Енергийният метаболизъм е съвкупността от химични реакции, които произвеждат енергията, необходима за осъществяване на жизнените функции на живите същества.
Метаболизмът може да бъде разделен на:
- Анаболизъм: Химични реакции, които позволяват образуването на по-сложни молекули. Те са синтезни реакции.
- катаболизъм: Химични реакции за разграждане на молекулите. Те са реакции на разграждане.
Глюкоза (C6З.12О6) е енергийното гориво на клетките. Когато се счупи, той отделя енергия от химическите си връзки и отпадъци. Именно тази енергия позволява на клетката да изпълнява метаболитните си функции.
АТФ: Аденозин трифосфат
Преди да разберете процесите за получаване на енергия, трябва да знаете как енергията се съхранява в клетките, докато се използва.
Това е благодарение на АТФ (аденозин трифосфат), молекулата, отговорна за улавянето и съхраняването на енергия. Той съхранява енергията, освободена при разграждането на глюкозата във нейните фосфатни връзки.
АТФ е нуклеотид, който има аденин като основа и рибоза със захар, образувайки аденозин. Когато аденозинът се свърже с три фосфатни радикала, се образува аденозин трифосфат.
Връзката между фосфатите е силно енергийна. По този начин, в момента, в който клетката се нуждае от енергия за някаква химическа реакция, връзките между фосфатите се прекъсват и енергията се освобождава.
АТФ е най-важното енергийно съединение в клетките.
Други съединения обаче също трябва да бъдат подчертани. Това е така, защото по време на реакциите се отделя водород, който се транспортира главно от две вещества: NAD+ и FAD.
Механизми за получаване на енергия
Метаболизмът на клетъчната енергия се осъществява чрез фотосинтеза и дишане на клетките.
Фотосинтеза
НА фотосинтеза е процес на синтезиране на глюкоза от въглероден диоксид (CO2) и вода (H2O) в присъствието на светлина.
Той съответства на автотрофния процес, осъществяван от същества, които са го имали хлорофил, например: растения, бактерии и цианобактерии. При еукариотните организми фотосинтезата се случва в хлоропласти.
Клетъчно дишане
НА клетъчно дишане е процесът на разграждане на молекулата на глюкоза за освобождаване на енергията, която се съхранява в него. Среща се в повечето живи същества.
Това може да стане по два начина:
- аеробно дишане: в присъствието на кислороден газ от околната среда;
- анаеробно дишане: при липса на кислороден газ.
Аеробното дишане протича през три фази:
Гликолиза
Първата стъпка на клетъчното дишане е гликолиза, който се среща в цитоплазмата на клетките.
Състои се от биохимичен процес, при който молекулата на глюкозата (C6З.12О6) се разгражда на две по-малки молекули пировиноградна киселина или пируват (C3З.4О3), освобождавайки енергия.
Цикъл на Кребс
Схема на цикъл на Кребс
О Цикъл на Кребс съответства на последователност от осем реакции. Той има функцията да насърчава разграждането на крайните продукти от метаболизма на въглехидратите, липидите и различни аминокиселини.
Тези вещества се превръщат в ацетил-КоА, с освобождаването на CO2 и Н2О и АТФ синтез.
В обобщение, в процеса ацетил-КоА (2С) ще се трансформира в цитрат (6С), кетоглутарат (5С), сукцинат (4С), фумарат (4С), малат (4С) и оксаоцетна киселина (4С).
Цикълът на Кребс се провежда в митохондриалната матрица.
Окислително фосфорилиране или дихателна верига
Схема за окислително фосфорилиране
НА окислително фосфорилиране това е последният етап на енергийния метаболизъм в аеробните организми. Той е отговорен и за по-голямата част от производството на енергия.
По време на гликолизата и цикъла на Кребс, част от енергията, произведена при разграждането на съединенията, се съхранява в междинни молекули, като NAD+ и FAD.
Тези междинни молекули освобождават енергизираните електрони и H-йони+ които ще преминат през набор от транспортни протеини, които съставляват дихателната верига.
По този начин електроните губят своята енергия, която след това се съхранява в молекулите на АТФ.
Енергийният баланс на тази стъпка, т.е. това, което се произвежда по цялата верига за електронен транспорт, е 38 АТФ.
Аеробен енергиен баланс на дишането
Гликолиза:
4 ATP + 2 NADH - 2 ATP → 2 ATP + 2 NADH
Цикъл на Кребс: Тъй като има две молекули пируват, уравнението трябва да се умножи по 2.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP
Окислително фосфорилиране:
2 NADH от гликолиза → 6 ATP
8 NADH от цикъла на Кребс → 24 ATP
2 FADH2 от цикъла на Кребс → 4 ATP
Общо от 38 ATP произведени по време на аеробно дишане.
Най-важният пример за анаеробно дишане е ферментацията:
Ферментация
НА ферментация тя се състои само от първия етап на клетъчното дишане, т.е. гликолизата.
Ферментацията протича в хиалоплазма, когато кислородът не е наличен.
Той може да бъде от следните видове, в зависимост от продукта, образуван от разграждането на глюкозата:
Алкохолна ферментация: Двете получени пируватни молекули се превръщат в етилов алкохол, с отделянето на две СО молекули2 и образуването на две АТФ молекули. Използва се за производство на алкохолни напитки.
Млечнокисела ферментация: Всяка молекула пируват се превръща в млечна киселина, с образуването на две молекули АТФ. Производство на млечна киселина. Това се случва в мускулните клетки, когато има прекомерни усилия.
Научете повече, прочетете също:
- Метаболизъм
- Анаболизъм и катаболизъм
- Клетъчен метаболизъм
- Химична реакция
- Биохимия
Упражнения за приемни изпити
1. (PUC - RJ) Това са биологични процеси, пряко свързани с клетъчните енергийни трансформации:
а) дишане и фотосинтеза.
б) храносмилане и отделяне.
в) дишане и отделяне.
г) фотосинтеза и осмоза.
д) храносмилане и осмоза.
а) дишане и фотосинтеза.
2. (Fatec) дали мускулните клетки могат да получат енергия чрез аеробно дишане или ферментация, когато спортист припадне след бягане от 1000 м, поради липса на Адекватната оксигенация на мозъка ви, кислородният газ, който достига до мускулите, също не е достатъчен, за да отговори на дихателните нужди на мускулните влакна, които започват да натрупвам:
а) глюкоза.
б) оцетна киселина.
в) млечна киселина.
г) въглероден диоксид.
д) етилов алкохол.
в) млечна киселина.
3. (UFPA) Процесът на дишане на клетките е отговорен за (а)
а) консумация на въглероден диоксид и освобождаване на кислород до клетките.
б) синтез на богати на енергия органични молекули.
в) намаляване на молекулите на въглеродния диоксид в глюкоза.
г) включване на глюкозни молекули и окисляване на въглеродния диоксид.
д) освобождаване на енергия за жизненоважни клетъчни функции.
д) освобождаване на енергия за жизненоважни клетъчни функции.
