Тема 2: клітинне дихання.

Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

1. Клітинне дихання.

1 . Клітинне дихання.

Клітинне дихання — це сукупність біохімічних реакцій, у ході яких відбувається окиснення вуглеводів, ліпідів і амінокислот до вуглекислого газу і води.

Вивільнена енергія запасається в хімічних зв'язках молекул АТФ та інших енергетичних молекул. Далі ця енер­гія використовується для різних потреб клітини, у тому числі й для реакцій біосинтезу.

Клітинне дихання є останнім етапом енергетичного обміну.

На першому, підготовчому, етапі енергетичного обміну вели­кі органічні молекули розкладаються на дрібніші компоненти. У ході цих перетворень виділяється мало енергії, вона розсіюється у вигляді тепла і АТФ не утворюється.

Другий етап енергетичного обміну — неповне безкисневе розщеп­лення речовин — відбувається в цитоплазмі клітин. Речовини, що утворилися під час підготовчого етапу, розкладаються за допомогою ферментів за відсутності кисню. Прикладом безкисневого розщеп­лення речовин є гліколіз — ферментативне розщеплення глюкози. Гліколіз відбувається у тваринних клітинах і в деяких мікроорганіз­мів. У процесі гліколізу з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули трикарбонової піровиноградної кислоти С₃Н₆0₃, а енергії, що вивільняється при цьому, достатньо для перетворення двох моле­кул АДФ на дві молекули АТФ.

Третій етап енергетичного обміну — повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання, — відбувається в матриксі і на кристах мітохондрій в присутності кисню.

Продукт гліколізу — піровиноградна кислота — містить значну кількість енергії, і подальше її вивільнення відбувається в мітохондріях, де здійснюється повне окиснення піровиноградної кисло­ти до С0₂ та Н₂0.

Процес клітинного дихання можна поділити на три стадії:

1. окисне декарбоксилювання піровиноградної кислоти;

2. цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса);

3. заключна стадія окиснення — електронно-транспортний лан­цюг.

На першій стадії піровиноградна кислота взаємодіє з речови­ною, яку називають коензимом А (скорочено КоА), у результаті чого утворюється ацетилкоензим-А (ацетил-КоА) з високоенергетичним зв'язком.

Друга стадія — цикл Кребса названий так на честь англійського дослідника Ганса Кребса, який його відкрив. У цикл Кребса вступає ацетил-КоА, утворений на попередній стадії. Ацетил-КоА взаємодіє з щавлевооцтовою кислотою (чотирикарбонова сполука). Далі у результаті циклу Кребса розкладається молекула піровиноградної кислоти, виділяється С0₂ й утворюються енергетичні молекули.

Третя стадія — електронно-транспортний ланцюг. На цьому етапі синтезуються енергетичні молекули АТФ. При цьо­му використовуються спеціальні переносники електронів, які роз­ташовані на внутрішній мембрані мітохондрій у вигляді ланцюга. Завдяки дії електронно-транспортного ланцюга виникає різниця потенціалів за рахунок того, що з одного боку мембрани концент­руються електрони, а з другого — протони. Енергія цієї різниці по­тенціалів також витрачається для синтезу АТФ.

У результаті розщеплення у процесі клітинного дихання двох мо­лекул піровиноградної кислоти синтезується в цілому 36 молекул АТФ. Сумарне рівняння енергетичного обміну має вигляд:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ + 6Н₂0 + 38АДФ + 38Н₃Р0₄ 6С0₂ + 12Н₂0 + 38АТФ.

На другому етапі енергетичного обміну синтезується 2 молекули АТФ, на третьому — 36 молекул АТФ.

Таким чином, кисневе розщеплення дає енергії у 18 разів більше, ніж її запасається у результаті гліколізу.