12. Обеспечение клеток энергией

Каждому организму в процессе жизнедеятельности необходима энергия. Движение, рост, развитие, размножение — все эти процессы связаны с затратой энергии.
Автотрофные организмы способны аккумулировать солнечную энергию и благодаря ей синтезировать в своем теле органические вещества.
Гетеротрофные организмы получают органические вещества с пищей.
Первоначальное расщепление веществ происходит в их пищеварительном тракте, а окончательное — на клеточном уровне.
Высокомолекулярные органические вещества пищи не могут быть сразу усвоены клетками. Прежде всего, они должны быть разрушены до низкомолекулярных веществ, более доступных для клеточного усвоения.
В результате сложных многоэтапных процессов диссимиляции выделяется энергия, которая частично расходуется в виде тепла, а частично преобразуется и запасается в молекулах АТФ.

Основные этапы протекания процессов энергетического обмена у животных и человека
1. Подготовительная стадия
2. Гликолиз (Расщепление без участия кислорода)
3. Дыхание (Окисление с участием кислорода)

1 этап. Подготовительный этап энергетического обмена.
На подготовительном этапе, называемом пищеварением, происходит расщепление органических веществ под воздействием ферментов в пищеварительном тракте.
Белки расщепляются в пищеварительном тракте до аминокислот.
Полисахариды расщепляются в пищеварительном тракте до моносахаридов (глюкоза).
Жиры (липиды) расщепляются в пищеварительном тракте до жирных кислот и глицерина.
Вся выделяющаяся на подготовительном этапе энергия рассеивается в виде тепла.
Образовавшиеся низкомолекулярные вещества всасываются в кровь и доставляются ко всем клеткам организма.
Все последующие этапы энергетического обмена будут проходить внутри клетки.

Далее мы будем рассматривать расщепление углеводов на примере глюкозы
2 этап. Гликолиз
Глюкоза в клетке может расщепляться двумя путями — анаэробно и аэробно. Процесс бескислородного расщепления протекает в цитоплазме клетки.
На первом этапе гликолиза шестиуглеродная молекула глюкозы — С6Н1203 расщепляется на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) — С3Н403
При этом происходит лишь частичное окисление глюкозы с потерей четырех атомов водорода.
Если кислород в клетке отсутствует или его недостаточно, то две молекулы ПВК, образовавшиеся из глюкозы, восстанавливаются до молочной кислоты.
В результате гликолиза образуется только 2 молекулы АТФ.

Если в клетке уже имеется, или в нее начинает поступать кислород, то ПВК не восстанавливается до молочной кислоты, а переносится в митохондрии, где подвергается при участии кислорода полному окислению до С02 и Н20 (как при горении).
Энергетический выигрыш аэробного процесса, выраженный в молекулах АТФ, значительно выше, чем при гликолизе и составляет 36 молекул АТФ.
3 этап. Дыхание
Окисление пировиноградной кислоты кислородом в митохондриях.

Строение митохондрии