Энергетический обмен в клетке. Клеточное дыхание. Этапы клеточного дыхания

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В КЛЕТКЕ КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ ЭТАПЫ КЛЕТОЧНОГО ДЫХАНИЯ

2.

Диссимиляция или катаболизм –
процесс противоположный биосинтезу,
совокупность реакций расщепления
органических веществ в клетке.

3.

Универсальным источником энергии
служит АТФ (аденозинтрифосфат).
Это вещество синтезируется в
результате реакции фосфорилирования,
т. е. присоединения одного остатка
фосфорной кислоты к молекуле АДФ
(аденозиндифосфата):
АДФ + Н3РО4 +40 кДж = АТФ + Н2О

4.

У аэробов энергетический обмен
происходит в три этапа:
1. Подготовительный;
2. Бескислородный;
3. Кислородный.

5.

У организмов, обитающих в
бескислородной
среде
и
не
нуждающихся
в
кислороде,
анаэробов, а также у аэробов при
недостатке
кислорода
ассимиляция
происходит в два этапа:
1. подготовительный;
2. бескислородный.

6.

Первый
этап
называется
подготовительный.
Ферментативное
расщепление
сложных
органических
веществ до простых:
Белки → аминокислоты + Е
Жиры → глицерин + жирные кислоты + Е
Нуклеиновые кислоты → нуклеотиды + Е
Полисахариды → моносахариды + Е
В результате этого органические вещества
распадаются до простейших неорганических
соединений

7.

Внутри клетки распад органических веществ
происходит в лизосомах под действием целого
ряда ферментов. В ходе этих реакций энергии
выделяется мало, при этом она не
запасается в виде АТФ, а рассеивается в
виде тепла.

8.

Образующиеся в ходе подготовительного
этапа соединения (моносахариды, жирные
кислоты,
аминокислоты
и
др.)
могут
использоваться
клеткой
в
реакциях
пластического обмена, а также для дальнейшего
расщепления с целью получения энергии.

9.

Второй этап энергетического обмена,
называемый бескислородным, заключается в
ферментативном
расщеплении
органических
веществ, которые были получены в ходе
подготовительного этапа.
Кислород в реакциях этого этапа не
участвует. Наиболее доступным источником
энергии в клетке является продукт распада
полисахаридов — глюкоза.

10.

Гликолиз — это многоступенчатый процесс
расщепления молекулы глюкозы, содержащей 6
атомов углерода (С6Н12О6), до двух молекул
трехуглеродной пировиноградной кислоты, или
ПВК (С3Н4О3).
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ —> 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

11.

Реакции
гликолиза
осуществляются
многими ферментами и протекают они в
цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при
расщеплении 1 М глюкозы выделяется 200 кДж
энергии, но 60% ее рассеивается в виде
тепла.
Оставшиеся
40%
энергии
оказывается достаточно для синтеза из
двух молекул АДФ двух молекул АТФ.

12.

В большинстве растительных клеток, а также в
клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо
гликолиза происходит спиртовое брожение:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ —> 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О
Существуют также и такие микроорганизмы, в
клетках которых в анаэробных условиях образуются не
молочная кислота и не этиловый спирт, а, например,
уксусная кислота или ацетон и т. д.
Однако во всех этих случаях распад одной
молекулы глюкозы, так же как и в случае гликолиза,
приводит к запасанию двух молекул АТФ.

13.

В
результате
ферментативного
бескислородного
расщепления
глюкоза
распадается не до конечных продуктов (СО2 и
Н2О), а до соединений, которые еще богаты
энергией и, окисляясь далее, могут дать ее в
больших
количествах
(молочная
кислота,
этиловый спирт и др.).

14.

Поэтому в аэробных организмах после
гликолиза (или спиртового брожения) следует
завершающий третий этап энергетического обмена
— полное кислородное расщепление, или
клеточное дыхание.

15.

В процессе этого третьего этапа органические вещества,
образовавшиеся в ходе второго этапа при бескислородном
расщеплении и содержащие большие запасы химической энергии,
окисляются до конечных продуктов СО2 и Н2О.
Этот процесс, так же как и гликолиз, является
многостадийным, но происходит не в цитоплазме, а в
митохондриях.
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 —>
6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

16.

Кроме того, нужно помнить, что две
молекулы
АТФ
запасаются
в
ходе
бескислородного расщепления каждой молекулы
глюкозы. В ходе этой реакции 40 - 45 % энергии
рассеивается в виде тепла, а 60 - 55 %
сберегается, т.е. преобразуется в энергию
химических связей АТФ.

17. Внешний вид митохондрий

18.

Таким образом, суммарно энергетический
обмен клетки в случае распада глюкозы можно
представить следующим образом:
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 —
6СО2 + 44Н2О + 38АТФ

19.

Для энергетического обмена, т. е. для
получения энергии в виде АТФ, большинство
организмов использует углеводы, но для этих
целей может быть использовано окисление и
липидов, и белков.
Жиры тоже участвуют в этой цепочке, но их
расщепление требует времени, поэтому если
энергия нужна срочно, то организм использует не
жиры, а углеводы. Зато жиры – очень богатый
источник энергии.
Могут окислятся для энергетических нужд и
белки, но лишь в крайнем случае, например при
длительном голодании. Белки для клетки –
«неприкосновенный запас».

20.

Схема синтеза АТФ в митохондрии

21.

22.

23.

24.

Энергетический обмен (катаболизм)
Этап
Место протекания
реакции
Реакции
Энергия
I этап –
подготовительный
Пищеварительная система,
пищеварительные вакуоли
Гидролиз сложных
органических веществ под
действием пищеварительных
ферментов на более простые:
белки →аминокислоты;
крахмал →глюкоза; жиры→
глицерин и жирные кислоты
Вся энергия рассеивается
в виде тепла, АТФ не
образуется
II этап – анаэробный
(бескислородный),
или гликолиз
Цитоплазма клетки (с
мембранами процесс не
связан)
Гликолиз в анаэробных
условиях: одна молекула
глюкозы распадается на две
молекул
пировиноградной кислоты, из
которых затем образуются две
молекулы молочной кислоты
60 % энергии
рассеивается в виде тепла,
а 40 % энергии
аккумулируется в двух
молекулах АТФ
III этап – аэробный
(кислородный), или
клеточное дыхание
Митохондрии (матрикс,
внутренняя мембрана),
процесс требует наличия
неповреждённых мембран
В аэробных условиях две
молекулы молочной кислоты
окисляются до конечных
продуктов – СО2 и Н2О
Образуется 36 молекул
АТФ
Суммарное
уравнение процесса
Глюкоза + кислород → углекислый газ + вода + 38 АТФ
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 38 АТФ

25. Сравнение процессов дыхания и фотосинтеза в клетках растений

Дыхание
Фотосинтез
Отношение к
солнечному свету
Происходит и на свету, и в
темноте
Происходит только на свету
Место
осуществления
процесса
Все живые клетки (цитоплазма
и митохондрии)
Только зелёные клетки
(хлоропласты)
Основные этапы
процесса
Три этапа: подготовительный,
бескислородный (гликолиз),
кислородный (гидролиз)
Две фазы: световая и темновая
Исходные вещества
Органические соединения и
кислород
Углекислый газ и вода
Конечные продукты
Углекислый газ и вода
Органические вещества и
кислород
Место образования
АТФ
Митохондрии
Хлоропласты
Превращение
энергии
Энергия высвобождается
(преобразуется энергия
химических связей
органических веществ в
энергию макроэргических
связей АТФ)
Энергия поглощается
(преобразуется энергия
солнечного света в энергию
химических связей
органических веществ)