Енергетичний метаболізм - це сукупність хімічних реакцій, що виробляють енергію, необхідну для здійснення життєво важливих функцій живих істот.
Метаболізм можна розділити на:
- Анаболізм: Хімічні реакції, що дозволяють утворювати складніші молекули. Вони є реакціями синтезу.
- катаболізм: Хімічні реакції деградації молекул. Вони є реакціями деградації.
Глюкоза (C6H12О6) - енергетичне паливо клітин. Коли він розбитий, він виділяє енергію з хімічних зв’язків та відходів. Саме ця енергія дозволяє клітині виконувати свої метаболічні функції.
АТФ: аденозинтрифосфат
Перш ніж зрозуміти процеси отримання енергії, ви повинні знати, як енергія зберігається в клітинах до її використання.
Це завдяки АТФ (аденозинтрифосфату), молекулі, відповідальній за вловлювання та зберігання енергії. Він зберігає енергію, що виділяється при розщепленні глюкози у її фосфатних зв’язках.
АТФ - нуклеотид, основа якого - аденин, а рибоза з цукром - утворює аденозин. Коли аденозин зв’язується з трьома фосфатними радикалами, утворюється аденозинтрифосфат.
Зв'язок між фосфатами є дуже енергійною. Таким чином, коли клітині потрібна енергія для якоїсь хімічної реакції, зв’язки між фосфатами розриваються і енергія звільняється.
АТФ - найважливіша енергетична сполука в клітинах.
Однак слід також виділити інші сполуки. Це пов’язано з тим, що під час реакцій виділяється водень, який транспортується переважно двома речовинами: НАД+ і FAD.
Механізми отримання енергії
Метаболізм клітинної енергії відбувається завдяки фотосинтезу та диханню клітин.
Фотосинтез
THE фотосинтез являє собою процес синтезу глюкози з вуглекислого газу (CO2) і води (H2О) у присутності світла.
Це відповідає автотрофному процесу, що здійснюється істотами, які мають хлорофіл, наприклад: рослини, бактерії та ціанобактерії. У еукаріотичних організмів фотосинтез відбувається в хлоропласти.
Клітинне дихання
THE клітинне дихання - це процес розщеплення молекули глюкоза щоб звільнити енергію, яка в ній накопичена. Це відбувається у більшості живих істот.
Це можна зробити двома способами:
- аеробне дихання: у присутності навколишнього газу кисню;
- анаеробне дихання: за відсутності кисневого газу.
Аеробне дихання відбувається через три фази:
Гліколіз
Першим кроком клітинного дихання є гліколіз, що відбувається в цитоплазмі клітин.
Він складається з біохімічного процесу, в якому молекула глюкози (C6H12О6) розщеплюється на дві менші молекули піровиноградної кислоти або пірувату (C3H4О3), виділяючи енергію.
Цикл Кребса
Схема циклу Кребса
О Цикл Кребса відповідає послідовності з восьми реакцій. Він виконує функцію сприяння деградації кінцевих продуктів із метаболізму вуглеводів, ліпідів та різних амінокислот.
Ці речовини перетворюються в ацетил-КоА з виділенням СО2 та H2Синтез О та АТФ.
Підводячи підсумок, у процесі ацетил-КоА (2С) перетворюється на цитрат (6С), кетоглутарат (5С), сукцинат (4С), фумарат (4С), малат (4С) та оксалооцтову кислоту (4С).
Цикл Кребса відбувається в матриксі мітохондрій.
Окисне фосфорилювання або дихальний ланцюг
Схема окисного фосфорилювання
THE окисне фосфорилювання це заключний етап енергетичного обміну в аеробних організмах. Він також відповідає за більшу частину виробництва енергії.
Під час гліколізу та циклу Кребса частина енергії, що утворюється при розкладанні сполук, зберігалася в проміжних молекулах, таких як НАД+ і ФАД.
Ці проміжні молекули вивільняють енергетичні електрони та іони Н+ які пройдуть через набір транспортних білків, які складають дихальний ланцюг.
Таким чином, електрони втрачають свою енергію, яка потім зберігається в молекулах АТФ.
Енергетичний баланс цього кроку, тобто те, що виробляється по всьому ланцюгу електронного транспорту, становить 38 АТФ.
Аеробний енергетичний баланс дихання
Гліколіз:
4 ATP + 2 NADH - 2 ATP → 2 АТФ + 2 NADH
Цикл Кребса: Оскільки є дві молекули пірувату, рівняння потрібно помножити на 2.
2 x (4 NADH + 1 FADH2 + 1 ATP) → 8 NADH + 2 FADH2 + 2 АТФ
Окисне фосфорилювання:
2 НАДН від гліколізу → 6 АТФ
8 НАДН циклу Кребса → 24 АТФ
2 FADH2 циклу Кребса → 4 АТФ
Всього 38 АТФ утворюється під час аеробного дихання.
Найважливішим прикладом анаеробного дихання є бродіння:
Бродіння
THE бродіння він складається лише з першої стадії клітинного дихання, тобто гліколізу.
Бродіння відбувається в гіалоплазма, коли кисень недоступний.
Він може бути наступних типів, залежно від продукту, що утворюється в результаті розкладання глюкози:
Спиртове бродіння: Дві утворені молекули пірувату перетворюються на етиловий спирт із виділенням двох молекул CO2 і утворення двох молекул АТФ. Застосовується для виробництва алкогольних напоїв.
Молочнокисле бродіння: Кожна молекула пірувату перетворюється на молочну кислоту з утворенням двох молекул АТФ. Виробництво молочної кислоти. Це відбувається в м’язових клітинах при надмірних зусиллях.
Дізнайтеся більше, читайте також:
- Обмін речовин
- Анаболізм і катаболізм
- Клітинний метаболізм
- Хімічні реакції
- Біохімія
Вправи на вступному іспиті
1. (PUC - RJ) Це біологічні процеси, безпосередньо пов’язані з клітинними перетвореннями енергії:
а) дихання та фотосинтез.
б) травлення та виведення.
в) дихання та виведення.
г) фотосинтез та осмос.
д) травлення та осмос.
а) дихання та фотосинтез.
2. (Fatec) Чи можуть м’язові клітини отримувати енергію за допомогою аеробного дихання або бродіння, коли спортсмен втрачає свідомість після бігу на 1000 м через відсутність Адекватна оксигенація вашого мозку, газ кисню, який досягає м’язів, також недостатній для задоволення дихальних потреб м’язових волокон, які починають накопичувати:
а) глюкоза.
б) оцтова кислота.
в) молочна кислота.
г) вуглекислий газ.
д) етиловий спирт.
в) молочна кислота.
3. (UFPA) Процес дихання клітин відповідає за (a)
а) споживання вуглекислого газу та викид кисню до клітин.
б) синтез багатих енергією органічних молекул.
в) відновлення молекул вуглекислого газу до глюкози.
г) включення молекул глюкози та окислення вуглекислого газу.
д) виділення енергії для життєво важливих клітинних функцій.
д) виділення енергії для життєво важливих клітинних функцій.