Энергетический обмен и клеточное дыхание

Энергетический обмен в клетке

Энергетический обмен (диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных органических веществ на более простые с выделением энергии. Часть этой энергии запасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ) — универсального аккумулятора энергии клетки. У большинства организмов главным источником энергии служит глюкоза, а процесс её полного окисления с участием кислорода называют клеточным дыханием.

Аденозинтрифосфат как источник энергии

Молекула АТФ содержит три остатка фосфорной кислоты. При отщеплении концевого остатка образуется АДФ и выделяется энергия:

АТФ + H2O → АДФ + Ф + энергия

Обратный синтез АТФ из АДФ идёт за счёт энергии, освобождаемой при расщеплении питательных веществ.

Три этапа энергетического обмена

1. Подготовительный этап идёт в пищеварительном тракте и цитоплазме. Крупные молекулы (полисахариды, белки, жиры) распадаются на мономеры. Энергия рассеивается в виде тепла, АТФ не образуется.
2. Бескислородный этап (гликолиз) идёт в цитоплазме без кислорода. Одна молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты с образованием 2 молекул АТФ.
3. Кислородный этап идёт в митохондриях с участием кислорода. Продукты гликолиза полностью окисляются до углекислого газа и воды, образуется 36 молекул АТФ.

Суммарно при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Суммарное уравнение клеточного дыхания:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + энергия (38 АТФ)

Частая ошибка. Гликолиз даёт всего 2 молекулы АТФ, тогда как именно кислородный этап в митохондриях обеспечивает основную долю энергии. Поэтому организмы, дышащие кислородом, гораздо энергетически эффективнее.

Брожение

Если кислорода нет, у многих организмов после гликолиза идёт брожение. У дрожжей это спиртовое брожение, у молочнокислых бактерий и в мышцах при нехватке кислорода — молочнокислое. Брожение даёт мало энергии, но позволяет жить без кислорода. По этой причине организмы делят на аэробов, которым кислород необходим, и анаэробов, способных обходиться без него.

Связь энергетического и пластического обмена

Энергетический обмен (диссимиляция) неразрывно связан с пластическим обменом (ассимиляцией). При диссимиляции вещества распадаются и выделяется энергия, при ассимиляции, наоборот, сложные вещества синтезируются с затратой энергии. Именно АТФ, образованный при энергетическом обмене, обеспечивает энергией реакции биосинтеза, движение, деление клетки и другие процессы. Эти два процесса вместе составляют обмен веществ и энергии (метаболизм) — основу жизнедеятельности любой клетки.

Запомните. Митохондрии не случайно называют «энергетическими станциями клетки»: именно в них на кислородном этапе образуется большая часть АТФ. Чем активнее работает ткань, тем больше митохондрий в её клетках.

Кратко о главном

• Энергетический обмен — расщепление органики с запасанием энергии в АТФ.
• Три этапа: подготовительный, бескислородный (гликолиз) и кислородный.
• Гликолиз даёт 2 АТФ, кислородный этап в митохондриях — 36 АТФ, всего 38.
• Без кислорода энергия добывается брожением, но его выход значительно меньше.