Энергетический обмен веществ

Энергетический обмен/катаболизм/диссимиляция – совокупность реакций по расщеплению веществ и синтезу АТФ. Он идет в три этапа:

1. Подготовительный/пищеварение – идет в пищеварительном тракте, где под действием ферментов полимеры распадаются до мономеров: белки до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот, углеводы до глюкозы, а нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. При этом выделяется небольшое количество энергии, которое рассредоточивается в виде тепла.

2. Анаэробный/неполное ферментативное расщепление/брожение – продукты первого этапа подвергаются расщеплению внутри клетки. Наиболее важная часть этого этапа – бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз. Гликолиз идет в гиалоплазме – жидкой части цитоплазмы, и представляет собой ряд реакций, в результате которых молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты.

C₆H₁₂O₆ → … → 2 C₃H₄O₃ + 2 НАД∙H + 2 АТФ

Если кислород в клетку не поступает, то ПВК восстанавливается до молочной кислоты, т.е. происходит молочнокислое брожение. Если в клетку поступает кислород, то пируват переносится в митохондрии и начинается третий этап.

3. Аэробный/полное ферментативное расщепление/клеточное дыхание.

Пируват в матриксе митохондрии взаимодействует с веществом кофермент А, и при этом образуется ацетил-кофермент А – активированная производная уксусной кислоты. Также при этом образуется СО₂ и НАД∙Н. СО₂ путем диффузии уходит в окружающую среду, а ацетил-кофермент А в матриксе вступает в цикл Кребса. При вступлении в цикл кофермент А отделяется, а остаток уксусной кислоты перемещается по циклу органических кислот и превращается в СО₂ и НАД∙Н. СО₂ диффундирует в окружающую среду, а НАД∙Н идет в ЦПЭ в мембране кристы. По цепи переносчиков в мембране протон водорода переносится на наружную сторону мембраны кристы, и она заряжается положительно. Электроны из НАД∙Н по цепи переносчиков переносятся на кислород, и сюда же присоединяются протоны водорода, образовавшиеся при диссоциации воды в матриксе: образуется вода. Ионы ОНˉ, оставшиеся без противоиона, заряжают внутреннюю поверхность мембраны кристы отрицательно. Возникает разность потенциалов, и, когда она достигает критического уровня, за счет силы электрического тока открываются каналы в молекулах белков АТФ-синтетаза, встроенных в мембрану кристы. По этим каналам внутрь митохондрии идет поток протонов. За счет энергии прохождения протонов из АДФ и фосфорной кислоты образуется АТФ.

Этот синтез АТФ называется окислительное фосфорилирование. На третьем этапе образуется 36 молекул АТФ из одной молекулы глюкозы.

Всего при энергетическом обмене образуется 38 молекул АТФ из одной молекулы глюкозы.