Непрерывно меняющиеся условия существования организмов требуют различного количества энергии, которая помогает выполнять определенные функции и приспосабливаться к новой среде. Энергия высвобождается путем синтеза соединений АТФ, которые, по сути, являются некоей «энергетической единицей» организма. Данные соединения состоят из различных элементов и имеют сложную структуру, но сама энергия заключена в химических связях фосфатных групп. Расщепляясь АТФ превращается в АДФ и АМФ, а высвободившаяся энергия поступает на выполнение различных функций организма, например, мышечные сокращения.
Совокупность реакций, связанных с АТФ, снабжающих клетки энергией, необходимой для полноценной жизнедеятельности, называется энергетическим обменом, который можно разделить на три основных этапа – подготовительный, бескислородный и кислородный.
Подготовительный этап
Предполагает расщепление сложных соединений на более простые, то есть из жиров, белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот получается глюкоза, аминокислоты, глицерин нуклеотиды и т.д. Непосредственным дополнением данных процессов является рассеивание энергии в виде небольшого количества тепла.
Бескислородный этап
Также называют брожением, и он предусматривает расщепление глюкозы, причем в реакциях участвует АДФ и фосфорная кислота. Суммарная реакция представляет собой сумму глюкозы, фосфорной кислоты и АДФ, которая превращается в молочную кислоту и воду.
С биологической точки зрения данный процесс можно представить, как результат выделения кислот в мышцах. Например, во время анаэробного дыхания в мышцах глюкоза претерпевает распад и становится двумя молекулами пировиноградной кислоты, которые затем превращаются в молочную кислоту.
C6H12O6 + 2АДФ + 2Ф + 2НАД+ ? 2C3H4O3 + 2АТФ + 2H2O + 2НАДН.
У различных организмов результатом бескислородной реакции могут быть различные вещества. Например, у дрожжевых грибков глюкоза, распадаясь, прекращается в этиловый спирт, а данный процесс называется брожением, поэтому бескислородный этап энергетического обмена также называют брожением. Результатом распада глюкозы у других организмов могут быть уксусная кислота, ацетон и множество других соединений. Важно отметить, что распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ и высвобождением 60% энергии, а остальные 40% сохраняются в химических связях.
Кислородный этап
Полное кислородное расщепление также называется клеточным дыханием, и оно знаменуется полным распадом веществ, образовавшихся на втором этапе до таких конечных продуктов, как диоксид углерода и вода. Расписав реакцию данного этапа, можно увидеть, что молочная кислота, кислород, фосфорная кислота и АДФ после превращения дадут углекислый газ, воду и АТФ, причем высвобожденной энергии хватает на образование 36 молекул АТФ. А на втором этапе «энергетическая прибыль» составляла всего 2 молекулы АТФ.
С6Н12О6 + 6О2 ? 6СО2 + 38 АТФ
Итак, расщепление одной клетки глюкозы приводит к образованию 38 молекула АТФ, однако не стоит забывать, что для получения энергии могу использоваться и другие вещества, например, липиды или белки. Тем не менее, главная роль энергетического обмена большинства организмов отводится сахарам.
