Энергетический обмен клетки, или дыхание организма

Энергетический  обмен клетки, или  дыхание организма.

Синтез АТФ 

• Нуклеотидный  кофермент аденозинтрифосфат [АТФ (АТР)] является наиболее важной формой сохранения химической энергии в клетках. Синтез АТФ осуществляется комплексом АТФ-синтазой, встроенным в фотосинтетическую  мембрану. АТФ-синтаза работает как  вращающаяся машина, крутящаяся при  прохождении через неё электрического тока, создаваемого потоком протонов.

• В хлоропластах большая часть энергии электрохимического протонного градиента ΔμH+, возникающего на мембране в результате работы электрон-транспортной цепи, используется для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата Pi. В соответствии с хемоосмотической теорией П. Митчелла, энергия, освобождаемая в результате работы электрон-транспортной цепи, первоначально накапливается в форме трансмембранного градиента ионов водорода. Разрядка образующегося ΔμH+ происходит с участием локализованного в той же мембране протонного АТФ-синтазного комплекса: H+ возвращаются по градиенту ΔμH+ через FoF1–АТФ-синтазу, при этом без возникновения каких-либо промежуточных высокоэнергетических соединений из АДФ и неорганического фосфата образуется АТФ. (Сами мембраны в интактном состоянии непроницаемы для ионов, особенно H+ и ОH-).

 

• Локализованная  в мембране FoF1–АТФ-синтаза катализирует реакции синтеза и гидролиза АТФ в соответствии с уравнением

• Реакция, протекающая  слева направо, сопряжена с транспортом H+ по градиенту ΔμH+, при этом выделяется энергия ΔGnH+ = -0.023nΔμH+, что приводит к разрядке градиента и синтезу АТФ. Протекающая в противоположном направлении реакция гидролиза АТФ сопровождается выделением энергии

 
 

и приводит к переносу Н+ против градиента, что приводит к  образованию (или возрастанию) ΔμH+ на мембране. Таким образом, АТФ-синтазный ферментный комплекс (FoF1-АТФсинтаза) служит механизмом, обеспечивающим взаимное превращение двух форм клеточной энергии (ΔμH+ и АТФ), устройством, сопрягающим процессы окислительной природы с фосфорилированием. Направление работы комплекса зависит от соотношения между ΔGnH+ и ΔGATP, т.е. от концентраций молекул АТФ и АДФ, а также величины протонодвижущей силы.

Гликолиз 

• Гликолиз  (фосфотриозный путь, или шунт Эмбдена — Мейерхофа) — ферментативный процесс последовательного расщепления глюкозы в клетках, сопровождающийся синтезом АТФ. Гликолиз при аэробных условиях ведёт к образованию пировиноградной кислоты (пирувата), гликолиз в анаэробных условиях ведёт к образованию молочной кислоты (лактата). Гликолиз является основным путём катаболизма глюкозы в организме животных.

Общий обзор 

• Гликолитический путь представляет собой 10 последовательных реакций, каждая из которых катализируется отдельным ферментом.

 

• Процесс гликолиза  условно можно разделить на два  этапа. Первый этап, протекающий с  расходом энергии 2 молекул АТФ, заключается  в расщеплении молекулы глюкозы  на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. На втором этапе происходит НАД-зависимое  окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся синтезом АТФ. Сам  по себе гликолиз является полностью  анаэробным процессом, то есть не требует  для протекания реакций присутствия  кислорода.

 

• Гликолиз  — один из древнейших метаболических процессов, известный почти у  всех живых организмов. Предположительно гликолиз появился более 3,5 млрд лет  назад у первичных прокариотов.

Локализация 

• В клетках  эукариотических организмов десять ферментов, катализирующих распад глюкозы  до ПВК, находятся в цитозоле, все  остальные ферменты, имеющие отношение  к энергетическому обмену, — в  митохондриях и хлоропластах. Поступление  глюкозы в клетку осуществляется двумя путями: натрий-зависимый симпорт (преимущественно для энтероцитов  и эпителия почечных канальцев) и  облегчённая диффузия глюкозы с  помощью белков-переносчиков. Работа этих белков-транспортёров контролируется гормонами и, в первую очередь, инсулином. Сильнее всего инсулин стимулирует  транспорт глюкозы в мышцах и  жировой ткани.

Результат 

• Результатом гликолиза является превращение  одной молекулы глюкозы в две  молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) и образование двух восстановительных  эквивалентов в виде кофермента НАД∙H.

И главное… 

• Значение:
• Гликолиз — катаболический путь исключительной важности. Он обеспечивает энергией клеточные реакции, в том числе и синтез белка. Промежуточные продукты гликолиза используются при синтезе жиров. Пируват также может быть использован для синтеза аланина, аспартата и других соединений. Благодаря гликолизу производительность митохондрий и доступность кислорода не ограничивают мощность мышц при кратковременных предельных нагрузках.

“Береги здоровье” 

Горжуй . Е