Se produce în intestin sau în lizozomi, în acest stadiu, biopolimeri complexe (macromolecule) sunt scindate la monomeri (puțină energie este eliberată și totul este disipată sub formă de căldură) Carbohidrați - glucoza; Proteine -AMK; Grăsimi - glicerină și acizi grași; Acizii nucleici sunt nucleotide.
Stadiul anoxic (glicoliza, anaerobia, oxidarea incompletă, disimilarea):
Acesta curge în citoplasma celulelor cu participarea enzimelor lizozomale. Condițiile necesare sunt ADP și H3 PO4. Se execută treptat (13 reacții consecutive), se formează multe produse intermediare.
AMK, formată în prima etapă, corpul nu se folosește la următoarele etape de disimilare, deoarece sunt necesare pentru el ca material pentru sinteza propriilor molecule de proteine. Prin urmare, pentru a obține energie, proteinele sunt consumate foarte rar, numai atunci când rezervele rămase (carbohidrați și grăsimi) au fost epuizate. De obicei, cea mai accesibilă sursă de energie din celulă este glucoza.
După o serie de reacții din glucoză, se formează două molecule de acid piruvic (PVK) și energie (2ATF, 2NADHN, 2H +)
Acidul acidului piruvic (PVC) C3H4O3
NAD - nicotinamidadinină dinucleotidă - este un acceptor (purtător) de H și electroni
Forma NAD + - oxidată
OVER. H - formă redusă
Energia este eliberată 200 kJ / mol (din care 120 kJ / mol - 60% este disipată sub formă de căldură, iar în 80 kJ / mol - 40% merge la sinteza 2ATF)
40% pentru sinteza 2ADP + 2F --- 2ATP + 2NAD. H
În funcție de tipul de celule (procariote sau eucariote) și de organisme, PVK poate fi transformat în acid lactic, alcool sau alte substanțe organice
Glucoză --- 1 --- Acid piruvic ----- 2 ----- Acid lactic
1-2 este calea anaerobă pentru formarea acidului lactic în celulele animale, bacteriile acidului lactic și plantele superioare (în hialoplasmă)
1-3 - fermentarea alcoolică în drojdie (proces anaerob)
1-4 - respirația organismelor aerobe (în mitocondrii)
Adică, soarta viitoare a PVK depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă există oxigen, atunci PVK intră în mitocondrii, unde este complet oxidat la CO2 și H2O, iar a treia etapă de oxigen a metabolismului energetic (1-4) are loc.
In absenta oxigenului are loc așa-numita respiratie anaeroba care adesea numit fermentare (fermentare - procesul de conversie anaerobă a substanțelor organice, care continuă să elibereze o cantitate mică de energie):
- în celulele majorității plantelor și drojdiei în timpul fermentării alcoolului, PVK este transformat în alcool etilic (1-3)
În diferite surse, această ecuație este scrisă diferit: PVK --- alcool etilic + CO2
- Acidul lactic (1-2) este format din fermentația lactică (identică cu glicoliza) din PVK. Acest proces poate să apară nu numai în bacteriile cu acid lactic. La munca fizică intensă în celule a unei țesături musculare a persoanei există o lipsă de oxigen, de aceea se formează acid lactic, care acumulează senzație de oboseală, durere și uneori chiar convulsii
- Există, de asemenea, astfel de organisme, celule care, în condiții anaerobe nu se formează acid lactic și alcool etilic, și, de exemplu, acid acetic, acid butiric sau acetonă, dar, de asemenea, format 2ATF.
Proprietățile generale ale glicolizei și fermentației. se produce o cantitate mică de energie (2ATF), iar produsele finale sunt încă foarte bogate în energie, care se eliberează prin oxidarea ulterioară a acestor substanțe în CO2 și H2O (scindarea completă).
Stadiul de oxigen (aerobic, oxidare completă, asimilare, respirație celulară sau tisulară):
Oxidarea compușilor intermediari din mitocondrii la produsele finale (CO2 și H2O) are loc cu eliberarea unei cantități mari de energie. Condițiile obligatorii pentru faza de oxigen sunt oxigenul și membranele mitocondriale nedeteriorate.
PVK eliberat în procesul de glicoliză intră în mitocondrie. Aici se transformă într-o substanță bogată în energie acetilcoenzima A (acetil-CoA). Acetil-CoA interacționează cu molecula de acid oxaloacetic, formând acid citric, care suferă alte transformări care conduc la formarea acidului oxaloacetic. Acesta din urmă interacționează cu molecule noi de acetil-CoA, iar ciclul de transformări se repetă.
Hidrogenul, cu ajutorul moleculelor NAD, este livrat în membrana interioară a mitocondriilor, unde se află lanțul respirator al enzimelor și au loc procesele de fosforilare oxidativă. Aici, atomii de hidrogen pierd electronii e și devin protoni H +. Protonii H + sunt transferați prin enzime speciale pe suprafața exterioară a membranei interioare a mitocondriilor, creând o sarcină pozitivă aici.
Electronii se deplasează de-a lungul lanțului de transfer de electroni pe suprafața interioară a membranei interioare și se alătură oxigenului, formând O 2-.
Energia electronilor eliberați este foarte mare. Acești electroni intră în lanțul respirator al enzimelor, care constă din proteine purtătoare - citocromi. Deplasarea de-a lungul acestui sistem este în cascadă, ca și cum "căderea" electronilor pierde energie. Datorită "căderii" electronului, enzima ATPază sintetizează moleculele ATP. Acceptorul final de electroni este molecula de oxigen care intră în mitocondrii în timpul respirației. Atomii de pe partea exterioară a membranei iau electroni și sunt încărcați negativ. Ioniții de hidrogen se combină cu oxigenul și se formează molecule de apă. În timpul oxidării a două molecule de PVC în mitocondrie, sunt sintetizate 36 de molecule de ATP. Procesul de sinteză a ATP, cuplat cu procesul de oxidare a hidrogenului, se numește fosforilare oxidativă. Acest proces a fost descoperit și studiat de VA. Engelgart în 1831
Informațiile suplimentare de mai sus pot fi exprimate într-un alt mod: apare o diferență de potențial între suprafețele interioare și exterioare ale membranei interioare a mitocondriilor. La valoarea sa definită (200 mV), protonii se grăbesc prin canalele de protoni în matricea mitocondrială. Când protonii trec prin centrul activ al enzimei, energia lor este consumată pe sinteza ATP (fosforilarea):
În matricea mitocondrială, protonii H + se leagă la anionii O 2. formând apă.
Astfel, în procesul de respirație în mitocondrii se formează substanțe energetice sărace: CO2 și H2O și se eliberează o cantitate mare de energie. O parte din această energie este cheltuită pentru sinteza ATP. La oxidarea completă a două molecule de PVK (acestea sunt obținute dintr-o moleculă de glucoză în procesul de glicoliză), se formează 36 de molecule ATP.
Acid piruvic + O2 ----- H2O + CO2 + energie
(ecuația fazei de oxigen a metabolismului energetic)
Energia este eliberată în acest stadiu - 2600 kJ / mol (1,160 kJ / mol - 45% este disipată sub formă de căldură și 1440 kJ / mol - 55% se acumulează sub formă de obligațiuni ATP).
Procesul de respirație este energetic mai benefic decât procesul de glicoliză. Cu oxidarea incompletă a unei molecule de glucoză, se formează doar două molecule de ATP și, atunci când este complet oxidat, randamentul moleculelor ATP-38 este de 19 ori mai mare! Prin urmare, în celulele plantelor superioare și în cele mai multe animale, procesele de respirație reprezintă principala modalitate de a obține energia necesară pentru activitatea lor vitală. Un astfel de câștig de energie a asigurat dezvoltarea primară a organismelor aerobe pe planeta noastră în comparație cu cele anaerobe.
Ecuația totală a stadiilor anoxice și oxigenate ale metabolismului energetic sau oxidarea completă a substanțelor organice:
Eficiența metabolismului energetic - ca rezultat al tuturor reacțiilor, se formează 38 de molecule ATP. Energia stocată în 1 mol de ATP este de 30,6 kJ / mol.
oxidarea aerobă totală a glucozei în două etape este eliberat Eobsch = 2880 kJ / mol, din care 1162 kJ / mol este stocat sub forma de molecule de ATP (38. 30.6 = 1,162.8 kJ / mol).
Eficacitatea respirației aerobe = (38 .30,6: 2880). 100% = 40,37%.
La respirația aerobă se stochează numai 2 molecule de ATP. Calculăm eficiența acestor procese.
Fermentarea alcoolului: Generic = 210 kJ / mol
Eficiență = (2 .30,6: 210). 100% = 29,14%
Fermentația lactică (glicoliza în mușchi):
Total = 150 kJ / mol
Comparați aceste date cu eficiența diferitelor motoare. În cele mai bune turbine, eficiența este de 20-25%. În motoarele cu ardere internă - 35%. Eficacitatea oxidării biologice este fără îndoială. Procesele de respirație celulară sau oxidarea biologică și arderea sunt similare în rezultatul final, dar nu în termeni de economii de energie. Când se arde, toată energia trece în lumină și căldură, nimic nu este stocat. În procesul de respirație, energia este stocată în molecule ATP, apoi va fi cheltuită pe biosinteza substanțelor organice necesare pentru celulă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: