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

2 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

17086. Знаходження розв’язку системи лінійних рівнянь методом Зейделя 64.5 KB
  Лабораторна робота №23 Тема. Знаходження розвязку системи лінійних рівнянь методом Зейделя Мета. Навчитися вирішувати систему лінійних рівнянь методом Зейделя с заданою точністю; скласти програму. Устаткування: папір формату А4 ПК С Хід роботи Правила те...
17087. Метод Рунге-Кутта вирішення задачі Коші. Складання програми 156 KB
  Лабораторна робота №27 Тема. Метод РунгеКутта вирішення задачі Коші. Складання програми. Мета. Навчитися вирішувати задачу Коші методом РунгеКутта; скласти програму. Устаткування: папір формату А4 ПК програмне забезпечення Borland С. Хід роботи Вирішити задачу
17088. Екстраполяційний метод Адамса розв’язання задачі Коші 36.5 KB
  Лабораторна робота №28 Тема. Екстраполяційний метод Адамса розвязання задачі Коші. Мета. Навчитися знаходити розвязок диференційного рівняння екстраполяційним методом Адамса. Устаткування: папір формату А4 ручка калькулятор ПЗ С . Хід роботи Правила
17089. Знаходження коренів нелінійного рівняння ітераційним методом 24.5 KB
  Лабороторна робота № 20 Тема. Знаходження коренів нелінійного рівняння ітераційним методом. Мета: навчитися вирішувати нелінійні рівняння методом ітерацій скласти програму. Обладнання: ПК програмне забезпечення С бумага формат А4 ручка. Хід роботи Пр
17090. Знаходження розв’язку системи лінійних рівнянь методом ітерацій, складання алгоритму 104.5 KB
  Лабораторна робота №21 Тема. Знаходження розвязку системи лінійних рівнянь методом ітерацій складання алгоритму. Мета. Навчитися вирішувати систему лінійних рівнянь методом ітерацій с заданою точністю скласти алгоритм. Устаткування: папір формату А4 ПК С Хі
17091. Метод Ейлера вирішення задачі Коші 152 KB
  Лабораторна робота №25 Тема. Метод Ейлера вирішення задачі Коші. Мета. Навчитися будувати розвязок задачі Коші по методу Ейлера. Скласти програму. Устаткування: папір формату А4 програмне забезпечення Borland С ПК Хід роботи Індивідуальне завдання. Вико...
17092. Метод прогонки розв’язання крайової задачі. Складання програми 40.5 KB
  Лабораторна робота №30 Тема. Метод прогонки розвязання крайової задачі. Складання програми. Мета. Навчитися використовувати метод прогонки розвязання крайової задачі звичайного диференційного рівняння. Скласти програму. Устаткування: папір формату А4 ручка кал
17093. Вивчення інтегрованого середовища С 34 KB
  Лабораторна робота № 5 Тема: Вивчення інтегрованого середовища С Ціль роботи: навчитися використовувати інтегроване середовище С. Обладнання: ПКПО Borland C Теоретичні відомості Вид інтегрованого середовища і її можливості залежать від типу і версії компілято
17094. Базові конструкції структурного програмування 105.5 KB
  Лабораторна робота № 6 Тема: Базові конструкції структурного програмування. Мета: Навчитися здійснювати запуск Borland C 4.5 створювати новий файл редагування та компіляцію програми базові конструкції структурного програмування . Обладнання: П...