Энергетический обмен в клетке. АТФ, ее биологическое значение.

Энергетический обмен(диссимиляция) – это совокупность реакций расщепления веществ, экзотермический процесс, при котором происходит распад веществ. По типу диссимиляции организмы могут быть аэробными ( живущими в кислородной среде) и анаэробными ( обитающие в среде, лишённой кислорода).при аэробном метаболизме молекулы органических веществ полностью окисляются молекулярным кислородом до углекислого газа и воды. Вся энергия, заключенная в химических связях, высвобождается и идёт на синтез молекулы АТФ.энергетический обмен происходит в 3 этапа:

1. (подготовительный). Сложные органические соединения распадаются на более простые: белки – на аминокислоты, н.к. – нуклеотиды, олигосахариды – моносахариды, жиры – глицерин и жирные кислоты; образующиеся в результате распада органические вещества подвергаются дальнейшему расщеплению, другая часть используется клеткой как строительный материал для синтеза своих органических соединений. Энергия, освобождающаяся на подготовительном этапе, рассеивается в виде тепла.

2.Неполное окисление (бескислородный) образовавшиеся на подготовительном этапе вещества подвергаются дальнейшему расщеплению. При этом освобождается энергия. Часть этой энергии сохраняется в АТФ. Другая часть рассеивается в клетке в виде тепла. Этот процесс называется неполное окисление. Протекает без присутствия кислорода – анаэробно. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное расщепление называется гликолизом. Этот процесс идёт с участием ферментов. Гликолиз протекает в цитоплазме. Глюкоза => пировиноградная кислота + АТФ.

3. полное расщепление (дыхание). Происходит при участии кислорода. Этот этап осуществляется в митохондриях, на внутренних мембранах и в матриксе которых имеются ферменты аэробного расщепления. Реакции окисления в митохондриях имеют циклический характер и названы циклом Кребса.

АТФ. Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важную роль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно как универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. АТФ был открыт в 1929 году Карлом Ломанном, а в 1941 году Фриц Липман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке. Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленных биохимических реакций. Являясь носителем двух высокоэнергетических связей, АТФ служит непосредственным источником энергии для множества энергозатратных биохимических и физиологических процессов. Всё это реакции синтеза сложных веществ в организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны, в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществления мышечного сокращения.

Помимо энергетической АТФ выполняет в организме ещё ряд других не менее важных функций:

• Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктом при синтезе нуклеиновых кислот.
• Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимических процессов. Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ, присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет их активность.
• АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклического аденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормонального сигнала.
• Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах.

В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ, так у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

17. Понятие об автотрофах и гетеротрофах. Фотосинтез. Космическая роль зеленых растений.

Автотрофы – организмы, синтезирующие органические соединений из неорганических.

Гетеротрофы – организмы, которые не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза.

Фотосинтез – это синтез органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет световой энергии. Впервые показал русский ученый Тимирязев. Он показал, что для осуществления фотосинтеза необходим хлорофилл ( вещество зелёного цвета, интенсивно поглощающее солнечные лучи). В клетках высших растений хлорофилл содержится во внутренних мембранах хлоропластов. Процесс фотосинтеза протекает в 2 фазы – световую и темновую.

Световая фаза – происходит только на свету в мембране гран хлоропласта при участии хлорофилла, белков – переносчиков и АТФ-синтетазы. Под действием света молекулы хлорофилла теряют электроны переходя в возбуждённое состояние. При этом в молекулах хлорофилла образуются положительно заряженные электронные дырки. Электроны либо возвращаются обратно по одной из цепей, перенося электроны и заполняют часть положительно заряженных дырок в молекулах хлорофилла, либо по другой цепи переноса доставляются на наружную поверхность мембраны телокоида. Здесь происходит накопление электронов, создаётся отрицательный заряд. Под влиянием положительно заряженных молекул хлорофилла внутри телокоида происходит фотолиз воды

2H₂O = 4H⁺ + O₂ + 4E(энергия)

В результате образуется молекулярный кислород, электроны и протоны.

Электроны направляются к молекулам хлорофилла, где закрывают оставшиеся положительно заряженные дырки, а протоны направляются на внутренние поверхности мембраны тилокоида, создавая там положительный заряд. Кислород выделяется в атмосферу, а водород остаётся в клетке.

Темновая фаза – протекает в строме хлоропластов как на свету, так и в темноте. Она состоит из последовательных ферментативных реакций по связыванию СО₂, в результате которых образуется глюкоза. В реакциях темновой фазы участвуют молекулы АТФ и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды, связанные с молекулами-переносчиками. Полученные в результате темновой фазы фотосинтеза молекулы моносахарида глюкозы через ряд ферментативных реакций превращаются в полисахариды. В процессе фотосинтеза образуются мономеры других органических соединений – аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Так, энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических веществ.

В результате фотосинтеза образуются органические вещества и выделяется свободный кислород, необходимый для жизни на Земле.