Читать книгу Биология. Введение в общую биологию. 9 класс - В. В. Пасечник - Страница 27

1. Какое строение имеет АТФ?

2. Что такое макроэргическая связь?

АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. В среднем содержание АТФ в клетке составляет около 0,05 % ее массы, но в тех клетках, где затраты АТФ велики (например, в клетках печени, поперечно-полосатых мышц), ее содержание может доходить до 0,5 %. Синтез АТФ в клетках происходит главным образом в митохондриях. Как вы помните (см. 1.7), на синтез 1 моля АТФ из АДФ необходимо затратить 40 кДж.

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа. Первый этап – подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. Полисахариды распадаются на ди– и моносахариды, белки – до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот. В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап – неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образовавшиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза – ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ → 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О.

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С₃Н₄О₃), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С₃Н₆О₃), причем высвободившейся при этом энергии достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ. Несмотря на кажущуюся простоту, гликолиз – процесс многоступенчатый, насчитывающий более десяти стадий, катализируемых разными ферментами. Только 40 % выделившейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60 % – рассеиваются в виде тепла. Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевают нагреть клетку до опасного уровня. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением;

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2АТФ + 2Н₂О.

Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и две молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет две молекулы АТФ.

Третий этап энергетического обмена – полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образовавшиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов – СО₂ и Н₂О. Этот этап можно представить себе в следующем виде:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36Н₃РО₄ + 36АДФ → 6СО₂ + 42Н₂О + 36АТФ.

Таким образом, окисление двух молекул трехуглеродной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы, до СО₂ и Н₂О приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ. Клеточное дыхание происходит на кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляет приблизительно 55 %. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

АТФ. Макроэргическая связь. Неполное кислородное ферментативное расщепление глюкозы. Гликолиз. Полное кислородное расщепление глюкозы. Клеточное дыхание.

1. В каких клетках АТФ больше всего?

2. Во сколько раз клеточное дыхание эффективнее гликолиза в энергетическом плане?

3. Каков КПД гликолиза? клеточного дыхания?