Энергетический обмен. Брожение и дыхание (аэробное и анаэробное). Определение и характеристика процессов.

Живая клетка как известно постоянно нуждается в притоке энергии. Её она извлекает в процессе метаболизма, или – обмена веществ путем регулируемых и контролируемых превращений различных соединений внутри клетки.

Источники энергии – питательные или иные вещества, поступающие из внешней среды.

Различают:

1. Катаболизм – расщепление веществ на их структурные составляющие;

2. Анаболизм – синтез качественно новых соединений, каким-либо образом надобных клетке, как правило из низкомолекулярных соединений ( к примеру – синтез белков (макромолекул) из аминокислот (микромолекул), или нуклеиновых кислот из пуриновых и пиримидиновых оснований и.т.д.

3. Иногда, отдельно выделяют амфиболизм – характеризующий реакции промежуточного обмена между катаболизмом и анаболизмом.

Живая клетка задействует множество циклов, которые непосредственно взаимосвязаны между собой. Отразим эту связь на примере использования такого субстрата, как глюкоза

1. Глюкоза расщепляется пополам на два трехуглеродных фрагмента в ходе какого-либо пути гликолиза , которые переходят в 2 молекулы ПВК (пируват);

2. В результате окислительного декарбоксилирования пирувата образуются двухуглеродные соединения – ацетил-кофермент А;

3. Молекулы ацетил-кофермента А связываются с оксалоацетатом, и включаются в Цикл Трикарбоновых Кислот.;

4. Атомы водорода (или такие восстановительные эквиваленты как НАД ФАД), отщепившиеся на разных этапах окисления органических веществ поступают в АТФ-регенирирующую систему дыхательной цепи. (окислительное фосфореллирование).

В ходе данных процессов синтезируются как АТФ, так и различные органические кислоты (преимущественно на 3 этапе), восстановительные эквиваленты, выделяется CO2. Перейдем к более точному описанию каждого этапа.

Гликолиз.

Несколько путей ведут от глюкозы к трехатомным соединениям углерода, к которым относится и пируват – один из важнейших промежуточных продуктов метаболизма.

Рассмотрим следующие схемы:

1. Путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса (характерный продукт – фруктозо-1,6-бифосфат);

2. Пентозофосфатный путь ( Варбурга-Диккенса-Хореккера) (характерный продукт –рибулозо-5-фосфат);

3. Путь Энтнера-Дудорова, встречается только у бактерий (характерный продукт – КДФГ (2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат) ).

1.

Путь Эмбдена-Мейергофа-Парнаса.

Ферменты:

1. Гексокиназа; (реакция фосфореллирования молекулы глюкозы для её активации)

2. Глюкозо-6-фосфат-изомераза; (реакция изомерного преобразования)

3. Фосфофруктокиназа; ( необратимая реакция фосфореллирования);

Эти 3 реакции представляют собой подготовительный этап.

4. Альдолаза (реакция альдольного расщепления)

5. Триозофосфатизомераза

6. 3-ФГА дегидрогеназа (реакция окисления НАД, фосфореллирование)

7. Фосфоглицераткиназа (на молекулу АДФ переносится остаток фосфорной кислоты с образование АТФ).

8. Фосфоглицератмутаза

9. Енолаза

10. Пируваткиназа (реакция субстратного фосфореллирования).

Итоговый выход – 2 молекулы пирувата, 2 молекулы НАДН2 и 2 АТФ.

2.