В каком процессе высвобождается энергия. Тканевое дыхание. История учения. Различия между внешним и тканевым дыханием. Конечные продукты тканевого дыхания.

Процессы потребления энергии в организме.

Анаболические процессы происходят с потреблением энергии.

Анаболизм- это часть общего процесса обмена веществ, которая заключается в поглощении, накоплении и усвоении питательных веществ из окружающей среды и построении за их счет структурных единиц организма.

Все энергетические процессы в живом организме протекают благодаря расходу АТФ (аденозинтрифосфата). АТФ – это важнейший нуклеотид, олицетворяющий собой энергообмен любой клетки, будь то умственная деятельность, работа внутренних органов человека или же мышечная активность. Как таковых запасов АТФ у человека не наблюдается. Система энергообмена организма, используя кислород воздуха, ежесекундно синтезирует и расходует огромное количество АТФ. Мышечное сокращение и расслабление так же происходит благодаря расщеплению АТФ, однако при интенсивной и длительной работе, простых вдохов становится недостаточно. Именно поэтому организм обладает многоуровневой системой мышечного энергообмена.

Затраты энергии в сутки делятся на нерегулируемые и регулируемые.

Нерегулируемые: основной обмен энергия на поддержание работы жизненно важных процессов (дыхания, кровообращения, пищеварения, внутренней секреции, нервной проводимости, мышечного тонуса и др.),специфически-динамическое действие пищи.

Регулируемые: расход энергии на физическую и умственную деятельность.

В каком процессе высвобождается энергия. Тканевое дыхание. История учения. Различия между внешним и тканевым дыханием. Конечные продукты тканевого дыхания.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм, тканевое дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.

Тканевое дыхание - это совокупность процессов с использованием воздуха в клетках органов и тканей, в результате которых окисляются продукты расщепления углеводов, жиров и белков. Тканевое дыхание происходит в митохондриях: глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты окисляются кислородом до углекислого газа и воды. При протекании этих реакций образуется энергия, которая запасается в форме макроэргических соединений.

Тканевое дыхание отличают от внешнего дыхания - совокупности процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и выведение из него.

Внешнее дыхание (легочное)- обмен газов между организмом и окружающей средой.

Тканевое дыхание (клеточное) - дыхание протекающее в клетках.

Конечными продуктами тканевого дыханя являются: СО₂, вода, соли аммония и фосфора.

История учения:

Впервые сущность дыхания объяснил А.-Л. Лавуазье (1743-1794), обративший внимание на сходство между горением органических веществ вне организма и дыханием животных.

Теория А,Н,Баха, называется теорией активации кислорода. Согласно этой теории, в организме есть ферменты (оксигеназы), которые активируют кислород, образуя пероксиды, окисляя таким образом субстрат.

Теория Палладина, называется теорией активации водорода. По этой теории, окисление может происходить путем дегидрирования без участия кислорода при помощи посредников – акцепторов водорода, т.е. окисление происходит как в аэробных условиях, так и в анаэробных.

Теория Виланда. Согласно этой теории при окислении спиртов дегидрирование чередуется с присоединением воды, которая отдает кислород на окисление этанол.

Теория Варбурга. Согласно этой теории окисление невозможно без наличия железа (Fe), которое транспортирует электроны. Варбург открыл флавиновые ферменты.

В 30-х годах Энгельгардт наблюда л, что при тканевом дыхании накапливаются молекулы АТФ, т.е. показал связь тканевого дхания с накоплением органического фосфата

Белицер и Цыбакова показали, что тканевое дыхание связано с транспортом электронов и ввели коэфициент Р/О, который показывает число молекул АТФ, которое образуется на каждый поглощенный атом кислорода.

В 1961 – 1966г.г. английский биохимик П.Митчел описал теорию окислительного фосфорилирования, связанную с транспортом протонов через сопряженную мембрану митохондрий, за что в 1978г. получил Нобелевскую премию. Теория называется хемиосмотической.

38.В каком процессе в организме аккумулируется энергия? Макроэнеогетические соединения и электро-химические потенциалы – две формы запасания энергии в клетке.

В процессе обмена веществ постоянно происходит пре­вращение энергии: энергия сложных органических соедине­ний, поступивших с пищей, превращается в тепловую, меха­ническую и электрическую.

В ходе экзэргонических реакций (например, окислительных) выделяется энергия. Примерно 40-50% ее запасается в специальных аккумуляторах. Выделяют 3 основных аккумулятора энергии:

1. Внутренняя мембрана митохондрий – это промежуточный аккумулятор энергии при получении АТФ. За счет энергии окисления веществ происходит «выталкивание» протонов из матрикса в межмембранное пространство митохондрий. В результате создается электрохимический потенциал на внутренней мембране митохондрий.

2. АТФ и другие макроэргические соединения. Материальным носителем свободной энергии в органических веществах являются химические связи между атомами. Основным макроэргическим соединением в организме человека является АТФ.

3. НАДФН+Н⁺ (НАДФН₂) – никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный. Это специальный аккумулятор с высокой энергией, который используется в клетке (цитозоль) для биосинтезов.

В процессе биохимических превращений веществ происходит разрыв химических связей, сопровождающийся выделением энергии. Это свободная, потенциальная энергия, которая не может непосредственно использоваться живыми организмами. Она должна быть преобразована. Существует две универсальной формы энергии, которые могут быть использованы в клетке для выполнения разного рода работ:

1) Химическая энергия, энергия макроэргических связей химических соединений. Химические связи называют макроэргическими в том случае, если при их разрыве высвобождается большое количество свободной энергии. Соединения имеющие такие связи-макроэргические. Молекула АТФ имеет макроэргические связи. Обладает определенными свойствами, которые обуславливают ее важную роль в энергетическом метаболизме клеток:

· Термодинамическая нестабильность;

· Высокая химическая стабильность. Обеспечивает эффективное сохранении энергии, т.к препятствует рассеиванию энергии в виде тепла;

· Малые размеры молекулы АТФ позволяют легко диффундировать в различные участки клетки, где необходим подвод энергии извне для выполнения химической, осмотической или химической работы;

· Изменение свободной энергии при гидролизе АТФ имеет среднее значение, что и позволяет ему наилучшим образом выполнять энергетические функции, т.е переносить энергию от высокоэнергетических к низкоэнергетическим соединениям.

2) Электрохимическая энергия (энергия трансмембранного потенциала водорода)Δ . При переносе электронов по окислительно-восстановительной цепи, в локализованных мембранах определенного типа, называемых энергообразующими или сопрягающими, происходит неравномерное распределение протонов в пространстве по обе стороны мембраны, т.е на мембране возникает ориентированный поперек, или трансмембранный градиент водорода Δ , измеряемый в вольтах. Разрядка образующегося Δ приводит к синтезу молекул АТФ. Энергия в форме Δ может использоваться в различных энергозависимых процессах, локализованных на мембране:

· Для поглощения ДНК в процессе генетической трансформации;

· Для переноса белков через мембрану;

· Для обеспечения движения многих прокариот;

· Для обеспечения активного транспорта молекул и ионов через цитоплазматическую мембрану.

Не вся свободная энергия, полученная при окислении веществ, переводится в доступную для клетки форму и аккумулируется в АТФ. Часть образовавшейся свободной энергии рассеивается в виде тепловой, реже световой и электрической энергии. Если клетка запасает энергию больше, чем может истратить на все энергопотребляющие процессы, она синтезирует большое количество высокомолекулярных запасных веществ (липиды). При необходимости эти вещества подвергаются биохимическим превращениям и снабжают клетку энергией.

39. Источник энергии, высвобождающейся при окислении – разность редокс- потенциалов окислителя и восстановителя. Рассказать на примере окисления Н₂ до Н₂О.

Основной источник энергии в клетке - окисление субстратов кислородом воздуха. Этот процесс осуществляется тремя путями: присоединением кислорода к атому углерода, отщеплением водорода или потерей электрона.

Окислительно-восстановительный потенциал.

Интенсивность присоединения или отдачи электронов различными ионами измеряется окислительно-восстановительным редокс-потенциалом (ОВП).

Редокс-потенциал определяют электрохимическими методами. Чем больше редокс-потенциал данного вещества, тем интенсивнее окисляющее действие, а чем меньше потенциал, тем интенсивнее восстанавливающее действие данного вещества.