Основные этапы преобразования энергии в живом организме

Свободная энергия, используемая в живом организме для поддержания стационарного состояния и выполнения различной биологической работы поступает извне в виде химической энергии пищевых веществ. Чтобы высвободить энергию, заключенную в их молекулах, и преобразовать ее в доступную для использования форму, поступившие в организм вещества должны быть подвергнуты ряду специфических превращений в ходе реакций внутриклеточного метаболизма. В совокупности метаболических реакций, связанных с преобразованием энергии в организме, следует выделять: 1) первичную «энергопоставляющую» реакцию, где наблюдаются небольшие изменения свободной энергии (такие реакции выполняют роль биологического генератора энергии); 2) реакцию (или серию последовательных реакций), где выделившаяся свободная энергия связывается в промежуточном соединении, способном к дальнейшему переносу энергии (энергетическое сопряжение); 3) реакцию синтеза стабильного макроэргического соединения, аккумулирующего свободную энергию, которая освобождается в ходе метаболических превращений (в роли такого аккумулятора энергии в большинстве случаев выступает АТФ); 4) реакции, связанные с использованием энергии макроэргических соединений, для синтеза сложных биоорганических соединений и для выполнения различного рода биологической работы.

Основным генератором энергии для процессов жизнедеятельности служит окисление пищевых веществ. Свободная энергия, освобождаемая в процессах окисления, при участии специальных механизмов сопряжения может быть эффективно преобразована в удобную для хранения и транспортировки форму молекул АТФ (это происходит в процессах субстратного и окислительного фосфорилирования). Синтезируемая сопряженно с процессом окисления АТФ составляет в живой клетке тот основной запас энергии, который используется для выполнения различных видов биологической работы и при биосинтезе органических соединений.

Биологическое окисление и процессы энергетического сопряжения

Биологическое окисление представляет собой совокупность процессов окисления, протекающих во всех живых клетках.

Основной функцией данного процесса является обеспечение организма энергией в доступной для использования форме (прежде всего в форме АТФ). Эта энергия необходима для процессов роста, анаболизма, транспорта веществ через мембраны, создания электрических потенциалов, механической работы, выработки тепла и т.п. Кроме того, при посредстве реакций биологического окисления происходит обезвреживание чужеродных соединений, продуктов обмена веществ, а также регуляция обмена веществ в клетках.

Разнообразные реакции биологического окисления ускоряются многочисленными ферментами класса оксидоредуктаз.

Принципиальной особенностью биологического окисления является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные промежуточные ферментативные стадии, т.е. происходит многократная передача протонов и электронов или только электронов от одного соединения – донора к другому – акцептору. У аэробов конечным акцептором электронов и протонов служит кислород, в этом случае процессы биологического окисления называют тканевым дыханием.

Многоступенчатый характер окислительных процессов в живой клетке обеспечивает постепенное освобождение энергии. Постепенное освобождение энергии уменьшает рассеивание ее и предохраняет клетку от разрушительного влияния тепловой энергии, которая при непосредственном взаимодействии окисляемого субстрата с кислородом освободилась бы одномоментно.