Метаболизм - Обеспечение клеток энергией вследствие окисления органических веществ - Часть 2

Лесосибирск
2 часть

АТФ.

Бактерии-хемосинтетики получают энергию вследствие окисления неорганических веществ.
автотрофы
гетеротрофы
организмы
Животные и

грибы получают энергию в результате окисления органических соединений. Автотрофы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ. Однако у гетеротрофов эти соединения поступают извне готовыми, а у автотрофов они синтезируются в клетках из неорганических соединений.

молекул органических веществ обладают большим запасом энергии , поскольку находятся

на высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на более низкий энергетический уровень электроны освобождают энергию. Конечным акцептором электронов часто служит кислород. В этом и состоит его главная биологическая роль , именно для этой цели аэробам необходим кислород воздуха.

Процессы биологического окисления:
протекают ступенчато;
при участии ферментов и переносчиков электронов;
55% энергии превращается в энергию высокоэнергетических связей АТФ;
45% энергии превращается в тепло .
Глюкоза – один из основных источников энергии для клеток.

+ 2НАД۰Н2
2Н2О + ТЕПЛО
КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ (КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП)
42Н2О + 6СО2

+ ТЕПЛО

МИТОХОНДРИИ

36АТФ + 2НАД۰Н2

ИТОГО:

38АТФ + 4НАД۰Н2

Заполни
таблицу

развития жизни на Земле кислород в атмосфере отсутствовал.
ГЛИКОЛИЗ –

процесс ферментативного анаэробного расщепления глюкозы и других органических соединений.
Этот процесс так же называется брожением. Термин «брожение» обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов или растений.
Гликолиз идет в цитоплазме клеток и не связан с какими-либо мембранными системами.

С6Н12О6+ 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+  2С3Н4О3 + 2НАД۰ Н2 + 2АТФ + 2Н2О + ТЕПЛО

Большая часть энергии (60%) в реакции гликолиза рассеивается в виде тепла, и только 40% идет на синтез АТФ.

Анаэробное дыхание

Заполни
таблицу

происходит на впячиваниях
плазматической мембраны, а у эукариот –

на мембранах специальных
клеточных органоидов – митохондрий.

Наружная
мембрана

Внутренняя
мембрана

кристы

Клеточное дыхание

матрикс

Митохондрии иногда называют «клеточными электростанциями». В клетке их количество сильно зависит от активности клетки.
Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Внутренняя мембрана сложена в складки, называемые кристами.

Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт
окисления органических веществ.

۰ 2Н
ДЫХАТЕЛЬНАЯ
ЦЕПЬ ФЕРМЕНТОВ
Е ~ 24Н
12Н2О
2АТФ
36АТФ
6О2
34АТФ
+
подробнее

этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется
кислородным.
Пировиноградная

кислота (ПВК) из цитоплазмы поступает в
митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в
активированную уксусную кислоту (ацетил-коэнзим А, ацетил-КоА),
и НАД•Н2.
В матриксе митохондрий уксусная кислота вступает в сложный цикл
биохимических превращений, который получил название Цикл Кребса.
В результате ряда последовательных реакций происходит отщепление
углекислого газа и окисление – снятие водорода с образующихся
веществ. Углекислый газ, выделяется из митохондрий, а далее из клетки
и организма в процессе дыхания. Весь водород, который снимается
с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД+, и
образуется НАД•2Н.
Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК:

2С3Н4О3 + 6Н2О + 10НАД+  6СО2 + 10НАД•2Н
Проследим теперь путь молекул НАД•2Н.

Заполни
таблицу

дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от

переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД•2Н отдает два водорода и два электрона. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков – цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную её сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД•2Н, которые образовались при гликолизе (2молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ.
Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды.
2 С3Н4О3 + 4Н + 6О2  6СО2 + 6Н2О
36АДФ  36АТФ

организмами
углеводов. В зависимости от конечного продукта реакции различают
несколько

видов брожения.

Пропионово-кислое
брожение

Муравьино-кислое
брожение

Масляно-кислое
брожение

Недостатком процессов брожения является извлечением незначительной
доли той энергии, которая заключена в связях органических молекул.
Для многих одноклеточных и многоклеточных
(особенно ведущих паразитический образ жизни)этого вполне достаточно.

С6Н12О6  2СО2 + 2С2Н5ОН (ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ)

Среди прокариот этот тип брожения распространен не очень широко, наиболее часто он встречается в группе дрожжей.
Важно подчеркнуть, что дрожжи – эукариотические организмы и аэробы, но в анаэробных условиях брожение идет наиболее эффективно. Если добавить кислород, то брожение ослабнет.
Этот эффект был обнаружен Л. Пастером при исследовании способов изготовления вина и пива. Он же изобрел способ остановки превращения спирта в уксус уксуснокислыми бактериями – пастеризацию
(нагревание вина или пива до 65-70оС). При этом бактерии гибнут, и уксус не образуется.
Спиртовое брожение происходит у хвойных растений зимой, когда устьица хвои закупориваются смолой, и газообмен с внешней средой прекращается.

С6Н12О6  2С3Н6О3 (молочная кислота)
Молочнокислые бактерии

(лактобактерии) относятся к группе стрептококков. Это анаэробные организмы, которые могут жить и в присутствии кислорода тоже. Лактобактерии живут в молоке и продуктах его переработки, на растениях и растительных остатках, в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных; практически не встречаются в почве и воде. Более 90% продуктов брожения этих бактерий составляет молочная кислота.
Молочнокислые бактерии используются человеком в его хозяйственной деятельности. Запасание корма для скота (изготовление силоса), квашение капусты, изготовление различных кисломолочных продуктов: сметаны, йогурта, кефира, простокваши, творога, кумыса и тд.
Молочнокислые бактерии предотвращают развитие гнилостных процессов в кишечнике, и поэтому употребление молочнокислых продуктов очень полезно для здоровья.
У человека накопление молочной кислоты путем брожения в мышечных клетках происходит при интенсивной физической нагрузке.
Кроме того, хрусталик и роговица глаза человека слабо снабжается кровью, поэтому и окислительный метаболизм
выражен незначительно, а энергия в основном образуется при сбраживании глюкозы до молочной кислоты.

данного брожения, образуется из молочной.
Большинство этих бактерий

– жесткие анаэробы, которые не выдерживают присутствия кислорода.
У человека пропионовокислые бактерии вызывают воспаление волосяных фолликулов, что приводит к образованию угрей.

Муравьинокислое брожение

У представителей группы энтеробактерий конечным продуктом брожения муравьиная кислота СН2О2,, которая часто распадается на водород и углекислый газ. Поэтому эти бактерии часто называют газообразующими.
Они исключительно нетребовательны к источникам питания. Наиболее типичным представителем этих бактерий служит кишечная палочка – обычный обитатель кишечника и животных.
К этой группе микроорганизмов также принадлежат бактерии, вызывающие очень опасные заболевания человека: возбудитель тифа, холерный вибрион, чумная палочка.