Место гликолиза в энергетическом обмене
Катаболизм (диссимиляция) — это совокупность ферментативных реакций расщепления органических веществ, которые сопровождаются выделением энергии и образованием конечных продуктов распада: углекислого газа и воды. Выделяемая энергия запасается в макроэргических связях молекул АТФ (аденозинтрифосфата) путем фосфорилирования.
Гликолизу всегда предшествует подготовительный этап. У многоклеточных организмов он протекает в желудочно-кишечном тракте, а внутри клетки — в лизосомах. На этой стадии ферменты расщепляют сложные полимеры до простых мономеров:
- Белки разрушаются до аминокислот;
- Жиры — до глицерина и жирных кислот;
- Сложные углеводы (крахмал) — до моносахаридов (глюкозы);
- Нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.
Главная особенность первого этапа заключается в том, что вся высвобождаемая энергия полностью рассеивается в виде тепла. Синтеза АТФ здесь не происходит. Только после образования глюкозы клетка переходит ко второму, бескислородному этапу.
Механизм бескислородного расщепления
Второй этап энергетического обмена — это непосредственно гликолиз. Он протекает в жидкой среде цитоплазмы без участия кислорода.
В ходе многоступенчатой реакции одна молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК, или пирувата). Параллельно с этим происходит образование клеточной энергии. Суммарное уравнение этого этапа выглядит так:
Глюкоза + 2 АДФ + 2 неорганических фосфата + 2 НАД+ → 2 ПВК + 2 АТФ + 2 НАД·Н2
В результате распада одного моля глюкозы высвобождается 200 кДж энергии. Из них 120 кДж (60%) безвозвратно теряется в виде тепла, а оставшиеся 80 кДж (40%) аккумулируются в макроэргических связях двух молекул АТФ. Кроме того, образуются две молекулы восстановленного переносчика водорода НАД·Н2, которые сыграют свою роль на следующих этапах.
Брожение: пути ПВК при гипоксии
Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от того, доступен ли клетке кислород. Если условия анаэробные, запускаются процессы брожения.
- Молочнокислое брожение. Этот путь характерен для некоторых бактерий, а также для мышечных клеток животных в условиях острой нехватки кислорода (гипоксии). Пируват взаимодействует с водородом от переносчиков (НАД·Н2) и восстанавливается до молочной кислоты (лактата).
- Спиртовое брожение. Встречается у дрожжей и растений. Сначала от ПВК отщепляется углекислый газ, что приводит к образованию уксусного альдегида. Затем этот альдегид восстанавливается до конечного продукта — этилового спирта.
Аэробное завершение катаболизма
Если кислород присутствует, ПВК не подвергается брожению, а отправляется из цитоплазмы в митохондрии для полного окисления. Этот финальный этап протекает в двух компартментах:
- В матриксе митохондрии. Пируват превращается в Ацетил-КоА и вступает в цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Здесь выделяется углекислый газ, синтезируются еще 2 молекулы АТФ и образуются новые восстановленные переносчики.
- На внутренней мембране (кристах). Функционирует дыхательная электрон-транспортная цепь. С участием кислорода и переносчиков водорода синтезируется метаболическая вода и образуется колоссальное количество энергии — 34 молекулы АТФ.
Таким образом, полный цикл расщепления одной молекулы глюкозы дает суммарный энергетический выход в 38 молекул АТФ (2 от гликолиза, 2 от цикла Кребса и 34 от дыхательной цепи).
Чтобы легко вспомнить ключевые продукты гликолиза на одну молекулу глюкозы, используйте фразу «Два Пирата Несут Две Батарейки»: Два Пирата = 2 Пирувата, Несут = 2 НАД·Н2, Две Батарейки = 2 АТФ.
Вопросы с занятий и экзамена
Синтезируется ли АТФ на подготовительном этапе обмена?
Нет, при расщеплении сложных органических веществ до мономеров (например, в лизосомах или пищеварительном тракте) вся энергия рассеивается исключительно в виде тепла.
Где именно протекают реакции гликолиза?
Гликолиз происходит в цитоплазме клетки и является полностью анаэробным процессом, не связанным с мембранами каких-либо органелл.
В каких клетках человека может происходить брожение?
В организме человека молочнокислое брожение может запускаться в мышечных клетках. Это происходит при гипоксии, когда кислорода не хватает для полноценного аэробного окисления.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм работы ферментов пищеварительного тракта и лизосом
- Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) в матриксе митохондрий
- Строение и функционирование электрон-транспортной цепи на кристах
- Структура молекулы АТФ и особенности макроэргических связей
- Биохимические отличия спиртового и молочнокислого брожения
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Гликолиз и брожение» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен веществ и превращение энергии»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.