Задачи: Дать характеристику аэробному этапу окисления – окислению ПВК в

«Энергетический обмен. Дыхание».

продуктов (СО2 и Н2О), а до соединений, которые еще богаты

энергией и, окисляясь далее, могут дать ее в больших количествах (молочная кислота, этиловый спирт и др.).
Поэтому в аэробных организмах после гликолиза (или спиртового брожения) следует завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. В процессе этого третьего этапа органические вещества, образовавшиеся в ходе второго этапа при бескислородном расщеплении и содержащие большие запасы химической энергии, окисляются до конечных продуктов СО2 и Н2О.

Кислородное окисление - дыхание

в митохондриях.
Как устроены митохондрии?
Каковы функции митохондрий?
Каково происхождение митохондрий?
Кислородное окисление

- дыхание

+ 2Н3РО4 + 2НАД+ 2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О +

2НАД·Н2

ПВК

У животных и некоторых бактерий при недостатке О2 происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:
2С3Н4О3 + 2НАД·Н2  2С3Н6О3 + 2НАД+
у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта: I. 2С3Н4О3  2СО2 + 2СН3СОН (уксусный альдегид)
II. 2СН3СОН + 2НАД·Н2  2С2Н5ОН + 2НАД+

(кофермент А)
С КоА связан ряд биохимических реакций, лежащих в основе окисления и синтеза

жирных кислот, биосинтеза жиров, окислительных превращений продуктов распада углеводов. Во всех случаях КоA действует в качестве промежуточного звена, связывающего и переносящего кислотные остатки на другие вещества. При этом кислотные остатки в составе соединения с КоA подвергаются тем или иным превращениям, либо передаются без изменений на определённые метаболиты.

Впервые кофермент был выделен из печени голубя в 1947 году Ф. Липманом.
Структура кофермента A была определена в начале 1950-х годов Ф. Линеном в Институте Листера в Лондоне.
Полный синтез КоA осуществил в 1961 году X. Корана.

ее дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование (отщепление углекислого газа) с

образованием двууглеродной ацетильной группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса.

Кислородное окисление - дыхание

декарбоксилированием. В результате на каждую разрушенную

молекулы ПВК из митохондрии удаляется 3 молекулы СО2, образуется 5 пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4 НАДН2, ФАДН2), а также 1 молекула АТФ.

Кислородное окисление - дыхание

электронам ту же роль, что АТФ по отношению к энергии.

В одних реакциях она при­нимает электроны, в других — отдаёт. Имя клеточного аккумулятора элект­ронов — никотинамидадениндинуклеотид — НАД.
Гликолиз протекает таким обра­зом, что НАД сначала принимает электроны, а затем его восстановлен­ная форма, которую обозначают НАД•Н, снова окисляется. При восста­новлении одной молекулы НАД до НАД•Н выделяется энергия, достаточ­ная для образования высокоэнергети­ческой связи в одной молекуле 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (та самая энергия, которая потом запаса­ется в виде АТФ). На каждую молеку­лу глюкозы приходится две молекулы НАД•Н. Обратное окисление НАД•Н в НАД происходит на последней стадии гликолиза. В результате этой реакции из пировиноградной кислоты образу­ется молочная кислота.
ФАД- флавинадениндинуклеотид. Молекула ФАДH2 является переносчиком энергии и восстановленный кофермент может быть использован как субстрат в реакции окислительного фосфорилирования в митохондрии. Молекула ФАДH2 окисляется в ФАД, при этом выделяется энергия, эквивалентная (запасаемая в форме) двум мол ATФ.

4С
Яблочная
кислота 4С
ЩУК 4С
СО2
2Н
СО2
СО2
2 Н
2 Н
2 Н
2 Н
АТФ

и углекислого газа выглядит следующим образом:

С6Н12О6 + 6Н2О  6СО2

+ 4АТФ + 12Н2

Кислородное окисление - дыхание

до Н2О с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Этот процесс

называется окислительным фосфорилированием и происходит на внутренней мембране митохондрий. Водород передается по трем большим ферментным комплексам дыхательной цепи (флавопротеин, кофермент Q, цитохромы).

Кислородное окисление - дыхание

митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода.

Электроны передаются по ферментам дыхательной цепи на цитохромоксидазу.

Кислородное окисление - дыхание

достигает 200 мВ, протоны (24Н+) проходят через канал фермента АТФ-синтетазы

и происходит восстановление кислорода до воды (12Н2О) с выделением энергии, часть которой запасается в форме 34 АТФ. Таким образом, в митохондрии образуется всего 36 АТФ – 55%, 45% - рассеивается в форме тепла.

Кислородное окисление - дыхание

+ 24е-  12Н2О + 34АТФ +Qт
Кислородное окисление - дыхание

2АТФ + 2Н2О + 2НАД·Н2
При этом образуется 200 кДж энергии,

120 рассеивается в форме тепла, 80 кДж запасается в форме 2 моль АТФ. 40%-запасается, 60%-рассеивается

Суммарная реакция энергетического обмена выглядит так:
С6Н12О6 + 6О2  6СО2 + 6Н2О + 38АТФ + Qт
55% -запасается, 45%- рассеивается

Если внутренняя мембрана повреждена, то окисление НАД·Н2 продолжается, но не работает АТФ-синтетаза и образования АТФ не происходит, вся энергия выделяется в форме тепла.

Суммарная реакция гликолиза и разрушения 2 ПВК в митохондриях до водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:
С6Н12О6 + 6Н2О  6СО2 + 4АТФ + 12Н2

Ферменты дыхательной цепи и АТФ-синтетаза на кристах:
24Н+ + 6О2 + 12е-  12Н2О + 34АТФ +Qт

Кислородное окисление - дыхание

Соответствует количеству вещества, в котором содержится NA частиц (молекул, атомов,

ионов, электронов или любых других тождественных структурных частиц). NA это постоянная Авогадро, равная количеству атомов в 12 граммах нуклида углерода 12C. Таким образом количество частиц в одном моле любого вещества постоянно и равно числу Авогадро NA. NA = 6,02214179(30)×1023 моль−1. Иначе говоря, молем называется количество вещества, масса которого, выраженная в граммах, численно равняется его молекулярной массе. Для атомов и ионов величину, аналогичную молю, называют грамм-атомом (г-атом) и грамм-ионом (г-ион) . В соответствии с этой терминологией, моль является грамм-молекулой сложного вещества.

2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+
2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О

+ 2НАД·Н2
Сколько при этом образуется энергии? Сколько запасается в форме АТФ?
200 кДж энергии, 120 рассеивается в форме тепла, 80 кДж запасается в форме 2 молекул АТФ.
Что происходит с ПВК сразу после ее поступления в митохондрию?
Дегидрирование, декарбоксилирование и образование ацетил-КоА.

Подведем итоги:

образуется при разрушении 2 молекул ПВК в митохондриях?
2С3Н4О3 + 6О2

+ 36 АДФ + 36 Н3РО4  6СО2 + 42Н2О + 36АТФ.
Какая часть энергии запасается в митохондриях в форме АТФ, какая часть – рассеивается в форме тепла?
55% - в форме АТФ, 45% - в форме тепла.
Сколько всего молекул АТФ образуется в реакциях энергетического обмена при полном разрушении молекулы глюкозы?
38 молекул, 2 – при гликолизе, 36 – в митохондриях
Какие вещества, кроме углеводов, могут использоваться в энергетическом обмене?
Липиды, белки, однако мономеры белков, т. е. аминокислоты, слишком нужны клетке для синтеза собственных белковых структур. Поэтому белки обычно представляют собой «неприкосновенный запас» клетки и редко расходуются для получения энергии .

Подведем итоги:

образованием молекулы АТФ, 4 пары атомов водорода захватываются переносчиками.













Как выглядит

суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до водорода и углекислого газа?
С6Н12О6 + 6Н2О  6СО2 + 2АТФ + 12Н2

Подведем итоги:

Н+?
24Н+ + 6О2 + 12е-  12Н2О + 34АТФ

+Ет (энергия тепла)














Сколько всего АТФ образуется всего при полном окислении молекулы глюкозы:
С6Н12О6 + 6О2  6СО2 + 6Н2О + 38АТФ + Ет (энергия тепла)

Подведем итоги: