Melyek az energia-anyagcsere előkészítő szakaszának végtermékei. Energiaanyagcsere - mi ez és milyen szakaszai vannak?

Energia anyagcsere (katabolizmus, disszimiláció) - a szerves anyagok lebomlásának reakcióinak összessége, amelyet energia felszabadulás kísér. A szerves anyagok lebontása során felszabaduló energiát a sejt nem használja fel azonnal, hanem ATP és más nagy energiájú vegyületek formájában raktározza el. Az ATP univerzális sejtenergia-forrás. Az ATP-szintézis minden szervezet sejtjében megtörténik a foszforiláció folyamatán keresztül - szervetlen foszfát hozzáadásával az ADP-hez.

U aerobic az (oxigén környezetben élő) organizmusok az energia-anyagcsere három szakaszát különböztetik meg: előkészítő, oxigénmentes oxidáció és oxigénoxidáció; nál nél anaerob szervezetek (oxigénmentes környezetben élnek) és oxigénhiányos aerob - két szakasz: előkészítő, oxigénmentes oxidáció.

Előkészületi szakasz

A komplex szerves anyagok egyszerű lebontásából áll: fehérjemolekulák - aminosavakká, zsírok - glicerinné és karbonsavakká, szénhidrátok - glükózzá, nukleinsavak- a nukleotidokhoz. A nagy molekulatömegűek szétesése szerves vegyületek vagy enzimek hajtják végre gyomor-bél traktus vagy lizoszóma enzimek. Ebben az esetben az összes felszabaduló energia hő formájában eloszlik. Az így kapott kis szerves molekulák felhasználhatók " építési anyag» vagy tovább bomlhatnak.

Anoxikus oxidáció vagy glikolízis

Ez a szakasz a során keletkezett szerves anyagok további lebontásából áll előkészítő szakasz, a sejt citoplazmájában fordul elő, és nem igényel oxigén jelenlétét. A sejt fő energiaforrása a glükóz. A glükóz oxigénmentes, nem teljes lebontásának folyamata - glikolízis.

Az elektronok elvesztését oxidációnak, a nyereséget redukciónak, míg az elektrondonort oxidálják és az akceptort redukálják.

Megjegyzendő biológiai oxidáció a sejtekben egyaránt előfordulhat oxigén részvételével:

A + O 2 → AO 2,

és részvétele nélkül a hidrogénatomok egyik anyagból a másikba való átvitele miatt. Például az „A” anyag a „B” anyag miatt oxidálódik:

AN 2 + B → A + VN 2

vagy például elektrontranszfer következtében a kétértékű vas vas(III)dá oxidálódik:

Fe 2+ → Fe 3+ + e - .

A glikolízis egy összetett többlépéses folyamat, amely tíz reakciót foglal magában. A folyamat során a glükóz dehidrogéneződik, és a NAD + koenzim (nikotinamid-adenin-dinukleotid) hidrogénakceptorként szolgál. Glükóz a lánc eredményeként enzimatikus reakciók két piroszőlősav (PVA) molekulává alakul, összesen 2 molekula ATP-vel és a hidrogénhordozó NADH 2 redukált formája képződik:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.

A PVC további sorsa a sejt oxigén jelenlététől függ. Ha nincs oxigén, élesztő és növények tapasztalata alkoholos erjesztés, amelyben először acetaldehid, majd etil-alkohol képződik:

1. C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 COH,
2. CH 3 SON + NADH 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.

Állatokban és egyes baktériumokban oxigénhiány esetén tejsavas fermentáció tejsav képződésével:

C 3 H 4 O 3 + NADH 2 → C 3 H 6 O 3 + NAD +.

Egy glükózmolekula glikolízise következtében 200 kJ szabadul fel, ebből 120 kJ hőként disszipálódik, 80%-a pedig ATP kötésekben raktározódik.

Oxigénoxidáció vagy légzés

A piroszőlősav teljes lebontásából áll, a mitokondriumokban és az oxigén kötelező jelenlétében fordul elő.

A piruvicssav a mitokondriumokba kerül (a mitokondriumok szerkezete és funkciói – 7. előadás). Itt a dehidrogénezés (a hidrogén eltávolítása) és a dekarboxilezés (a hidrogén eltávolítása). szén-dioxid) PVC két szénatomos acetilcsoport képződésével, amely a Krebs-ciklus reakcióknak nevezett reakcióciklusba lép. További oxidáció megy végbe, amely dehidrogénezéssel és dekarboxilezéssel jár. Ennek eredményeként minden megsemmisült PVC-molekula után három CO 2 -molekula távozik a mitokondriumból; Öt pár hidrogénatom képződik hordozókhoz (4NAD·H 2, FAD·H 2) társulva, valamint egy ATP-molekula.

A glikolízis és a mitokondriumokban lévő PVC pusztulása hidrogénre és szén-dioxidra való általános reakciója így néz ki a következő módon:

C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 4 ATP + 12 H 2.

Két ATP-molekula képződik glikolízis eredményeként, kettő - a Krebs-ciklusban; két pár hidrogénatom (2NADH2) keletkezett glikolízis eredményeként, tíz pár - a Krebs-ciklusban.

Az utolsó lépés a hidrogénatompárok oxidációja oxigén részvételével vízzé, az ADP egyidejű foszforilezésével ATP-vé. A hidrogén a légzőlánc három nagy enzimkomplexumába (flavoproteinek, Q koenzimek, citokrómok) jut át, amelyek a mitokondriumok belső membránjában találhatók. Az elektronokat a hidrogénből veszik, amely végül a mitokondriális mátrixban lévő oxigénnel egyesül:

O 2 + e - → O 2 - .

A protonok a mitokondriumok membránközi terébe, a „protontárolóba” pumpálódnak. A belső membrán hidrogénionok számára áthatolhatatlan, egyrészt negatívan (O 2 - miatt), másrészt pozitívan (H + miatt) töltődik. Amikor a potenciálkülönbség a belső membránon eléri a 200 mV-ot, a protonok áthaladnak az ATP szintetáz enzimcsatornán, ATP képződik, és a citokróm-oxidáz katalizálja az oxigén vízzé redukcióját. Így tizenkét pár hidrogénatom oxidációja következtében 34 ATP-molekula keletkezik.

Az anyagcsere az élő szervezetek sejtjeiben végbemenő összes kémiai reakció, amelyet anyagcserének is neveznek. Anabolizmusra és katabolizmusra, azaz energiaanyagcserére oszlik. Az első összetettebb kémiai vegyületek képződését foglalja magában egyszerű vegyületekből. Ezt a folyamatot műanyagcserének is nevezik. Megvalósításához energia szükséges, amelyet a sejt katabolizmus útján nyer. Ezen a folyamaton keresztül a sejt szintetizálja a szükséges nukleinsavakat, fehérjéket, poliszacharidokat és hasonlókat. Mindezek az anyagok építőanyagként működhetnek a sejt és a szervezet egésze számára, elláthatják enzimek, hormonok stb. funkcióját. A második folyamattal, az energiaanyagcserével foglalkozunk részletesebben.

Mi az a katabolizmus?

Az energia-anyagcsere egy olyan folyamat, melynek során a bonyolult szerkezetű anyagok egyszerűbbekre bomlanak le vagy oxidálódnak, melynek eredményeként a szervezet megkapja az élethez szükséges energiát. A katabolizmus több szakaszból áll, amelyek során különféle kémiai reakciók mennek végbe. Három van belőlük.

Az energia-anyagcsere szakaszai

A katabolizmus szakaszait felsorolva megkülönböztethetünk előkészítő, anaerob (oxigén részvétele nélkül) és aerob (oxigén felhasználásával).

Előkészületi szakasz

Ekkor az összetett vegyületek, például fehérjék, szénhidrátok és lipidek molekulái egyszerűbbekre bomlanak le, és ebben a szakaszban a polimerek monomerekké alakulnak. Ez a folyamat sejten kívül, szervekben fordul elő emésztőrendszer. Ebben részt venni gyomornedvés különféle enzimek. Ebben a szakaszban nincs szükség oxigénre a reakciókhoz. Az ekkor lezajlott reakciók eredményeként a fehérjék denaturálódnak és aminosavakra bomlanak, az összetett szénhidrátok egyszerű monoszacharidokká alakulnak, a lipidekből glicerin és magasabb savak keletkeznek. A folyamatok egy része ebben a szakaszban a sejt lizoszómáiban is végbemegy hidroláz enzimek hatására.

A második szakasz az anaerob fermentáció

Az energiaanyagcserének van egy fermentációs szakasza, amelyet glikolízisnek is neveznek. Ezenkívül nem igényel oxigén részvételét a kémiai reakciókban. Elvileg nagyon sok mindent lehet erjeszteni. szerves anyag, de leginkább szénhidrát. Folyamatban kémiai reakciók, a katabolizmus ezen szakaszában használva alkoholok, széndioxid, aceton, szerves savak, esetenként hidrogén és egyéb anyagok keletkeznek. Az erjedést aktívan végző baktériumokat, egysejtű gombákat és növényeket széles körben használják az iparban, például etil-alkohol extrahálására, sajtok és más tejsavtermékek előállítására, valamint a sütőiparban tésztagyártásra. A fermentációt tökéletlen oxidációnak is nevezik.

Ebben a szakaszban fellépő reakciók és felhasználásuk

Az ebben a szakaszban lezajló kémiai reakciók példája a leggyakoribb - alkoholos fermentáció. Ez a glükóz vagy fruktóz lebontásának folyamata speciális enzimek hatására, melynek során szén-dioxid és etil-alkohol szabadul fel, és ATP-molekulák képződnek. Ennek a kémiai reakciónak az egyenlete a következőképpen néz ki: C6H12O6 = 2C2H5OH + CO2 + 2ATP. Az iparilag alkoholos italok előállításához használt organizmusok használják fel ezt a reakciót a szükséges energia megszerzésére. Az a folyamat, amelyet a tejsavbaktériumok energiatermelésre használnak, tejsavat termel. Az egyenlet így néz ki: C6H12O6 = C3H6O3 + 2ATP. Az állati és gombás sejtekben gyakori reakció a piroszőlősav felszabadulása. Ez a folyamat így néz ki: C6H12O6 = 2C3H4O3 + (4H) + 2ATP.

A harmadik és egyben utolsó szakasz a sejtlégzés

A mitokondriumokban fordul elő. Ebben a szakaszban az anyagok oxidálódnak, ami bizonyos mennyiségű energia felszabadulását eredményezi. Ebben a fajta folyamatban, ahogy azt sejteni lehetett, az oxigén is részt vesz.


A többsejtű szervezetek különböző szöveteibe szállítják hemoglobint tartalmazó vörösvértestek felhasználásával. Ebben a szakaszban a sejt lebontja az előző szakaszokban kapott anyagokat a legegyszerűbb anyagokra - szén-dioxidra és vízre. Ez a két anyag szükségszerűen bármely szerves anyag normális égése következtében keletkezik. Ahhoz, hogy egy szerves vegyület teljes oxidációja több százezerszer gyorsabban végbemenjen, mint amennyit el tudna égni, és ultramagas hőmérséklet nélkül, a sejtnek különféle enzimekre van szüksége, amelyeket a lizoszómák tartalmaznak. Szintén energia beszerzése miatt sejtlégzés a szükséges anyag az ADP - adenozin-difoszfát, amelyet sok más célra is használnak. Az energia-anyagcsere ezen szakaszában alkalmazott fő kémiai reakció a következőképpen írható le: 2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP = 6CO2 + 42H2O + 36ATP. Az egyenletből jól látható, hogy az ilyen folyamatok során jelentős mennyiségű energia szabadul fel. Ebben a szakaszban is előfordulhat a piroszőlősav teljes oxidációjának reakciója, amelynek eredményeként energia is felszabadul, de kisebb mennyiségben.

Hogyan képződik oxigén a légkörben?

Tekintettel arra, hogy az állatok, egyes baktériumok és gombák energiaanyagcseréjének fő folyamata a sejtlégzés, az oxigén létfontosságú ezeknek a szervezeteknek. És a bolygónk légkörének ilyen magas tartalmát a növényeknek – a Föld tüdejének – köszönhetjük.

Oxigént adnak nekünk, és szén-dioxidot vesznek fel a levegőből a fotoszintézis folyamatán keresztül, amelyen keresztül szervetlen anyagok megkapják a szükséges szerves anyagokat (leggyakrabban glükózt vagy fruktózt). A fotoszintézis folyamata a napenergiának köszönhetően megy végbe, amely az ilyen típusú kémiai reakciók gyorsítójaként szolgál. A fotoszintézis egyenlet a következőképpen írható fel: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. A cikkben tárgyalt folyamatok ismét bebizonyítják, hogy a természetben minden összefügg: a fotoszintézis szén-dioxid felhasználásával megy végbe, ami az állatok számára szükségtelen, az utóbbiban pedig az energia-anyagcsere nem lehetséges oxigén nélkül, amelyet a növények szabadon bocsátanak ki. melléktermék fotoszintézis.

Milyen sejtszervecskék vesznek részt az energia-anyagcserében?

Először is, ezek a mitokondriumok, ezekben zajlik le a sejtlégzés teljes folyamata. Cristáikon oxidálódnak azok az anyagok, amelyek az anaerob fermentáció során, vagyis az energia-anyagcsere második szakaszában keletkeztek. Ezek is lizoszómák, a szövegben már többször szerepel. Membránnal határolt üregükben számos, minden reakcióhoz szükséges enzimet tartalmaznak. A sejt citoplazmájában ezen organellumok segítségével a szerves vegyületek nem teljes oxidációja (glikolízise) megy végbe. Az ebben a szakaszban képződő termékek a lizoszómákban lévő enzimek részvételével nyersanyagként szolgálnak a mitokondriumokban előforduló későbbi sejtlégzéshez. Ezen túlmenően ezekben a folyamatokban részt vesznek a mikrotubulusok, amelyek az anyagokat a sejten keresztül szállítják plazma membrán, amely speciális fehérjéket tartalmaz, amelyek szállítják a környezet a citoplazmába bizonyos, az energia-anyagcseréhez szükséges kémiai vegyületeket.

Energia anyagcsere(katabolizmus, disszimiláció) - a szerves anyagok lebomlásának reakcióinak összessége, amelyet energia felszabadulás kísér. A szerves anyagok lebontása során felszabaduló energiát a sejt nem használja fel azonnal, hanem ATP és más nagy energiájú vegyületek formájában raktározza el. Az ATP a sejtek energiaellátásának univerzális forrása. Az ATP szintézise minden élőlény sejtjében megtörténik a foszforiláció folyamata során - szervetlen foszfát hozzáadása az ADP-hez

ADP + H 3 PO 4 + energia = ATP + H 2 O.

Előkészületi szakasz

Ez a komplex szerves anyagok egyszerű lebontásából áll: fehérjemolekulák - aminosavakká, zsírok - glicerinné és karbonsavakká, szénhidrátok - glükózzá, nukleinsavak - nukleotidokká. A nagy molekulatömegű szerves vegyületek lebontását vagy a gyomor-bél traktus enzimjei, vagy lizoszóma enzimek végzik. Ebben az esetben az összes felszabaduló energia hő formájában eloszlik. A keletkező kis szerves molekulák felhasználhatók "építőanyagként", vagy tovább bonthatók.

Anoxikus oxidáció vagy glikolízis

Ez a szakasz az előkészítő szakaszban képződő szerves anyagok további lebontásából áll, a sejt citoplazmájában történik, és nem igényel oxigén jelenlétét. A sejt fő energiaforrása a glükóz. A glükóz oxigénmentes, nem teljes lebontásának folyamata - glikolízis.

A glikolízis összetett, többlépcsős folyamat, amely tíz reakciót foglal magában. A folyamat során a glükóz dehidrogéneződik, és a NAD + koenzim (nikotinamid-adenin-dinukleotid) hidrogénakceptorként szolgál. Az enzimatikus reakciók láncolata eredményeként a glükóz két piroszőlősav-molekulává (PVA) alakul, összesen 2 ATP-molekulává és a hidrogénhordozó NADH 2 redukált formája képződik:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.

A PVC további sorsa a sejt oxigén jelenlététől függ. Ha nincs oxigén, az élesztőben és a növényekben alkoholos erjedés megy végbe, amely során először acetaldehid, majd etil-alkohol képződik:

1. C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 COH,
2. CH 3 SON + NADH 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.

Állatokban és egyes baktériumokban oxigénhiány esetén tejsav erjedés megy végbe tejsav képződésével:

C 3 H 4 O 3 + NADH 2 → C 3 H 6 O 3 + NAD +.

Egy glükózmolekula glikolízise következtében 200 kJ szabadul fel, ebből 120 kJ hőként disszipálódik, 80%-a pedig ATP kötésekben raktározódik.

Az energia-anyagcsere szakaszai

	Előkészületi szakasz	Oxigénmentes szakasz Glikolízis	Oxigén szakasz
Hol történik a szétválás?	Az emésztőszervekben, a sejtekben enzimek hatására	A cella belsejében	A mitokondriumokban
Mi aktiválja a felosztást?	Emésztőnedvek enzimei	Sejtmembrán enzimek	Mitokondrium enzimek
Milyen anyagokra bomlanak le a sejtvegyületek?	Fehérjék - aminosavak Zsírok – glicerin és zsírsavak Szénhidrátok - glükóz	Glükóz (C6H12O6) 2 molekula piroszőlősav (C3H4O3) + energia	Piruvicssav CO2-ra és H2O-ra
Mennyi energia szabadul fel?	Kicsi, hőként eloszlik.	Az ATP 40%-a szintetizálódik, 60%-a hőként disszipálódik	Az energia több mint 60%-a ATP formájában raktározódik
Mennyi energia szintetizálódik ATP formájában?	____________	2 ATP molekula	36 ATP molekula

Oxigénoxidáció vagy légzés

A piroszőlősav teljes lebontásából áll, a mitokondriumokban és az oxigén kötelező jelenlétében fordul elő. Ezt a szakaszt aerob (oxigén) légzésnek vagy hidrolízisnek nevezik. A sejt „energia állomásaiban” – mitokondriumokban – hajtják végre, és a mitokondriális mátrixhoz és annak belső membránjaihoz kapcsolódik.

A glikolízis folyamata során keletkező szerves anyagok egy enzimatikus gyűrűs „szállítószalag”-ba jutnak, amelyet az azt leíró tudós után Krebs-ciklusnak neveznek.Minden enzim, amely ennek a ciklusnak a reakcióit katalizálja, a mitokondriumokban lokalizálódik.A folyamat minden szakaszában, Az oxigén felszívódása és a szén-dioxid és víz felszabadulása, energia raktározása az ATP molekulákban, továbbá az ATP molekulák képződése a mitokondriumok belső membránján elhelyezkedő enzimekkel kapcsolatos, kis adagokban biztosítva az energia felszabadulását, ami lehetővé teszi ben tárolandó kémiai kötések ATP.

A tejsav oxigénbontásának folyamata a következő egyenlettel fejezhető ki:

2C 3 H 4 O 3 + 6O 2 + 36 ADP + 36 H 3 PO 4 –> 36 ATP + 6CO 2 + 42 H 2 O.

A glükóz szén-dioxiddá és vízzé történő bomlásának általános reakciója a következő:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP + Q t,

ahol Q t - hőenergia