ATP este principalul purtător de energie în celulă. Pentru a efectua orice manifestări ale activității celulare, este necesară energie. Organismele autotrofe își primesc energia inițială de la soare în timpul reacțiilor de fotosinteză, în timp ce organismele heterotrofe folosesc compuși organici furnizați cu alimente ca sursă de energie. Energia este stocată de celule în legăturile chimice ale moleculelor de ATP ( adenozin trifosfat), care sunt o nucleotidă constând din trei grupe fosfat, un reziduu de zahăr (riboză) și un reziduu de bază azotată (adenină).

Legătura dintre reziduurile de fosfat se numește de înaltă energie, deoarece atunci când este ruptă, se eliberează un numar mare de energie. În mod obișnuit, celula extrage energie din ATP prin îndepărtarea numai a grupului fosfat terminal. În acest caz, se formează ADP (adenozin difosfat) și acid fosforic și se eliberează 40 kJ/mol.

Moleculele de ATP joacă rolul de cip de negociere a energiei universale a celulei. Ele sunt livrate la locul unui proces consumatoare de energie, fie că este vorba de sinteza enzimatică compusi organici, munca motoarelor proteino-moleculare sau a membranei proteine ​​de transport etc. Sinteza inversă a moleculelor de ATP se realizează prin adăugarea unei grupări fosfat la ADP cu absorbția de energie. Celula stochează energie sub formă de ATP în timpul reacțiilor de metabolism energetic. Este strâns legat de metabolismul plastic, timp în care celula produce compușii organici necesari funcționării sale.

Metabolismul substanțelor și energiei în celulă (metabolism).

Metabolismul se referă la totalitatea tuturor reacțiilor metabolismului plastic și energetic care sunt interconectate. Celulele sintetizează constant carbohidrați, grăsimi complexe, acizi nucleici. Unul dintre cele mai importante procese în metabolismul plastic este biosinteza proteinelor. Sinteza compușilor în timpul reacțiilor de schimb plastic este întotdeauna consumatoare de energie și are loc cu participarea indispensabilă a ATP.

Una dintre sursele de energie pentru formarea ATP este descompunerea enzimatică a compușilor organici care intră în celulă (proteine, grăsimi și carbohidrați). În timpul acestui proces, energia este eliberată și stocată în ATP. Descompunerea glucozei joacă un rol special în metabolismul energetic al celulei. Acest zahăr este sintetizat în urma reacțiilor de fotosinteză și se poate acumula în celule sub formă de polizaharide: amidon și glicogen. După cum este necesar, polizaharidele se descompun, iar moleculele de glucoză suferă o serie de transformări secvențiale.

Prima etapă, numită glicoliză, are loc în citoplasma celulelor și nu necesită oxigen. Ca rezultat al reacțiilor succesive care implică enzime, glucoza se descompune în două molecule acid piruvic. În acest caz, se folosesc două molecule de ATP, iar cea eliberată în timpul divizării legături chimice Suficientă energie pentru a produce patru molecule de ATP. Ca urmare, producția de energie a glicolizei este mică și se ridică la două molecule de ATP:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 4 O 3 + 4H + + 2ATP

În condiții anaerobe (în absența oxigenului), transformările ulterioare sunt asociate cu tipuri variate fermentaţie.

Toata lumea stie fermentarea acidului lactic (acrisul laptelui), care apare din cauza activității ciupercilor și bacteriilor acidului lactic. Mecanismul este similar cu glicoliza, doar produsul final aici este acidul lactic. Acest tip de fermentație are loc în celule când există o lipsă de oxigen, de exemplu, în mușchii care lucrează intens. Aproape de lactate și fermentatie alcoolica. Singura diferență este că produsele fermentatie alcoolica sunt etanolȘi dioxid de carbon.

Următoarea etapă, în timpul căreia acidul piruvic este oxidat în dioxid de carbon și apă, se numește respirație celulară. Reacțiile asociate cu respirația au loc în mitocondriile celulelor vegetale și animale și numai în prezența oxigenului. În mediu intern Mitocondriile suferă o serie de transformări chimice până la produsul final - dioxid de carbon. În același timp, pe diverse etape se formează acest proces produse intermediare descompunerea substanţei iniţiale cu eliminarea atomilor de hidrogen. Atomii de hidrogen, la rândul lor, participă la o serie de altele reacții chimice, al cărei rezultat este eliberarea energiei și „conservarea” acesteia în legăturile chimice ale ATP și formarea moleculelor de apă. Devine clar că tocmai pentru a lega atomii de hidrogen separați este nevoie de oxigen. Această serie transformările chimice sunt destul de complexe și apar cu participarea membranelor interne ale mitocondriilor, enzimelor și proteinelor purtătoare.

Respirația celulară este extrem de Eficiență ridicată. Are loc sinteza energetică a 30 de molecule de ATP, în timpul glicolizei se formează încă două molecule și se formează șase molecule de ATP ca urmare a transformărilor pe membranele mitocondriale ale produselor de glicoliză. În total, ca urmare a oxidării unei molecule de glucoză, se formează 38 de molecule de ATP:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

Treci în mitocondrii etapele finale oxidarea nu numai a zaharurilor, ci și a altor compuși organici - proteine ​​și lipide. Aceste substanțe sunt folosite de celule în principal atunci când aprovizionarea cu carbohidrați se încheie. În primul rând, se consumă grăsimi, a căror oxidare eliberează semnificativ mai multă energie decât dintr-un volum egal de carbohidrați și proteine. Prin urmare, grăsimea la animale reprezintă principala „rezervă strategică” resurse energetice. La plante, amidonul joacă rolul unei rezerve de energie. Când este depozitat, ocupă mult mai mult spațiu decât cantitatea echivalentă de energie de grăsime. Acest lucru nu este o piedică pentru plante, deoarece acestea sunt imobile și nu poartă provizii asupra lor, ca animalele. Puteți extrage energie din carbohidrați mult mai repede decât din grăsimi. Proteinele îndeplinesc multe funcții în organism funcții importante, așa că se implică în metabolismul energetic numai atunci când resursele de zaharuri și grăsimi sunt epuizate, de exemplu, în timpul postului prelungit.

Fotosinteză. Fotosinteza este un proces în timpul căruia energia luminii solare este convertită în energia legăturilor chimice ale compușilor organici. În celulele vegetale, procesele asociate cu fotosinteza au loc în cloroplaste. În interiorul acestui organel există sisteme membranare în care sunt încorporați pigmenți care captează energia radiantă a soarelui. Principalul pigment al fotosintezei este clorofila, care absoarbe în principal razele albastre și violete, precum și roșii ale spectrului. Lumina verde este reflectată, astfel încât clorofila însăși și părțile plantelor care o conțin par verzi.

Există clorofile A, b, c, d, ale căror formule au diferențe minore. Principala este clorofila A, fără ea fotosinteza este imposibilă. Clorofilele rămase, numite auxiliare, sunt capabile să capteze lumina cu o lungime de undă ușor diferită de clorofila A, care extinde spectrul de absorbție a luminii în timpul fotosintezei. Același rol îl au și carotenoidele, care percep cuante de lumină albastră și verde. ÎN grupuri diferite organisme vegetale distribuția clorofilelor suplimentare este neuniformă, ceea ce este folosit în taxonomie.

Captarea și conversia efectivă a energiei radiante au loc în timpul faza luminoasa. Atunci când absoarbe cuante de lumină, clorofila intră într-o stare excitată și devine un donor de electroni. Electronii săi sunt transferați de la un complex proteic la altul de-a lungul lanțului de transport de electroni. Proteinele acestui lanț, ca și pigmenții, sunt concentrate pe membrana interioară a cloroplastelor. Când un electron se mișcă de-a lungul unui lanț de purtători, acesta pierde energie, care este folosită pentru sinteza ATP.

Sub influența luminii solare, moleculele de apă sunt, de asemenea, împărțite în cloroplaste - fotoliză, care produce electroni care compensează pierderile lor de către clorofilă; la fel de produs secundar, aceasta produce oxigen.

Astfel, sensul funcțional al fazei luminoase este sinteza ATP și NADPH prin conversia energiei luminoase în energie chimică.

Dintre toți pigmenții care captează cuante de lumină, doar clorofila A capabile să transfere electroni în lanțul de transport. Pigmenții rămași transferă mai întâi energia electronilor excitați de lumină către clorofilă A, și de la acesta începe lanțul de reacții al fazei ușoare descrise mai sus.

Pentru implementare faza intunecata Fotosinteza nu necesită lumină. Esența proceselor care au loc aici este că rezultatele obținute în faza luminoasa moleculele sunt folosite într-o serie de reacții chimice care „fixează” CO 2 sub formă de carbohidrați. Toate reacțiile fazei întunecate au loc în interiorul cloroplastelor, iar substanțele eliberate în timpul „fixării” dioxidului de carbon sunt din nou utilizate în reacțiile fazei luminoase.

Ecuația generală pentru fotosinteză este:

6СО 2 + 6Н 2 О –→ С 6 Н 12 О 6 + 6О 2

Interrelația și unitatea proceselor de metabolism plastic și energetic. Procesele de sinteză a ATP au loc în citoplasmă (glicoliză), în mitocondrii ( respirație celulară) și în cloroplaste (fotosinteză). Toate reacțiile care apar în timpul acestor procese sunt reacții de schimb de energie. Energia stocată sub formă de ATP este consumată în reacții de schimb plastic pentru producerea de proteine, grăsimi, carbohidrați și acizi nucleici necesari vieții celulei. Rețineți că faza întunecată a fotosintezei este un lanț de reacții de schimb plastic, iar faza luminoasă este un schimb de energie.

Una dintre cele mai probleme complexe- formarea, acumularea si distributia energiei in celula.

Cum produce o celulă energie? La urma urmei, nu are nici reactor nuclear, nici centrală electrică, nici cazan cu abur, nici măcar cel mai mic. Temperatura din interiorul celulei este constantă și foarte scăzută - nu mai mult de 40 °. Și în ciuda acestui fapt, celulele procesează atât de multe substanțe și atât de repede încât orice plantă modernă le-ar invidia.

Cum se întâmplă asta? De ce energia rezultată rămâne în celulă și nu este eliberată sub formă de căldură? Cum stochează o celulă energia? Înainte de a răspunde la aceste întrebări, trebuie spus că energia care intră în celulă nu este mecanică sau electrică, ci energia chimică conținută în materie organică. În această etapă intră în vigoare legile termodinamicii. Dacă energia este conținută în compușii chimici, atunci trebuie eliberată prin arderea lor și, în general echilibru termic nu contează dacă se sting imediat sau treptat. Celula alege a doua cale.

Pentru simplitate, să asemuim o celulă cu o „centrală electrică”. În special pentru ingineri, vom adăuga că „centrala electrică” a celulei este termică. Acum să provocăm reprezentanții sectorului energetic la o competiție: cine va obține mai multă energie din combustibil și o va folosi mai economic - o celulă sau oricare, cea mai economică centrală termică?

În procesul de evoluție, celula și-a creat și îmbunătățit „centrala electrică”. Natura a avut grijă de toate părțile ei. Celula conține „combustibil”, „motor-generator”, „regulatoarele sale de putere”, „substații de transformare” și „linii de transport de înaltă tensiune”. Să vedem cum arată totul.

Principalul „combustibil” ars de celulă sunt carbohidrații. Cele mai simple dintre ele sunt glucoza și fructoza.

Din toate zilele practică medicală Se știe că glucoza este un nutrient esențial. La pacientii cu malnutritie severa, se administreaza intravenos, direct in sange.

Zaharurile mai complexe sunt, de asemenea, folosite ca surse de energie. De exemplu, zahărul obișnuit, care are nume stiintific„zaharoza” și constând din 1 moleculă de glucoză și 1 moleculă de fructoză poate servi ca un astfel de material. La animale, combustibilul este glicogenul, un polimer format din molecule de glucoză legate într-un lanț. Plantele conțin o substanță similară cu glicogenul - acesta este binecunoscutul amidon. Atât glicogenul, cât și amidonul sunt substanțe de depozitare. Ambele sunt puse deoparte pentru o zi ploioasă. Amidonul se găsește de obicei în părțile subterane ale plantei, cum ar fi tuberculii precum cartofii. Există, de asemenea, mult amidon în celulele pulpei ale frunzelor plantelor (la microscop, boabele de amidon scânteie ca bucăți mici de gheață).

Glicogenul se acumulează în ficatul animalelor și este folosit de acolo după cum este necesar.

Toate zaharurile mai complexe decât glucoza trebuie să se descompună în „blocurile lor de construcție” originale - molecule de glucoză - înainte de a fi consumate. Există enzime speciale care taie, cum ar fi foarfecele, lanțurile lungi de amidon și glicogen în monomeri individuali - glucoză și fructoză.

Dacă există o lipsă de carbohidrați, plantele pot folosi acizi organici în „foc” lor - citric, malic etc.

Semințele oleaginoase încolțite consumă grăsime, care este mai întâi descompusă și apoi transformată în zahăr. Acest lucru este evident din faptul că pe măsură ce grăsimea din semințe este consumată, conținutul de zahăr crește.

Deci, tipurile de combustibil sunt enumerate. Dar nu este profitabil ca celula să o ardă imediat.

Zaharurile sunt arse chimic în celulă. Arderea convențională este combinarea combustibilului cu oxigenul, oxidarea acestuia. Dar pentru a se oxida, o substanță nu trebuie să se combine cu oxigenul - se oxidează atunci când electronii sub formă de atomi de hidrogen sunt îndepărtați din ea. Această oxidare se numește dehidrogenare(„hydros” - hidrogen). Zaharurile conțin mulți atomi de hidrogen și nu sunt despărțiți deodată, ci unul câte unul. Oxidarea în celulă este efectuată de un set de enzime speciale care accelerează și direcționează procesele de oxidare. Acest set de enzime și ordinea strictă a activității lor formează baza generatorului de energie celulară.

Procesul de oxidare în organismele vii se numește respirație, așa că în continuare vom folosi această expresie mai ușor de înțeles. Respirația intracelulară, numită așa prin analogie cu proces fiziologic respirația este foarte strâns legată de ea. Vă vom spune mai multe despre procesele de respirație în continuare.

Să continuăm să comparăm o celulă cu o centrală electrică. Acum trebuie să găsim în el acele părți ale centralei fără de care va funcționa inactiv. Este clar că energia obținută din arderea carbohidraților și a grăsimilor trebuie să fie furnizată consumatorului. Aceasta înseamnă că este necesară o „linie de transmisie de înaltă tensiune” celulară. Pentru o centrală electrică convențională, acest lucru este relativ simplu - firele de înaltă tensiune sunt întinse peste taiga, stepe și râuri, iar prin ele energie este furnizată fabricilor și fabricilor.

Cușca are, de asemenea, propriul „fir de înaltă tensiune” universal. Numai în ea se transmite energie pe cale chimică și, în mod natural, servește drept „sârme” component chimic. Pentru a înțelege principiul funcționării sale, să introducem o mică complicație în funcționarea unei centrale electrice. Să presupunem că energia de la o linie de înaltă tensiune nu poate fi furnizată consumatorului prin fire. În acest caz, cel mai simplu mod ar fi încărcarea de la o linie de înaltă tensiune baterii electrice, transportarea acestora la consumator, transportul înapoi a bateriilor uzate etc. În sectorul energetic, acest lucru, desigur, este nerentabil. Și o metodă similară este foarte benefică pentru celulă.

Celula folosește un compus care este universal pentru aproape toate organismele - acidul adenozin trifosforic (am vorbit deja despre el) ca baterie în celulă.

Spre deosebire de energia altor legături fosfoesterice (2-3 kilocalorii), energia de legare a resturilor de fosfat terminale (în special cele mai exterioare) din ATP este foarte mare (până la 16 kilocalorii); de aceea o astfel de conexiune se numește „ macroergice».

ATP se găsește în organism oriunde este nevoie de energie. Sinteza diferiților compuși, munca mușchilor, mișcarea flagelilor în protozoare - ATP transportă energie peste tot.

„Încărcarea” ATP-ului în celulă are loc astfel. Acidul adenozin difosforic - ADP (ATP fără 1 atom de fosfor) este potrivit pentru locul unde se eliberează energie. Când energia poate fi legată, ADP se combină cu fosforul, care se găsește în cantități mari în celulă, și „blochează” energia în această legătură. Acum avem nevoie de suport de transport. Constă din enzime speciale - fosfoferaze („fera” - eu port), care, la cerere, „apucă” ATP și îl transferă la locul de acțiune. Urmează rândul ultimei „unități centrale electrice” – transformatoare descendente. Acestea trebuie să scadă tensiunea și să furnizeze un curent sigur consumatorului. Aceleași fosfoferaze îndeplinesc acest rol. Transferul de energie de la ATP la o altă substanță are loc în mai multe etape. Mai întâi, ATP se combină cu această substanță, apoi are loc o rearanjare internă a atomilor de fosfor și, în cele din urmă, complexul se dezintegrează - ADP este separat, iar fosforul bogat în energie rămâne „atârnat” de noua substanță. Noua substanță se dovedește a fi mult mai instabilă din cauza excesului de energie și este capabilă de diferite reacții.

Căi comune de catabolism

http://biokhimija.ru/obshhwie-puti-katabolizma/razobshhiteli-ingibitory.html

Ce este metabolismul?

Metabolism este o activitate celulară extrem de coordonată și țintită, asigurată de participarea multor sisteme enzimatice interconectate și include două procese inseparabile anabolismȘi catabolism.

Îndeplinește trei funcții specializate:

1. Energie- alimentarea celulei cu energie chimică,

2. Plastic– sinteza macromoleculelor ca blocuri de construcție,

3. Specific– sinteza și descompunerea biomoleculelor necesare îndeplinirii unor funcții celulare specifice.

Anabolism

Anabolismul este biosinteza proteinelor, polizaharidelor, lipidelor, acizilor nucleici și a altor macromolecule din molecule precursoare mici. Deoarece este însoțită de o structură mai complexă, necesită cheltuieli de energie. Sursa unei astfel de energie este energia ATP.

Ciclul NADP-NADPH

De asemenea, pentru biosinteza anumitor substanțe ( acid gras, colesterol) necesită atomi de hidrogen bogați în energie - sursa lor este NADPH. Moleculele NADPH se formează în reacțiile de oxidare ale glucozei-6-fosfat în calea pentozei și oxalacetatului de către enzima malică. În reacțiile anabolice, NADPH își transferă atomii de hidrogen în reacții sintetice și este oxidat la NADP. Așa se formează NADP-NADPH- ciclu.

Catabolism

Catabolismul este descompunerea și oxidarea moleculelor organice complexe în molecule mai simple produse finale. Este însoțită de eliberarea de energie conținută în structura complexa substante. Majoritatea Energia eliberată este disipată sub formă de căldură. O parte mai mică din această energie este „interceptată” de coenzimele reacțiilor oxidative DE MAI SUSȘi MOFT, o parte este imediat utilizată pentru sinteza ATP.

Trebuie remarcat faptul că atomii de hidrogen eliberați în reacțiile de oxidare ale substanțelor pot fi utilizați de celulă doar în două direcții:

· pe anabolic reacții în compoziție NADPH.

· pe Formarea ATPîn mitocondrii în timpul oxidării NADHȘi FADN 2.

Tot catabolismul este împărțit în mod convențional în trei etape:

Se întâmplă în intestine(digestia alimentelor) sau în lizozomi la descompunerea moleculelor inutile. În acest caz, aproximativ 1% din energia conținută în moleculă este eliberată. Se disipează sub formă de căldură.

Substanțele formate în timpul hidrolizei intracelulare sau care pătrund în celulă din sânge sunt de obicei transformate în a doua etapă în acid piruvic, o grupă acetil (ca parte a acetil-S-CoA) și alte câteva molecule organice mici. Localizarea etapei a doua – citosolȘi mitocondriile.

O parte din energie este disipată sub formă de căldură și aproximativ 13% din energia substanței este absorbită, adică. este stocat sub formă de legături de înaltă energie ale ATP.

Schema cailor catabolice generale si specifice

Toate reacțiile în această etapă merg la mitocondriile. Acetil-SCoA este inclus în reacțiile ciclului acidului tricarboxilic și este oxidat la dioxid de carbon. Atomii de hidrogen eliberați se combină cu NAD și FAD și îi reduc. După aceasta, NADH și FADH 2 transferă hidrogenul în lanțul de enzime respiratorii localizate pe membrana interioară a mitocondriilor. Aici, ca urmare a unui proces numit " fosforilarea oxidativă„Se formează apa și produsul principal oxidare biologică– ATP.

O parte din energia moleculei eliberată în această etapă este disipată sub formă de căldură și aproximativ 46% din energia substanței originale este absorbită, adică. stocate în legături ATP și GTP.

Rolul ATP

Energia eliberată în reacții catabolism, este stocat sub formă de conexiuni numite macroergice. Molecula de bază și universală care stochează energie și o eliberează atunci când este necesar ATP.

Toate moleculele de ATP din celulă participă continuu la un fel de reacție, sunt descompuse în mod constant în ADP și regenerate din nou.

Există trei moduri principale utilizare ATP

biosinteza substanțelor,

transportul substanțelor prin membrane,

· modificarea formei și mișcării celulei.

Aceste procese, cuplate cu procesul educaţie ATP a fost numit ciclul ATP:

Turnover-ul ATP în viața celulară

De unde in ATP celular?

Modalități de obținere a energiei într-o celulă

Există patru procese principale în celulă care asigură eliberarea energiei din legăturile chimice în timpul oxidării substanțelor și depozitării acesteia:

1. Glicoliza (etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea unei molecule de glucoză la două molecule de acid piruvic, rezultând formarea a 2 molecule ATPȘi NADH. În plus, acidul piruvic este transformat în acetil-SCoA în condiții aerobe și în acid lactic în condiții anaerobe.

2. β-Oxidarea acizilor grași (etapa 2 de oxidare biologică) – oxidarea acizilor grași la acetil-SCoA, aici se formează molecule NADHȘi FADN 2. molecule de ATP formă pură„nu apar.

3. Ciclul acidului tricarboxilic (ciclul TCA, etapa 3 de oxidare biologică) – oxidarea grupării acetil (ca parte a acetil-SCoA) sau a altor cetoacizi la dioxid de carbon. Reacțiile cu ciclu complet sunt însoțite de formarea unei molecule GTF(echivalent cu un ATP), 3 molecule NADHși 1 moleculă FADN 2.

4. Fosforilarea oxidativă (etapa 3 de oxidare biologică) – NADH și FADH 2 obținute în reacțiile de catabolism ale glucozei, aminoacizilor și acizilor grași se oxidează. În același timp, enzimele lanțului respirator de pe membrana interioară a mitocondriilor asigură formarea mai mare părți ale celulei ATP.

Două moduri de a sintetiza ATP

Principala modalitate de a obține ATP în celulă este fosforilarea oxidativă, care are loc în structurile membranei interioare a mitocondriilor. În acest caz, energia atomilor de hidrogen ai moleculelor NADH și FADH 2 formate în glicoliză, ciclul TCA și oxidarea acizilor grași este transformată în energia legăturilor ATP.

Cu toate acestea, există și o altă modalitate de a fosforila ADP în ATP - fosforilarea substratului. Această metodă este asociată cu transferul de fosfat de înaltă energie sau de energie de legătură de înaltă energie a oricărei substanțe (substrat) la ADP. Aceste substanțe includ metaboliți glicolitici ( acid 1,3-difosfogliceric, fosfoenolpiruvat), ciclul acidului tricarboxilic ( succinil-SCoA) Și creatina fosfat. Energia de hidroliză a legăturii lor macroergice este mai mare de 7,3 kcal/mol în ATP, iar rolul acestor substanțe se reduce la utilizarea acestei energii pentru fosforilarea moleculei de ADP în ATP.

Energia eliberată în reacțiile catabolice este stocată sub formă de legături numite macroergice. Molecula principală și universală care stochează energie este ATP.

Toate moleculele de ATP din organism participă continuu la un fel de reacție, sunt descompuse constant în ADP și regenerate din nou. Există trei moduri principale de utilizare a ATP, care, împreună cu procesul de formare a FA, sunt numite ciclul ATP.

PRINCIPALE SURSE DE ENERGIE DIN CELULA

Există patru procese principale în celulă care asigură eliberarea energiei din legăturile chimice în timpul oxidării substanțelor și depozitării acesteia:

1. Glicoliza (etapa 2) – oxidarea unei molecule de glucoză la două molecule de acid piruvic, care produce 2 molecule de ATP și NADH. În plus, acidul piruvic este transformat în acetil-SCoA în condiții aerobe și în acid lactic în condiții anaerobe.

2. β-Oxidarea acizilor grași (etapa 2) – oxidarea acizilor grași la acetil-SCoA, aici se formează moleculele NADH și FADH2. Moleculele de ATP nu se formează „în forma lor pură”.

3. Ciclul acidului tricarboxilic(ciclul TCA, etapa 3) – oxidarea grupării acetil (ca parte a acetil-SCoA) sau a altor cetoacizi la dioxid de carbon. Reacții cu ciclu complet

sunt însoțite de formarea a 1 moleculă de GTP (care echivalează cu un ATP), 3 molecule de NADH și 1 moleculă de FADH2.

4. Fosforilarea oxidativă(etapa a 3-a) – NADH și FADH 2 sunt oxidate, semi-

implicate în reacţiile de catabolism ale glucozei şi acizilor graşi. În acest caz, enzimele din membrana mitocondrială interioară asigură formarea cantității principale de ATP celular din ADP ( fosforilare).

Principalul mod în care este produs ATP în celulă este fosforilarea oxidativă. Cu toate acestea, există și o altă modalitate de a fosforila ADP în ATP - fosforilarea substratului. Această metodă este asociată cu transferul de fosfat de înaltă energie sau de energie de legătură de înaltă energie a oricărei substanțe (substrat) la ADP. Astfel de substanțe includ

metaboliți ai glicolizei(acid 1,3-difosfogliceric, fosfoenolpiruvat),

Ciclul acidului tricarboxilic (succinil-SCoA) creatina fosfat. Energia de hidroliză a legăturii lor de înaltă energie este mai mare decât în ​​ATP (7,3 kcal/mol), iar rolul acestor substanțe este redus pentru a fi utilizate pentru fosforilarea ADP.

ATP este „moneda” energetică universală a celulei. Una dintre cele mai uimitoare „invenții” ale naturii sunt moleculele așa-numitelor substanțe „macroergice”, în structura chimică a cărora există una sau mai multe legături care acționează ca dispozitive de stocare a energiei. Mai multe molecule similare au fost găsite în natură, dar doar una dintre ele se găsește în corpul uman - acidul adenozin trifosforic (ATP). Aceasta este o moleculă organică destul de complexă la care sunt atașate 3 reziduuri de acid fosforic anorganic încărcate negativ. Aceste reziduuri de fosfor sunt conectate la partea organică a moleculei prin legături „macroergice”, care sunt ușor distruse în timpul diferitelor reacții intracelulare. Cu toate acestea, energia acestor conexiuni nu este disipată în spațiu sub formă de căldură, ci este folosită pentru mișcare sau reactie chimica alte molecule. Datorită acestei proprietăți, ATP îndeplinește în celulă funcția unui dispozitiv universal de stocare a energiei (acumulator), precum și a unei „monede” universale. La urma urmei, aproape fiecare transformare chimică care are loc într-o celulă fie absoarbe, fie eliberează energie. Conform legii conservării energiei, total Energia generată ca urmare a reacțiilor oxidative și stocată sub formă de ATP este egală cu cantitatea de energie pe care celula o poate folosi pentru procesele sale de sinteză și pentru îndeplinirea oricăror funcții. Ca „plată” pentru oportunitatea de a efectua cutare sau cutare acțiune, celula este forțată să-și cheltuie aprovizionarea cu ATP. Trebuie subliniat în special: molecula de ATP este atât de mare încât nu poate trece prin membrana celulara. Prin urmare, ATP produs într-o celulă nu poate fi utilizat de o altă celulă. Fiecare celulă a corpului este forțată să sintetizeze ATP pentru nevoile sale în mod independent în cantitățile în care este necesar să-și îndeplinească funcțiile.

Trei surse Resinteza ATPîn celulele corpului uman. Aparent, strămoșii îndepărtați ai celulelor corpul uman a existat cu multe milioane de ani în urmă înconjurat de celule vegetale, care le-a furnizat carbohidrați din abundență, în timp ce oxigenul era insuficient sau nu era încă disponibil deloc. Carbohidrații sunt cei mai folosiți pentru producerea de energie în organism. componentă nutrienți. Și deși majoritatea celulelor corpul uman a dobândit capacitatea de a folosi proteinele și grăsimile ca materii prime energetice (de exemplu, celulele nervoase, sângele roșu, reproductive masculine) sunt capabile să producă energie numai prin oxidarea carbohidraților;

Procesele de oxidare primară a carbohidraților - sau mai degrabă, glucoza, care este, de fapt, principalul substrat al oxidării în celule - au loc direct în citoplasmă: acolo sunt localizate complexele enzimatice, datorită cărora molecula de glucoză este parțial distruse, iar energia eliberată este stocată sub formă de ATP. Acest proces se numește glicoliză, poate avea loc în toate celulele corpului uman fără excepție. Ca rezultat al acestei reacții, dintr-o moleculă de glucoză cu 6 atomi de carbon se formează două molecule cu 3 atomi de carbon de acid piruvic și două molecule de ATP.

Glicoliza este un proces foarte rapid, dar relativ ineficient. Acidul piruvic format în celulă după terminarea reacțiilor de glicoliză se transformă aproape imediat în acid lactic și uneori (de exemplu, în munca musculara) în foarte cantitati mari intră în fluxul sanguin deoarece este o moleculă mică care poate trece liber prin membrana celulară. O ieșire atât de masivă alimente acide schimbul în sânge perturbă homeostazia, iar organismul trebuie să activeze mecanisme homeostatice speciale pentru a face față consecințelor muncii musculare sau a altor acțiuni active.

Acidul piruvic format ca urmare a glicolizei conține încă multă energie chimică potențială și poate servi ca substrat pentru oxidarea ulterioară, dar aceasta necesită enzime speciale și oxigen. Acest proces are loc în multe celule care conțin organele speciale - mitocondriile. Suprafața interioară a membranelor mitocondriale este compusă din molecule mari de lipide și proteine, inclusiv un număr mare de enzime oxidative. Moleculele cu 3 atomi de carbon formate în citoplasmă pătrund în mitocondrii - acest lucru se întâmplă de obicei acid acetic(acetat). Acolo, ei sunt incluși într-un ciclu continuu de reacții, în timpul căruia atomii de carbon și hidrogen sunt separați alternativ din aceste molecule organice, care, combinându-se cu oxigenul, sunt transformate în dioxid de carbon și apă. Aceste reacții eliberează o cantitate mare de energie, care este stocată sub formă de ATP. Fiecare moleculă de acid piruvic, care a trecut printr-un ciclu complet de oxidare în mitocondrii, permite celulei să obțină 17 molecule de ATP. Astfel, oxidarea completă a unei molecule de glucoză oferă celulei 2+17x2 = 36 molecule de ATP. Este la fel de important ca procesul de oxidare mitocondrială să includă și acizi grași și aminoacizi, adică componente ale grăsimilor și proteinelor. Datorită acestei abilități, mitocondriile fac celula relativ independentă de alimentele consumate de organism: în orice caz suma necesară se va extrage energia.

O parte din energie este stocată în celulă sub forma unei molecule mai mici și mai mobile, creatina fosfat (CrP), decât ATP. Această moleculă mică se poate deplasa rapid de la un capăt la altul al celulei - până unde acest moment Mai presus de toate, este nevoie de energie. KrF nu poate da el însuși energie proceselor de sinteză, contracție musculară sau conducere impuls nervos: Acest lucru necesită ATP. Dar, pe de altă parte, KrP este ușor și practic fără pierderi capabil să ofere toată energia conținută în el moleculei de adenazin difosfat (ADP), care se transformă imediat în ATP și este gata pentru transformări biochimice ulterioare.

Astfel, energia cheltuită în timpul funcționării celulei, adică. ATP poate fi reînnoit datorită a trei procese principale: glicoliză anaerobă (fără oxigen), oxidarea mitocondrială aerobă (cu participarea oxigenului) și, de asemenea, datorită transferului grupării fosfat de la CrP la ADP.

Sursa de creatină fosfat este cea mai puternică, deoarece reacția Creatinei Fosfatului cu ADP are loc foarte rapid. Cu toate acestea, rezerva de CrP în celulă este de obicei mică - de exemplu, mușchii pot lucra cu efort maxim datorită CrP timp de cel mult 6-7 s. Acest lucru este de obicei suficient pentru a declanșa a doua cea mai puternică sursă de energie - glicolitică. În acest caz, resursa de nutrienți este de multe ori mai mare, dar pe măsură ce munca progresează, homeostazia devine din ce în ce mai stresată din cauza formării acidului lactic, iar dacă o astfel de muncă este efectuată de mușchii mari, nu poate dura mai mult de 1,5-2 minute. Dar în acest timp, mitocondriile sunt aproape complet activate, care sunt capabile să ardă nu numai glucoza, ci și acizii grași, a căror aprovizionare în organism este aproape inepuizabilă. Prin urmare, o sursă mitocondrială aerobă poate funcționa foarte mult timp, deși puterea sa este relativ scăzută - de 2-3 ori mai mică decât o sursă glicolitică și de 5 ori mai mică decât puterea unei surse de creatină fosfat.

Caracteristici ale organizării producției de energie în diferite țesuturi ale corpului. Diverse tesaturi au o saturație diferită a mitocondriilor. Se găsesc cel mai puțin în oase și grăsimea albă, majoritatea în grăsimea brună, ficat și rinichi. Destul de multe mitocondrii în celule nervoase. Muschii nu au concentrație mare mitocondrii, dar datorită faptului că muschii scheletici- cel mai masiv țesut al corpului (aproximativ 40% din greutatea corporală a unui adult), tocmai nevoile celule musculare determină în mare măsură intensitatea și direcția tuturor proceselor de metabolism energetic. I.A. Arshavsky a numit aceasta „regula energetică a mușchilor scheletici”.

Odată cu vârsta, două componente importante ale metabolismului energetic se modifică simultan: se modifică raportul dintre masele de țesuturi cu activități metabolice diferite, precum și conținutul celor mai importante enzime oxidative din aceste țesuturi. Ca urmare, metabolismul energetic suferă modificări destul de complexe, dar, în general, intensitatea acestuia scade odată cu vârsta și destul de semnificativ.