Обмен веществ

потенциал живых систем
3 этапа катаболизма
Роль АТФ в клетке
Способы получения АТФ

в клетке
Роль и функции митохондрий в клетке

клеточную
активность, обеспеченную участием многих
взаимосвязанных ферментативных систем, и включает

два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм. 

ОВ выполняет три специализированные функции:

1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

живого организма, составляющих метаболизм,
или обмен веществ.

Анаболизм
Анаболизм – это

биосинтез белков, полисахаридов,
липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из
малых молекул - предшественников. Поскольку он
сопровождается усложнением структуры, то требует
затрат энергии. Источником такой энергии является
энергия АТФ.

требуются богатые
энергией атомы водорода –
их источником является НАДФН.

Молекулы НАДФН образуются в
реакциях окисления
глюкозо-6-фосфата
в пентозном пути и
оксалоацетата малик-ферментом.
В реакциях анаболизма НАДФН
передает свои атомы водорода
на синтетические реакции и
окисляется до НАДФ.

простых конечных
продуктов. Катаболизм сопровождается
высвобождением энергии, заключенной в сложной
структуре

веществ.

Большая часть высвобожденной энергии
рассеивается в виде тепла.

Меньшая часть этой энергии "перехватывается"
коферментами окислительных реакций НАД и ФАД,
некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.

называются
окислительно-восстановительными, которые
осуществляют ферменты 1 класса - оксидоредуктазы.

В этих

реакциях субстраты окисляются, отдают свои
водороды на НАД или ФАД. А продуктами являются
окисленные субстраты и восстановленные НАДН или
ФАДН2 .

Окислительно-восстановительным эквивалентом живых организмов является атом водорода, или пара Н+ и ӗ

могут
использоваться клеткой только по двум направлениям:

на анаболические реакции в составе НАДФН и

на образование

АТФ  в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН2.

Весь катаболизм условно подразделяется на три этапа:
1й происходит в кишечнике, а
2й и 3й этапы происходят в клетках.

уже ненужных молекул.
При этом освобождается около 1% энергии,
заключенной

в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

крови, на
втором этапе обычно превращаются в
пировиноградную кислоту, ацетильную группу

(в
составе ацетил-S-КоА) и в некоторые другие мелкие
органические молекулы.
Локализация второго этапа – цитозоль и митохондрии.

Часть энергии рассеивается в виде тепла и
примерно 13% энергии вещества усваивается, т.е. запасается в виде макроэргических связей АТФ.

реакции цикла Кребса (или
трикарбоновых кислот) и окисляется до углекислого газа.

Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и
восстанавливают их.
После этого НАДН и ФАДН2  переносят водород в цепь
дыхательных ферментов, расположенную на внутренней
мембране митохондрий. Здесь в результате процесса
под названием "окислительное фосфорилирование"
образуется вода и главный продукт биологического
окисления – АТФ.
Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы
рассеивается в виде тепла и около 46% энергии
исходного вещества усваивается, т.е. запасается в
связях АТФ и ГТФ.

Основной и универсальной молекулой, которая запасает энергию и при необходимости отдает ее,

является АТФ.
Все молекулы АТФ в клетке непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.
Существует три основных способа использования АТФ
1 - биосинтез веществ,
2 - транспорт веществ через мембраны,
3 - изменение формы клетки и ее движение.
4 - Эти процессы вкупе с процессом образования АТФ получили название АТФ-цикл:

- катаболизм;
3 - анаболизм;
4 - распад структурно-

функциональных
веществ;
5 - экзергонические
реакции;
6,7 - эндергонические
реакции;
8 - выведение из организма

четыре основных процесса,
обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей
при

окислении веществ и ее запасание:

1. Гликолиз (2 этап биологического окисления)

2. β-Окисление жирных кислот (2 этап биологического окисления)

3. Цикл трикарбоновых кислот 
(ЦТК, 3 этап биологического окисления

4. Окислительное фосфорилирование 
(3 этап биологического окисления) –

кислоты, при этом образуется
2 молекулы АТФ и НАДН.
Далее пировиноградная кислота

в аэробных
условиях превращается в ацетил-SКоА, в
анаэробных условиях – в молочную кислоту.

2. β-Окисление жирных кислот 
(2 этап биологического окисления) –
 окисление жирных кислот до ацетил-SКоА, здесь
образуются молекулы НАДН и ФАДН2.
Молекулы АТФ "в чистом виде" не появляются.

окисление ацетильной группы (в составе
ацетил-SКоА) или иных кетокислот до
углекислого

газа. Реакции полного цикла
сопровождаются образованием 1 молекулы ГТФ (что эквивалентно одной АТФ),
3 молекул НАДН и 1 молекулы ФАДН2.

4. Окислительное фосфорилирование (3 этап
биологического окисления) – окисляются НАДН и
ФАДН2, полученные в реакциях катаболизма
глюкозы, аминокислот и жирных кислот.
При этом ферменты дыхательной цепи на
внутренней мембране митохондрий обеспечивают
образование большей части клеточного АТФ.

Субстратное фосфорилирование

1 способ основной
Основным способом получения АТФ в клетке
является окислительное

фосфорилирование,
протекающее в структурах внутренней мембраны
митохондрий. При этом энергия атомов
водорода молекул НАДН и ФАДН2, образованных в
гликолизе, ЦТК, окислении жирных кислот,
преобразуется в энергию связей АТФ.

– субстратное фосфорилирование.
Этот способ связан с передачей макроэргического
фосфата или

энергии макроэргической связи какого-либо
вещества (субстрата) на АДФ.
К таким веществам относятся метаболиты  
- гликолиза 
(1,3-дифосфоглицериновая кислота,
фосфоенолпируват), 
- цикла трикарбоновых кислот 
(сукцинил-SКоА) и креатинфосфат.

Энергия гидролиза их макроэргической связи выше,
чем 7,3 ккал/моль в АТФ, и роль указанных веществ сводится к
использованию этой энергии для фосфорилирования
молекулы АДФ до АТФ.

Иными словами во втором способе происходит синтез АТФ без
участия митохондрий (митохондриальной цепи окисления),
без участия кислорода.

постепенно в
несколько этапов.
Под свободной энергией понимают ту часть химической

энергии питательных веществ, которая в организме может
использоваться для выполнения полезной работы при
постоянной температуре и постоянном давлении.

Свободная энергия в клетках не может использоваться
непосредственно в процессах жизнедеятельности.
Она в большей степени аккумулируется в химических
связях высокоэнергетических (макроэргических)
соединений в основном в молекулах АТФ.
Эта энергия способна превращаться в другие формы
энергии.

– кристы.
В ней находятся
ферменты,
обеспечивающие
окисление субстратов
и синтез АТФ.

Митоходрии имеют
собственную кольцевую
молекулу ДНК и
рибосомы.
Функция митохондий –
обеспечение клеток
энергией в виде АТФ и др.

(примеры печеь, мышцы, старение)

процессов, которые обеспечивают
поступление питательных и других веществ в
организм, их усвоение,

превращение внутри клеток,
а также выведение образовавшихся продуктов
обмена во внешнюю среду.
ОВ обеспечивает процессы роста и развития,
cамовозобновление всех клеточных структур,
энергообеспечение функций, постоянство внутренней
среды, приспособление к воздействующим факторам
среды. Поэтому при прекращении ОВ нарушается и
прекращается жизнедеятельность организма.

их дегидрирование является экзорганическим процессом.
Энергия, высвобождаемая в ходе реакций окисления,

либо
полностью рассеивается в виде тепла, либо частично
тратится на фосфорилирование AТФ с образованием АТФ.

Организм превращает около 40% энергии, выделяющейся
при окислении, в энергию макроэргических связей АТФ.

Большинство организмов биоты использует этот
способ или очень сходный с ним как основной источник
энергии, необходимый для синтеза внутриклеточной АТФ

(объяснить: в качестве терминального акцептора водорода может
быть не кислород, а другое соединение)

метаболическую энергию. Реакция дегидрирования и способ превращения выделившейся энергии путем синтеза

АТР - это энергетически сопряженные реакции. Целиком весь сопряженный процесс называется окислительным фосфорилированием АТФ: