Обмен веществ и энергии: энергетический обмен. Лекция 13

1.

Лекция 13
Тема: Обмен веществ и
энергии: энергетический
обмен

2.

План урока
• Этапы энергетического обмена
Цели урока
• уметь объяснять сущность понятия «энергетический обмен»
• знать стадии диссимиляции
Разминка
• Что такое диссимиляция?
• Из каких этапов состоит энергетический обмен?

3.

Этапы энергетического обмена
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления
органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.
Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется
клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений.
АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки.
Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования —
присоединения неорганического фосфата к АДФ.
У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа
энергетического обмена:
I. Подготовительный,
II. Бескислородное окисление и
III. Кислородное окисление.
У анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке
кислорода два этапа:
I. Подготовительный,
II. Бескислородное окисление.

4.

Подготовительный этап
Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых:
белковые молекулы — до пептидов (короткие цепочки белков) или аминокислот, жиры — до
глицерина и карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до
нуклеотидов. Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или
ферментами
желудочно-кишечного
тракта,
или
ферментами
лизосом.
Вся
высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Образовавшиеся
небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного
материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

5.

Бескислородное окисление, или гликолиз
Этот этап заключается в дальнейшем
расщеплении
органических
веществ,
образовавшихся во время подготовительного
этапа, происходит в цитоплазме клетки и в
присутствии
кислорода
не
нуждается.
Главным источником энергии в клетке является
глюкоза.
Процесс
бескислородного
неполного
расщепления глюкозы — гликолиз.
Гликолиз
—
сложный
многоступенчатый
процесс. Одна молекула глюкозы в результате
цепочки
ферментативных
реакций
превращается
в
две
молекулы
пировиноградной кислоты (ПВК), при этом
суммарно образуются 2 молекулы АТФ и
восстановленная
форма
переносчика
водорода НАД · 2Н.

6.

Дальнейшая судьба ПВК зависит от
присутствия кислорода в клетке. Если
кислорода нет, у дрожжей и растений
происходит спиртовое брожение, при
котором
сначала
происходит
образование уксусного альдегида, а
затем этилового спирта.
У животных и некоторых бактерий при
недостатке
кислорода
происходит
молочнокислое
брожение
с
образованием молочной кислоты. В
результате гликолиза одной молекулы
глюкозы высвобождается энергия, 80
процентов которой рассеивается в виде
тепла, а 20 процентов запасается в виде
макроэргических связей в молекулах
АТФ.

7.

Кислородное окисление, или
дыхание
В третьем этапе энергетического обмена участвуют продукты, которые
образовались на втором этапе и которые ещё можно окислить для
получения энергии. На этом этапе роль окислителя выполняет кислород
воздуха, получаемый в результате внешнего дыхания, а окисление
молочной кислоты или этилового спирта происходит до конечных
продуктов: СО2 и Н2О. АТФ на этом этапе образуется гораздо больше,
чем на предыдущем. В результате полного окисления одной молекулы
глюкозы образуется 38 молекул АТФ. 2 молекулы АТФ в ходе
гликолиза и 36 молекул АТФ в ходе кислородного этапа в митохондриях.
Эффективность полного окисления глюкозы до углекислого газа и воды
очень высока: около 55 % освобождающейся энергии запасается в виде
макроэргических связей в молекулах АТФ, а 45 % рассеивается в виде
тепла. Таким образом, коэффициент полезного действия этого процесса
составляет 55 %.
Третий этап энергетического обмена называют также клеточным
дыханием, поскольку в нём активно используется кислород воздуха.
Реакции клеточного дыхания проходят в митохондриях. Для получения
энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие
вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене
у большинства организмов принадлежит сахарам.
Рис 1. Этапы энергетического
обмена

8.

Итак, главным продуктом реакций
энергетического обмена является АТФ —
соединение, содержащее в своём
составе две макроэргические связи.
Энергия, запасённая в этих связях,
необходима для обеспечения всех
процессов жизнедеятельности клеток и
организма в целом. Она тратится на
процессы
синтеза
самых
разных
органических
веществ,
на
осуществление
различных
видов
движения,
переноса
через
биологические мембраны ионов и
других веществ, на процессы секреции
и т. д. Таким образом, АТФ является
«универсальной
энергетической
валютой»
клеток
—
веществом,
обеспечивающим
связь
между
процессами
диссимиляции
(энергетического
обмена)
и
ассимиляции (пластического обмена).

9.

Итоги
Энергетический обмен в клетке происходит в три этапа:
подготовительный, ферментативный и клеточное дыхание. В
результате в клетках запасается универсальный источник
энергии — АТФ.

10.

Проверь себя
1. Что такое энергетический обмен?
2. В чём заключается суть гликолиза?
3.Сколько АТФ образуется в результате энергетического обмена?
4. Какой этап энергетического обмена называют клеточным
дыханием?