Получение клеткой энергии

§17 ПОЛУЧЕНИЕ КЛЕТКОЙ ЭНЕРГИИ.
Каждому организму в процессе жизнедеятельности необходима энергия. Движение, рост,
развитие, размножение — все эти процессы связаны с затратой энергии. Автотрофные
организмы способны аккумулировать солнечную энергию и благодаря ей синтезировать в
своем теле органические вещества. А потом использовать эти вещества для построения тела
и для получения энергии. Как же получают энергию гетеротрофные организмы?
Пищеварение и преобразование энергии. Гетеротрофные организмы получают
органические вещества с пищей. Первоначальное расщепление веществ происходит в их
пищеварительном тракте, а окончательное — на клеточном уровне. Высокомолекулярные
органические вещества пищи не могут быть сразу усвоены клетками и тканями. Прежде
всего, они должны быть разрушены до низкомолекулярных веществ, более доступных для
клеточного усвоения. В результате сложных многоэтапных процессов диссимиляции
выделяется энергия, которая частично расходуется в виде тепла, а частично преобразуется и
запасается в молекулах АТФ.
Рассмотрим основные этапы протекания этих процессов у животных и человека.
На подготовительном этапе, называемом еще пищеварением, происходит расщепление
органических веществ под воздействием ферментов в пищеварительном тракте. Так, белки
расщепляются в желудке и в двенадцатиперстной кишке под действием ферментов — пепсина,
трипсина до аминокислот. Расщепление полисахаридов начинается в ротовой полости в
присутствие фермента слюны амилазы, а далее продолжается в двенадцатиперстной кишке.
Там же расщепляются и жиры под действием липазы. Образующиеся низкомолекулярные
вещества всасываются в кровь и доставляются ко всем органам, тканям и клеткам организма.
Вся выделяющаяся на подготовительном этапе энергия рассеивается в виде тепла.
Подготовительный этап (где Q — тепловая энергия):
Белки + Н2О → аминокислоты + Q
Жиры + Н2О → глицерин + ВЖК — высшие жирные кислоты + Q
Углеводы + Н2О → глюкоза + Q
Расщепление глюкозы. Последующие этапы расщепления низкомолекулярных органических
веществ протекают на клеточном уровне. Рассмотрим их на примере глюкозы. Именно это
вещество служит основным источником энергии для большинства организмов.
Глюкоза в клетке может расщепляться двумя путями — анаэробно и аэробно. Процесс
бескислородного расщепления протекает в цитоплазме клетки. В этом процессе при
расщеплении 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ и органическое вещество
способное к дальнейшему расщеплению (например, молочная кислота-2молекулы).
Кислородный этап расщепления происходит в митохондриях клетки. Функцию окислителя
выполняет кислород. Молекулы молочной кислоты расщепляются до углекислого газа и воды.
При этом на каждые 2 молекулы молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ. А всего за оба
этапа образуется 38 молекул АТФ на каждую расщепившуюся молекулу глюкозы.
Таким образом, аэробное расщепление глюкозы энергетически в 19 раз выгоднее,
чем анаэробное. В этом процессе образуются только энергетически бедные неорганические вещества, а клетка запасает максимальное количество энергии в виде
молекул АТФ.
Кислородное расщепление глюкозы происходит не только в клетках животных, но
и в клетках растений, грибов, аэробных бактерий.
Процессы клеточного дыхания по конечному результату схожи с процессами
горения. Например, если сжечь сахар, то также получается углекислый газ и вода
Но эти процессы существенно различаются по сберегаемости энергии. При горении вся
энергия переходит в световую и тепловую, ничего при этом не запасается. В процессе
клеточного дыхания запасается энергия в молекулах АТФ, которая в последствии
расходуется во всех
процессах жизнедеятельности: синтезе органических веществ, росте, развитие,
движение и др.
Бескислородный
и
кислородный
пути
диссимиляции.
Исторически
бескислородный путь получения энергии более древний процесс, чем клеточное дыхание.
Он характерен не только для анаэробных организмов, но является и первым этапом
окисления глюкозы у аэробных организмов, в том числе у животных и человека.
Например, при интенсивной физической нагрузке и недостатке кислорода в мышцах
образуется и накапливается молочная кислота, которая вызывает болевые
ощущения. Кислородный путь диссимиляции оказался более выгодным в
энергетическом отношении. Сравните количество АТФ, синтезируемое при
бескислородном и кислородном расщеплениях глюкозы, и станет ясно, почему
кислородный путь оказался эволюционно более предпочтительным. Благодаря
выигрышу энергии первичные одноклеточные аэробные организмы дали в процессе
исторического развития живой природы дали начало многоклеточным организмам и
достигли больших размеров. Среди анаэробов остались в основном одноклеточные
формы, а также паразиты, вторично перешедших в анаэробные условия.