Биоэнергетика.

Живые существа нуждаются в постоянном притоке свободной энергии для выполнения трех основных задач:

1. Для преобразования механической работы в мышечные сокращения и другие формы клеточного движения.

2. Для активного транспорта молекул в организме.

3. Для синтеза макромолекл из простых преддшествеников.

Используемая для этих целее свободная энергия поддерживает организм в неустойчивом состоянии, т.е. состоянии далеком от равновесия и поступает из окружающей среды. Все организмы делятся на два типа: фототрофы – используют солнечную энергию и хемотрофы – получают энергию путем окисления пищевых продуктов.

Свободная энергия, прежде чем быть использованной в процессах движения, активного транспорта, синтеза должна быть преобразована в специальную форму удобную для организма. Таким специальным носителем свободной энергии является АТФ или ДТФ, УТФ, ЦТФ.

Центральная роль АТФ в обмене энергией была раскрыта в 1941 г. Активный комплекс АТФ – аденозинтрифосфат с ионами магния, кальция. При гидролизе АТФ выделяется большое количество энергии. Количество свободной энергии зависит от ионной среды и концентрации магния и кальция. Используют среднее значение 7,3 ккал/моль. АТФ как образуется, также сразу используется. В обычной клетке АТФ расходуется через несколько мин после образования.

Макроэргические связи разрываются с выделением энергии. Аденозинмонофосфат – эфирная связь, которая разрывается с выделением 3 ккал/моль.

Синтез АТФ может осуществляться как на субстратном уровне (неустойчивый субстрат превращается в стабильную форму). Основная масса АТФ образуется в процессе дыхания – фосфорилирование, сопряженное с дыханием.

Окислительное фосфорилирование.

Лекция №12

Фокислительное фосфорилирование.

Процесс дыхания и сопряженный процесс фосфорилирования локализован в митохондриях. Это особые органоиды клеток (энергетические станции клеток), обнаруживаются во всех клетках животных и растений, представляют собой овальные тельца 0,5-3мкм (петельки, палочки). В клетке в зависимости от её функций может находиться от нескольких десятков до тысяч. В клетках митохондрии распределяются равномерно, но их больше расположено в активных местах клетки, где происходит биосинтез. Структура изучена электронной микроскопией.

Состоит из наружной и внутренней мембран. Внутри матрикс – желеобразная масса и межмембранное пространство.

Митохондриальные мембраны представляют собой липопротеидные структуры, толщиной 5-7 нм. Многочисленные складки внутренней мембраны – кристы.

Внутренняя мембрана со стороны матрикса имеет многочисленные грибовидные выросты – элементарные тельца. Представляют собой АТФ-азы.

Наружная мембрана гладкая, хорошо проницаемая для веществ, имеющий молекулярную массу меньше 10 000.

Количество липидов и белков в наружной мембране 1:1. В ней содержатся ферменты и белки-переносчики.

Все процессы расщепления происходят в митохондрии.

Внутренняя мембрана не проиницаема для большинства веществ, а также для заряженных частиц Н⁺, ОН^-, а могут проходить молекулы с Ar 150 (аминокислоты). Через неё может проходить ещё кислород.

Отношение фосфолипидов к белкам 1:3.

Внутренняя мембрана во всех клетках выполняет функцию сопряжения окисления с синтезом АТФ (т.е. дыхание с фосфорилированием).

Внутренняя мембрана содержит все ферменты синтеза АТФ и дыхательной цепи.

У бактерий митохондрий нет, но аэробное коисление и фосфорилирование проходят в цитоплазматической мембране и в мезосомах – особых мембранных образованиях.

Как расположены все ферменты во внутренней мембране митохондрии?

Двойной липидный слой

b, c1, c, a, a3 – цитохромы