Биоэнергетика. Аутотрофы и гетеротрофы. Основные энергетические субстраты клеток. Эндэргонические и экзэргонические реакции в живых системах. Макроэргические соединения.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 22Следующая ⇒

Биоэнергетика — раздел биохимии, изучающий энергетические процессы в клетке.Автотрофы - это организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию.К ним относятся растения ( только растения). Они синтезируют из СО, НО (неорганические молекулы) под воздействием солнечной энергии - глюкозу (органические молекулы) и О. Они составляют первое звено в пищевой цепи и находятся на 1 трофическом уровне.

Гетеротрофы - это организмы, которые не могут строить собственное тело из неорганических соединений, а вынуждены использовать созданное автотрофами, употребляя их в пищу.К ним относятся консументы и детритофаги. И находятся на II и выше трофическом уровне. Человек тоже гетеротроф.

Вернадскому принадлежит идея, что возможно превращение человеческого общества из гетеротрофного и автотрофное.

В силу своих биологических особенностей человек не может перейти к автотрофности, но общество в целом способно осуществить автотрофный способ производства пищи, т.е. замена природных соединений (белки, жиры, углеводы) на органические соединения, синтезированные из неорганических молекул или атомов.основные органические вещества, поступающие с пищей и входящие в состав организма человека, окисляются с образованием АТФ и потому могут служить источниками энергии. Главные из них — белки, липиды и углеводы. Эндергонические реакции - это химические реакции, требующие притока энергии для их осуществления. В этих реакциях изменение свободной энергии AG положительная величина.Экзергонические реакции - это реакции, в которых энергия выделяется, ᴛ.ᴇ. они идут с выделœением энергии. В таких реакциях изменение свободной энергии AG-отрицательная величина.

Внутриклеточные химические реакции бывают представлены в виде˸

1. катаболических (экзергонических) реакций;

2. анаболических (эндергонических) реакций.

Понятие о тканевом дыхании по биологическому окислению. Дегидрирование субстратов и окисление водорода как источник энергии в клетке. Локализация митохондриальной цепи переноса электронов.

Тканевое дыхание и биологическое окисление . Распад органических соединений в живых тканях, сопровождающийся потреблением молекулярного кислорода и приводящий к выделению углекислого газа и воды и образованию биологических видов энергии, называется тканевым дыханием. Тканевое дыхание представляют как конечный этап пути превращений моносахаров (в основном глюкозы) до указанных конечных продуктов, в который на разных стадиях включаются другие сахара и их производные, а также промежуточные продукты распада липидов(жирные кислоты), белков (аминокислоты) и нуклеиновых оснований. Итоговая реакция тканевого дыхания будет выглядеть следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6O₂ = 6СO₂+ 6Н₂O + 2780 кДж/моль. (1)

Потребление кислорода тканями зависит от интенсивности реакций тканевого дыхания. Наибольшей скоростью тканевого дыхания характеризуются почки, мозг, печень, наименьшей – кожа, мышечная ткань (в покое). Уравнение (2) описывает суммарный результат многоступенчатого процесса, приводящего к образованию молочной кислоты(см. главу 10) и протекающего без участия кислорода:

С₆Н₁₂О_б = 2С₃Н₆О₃ + 65 кДж/моль. (2)

ТФ - чрезвычайно важная молекула клетки. Она непрерывно синтезируется и используется. Энергия для синтеза АТФ поступает от субстратов, содержащих высокоэнергетические электроны в ходе их дегидрирования. Электроны высоких энергий извлекаются из субстратов в ходе гликолиза (в цитозоле), при преобразовании пирувата в ацетил-КоА и в цикле трикарбоновых кислот (в митохондриаль-ном матриксе). Молекулы НАДН и ФАДН₂ переносят эти электроны в дыхательную цепь, локализованную в во внутренней митохондриальной мембране.

Дыхательная цепь состоит из переносчиков электронов, сгруппированных в 4 ферментативных комплекса, и ферментов. Особенность переносчиков электронов дыхательной цепи в том, что каждый способен принимать электроны от предыдущего и отдавать последующему. Прием и передача электронов молекулами переносчиков происходит упорядоченно в соответствии с их электрохимическими потенциалами. Под электрохимическим потенциалом молекулы понимают её способность вступать во взаимодействие с электроном. Т.е. присоединять электрон и при этом восстанавливаться и отдавать его и при этом окисляться. Электрохимический потенциал молекулы это её способность участвовать в окислительно-восстановительных реакциях. В начало дыхательной цепи электроны вносит НАДН - он обладает самым низким электрохимическим потенциалам. В конце дыхательной цепи находиться кислород - его электрохимический потенциал самый высокий. Электроны, перемещаясь по дыхательной цепи в сторону кислорода, совершают полезную работу по переносу протонов из митохондриалыуого матрикса в межмембранное пространство (рис. 13). На восходящих участках тра-ектории каждый электрон перемещается вместе с протоном, т.е. в форме атома водорода, затем отделяется от протона на внешней стороне мембраны и продолжает движение внутри мембраны. В межмембранном пространстве накапливаются протоны из митохондриального матрикса. Электрон теряет порции своей энергии на всех участках траектории. На восходящих участках траектории электрон расходует энергию на совершение полезной работы, а на нисходящих участках полезная работа не совершается, хотя электрон также теряет часть своей энергии. 40-45 % энергии электронов используется для создания протонного градиента, который, в свою очередь расходуется на синтез АТФ. 20-25 % энергии электронов используется для транспорта необходимых субстратов. Остальная энергия электронов рассеивается в виде тепла, поэтому митохондрии место теплообразования. Движение электронов по дыхательной цепи создает протонный градиент и значительную трансмембранный электрохимический потенциал между межмембранным пространством и митохондриальным матриксом (его обозначают АцН⁺ = 0,25 Вольта). ДцН* складывается из ДЧ* = 0,2 Вольта (это электрический потенциал, обусловленный разными зарядами по обе стороны мембраны) и АН⁺ = 0,05 Вольта (химический потенциал, обусловленный различной концентрацией протонов по обе стороны мембраны).

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 459; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!