Энергетический обмен

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получают в результате процессов окисления органических веществ, то есть в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли топлива, является глюкоза.

По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы:

1. Аэробы (облигатные аэробы) - организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы).

2. Анаэробы (облигатные анаэробы) - организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии).

3. Факультативные формы (факультативные анаэробы) - организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма:

1. Первый этап - подготовительный - заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые. Белки расщепляются до аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, полисахариды - до моносахаридов, нуклеиновые кислоты - до нуклеотидов. У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных - в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.

2. Второй этап - неполное окисление (бескислородный) - заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода.

Бескислородный этап (неполное окисление глюкозы) называется гликолизом. В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуются по две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), АТФ и воды, а также атомы водорода, которые связываются молекулой-переносчиком НАД+ и запасаются в виде НАДФ.

3. Кислородный этап – полное окисление (дыхание). На этом этапе происходит полное окисление ПВК до углекислого газа и воды. Процесс осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода. В ходе клеточного дыхания образуется 36 молекул АТФ. Таким образом, в результате мы получаем 38 молекул АТФ (две из которых образуются в ходе гликолиза).

Первый этап, как при аэробном, так и анаэробном дыхании (брожении) – это гликолиз, который протекает одинаково, в анаэробной среде. Образование в результате гликолиза ПВК (дыхательного субстрата) является поворотным моментом, далее пути дыхания и брожения расходятся.

При дыхании ПВК окисляется полностью до воды и углекислого газа, при брожении происходит неполное окисление дыхательного субстрата до кислот, спиртов, ацетона и т.д. В зависимости от конечных продуктов выделяют разные типы брожения (уксуснокислое, масляно-кислое, спиртовое и т.д.). Количество АТФ выделяемое при брожении существенно меньше, чем при дыхании, от двух до четырех молекул в зависимости от типа.