Билет №16

1. Биоэнергетика клетки. Атф как важнейший аккумулятор и источник энергии.

Обмен энергии включает в себя процессы освобождения, накопления и использования энергии. Образующейся при распаде питательных веществ в организме. Особенность этих процессов состоит в том, что конечные этапы освобождения энергии и ее запасения при распаде различных веществ одинаковы. В ходе распада (окисления) органических веществ освобождается энергия, которая частично расходуется на тепло для поддержания температуры тела. Другая, большая часть, переводится в энергию химической связи, главным образом фосфатной. Такая связь называется макроэргической. Соединения, в которых имеется такой тип связи, называются макроэргическими. К ним относятся АТФ. Величина этой макроэргической связи составляет ~33,5 – 41,9 кДж/моль (8-10 ккал/моль). При распаде энергия связи не рассеивается, а переносится без потерь на другое соединение. Для образования АТФ нужны АДФ, фосфорная кислота H₃PO₄ и определенное количество энергии. Собственно, при распаде образуются исходные вещества и выделяется свободная энергия. Таким образом АТФ является переносчиком энергии и служит звеном, связывающим между собой процессы, идущие с выделением и потреблением энергии. АТФ = АДФ + H₃PO_4. В организме энергия АТФ используется в основном на биосинтез, мышечное сокращение и активный транспорт через мембрану. В связи с тем, что энергия заключена в электроне, в основном водорода, то процесс ее освобождения можно представить как процесс освобождения водорода и условно разбить на 3 этапа: 1) Протекает в желудочно-кишечном тракте, происходит расщепление высокомолекулярных соединений пищи и всасывание образовавшихся мономеров. Освобождается незначительное количество энергии, около 0,1%. 2) Распадаются мономеры в клетках на более простые соединения, которые могут быть одинаковыми у разных мономеров. Так, при окислении углеводов, жиров и некоторых аминокислот образуется одно и то же вещество – ацетил КоА. Высвобождается ~1/3 часть всей энергии распавшихся веществ. 3) Полное окисление ацетил КоА в цикле Кребса с образованием CO₂ и освобождением H₂. Этот этап протекает одинаково во всех клетках, точнее в матриксе их митохондрий. Цикл Кребса представляет собой замкнутую систему реакций, начинающуюся со взаимодействия ацетил-КоА и щавелево-уксусной кислоты с образованием лимонной кислоты, которая, проходя через ряд стадий, вновь превращается в щавелево-уксусную кислоту. Среди других соединений цикла Кребса особое значение принадлежит изолимонной, -кетоглутаровой, янтарной и яблочной кислотам. Именно эти кислоты подвергаются окислению. Оно катализируется ферментами дегидрогеназами, коферментами которых являются производные витаминов (НАД, ФАД и др). Так, никотиновая кислота входит в состав НАД, а рибофлавин - ФАД. Механизм действия дегидрогеназ заключается в том, что, окисляя вещества, они отщепляют от них атомы водорода, которые присоединяются к коферментам: НАД превращается в НАДН₂, ФАД - в ФАДН₂ и т. д.

Незначительная часть освободившегося водорода H₂ используется для синтеза новых соединений, а большая – окисляется О₂ с образованием H₂O. Именно в ходе этого процесса и происходит освобождение энергии, заключенной в электронах. В организме образование воды происходит через ряд реакций, и благодаря этому энергия электрона выделяется не одномоментно, а постепенно – цепь биологического окисления и включает ряд окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых и происходит перенос H₂(ē) на O₂. В этих реакциях участвуют НАД, ФАД, КоА, цитохромы. Особенностью соединения является их способность, как окисляться, так и восстанавливаться. Освободившаяся часть энергии частично расходуется на образование тепла, а большая часть – на образование АТФ. При этом одни вещества при своем окислении освобождают энергию, достаточную для синтеза 3 молекул АТФ, тогда как другие – только 2 молекулы АТФ. Такой путь синтеза АТФ носит название окислительного фосфорилирования, то есть АТФ образуется путем присоединения к АДФ неорганического фосфата с использованием энергии, освободившейся при окислении различных веществ. Все компоненты цепи биологического окисления и ферменты, участвующие в синтезе АТФ, находятся во внутренней мембране митохондрий. В организме существует и другой путь синтеза АТФ. Определенные вещества в ходе превращений накапливают в своих химических связях достаточное количество энергии, которое они могут передать для синтеза АТФ – субстратное фосфорилирование. Устанавлено, что при окислении 1 моля ацетил – КоА в цикле Кребса образуется 12 молей АТФ, из которых один образуется в результате субстратного фосфорилирования, а остальные – путем окислительного фосфорилирования.