Энергетический обмен

Энергетический обмен. Синтез АТФ.

План лекции:

• Понятие об энергетическом обмене.
• АТФ, его строение и значение.
• Этапы энергетического обмена:

• подготовительный
• гликолиз
• дыхание

Метаболизм (обмен веществ)

Катаболизм

Анаболизм

Пластический обмен

Энергетический

обмен

Ассимиляция

Диссимиляция

Энергетический обмен (диссимиляция)   — это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии

АТФ – универсальный источник энергии в клетке

Аденин

Три фосфата

Рибоза

Макроэргические связи

5

АТФ в цифрах

• Время жизни – несколько секунд
• Человек затрачивает ~ 2 300 ккал энергии в сутки.
• Для этого надо расщепить 166 кг АТФ
• На самом деле в организме содержится только ~ 50 г АТФ
• Поэтому каждая молекула АТФ должна вновь синтезироваться 166 кг : 50 г ≈ 3320 раз в сутки.

АМФ → АДФ → АТФ

5

Субстрат для клеточного дыхания

• Большинство клеток используют в первую очередь именно углеводы.
• Жиры. Жиры составляют «первый резерв».
• Белки. Но они выполняют ряд других важных функций.

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный

2. Гликолиз

(бескислородное окисление)

3. Дыхание

(кислородное окисление)

Первый этап

Подготовительный

ферментативное расщепление сложных органических веществ

до простых

Где происходит:

• Пищеварительная система
• Лизосомы в клетках

Субстрат

• Углеводы = глюкоза + Е (1г = 17,6 кДж)

• Липиды = глицерин + жирные кислоты + Е (1г = 38,9 кДж)

• Белки = аминокислоты + Е (1г = 17,6 кДж)

• Нуклеиновые кислоты = нуклеотиды + Е

Результат этапа

• Энергия не запасается, а выделяется только в тепловой форме

Второй этап

Бескислородное окисление

• Гликолиз

- неполное расщепление

- анаэробное дыхание

- брожение

Полисахариды

Глюкоза –

центральная молекула клеточного дыхания



с нее начинается путь к АТФ

Где происходит:

10 реакций

гликолиз

2 ПВК

(пируват)

Клетка (под действием ферментов клеточных мембран)

15

Субстрат

С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 + 2НАД + →

глюкоза

2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О + 2НАД·Н 2

пировиноградная

кислота (пируват)

15

Результат этапа: из одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80 кДж запасается в связях АТФ.

Энергия

60% выделяется в виде тепла

40%

идет на синтез

АТФ

15

Брожение – анаэробное дыхание

ГЛЮКОЗА

2 АТФ

ГЛИКОЛИЗ

БРОЖЕНИЕ

Если мало кислорода или организм – принципиальный анаэроб

П В К

Этиловый спирт

Молочная кислота

молочнокислое

спиртовое

Растения, дрожжи

Животные, бактерии

Выводы:

Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он идёт даже в пробирке, если имеются все необходимые субстраты и ферменты

Третий этап Кислородное расщепление:

полное расщепление пировиноградной кислоты, происходит при обязательном присутствии кислорода

Где происходит:

ПВК

О 2

СО 2 и Н 2 О

36 молекул АТФ

Митохондрия : под действием ферментов митохондриальных мембран (необходимое условие – целостность мембран)

21

1 — наружная мембрана;

2 — внутренняя мембрана;

3 — матрикс;

4 — криста;

5 — мультиферментная система;

6 — кольцевая ДНК.

Стадии аэробного дыхания:

1) Окислительное декарбоксилирование

2) Цикл Кребса

3) Электронтранспортная цепь (окислительное фосфолирирование)

Окислительное декарбоксилирование

С 6 Н 12 О 6 2С 3 Н 4 О 3 2С 3 Н 6 О 3

Глюкоза ПВК Молочная

кислота

С 3 Н 4 О 3 + КоА + НАД

СО 2 + Ацетил-КоА + НАД*Н 2

Цикл Кребса:

Электронтранспортная цепь

НАД*Н 2 = НАД + 2Н

C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +1 2 H

НАД*Н2

Н - е = Н

СО 2

НАД*Н2 = НАД + 2Н

C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +1 2 H

-

О 2 + е =О 2

НАД*Н2

+

Н

+

+

Н

Н - е = Н

+

Н

+

Н

+

+

Н

Н

+

+

Н

+

+

Н

СО 2

Н

Н

+

+

+

Н

Н

Н

О 2

НАД*Н2 = НАД + 2Н

C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +1 2 H

200 мВ

-

О 2 + е =О 2

НАД*Н2

+

Н

+

+

Н

Н - е = Н

+

Н

+

Н

+

+

Н

Н

+

+

Н

+

+

Н

СО 2

Н

Н

+

+

+

Н

Н

Н

О 2

-

НАД*Н2 = НАД + 2Н

C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +1 2 H

О 2 + е =О 2

200 мВ

-

+

О 2 + 4Н = 2 Н 2 О

НАД*Н2

АДФ

Н3РО4

+

Н

АТФ

-

+

+

Н

Н

+

+

Н

+

Н

Н

+

+

Н

Н

+

Н

+

+

-

Н = е + Н

+

Н

Н

+

Н

+

Н

+

+

Н

+

Н

Н

+

+

Н

+

+

Н

Н

Н

+

+

+

Н

СО 2

Н

Н

О 2

Субстрат

2С 3 Н 4 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36Н 3 РО 4

пируват

= 6СО 2 +6Н 2 О + 36АТФ + 36 H 2 О

(выделяется 2600 кДж энергии

из них запасается 1440 кДж в виде

36 моль АТФ)

Результат этапа:

2600 кДж - на 2 моля

С 3 Н 4 О 3

55%

45%

Сберегается

в виде АТФ

Рассеивается

в виде тепла

Суммарное уравнение:

1. Гликолиз

С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 = 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О

2. Дыхание

2С 3 Н 4 О 3 + 6О 2 + 36АДФ + 36Н 3 РО 4 = 6СО 2 + 36АТФ + 42Н 2 О

Суммарное уравнение:

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 →

6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ + Qт,

где Qт — тепловая энергия

Выводы:

Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповреждённых митохондриальных мембран

Выводы:

Расщепление в клетке

1 молекулы глюкозы до СО 2

и Н 2 О обеспечивает синтез

38 молекул АТФ