Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Магнитогорский государственный технический университет
им. Г. И. Носова»
Многопрофильный колледж
Конспект лекции по разделу
«Основы цитологии»
Энергетический обмен, или диссимиляция, или катаболизм
учебной дисциплины бд.06 биология
для студентов технических специальностей
Автор-составитель :Преподаватель, к.п.н. ФГБОУ ВО МГТУ им. Г.И.Носова Многопрофильного колледжа Ольга Анатольевна Вильгаук
Магнитогорск
2016
3.2 Энергетический обмен, или диссимиляция, или катаболизм
Это противоположный синтезу процесс, представляет собой совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза и поддержания жизнедеятельности клетки. Отсюда название – энергетический обмен. В клетке идет поэтапно.
У аэробов в три этапа, у анаэробов в 2 (нет кислородного этапа).
Этапы энергетического обмена
1. Подготовительный этап
Сложные веществ распадаются до более простых: молекулы углеводов распадаются до глюкозы, жиров до глицерина и жирных кислот, белки до аминокислот, нуклеиновые кислоты на нуклеотиды.
При этом энергия рассеивается в виде теплоты.
Происходит в лизосомах клетки под действием ферментов.
2. Бескислородный этап, или гликолиз (анаэробное дыхание), или брожение
В цитоплазме клетки молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты С3Н4О3, которая затем восстанавливается в молочную кислоту С6Н6О6. В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ.
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2 АДФ = 2 С3Н6О3 + 2АТФ +2 Н2О
У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (этот этап называют не гликолиз, а спиртовое брожение).
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2 АДФ = 2 С2Н5ОН + 2 СО2 +2АТФ +2 Н2О
Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием 2 молекул АТФ (40% энергии расщепления глюкозы потрачено на их синтез). 60% энергии рассеиваются в виде тепла.
3. Этап аэробного дыхания, или кислородное расщепление, или гидролиз
Продукты расщепления глюкозы попадают в митохондрию, в мембранах которой расположены ферменты, обеспечивающие синтез АТФ. Митохондрии называют «энергетическими станциями» клеток.
Суть процесса аэробного дыхания состоит в окислении молочной кислоты. Это химическая реакция есть отщепление электронов от атомов или ионов. Происходит только в присутствии кислорода, поступающего в наш организм с каждым вздохом.
В результате окисления молочной кислоты образуется Н2О и СО2, который выводиться из организма при выдохе. А энергия запасается в молекулах АТФ.
Процесс в митохондриях идет ступенчато, чтобы организм обеспечивался энергией непрерывно и небольшими порциями, в той мере какой нужно организму.
Окисление 1 молекулы молочной кислоты ведет к образованию 18 молекул АТФ.
Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание. Именно кислород способен окислять органические вещества и при этом выделять много энергии.
Биологическое значение энергетического обмена состоит в том что выделяется тепловая энергия и образуется АТФ, который является источником энергии для процессов жизнедеятельности.
При этом наиболее важны в энергетическом плане молекулы углеводов. Жиры тоже участвуют, но их расщепление требует времени, поэтому если энергия нужна срочно, то организм использует не жиры, а углеводы. Зато жиры – очень богатый источник энергии. Могут окисляться для энергетических нужд и белки, но лишь в крайнем случае, например, при длительном голодании. Белки для клетки – неприкосновенный запас.
Интересно про дыхание……..
Дыхание сначала появилось, как способ удалять кислород из окружающей организм атмосферы и лишь потом стало источником энергии. Приспособившиеся к новой среде анаэробы стали аэробами, получив огромные преимущества.
Но в чистом кислороде, да еще под давлением, все живое довольно скоро погибает. Например, прямое взаимодействие кислорода с липидами вызывает появление ядовитых перекисей и нарушает структуру клеток. Активные соединения кислорода могут повреждать также белки и нуклеиновые кислоты. Защищают клетку от беспорядочного окисления разнообразные ферменты, в том числе разрушитель вредоносной перекиси водорода — каталаза.
Интересно про гликолиз…...
Каждый знает, что после тяжелой физической работы или быстрого бега, мышцы рук или ног как будто деревенеют. Почему так происходит?
Все дело в том. что для быстрого движения мышцам надо много энергии. Однако кислород поступает в мышечные клетки не так быстро, чтобы окислить большое количество глюкозы и других углеводов, высвободив необходимое количество энергии. Поэтому процессы клеточного дыхания останавливаются на стадии гликолиза — бескислородного расщепления глюкозы. Энергии при этом высвобождается немного, зато быстро и в нужный момент.
А усталость в мышцах вызывает накопившаяся молочная кислота, та самая из за которой молоко превращается в простоквашу. Она не дает мускулатуре расслабиться, приготовиться к дальнейшей работе.
Должно пройти какое-то время, чтобы дополнительный кислород успел поступить в клетки и окислить молочную кислоту.
Химическая энергия питательных веществ заключается в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений. Разрыв 1 пептидной связи освобождает 12 кДЖ на 1 моль. А разрыв связей в глюкозе 2800 кДЖ на 1 моль или 180 г глюкозы.
Часть энергии освобождаемой из питательных веществ рассеивается в форме теплоты, а часть аккумулируется, т.е. накапливается в богатых связях АТФ.
Вопросы для самоконтроля
Сколько этапов включает в себя диссимиляция?
На каком этапе образуется АТФ?
Для какого этапа диссимиляции необходим кислород?
Напишите формулу глюкозы, молочной кислоты.
Назовите конечные продукты диссимиляции.
Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ?
Приложенные файлы
