Vilka är slutprodukterna av det förberedande skedet av energimetabolism. Energimetabolism - vad är det och vilka stadier har det

energiutbyte (katabolism, dissimilering) - en uppsättning reaktioner av splittring av organiska ämnen, åtföljd av frigöring av energi. Den energi som frigörs vid nedbrytning av organiska ämnen används inte omedelbart av cellen utan lagras i form av ATP och andra högenergiföreningar. ATP är cellens universella energikälla. ATP-syntes sker i cellerna hos alla organismer i processen för fosforylering - tillsats av oorganiskt fosfat till ADP.

På aerob organismer (som lever i en syremiljö) särskiljer tre stadier av energimetabolism: förberedande, syrefri oxidation och syreoxidation; på anaerob organismer (som lever i en syrefri miljö) och aeroba organismer med syrebrist - två steg: förberedande, syrefri oxidation.

Förberedande skede

Det består i den enzymatiska nedbrytningen av komplexa organiska ämnen till enkla: proteinmolekyler - till aminosyror, fetter - till glycerol och karboxylsyror, kolhydrater - till glukos, nukleinsyror till nukleotider. Nedbrytningen av makromolekylär organiska föreningar utförs antingen av enzymer mag-tarmkanalen eller lysosomenzymer. All frigjord energi försvinner i form av värme. De resulterande små organiska molekylerna kan användas som " byggnadsmaterial eller kan genomgå ytterligare delning.

Anoxisk oxidation eller glykolys

Detta steg består i ytterligare spjälkning av organiska ämnen som bildas under förberedande fas, förekommer i cellens cytoplasma och kräver inte närvaro av syre. Den huvudsakliga energikällan i cellen är glukos. Processen med syrefri ofullständig nedbrytning av glukos - glykolys.

Förlusten av elektroner kallas oxidation, förvärvet kallas reduktion, medan elektrondonatorn oxideras, acceptorn reduceras.

Det bör nämnas att biologisk oxidation i celler kan förekomma både med deltagande av syre:

A + O 2 → AO 2,

och utan hans deltagande, på grund av överföringen av väteatomer från ett ämne till ett annat. Till exempel oxideras ämne "A" på bekostnad av ämnet "B":

AN 2 + B → A + BH 2

eller på grund av elektronöverföring, till exempel, oxideras järnhaltigt järn till trevärt:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Glykolys är en komplex process i flera steg som inkluderar tio reaktioner. Under denna process sker glukosdehydrering, koenzymet NAD+ (nikotinamidadenindinukleotid) fungerar som en väteacceptor. Glukos som ett resultat av kedjan enzymatiska reaktioner omvandlas till två molekyler av pyrodruvsyra (PVA), medan totalt 2 ATP-molekyler och en reducerad form av vätebäraren NAD H 2 bildas:

C6H12O6 + 2ADP + 2H3RO4 + 2NAD + → 2C3H4O3 + 2ATP + 2H2O + 2NAD H2.

PVCs vidare öde beror på närvaron av syre i cellen. Om det inte finns något syre, kommer jäst och växter att göra det alkoholhaltig jäsning, där acetaldehyd bildas först, och sedan etylalkohol:

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

Hos djur och vissa bakterier, när det finns brist på syre, mjölksyrafermentering med bildning av mjölksyra:

C3H4O3 + NAD H2 → C3H6O3 + ÖVER+.

Som ett resultat av glykolys av en glukosmolekyl frigörs 200 kJ, varav 120 kJ försvinner i form av värme och 80 % lagras i ATP-bindningar.

Syreoxidation, eller andning

Den består i den fullständiga nedbrytningen av pyrodruvsyra, förekommer i mitokondrier och med den obligatoriska närvaron av syre.

Pyrodruvsyra transporteras till mitokondrier (mitokondriernas struktur och funktioner - föreläsning nr 7). Här sker dehydrering (väteeliminering) och dekarboxylering (väteeliminering). koldioxid) PVC med bildning av en tvåkols acetylgrupp, som går in i en cykel av reaktioner som kallas Krebscykelns reaktioner. Det finns ytterligare oxidation associerad med dehydrering och dekarboxylering. Som ett resultat avlägsnas tre molekyler CO 2 från mitokondrien för varje förstörd PVC-molekyl; fem par väteatomer bildas associerade med bärare (4NAD H 2, FAD H 2), samt en ATP-molekyl.

Den övergripande reaktionen av glykolys och förstörelse av PVC i mitokondrier till väte och koldioxid ser ut som på följande sätt:

C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 4ATP + 12H2.

Två ATP-molekyler bildas som ett resultat av glykolys, två - i Krebs-cykeln; två par väteatomer (2NADHH2) bildades som ett resultat av glykolys, tio par - i Krebs-cykeln.

Det sista steget är oxidation av vätepar med deltagande av syre till vatten med samtidig fosforylering av ADP till ATP. Väte överförs till tre stora enzymkomplex (flavoproteiner, koenzymer Q, cytokromer) i andningskedjan som finns i mitokondriernas inre membran. Elektroner tas från väte, som så småningom kombineras med syre i mitokondriernas matris:

O2 + e - → O2-.

Protoner pumpas in i mitokondriernas intermembranutrymme, in i "protonreservoaren". Det inre membranet är ogenomträngligt för vätejoner, å ena sidan laddas det negativt (på grund av O 2 -), å andra sidan - positivt (på grund av H +). När potentialskillnaden över det inre membranet når 200 mV passerar protoner genom kanalen för ATP-syntetasenzymet, ATP bildas och cytokromoxidas katalyserar reduktionen av syre till vatten. Så, som ett resultat av oxidationen av tolv par väteatomer, bildas 34 ATP-molekyler.

Metabolism är alla kemiska reaktioner som sker i cellerna hos levande organismer, det kallas även metabolism. Det är uppdelat i anabolism och katabolism, det vill säga energimetabolism. Den första involverar bildandet av mer komplexa från enkla kemiska föreningar. Denna process kallas även plastbyte. För dess genomförande behövs energi, som erhålls av cellen på grund av katabolism. Genom denna process syntetiserar cellen de nödvändiga nukleinsyror, proteiner, polysackarider och liknande. Alla dessa ämnen kan fungera som ett byggmaterial för cellen och organismen som helhet, utföra funktionen av enzymer, hormoner etc. Vi kommer att uppehålla oss vid den andra processen - energimetabolism - mer i detalj.

Vad är katabolism?

Energimetabolism är en process under vilken ämnen med en komplex struktur bryts ner till enklare eller oxideras, vilket gör att kroppen får den energi som behövs för livet. Katabolism innefattar flera stadier under vilka olika kemiska reaktioner inträffar. De kännetecknas av tre.

Stadier av energimetabolism

Genom att lista stadierna av katabolism kan vi särskilja förberedande, anaerob (utan deltagande av syre) och aerob (med användning av syre).

Förberedande skede

Vid denna tidpunkt bryts komplexa molekyler av föreningar som proteiner, kolhydrater och lipider ner till enklare, och i detta skede omvandlas polymerer till monomerer. Denna process sker utanför cellen, i organen matsmältningssystemet. De är inblandade i detta magsyra och olika enzymer. Syre krävs inte för reaktionerna i detta skede. Som ett resultat av reaktionerna som ägde rum vid denna tidpunkt denatureras proteiner och bryts ner till aminosyror, komplexa kolhydrater omvandlas till enkla monosackarider, glycerol och högre syror bildas av lipider. En del av processerna i detta steg sker också i cellens lysosomer under påverkan av hydrolasenzymer.

Det andra steget är anaerob jäsning

Energiomsättningen har ett jäsningsstadium, som även kallas glykolys. Det kräver inte heller deltagande av syre i kemiska reaktioner. I princip väldigt många organiskt material men mest kolhydrater. Pågående kemiska reaktioner används i detta stadium av katabolism, alkoholer, koldioxid, aceton, organiska syror, i vissa fall väte och andra ämnen bildas. Bakterier, encelliga svampar och fermenterande växter används i stor utsträckning inom industrin, till exempel för utvinning av etylalkohol, framställning av ost och andra mjölksyraprodukter och inom bageriindustrin för framställning av deg. Jäsning kallas också ofullständig oxidation.

Reaktioner som uppstår i detta steg och deras användningsområden

Ett exempel på de kemiska reaktioner som sker i detta skede är den vanligaste - alkoholjäsning. Detta är processen att dela glukos eller fruktos under påverkan av speciella enzymer, där koldioxid och etylalkohol frigörs, och ATP-molekyler bildas också. Ekvationen för denna kemiska reaktion ser ut så här: C6H12O6 \u003d 2C2H5OH + CO2 + 2ATP. Det är organismer som använder en sådan reaktion för att få den nödvändiga energin som används inom industrin för tillverkning av alkoholhaltiga drycker. Som ett resultat av den process som mjölksyrabakterier använder för energi, bildas mjölksyra. Ekvationen ser ut så här: С6Н12О6 = С3Н6О3 + 2ATP. I celler hos djur och svampar är en reaktion vanlig, som ett resultat av att pyrodruvsyra frisätts. Denna process ser ut så här: C6H12O6 \u003d 2C3H4O3 + (4H) + 2ATP.

Det tredje och sista steget är cellandning

Det förekommer i mitokondrierna. I detta skede utförs oxidation av ämnen, på grund av vilken en viss mängd energi frigörs. I sådana processer, som du kanske har gissat, deltar syre.


Det levereras till olika vävnader av flercelliga organismer med hjälp av erytrocyter som innehåller hemoglobin för att bära det. I detta skede bryter cellen ner de ämnen som erhållits i de föregående stegen till det enklaste - koldioxid och vatten. Dessa två ämnen bildas nödvändigtvis som ett resultat av normal förbränning av organiskt material. För att utföra fullständig oxidation av en organisk förening hundratusentals gånger snabbare än den skulle kunna brinna, och utan användning av ultrahöga temperaturer, behöver cellen en mängd olika enzymer som finns i lysosomer. Även att få energi pga cellandningenämnet ADP behövs - adenosindifosfat, som också används för många andra ändamål. Den huvudsakliga kemiska reaktionen som används i detta skede av energimetabolismen kan skrivas på följande sätt: 2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP = 6CO2 + 42H2O + 36ATP. Det framgår av ekvationen att en betydande mängd energi frigörs under denna typ av process. Också i detta skede kan reaktionen av fullständig oxidation av pyrodruvsyra inträffa, som ett resultat av vilket energi också frigörs, men i en mindre mängd.

Hur bildas syre i atmosfären?

På grund av det faktum att huvudprocessen, som är energiomsättningen hos djur, vissa bakterier och svampar, är just cellandning, är syre avgörande för dessa organismer. Och vi är skyldiga ett så högt innehåll av det i atmosfären på vår planet till växter - jordens lungor.

De ger oss syre och tar koldioxid från luften genom fotosyntesprocessen, genom vilken de är enkla oorganiska ämnen få det nödvändiga för dem organiskt (oftast glukos eller fruktos). Processen för fotosyntes sker tack vare solenergi, som fungerar som en accelerator för denna typ av kemiska reaktioner. Fotosyntesekvationen kan skrivas på följande sätt: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2. De processer som diskuteras i den här artikeln bevisar återigen att allt i naturen är sammankopplat: fotosyntes sker med hjälp av koldioxid, vilket är onödigt för djur, och energiomsättningen i den senare är omöjlig utan syre, som frigörs av växter som biprodukt fotosyntes.

Vilka cellorganeller är involverade i energiomsättningen?

Först och främst är dessa mitokondrier, det är i dem som hela processen med cellandning äger rum. Ämnen som erhölls i processen med anaerob jäsning, det vill säga i det andra steget av energimetabolismen, oxideras på deras kristae. Dessa är också lysosomer, som redan har nämnts upprepade gånger i texten. De innehåller i sin hålighet, begränsad av ett membran, ett antal enzymer som är nödvändiga för alla reaktioner. I cellens cytoplasma, med hjälp av dessa organeller, sker processen med ofullständig oxidation (glykolys) av organiska föreningar. Produkter som bildas i detta skede med deltagande av enzymer som finns i lysosomer fungerar som råmaterial för efterföljande cellandning som sker i mitokondrier. Dessutom är mikrotubuli involverade i dessa processer, som transporterar ämnen genom hela cellen, samt plasmamembran, som innehåller speciella proteiner som överförs från miljö in i cytoplasman vissa kemiska föreningar som är nödvändiga för energiomsättningen.

energiutbyte(katabolism, dissimilering) - en uppsättning reaktioner av splittring av organiska ämnen, åtföljd av frigöring av energi. Den energi som frigörs vid nedbrytning av organiska ämnen används inte omedelbart av cellen utan lagras i form av ATP och andra högenergiföreningar. ATP är en universell källa för cellenergiförsörjning. ATP-syntes sker i cellerna hos alla organismer i processen för fosforylering - tillsats av oorganiskt fosfat till ADP

ADP + H 3 RO 4 + energi = ATP + H 2 O.

Förberedande skede

Det består i den enzymatiska nedbrytningen av komplexa organiska ämnen till enkla: proteinmolekyler - till aminosyror, fetter - till glycerol och karboxylsyror, kolhydrater - till glukos, nukleinsyror - till nukleotider. Nedbrytningen av högmolekylära organiska föreningar utförs antingen av enzymer i mag-tarmkanalen eller av enzymer från lysosomer. All frigjord energi försvinner i form av värme. De resulterande små organiska molekylerna kan användas som "byggmaterial" eller kan brytas ner ytterligare.

Anoxisk oxidation eller glykolys

Detta steg består i ytterligare delning av organiska ämnen som bildas under det förberedande skedet, sker i cellens cytoplasma och behöver inte närvaron av syre. Den huvudsakliga energikällan i cellen är glukos. Processen med syrefri ofullständig nedbrytning av glukos - glykolys.

Glykolys är en komplex process i flera steg som inkluderar tio reaktioner. Under denna process sker glukosdehydrering, koenzymet NAD+ (nikotinamidadenindinukleotid) fungerar som en väteacceptor. Som ett resultat av en kedja av enzymatiska reaktioner omvandlas glukos till två molekyler av pyrodruvsyra (PVA), medan totalt 2 ATP-molekyler och en reducerad form av vätebäraren NAD H 2 bildas:

C6H12O6 + 2ADP + 2H3RO4 + 2NAD + → 2C3H4O3 + 2ATP + 2H2O + 2NAD H2.

PVCs vidare öde beror på närvaron av syre i cellen. Om det inte finns något syre, genomgår jäst och växter alkoholjäsning, där acetaldehyd först bildas, och sedan etylalkohol:

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

Hos djur och vissa bakterier, med syrebrist, sker mjölksyrajäsning med bildning av mjölksyra:

C3H4O3 + NAD H2 → C3H6O3 + ÖVER+.

Som ett resultat av glykolys av en glukosmolekyl frigörs 200 kJ, varav 120 kJ försvinner i form av värme och 80 % lagras i ATP-bindningar.

Stadier av energimetabolism

	Förberedande skede	Anoxiskt stadium glykolys	syrestadiet
Var sker splittringen?	I matsmältningsorganen, i celler under inverkan av enzymer	Inne i buren	i mitokondrier
Vad aktiverar splittring?	Enzymer av matsmältningsjuicer	cellmembranenzymer	Mitokondriella enzymer
Till vilka ämnen bryts cellföreningar ner?	Proteiner är aminosyror Fetter - glycerol och fettsyror Kolhydrater - glukos	Glukos (С6Н12О6) 2 molekyler pyrodruvsyra (С3Н4О3) + energi	Pyrodruvsyra till CO2 och H2O
Hur mycket energi frigörs?	Lite försvinner som värme.	På bekostnad av 40% syntetiseras ATP, 60% försvinner i form av värme	Över 60 % av energin lagras som ATP
Hur mycket energi syntetiseras i form av ATP?	____________	2 ATP-molekyler	36 ATP-molekyler

Syreoxidation, eller andning

Den består i den fullständiga nedbrytningen av pyrodruvsyra, förekommer i mitokondrier och med den obligatoriska närvaron av syre. Detta stadium kallas aerob (syre) andning, eller hydrolys. Det utförs i cellens "energistationer" - mitokondrier och är associerat med mitokondriernas matris och dess inre membran.

De organiska ämnen som bildas i processen med glykolys kommer in i den enzymatiska ringens "transportör", som kallas Krebs-cykeln för att hedra den forskare som beskrev den. Alla enzymer som katalyserar reaktionerna i denna cykel är lokaliserade i mitokondrier. I alla stadier av denna process absorberas syre och koldioxid och vatten frigörs och energi lagras i ATP-molekyler. Dessutom är bildningen av ATP-molekyler associerad med enzymer som finns på mitokondriernas inre membran, som säkerställer frisättning av energi i små portioner , vilket gör att den kan lagras i kemiska bindningar ATP.

Processen för syrenedbrytning av mjölksyra kan uttryckas med ekvationen:

2C 3 H 4 O 3 + 6O 2 + 36 ADP + 36 H 3 RO 4 -\u003e 36 ATP + 6CO 2 + 42H 2 O.

Den övergripande reaktionen för nedbrytning av glukos till koldioxid och vatten är följande:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP + Qt,

där Q t - termisk energi