Метаболизм. Энергетический обмен

Метаболи́зм, или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с синтезом сложных органических соединений, идущие с затратой энергии.
Совокупность химических реакций в организме, которые связаны с деградацией (расщеплением) сложных органических соединений до простых, идущие с выделением энергии.

Окисление – потеря электронов или водорода каким-либо соединением.
Восстановление – присоединение электронов или атомов водорода.
Окисляемое вещество – донор,
Восстанавливаемое вещество – акцептор электронов или водорода.

Катаболизм, или энергетический обмен
Этапы:
Подготовительный
Гликолиз (если расщепляется молекула глюкозы)
Дыхание

Подготовительный этап
Проходит:
В лизосомах
В отделах пищеварительного тракта
Сущность:
Сложные органические молекулы под действием ферментов расщепляются до мономеров (глюкозы, аминокислот, жирных кислот, глицерина)
Энергия:
- Выделяется в виде тепла

Бескислородный (анаэробный) этап
Гликолиз (греч. glycos – сладкий, lysis – расщепляю)
Место:
Цитоплазма
Сущность:
Одна шестиуглеродная молекула глюкозы ступенчато расщепляется и окисляется при участии ферментов до двух трехуглеродных молекул пировиноградной кислоты.
4 атома водорода идут на восстановление никотинамидденуклеотида (НАД+)

Кислородный (аэробный) этап
Дыхание
Место:
Митохондрии
Сущность:
2 молекулы ПВК поступают на ферментативный кольцевой «конвейер» – цикл Кребса.

1) Попадая в митохондрию ПВК окисляется и превращается в богатое энергией производное уксусной кислоты – Ацетилкоэнзим А.
Цикл Кребса

2) ацетил-КоА соединяется с молекулой щавелевоуксусной кислоты, при этом образуется трикарбоновая лимонная кислота.

3) Лимонная кислота окисляется в ходе последующих ферментативных реакций. При этом восстанавливаются 3 молекулы НАД+ в НАД●Н, одна молекула ФАД (флавинадениндинуклеотид) в ФАД●Н2 и образуется молекула гунозинтрифосфата (ГТФ) с высокоэнергетической фосфатной связью.
Энергия ГТФ используется для фосфорилирования АДФ и образования АТФ.
Лимонная кислота теряет 2 углеродных атома, за счет которых образуется 2 молекулы углекислого газа.

В сумме, в результате 7 последовательных реакций, лимонная кислота превращается в щавелевоуксусную кислоту. Она в свою очередь соединяется с новой молекулой ацетил-КоА и цикл повторяется.

В процессе окисления глюкозы возникли главным образом молекулы НАД●Н и ФАД●Н2 и совсем мало синтезировалось молекул АТФ.
Именно АТФ является универсальным биологическим аккумулятором энергии.
Следующий этап биологического окисления служит превращению энергии, запасенной в НАД●Н и ФАД●Н2 в энергию АТФ.

Окислительное фосфорилирование
(на кристах митохондрий)
В ходе этого процесса электроны от НАД●Н и ФАД●Н2 перемещаются по многоступенчатой цепи переноса электронов к конечному их акцептору – молекулярному кислороду.
При переходе электрона со ступени на ступень в определенных звеньях такой цепи, освобождается энергия, которая идет на образование АТФ.
Поскольку в этом процессе окисление сопряжено с фосфорилированием, процесс получил название окислительное фосфорилирование.
1931 год, биохимик Энгельгардт