Обмен веществ и превращение энергии — основа жизнедеятельности клетки. Энергетический обмен в клетке. Значение АТФ в энергетическом обмене

Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы син­теза и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комби­нату. Для нормального протекания этих химических процессов необ­

ходим постоянный обмен веществ между клеткой и окружающей сре­дой, а также постоянное превращение энергии в клетке.

Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы расходуют­ся клетками на синтез необходимых им соединений, построение кле­точных структур. Однако для синтеза веществ необходима энергия. Главный источник энергии для живых организмов — Солнце.

Из поступающих в клетку компонентов пищи под действием био­логических катализаторов — ферментов — синтезируются новые мо­лекулы для замены израсходованных веществ, для построения орга­ноидов. Весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции, или пластического об­мена.

Очевидно, что синтез каких-либо веществ невозможен без затрат энергии. Особенно интенсивно реакции ассимиляции происходят в растущей, развивающейся клетке. Важнейшими из таких реакций яв­ляются синтез белка и фотосинтез. Как же клетка получает энергию для реакций биосинтеза? Наряду с процессами синтеза новых веществ в клетках происходит постоянный распад запасенных при ассимиля­ции сложных органических веществ. При участии ферментов эти мо­лекулы распадаются до более простых соединений; при этом высво­бождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Далее энергия АТФ исполь­зуется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций био­синтеза. Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровож­дающихся выделением энергии, получила название диссимиляции, или энергетического обмена.

Ассимиляция и диссимиляция — противоположные процессы: в первом случае вещества образуются, во втором — разрушаются. Но они тесно взаимосвязаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будут синтезироваться и запасаться сложные вещества, то нечему будет распадаться, когда потребуется энергия. А если вещест­ва не будут распадаться, то где взять энергию для синтеза необходи­мых веществ?

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция — это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии, получившего название метаболизма (гр. те1аЬо1е— превращение).

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа. Пер­вый этап — подготовительный. Во время него крупные пищевые по­лимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Поли- 424

сахариды распадаются на ди- и моносахариды, белки — до аминокис­лот, жиры — до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превраще­ний энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап — неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образовавшиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза — ферментативного расще­пления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у неко­торых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

С6Н,206 + 2Н3Р04 + 2АДФ -► 2С3Н603 + 2АТФ + 2Н20.

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы обра­зуются две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н403), которая во многих клетках, например в мышечных, превра­щается в молочную кислоту (С3Нб03), причем высвободившейся при этом энергии достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз — про­цесс многоступенчатый, насчитывающий более десяти стадий, катали­зируемых разными ферментами. Только 40% выделившейся энергии запасается в виде АТФ, а остальные 60% рассеиваются в виде тепла.

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением: С6Н1206 + 2Н3Р04 + 2АДФ -► 2С2Н5ОН + 2С02 + 2АТФ + 2Н20.

Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и две молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глю­козу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом слу­чае «энергетическая прибыль» клетки составляет две молекулы АТФ.

Третий этап энергетического обмена — полное кислородное рас­щепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образовав­шиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов — С02 и Н20. Этот этап можно представить в следующем виде:

С6Н1206 + 602 + 36Н3Р04 + 36АДФ -> 6С02 + 42Н20 + 36АТФ.

Таким образом, окисление двух молекул трехуглеродной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до С02 и Н20, приводит к выделению большого количества энергии, достаточ­ного для образования 36 молекул АТФ. Клеточное дыхание происхо­дит на кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляет приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образует­ся 38 молекул АТФ.

Для получения энергии в клетках кроме глюкозы могут быть ис­пользованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит са­харам.

Задать вопрос врачу онлайн
<< | >>
Источник: Каменский А. А.. ЕГЭ 100 баллов. Биология. Самостоятельная подготовка к ЕГЭ. / А. А. Каменский, Н. А. Соколова, А. С. Маклакова, Н. Ю. Сарычева, Н. А. Богданов. —М. : Издательство «УЧПЕДГИЗ»,2018. — 512 с. (Серия «ЕГЭ. 100 Баллов»). 2018

Еще по теме Обмен веществ и превращение энергии — основа жизнедеятельности клетки. Энергетический обмен в клетке. Значение АТФ в энергетическом обмене:

  1. ВЛИЯНИЕ СЕРОТОНИНА НА ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
  2. Препараты, преимущественно влияющие на энергетические процессы клетки
  3. Глава 11. ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ОБМЕН
  4. Водный обмен человека
  5. РЕФЕРАТ. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ2017, 2017
  6. Водный обмен человека
  7. Влияние глюкокортикоидов на обменные процессы и его связь с побочными эффектами
  8. Лекарственные сборы при нарушениях обменных процессов
  9. ПРИЛОЖЕНИЕ № 1. ОСНОВНОЙ ОБМЕН У ДЕТЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ МАССЫ И ПОЛА
  10. НЕКОТОРЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ОБМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАК ПОКАЗАТЕЛИ ГЛЮКОКОРТИКОИДНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ ПРИ АЛЛЕРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
  11. Ричард Гордон, Крис Даффилд, Вики Викхорст. Энергетическая медицина. Метод квантового прикосновения 2.0. Новый взгляд на энергетические возможности человека. «София», Москва.2018, 2018
  12. Работы по тяжести на основе общих энергетических затрат организма
  13. Гамильтон Д.. Мысль имеет значение. Поразительное доказательство власти разума над телом. — СПб.: ИГ «Весь»,2011. — 160 с. — (Энергетическая медицина)., 2011
  14. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ