Обеспечение клеток энергией вследствие окисления органических веществ

Третий этап – биологическое окисление, или дыхание Этот этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется кислородным. Пировиноградная кислота (ПВК) из цитоплазмы поступает в митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в активированную уксусную кислоту (ацетил-коэнзим А, ацетил-КоА), и НАД•Н2. В матриксе митохондрий уксусная кислота вступает в сложный цикл биохимических превращений, который получил название Цикл Кребса. В результате ряда последовательных реакций происходит отщепление углекислого газа и окисление – снятие водорода с образующихся веществ. Углекислый газ, выделяется из митохондрий, а далее из клетки и организма в процессе дыхания. Весь водород, который снимается с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД+, и образуется НАД•2Н. Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК: 2С3Н4О3 + 6Н2О + 10НАД+ 6СО2 + 10НАД•2Н Проследим теперь путь молекул НАД•2Н. Заполни таблицу

Клетки растений и фотосинтезирующих бактерий используют энергию солнца для образования АТФ. Бактерии-хемосинтетики получают энергию вследствие окисления неорганических веществ. автотрофы гетеротрофы организмы Животные и грибы получают энергию в результате окисления органических соединений. Автотрофы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ. Однако у гетеротрофов эти соединения поступают извне готовыми, а у автотрофов они синтезируются в клетках из неорганических соединений.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП БЕЛКИ УГЛЕВОДЫ ЖИРЫ пищеварительный канал АМИНОКИСЛОТЫ ГЛЮКОЗА C6 H12 O 6 ГЛИЦЕРИН ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ ЦИТОПЛАЗМА КЛЕТКИ ПИРОВИНОГРАДНАЯ КИСЛОТА 2C3H6O3 ГЛИКОЛИЗ (БЕСКИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП) 2АТФ + 2НАД۰Н2 2Н2О + ТЕПЛО КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ (КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП) 42Н2О + 6СО2 + ТЕПЛО МИТОХОНДРИИ 36АТФ + 2НАД۰Н2 ИТОГО: 38АТФ + 4НАД۰Н2 Заполни таблицу

У прокариот клеточное дыхание происходит на впячиваниях плазматической мембраны, а у эукариот – на мембранах специальных клеточных органоидов – митохондрий. Наружная мембрана Внутренняя мембрана кристы Клеточное дыхание матрикс Митохондрии иногда называют «клеточными электростанциями». В клетке их количество сильно зависит от активности клетки. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Внутренняя мембрана сложена в складки, называемые кристами. Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ, происходящий за счёт окисления органических веществ. Возможно, митохондрии некогда были свободнодвижущимися бактериями, которые, случайно проникнув в клетку, вступили с хозяином в симбиоз. Основная задача внешней мембраны – отделить митохондрию от цитоплазмы, а задача внутренней мембраны – обеспечить работу дыхательной цепи для синтеза АТФ. Центральную часть митохондрии занимает митохондральный матрикс, в котором располагаются РНК, белки и митохондриальная ДНК, участвующая в синтезе митохондрий наряду с ядерной ДНК. Митохондрии обладают собственным геномом и аппаратом белкового синтеза, но их автономия неполная. Большая часть 70% структурных и регуляторных белков, ферментов дыхательной цепи, синтезируются в цитоплазме, транспортируясь затем в митохондрий.

Этапы энергетического обмена Этапы энергетического обмена Где протекает Характерные изменения веществ Энергетические особенности I -подготовительный II-бескислородный III-кислородный

Молекулы НАД•2Н поступают на кристы митохондрий, где расположена дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД•2Н отдает два водорода и два электрона. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков – цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную её сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД•2Н, которые образовались при гликолизе (2молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ. Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды. 2 С3Н4О3 + 4Н + 6О2 6СО2 + 6Н2О 36АДФ 36АТФ НАД+ ~ ~ ~ АТФ АТФ АТФ 1/2О2 О2- Н2О 2Н+ Внутренняя мембрана митохондрий Е Е Е 2Н 2е- 2е- 2е- НАД۰2Н