4. Енергетичний обмін та його етапи.

Енергетичний обмін організмів здійснюється у три послідовних етапи: підготовчий, безкисневий (анаеробне дихання) та кисневий (аеробне дихання).

І. Підготовчий етап енергетичного обміну.

Підготовчий етап енергетичного обміну у більшості багато­клітинних тварин і людини відбувається у шлунково-кишковому тракті, а також у цитоплазмі клітин одноклітинних організмів. На цьому етапі великі органічні молекули під дією ферментів розщеплюються до мономерів. Ці процеси перебігають з вивільненням незначної кількості енергії, яка розсіюється у вигляді теплоти.

ІІ. Анаеробний етап енергетичного обміну (безкисневе неповне розщеплення).

Цей етап енергетичного обміну відбу­вається в клітинах. Мономери, що виникли на попередньому етапі, зазнають подальшого багатоступеневого розщеплення без участі кис­ню. Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну є розщеплення в клітинах молекул глюкози переважно шляхом глі­колізу – складного багатоступеневого процесу розщеплення молекули глюкози на дві молекули піровиноградної (С₃Н₄О₃) або (особливо у м'язових клітинах) молочної кислоти (С₃Н₆О₃), а також молочнокислого і спиртового бродіння (у деяких дріжджів і бактерій; ці реакції подібні до реакцій гліколізу, за винятком кінцевого етапу).

Сумарне рівнян­ня гліколізу має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ = 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2Н₂О

піровиноградна кислота

Сумарне рівнян­ня молочнокислого бродіння має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ = 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О

молочна кислота

Сумарне рівнян­ня спиртового бродіння має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ = 2С₂Н₅ОН + 2АТФ + 2Н₂О + 2СО₂

етиловий спирт

Під час анаеробного етапу енергетичного обміну виділяється близько 200 кДж енергії. Частина її (майже 84 кДж) витрачається на синтез двох молекул АТФ, а реш­та (приблизно 116 кДж) - розсіюється у вигляді теплоти. Таким чином, процес гліколізу енергетично малоефективний лише 35-40% енергії акумулюється у макроергічних зв'язках АТФ. Це пояснюється тим, що кінцеві продукти гліколіз все ще містять у собі чимало зв'язаної енергії.

ІІІ. Аеробний етап енергетичного обміну (кисневе повне розщеплення).

Кисневий (аеробний) етап енергетичного обміну можливий лише в аеробних умовах (за наявності кисню), коли органічні сполуки, що утво­рилися на безкисневому етапі, окислюються в клітинах до кінцевих про­дуктів - СО₂ та Н₂О. Цей процес називають тканинним диханням. Воно відбувається в мітохондріях. У внутрішній мембрані мітохондрій розміщений так званий дихальний ланцюг. Його основу утворю­ють переносники електронів, які входять до складу ферментних комплексів, що каталізують окиснювально-відновні реакції. Впродовж аеробного етапу ви­діляється 2600 кДж енергії, що забезпечує синтез 36 молекул АТФ.

Сумарне рівняння аеробного дихання має такий вигляд:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36Н₃РО₄ + 36АДФ = 6СО₂ + 36АТФ + 36Н₂О

Сумарне рівняння ІІ і ІІІ етапів енергетичного обміну має такий вигляд:

С₆Н₁₂О₆ + 38АДФ + 38Н₃РО₄ + 6О₂ = 38АТФ + 6СО₂+ 44Н₂О

У ході цих процесів виділяється близько 2800 кДж енергії, з якої запасається 1596 кДж, або 55% (у вигляді макроергічних зв'язків АТФ), а 45% - розсіюється у вигляді теплоти. Отже, основну роль у забезпе­ченні клітин енергією відіграє аеробний етап енергетичного обміну.