Этапы энергетического обмена : Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа :
Первый
из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные
органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих
ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты,
полисахариды (крахмал, гликоген) — на моносахариды (глюкозу), жиры — на
глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т.д. На
этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая
рассеивается в виде тепла.
Второй этап —бескислородный, или
неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества — глюкоза,
аминокислоты и др. — подвергаются дальнейшему ферментативному распаду
без доступа кислорода. Примером может служить ферментативное окисление
глюкозы (гликолиз), которая является одним из основных источников
энергии для всех живых клеток. Гликолиз — многоступенчатый процесс
расщепления глюкозы в анаэробных (бескислородных) условиях до
пировиноградной кислоты (ПВК), а затем до молочной, уксусной, масляной
кислот или этилового спирта, происходящий в цитоплазме клетки.
Переносчиком электронов и протонов в этих окислительно-восстановительных
реакциях служит никотинамидаденин-динуклеотид (НАД) и его
восстановленная форма НАД *Н. Продуктами гликолиза являются
пировиноградная кислота, водород в форме НАД • Н и энергия в форме АТФ.
При
разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна. В
клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до
молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение (при списании
молока, образовании сметаны, кефира и т.д.) вызывается молочнокислыми
грибками и бактериями.
При спиртовом брожении продуктами гликолиза
являются этиловый спирт и СО2. У других микроорганизмов продуктами
брожения могут быть бутиловый спирт, ацетон, уксусная кислота и т.д.
В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ.
Третий
этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или
аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе
окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны.
Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью
переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы —
носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе
окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по
ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического
уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку
молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на
«зарядку» АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате
этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный
приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в
качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность
потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с
высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой
низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией
молекул АТФ.