§ 39. Анаеробні процеси енергетичного обміну

Поміркуйте

Гліколіз дає клітині набагато менше молекул АТФ, ніж, наприклад, процес окисного фосфорилювання. Чому тоді його продовжують активно використовувати живі організми?

Згадайте

Катаболізм

Роль АТФ

Субстрати та продукти реакції

Катаболізм і клітинне дихання

Як вам уже відомо, катаболізм (енергетичний обмін, дисиміляція) — це процес розпаду складних речовин на більш прості, що зазвичай перебігає зі звільненням енергії.

До процесів катаболізму належить клітинне, або тканинне, дихання — сукупність реакцій біологічного окиснення органічних речовин, у яких організми отримують енергію, необхідну для життєдіяльності. Ця енергія запасається в хімічних зв’язках макроергічних сполук (АТФ та ін.), які є універсальним джерелом енергії для біохімічних процесів.

Виділяють два основні типи клітинного дихання: анаеробне (безкисневе) та аеробне (кисневе).

За анаеробного дихання окиснення органічних речовин і одержання енергії відбувається без участі кисню. При цьому розщеплення органічних речовин є неповним і виділяється незначна кількість енергії. До процесів анаеробного дихання належать гліколіз і різні види бродіння.

За аеробного дихання окиснення органічних речовин і одержання енергії відбувається за участю кисню. Розщеплення органічних речовин є повним і відбувається з утворенням кінцевих продуктів окиснення H2O і CO2. У результаті аеробного дихання виділяється і запасається багато енергії. Загальна формула біологічного окиснення має вигляд:

Етапи катаболізму

I етап, підготовчий

Відбувається у травному каналі. Складні органічні сполуки розпадаються на прості під дією травних ферментів. Виділяється тільки теплова енергія.

II етап, безкисневий (гліколіз)

Відбувається у цитоплазмі клітини без участі кисню. Молекула глюкози розщеплюється з утворенням 2 молекул піровиноградної кислоти. Енергія використовується для синтезу 2 молекул АТФ.

III етап, кисневий (аеробне клітинне дихання)

Здійснюється у мітохондріях за участю кисню. Утворюються кінцеві продукти окиснення — H2O і CO2. У результаті розщеплення 2 молекул піровиноградної кислоти синтезується 36 молекул АТФ.

Гліколіз

Гліколіз — це анаеробний процес окиснення глюкози, який є одним з джерел АТФ для клітини. Окрім цього, у процесі гліколізу утворюються сполуки, які використовуються в подальших процесах клітинного дихання.

Процес гліколізу відбувається у цитоплазмі клітини і складається з 10 послідовних біохімічних реакцій. У результаті цих реакцій з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули пірувату (піровиноградної кислоти).

Підготовчий етап гліколізу відбувається з витратою енергії двох молекул АТФ, а на останньому етапі синтезуються чотири молекули АТФ. Таким чином, енергетичний баланс гліколізу становить дві молекули АТФ на одну молекулу глюкози (мал. 39.1).

Сумарне рівняння гліколізу:

У процесі гліколізу синтез АТФ відбувається шляхом субстратного фосфорилювання, за якого залишок фосфатної кислоти (H2PO3) переноситься на АДФ безпосередньо від високоенергетичних фосфорильованих сполук (у даному випадку проміжних продуктів гліколізу). Субстратне фосфорилювання порівняно з окисним фосфорилюванням (див. § 40) дає незначну кількість молекул АТФ.

Але великою перевагою гліколізу є те, що для нього не потрібен кисень. Саме тому м’язи людини можуть працювати навіть за нестачі кисню під час великих фізичних навантажень. Необхідну енергію вони отримують завдяки гліколізу.

Гліколіз виник ще на ранніх стадіях еволюції і сьогодні є одним з основних метаболічних процесів у всіх живих організмів. В аеробних організмів кінцеві продукти гліколізу підлягають подальшим перетворенням у біохімічних циклах, що належать до аеробного клітинного дихання. В анаеробних організмів піруват далі підлягає бродінню. А для деяких анаеробів гліколіз залишається єдиним способом одержання енергії.

Бродіння

Бродіння — це анаеробний процес окиснення вуглеводів, який дозволяє клітинам отримувати енергію у вигляді молекул АТФ. Першим етапом бродіння є гліколіз. На наступному етапі залежно від типу бродіння з продукту гліколізу (пірувату) утворюються спирт, молочна і лимонна кислоти або інші сполуки.

Більшість типів бродіння здійснюють мікроорганізми. Залежно від того, які речовини утворюються, виділяють декілька різновидів бродіння.

Під час молочнокислого бродіння (наприклад, у молочнокислих бактерій) утворюється молочна кислота:

Спиртове бродіння (здійснюється дріжджами і деякими бактеріями) характеризується утворенням молекул етанолу і вуглекислого газу:

За оцтовокислого бродіння (оцтовокислі бактерії) продуктом є оцтова кислота:

Відомі також маслянокисле, лимоннокисле та інші види бродіння.

Бродіння посідає надзвичайно важливе місце серед природних процесів. У живій природі саме бродіння забезпечує енергією ті організми, які живуть у безкисневих умовах.

Бродіння відбувається і в організмі людини. За великих навантажень у клітинах з пірувату внаслідок бродіння утворюється молочна кислота, накопичення якої призводить до болю в м’язах після фізичних вправ.

Людина використовує бродіння для одержання багатьох харчових продуктів. Наприклад, отримання кисломолочних продуктів (сметани, кефіру, сирів, йогурту), квашених овочів, силосування кормів пов’язано з діяльністю молочнокислих бактерій. Спиртове бродіння використовується для випікання хліба.

Мал. 39.1. Схема гліколізу

Ключова ідея

Клітинне дихання — сукупність реакцій біологічного окиснення органічних речовин, у яких організми отримують енергію, необхідну для життєдіяльності. Основними типами клітинного дихання є анаеробне (безкисневе) та аеробне (кисневе). До процесів анаеробного дихання належать гліколіз і бродіння. Гліколіз є одним з основних метаболічних процесів в усіх живих організмів. У результаті гліколізу з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули пірувату і дві молекули АТФ.

Запитання та завдання

1. Яке значення має гліколіз для організму людини? 2. Чому саме гліколіз, а не кисневе дихання, є універсальним способом отримання енергії клітиною? 3. Розгляньте детальніше використання людиною різних видів бродіння.

скачать dle 11.0фильмы бесплатно