Энергетический обмен. Синтез АТФ. План лекции: 1. Понятие об энергетическом обмене. 2.АТФ, его строение и значение. 3. Этапы энергетического обмена: a)подготовительный b)гликолиз c)дыхание

Метаболизм (обмен веществ) Пластический обмен Ассимиляция Анаболизм Энергетический обмен обмен Диссимиляция Катаболизм

Энергетический обмен (диссимиляция) это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии Энергетический обмен (диссимиляция) это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии

АТФ АТФ – универсальный источник энергии в клетке Аденин Рибоза Три фосфата Макроэргические связи

АТФ в цифрах АТФ в цифрах Время жизни – несколько секунд Время жизни – несколько секунд Человек затрачивает ~ ккал энергии в сутки. Человек затрачивает ~ ккал энергии в сутки. Для этого надо расщепить 166 кг АТФ Для этого надо расщепить 166 кг АТФ На самом деле в организме содержится только ~ 50 г АТФ На самом деле в организме содержится только ~ 50 г АТФ Поэтому каждая молекула АТФ должна вновь синтезироваться 166 кг : 50 г 3320 раз в сутки. Поэтому каждая молекула АТФ должна вновь синтезироваться 166 кг : 50 г 3320 раз в сутки. АМФ АДФ АТФ

Субстрат для клеточного дыхания Большинство клеток используют в первую очередь именно углеводы.Большинство клеток используют в первую очередь именно углеводы. Жиры. Жиры составляют «первый резерв».Жиры. Жиры составляют «первый резерв». Белки. Но они выполняют ряд других важных функций.Белки. Но они выполняют ряд других важных функций.

Этапы энергетического обмена: 1. Подготовительный 2. Гликолиз (бескислородное окисление) 3. Дыхание (кислородное окисление)

Первый этап Первый этап Подготовительный ферментативное расщепление сложных органических веществ до простых

Где происходит: Пищеварительная система Пищеварительная система Лизосомы в клетках Лизосомы в клетках

Субстрат Углеводы = глюкоза + Е (1 г = 17,6 к Дж)Углеводы = глюкоза + Е (1 г = 17,6 к Дж) Липиды = глицерин + жирные кислоты + Е (1 г = 38,9 к Дж)Липиды = глицерин + жирные кислоты + Е (1 г = 38,9 к Дж) Белки = аминокислоты + Е (1 г = 17,6 к Дж)Белки = аминокислоты + Е (1 г = 17,6 к Дж) Нуклеиновые кислоты = нуклеотиды + ЕНуклеиновые кислоты = нуклеотиды + Е

Результат этапа Энергия не запасается, а выделяется только в тепловой форме Энергия не запасается, а выделяется только в тепловой форме

Гликолиз Гликолиз - неполное расщепление - анаэробное дыхание - брожение Второй этап Бескислородное окисление

Глюкоза – центральная молекула клеточного дыхания Полисахариды с нее начинается путь к АТФ

2 ПВК Клетка Клетка (под действием ферментов клеточных мембран) 10 реакций (пируват) гликолиз Где происходит:

Субстрат С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 + 2НАД + С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 + 2НАД + глюкоза глюкоза 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О + 2НАД·Н 2 пировиноградная кислота (пируват)

60% выделяется в виде тепла 40% идет на синтез АТФ Энергия Результат этапа: из одной молекулы глюкозы высвобождается 200 к Дж, из которых 120 к Дж рассеивается в виде тепла, а 80 к Дж запасается в связях АТФ.

ГЛЮКОЗА П В К 2 АТФ Брожение – анаэробное дыхание Если мало кислорода или организм – принципиальный анаэроб Молочная кислота Этиловый спирт Животные, бактерии Растения, дрожжи молочнокислое спиртовое БРОЖЕНИЕ ГЛИКОЛИЗ

Выводы: Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он идёт даже в пробирке, если имеются все необходимые субстраты и ферменты

Третий этап Кислородное расщепление: полное расщепление пировиноградной кислоты, происходит при обязательном присутствии кислорода

О2О2О2О2 Митохондрия : под действием ферментов митохондриальных мембран (необходимое условие – целостность мембран) ПВК СО 2 и Н 2 О 36 молекул АТФ Где происходит:

1 наружная мембрана; 2 внутренняя мембрана; 3 матрикс; 4 криста; 5 мульти ферментная система; 6 кольцевая ДНК.

Стадии аэробного дыхания: 1) Окислительное декарбоксилирование 2) Цикл Кребса 3) Электронтранспортная цепь (окислительное фосфорилирование)

Окислительное декарбоксилирование С 3 Н 4 О 3 + КоА + НАД СО 2 + Ацетил-КоА + НАД*Н 2 С 6 Н 12 О 6 2С 3 Н 4 О 3 2С 3 Н 6 О 3 Глюкоза ПВК Молочная кислота

Цикл Кребса:

Электронтранспортная цепь

C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +12H СО 2 Н - е = Н НАД*Н2 НАД*Н 2 = НАД + 2Н

СО 2 О2О Н Н Н Н Н Н Н Н НН Н Н Н + Н - е = Н - О 2 + е =О 2 НАД*Н2 C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +12H +

НАД*Н2 = НАД + 2Н СО 2 О2О Н Н Н Н Н Н Н Н НН Н Н Н + Н - е = Н - О 2 + е =О мВ НАД*Н2 C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +12H +

СО 2 Н = е + Н О 2 + 4Н = 2 Н 2 О + О2О2 200 мВ АДФ Н3РО4 АТФ Н Н Н Н Н Н Н Н НН Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н НАД*Н2 = НАД + 2Н НАД*Н2 C 3 H 6 O 3 +3H 2 O=3CO 2 +12H О 2 + е =О 2 -

Субстрат (выделяется 2600 к Дж энергии из них запасается 1440 к Дж в виде 36 моль АТФ) 2С 3 Н 4 О 3 + 6О АДФ + 36Н 3 РО 4 пируват пируват = 6СО 2 +6Н 2 О + 36АТФ + 36H 2 О

Результат этапа: 2600 к Дж - на 2 моля С3Н4О3С3Н4О3 45% Рассеивается в виде тепла Сберегается в виде АТФ 55%

Суммарное уравнение: Гликолиз 1. Гликолиз С 6 Н 12 О 6 + 2АДФ + 2Н 3 РО 4 = 2С 3 Н 4 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О Дыхание 2. Дыхание 2С 3 Н 4 О 3 + 6О АДФ + 36Н 3 РО 4 = 6СО АТФ + 42Н 2 О

Суммарное уравнение: С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ + Qт, где Qт тепловая энергия

Выводы: Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповреждённых митохондриальных мембран

Выводы: Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО 2 и Н 2 О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ