ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
В результате реакций энергетического обмена происходит окисление сложных молекул до более простых и разрушение химических связей, при этом происходит высвобождение энергии. Отличается у организмов, которые обитают в аэробных (3 этапа: подготовительный, бескислородный, кисло-родный) и анаэробных условиях (2 этапа: подготовительный и бескислородный).
I) ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП.
- Происходит под действием ферментов пищеварительного тракта и лизосом;
- Полимеры расщепляются до мономеров:
Белки → аминокислоты;
Жиры → глицерин и жирные кислоты; Нуклеиновые кислоты → нуклеотиды;
Углеводы → глюкоза (уходит на следующий – бескислородный этап обмена);
- Выделяемая энергия рассеивается в виде тепла (АТФ не образуется). ИТОГ: 0 молекул АТФ
II) ГЛИКОЛИЗ (БЕСКИСЛОРОДНЫЙ, АНАЭРОБНЫЙ ЭТАП).
- Протекает в цитоплазме.
- Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК, пируват), при этом выделяется энергия, которая запасается в виде 2НАД·Н2 и 2 АТФ (НАД · Н2 содержит богатые энергией электроны, АТФ – макроэргическую связь).
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+® 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2
Глюкоза ПВК
ИТОГ: 2 молекулы АТФ образуется при окислении 1 молекулы глюкозы
Далее ПВК идёт по одному из 2ух путей (в зависимости от наличия \ отсутствия кислорода)
| ПРИ НАЛИЧИИ КИСЛОРОДА ПВК переходит на 3 этап энергетического обмена | ПРИ ОТСУТСВИИ КИСЛОРОДА осуществляется брожение |
| А) СПИРТОВОЕ БРОЖЕНИЕ (Дрожжи, бактерии) Сначала происходит образование уксусного альдегида и углекислого газа, а затем этилового спирта 1.С3Н4О3 ® СО2 + СН3СОН уксусный альдегид 2. СН3СОН + НАД·Н2 ® С2Н5ОН+ НАД+ этанол Выделение СО2 у дрожжей «поднимает» тесто – используется в хлебопечении. Выделение спирта – в виноделии, пивоварении; | Б) МОЛОЧНОКИСЛОЕ БРОЖЕНИЕ (Некоторые бактерии и животные) Образуется молочная кислота: С3Н4О3 + НАД·Н2 ® С3Н6О3+ НАД+ При повышенной физнагрузке кислота накапливается в мышцах, раздражает нервные окончания и вызывает боль; |
III) АЭРОБНЫЙ (КИСЛОРОДНЫЙ) ЭТАП
- Происходит в митохондриях (на складках внутренней мембраны – кристах),
- ПВК окисляется до углекислого газа, электроны НАДа восстанавливают кислород до воды, (!на этом этапе идут реакции цикла Кребса!).
При этом образуется 36 молекул АТФ: 2 молекулы образуются в реакциях цикла Кребса, которые идут в матриксе митохондрий; 34 молекулы – в процессе окислительного фосфорилирования, идущего на кристах митохондрий (в них встроены ферменты дыхательной цепи).
ПВК + О2 ® СО2 + Н2О + 36 АТФ
ИТОГ: с 1 молекулы ПВК \ глюкозы образуется 36 АТФ.
| СУММАРНАЯ РЕАКЦИЯ (упрощенная) ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА С6Н12О6 + О2® СО2 + Н20 + 38АТФ (то есть при ПОЛНОМ окислении 1 молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ (2 – в гликолизе, 36 – на кислородном этапе); |
ПРМЕРЫЗАДАЧ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН
ПРИМЕР ЗАДАНИЯ: В процессе гликолиза образовались 100 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при пол- ном окислении глюкозы в клетках эукариот?
ОТВЕТ: 1) В процессе гликолиза при расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ПВК и выделя- ется энергия, которой хватает на синтез 2 молекул АТФ. 2) Если образовалось 100 молекул ПВК, то, следователь- но расщеплению подверглось 100: 2 = 50 молекул глюкозы. 3) При полном окислении в расчете на одну молеку- лу глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Следовательно, при полном окислении 50 молекулы глюкозы образует- ся 38 х 50 = 1900 молекул АТФ
ПРИМЕР ЗАДАНИЯ: В процессе кислородного этапа катаболизма образовалось 720 молекул АТФ. Определите, какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образова- лось в результате гликолиза и полного окисления?
ОТВЕТ: 1) В процессе энергетического обмена, в ходе кислородного этапа из одной молекулы глюкозы образу- ется 36 молекул АТФ, следовательно, гликолизу, а затем полному окислению подверглось 720: 36 = 20 молекул глюкозы. 2) При гликолизе одна молекула глюкозы расщепляется до 2-ух молекул ПВК с образованием 2 моле- кул АТФ. Поэтому количество молекул АТФ, образовавшихся при гликолизе, равно 20 × 2 = 40. 3) При полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, следовательно, при полном окислении 20 мо- лекул глюкозы образуется 38 × 20 = 760 молекул АТФ.
ПРИМЕР ЗАДАНИЯ: Какие продукты образуются и сколько молекул АТФ запасается в клетках дрожжей при спиртовом брожении в результате расщепления 17 молекул глюкозы? Ответ поясните. ОТВЕТ: 1) Этиловый спирт и углекислый газ – это продукты спиртового брожения, по пути которого происхо- дит расщепление глюкозы в клетках дрожжей. 2) 1 молекула глюкозы расщепляется с образование 2 молекул АТФ, следовательно из 17 молекул глюкозы образуется 34 молекулы АТФ