Энергетический обмен — катаболизм

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция – совокупность реакций расщепления.

При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом.

I этап– подготовительный, называемый также пищеварением. Осуществляется он главным образом вне клеток под действием ферментов, секретируемых в полость пищеварительного тракта. На этом этапе крупные молекулы полимеров распадаются на мономеры: белки – на аминокислоты, полисахариды – на простые сахара, жиры – на жирные кислоты и глицерин. При этом выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

На П этапе образовавшиеся в процессе пищеварения небольшие молекулы поступают в клетки и подвергаются дальнейшему расщеплению. Наиболее важной частью второго этапа энергетического обмена является гликолиз – расщепление глюкозы. Гликолиз может происходить в отсутствие кислорода. В результате ряда последовательных ферментативных реакций одна молекула глюкозы, содержащая шесть атомов углерода, превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (C₃H₄O₃), включающие по три атома углерода каждая. В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ. Пировиноградная кислота восстанавливается затем до молочной кислоты (в мышцах), и суммарное уравнение выглядит так:

Образование АТФ в реакциях гликолиза относительно неэффективно, так как его конечные продукты – относительно крупные молекулы, заключающие в себе большое количество химической энергии. Поэтому второй этап энергетического обмена называют неполным. Этот этап носит еще название брожения

Ш этап катаболизма нуждается в присутствии молекулярного кислорода и называется дыханием. Развитие клеточного дыхания у аэробных микроорганизмов и в клетках эукариот стало возможным лишь после того, как в результате фотосинтеза в атмосфере Земли появился молекулярный кислород. Добавление к катаболическому процессу стадии, осуществляющейся в присутствии кислорода, обеспечивает клетки мощным и эффективным путем извлечения из молекул питательных веществ и энергии.

Реакции кислородного расщепления, или окислительного катаболизма, протекают в специальных органоидах клетки - митохондриях, куда поступают молекулы пировиноградной кислоты. После целого ряда превращений образуются конечные продукты – СО₂ и Н₂О, которые затем диффундируют из клетки. Суммарное уравнение аэробного дыхания выглядит так:

2C₃H₆O₃ + 6O₂ + 36H₃PO₄ + 36ADФ 6CO₂ + 38H₂O + 36ATФ

Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Всего в ходе второго и третьего этапов энергетического обмена при расщеплении одной молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание.

По способу получения энергии все организмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы– это организмы, осуществляющие питание (то есть получающие энергию) за счет неорганических соединений.

Их делят на фототрофы, которые получают энергию за счет использования света, и хемотрофы, использующие энергию, освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях.

Образование органических соединений из неорганических за счет использования энергии солнечного света, то есть преобразование световой энергии в энергию химических связей, называется фотосинтезом.

Этот процесс состоит из световой и темновой фаз. В световой фазе кванты света взаимодействуют с молекулами хлорофилла.

Избыточная энергия части возбужденных молекул преобразуется в теплоту или испускается в виде света. Другая ее часть передается ионам водорода, всегда находящимся в водном растворе вследствие диссоциации воды. Образовавшиеся атомы водорода непрочно соединяются с молекулами – переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН^– отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН. Радикалы ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород в соответствии с уравнением 4ОН 2Н₂О + O₂ .

Источником молекулярного кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу, является фотолиз – разложение воды под влиянием света. Энергия света используется также для синтеза АТФ.

В комплексе химических реакций темновой фазы главное место занимает связывание CO₂.

В этих реакциях участвуют молекулы АТФ и атомы водорода, образовавшиеся в световую фазу.

Итоговая реакция фотосинтеза:

6СO₂ + 24H C₆H₁₂O₆ + 6H₂O

Хемосинтез

Поиск по сайту: