Этапы катаболизма таблица

Этапы катаболизма таблица

Катаболизм (диссимиляция ) — это энергетический обмен, часть метаболизма, распада сложных веществ на более простые (или окисления вещества), который протекает с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ, универсального источника энергии всех биохимических процессов.

Схема катаболизма пищевых веществ, его этапы, пути и процессы

На схеме наглядно представлен катаболизм пищевых веществ, который состоит из 3-х основных этапов (стадий), первый и второй этапы относятся к специфическим путям катаболизма, а третий этап относится к общему пути катаболизма.

ATP (АТФ) — это аденозинтрифосфорная кислота (нуклеотид), универсальный источник и переносчик энергии, который участвует во всех биохимических процессах.

NAD (НАД) — никотинамидадениндинуклеотидфосфата, является коферментом, переносит электроны из одной реакции в другую в метаболизме.

NADH (НАД*Н) — востановленная форма NAD.

Пируват — это соли пировиноградной кислоты, конечный продукт в процессе гликолиза.

Протекание процессов катаболизма

1-й этап катаболизма (подготовительный)

расщепление больших макромолекул на простые субьединицы

На первом этапе происходит расщепление пищевых веществ (белки, полисохариды, жиры) до мономеров. У многоклеточных организмов это осуществляется в пищеварительном тракте (у простейших в лизосомах при самообновленнии клеток) под воздействием соответствующих ферментов, после чего полученные мономеры всасываются в кровь (моносахариды аминокислоты) и в лимфу (жирные кислоты).

Небольшое количество энергии рассеивается ввиде тепла

2-й этап катаболизма (бескислородный)

расщепление простых субьединиц на ацетил-СоА, сопровождающийся образованием ограниченного количества АТP и NADH

На втором этапе все пищевые продукты которые поступают в клетку из крови образуют ацетилкоэнзим А (ацетил-СоА). Это соединение, а также другие ферменты, включающие в себя КоА, являются ключевыми звеньями множества разнообразных биохимических реакций.

— При гликолизе моносахариды образуют пировиноградную кислоту.

— При катаболизме аминокислот образуются ацетил-CoA, пируват, другие кетокислоты

— При β-окислении жирных кислот образуется ацетил-CoA

Второй этап происходит в цитозоли и митохондрии.

При расщеплении глюкозы 60% выделившейся энергии дает тепло, 40% идет на синтез 2х молекул ATP, эта часть энергии запасается.

3-й этап катаболизма (кислородный)

при полном окислении ацетил-СоА до H2O и CO2 образуется большое количество NADH, что обеспечивает синтез большого количества ATP при переносе электронов

Третий этап и его реакции проходят в митохондриях. Ацетил-CoA участвует в реакциях цикла лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот Кребса), там углероды окисляются до углекислого газ CO2. Происходит полное окисление ацетильной группы ацетил-СоА до Н2O и СO2, при этом большое количество электронов и протонов запасается на молекулах NADH (процесс "окислительное фосфолирование"). В дальнейшем энергия электронов используется для образования протонного градиента, что обеспечивает последующий синтез АТР.

При окислении 2х молекул кислоты образуется 36 молекул ATP

_______________

Читайте также:  Выпады на месте видео

Источник информации: Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008

Определение

Метаболизм клетки включает множество химических реакций, происходящих в органеллах и необходимых для поддержания жизни.
Обмен веществ включает два процесса:

  • катаболизм(диссимиляция, энергетический обмен) – совокупность химических реакций, направленных на распад сложных веществ с образованием энергии;
  • анаболизм(ассимиляция, пластический обмен) – реакции биосинтеза, при которых с затратой энергии образуются сложные органические вещества.

Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.

Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального протекания метаболизма в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород, вода. В растения должны поступать вода, кислород и солнечный свет.

Диссимиляция и ассимиляция – взаимосвязанные процессы, не происходящие в разрыве друг от друга. Чтобы происходил анаболизм, необходима энергия, которая выделяется в процессе катаболизма. Для расщепления (диссимиляции) необходимы ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.

Катаболизм и анаболизм

Диссимиляция может происходить в присутствии или в отсутствии кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:

  • аэробы– живут только в присутствии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
  • анаэробы– могут существовать в отсутствии кислорода (некоторые бактерии и грибы).

При поглощении кислорода происходит процесс окисления, и сложные вещества распадаются на более простые. В бескислородной среде происходит брожение. В результате двух этих процессов высвобождается большое количество энергии.

Для аэробных организмов катаболизм проходит в три этапа, описанных в таблице.

Что происходит

Где происходит

Энергия

Ферментативное расщепление органических соединений: белки расщепляются до аминокислот, крахмал – до глюкозы, жиры – до жирных кислот и глицерина

У одноклеточных организмов – в лизосомах, у многоклеточных – в желудочно-кишечном тракте

Небольшое количество рассеивается в виде тепла

Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК). При дальнейшем отсутствии кислорода ПВК в процессе брожения распадается либо до этилового спирта (спиртовое брожение), либо до молочной кислоты (молочнокислое брожение) Образование двух молекул АТФ

В цитоплазме клетки

Затраты в виде глюкозы в процессе гликолиза

Окисление ПВК до углекислого газа и воды

Затраты энергии на образование молекул АТФ

Рис. 2. Процесс гликолиза.

Метаболизм анаэробов включает два первых этапа.

Анаболизм происходит после подготовительного этапа. Из более простых организмов синтезируются сложные органические вещества, характерные для организма. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-переносчики, пигменты, нуклеиновые кислоты и т.д. Образованные вещества способствуют катаболизму.

В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.

Читайте также:  Тянет ногу в бедре сзади

Рис. 3. Фотосинтез и дыхание растений.

Что мы узнали?

Метаболизм включает энергетический и пластический обмен. В результате первого процесса образуются простые вещества, второй процесс направлен на создание сложных органических веществ, участвующих в катаболизме. Оба процесса параллельны и проходят с затратой энергии.

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получает в результате процессов окисления органических веществ, т.е. в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли «топлива», является глюкоза.

Группы организмов по отношению к свободному кислороду

Организмы делятся на три группы:

  1. аэробы (облигатные аэробы) — организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы);
  2. анаэробы (облигатные анаэробы) — организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии);
  3. факультативные формы (факультативные анаэробы) — организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный; бескислородный; кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма

Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые:

  • белки расщепляются до аминокислот;
  • жиры — до глицерина и жирных кислот;
  • полисахариды — до моносахаридов;
  • нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.

У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных — в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап — неполное окисление (бескислородный) — заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода.

Главный источник энергии в клетке — глюкоза. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называют гликолизом. В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК, пируват) CH3COCOOH, АТФ и воды, а также атомы водорода, которые связываются молекулой-переносчиком НАД + и запасаются в виде НАД • H.

Суммарная формула гликолиза имеет следующий вид:

Далее при отсутствии в среде кислорода продукты гликолиза (ПВК и НАД • H) перерабатываются либо в этиловый спирт (спиртовое брожение наблюдается в клетках дрожжей и растений при недостатке кислорода)

либо в молочную кислоту (молочнокислое брожение наблюдается в клетках животных при недостатке кислорода)

Читайте также:  Тошнит после глюкозы

При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов.

Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода. Этот этап состоит из трех стадий:

  1. образования ацетилкоэнзима A;
  2. окисления ацетилкоэнзима A в цикле Кребса;
  3. окислительного фосфорилирования в электронотранспортной цепи.

На первой стадии ПВК переносится из цитоплазмы в митохондрии, где взаимодействует с ферментами матрикса и образует: диоксид углерода, который выводится из клетки; атомы водорода, которые молекулами-переносчиками доставляются к внутренней мембране митохондрии; ацетилкофермент A (ацетил-KoА).

На второй стадии происходит окисление ацетилкоэнзима A в цикле Кребса. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) — это цепь последовательных реакций, в ходе которых из одной молекулы ацетил-KoA образуются: две молекулы диоксид углерода; молекула АТФ; четыре пары атомов водорода, передаваемые на молекулы-переносчики — НАД и ФАД.

Таким образом, в результате гликолиза и цикла Кребса молекула глюкозы расщепляется до CO2, а высвободившаяся при этом энергия расходуется на синтез четырех АТФ и накапливается в десяти НАД • H и четырех ФАД • H2.

На третьей стадии атомы водорода с НАД • H и ФАД • H2 окисляются молекулярным кислородом O2 с образованием воды. Один НАД • H способен образовывать три АТФ, а один ФАД • H2 — две АТФ. Таким образом, выделяющаяся при этом энергия запасается в виде еще 34АТФ.

Этот процесс протекает следующим образом. Атомы водорода концентрируются около наружной стороны внутренней мембраны митохондрии. Они теряют электроны, которые по цепи молекул-переносчиков (цитохромов) электронотранспортной цепи (ЭТЦ) переносятся на внутреннюю сторону внутренней мембраны, где соединяются с молекулами кислорода:

В результате деятельности ферментов цепи переноса электронов внутренняя мембрана митохондрий изнутри заряжается отрицательно (за счет O2 — ), а снаружи — положительно (за счет H + ). Таким образом между ее поверхностями создается разность потенциалов. Во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ-синтетазы, обладающие ионным каналом. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня, положительно заряженные частицы H + силой электрического поля начинают проталкиваться через канал АТФазы и, оказавшись на внутренней поверхности мембраны, взаимодействуют с кислородом, образуя воду:

Энергия ионов водорода H + , транспортирующихся через ионный канал внутренней мембраны митохондрии, используется для фосфорилирования АДФ в АТФ:

Такое образование АТФ в митохондриях при участии кислорода называют окислительным фосфорилированием.

Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:

Таким образом, в ходе гликолиза образуются две молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания — еще 36АТФ, в целом при полном окислении глюкозы — 38АТФ.

Ссылка на основную публикацию
Эстрадиол понижен как повысить
Низкий эстрадиол можно повысить естественным путем – диета, травы и продукты с эстрогенами (хмель, соя, шалфей, красный клевер), биодобавками (Климадинон,...
Экстракт герани в таблетках
Автор: магазин спортивного питания Спорт Еда Дата: 2019-07-01 Просмотры: 25 779 Оценка: 4.9 DMAA – так называют популярную спортивную добавку...
Экстракт герани эффект
Экстракт герани также называют 1,3-диметиламиламином или DMMA. Применяется бодибилдерами и спортсменами перед тренировками. DMAA является неврологическим стимулятором, прием которого способствует...
Этапы катаболизма таблица
Катаболизм (диссимиляция ) - это энергетический обмен, часть метаболизма, распада сложных веществ на более простые (или окисления вещества), который протекает...
Adblock detector