ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ОБМІН І ЙОГО ЕТАПИ

Згадаєте! Що таке енергетичний обмін і яка його роль у забезпеченні життєдіяльності організмів?

Енергетичний обмін здійснюється в три послідовних етапи: підготовчий, бескислородный (анаэробное подих) і кисневий (аеробний подих).

Підготовчий етап енергетичного обміну в більшості багатоклітинних тварин і людини відбувається в шлунково-кишковому тракті, а також у цитоплазмі клітин всіх організмів. На цьому етапі органічні макромолекули під дією ферментів розщеплюються на мономери: білки - на амінокислоти, жири - на гліцерин і жирні кислоти, полисахариды - на моносахариды, нуклеиновые кислоти - на нуклеотиды. Ці процеси протікають із виділенням щодо невеликої кількості енергії, що розсіюється у вигляді тепла.

Розглянемо більш детально розщеплення биополимеров.

У результаті послідовної дії певних ферментів (протеаз) складні білки спочатку розщеплюються на прості, прості - на окремі частини (поліпептидні ланцюги), а останні - на амінокислоти. Внутрішньоклітинне переварювання білків здійснює комплекс ферментів, що втримуються в основному в лизосомах, а також цитоплазмі й на клітинних мембранах.

Полисахариды, також під дією ферментів, розщеплюються на дисахариди й моносахариды. Існують певні

особливості розщеплення деяких полисахаридов. Так, целюлозу, що втримується в харчових продуктах рослинного походження, розщеплює фермент целлюлаза, що не синтезується в організмі людини й більшості тварин. Однак у кишечнику багатьох тварин перебувають мікроорганізми, здатні частково забезпечувати цей процес (напр., у кишечнику термітів і тарганів целлюлазу виділяють одноклітинні тварини - жгутиковые).

Ліпіди розщеплюються під дією ферментів - ліпаз. Їхньому розщепленню сприяє попереднє здрібнювання (эмуль-гация). Эмульгаторами жирів є жовчні кислоти, вироблювані в печінці.

Нуклеиновые кислоти під дією ферментів розпадаються на нуклеотиды, а ті, у свою чергу, - на вільні азотисті підстави, моносахариды (пентозы) і фосфорну кислоту.

Бескислородный (анаэробный) етап енергетичного обміну відбувається в клітинах. Мономери, що утворилися на попередньому етапі, перетерплюють подальше багатоступінчасте розщеплення без участі кисню.

Анаэробное розщеплення (анаэробное подих) - це найбільш проста форма утворення й акумуляції енергії в макроерги -ческих зв'язках молекули АТФ. Деякі мікроорганізми й безхребетні тварини (в основному паразитичні) у процесі енергетичного обміну не можуть використати атмосферний кисень, тому їм свойствен тільки анаэробный енергетичний обмін (анаэробное подих). Більшість же організмів у процесах енергетичного обміну використають атмосферний кисень, але аеробному етапу завжди передує анаэробный.

Найбільш важливим у бескислородном етапі енергетичного обміну в клітинах є розщеплення шляхом гліколізу (від греч. гликис - солодкий і лізис - розчинення) молекул глюкози. Суть гліколізу полягає в тому, що молекула глюкози (З₆Н₁₂ПРО₆) розщеплюється на дві молекули пировиноградной (З₃Н₄ПРО₃) або (переважно в клітинах м'язів) молочної (З₃Н₆ПРО₃) кислот. Сумарне рівняння гліколізу має такий вид:

Під час гліколізу виділяється приблизно 200 кдж енергії. Частина її (майже 84 кдж) використається на синтез двох молекул АТФ, а інша частина розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, процес гліколізу енергетично малоефективний: лише 35-40% енергії акумулюється в макроэргических зв'язках АТФ. Це пояснюється тим, що кінцеві продукти гліколізу усе ще містять у собі чимало зв'язаної енергії.

Незважаючи на відносно низьку ефективність, гліколіз має надзвичайно важливе фізіологічне значення. Благо-

даруючи йому організми можуть одержувати енергію в умовах дефіциту кисню, а його кінцеві продукти (пировиноградная й молочна кислоти) перетерплюють подальше ферментативне перетворення в аеробних умовах. Проміжні продукти гліколізу використаються для біосинтезу різних з'єднань.

Розщеплення глюкози може відбуватися ще за допомогою процесу спиртового шумування (спостерігається в деяких видів дріжджів і бактерій). При цьому молекула глюкози розпадається на дві молекули етилового спирту (З₂Н₅ВІН) і дві молекули вуглекислого газу (З₂). Реакції спиртового шумування подібні з реакціями гліколізу, за винятком кінцевого етапу.

Існують і інші види бескислородного шумування, наприклад маслянокислое (з утворенням масляної кислоти), молочнокисле (з утворенням молочної кислоти) і ін.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

1. Які процеси відбуваються на підготовчому етапі енергетичного обміну? 2. Які процеси відбуваються на бескислородном етапі енергетичного обміну? 3. У чому суть процесу гліколізу? 4. Назвіть основні типи шумування.

Подумайте! Яке біологічне значення процесів підготовчого етапу енергетичного обміну? Яке значення гліколізу для забезпечення життєдіяльності різних організмів?