Способы получения энергии в клетке - Основы биоэнергетики

Антуан Лавуазье в конце XVIII века показал, что животный организм потребляет из воздуха кислород и выделяет углекислый газ. Сделал вывод, что горение и окисление - это одно и то же, что биологическое окисление представляет собой "медленное горение", происходящее в присутствии воды и при низкой температуре.

В конце XIX века русские исследователи А. Н. Бах и В. И. Палладин, работая независимо друг от друга, предложили 2 основные теории для объяснения процессов, протекающих в ходе Биологического окисления.

1-я теория: Алексей Николаевич Бах (1857-1946) полагал, что в живых клетках существуют особые ферменты - "Оксигеназы", которые взаимодействуют с кислородом, образуя перекиси. Сам кислород является не очень активным окислителем. Зато перекиси ("Активный кислород") являются очень сильными окислителями и способны передавать кислород окисляемому веществу.

Эта теория известна как "перекисная" или "Теория активации кислорода".

2-я теория: Владимир Иванович Палладин (1859-1922) создал теорию "Активации водорода". Считал, что универсальным путем окисления является отнятие от веществ (субстратов) водорода с участием специальных ферментов - Хромогенов. После этого водород, может передаваться или на молекулу кислорода с образованием воды, или на другие молекулы, восстанавливая их.

Впоследствии теория В. И. Палладина блестяще подтвердилась для процессов митохондриального окисления, а ферменты, принимающие непосредственное участие в отнятии водорода от субстратов, в настоящее время называются Дегидрогеназами.

Согласно Современной теории биоокисления в нашем организме окисление может происходить двумя способами:

    1. Путем Отнятия Водорода от окисляемого субстрата: сюда относятся Митохондриальное окисление. 2. Путем Присоединения кислорода к окисляемому субстрату - так происходит внемитохондриальное Окисление оксигеназного типа (старое название - Микросомальное окисление).

Биологическое окисление представляет собой совокупность реакций окисления, протекающих во всех живых клетках. Основной функцией этого процесса является обеспечение организма энергией в доступной для использования форме (прежде всего в форме АТФ). Принципиальной особенностью биологического окисления, или тканевого дыхания, является то, что оно протекает постепенно, через многочисленные промежуточные ферментативные стадии, т. е. происходит многократная передача протонов и электронов или только электронов от одного соединения - Донора к другому - Акцептору; при этом протоны транспортируются лишь частью промежуточных переносчиков. У аэробов конечным акцептором электронов и протонов служит Кислород.

Биологическое окисление подразделяют на три этапа:

1-й этап. Образование мономеров из полимеров.

Белки ----------->Аминокислоты

Крахмал --------->глюкоза

Жиры ------------>глицерин + жирные кислоты

    2-й Этап. Превращение мономеров в пировиноградную кислоту и ацетил-КоА. 3-й Этап. Превращение Ацетил-КоА в конечные продукты катаболизма: СО2 и Н2О.
схема этапов катаболизма

Рис. Схема этапов катаболизма

В клетке существуют Четыре основных процесса, обеспечивающих высвобождение энергии из химических связей:

    1. Гликолиз (2 этап биологического окисления) - окисление молекулы Глюкозы до двух молекул Пировиноградной кислоты, при этом образуется 2 молекулы АТФ И НАДН (Анаэробный этап гликолиза). Далее пировиноградная кислота в Аэробных условиях превращается в Ацетил-КоА, в Анаэробных условиях - в Молочную кислоту (лактат). 2. В-Окисление жирных кислот (2 этап биологического окисления) - окисление жирных кислот до Ацетил-КоА. Образуются только молекулы НАДН И ФАДН2. 3. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, 3 этап биологического окисления) - окисление ацетильной группы Ацетил-КоА или некоторых Кетокислот ЦТК с образованием:
      - в процессе субстратного фосфорилирования - одна молекулы ГТФ (в дальнейшем макроэргическая связь переносится на АТФ); - трех молекул восстановленного кофермента НАДН и одной молекулы ФАДН2; - В процессе полного цикла окисления образуется две молекулы углекислого газа.
    4. Образование трансмембранного протонного градиента (потенциала) с помощью ферментов цепи переноса электронов (цепи тканевого дыхания (ЦТД) путем окисления, полученных в предыдущих реакциях восстановленных динуклеотидов - НАДН и ФАДН2. За счет энергии полученного градиента синтезируется основная масса АТФ в клетке. Так как при этом электроны передаются на кислород - процесс получения макроэрга носит название окислительное фосфорилирование (3 этап биологического окисления).

Похожие статьи




Способы получения энергии в клетке - Основы биоэнергетики

Предыдущая | Следующая