Енергетичний обмін (катаболізм) — послідовність, опис етапів

Енергетичний обмін (катаболізм) – це спільна діяльність хімічних реакцій внаслідок розпаду органічних зчеплень з метою звільнення енергії для витрати на синтезування аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).

Що таке АТФ

Постійним джерелом енергії для існуючих клітин живих організмів є АТФ. Вона починає свою діяльність після реакції фосфорилювання – додавання атомів фосфорної сполуки до молекул аденозиндифосфату (АДФ).

Внаслідок цього енергія, що витрачається, має властивість накопичуватися у зв’язках АДФ, а після її розпаду і гідролізу вона надходить в матерію в кількості 40 кДж.

Простою мовою, розпад органічних речовин, або ж іншими словами дисиміляція, сприяє виділенню необхідної сили. Вивільнена енергія, в залежності від живого індивідуума та умов його існування, проходить у дві або в три стадії.

Аеробам притаманні наступні три фази енергетичного метаболізму:

• Підготовчий;
• Безкисневий;
• Кисневий.

В результаті взаємодії всіх трьох описаних етапів, органічні частинки перетворять найпростіші молекули неорганічних сполук.

Організми, що живуть без повітря і не потребують надходження повітря для енергетичного запасу, при нестачі кисню проходять асиміляцію у дві фази, без участі кисню.

Важливо! У двоетапному випадку виділяється на порядок менше сили, ніж при трьохетапній моделі енергетичного процесу.

Етапи катаболізму (енергетичного обміну)

Зараз ми розглянемо докладніше всі етапи катаболізму в живій природі.

Підготовчий

На цій стадії відбувається розпад великих харчових полімерів на дрібні елементи. У шлунково-кишковому тракті багатоклітинних істот відбувається ферментативний травний розпад, а в одноклітинних – він здійснюється лізосомами (мембранними органоїдами, основною функцією яких є розщеплення біополімерів).

Полісахариди, своєю чергою, піддаються розпаду на дисахариди та моносахариди. Далі ланцюжок триває: білки перетворюються в амінокислоти, а жири – в чистий гліцерин і інші жирні сполуки.

В результаті вищеописаних реакцій виділяється невелика частина сили, що витрачається у вигляді тепла, внаслідок чого не може утворитися АТФ.

Отримані мономери мають можливість брати участь у метаболізмі для синтезування потрібних речовин з метою отримання сили. Живою матерією першочергово використовуються вуглеводи, а ось жири – джерело енергії першого резерву, вичерпуються після закінчення вуглецевого запасу.

Як виняток виступають скелетні м’язи, в яких перевага віддається наявності жирів, а не глюкози. При цьому білки витрачаються набагато пізніше, після вичерпання запасу вуглеводів і жирів.

Безкисневий

Другий етап енергетичного обміну (катаболізму) називають гліколізом. Здійснюється він в цитоплазмі матерії. Глюкоза – головне джерело звільненої енергії. Анаеробний гліколіз відбувається внаслідок безкисневого розпаду тієї самої глюкози з метою перетворення її в лактат. Втомлені спортсмени відчувають накопичення даної речовини в м’язах після посиленого тренування або змагання.

Для цього етапу характерний ферментативний поділ органічних частинок після роботи першого етапу.

Через те, що глюкоза вважається найпримітивнішим наповненням для живої тканини у вигляді продукту розпаду полісахаридів, другу стадію можна побачити на прикладі її гліколізу.

Гліколіз – це багаторівневий процес безкисневого розпаду мікрочастинок глюкози, яка містить шість елементів водню і дві одиниці піровиноградної сполуки (піруват). В процесі гліколізу в разі розпадання 1 моля глюкози виділиться приблизно 200 кДж енергії, де 60% звільниться у вигляді тепла, а 40% – залишається для синтезування декількох частинок АТФ з декількох частинок АДФ.

Якщо в оточенні піровиноградного з’єднання є кисень, то він переходить з цитоплазми в важливу частину складової клітини – мітохондрію, де і відбувається її участь в 3 етапі метаболізму.

А ось при відсутності повітря в організмі, СН₃(СО)СООН може бути перетворено тільки лише в C₃H6O₃.

Для мікроорганізмів, що спокійно живуть без повітря, характерне надходження сили в процесі бродіння. У цьому випадку перша стадія збігається з гліколізом: перетворення C₆H₁₂O₆ до СН₃(СО)СООН, і далі залежність її від ферментів, присутніх в матерії.

Так, наприклад, СН₂(СО)СООН може утворити C₂H₅OH, CH₃COOH або ж C₃H₆O₃ кислоти. Цей процес називається молочним бродінням. Завдяки бродінню отримуються продукти, що використовуються людиною, наприклад:

• спирт;
• пиво;
• винні напою;
• кисломолочні продукти.

Важливо! В результаті процесу бродіння, як і у випадку з гліколізом, виділяються тільки два елементи АТФ.

Кисневий

Як тільки в атмосфері накопичується достатня кількість O₂ починається процес в мітохондрії живої матерії. Він має складну структуру, і на відміну від гліколізу, є багаторівневим процесом за участю великого скупчення ферментів.

По закінченню третього етапу формування енергії з двох частинок СН₃(СО)СООН утворюється CO₂, Н₂О і 36 елементів АТФ. Для АТФ створюється запас в процесі безкисневого розпаду C₆H₁₂O₆.

Важливо! Ці дані показують те, що в разі трьохетапного варіанту ЕО виходить більший обсяг корисної енергії. Різниця, виведена на прикладі, значна: 36 АТФ елементів проти 2.

Ми розглянули розвиток енергетичного обміну (катаболізму) в організмі живих і неживих організмів, його етапи, їх відмінності один від одного. Завдяки біологічним дослідам з різними організмами, вивченню їх структури та процесів життєдіяльності, нам стало відомо поняття АТФ – універсального акумулятора енергії в клітині.