ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

Энергетический обмен
Энергетический обмен:
катаболизм или диссимиляция
1Это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.
2Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. -АТФ - универсальный источник энергообеспечения клетки.
3Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования - присоединения неорганического фосфата к АДФ.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
У аэробных организмов - живущих в кислородной среде - выделяют три этапа энергетического обмена:
подготовительный,
бескислородное окисление и
кислородное окисление
У анаэробных организмов - живущих в бескислородной среде - и аэробных при недостатке кислорода - два этапа:
подготовительный
бескислородное окисление.

Экскреция. Конечные продукты обмена веществ
Экскреция - это выделение из организма продуктов обмена веществ, особенно азотосодержащих соединений (белков и т. п.). Жиры и углеводы расщепляются на воду и углекислый газ.
Аммиак выделяют прокариоты, растения и большинство водных животных. Он хорошо растворяется в воде.
Мочевую кислоту выделяет большинство наземных животных: насекомые, пресмыкающиеся, птицы. Она плохо растворяется в воде.
Мочевину выделяют грибы, хрящевые рыбы, взрослые земноводные, все млекопитающие. Хорошо растворяется в воде.
Гуанин выделяют паукообразные, частично - птицы.

Окисление и восстановление
Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.
Следует отметить, что биологическое окисление в клетках может происходить как с участием кислорода:
А + О2 → АО2,
так и без его участия, за счет переноса атомов водорода от одного вещества к другому. Например, вещество «А» окисляется за счет вещества «В»:
АН2 + В → А + ВН2
или за счет переноса электронов, например, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного:
Fe2+ → Fe3+ + e—.

Подготовительный этап
Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых:
белковые молекулы - до аминокислот,
жиры - до глицерина и карбоновых кислот
углеводы - до глюкозы
нуклеиновые кислоты - до нуклеотидов.
Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом.
Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.
Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

Бескислородное окисление, или гликолиз
Этот этап заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа.
Происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается.
Главным источником энергии в клетке является глюкоза.
Процесс бескислородного неполного расщепления глюкозы - гликолиз.

Гликолиз
Гликолиз - сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций.
Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид).
Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403) или молочной кислоты. С3Н603
При этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н2:
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ → 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2.

Гликолиз
Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке.
Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:
С3Н4О3 → СО2 + СН3СОН,
СН3СОН + НАД·Н2 → С2Н5ОН + НАД+.
У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:
С3Н4О3 + НАД·Н2 → С3Н6О3 + НАД+.
В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80% запасается в связях АТФ.

Значение гликолиза
Гликолиз имеет чрезвычайно большое физиологическое значение, несмотря на его низкую эффективность.
В условиях дефицита кислорода организм благодаря гликолизу может получать энергию.

Кислородное окисление, или дыхание
Происходит расщепление ПВК в митохондриях и при обязательном присутствии кислорода.
1.ПВК транспортируется в митохондрии.
2.Здесь происходит дегидрирование - отщепление водорода
3.декарбоксилирование - отщепление СО2 от ПВК
4.С образованием двухуглеродной ацетильной группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса.

Кислородное окисление - дыхание
Идет дальнейшее окисление, связанное с дегидрированием и декарбоксилированием.
В результате:
на каждую разрушенную молекулу ПВК из митохондрии удаляется три молекулы СО2;
образуется пять пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4НАД·Н2, ФАД·Н2)
а также одна молекула АТФ.

Суммарная реакция
Суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:
С6Н12О6 + 6Н2О → 6СО2 + 4АТФ + 12Н2.
две пары атомов водорода - 2НАД*Н2 образовались в результате гликолиза
десять пар - в цикле Кребса.

Дыхательная цепь
Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ.
Водород передается трем большим ферментным комплексам –
Флавопротеины
Коферменты Q (ацетил- кофермент А)
Цитохромы
дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий.
У водорода отбираются электроны, которые в матриксе митохондрий в конечном итоге соединяются с кислородом:
О2 + e— → О2—.