Пояснения к схеме «Синтез АТФ в митохондрии клетки»

Превращение веществ и энергии в процессе диссимиляции включает в себя следующие этапы:

I этап — подготовительный: сложные органические вещества под действием пищеварительных ферментов распадаются на простые, при этом выделяется только тепловая энергия.

Белки -» аминокислоты

Жиры —> глицерин и жирные кислоты

Крахмал —> глюкоза

II этап — гликолиз (бескислородный): осуществляется в гиало­плазме, с мембранами не связан; в нем участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза:

60% теплота

С₆Н₁₂0₆ -> 2С₃Н₄0₃ + 2Н + Q

40% на синтез 2АДФ + 2Ф -» 2АТФ + 2 НАД.Н

глюкоза пировиноградная кислота

IIIэтап — кислородный: осуществляется в митохондриях, свя­зан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной, в нем участвуют ферменты, расщеплению подвергается пировино­градная кислота

С₃Н₄О₃ + ЗН₂О -> ЗСО₂ + 10 Н

СО₂ (диоксид углерода) выделяется из митохондрий в окружаю­щую среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конеч­ный результат которых — синтез АТФ. Эти реакции идут в та­кой последовательности:

1. Атом водорода Н с помощью ферментов-переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрии, образующую кристы, где он окисляется:

Н – ё -> Н⁺

2. Протон Н⁺ (катион водорода) выносится переносчиками на наружную поверхность мембраны крист. Для протонов эта мем­брана, так же как и наружная мембрана митохондрии, непрони­цаема, поэтому они накапливаются в меж-мембранном простран­стве, образуя протонный резервуар.

3. Электроны водорода е переносятся на внутреннюю поверх­ность мембраны крист и тут же присоединяются к кислороду с помощью фермента оксидазы, образуя отрицательно заряжен­ный активный кислород (анион):

О₂ + 2 е -> О₂

4. Катионы и анионы по обе стороны мембраны создают разно­именно заряженное электрическое поле, и когда разность потен­циалов достигнет 200 мВ, начинает действовать протонный канал. Он возникает в молекулах ферментов АТФ-синтетаз, которые встроены во внутреннюю мембрану, образующую кристы. 5 . Через протонный канал протоны Н⁺ устремляются внутрь мито­хондрии, создавая высокий уровень энергии, большая часть кото­рой идет на синтез АТФ из АДФ и Ф (АДФ + Ф -> АТФ), а сами протоны Н⁺ взаимодействуют с активным кислородом, образуя во­ду и молекулярный О₂:

4Н⁺ + 20₂ ^- -> 2Н₂0 + 0₂

Таким образом, О₂, поступающий в митохондрии в процессе ды­хания организма, необходим для присоединения протонов Н⁺, При его отсутствии весь процесс в митохондриях прекращается, так как электронно-транспортная цепь перестает функциониро­вать. Общая реакция III этапа:

2С₃Н₄0₃ + 6О₂ + 36АДФ + З6Ф -> 6СО₂ + 36АТФ + 42Н₂О

В результате расщепления одной молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ: на II этапе — 2 АТФ и на III этапе — 36 АТФ. Об­разовавшиеся молекулы АТФ выходят за пределы митохондрии и участвуют во всех процессах клетки, где необходима энергия. Рас­щепляясь, АТФ отдает энергию (одна фосфатная связь заключает 40 кДж) и в виде АДФ и Ф (фосфата) возвращается в митохондрии.