Общая биология

 

 

ГЛЮКОЗА ОДИН ИЗ ОСНОВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ

 

 

 

 ФЕРМЕНТАТИВНАЯ СИСТЕМА ОКИСЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ

Глюкоза и другие органические соединения, поступая в клетки гетеротрофных организмов, обеспечивают их энергией и строительными материалами. Для гетеротрофных организмов окисление органических соединений — единственный способ получения энергии. Для растений он необходим, когда наступает темнота и фотосинтез не происходит. В это время клетки растений используют для процессов жизнедеятельности запасы органических веществ, созданные ими на свету.

 

Глюкоза является одним из основных источников энергии для всех живых клеток. Она образуется в клетках растений в результате фотосинтеза. Множество молекул глюкозы в растительных клетках при участии ферментов соединяются между собой, образуя крахмал, который является запасным источником энергии. В клетках животных эту роль выполняет гликоген. При недостаточном поступлении органических веществ извне (или при недостаточном освещении растений) кликоген и крахмал расщепляются ферментами в клетках до глюкозы, которая окисляется в них. Энергия, освобожденная при окислении глюкозы, запасается в молекулах АТФ.

 

Этапы окисления глюкозы. Как происходит окисление глюкозы в клетках? В этом процессе участвует множество ферментов. Ферментативное окисление глюкозы называют гликолизом (от греч. «гликос» — сладкий, «лизис» — расщепление). Известно, что глюкоза, как и многие другие сахара, имеет сладкий вкус. Ферменты, окйсляющие глюкозу, составляют своего рода «ферментативный конвейер», на который поступают и на нем последовательно расщепляются и окисляются молекулы глюкозы. Условно весь путь расщепления и окисления глюкозы можно разбить на три этапа.

 

Первый этап проходит в цитоплазме, вне митохондрий. На этом этапе одна шестиуглеродная молекула глюкозы расщепляется и окисляется до двух трехуглеродных молекул.

Второй этап окисления протекает на внутренних мембранах митохондрий, на кристах, также с помощью специальных ферментов. На этом этапе в результате окисления трехуглеродных осколков глюкозы образуются молекулы-носители энергии, СО2 и Н20.

 

Третий, заключительный, этап окисления глюкозы также протекает на кристах митохондрий. На этом этапе в процессе окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны. Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы-носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе окисления глюкозы.

 

Электроны от молекул-носителей энергии, как по ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку молекул АТФ. Электроны молекул-носителей энергии, отдавшие энергию на «зарядку» АТФ, соединяются в конечном

 итоге с кислородом. В результате этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный приемник электронов.

 

Таким образом, кислород нужен всем живым существам в качестве конечного приемиика электронов. Кислород обеспечивает разность потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с высоких энергетических уровней молекул-носителей энергии на свой низкоэнергетический уровень. По пути этот энергетический «водопад» (точнее «электропад») заряжает энергией молекулы АТФ.

 

Аэробный и анаэробный гликолез. Если окисление глюкозы происходит при участии кислорода, то такой процесс называют аэробным гликолезом. Более половины энергии, освобождаемой при полном окислении молекулы глюкозы, преобразуется в энергию молекул АТФ. Остальная энергия рассеивается в тепло. Следовательно, коэффициент полезного действия (КПД) энергетических систем клетки превышает 50%. Это значительно превышает КПД не только паровых машин (12—15%), но даже двигателей внутреннего сгорания.

 

Когда нам приходится физически интенсивно работать, мы испытываем одышку — признак нехватки кислорода. При этом энергетические системы клетки переходят на бескислородный режим работы. Такой гликолиз называют анаэробным (бескислородным). При этом глюкоза, как и при аэробном гликолизе, расщепляется ферментами на две трехуглеродные молекулы. Однако эти молекулы лишь частично окисляются, отдавая малую часть своих электронов не кислороду, а специальному органическому соединению — их переносчику. За счет выделяемой при этом энергии образуются только две молекулы АТФ, тогда как полное окисление одной молекулы глюкозы при аэробном гликолизе дает энергию для образования 36 молекул АТФ.

Чтобы получить такое количество АТФ в результате анаэробного гликолиза, нужно использовать 18 молекул глюкозы, а не одну, как при аэробном гликолизе. При анаэробном гликолизе КПД составляет только 5%, а не 40%, как при аэробном.

 

Хотя анаэробный гликолиз с первого взгляда невыгоден, он, однако, имеет очень важное значение. Анаэробный гликолиз позволяет клетке и организму в целом выжить даже при очень больших затратах энергии, в условиях острого дефицита кислорода. Некоторые организмы, живущие в среде с очень низким содержанием кислорода, получают энергию только за счет анаэробного гликолиза. Это характерно для бактерий и низших позвоночных, обитающих в морском иле, в глубоких слоях почвы.Существенно, что не только углеводы, но и жиры и белки расщепляются до соединений, способных окисляться в описанных ферментативных системах. Таким образом, эти системы являются своего рода клеточной «топкой», в которой «сгорают» и углеводы, и жиры, и белки. Энергия, доставляемая любой пищей, в конечном итоге превращается в клетках в энергетический потенциал молекул АТФ, которые используются всеми живыми организмами нашей планеты.

 

 

 

Смотрите также:

 

ГОРМОНЫ — химические вещества, обладающие чрезвычайно...

Это первый Г., к-рый удалось синтезировать химич. путем. Инсулин резко повышает проницаемость стенок мышечных и жировых клеток для глюкозы.

 

Сахар. Расщепление глюкозы. Энергия

Сахар расщепляется на глюкозу и фруктозу уже во рту хл действием ферментов слюны.
В результате бета-клетки островков Лангерганса поджелудочной железы, продуцирующие...

 

УГЛЕВОДЫ — класс органических соединений, имеющих характер...

В обмене веществ как растительной, так и животной клетки глюкоза занимает одно из центральных мест, являясь энергетич. «топливом»...