94406

Энергетический обмен углеводов и его этапы и значение

Доклад

Биология и генетика

Энергия освобождающаяся при распаде органических веществ не сразу используется клеткой а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Русский

2015-09-13

25.61 KB

0 чел.

Энергетический обмен углеводов и его этапы и значение.

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

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление.

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. 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 — 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 (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н2:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ → 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2.

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80% запасается в связях АТФ.

Кислородное окисление, или дыхание

Цепь физиологических процессов, происходящих в организме растений и животных, при которых поглощается кислород, выделяется углекислый газ и вода, а так же энергия, обеспечивающая жизнедеятельность организма. У животных различают дыхание внешнее (органы дыхания и дыхательные пути) и внутриклеточное (митохондрии), поскольку кислород усваивается только в митохондриях. У растений дыхание осуществляется всеми органами, кислород же усваивается также только в митохондриях клеток.

В кислородном процессе принимают участие, кроме субстратов, многочисленные ферменты, молекулы-переносчики, вода, молекулярный кислород. Основное условие нормального течения кислородного процесса – целостность митохондриальных мембран.

Дыхание происходит в 2 этапа:

1 этап цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

На этом этапе расщеплению подвергается 2 молекулы ПВК.

Трикарбоновые кислоты образуются в этом цикле как промежуточные продукты . Все ферменты этого цикла локализованы в митохондриях, в их внутреннем пространстве, которое заполнено матриксом – полужидким белковым веществом.

Попадая в митохондрии ПВК окисляется и превращается в богатое энергией производное уксусной кислоты – ацетилкофермент А (ацетил - КоА). Такое превращение происходит при участии гигантского ферментативного комплекса, в состав которого входят 60 белковых молекул трех типов и присоединенные к ним молекулы переносчики электронов.

Существенно, что при окислении глюкозы, жирных кислот и некоторых аминокислот образуется одинаковый конечный продукт - ацетил–КоА. При этом происходит «обезличивание» первичного источника энергии. Следовательно, в цикл трикарбоновых кислот поступают молекулы ацетил – КоА из разных источников.

Цикл начинается образованием лимонной кислоты при взаимодействии ацетил–КоА и щавелево-уксусной кислоты и заканчивается образованием щавелево-уксусной кислоты (для нового цикла), двух молекул углекислого газа ( он свободно проникает через мембраны и удаляется в окружающую среду), одной молекулы АТФ и четырех молекул восстановленных коферментов (ФАД∙Н2 и 3НАД∙Н2), то есть часть молекул окисляется до конечных продуктов, а часть продолжает «крутиться» в цикле.

2 С3Н4О3 + 3 Н2О → 3СО2 +10 Н

2 этапокислительное фосфорилирование (фосфорилирование – синтез АТФ)

Последовательные ферментативные реакции, в ходе которых электроны перемещаются по цепи переноса от ФАД∙Н2 и НАД∙Н2 к молекулярному кислороду с образованием АТФ(и воды).

Эти реакции идут в такой последовательности:

  1.  Атом водорода с помощью ферментов-переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрий, образующую кристы, где он окисляется: Н - e – → Н+
  2.  Протон Н+ выносится переносчиками на наружную поверхность мембраны крист. Для протонов эта мембрана, так же как и наружная мембрана митохондрии, непроницаема, поэтому они накапливаются в межмембранном пространстве, образуя протонный резервуар.
  3.  Электроны водорода переносятся на внутреннюю поверхность мембраны крист и тут же присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидазы, образуя отрицательно заряженный активный кислород О2 +2е- → О2-
  4.  Катионы и анионы по обе стороны мембраны создают разноименно заряженное электрическое поле, и когда разность потенциалов достигнет некоторого критического уровня (200мВ), начинает действовать протонный канал. Он возникает в в молекулах ферментов АТФ- синтетаз, которые встроены во внутреннюю мембрану, образующую кристы. Если внутренняя мембрана повреждена, то окисление НАДН2 продолжается, но не работает АТФ-синтетаза и образования АТФ не происходит, вся энергия выходит в форме тепла
  5.  Силой электрического поля ионы Н+ проталкиваются через канал АТФ-синтетаз и устремляются внутрь митохондрии, создавая высокий уровень энергии, большая часть которой идет на синтез АТФ, а сами протоны взаимодействуют с активным кислородом, образуя воду и молекулярный кислород 4Н+ + 2О2- → 2Н2О +О2

Таким образом, кислород, поступающий в митохондрии в процессе дыхания организма, необходим для присоединения протонов Н+. При его отсутствии весь процесс в митохондриях прекращается

Процесс кислородного расщепления выражается уравнением

2С3Н4О3 + 6О2 + 36АДФ +36Н3РО4 → 6СО2 + 36 АТФ + 42 Н2О

Просуммировав это уравнением с уравнением гликолиза, получим:

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ +38Н3РО4 → 6СО2 + 38 АТФ + 44 Н2О

Образовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрий и участвуют во всех процессах


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

80789. Дисциплинарная и материальная ответственность за экологические правонарушения 31.43 KB
  Материальная ответственность заключается в обязанности работника возместить в установленном порядке и в определенных размерах имущественный ущерб причиненный по его вине предприятию организации в результате ненадлежащего исполнения им своих трудовых обязанностей. Для привлечения работника к материальной ответственности необходимы следующие условия ее наступления: 1 причинение работником прямого действительного ущерба. Неполученные доходы улучшенная выгода взысканию с работника не подлежат ст.
80790. Административная ответственность за экологические правонарушения 35.2 KB
  Понятие и виды экологического вреда. Принципы и порядок возмещения экологического вреда Вред причиняемый нарушением правовых экологических требований называется в доктрине экологического права экологическим или экогенным вредом. Новым для российского экологического права элементом экологического вреда является моральный вред. Так как природа удовлетворяет эстетические духовные потребности человека уничтожение к примеру зеленых насаждений в городах также может рассматриваться как фактор причинения морального вреда и соответственно должно...
80791. Правовая охрана земель 36.31 KB
  Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к земельным угодьям как к сложным природным образованиям и ставит следующие цели: предотвратить деградацию и разрушение земель другие неблагоприятные последствия хозяйственной деятельности путем стимулирования природоохранных технологий производства; обеспечить улучшение и восстановление земель подвергшихся деградации или нарушению; создать механизм учета и проверки экологического состояния земель ст. 100 Земельного кодекса РСФСР. Законодательством предусматривается...
80792. Правовая охрана недр 49.69 KB
  правовые меры охраны водных объектов Статья 55. Основные требования к охране водных объектов 1. Собственники водных объектов осуществляют мероприятия по охране водных объектов предотвращению их загрязнения засорения и истощения вод а также меры по ликвидации последствий указанных явлений. Охрана водных объектов находящихся в федеральной собственности собственности субъектов Российской Федерации собственности муниципальных образований осуществляется исполнительными органами государственной власти или органами местного самоуправления в...
80793. Правовые меры охраны морской воды 36.9 KB
  Конкретизированы экологически значимые виды деятельности которые могут ими осуществляться проведение исследований разведка и разработка добыча водных биологических ресурсов и других природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря а также другая деятельность в том числе с борта летательного аппарата. Экономические отношения по эксплуатации природных ресурсов внутренних морских вод и территориального моря строятся на основе принципов: платности пользования; ответственности за нарушения условий хозяйственной...
80794. Правовое регулирование охоты и рыболовства 34.38 KB
  Законодательство о рыболовстве и сохранении водных биоресурсов основывается на следующих принципах: 1 учет значения водных биоресурсов как основы жизни и деятельности человека согласно которому регулирование отношений в области рыболовства и сохранения водных биоресурсов осуществляется исходя из представлений о них как о природном объекте охраняемом в качестве важнейшей составной части природы природном ресурсе используемом человеком для потребления в качестве основы осуществления хозяйственной и иной деятельности и одновременно как об...
80795. Правовая охрана атмосферного воздуха 34.01 KB
  Это Федеральный закон Об охране атмосферного воздуха акты федерального уровня о санитарноэпидемиологическом благополучии населения об отходах и т. Российское законодательство об охране атмосферного воздуха базируется на принципах приоритета охраны жизни и здоровья человека обеспечения благоприятных условий для жизни труда и отдыха недопущения необратимых последствий загрязнения атмосферного воздуха для окружающей среды обязательности государственного регулирования выбросов загрязняющих веществ и вредных физических воздействий на...
80796. Правовая охрана памятников природы, редких и находящихся под угрозой исчезновения растений и животных 32.41 KB
  Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы федерального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями федерального значения Правительством Российской Федерации по представлению федеральных органов исполнительной власти в области охраны окружающей среды. Природные объекты и комплексы объявляются памятниками природы регионального значения а территории занятые ими особо охраняемыми природными территориями регионального значения соответствующими органами государственной власти субъектов...
80797. Правовой режим государственных природных заповедников 30.95 KB
  Исторически заповедники первая форма особо охраняемых природных территорий. 8 Федерального закона Об особо охраняемых природных территориях принимает Правительство РФ по представлению специально уполномоченного на то государственного органа Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды. Природные комплексы и объекты земля воды недра растительный и животный мир на территории государственных природных заповедников полностью изымаются из хозяйственного использования ст.