Сколько молекул атф и какие продукты образуются

Обмен веществ. Энергетический обмен. Роль АТФ

МЕТАБОЛИЗМ. КАТАБОЛИЗМ И АНАБОЛИЗМ

Совокупность реакций обмена веществ, протекающих в организме, называется метаболизмом.

Процессы синтеза специфических собственных веществ из более простых называется анаболизмом, или ассимиляцией, или пластическим обменом. В результате анаболизма образуются ферменты, вещества, из которых построены клеточные структуры, и т.п. Этот процесс, как правило, сопровождается большим потреблением энергии.

Эта энергия получается организмом в других реакциях, в которых более сложные вещества расщепляются до простых. Эти процессы называются катаболизмом, или диссимиляцией, или энергетическим обменом. Продуктами катаболизма у аэробных организмов являются СО2, Н2О, АТФ и

восстановленные переносчики водорода (НАД∙Н и НАДФ∙Н), которые принимают атомы водорода, отщепляемые от органических веществ в процессах окисления. Некоторые низкомолекулярные вещества, которые образуются в ходе катаболизма, в дальнейшем могут служить предшественниками необходимых клетке веществ (пересечение катаболизма и анаболизма).

Катаболизм и анаболизм тесно связаны: анаболизм использует энергию и восстановители, образующиеся в реакциях катаболизма, а катаболизм осуществляется под действием ферментов, образующихся в результате реакций анаболизма.

Как правило, катаболизм сопровождается окислением используемых веществ, а анаболизм — восстановлением.

Реакции анаболизма у разных организмов могут иметь некоторые отличия (см. тему «Способы получения энергии живыми организмами»).

АТФ — аденозинтрифосфат

В процессе катаболизма выделяется энергия в виде тепла и в виде АТФ.

АТФ — единый и универсальный источник энергообеспечения клетки.

АТФ нестабильна.

АТФ является «энергетической валютой», которую можно потратить на синтезы сложных веществ в реакциях анаболизма.

Гидролиз (распад) АТФ:

АТФ + Н О = АДФ + Н Р О + 40 кДж/моль

Энергетический обмен

Живые организмы получают энергию в результате окисления органических соединений.

Окисление — процесс отдачи электронов.

Расход полученной энергии:

50% энергии выделяется в виде тепла в окружающую среду;

50% энергии идет на пластический обмен (синтез веществ).

В клетках растений:

крахмал → глюкоза → АТФ

В клетках животных:

гликоген → глюкоза → АТФ

Подготовительный этап

Ферментативное расщепление сложных органических веществ до простых в пищеварительной системе:

• белковые молекулы — до аминокислот

• липиды — до глицерина и жирных кислот

• углеводы — до глюкозы

Распад (гидролиз) высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом.

Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла.

Простые вещества всасываются ворсинками тонкого кишечника:

• аминокислоты и глюкоза — в кровь;

• жирные кислоты и глицерин — в лимфу;

и переносятся к клеткам тканей организма.

Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению (гликолизу).

На подготовительном этапе может происходить гидролиз запасные вещества клеток: гликогена — у животных (и грибов) и крахмала — у растений. Гликоген и крахмал являются полисахаридами и распадаются на мономеры — молекулы глюкозы.

Гликоген печени используется не столько для собственных нужд печени, сколько для поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови, и, следовательно, обеспечивает поступление глюкозы в другие ткани.

Рис. Функции гликогена в печени и мышцах

Гликоген, запасенный в мышцах, не может распадаться до глюкозы из-за отсутствия фермент. Функция мышечного гликогена заключается в освобождении глюкозо-6-фосфата, потребляемого в самой мышце для окисления и использования энергии.

Распад гликогена до глюкозы или глюкозо-6-фосфата не требует энергии.

Гликолиз (анаэробный этап)

Гликолиз — расщепление глюкозы с помощью ферментов.

Идет в цитоплазме, без кислорода.

Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид).

Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н2:

С Н О + 2АДФ + 2 Н Р О + 2 Н А Д → 2 С Н О + 2АТФ + 2 Н О + 2( Н А Д Н Н ).

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке:

если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

С Н О → С О + С Н С О Н ,

С Н С О Н + Н А Д Н Н → С Н О Н + Н А Д .

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

С Н О + Н А Д Н Н → С Н О + Н А Д .

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80кДж запасается в связях 2 молекул АТФ.

дыхание, или Окислительное фосфорилирование (аэробный этап)

Окислительное фосфорилирование — процесс синтеза АТФ с участием кислорода.

Идет на мембранах крист митохондрий в присутствии кислорода.

Пировиноградная кислота, образовавшаяся при бескислородном расщеплении глюкозы, окисляется до конечных продуктов СО2 и Н2О. Этот многоступенчатый ферментативный процесс называется циклом Кребса, или циклом трикарбоновых кислот.

В результате клеточного дыхания при распаде двух молекул пировиноградной кислоты синтезируются 36 молекул АТФ:

2 С Н О + 32 О + 36АДФ + 36 Н Р О → 6 С О + 58 Н О + 36АТФ.

Кроме того, нужно помнить, что две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы.

Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:

С Н О + 6 О + 38АДФ → 6 С О + 6 Н О + 38АТФ + Qт,

где Qт — тепловая энергия.

Таким образом при окислительном фосфорилировании образуется в 18 раз больше энергии (36 АТФ), чем при гликолизе (2 АТФ).

Гликолиз используют некоторые бактерии и паразиты, обитающие в анаэробных условиях.

Источник

2.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ (аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота).

Все энергетические затраты любой клетки обеспечиваются за счёт универсального энергетического вещества — АТФ .

АТФ синтезируется в результате реакции фосфорилирования, то есть присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата):

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

Энергия запасается в форме энергии химических связей АТФ . Химические связи АТФ , при разрыве которых выделяется много энергии, называются макроэргическими.

При распаде АТФ до АДФ клетка за счёт разрыва макроэргической связи получит приблизительно (40) кДж энергии.

Энергия для синтеза АТФ из АДФ выделяется в процессе диссимиляции.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ .

В зависимости от среды обитания организма, диссимиляция может проходить в два или в три этапа.

Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.

В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений.

У анаэробных организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде (а также у аэробных организмов при недостатке кислорода), диссимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный.

В двухэтапном энергетическом обмене энергии запасается гораздо меньше, чем в трёхэтапном.

Первый этап — подготовительный

Подготовительный этап заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов — до моносахаридов, липидов — до глицерина и жирных кислот, белков — до аминокислот.

Этот процесс называется пищеварением. У многоклеточных организмов он осуществляется в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных ферментов. У одноклеточных организмов — происходит под действием ферментов лизосом.

В ходе биохимических реакций, происходящих на этом этапе, энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап — бескислородный (гликолиз)

Второй (бескислородный) этап заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.

Биологический смысл второго этапа заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде (2) молекул АТФ .

Процесс бескислородного расщепления глюкозы называется гликолиз.

Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы C 6 H 12 O 6 в две молекулы пировиноградной кислоты — ПВК C 3 H 4 O 3 и две молекулы АТФ (в виде которой запасается примерно (40) % энергии, выделившейся при гликолизе). Остальная энергия (около (60) %) рассеивается в виде тепла.

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

Получившаяся пировиноградная кислота при недостатке кислорода в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов, превращается в молочную кислоту C 3 H 6 O 3 .

HOOC − CO − CH 3 пировиноградная кислота → НАД ⋅ H + H + лактатдегидрогеназа HOOC − CHOH − CH 3 молочная кислота .

В мышцах человека при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота и появляется боль. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.

При недостатке кислорода в клетках растений, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей), вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: пировиноградная кислота распадается на этиловый спирт C 2 H 5 OH и углекислый газ CO 2 :

C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2 АДФ = 2C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 2 АТФ + 2 H 2 O .

Третий этап — кислородный

В результате гликолиза глюкоза распадается не до конечных продуктов ( CO 2 и H 2 O ), а до богатых энергией соединений (молочная кислота, этиловый спирт) которые, окисляясь дальше, могут дать её в больших количествах. Поэтому у аэробных организмов после гликолиза (или спиртового брожения) следует третий, завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание.

Этот этап происходит на кристах митохондрий.

Третий этап, так же как и гликолиз, является многостадийным и состоит из двух последовательных процессов — цикла Кребса и окислительного фосфорилирования.

Третий (кислородный) этап заключается в том, что при кислородном дыхании ПВК окисляется до окончательных продуктов — углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде (36) молекул АТФ ((2) молекулы в цикле Кребса и (34) молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).

Этот этап можно представить себе в следующем виде:

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

Вспомним, что ещё две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы (на втором, бескислородном, этапе). Значит, суммарный результат полного окисления молекулы глюкозы составляет (38) молекул АТФ .

Суммарное уравнение энергетического обмена:

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

В реакциях энергетического обмена используется не только глюкоза, но и липиды, белки. Но главным источником энергии в большинстве клеток являются углеводы.

Источник

АТФ- главный энергетический спонсор клетки. Или где взять энергию?Митохондриальные дисфункции.

Сегодня внедряемся в научные изыскания . Статья будет сложной для прочтения . Я максимально упрощала материал , но проще — некуда. На написание меня как всегда «вдохновила» всеобщая

бесконечная жалоба

— «слабость , ничего не помогает, ваших капельниц, таблеток хватило на 2 недели ….». Сегодня рассмотрим самый сложный случай дефицита Энергии -дисфункция Митохондрий.Это еще малоизученная и сложная часть медицинской науки. Дисфункция митохонодрий может быть врожденная и в нашем ( рассматриваемом случае ) — приобретенная.

Энергия в нашем организме представлена в следующем виде — молекула АТФ.

АТФ- аденозинтрифосфат, является основным источником энергии для клеток в частности и организма в целом. Представляет собой — эфир аденозина (пурин). Кроме того, является источником синтеза нуклеиновых кислот , для образования структуры ДНК!(наш генетический код)и

посредником передачи в клетку гормонально сигнала

! Вывод : нехватка АТФ- чревата извращение/недостатоком гормонального ответа и не только . АТФ образуется в

митохондриях

(это маленькие стуктурные компоненты любой клетки, митохондрия имеет собственную ДНК!, как и ядро клетки!!,это высокоорганизованная структура ).Вот почему заболевания с нарушением синтеза АТФ — называются митохондриальные дисфункции.

В сутки в организме образуется 40кг АТФ. Органы с максимальной выработкой АТФ : мозг 22%,печень 22%,мышцы 22 %, сердце 9%,жировая ткань всего- 4%, заметьте -ЩЖ с в этот перечень даже не вошла …Мозг и печень лидеры !

Теперь о самом процессе образования энергии. Смотрим на картинку.

Процесс образования энергии можно разделить на 3 этапа.

1 этап — это получение более простых молекул( в цикл образования энергии) из углеводов(У), жиров(Ж) и белков пищи(Б). Углеводы расщепляются до моносахаров(глюкоза,фруктоза), жиры до жирных кислот, белки до аминокислот. «Расщепление» Б,Ж,У происходит как к кислородной среде(аэробной), так и в бескислородной(анаэробной) среде. Это крайне важно ! Так как

из анаэроного гликолиза 1 молекулы глюкозы

образуется —

2 молекулы АТФ

,

из аэробного (кислородного) гликолиза

1 молекулы глюкозы —

образуются 36 молекул АТФ, из аэробного окисления 1 молекулы жирной кислоты — 146 молекул АТФ

, ( жиры и белки в бескислородной среде вообще не расщепляются!, вывод- например, при нелеченной анемии(дефицитО2) снижение веса почти невозможно). Так, и усвоение 1 молекулы глюкозы требует 6 молекул О2, а 1 молекулы жирных кислот -23 молекулы О2. Вывод —

жиры основной источник энергии, и всем нужен О2!!!

2 этапом -образуется из всех молекул У,Ж,Б- АцетилКоА- промежуточный метаболит.Суть этого этапа , что кол-во выработанного АцетилКоА зависит от

уровня многих витаминов и микроэлементов

(витамина С , группы В, цинка, меди , железа и др).Почему так важно для образования энергии -восполнение дефицита этих элементов!

3 этап- этот самый АцетилКоА поступает в

2 основных биохимических пути выработки АТФ

— это цикл Кребса( лимонной кислоты) и цикл окислительного фосфорилирования ( передачи электронов,»дыхательная цепь»;), происходит образование НАД- и НАДН+. Связь между этими двумя б/х циклами — и «есть узкое горлышко» , «слабое место» в образовании АТФ. И зависит от рН среды клетки — при развитии в/клеточной гипоксии = в/клеточного ацидоза и ухудшается процесс образования АТФ — организм захлебывается в избытке НАДН , а НАДН сопряжен с «утечкой кислорода из клетки»( механизм не буду расшифровывать) и образованием активных(агрессивных) форм кислорода ( свободных радикалов)- а это повреждающие агенты для клетки при образовании в избыточном количестве .

Метаболический ацидоз — это следствие первичного дефицита О2 в организме (сам ацидоз становится причиной вторичного дефицита О2-утечки кислорода) .Ацидоз выражается накоплением промежуточного продукта обмена -лактата , избытоком Н+(иона водорода) , митохондрии

«начинают задыхаться и стареть и гибнуть «!

А в месте со старением митохондрий — стареет организм, вот почему так молодеют некоторые заболевания — раньше развиваются атеросклероз, б-нь Альцгеймера, сахарный диабет ( да-да , это митохондриальное заболевание), рак , артериальная гипертензия, АИТ, синдром хр усталости, даже НЯК и болезнь Крона( как одна из теорий) и др.

Как цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) , например, связан с ожирением ?- активное поступления с пищей жирных кислот- приводят к истощению транспортных карнитиновых (всем известен для сравнения Карнитин для спорт -питания) систем( переносчиков жирных кислот, их и так немного) и снижения активности работы «дыхательной цепи» , снижается чувствительность тканей к инсулину- развивается многим известная инсулинорезистентость! Исход -метаболическая печалька -метаболический синдром.

Соотвественно : причинами снижения синтеза АТФ

прежде всего

являются дефицит О2 !(как бывает в больших городах, где мало зелени!!, загазованность — продукт сгорания бензина это не О2-а СО2 !!!!, люди не выходят из помещений, мало двигаются — «мелкие сосуды закрыты для доступа О2», причинами могут быть болезни органов дыхания и сердечно-сосудистые патологии), ацидоз = «закисление организма» (накопление лактата, изыток Н+), полидефицит витаминов и микроэлементов для улучшения усвоения Ж,Б,У. Для лечение дефицита О2 даже был придуман аппарат- в основе которого интервальная гипоксическая тренировка.Это новая эра в лечении многих патологий.

Как же заподозрить митохондриальные проблемы? Они сложны как для понятия , так и для диагностики.

ИЗ «простых анализов» , которые можно набрать любой лаборатории- снижение рН крови,О2, повышение :

лактата, СРБ ,фибриногена, холестерина, ЛПНП, триглицеридов, гомоцистеина, мочевой кислоты

, (клинически — повышение Ад, учащение ЧСС в покое, одышка в покое),

снижение

ферритина, из редких- снижение глутатиона, витаминов крови, снижение Q10, нарушение в системе антикосидантов( по крови)

.

Из более редких , но все же доступных анализов (более специфических) — органические кислоты мочи ( благодаря этому анализу можно определить примерно

на каком уровне идет нарушение и чем его скорректировать

).

Если патология так сложно выявляемая —

«как это лечить?»

,- спросите вы

Лечить можно.

Прежде всего меняем образ жизни — улучшаем доставку О2!, бросаем курить!чаще дышим в парке и не только .. Лечим и приводим в ремиссию хронические дыхательные заболевания , восполняем дефицит витаминов и минералов!,добавляем антиоксиданты, сосудистые препараты(!) очень важно улучшить коровок(слабость всегда сопровождается рассеянностью, снижением памяти и внимания, — правильно, максимальная сосудистая сеть в головном мозге!!) ,реже добавляем «энергетики»-янтарная кислота,Q10,карнитин,НАДН и др.Я не говорю здесь про врожденные митохондриальные дисфункции -это следствие генетической поломки,а мы говорим сейчас больше о приобретенных причинах. Будем ждать новых научных материалов по этой теме …

Источник