Метаболизм. Энергетический обмен

Метаболизм (обмен веществ и превращение энергии) совокупность всех химических реакций, поддерживающих жизнь в организме. Включает в себя синтез органических веществ из мономеров, полученных с пищей (ассимиляция) и их распад (диссимиляция). На клеточном уровне под метаболизмом подразумевается цепочка превращений определённых веществ с момента их поступления в клетку до образования конечных продуктов

Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) совокупность реакций высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических или неорганических веществ, сопровождающихся поглощением энергии за счёт расщепления молекул АТФ. К пластическому обмену относят реакции синтеза органических веществ: углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот. Молекулы АТФ при этом расщепляются с выделением энергии.--синтеза

Диссимиляция (катаболизм, или энергетический обмен) совокупность реакций распада и окисления высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных органических или неорганических веществ, сопровождающихся выделением энергии и запасанием её в синтезируемых молекулах АТФ. 

I Этап — Подготовительный 

Расщепление высокомолекулярных органических соединений (биополимеров) пищи до низкомолекулярных (мономеров)

Место протекания:

• Желудочно-кишечный тракт на организменном уровне

• Во вторичных лизосомах (пищеварительных вакуолях) на клеточном уровне

Реакции подготовительного этапа:

• белки + Н2О → аминокислоты + Q

• жиры + Н2О → глицерин + высшие жирные кислоты + Q

• полисахариды + Н2О → глюкоза + Q

• нуклеиновые кислоты + Н2О → нуклеотиды + Q

Энергетический выход:

0 АТФ, т.к. вся энергия будет выделяться в виде тепла

II Этап — Бескислородный (гликолиз)

Расщепление глюкозы до двух молекул ПВК (пировиноградной  кислоты / пирувата)

Место протекания:

▪ Гиалоплазма (цитозоль) клетки

Реакция гликолиза:

В клетках анаэробов (бактерии, дрожжи) этот процесс называется брожением.

Спиртовое брожение: распад глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ, образование двух молекул АТФ.

Молочнокислое брожение: распад глюкозы до молочной кислоты, образование двух молекул АТФ.

III Этап — Кислородный (аэробный) этап 

Происходит только в присутствии кислорода. Поэтому его называют биологическим окислением или дыханием. Протекает в митохондриях, где пировиноградная кислота окисляется до углекислого газа и воды, при этом синтезируется 36 молекул АТФ.

В результате разложения ПВК и циклических реакций (цикла Кребса) образуется углекислый газ, а образовавшиеся ионы водорода связываются с переносчиками НАД+^+ и ФАД, после чего образуются молекулы НАД·Н и ФАД·Н.

Углекислый газ выделяется из клетки и выводится из организма, а молекулы НАД·Н и ФАД·Н, поступают на кристы митохондрий.

На кристах митохондрий расположена дыхательная цепь ферментов. На мембране крист ионы водорода освобождаются от переносчика и соединяются с кислородом с выделением большого количества энергии. За счёт этой энергии на мембране синтезируются молекулы АТФ. Синтез молекул АТФ, сопряжённый с процессом окисления водорода, называется окислительным фосфорилированием.

Обобшённое уравнение реакции третьего этапа:

При расщеплении глюкозы на двух этапах энергетического обмена образуется всего

38 молекул АТФ, причём основная часть — во время кислородного этапа.

Суммарное уравнение энергетического обмена глюкозы:

1 - гликолиз; 2 - окислительное декарбоксилирование; 3 - цикл Кребса; 4 - окислительное фосфорилирование; 5 - АТФ; 6 - ПВК; 7 - глюкоза; 8 - кислород; 9 - вода.