Другий етап енергетичного обміну називають неповним (безкисневим, анаеробним), або гліколізом

Енергетичний обмін (дисиміляція), або катаболізм – це сукупність реакцій розщеплення великих органічних молекул з виділенням енергії. Анаболізм і катаболізм – два взаємопов’язаних процеси обміну речовин, тобто метаболізму.

Розв’язок задач на обмін речовин та енергії в клітині та організмі.

Основні теоретичні відомості

Однією з основних властивостей відкритих біологічних систем є обмін речовинами, енергією та інформацією з навколишнім середовищем. Клітина, як відкрита система перебуває в активному стані – різні речовини постійно надходять у клітину і виходять з неї. У клітині, як і в організмі відбувається пластичний та енергетичний обмін.

Пластичний обмін (асиміляція), або анаболізм – це сукупність реакцій біологічного синтезу. Він відбувається з використанням енергії самої клітини або енергії навколишнього середовища.

Пластичний обмін у автотрофних організмів відбувається з використанням енергії світла (фотосинтез) або енергії окисно-відновних реакцій неорганічних речовин (хемосинтез). При внутрішньоклітинному диханні ці організми розщеплюють власні органічні сполуки для одержання енергії у вигляді макроенергетичних зв’язків АТФ. Під час гідролізу макроергічних зв’язків АТФ виділяється енергія:

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж/моль

Енергію АТФ клітини використовують у різноманітних процесах: у біосинтезі, під час виконання механічної роботи, проведення нервового імпульсу, забезпечення вибіркової проникності мембран. АТФ є універсальним носієм і акумулятором енергії в живих організмах.

Процес енергетичного обміну поділяється на три послідовні етапи.

Підготовчий етап. На цьому етапі макромолекули білків, вуглеводів, жирів, нуклеїнових кислот розпадаються на дрібні молекули: з крохмалю і глікогену утворюється глюкоза; з жиру – гліцерин і жирні кислоти, з білків – амінокислоти, з нуклеїнових кислот – нуклеотиди. Розпад речовин на цьому етапі супроводжується зовсім незначним енергетичним ефектом.

Речовини, які утворилися на підготовчому етапі продовжують розпадатися далі. Це тривалий багатоступінчатий процес. Він складається з ряду ферментативних реакцій, що відбуваються одна за одною. Кожна реакція каталізується особливим ферментом, оскільки дія ферментів строго специфічна. Ферменти, як беруть участь у цьому процесі, розміщуються на внутрішньоклітинних мембранах правильними рядами. Речовина, потрапивши на перший фермент цього ряду, пересувається, як на конвеєрі, на другий фермент, потім на третій і т.д. Сумарне рівняння має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ → 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + 200кДж

80 кДж 120 кДж

акумулюються у 2 моль АТФ розсіюється у вигляді тепла

Як видно з рівняння, у процесі гліколізу в АТФ акумулюються близько 40% енергії (80 кДж із 200 кДж). Процес гліколізу відбувається у клітинах тварин, молочнокислих бактерій і деяких грибів. У більшості рослин безкисневий розклад відбувається шляхом спиртового бродіння. Багато стадій цього процесу аналогічні гліколізу, але кінцевими продуктами його замість молочної кислоти є вуглекислий газ і етиловий спирт.

У процесі гліколізу вивільняється приблизно 1/14 (7%) усієї енергії, що міститься в глюкозі. У клітині розщеплюється не тільки глюкоза, а й жирні Спродуктів при їх анаеробному обміні є, як і під час гліколізу, піровиноградна кислота. На стадії утворення цієї речовини відбувається немов злиття обміну вуглеводів, жирів і білків. У заключній реакції гліколізу піровиноградна кислота пере створюють на молочну кислоту.

Третій етап енергетичного називають повним, або кисневим розщепленням (цикл Кребса).

Піровиноградна кислота, яка утворюється в результаті анаеробного розщеплення вуглеводів, жирів і білків, окислюється до СО₂ і Н₂О. Аеробне розщеплення, як і анаеробний етап, є рядом послідовних ферментативних реакцій. Кожна реакція каталізується особливим ферментом. Їх сукупність зазвичай називають циклом Кребса. Аеробний процес Кребса – це справжній коловий процес. Цикл Кребса починається реакцією піровиноградної кислоти з щавлево-оцтовою кислотою, а закінчується утворенням щавлевооцтової кислоти, тобто утворенням продукту, з якого процес почався. Сумарне рівняння кисневого розщеплення можна записати так:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36АТФ + 36Н₃РО₄ → 6СО₂ + 36АТФ + 42Н₂О + 2600кДж

1440 кДж 1160 кДж

акумулюються у 36 моль АТФ розсіюється

у вигляді тепла

Таким чином, на третьому етапі енергетичного обміну в АТФ акумулюються близько 55% утвореної енергії (1440 кДж із 2600). Порівнявши безкисневий та кисневий етапи, переконаємось, що останній значно ефективніший. Кількість виділеної і акумульованої енергії значно більша, ніж внаслідок безкисневого розщеплення. Сумарне рівняння енергетичного обміну:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ → 6СО₂ + 38АТФ + 44Н₂О + 2800кДж

1520 кДж 1280 кДж

акумулюються у 38 моль АТФ розсіюється

у вигляді тепла

Приклад розв’язування задач

Задача 1. У процесі дисиміляції в тканинах відбулося розщеплення 6 моль глюкози, з яких повного кисневого розщеплення зазнала тільки половина.

1. Визначте, які маси молочної кислоти і вуглекислого газу утворились внаслідок реакції.

2. Яка кількість речовини АТФ утворилась?

3. Яка кількість енергії і в якому вигляді акумулювалась в ній?

Дата добавления: 2015-05-24