Способы получения энергии в клетке

Антуан Лавуазье в конце XVIII века показал, что животный организм потребляет из воздуха кислород и выделяет углекислый газ. Сделал вывод, что горение и окисление - это одно и то же, что биологическое окисление представляет собой "медленное горение", происходящее в присутствии воды и при низкой температуре.

В конце XIX века русские исследователи А.Н. Бах и В.И.Палладин, работая независимо друг от друга, предложили 2 основные теории для объяснения процессов, протекающих в ходе биологического окисления.

1-я теория: Алексей Николаевич Бах (1857-1946) полагал, что в живых клетках существуют особые ферменты - " оксигеназы ", которые взаимодействуют с кислородом, образуя перекиси. Сам кислород является не очень активным окислителем. Зато перекиси (" активный кислород ") являются очень сильными окислителями и способны передавать кислород окисляемому веществу.

Эта теория известна как "перекисная" или " теория активации кислорода ".

2-я теория: Владимир Иванович Палладин (1859-1922) создал теорию " активации водорода ". Считал, что универсальным путем окисления является отнятие от веществ (субстратов) водорода с участием специальных ферментов - хромогенов. После этого водород, может передаваться или на молекулу кислорода с образованием воды, или на другие молекулы, восстанавливая их.

Впоследствии теория В.И.Палладина блестяще подтвердилась для процессов митохондриального окисления, а ферменты, принимающие непосредственное участие в отнятии водорода от субстратов, в настоящее время называются дегидрогеназами.

Согласно современной теории биоокисления в нашем организме окисление может происходить двумя способами:

1. Путем отнятия водорода от окисляемого субстрата: сюда относятся митохондриальное окисление.

2. Путем присоединения кислорода к окисляемому субстрату - так происходит внемитохондриальное окисление оксигеназного типа (старое название - микросомальное окисление).

Биологическое окисление представляет собой совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках. Основной функцией этого процесса является обеспечение организма энергией в доступной для использования форме (прежде всего в форме АТФ). Принципиальной особенностью биологического окисления, или тканевого дыхания, является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные промежуточные ферментативные стадии, т. е. происходит многократная передача протонов и электронов или только электронов от одного соединения — донора к другому — акцептору; при этом протоны транспортируются лишь частью промежуточных переносчиков. У аэробов конечным акцептором электронов и протонов служит кислород.

Биологическое окисление подразделяют на три этапа:

1-й этап. Образование мономеров из полимеров.

Белки ----------->Аминокислоты

Крахмал --------->глюкоза

Жиры ------------>глицерин + жирные кислоты

2-й этап. Превращение мономеров в пировиноградную кислоту и ацетил-КоА.

3-й этап. Превращение Ацетил-КоА в конечные продукты катаболизма: СО₂ и Н₂О.

СХЕМА ЭТАПОВ КАТАБОЛИЗМА

В клетке существуют четыре основных процесса, обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей:

1. Гликолиз (2 этап биологического окисления) – окисление молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ и НАДН (анаэробный этап гликолиза). Далее пировиноградная кислота в аэробных условиях превращается в ацетил-КоА, в анаэробных условиях – в молочную кислоту (лактат).

2. β-Окисление жирных кислот (2 этап биологического окисления) – окисление жирных кислот до ацетил-КоА. Образуются только молекулы НАДН и ФАДН₂.

3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, 3 этап биологического окисления) – окисление ацетильной группы ацетил-КоА или некоторых кетокислот ЦТК с образованием:

· в процессе субстратного фосфорилирования - одна молекулы ГТФ (в дальнейшем макроэргическая связь переносится на АТФ).

· трёх молекул восстановленного кофермента НАДН и одной молекулы ФАДН₂.

· В процессе полного цикла окисления образуется две молекулы углекислого газа.

4. Образование трансмембранного протонного градиента (потенциала) с помощью ферментов цепи переноса электронов (цепи тканевого дыхания (ЦТД) путём окисления полученных в предыдущих реакциях восстановленных динуклеотидов - НАДН и ФАДН₂. За счёт энергии полученного градиента синтезируется основная масса АТФ в клетке. Так как при этом электроны передаются на кислород – процесс получения макроэрга носит название окислительное фосфорилирование (3 этап биологического окисления).

Дата добавления: 2013-12-13