, то есть присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата):

 

АДФ + h4PO4+ 40 кДж = АТФ + h3O.


Энергия запасается в форме энергии химических связей АТФ.  Химические связи АТФ, при разрыве которых выделяется много энергии, называются макроэргическими.


При распаде АТФ до АДФ клетка за счет разрыва макроэргической связи получит приблизительно \(40\) кДж энергии.


Энергия для синтеза АТФ из АДФ  выделяется в процессе диссимиляции.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.

В зависимости от среды обитания организма, диссимиляция может проходить в два или в три этапа.


Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа: подготовительныйбескислородный и кислородный.

 

В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений.

 


 

У анаэробных организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде (а также у аэробных организмов при недостатке кислорода), ассимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный.

 

В двухэтапном энергетическом обмене энергии запасается гораздо меньше, чем в трехэтапном.

Первый этап — подготовительный

Подготовительный этап заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов — до моносахаридов, липидов — до глицерина и жирных кислот, белков — до аминокислот.

Этот процесс называется пищеварением. У многоклеточных организмов он осуществляется в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных ферментов. У одноклеточных организмов — происходит под действием ферментов лизосом.

 

В ходе биохимических реакций, происходящих на этом этапе, энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ  не образуется.

Второй этап — бескислородный (гликолиз)

Второй (бескислородный) этап заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.

Биологический смысл второго этапа заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде \(2\) молекул

АТФ.

Процесс бескислородного расщепления глюкозы называется — гликолиз.

Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

 

Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы C6h22O6 в две молекулы пировиноградной кислоты — ПВК C3h5O3 и две молекулы АТФ (в виде которой запасается примерно \(40\) % энергии, выделившейся при гликолизе). Остальная энергия (около \(60\) %) рассеивается в виде тепла.

 

C6h22O6 + h4PO4+ 2АДФ = C3h5O3+2АТФ +2h3O


Получившаяся пировиноградная кислота при недостатке кислорода в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов превращается в молочную кислоту C3H6O3.

 

HOOC−CO−Ch4пировиноградная кислота→НАД⋅H+H+лактатдегидрогеназаHOOC−CHOH−Ch4молочная кислота

В мышцах человека при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота и появляется боль. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.


При недостатке кислорода в клетках растений, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей), вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: пировиноградная кислота распадается на этиловый спирт C2H5OH и углекислый газ CO2:

 

C6h22O6+2h4PO4+2АДФ=2C2H5OH+2CO2+2АТФ+2h3O

Третий этап — кислородный

В результате гликолиза глюкоза распадается не до конечных продуктов (CO2 и h3O), а до богатых энергией соединений (молочная кислота, этиловый спирт) которые, окисляясь дальше, могут дать ее в больших количествах. Поэтому у аэробных организмов после гликолиза (или спиртового брожения) следует третий, завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление

 или клеточное дыхание.

 

Этот этап происходит на кристах митохондрий.


Третий этап, так же, как и гликолиз, является многостадийным, и состоит из двух последовательных процессов — цикла Кребса и окислительного фосфорилирования.

Третий (кислородный) этап заключается в том, что при кислородном дыхании ПВК окисляется до окончательных продуктов — углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде  \(36\) молекул АТФ  (\(34\) молекулы в цикле Кребса и \(2\) молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).

Этот этап можно представить себе в следующем виде:

 

2C3h5O3+6O2+36h4PO4+36АДФ=6CO2+42h3O+36АТФ.


Вспомним, что ещё две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы (на втором, бескислородном, этапе). Таким образом, в результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется \(38\)молекулАТФ.


Суммарная реакция энергетического обмена:

  

C6h22O6+6O2=6CO2+6h3O+38АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. 9 класс // ДРОФА
Каменский А. А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10-11 класс // ДРОФА

Лернер Г.И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель

www.yaklass.ru

биология. энергетический обмен. методичка нужна

<a href=»/» rel=»nofollow» title=»15907216:##:1STErLe»>[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

Биология в лицее Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ Энергетический обмен Энергетический обмен (диссимиляция) — совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов), поступающих с пищей и запасённых в самом организме (крахмал, гликоген и пр.) до простых веществ с высвобождением энергии. Условно энергетический обмен можно разделить на несколько этапов. Первый этап — подготовительный, включающий в себя расщепление сложных веществ на простые молекулы. Следующий этап — бескислородный, протекающий в цитоплазме клеток без участия кислорода. Наиболее важным является кислородный этап. Он протекает в митохондриях и требует присутствия кислорода. Подготовительный этап энергетического обмена заключается в расщеплении крупных молекул органических веществ на более мелкие. Их распад происходит в различных частях желудочно-кишечного тракта. Внутри клеток органические вещества расщепляются при участии ферментов лизосом. Выделяющаяся в результате подготовительного этапа энергия рассеивается в виде тепла, а образовавшиеся малые молекулы используются в качестве строительного материала. Бескислородный этап энергетического обмена характеризуется ферментативным распадом органических веществ в анаэробных условиях. Он идёт непосредственно в цитоплазме клетки. Примерами бескислородных процессов служат гликолиз и брожение. В результате бескислородного этапа энергетического обмена организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности; 40% энергии расходуется на синтез АТФ, остальное расходуется в виде теплоты. Кислородное расщепление (кислородный этап) — этап энергетического обмена, во время которого происходит полное окисление продуктов бескислородного этапа до углекислого газа и воды с выделением энергии и её аккумулированием в молекулах АТФ. Так, при окислении двух молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ. Часть молекул расходуется на сами процессы окисления, а 21 молекула АТФ передается в цитоплазму для обеспечения работы других клеточных структур. 2C3H6O3 + 6O2 + 36h4PO4 + 36АДФ =&gt; 6CO2 + 6h3O + 36АТФ Кислородное расщепление идёт на внутренней мембране митохондрий и в матриксе под действием многочисленных ферментов крист. Молекула АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) является универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в клетке. Она представляет собой нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. В организме АТФ синтезируется из АДФ и неорганического фосфата: АДФ + h4PO4 + энергия → АТФ + h3O. Малые размеры молекул позволяют им легко диффундировать в различные участки клетки, где необходимо обеспечить энергией процессы жизнедеятельности. В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ — так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2 000 — 3 000 циклов ресинтеза (около 40 кг АТФ в день). Таким образом, запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы.

touch.otvet.mail.ru

Энергетический обмен — что это и какие он имеет этапы :: SYL.ru

Обмен веществ — это все химические реакции, происходящие в клетках живых организмов, его еще называют метаболизмом. Он разделяется на анаболизм и катаболизм, то есть энергетический обмен. Первый подразумевает образование из простых химических соединений более сложных. Этот процесс еще называется пластическим обменом. Для его осуществления необходима энергия, которая получается клеткой за счет катаболизма. С помощью этого процесса клетка синтезирует необходимые нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды и тому подобное. Все эти вещества могут выступать в роли строительного материала для клетки и организма в целом, выполнять функцию ферментов, гормонов и т. д. На втором процессе — энергетическом обмене — мы остановимся более подробно.

Что такое катаболизм?

Энергетический обмен — это процесс, на протяжении которого вещества, имеющие сложную структуру, расщепляются на более простые либо окисляются, вследствие чего организм получает энергию, необходимую для жизни. Катаболизм включает в себя несколько этапов, на протяжении которых происходят различные химические реакции. Их выделяют три.

Этапы энергетического обмена

Перечисляя этапы катаболизма, можно выделить подготовительный, анаэробный (без участия кислорода) и аэробный (с применением оксигена).

Подготовительный этап

В это время сложные молекулы таких соединений, как белки, углеводы и липиды, расщепляются на более простые, также на этом этапе полимеры превращаются в мономеры. Данный процесс происходит вне клетки, в органах пищеварительной системы. В этом участвуют желудочный сок и разнообразные ферменты. Кислород на этом этапе для реакций не требуется. В результате реакций, произошедших в это время, белки денатурируют и распадаются на аминокислоты, сложные углеводы превращаются в простые моносахариды, из липидов образуется глицерин и высшие кислоты. Часть процессов данного этапа происходит также в лизосомах клетки под воздействием ферментов гидролаз.

Второй этап — анаэробное брожение

Энергетический обмен имеет этап брожения, который еще называется гликолизом. Здесь также не требуется участия кислорода в химических реакциях. В принципе, брожению могут подвергаться очень многие органические вещества, но в основном это углеводы. В процессе химических реакций, используемых на данном этапе катаболизма, образуются спирты, углекислый газ, ацетон, органические кислоты, в некоторых случаях водород и другие вещества. Бактерии, одноклеточные грибы и растения, активно совершающие брожение, широко используются в промышленности, к примеру, для добычи этилового спирта, производства сыров и других молочнокислых продуктов, в хлебобулочной отрасли для изготовления теста. Брожение еще называется неполным окислением.

Реакции, которые происходят на этой стадии, и их использование

Примером химических реакций, которые проходят на этой стадии, можно назвать самую распространенную — спиртовое брожение. Это процесс расщепления глюкозы либо фруктозы под воздействием специальных ферментов, при котором выделяется углекислый газ и этиловый спирт, а также образуются молекулы АТФ. Уравнение данной химической реакции выглядит так: С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + СО2 + 2АТФ. Именно организмы, использующие такую реакцию для получения необходимой энергии, применяются в промышленности для изготовления спиртных напитков. В результате процесса, который используют для получения энергии молочнокислые бактерии, образуется молочная кислота. Уравнение выглядит следующим образом: С6Н12О6 = С3Н6О3 + 2АТФ. В клетках животных и грибов распространена реакция, в результате которой выделяется пировиноградная кислота. Этот процесс выглядит так: С6Н12О6 = 2С3Н4О3 + (4Н) + 2АТФ.

Третий и последний этап — клеточное дыхание

Он происходит в митохондриях. На этой стадии осуществляется окисление веществ, за счет чего высвобождается определенное количество энергии. В такого рода процессах, как уже можно было догадаться, принимает участие кислород.

К разным тканям многоклеточных организмов он поставляется с помощью эритроцитов, содержащих гемоглобин для его переноски. На этой стадии клетка расщепляет полученные в предыдущих этапах вещества до самых простых — углекислого газа и воды. Эти два вещества обязательно образуются вследствие обычного сгорания любого органического вещества. Для того чтобы выполнить полное окисление органического соединения в сотни тысяч раз быстрее, чем оно могло бы сгореть, и без использования сверхвысоких температур, клетке необходимы разнообразные ферменты, которые содержатся в лизосомах. Также для получения энергии вследствие клеточного дыхания необходимо вещество АДФ — аденозиндифосфат, который также используется во многих других целях. Основную химическую реакцию, которая используется на данном этапе энергетического обмена, можно записать следующим образом: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ = 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ. Из уравнения видно, что при такого рода процессе выделяется немалое количество энергии. Также на этой стадии может происходить реакция полного окисления пировиноградной кислоты, в результате которого также выделяется энергия, но в меньшем количестве.

Как в атмосфере образуется кислород?

В связи с тем, что основным процессом, в котором и заключается энергетический обмен у животных, некоторых бактерий и грибов, является именно клеточное дыхание, кислород для этих организмов жизненно необходим. А такому высокому его содержанию в атмосфере нашей планеты мы обязаны растениям — легким Земли.

Они дают нам кислород и забирают из воздуха углекислый газ в процессе фотосинтеза, с помощью которого они из простых неорганических веществ получают необходимые для них органические (чаще всего глюкозу или фруктозу). Процесс фотосинтеза происходит благодаря солнечной энергии, которая служит ускорителем для такого рода химических реакций. Уравнение фотосинтеза можно записать следующим образом: 6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2. Рассмотренные в этой статье процессы еще раз доказывают, что в природе все взаимосвязано: фотосинтез происходит с использованием углекислого газа, ненужного животным, а энергетический обмен у последних невозможен без кислорода, который выделяется растениями как побочный продукт фотосинтеза.

Какие органеллы клетки принимают участие в энергетическом обмене?

В первую очередь это митохондрии, именно в них и происходит весь процесс клеточного дыхания. На их кристах окисляются вещества, которые были получены в процессе анаэробного брожения, то есть на втором этапе энергетического обмена. Также это лизосомы, уже неоднократно упомянутые в тексте. Они содержат в своей полости, ограниченной мембраной, ряд необходимых для всех реакций ферментов. В цитоплазме клетки с помощью этих органоидов происходит процесс неполного окисления (гликолиза) органических соединений. Продукты, образованные на этом этапе при участии ферментов, содержащихся в лизосомах, служат сырьем для последующего клеточного дыхания, происходящего в митохондриях. Кроме того, в этих процессах принимают участие микротрубочки, которые транспортируют вещества по клетке, а также плазматическая мембрана, которая содержит специальные белки, переносящие из окружающей среды в цитоплазму определенные нужные для энергетического обмена химические соединения.

www.syl.ru

Этапы энергетического обмена

В процессе брожения энергетический обмен обычно подразделяется на три этапа. Первый этап — подготовительный. На этом этапе молекулы сложных углеводов, жиров и белков распадаются на мелкие — глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты; крупные молекулы нуклеиновых кислот — на нуклеотиды. В этих реакциях выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

Второй этап — неполный, во время которого осуществляется бескислородное расщепление, протекает в цитоплазме клетки. Он называется также анаэробным дыханием (гликолиз) или брожением. Термин «брожение» обычно применяют к процессам, протекающим в клетках растений или микроорганизмов. На этом этапе продолжается дальнейшее расщепление веществ при участии ферментов. Например, в мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы молочной кислоты. В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ и за счет энергии, выделившейся в результате их расщепления, образуются молекулы АТФ.

У дрожжевых грибов молекула глюкозы в бескислородных условиях расщепляется на этиловый спирт и диоксид углерода. Этот процесс называется спиртовым брожением.

У других микроорганизмов процесс гликолиза завершается образованием ацетона, уксусной кислоты и др. Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. При бескислородном расщеплении глюкозы до образования молочной кислоты 40% выделяемой энергии сохраняется в молекуле АТФ, а остальная энергия рассеивается в виде теплоты.

Третий этап энергетического обмена называется аэробным дыханием, или кислородным расщеплением. Этот этап энергетического обмена также ускоряется с помощью ферментов. Вещества, образовавшиеся в клетке на предыдущих этапах, при участии кислорода распадаются на конечные продукты СО2 и Н2О. В процессе кислородного дыхания выделяется большое количество энергии, которая накапливается в молекулах АТФ. При расщеплении двух молекул молочной кислоты при доступе кислорода образуются 36 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание. Все живые организмы по способу получения энергии делятся на две большие группы: автотрофные и гетеротрофные.

← Химическая энергия

biologylife.ru

Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 города Воронежа

Энергетический обмен

 

Энергетический обмен (диссимиляция) — совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов), поступающих с пищей и запасённых в самом организме (крахмал, гликоген и пр.) до простых веществ с высвобождением энергии.

Условно энергетический обмен можно разделить на несколько этапов.

Первый этап — подготовительный, включающий в себя расщепление сложных веществ на простые молекулы.

Следующий этап — бескислородный, протекающий в цитоплазме клеток без участия кислорода.

Наиболее важным является кислородный этап. Он протекает в митохондриях и требует присутствия кислорода.

Подготовительный этап энергетического обмена заключается в расщеплении крупных молекул органических веществ на более мелкие.

Их распад происходит в различных частях желудочно-кишечного тракта. Внутри клеток органические вещества расщепляются при участии ферментов лизосом.

Выделяющаяся в результате подготовительного этапа энергия рассеивается в виде тепла, а образовавшиеся малые молекулы используются в качестве строительного материала.

Бескислородный этап энергетического обмена характеризуется ферментативным распадом органических веществ в анаэробных условиях.

Он идёт непосредственно в цитоплазме клетки.

Примерами бескислородных процессов служат гликолиз и брожение.

В результате бескислородного этапа энергетического обмена организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности; 40% энергии расходуется на синтез АТФ, остальное расходуется в виде теплоты.

Кислородное расщепление (кислородный этап) — этап энергетического обмена, во время которого происходит полное окисление продуктов бескислородного этапа до углекислого газа и воды с выделением энергии и её аккумулированием в молекулах АТФ.

Так, при окислении двух молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ. Часть молекул расходуется на сами процессы окисления, а 21 молекула АТФ передается в цитоплазму для обеспечения работы других клеточных структур.

2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36АДФ => 6CO2 + 6H2O + 36АТФ

Кислородное расщепление идёт на внутренней мембране митохондрий и в матриксе под действием многочисленных ферментов крист.

Молекула АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) является универсальным переносчиком и основным аккумулятором химической энергии в клетке. Она представляет собой нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты. В организме АТФ синтезируется из АДФ и неорганического фосфата:

АДФ + H3PO4 + энергия → АТФ + H2O. 

 

Малые размеры молекул позволяют им легко диффундировать в различные участки клетки, где необходимо обеспечить энергией процессы жизнедеятельности. 

 

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ — так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2 000 — 3 000 циклов ресинтеза (около 40 кг АТФ в день). Таким образом, запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы. 

 

biolicey2vrn.ru

его этапы, последовательность, значение в биологии

Содержание:

  • Что такое АТФ?

  • Этапы энергетического обмена

  • Подготовительный этап энергетического обмена

  • Бескислородный этап энергетического обмена

  • Кислородный этап энергетического обмена

  • Энергетический обмен, видео
  • Энергетический обмен в клетке представляет собой общую деятельность химических реакций при распаде органических веществ. При этом происходит освобождение энергии, которая впоследствии идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Значение энергетического обмена в биологии велико, именно с его помощью осуществляется клеточный метаболизм, а сама клетка обеспечивается необходимой энергией для ее функционирования и поддержания жизни.

    Что такое АТФ?

    Аденозинтрифосфорная кислота (она же АТФ) является постоянным источником энергии для клетки. Деятельность АТФ начинается с реакции фосфорилирования – добавления атомов фосфорного соединения к молекулам аденозиндифосфата (АДФ).

    Вот так выглядит строение молекулы АТФ.

    Как результат, расходуемая энергия накапливается в связях АДФ, чтобы после ее распада и гидролиза (взаимодействия с водой) поступить в материю в количестве 40 кДж. Говоря по простому, распад органических веществ способствует выделению энергии. А само выделение энергии, энергетический обмен, проходит через две или три стадии. И тут мы переходим к следующему пункту.

    Этапы энергетического обмена

    В целом существует три этапа энергетического обмена:

    • Подготовительный.
    • Безкислородный.
    • Кислородный.

    Так эти этапы или фазы энергетического обмена выглядят схематически:

    Но есть исключение. Таким исключением являются организмы, живущие без воздуха, так как они не нуждаются в поступлении кислорода, то энергетический обмен у них происходит только в два этапа. Кислород в этом процессе не участвует.

    Далее мы детально рассмотрим все этапы ЭО в живой природе.

    Подготовительный этап энергетического обмена

    На этой фазе совершается распад больших пищевых полимеров на более мелкие образования. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных существ осуществляется ферментативный пищеварительный распад, в то время как у существ одноклеточных он происходит при помощи лизосом (клеточных органоидов, ответственных за расщепление биополимеров).

    В это же время полисахариды (высокомолекулярные углеводы) распадаются на дисахариды и моносахариды. Затем белки превращаются в аминокислоты, а жиры в чистый глицерин и прочие жирные соединения.

    В результате описанных выше преобразований образуется определенное количество энергии в виде тепла. АТФ при этом еще не образуется. Зато полученные мономеры могут участвовать в метаболизме для синтеза веществ, необходимых для получения силы.

    Живая материя использует, прежде всего, углеводы, в то время как жиры, будучи источником энергии первого резерва, исчерпываются по окончании углеродного запаса. Исключением выступают скелетные мышцы, в них предпочтение отдается наличию жиров, а не глюкозе. Белки при этом расходуются гораздо позже, уже после исчерпания запасов углеводов и жиров.

    Бескислородный этап энергетического обмена

    Также второй этап энергетического обмена называется гликолизом. Происходит он в цитоплазме. Главная роль здесь отведена глюкозе, она же является основным источником освобожденной энергии. Анаэробный гликолиз осуществляется благодаря безкислородному распаду собственно глюкозы, с целью ее превращения в лактат. Уставшие спортсмены после интенсивной тренировки зачастую чувствуют это вещество в своих мышцах.

    Также на этом этапе происходит ферментативное деление органических частиц.

    Гликолиз представляет собой многоуровневый процесс бескислородного распада частиц глюкозы. Сама же глюкоза содержит шесть элементов водорода и две единицы пировиноградного соединения.

    Так выглядит гликолиз глюкозы.

    В ходе гликолиза при распадении 1 моля глюкозы выделяется 200 кДж энергии, 60% которых освобождается в виде тепла, а оставшиеся 40% идут на синтез нескольких частиц АТФ из нескольких частиц АДФ.

    Если же в окружении пировиноградного соединения вдруг оказывается кислород, то он переходит из цитоплазмы в митохондрию, еще один важный клеточный органоид, где проходит его участие в 3 этапе энергетического обмена клетки.

    Кислородный этап энергетического обмена

    Кислородный энергетический обмен более сложный, нежели гликолиз, он имеет более сложную структуру, проходит в несколько этапов, являясь, по сути, многоуровневым процессом при участии большого числа ферментов.

    В окончании третьего этапа формирования энергии из двух частиц СН3(СО)СООН получается CO2, Н2О и 36 элементов АТФ. Для АТФ создается запас в процессе бескислородного распада C6H12O6.

    3 этап энергетического обмена.

    Энергетический обмен, видео

    И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.


    www.poznavayka.org

    Био: Энергетический обмен


    Основная цель энергетического обмена (диссимиляции, катаболизма) — это запасание энергии в виде макроэргических связей молекул АТФ. Энергия выделяется при расщеплении сложных органических веществ. И, конечно, не всю ее можно запасти — часть энергии рассеивается в виде тепла. Окисление органики – единственный способ получения энергии для гетеротрофов. Для растений оно тоже необходимо, когда наступает темнота и фотосинтез не идет. В это время клетки растений используют для процессов жизнедеятельности запасы углеводов, образовавшихся на свету.

    Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа.

    Первый этап – подготовительный. 

    Место действия: лизосомы. 

    Нужно: ферменты.

    Что происходит: расщепление ферментами сложных полимеров до мономеров (что-то вроде переваривания), например, крахмал или гликоген расщепляются до глюкозы. 

    Энергетический выход: АТФ НЕ образуется. вся энергия рассеивается в виде тепла.

    Второй этап — гликолиз.

    Место действия: цитоплазма.

    Нужно: ферменты, переносчики водорода, АДФ и фосфаты

    Что происходит: неполное бескислородное ферментативное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты. Суммарно реакция гликолиза имеет вид

         С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+® 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2НАД-Н2+ + 2Н2О.

    более детально гликолиз выглядит так:

    Энергетический выход: 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы; остальное — в виде теплоты; КПД около 40%.

    Продукт гликолиза – ПВК – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в ходе кислородного этапа в митохондриях. Для этого процесса необходим кислород. Если же кислорода в клетке недостаточно (или он отсутствует), пировиноградная кислота подвергается различным превращениям. Брожение – анаэробный ферментативный окислительно-восстановительный процесс превращения органических веществ, посредством которого многие организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности. Брожение – эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием. К брожению способны бактерии, многие микроскопические грибы и простейшие. Брожение может наблюдаться в клетках растений и животных (в том числе и человека) в условиях дефицита кислорода. Сбраживанию подвергаются различные вещества: углеводы, органические кислоты, спирты, аминокислоты и другие вещества. Продуктами брожения являются различные кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (бутиловый, этиловый, амиловый), ацетон, а также углекислый газ и вода. В основе молочнокислого брожения лежит гликолиз. Образовавшаяся в процессе гликолиза ПВК восстанавливается атомами водорода, связанными с НАД-Н2+, и образуется молочная кислота.           С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ ® 2СН3СНОНСООН (С3Н6О3) + 2АТФ + 2Н2О. Процесс молочнокислого брожения осуществляют молочнокислые бактерии и животные. Процесс спиртового брожения, который осуществляют дрожжи, идет аналогично молочнокислому брожению, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. Сначала ПВК декарбоксилируется до уксусного альдегида: СН3СОСООН ® СН3СОН + СО2. Образовавшийся уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта за счет НАД-Н2+:      СН3СОН + НАД-Н2+® СН3СН2ОН + НАД+.     Суммарно процесс спиртового брожения можно выразить следующим образом:

    С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4® 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О.

        Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается и в растительных клетках в отсутствие кислорода.

    Процесс брожения находит большое практическое применение. 

    Продукт гликолиза – ПВК – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в ходе третьего этапа энергетического обмена — клеточного дыхания.

    Место действия: митохондрии

    Нужно: кислород, неповрежденные мембраны, ферменты, переносчики водорода,  АДФ и фосфаты.

    Что происходит: полное кислородное расщепление пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды, но поэтапно:

    1) окислительное декарбоксилирование ПВК:

    2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

    3) ЭТЦ на внутренней мембране митохондрий

    Энергетический выход: 36 молекул АТФ на 2 молекулы ПВК, остальное рассеивается в виде теплоты (КПД 55%)

    Кислородный этап, таким образом, дает энергии в 18 раз больше, чем ее запасается в результате гликолиза.

    Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом: С6Н12О6 + 6 О2 +38АДФ + 38Н3РО4® 38АТФ +  6СО2 + 44Н2О.

    Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствие кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточно кислорода, все переносчики водорода вскоре насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии для образования АТФ окажется блокированным. Итак:
    1.     Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он может идти в пробирке (in vitro), если имеются все необходимые субстраты и ферменты. Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповрежденных мембран, так как решающую роль играют происходящие на них электрические явления.
    2.     Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ: из них 2 синтезируются в бескислородную стадию, а в кислородную – 36. 3.     Анаэробный гликолиз позволяет клетке и организму в целом выжить даже при очень больших затратах энергии, в условиях дефицита О2. Некоторые организмы живут только за счет гликолиза. При нормальном функционировании аэробное дыхание выгоднее. 4.     Жиры и белки тоже могут расщепляться до соединений, способных окисляться в данных ферментативных системах. Таким образом, эти системы являются своего рода клеточной «топкой», в которой сгорают углеводы и жиры, и белки. Энергия, доставленная любой пищей, в конечном итоге превращается в клетках в энергетический потенциал АТФ, который используется всеми живыми организмами планеты.

    myblog-bio.blogspot.com