АТФ - универсальный источник энергии в клетке

Рис. 69

Многие процессы, происходящие в клетке, требуют затрат энергии. Например, сокращение актомиозиновых нитей (именно оно лежит в основе укорочения мышц, переползания клеток с места на место, перемещения по клетке многих органоидов), перенос многих молекул сквозь мембрану, синтез белков и нуклеиновых кислот, транспортировка органоидов по микротрубочкам с помощью кинезина и т.д. Все белки, производящие в клетке подобные операции, одновременно расщепляют молекулы специального вещества - аккумулятора энергии АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) (см. рис. 69). В этой молекуле связи между атомами фосфора и кислорода являются макроэргическими, то есть при их разрыве выделяется большое количество энергии. Белок, использующий АТФ как источник энергии, может разорвать две такие связи. При разрыве первой из них (с присоединением воды) получается молекула АДФ (аденозиндифосфорной кислоты) и фосфорной кислоты. При разрыве второй макроэргической связи из молекулы АДФ получается АМФ (аденозинмонофосфорная кислота) и еще одна молекула фосфорной кислоты.

Переносчики атомов водорода

Часто одним из этапов химического преобразования органических веществ внутри клетки является отделение от их молекул атомов водорода. Они присоединяются к специальным молекулам - переносчикам водорода, которые доставляют их в митохондрии на "сжигание". Обычно в клетке имеются три типа переносчиков водорода: НАД ⁺, НАДФ ⁺ и ФАД. "Работают" они так (значок "·" означает присоединение):

НАД ⁺ + 2Н = НАД·Н + Н ⁺

НАДФ⁺ + 2Н = НАДФ·Н + Н ⁺

ФАД + 2Н = ФАД·Н₂

НАД ⁺ и НАДФ ⁺ захватывают один электрон (при этом атом водорода, у которого отобран этот электрон, превращается в протон и уплывает в раствор) и, кроме этого, присоединяют еще один атом водорода. ФАД присоединяет два атома водорода.

Дыхание

Как мы уже выяснили, клетка умеет производить процесс, аналогичный горению (он называется дыханием) с отдельными молекулами пищи. Энергия, которая при этом выделяется, используется клеткой для синтеза АТФ. В качестве сырья при этом используется только глюкоза (другие молекулы клетки для использования в качестве "горючего" сначала преобразуются в глюкозу либо в продукты ее переработки) (здесь Фн - фосфорная кислота):

Рис. 70

Как видно из схемы, в процессе дыхания одни и те же 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 18 атомов кислорода перешли из одного состояния (одна молекула глюкозы и 6 молекул кислорода) в другое (6 молекул углекислого газа и 6 молекул воды). В результате выделилась энергия, поэтому, по закону сохранения энергии, суммарная внутренняя энергия этих атомов уменьшилась. На рис. 70 сравнивается полная суммарная внутренняя энергия одной молекулы глюкозы и шести молекул кислорода с внутренней энергией шести молекул воды и шести молекул углекислого газа. Разница и представляет собой ту энергию, которая при горении выделяется в виде тепла, а при дыхании обеспечивает синтез АТФ.

Дыхание представляет собой большое число последовательных реакций, в ходе которых энергия выделяется маленькими порциями. Весь процесс обычно делят на три этапа: гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Мы не будем подробно рассматривать все реакции, а ограничимся общими описаниями перечисленных этапов и составлением суммарных химических уравнений. Гликолиз происходит в цитоплазме клетки вне митохондрий без участия кислорода, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование - внутри митохондрий, окислительное фосфорилирование - при обязательном участии кислорода.

Гликолиз

В ходе гликолиза молекула глюкозы превращается в два остатка уксусной кислоты, которые захватываются специальным переносчиком - коэнзимом А, который в результате этой реакции превращается в ацетилкоэнзим А, или, кратко, ацетил-КоА (рис. 71):

Рис. 71

Многие организмы (их называют анаэробами), в том числе некоторые многоклеточные животные, не потребляют кислород, синтезируя АТФ исключительно за счет гликолиза. Митохондрий в их клетках нет. Накапливающиеся продукты гликолиза они тем или иным способом выбрасывают во внешнюю среду. Примеры: дрожжи, молочнокислые бактерии, многие паразиты кишечника (аскарида, ленточные черви).

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: