Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

1.2.2. Структурно-химическая и функциональная организация клеток еукаріотичних

1.2.2.7. Организация потоков веществ и энергии в клетке

В клетке постоянно осуществляется поток веществ и энергии. Суть потока веществ заключается в непрерывном поступлении в клетку органических и неорганических соединений и выведении конечных продуктов метаболизма. Поток энергии - это совокупность реакций расщепления органических веществ с освобождением энергии химических связей, которая аккумулируется в макроэргических связях АТФ и используется в дальнейшем клеткой.

Энергетический обмен происходит в несколько этапов: подготовительный, бескислородный и кислородный.

На подготовительном этапе с помощью пищеварительных ферментов крупные органические молекулы расщепляются на мономеры: белки - до аминокислот, жиры - до глицерина и жирных кислот, полисахариды - до моносахаридов, нуклеиновые кислоты - до нуклеотидов. Энергия, которая при этом высвобождается, рассеивается в виде тепла.

Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена происходит в клетках. На данном этапе молекулы глюкозы расщепляются путем гликолиза на две молекулы пировиноградной (С₃Н₄О₃) или (особенно в мышечных клетках) молочной кислоты (С₃Н₆О₃). Суммарное уравнение гликолиза имеет следующий вид:

Во время гликолиза выделяется около 200 кДж энергии. Часть ее (около 80 кДж) расходуется на синтез двух молекул АТФ, а остальные (примерно 120 кДж) - рассеивается в виде тепла. Несмотря на низкую эффективность, гликолиз имеет чрезвычайно большое физиологическое значение. Благодаря ему организм может получать энергию в условиях дефицита кислорода, а его конечные продукты (пировиноградная и молочная кислоты) подвергаются дальнейшего ферментативного превращения в аэробных условиях.

Кислородный (аэробный) этап энергетического обмена возможен только в аэробных условиях (при наличии кислорода), когда органические соединения, образовавшиеся на бескислородной этапе, окисляющиеся в клетках до конечных продуктов СО₂ и Н₂О. Окисление соединений связано с отщеплением от них водорода, который передается с помощью особых биологически активных веществ-переносчиков до молекулярного кислорода с образованием молекулы воды. Этот процесс называют тканевым дыханием. Он происходит в митохондриях и сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в макроэргических связях молекул АТФ (окиснювальне фосфорилирования). Суммарное уравнение аэробного дыхания выглядит так:

Таким образом, на кислородном этапе образуется в восемнадцать раз больше АТФ, чем на бескислородной.

Универсальной веществом, которая накапливает энергию в процессе энергетического обмена, является аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). Молекула АТФ - это нуклеотид, состоящий из остатков азотистого основания (аденина), углевода (рибози) и трех остатков фосфорной кислоты.

Если под действием фермента отщепляется один остаток фосфорной кислоты, АТФ превращается в аденозиндифосфат (АДФ) с высвобождением около 40 кДж энергии. Когда от молекулы АТФ відщеплюються два остатки фосфорной кислоты, образуется аденозинмонофосфат (АМФ), при этом высвобождается около 80 кДж энергии. Молекула АМФ также может расщепляться.

Итак, во время расщепления АТФ выделяется большое количество энергии, которая используется для синтеза необходимых организму соединений, поддержание определенной температуры тела и т.д. С другой стороны, часть энергии взрыва расходуется на синтез АТФ из АДФ или АМФ и молекул фосфорной кислоты, которые связываются макроергічними связями (возникают между остатками фосфорной кислоты в молекулах АДФ или АТФ). Таким образом, молекулы АТФ является универсальным химическим аккумулятором энергии в клетках. Химическая природа макроэргических связей окончательно еще не выяснена.