Обеспечение клеток энергией

1.

2.

Клетки растений и
фотосинтезирующих
бактерий используют
энергию солнца для
образования АТФ.
Бактериихемосинтетики
получают энергию
вследствие окисления
неорганических
веществ.
Животные и грибы
получают энергию в
результате окисления
органических
соединений. Эти
соединения
поступают извне
готовыми.

3.

4.

акцептор
донор

5.

Крахмал
С6Н12О6
Гликоген
Субстраты для дыхания

6.

7.

8.

Первый этап — подготовительный
Подготовительный этап заключается в распаде крупных
органических молекул до более простых:
У многоклеточных организмов он осуществляется в
желудочно-кишечном тракте с помощью
пищеварительных ферментов. У одноклеточных
организмов — происходит под действием ферментов
лизосом.
В ходе биохимических реакций, происходящих на этом
этапе, энергии выделяется мало, она рассеивается в
виде тепла, и АТФ не образуется.

9.

Гликолиз – бескислородный этап
Полисахариды
Глюкоза
10 реакций
гликолиз
2 ПВК
(пируват)
клетка

10.

H
C O
Гликолиз
H C OH
HO C H
H C OH
COOH
2 АТФ
2 НАД·Н
C
H C OH
CH3
CH2OH
10 реакций
D-Glucose
Глюкоза
гликолиз
2 ПВК
(пируват)
клетка
O

11.

Анаэробное дыхание
Это путь получения энергии наиболее древний, поскольку
на ранних этапах развития жизни на Земле кислород в
атмосфере отсутствовал.
процесс ферментативного анаэробного расщепления
глюкозы и других органических соединений.
ГЛИКОЛИЗ
–
Этот процесс так же называется брожением. Термин
«брожение» обычно применяют по отношению к процессам,
протекающим в клетках микроорганизмов или растений.
Гликолиз идет в цитоплазме клеток и не связан с какими-либо
мембранными системами.
С6Н12О6+2АДФ+2Н3РО4+2НАД+ 2С3Н4О3+2НАД۰Н2+2АТФ+2Н2О+
ТЕПЛО
• Большая часть энергии (60%) в реакции гликолиза рассеивается в
виде тепла, и только 40% идет на синтез АТФ.

12.

13.

Клеточное дыхание
У прокариот клеточное дыхание происходит на впячиваниях
плазматической мембраны, а у эукариот – на мембранах
специальных клеточных органоидов – митохондрий.
Митохондрии
иногда
называют
«клеточными электростанциями». В клетке их
количество сильно зависит от активности клетки.
Внутренняя
матрикс мембрана
Наружная
мембана
Важнейшей функцией митохондрий является
синтез АТФ, происходящий за счёт окисления
органических веществ.
кристы

14.

О2
Аэробный этап
Глюкоза
клетка
гликолиз
Митохондрия
2 ПВК

15.

Аэробное дыхание
Дегидрогеназа
декарбоксилаза

16.

Витамин В3

17.

Аэробный этап
ПВК
Ацетил-КоА
Цикл
Кребса
переносч
ики Е
АТФ
Митохондрия
О2

18.

19.

В цикле Кребса ВСЕ АТОМЫ
УГЛЕРОДА, оставшиеся от
глюкозы, окисляются до СО2
Но основная масса АТФ еще
не образовалась!
И кислород еще в реакции не
вступал!

20.

Третий этап – биологическое окисление, или дыхание
Этот
этап протекает только в присутствии кислорода и иначе
называется кислородным.
1.
Пировиноградная кислота (ПВК) из цитоплазмы поступает в
митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и
превращается в производное уксусной кислоты (ацетил-коэнзим А,
ацетил-КоА), и НАД•Н2.
2.
В матриксе митохондрий уксусная кислота вступает в
сложный цикл
биохимических превращений, который получил
название Цикл Кребса.
В результате ряда последовательных реакций происходит
отщепление углекислого газа и окисление – снятие водорода с
образующихся веществ. Углекислый газ, выделяется из
митохондрий, а далее из клетки и организма в процессе дыхания.
Весь водород, который снимается с промежуточных веществ,
соединяется с переносчиком НАД+, и образуется НАД•2Н.
Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК:
2С3Н4О3 + 6Н2О + 10НАД+ 6СО2 + 10НАД•2Н
Проследим теперь путь молекул НАД•2Н.

21.

ацетил-КоА
НАД Н
лимонная
ЩУК
кислота
НАД
Цикл
Кребса
яблочная
кислота
изолимонная
кислота
НАД
НАД Н
фумаро-
вая
a-кето-
КоА
кислота
глутаровая
кислота
ФАД Н2
НАД
янтарная
сукци-
кислота
нил-
ФАД
ГТФ
АДФ
ГДФ
АТФ
НАД Н
КоА
10 реакций

22.

В результате работы цикла Кребса:
- Выделяется
2 СО2
- 4 пары атомов
Н
Биологическое значение цикла
Кребса:
1. Синтез АТФ
2. Образование НАД*Н
3. Промежуточные продукты
используются для биосинтеза

23.

24.

Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+ Н+
Н+
е
НАДН
Н+
НАД+
е
Н+
Н+
Н2О
О2

25.

Можно запасти
в АТФ !
РАБОТА
ЭНЕРГИЯ

26.

H+
H+
H+
H+
H+
АДФ
АТФ
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
Но сначала надо
накачать →
H+
затратить энергию!
H+

27.

АТФ-синтаза

28.

Последний шаг к АТФ – цепь переноса
электронов на внутренней мембране МХ
Цикл
Кребса
О2
e
e
НАД·Н
ФАД·Н2

29.

1. Цепь переноса электронов
2. Окислительное фосфорилирование
АТФ-синтаза
синтезирует
АТФ
Цикл
Энергия
этих электронов
Кребса
позволяет
накачивать
протоны против градиента
+
+
АТФ
e
+
+
+
+
НАД·Н
ФАД·Н2
О2
+
e
+
+

30.

Жиры
Глицерин
Жирные
кислоты
Углеводы
Белки
Сахара
Ацетил-Ко А
АТФ
Аминокислоты

31.

32.

33.

34.

• Глюкоза
2 АТФ
2ПВК
38 АТФ
Ацетил-Ко А
СО2
Н
Цикл
Кребса
2 АТФ
34 АТФ
Дыхательная цепь
СО2
1/2О2
Н2О

35.

Энергетический выход
Гликолиз
40% -АТФ
60% - тепловая
энергия
Дыхание
55% - АТФ
45% - тепловая
энергия

36.

ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП
пищеварительный
канал
УГЛЕВОДЫ
БЕЛКИ
АМИНОКИСЛОТЫ
ЦИТОПЛАЗМА
КЛЕТКИ
2АТФ + 2НАД۰Н2
МИТОХОНДРИИ
36АТФ + 2НАД۰Н2
ИТОГО:
38АТФ + 4НАД۰Н2
ГЛИЦЕРИН
ГЛЮКОЗА
C6 H12 O 6
ГЛИКОЛИЗ
ЖИРЫ
ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
(БЕСКИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП)
ПИРОВИНОГРАДНАЯ
КИСЛОТА
2C3H4O3
КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ
2Н2О + ТЕПЛО
(КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП)
42Н2О + 6СО2 + ТЕПЛО

37.

Почему при окислении органических соединений
освобождается энергия?
Электроны в составе молекул органических веществ обладают
большим запасом энергии , поскольку находятся на высоких
энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на
более низкий энергетический уровень электроны освобождают
энергию. Конечным акцептором электронов часто служит
кислород. В этом и состоит его главная биологическая роль ,
именно для этой цели аэробам необходим кислород воздуха.
Процессы биологического окисления:
- протекают ступенчато;
- при участии ферментов и переносчиков электронов;
- 55% энергии превращается в энергию высокоэнергетических связей АТФ;
- 45% энергии превращается в тепло .
Глюкоза – один из основных источников энергии для клеток.