Энергетика клетки. преобразование энергии в живой клетке.

Энергетика клетки. преобразование энергии в живой клетке.

12/14/21

1. Преобразование энергии в животной клетке.

18:25

Энергия необходима всем живым клеткам – она используется для различных биологических и химических реакций, протекающих в клетке.

Другие используют энергию химических связей в веществах, получаемых в процессе питания

Одни организмы используют энергию солнечного света для биохимических процессов.

18:25

Базовая энергетика организма человека

18:25

АТФ

• АТФ - аденозинтриосфат, является основным источником энергии для клеток в частности и организма в целом.

АТФ главный энергетический спонсор клетки .

18:25

Молекула АТФ или аденозинтрифосфорная кислота относится к свободным нуклеотидам .

АТФ состоит

• пятиуглеродного сахара – рибозы,
• азотистого основания – аденина,
• и трех остатков фосфорной кислоты.

18:25

Молекула АТФ или аденозинтрифосфорная кислота относится к свободным нуклеотидам .

Важнейшая функция АТФ состоит в том, что она является универсальным хранителем и переносчиком энергии в клетке.

Все биохимические реакции в клетке, которые требуют затрат энергии, в качестве ее источника используют АТФ.

18:25

АТФ → АДФ → АМФ .

При отделении одного остатка фосфорной кислоты, АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфат).

АТФ

АДФ

При отделении второго и третьего остатков фосфорной кислоты освобождается большое количество энергии,

до 40 кДж.

18:25

АТФ

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты.

В течении суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000 – 3000 циклов ресинтеза.

18:25

АТФ содержится как в цитоплазме, так и в ядре, митохондриях и хлоропластах.

18:25

2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция).

18:25

фосфорилирование

АДФ + H 3 PO 4 + 40 кДж = АТФ + H 2 O.

18:25

Образование АТФ происходит в процессе энергетического обмена , или диссимиляции .

• Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это реакции расщепления и окисления органических веществ, протекающие с выделением энергии, частично расходующейся на образование АТФ.

18:25

Расщепление веществ для получения энергии (Диссимиляция):

Гликолиз, дыхание, брожение

Глюкоза

Продукты расщепления

Трансформация энергии

АДФ

АТФ

Синтез собственных веществ (Ассимиляция):

Синтез белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот

А

А

Р

Р

Р

Р

Р

Энергия

Р

18:25

Энергетический обмен

• В кислородсодержащей среде (у аэробных организмов) диссимиляция протекает в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. В результате образуются простые неорганические вещества.

Биологическое окисление включает три основные стадии:

1. Подготовительную.

2. Бескислородную (гликолиз).

3. Полное расщепление органических веществ (в присутствии кислорода).

18:25

18:25

• В бескислородной среде (у анаэробных организмов), а также при недостатке кислорода у аэробных организмов, энергетический обмен протекает в два этапа: подготовительный и бескислородный. В этом случае количество запасённой энергии намного меньше, чем в присутствии кислорода.

18:25

Первый этап — подготовительный.

На подготовительном этапе большие молекулы органических веществ распадаются до более простых:

• полисахариды распадаются на моносахариды,
• белки – на аминокислоты,
• жиры – на глицерин и жирные кислоты.

Этот процесс происходит в лизосомах и в органах пищеварения под действием пищеварительных ферментов.

18:25

• Надо отметить, что для энергетических процессов клетки используют именно углеводы , а лучше – моносахариды , а мозг может использовать для своей работы только моносахарид – глюкозу

18:25

Первый этап — подготовительный.

На подготовительном этапе АТФ не образуется, а небольшое количество выделяющейся энергии рассеивается.

Выделяющаяся на этой стадии энергия рассеивается в виде тепла.

18:25

Второй этап — бескислородный (гликолиз).

• Гликолиз – это последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты , при этом выделяется энергия, которой достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ.

18:25

Второй этап — бескислородный (гликолиз).

Этот процесс протекает в цитоплазме клеток.

18:25

Гликолиз

C 6 H 12 O 6 +2H 3 PO 4 +2АДФ=2C 3 H 4 O 3 +2АТФ +2H 2 O.

Образовавшаяся пировиноградная кислота в анаэробных условиях превращается в молочную кислоту C 3 H 6 O 3 .

18:25

Вывод:

Глюкоза в процессе гликолиза распадается на две трехуглеродные молекулы пировиноградной кислоты. Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия в клетке кислорода:

• если в клетке присутствует кислород, то пировиноградная кислота переходит в митохондрии для полного окисления до углекислого газа и воды (аэробное дыхание).
• если кислорода нет, то в животных тканях пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту. Эта стадия проходит в цитоплазме клетки.

18:25

Гликолиз

На входе 1 молекула глюкозы.

На выходе:

• 2 молекулы пирувата («половинки» глюкозы)
• 2 АТФ
• Расходуются некоторые молекулы, их можно восстановить дыханием или брожением

АДФ

Глюкоза

Пируват

А

+

Р

Р

А

Р

Р

Р

АТФ

Происходит в цитоплазме у всех живых организмов

18:25

Третий этап — кислородный

Извлечение энергии осуществляется путем расщепления и окисления питательных веществ, в процессе дыхания, это дыхание называется биологическим окислением , или клеточным дыхание.

18:25

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание (биологическое окисление) – это биохимический процесс в клетке, протекающий с участием ферментов, в результате которого выделяется вода и углекислый газ , энергия запасается в виде макроэргических связей молекул АТФ . Если этот процесс протекает в присутствии кислорода, то он носит название аэробный , если же он происходит без кислорода, то он называется анаэробным .

18:25

Полное кислородное расщепление осуществляется на мембранах митохондрий, в результате образуется еще 36 молекул АТФ.

18:25

Схема кислородного этапа:

2C 3 H 4 O 3 +6O 2 +36H 3 PO 4 +36АДФ = 6CO 2 +42H 2 O+36АТФ.

18:25

Энергетика клетки (кислородные процессы)

Дыхание

На входе 2 молекула пирувата.

На выходе:

• Очень много всего («Цикл Кребса»)

Конечные продукты:

• СО 2
• Н 2 О
• 36 АТФ

Происходит в митохондриях у всех АЭРОБНЫХ организмах.

У аэробных бактериях.

18:25

Энергетика клетки - синтез атф

• По ходу цикла Кребса в пространство между двумя мембранами поступают протоны

(ионы Н + )

• Создается разность потенциалов.
• Когда она достигает определенного значения в дело вступает АТФ – синтезатор.

Внутри митохондрии

18:25

Энергетика клетки - синтез атф

• Открывается канал для протонов и они начинают поступать внутрь митохондрии.
• За счет этой энергии «вертится» и синтезирует АТФ из АДФ.

18:25

Суммарное уравнение энергетического обмена:

C 6 H 12 O 6 +6O 2 =6CO 2 +6H 2 O+38АТФ.

18:25

Энергетические процессы, происходящие в клетках, называют биологическим окислением.

18:25

Дыхание и горение

18:25

горение

Дыхание

Поглощение кислорода

Выделение энергии и продуктов окисления – углекислого газа и воды

Дыхание – это упорядоченный процесс биохимических реакций, протекающий в присутствии ферментов.

Образование углекислого газа происходит путем прямого соединения кислорода с углеродом

При дыхании углекислый газ возникает как конечный продукт биологического окисления

Гликолиз: биомедицинское значение.

18:25

Гликолиз – это не только главный путь метаболизма глюкозы, но и главный путь метаболизма фруктозы и галактозы, поступающих с пищей.

Особенно важна в медицине способность гликолиза к образованию АТФ в отсутствие кислорода. Это позволяет поддерживать интенсивную работу скелетной мышцы в условиях недостаточной эффективности аэробного окисления. Ткани с повышенной гликолитической активностью способны сохранять активность в периоды кислородного голодания

18:25

В сердечной мышце возможности осуществления гликолиза ограничены. Она тяжело переносит нарушение кровоснабжения, что может привести к ишемии.

Известно несколько болезней, обусловленных недостаточной активностью ферментов гликолиза, одной из которых является гемолитическая анемия (в быстрорастущих раковых клетках гликолиз идет со скоростью, превышающей возможности цикла лимонной кислоты), что способствует повышенному синтезу молочной кислоты в органах и тканях

18:25

Гемолитическая анемия

В быстрорастущих раковых клетках гликолиз идет со скоростью, значительно превышающей возможность цикла лимонной кислоты.

Образование пирувата превосходит его потребление

Образование избытка лактата

Локальное повышение кислотности в опухолевой ткани

18:25

• 18:25:23