Цикл кребса — кратко и понятно суть, схема и реакции

Что такое энергетический обмен?

Для начала нужно разобраться, что такое энергетический обмен и какие у него есть особенности. Уверена, что вы встречали в тестах слова «катаболизм» и «диссимиляция», эти названия являются синонимами термина «энергетический обмен», советую их запомнить. Что же такое энергетический обмен? Это реакции, при которых органические вещества расщепляются, а энергия запасается клеткой в молекулах АТФ. Эту энергию клетка потом потратит на дальнейшую жизнедеятельность.

Такой тип обмена (как и все реакции метаболизма) идет поэтапно. В нем выделяют два или три основных этапа — это зависит от организации клетки и среды, в которой она обитает. Предлагаю рассмотреть каждый из этапов энергетического обмена подробнее.

Если хотите лучше понять не только энергетический обмен, но и другие темы ЕГЭ по биологии, приходите учиться в MAXIMUM! Записывайтесь на консультацию — вы сможете пройти диагностику по выбранным предметам ЕГЭ, поставить цели и составить стратегию подготовки, чтобы получить на экзамене высокие баллы. Все это абсолютно бесплатно!

Сравнение аэробной и анаэробной нагрузки

Теперь, когда мы знаем, как добывается энергия нашим организмом при разной интенсивности нагрузки, давайте выясним — как использовать это не практике?

Аэробная нагрузка

Аэробная нагрузка полностью протекает с использованием кислорода

Чтобы этого добиться, важно держать пульс по второй пульсовой зоне (в среднем до 120-140 уд/мин)

Какие показатели развиваются?

Чаще всего подобный вид нагрузок используется для следующих целей:

Важно помнить, что бегая только в аэробной зоне, вы тренируете медленные мышечные волокна, которые не повысят вашу силу или скорость. Также вы не сможете “накачать” мышцы, — зато сможете улучшить их рельеф, подтянуть фигуру, развить координацию и гибкость

Длительность тренировки

Аэробные нагрузки имеют такую особенность: если заниматься до 40 минут, то будут развиваться все вышеперечисленные показатели, кроме сжигания жира.

Если заниматься дольше 40 минут, жиры будут сжигаться еще несколько часов после тренировки. 

Но, независимо от цели, начинать нужно с тренировок по 15—20 мин. Организм должен адаптироваться. Повышать нагрузку можно на 10% в неделю.

То, что вы едите — непосредственно влияет на то, откуда организм черпает энергию.

Чтобы первые полчаса нагрузки прошли на гликогене: за 2,5—3 часа до тренировки перекусите медленными углеводами. Правильная система питания позволит вам сбросить нежелательные килограммы и обеспечить тело топливом.

После тренировки обязательно закройте углеводно-белковое окно.

Анаэробная нагрузка 

Анаэробные нагрузки только частично проходят без участия кислорода. Чаще это комбинированный вариант энергопотребления.

Вы помните, что креатина мышц + АТФ хватает только на 8—12 секунд. Затем организм переходит на анаэробный гликолиз, который также не может протекать слишком долго. Поэтому периоды активной силовой или скоростной работы чередуются с периодами отдыха. Во время восстановления организм частично восполняет потери кислорода и приходит в форму.

Какие показатели развиваются?

Развивается: сила мышц, скорость (за счет быстрых мышечных волокон), толерантность к накоплению лактата, МПК, взрывные качества мышц. Здесь уже у вас получится увеличить мышечную массу!

Кроме того, комбинация аэробных и анаэробных упражнений поможет быстрее похудеть.

Длительность тренировки

Длительность тренировки зависит от того, сколько подходов упражнений + восстановлений вы готовы выполнить. Обычно длительность тренировки — до 40 минут. 

Аэробное дыхание

Практически все растения, животные, грибы и многие бактерии используют аэробное дыхание

Аэробное дыхание может происходить только в присутствии кислорода. Во время аэробного дыхания реагенты кислород и глюкоза превращаются в продукты диоксид углерода, воду и АТФ.

Эти продукты образуются во время аэробного дыхания в течение трех этапов: гликолиза, цикла лимонной кислоты и окислительного фосфорилирования. Во время гликолиза молекулы глюкозы распадаются на две более мелкие молекулы пирувата. В цикле лимонной кислоты электроны высвобождаются и собираются молекулами акцептора. Во время окислительного фосфорилирования электроны помогают создать градиент концентрации с ионами водорода, которые помогают молекуле, называемой АТФ-синтаза, создавать АТФ.

Большинство эукариотических организмов используют аэробное дыхание. Эукариотические организмы — это организмы, клетки которых содержат ядро ​​и другие мембраносвязанные органеллы. Практически все растения, животные и грибы используют аэробное дыхание, а также некоторые бактерии.

Примеры заданий

Давайте разберем несколько заданий на энергетический обмен из ЕГЭ по биологии, чтобы закрепить знания на практике.

Пример 1. Что характерно для аэробного этапа энергетического процесса?

1. протекает в лизосомах
2. расщепляются молекулы ПВК
3. наблюдается высокий выход молекул АТФ
4. проходит в цитоплазме
5. встречается у бактерий
6. имеются циклические реакции

Решение. Аэробный или кислородный этап — третий этап энергетического обмена. Он проходит на кристах митохондрий, там расположены ферментативные комплексы и идут циклические реакции, в которых молекулы пировиноградной кислоты разрушаются, на этом этапе наблюдается высокий выход энергии —36 АТФ. В лизосомах проходит подготовительный этап, а в цитоплазме — гликолиз. Кислородный этап не характерен для бактерий, так как у них нет мембранных органоидов. 

Ответ: 236

Пример 2. Установите соответствие между характеристикой энергетического обмена и его этапом

ХАРАКТЕРИСТИКА		ЭТАП ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА
A) происходит в аэробных условияхБ) происходит в цитоплазмеB) образуется молочная кислотаГ) образуется пировиноградная кислотаД) синтезируется 36 молекул АТФ		1) гликолиз2) кислородное окисление

Решение. Гликолиз — второй этап энергетического обмена, анаэробный, проходит в цитоплазме, образуется пировиноградная кислота, а при недостатке кислорода еще и молочная кислота. Кислородный — третий этап, аэробный, завершается образованием 36 молекул АТФ.

Ответ: 21112

Пример 3. В процессе гликолиза образовались 64 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении глюкозы в клетках эукариот? Ответ поясните

Решение: 

1. Во время гликолиза одна молекула глюкозы распадается до двух молекул пировиноградной кислоты. Для образования 64 молекул ПВК расщепилось 32 молекулы глюкозы (64:2).
2. При полном окислении одной молекулы глюкозы в эукариотической клетке образуется 38 молекул АТФ. При расщеплении 32 молекул глюкозы образуется 1216 молекул АТФ (38*32). 

Как видите, энергетический обмен — важная часть ЕГЭ по биологии. Справиться с заданиями достаточно просто, если знать, что происходит на каждом из этапов.

Как сжигаются калории в организме человека?

Перед тем как начать оценивать аэробные и анаэробные упражнения, давайте вспомним, как организм добывает энергию. Разберем на наглядном примере.

Представим, что вы вышли на легкую утреннюю пробежку. Чтобы получить заветные калории, ваш организм для начала будет использовать самые легкодоступные вещества — глюкозу крови. Когда она закончится, наступит время сложных углеводов. Они хранятся в мышцах и печени в виде гликогена. Расщепляется гликоген легко и быстро, но энергии дает не так уж и много: всего 4 ккал на 1 г.

Вы уже догадались, что первый пример — это аэробная работа, а второй — анаэробная. 

Что такое аэробные нагрузки

Аэробные нагрузки – это такие виды упражнений, в которых источником энергии является кислород. Они, прежде всего, направлены на активное обогащение организма кислородом и укрепление всех его систем. Такие виды нагрузок стали популярными еще в 70-х годах прошлого столетия благодаря Сильвестру Сталлоне и Арнольду Шварцнеггеру. Ученые смогли выяснить, что аэробные занятия спортом способствуют жиросжиганию, похудению и контролю над уровнем подкожно-жировой клетчатки. Если сказать обобщенно, то такой тип нагрузок размеренный и продолжительный.

Что стоит отнести к аэробным нагрузкам:

• различные виды аэробики;
• езда на велосипеде;
• катание на лыжах;
• плавание;
• занятия на беговой дорожке, велотренажере, эллипсоиде и степпере;
• катание на коньках и роликовых коньках;
• спортивная ходьба;
• бег в размеренном темпе;
• танцы.

Этапы метаболизма

Первый этап — подготовительный. Здесь сложные органические вещества (полимеры) распадаются до более простых (мономеров). Например, белки распадаются до аминокислот, а полисахариды до моносахаридов. Сами понимаете, что энергии при этом выделяется очень мало, она не запасается в молекулах АТФ, а выделяется в окружающую среду в виде тепла. Это знакомый нам процесс — пищеварение, он происходит в пищеварительной системе.

Что делать организмам, у которых пищеварительной системы нет? Они тоже осуществяют пищеварение, но другими способами. Например, у одноклеточных животных внутриклеточное пищеварение происходит в лизосомах и пищеварительных вакуолях.

Второй этап имеет сразу несколько названий. Например, бескислородный или анаэробный, так как он происходит без участия кислорода. Еще одно название — гликолиз («глико» — сахар, «лизис» — расщепление).  Глюкоза расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК), при этом энергия запасается в виде двух молекул АТФ.  Легко запомнить: во время второго этапа выделяется две ПВК и две АТФ. Гликолиз проходит в цитоплазме клетки. 

Дальнейшая судьба ПВК зависит от кислорода — если он есть, начинается третий этап, а если его не хватает, ПВК превращается в молочную кислоту. Например, в мышцах при высокой нагрузке и недостатке кислорода образуется молочная кислота. Человек испытывает неприятные ощущения, и даже боль. А в клетках растений и некоторых грибов (яркий пример — дрожжи) при недостатке кислорода ПВК распадается до этилового спирта и углекислого газа — происходит спиртовое брожение.

У аэробных организмов проходит еще и третий этап. Кислородный этап или аэробный, проходит в кислородной среде, другое название — клеточное дыхание. Он проходит только в эукариотических клетках, на кристах митохондрий. ПВК вступает в циклические реакции и полностью окисляется до углекислого газа и воды, а энергия запасается в 36 молекулах АТФ.

Разница между аэробным и анаэробным дыханием

кислород

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание происходит в присутствии кислорода.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание происходит при отсутствии кислорода.

Тип растений и животных

Аэробного дыхания: Аэробное дыхание встречается у всех высших растений и животных.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание обычно встречается у микроорганизмов, но редко у высших организмов.

Вхождение

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание происходит только внутри клетки.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание может возникнуть где угодно.

Локализация внутри ячейки

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание происходит в цитоплазме и митохондриях.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание происходит только в цитоплазме.

Постоянная / временная природа

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание происходит постоянно в присутствии газообразного кислорода.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание происходит постоянно у микроорганизмов. Но у высших животных это происходит в отсутствие кислорода.

меры

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание происходит через гликолиз, окисление пирувата, цикл TCA, цепь переноса электронов и синтез АТФ.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание происходит через гликолиз и неполный распад пирувата.

КПД

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание генерирует 36 АТФ на молекулу глюкозы.

Анаэробное дыхание: Анаэробное дыхание генерирует 2 АТФ на молекулу глюкозы.

токсичность

аэробный Дыхание: Аэробное дыхание не токсично для организма.

Анаэробное дыхание: Аэробное дыхание токсично для высших организмов.

Конечные продукты

аэробный Дыхание: Конечными продуктами при аэробном дыхании являются углекислый газ и вода.

Анаэробное дыхание: Конечными продуктами брожения в дрожжах являются этанол и углекислый газ. У животных конечным продуктом является молочная кислота. Бактерии производят метан и сероводород в качестве конечных продуктов.

окисление

аэробный Дыхание: В процессе аэробного дыхания субстрат полностью окисляется до углекислого газа и воды.

Анаэробное дыхание: Субстрат не полностью окисляется во время анаэробного дыхания.

Заключение

Клеточное дыхание происходит двумя путями, известными как аэробное дыхание и анаэробное дыхание. Аэробное дыхание чаще всего встречается у высших животных и растений. Анаэробное дыхание встречается у микроорганизмов, таких как паразитические черви, дрожжи и некоторые бактерии. Как аэробное, так и анаэробное дыхание используют глюкозу в качестве субстрата. Аэробное дыхание происходит в присутствии кислорода, полностью окисляя субстрат, давая неорганические конечные продукты, углекислый газ и воду. Напротив, анаэробное дыхание происходит в отсутствие кислорода, не полностью окисляя субстрат, давая органические конечные продукты, такие как этанол. Поскольку анаэробное дыхание не полностью окисляет субстрат, выход АТФ очень низок по сравнению с выходом аэробного дыхания. Аэробное дыхание дает 36 АТФ, но анаэробное дыхание дает только 2 АТФ на молекулу глюкозы. В этом разница между аэробным и анаэробным дыханием. 

Ссылка:1. Купер, Джеффри М. «Метаболическая энергия». Клетка: молекулярный подход. 2-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 07 апреля 2017 г.2. Юртшук, Питер и младший. «Бактериальный метаболизм». Медицинская микробиология. 4-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 01 января 1996 г. Веб. 07 апреля 2017 г.3. «Аэробное дыхание и анаэробное дыхание — сдайте мои экзамены. Н.п., н.д. Web. 07 апреля 2017 г.

Изображение предоставлено:1. «Аэробные дорожки» Бумфрифр — собственная работа

Что такое аэробное дыхание

Набор реакций, происходящих в присутствии кислорода, который расщепляет пищу, чтобы генерировать энергию в форме АТФ, известен как аэробное дыхание. Наиболее распространенным типом клеточного репарации является аэробное дыхание, которое встречается у высших растений и животных. Аэробное дыхание происходит как в цитоплазме, так и в митохондриях. Он производит 36 АТФ из одной молекулы глюкозы. В основном, три шага участвуют в аэробном дыхании. Это гликолиз, цикл лимонной кислоты и цепь переноса электронов. Основой в основном является глюкоза, а неорганическими конечными продуктами являются углекислый газ и вода. Следовательно, аэробное дыхание является обратным фотосинтезу. Общая химическая реакция аэробного дыхания показана ниже.

Химическая реакция аэробного дыхания

С₆ЧАС₁₂О₆  +  6О₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2900 кДж / моль

гликолиз является первым шагом аэробного дыхания и происходит независимо без кислорода. Следовательно, это также первый шаг деградации глюкозы при анаэробном дыхании. Гликолиз происходит в цитоплазме всех клеток. Во время гликолиза глюкоза расщепляется на две молекулы пирувата, генерируя 2 АТФ в качестве чистого усиления. Кроме того, две молекулы НАДН образуются путем получения электронов из глицеральдегид-3-фосфата. Пируват превращается в матрицу митохондрий, образуя ацетил-КоА из пирувата путем удаления диоксида углерода во время окислительного декарбоксилирования пирувата. Ацетил-КоА затем входит в цикл лимонной кислоты, который также называют циклом Кребса. Во время цикла лимонной кислоты одна молекула глюкозы полностью окисляется в шесть молекул углекислого газа, образуя 2 GTP, 6 NADH и 2 FADH₂, Эти NADH и FADH2 объединяются с кислородом, генерируя АТФ во время окислительного фосфорилирования. Окислительное фосфорилирование происходит во внутренней мембране митохондрий, перенося электроны через ряд носителей в цепь переноса электронов, Общий выход аэробного дыхания составляет 36 АТФ. Принципиальная схема аэробного дыхания показана на Рисунок 1.

Рисунок 1: Аэробное дыхание

Гликолиз

Гликолиз – (от. греч. glycys — сладкий и lysis — растворение, распад) – бескислородный распад, в ходе которого синтезируются две молекулы АТФ на молекулу глюкозы.

Конечными продуктами гликолиза являются пируват и NADH. Процесс гликолиза катализируется одиннадцатью ферментами.

Первой реакцией является фосфорилирование, т.е. перенос остатка ортофосфата на глюкозу за счет АТФ. Реакция катализируется ферментом гексокиназой и считается практически необратимой:

Второй реакций гликолиза является превращение глюкозо-6-фосфата под действием фермента глюкозо-6-фосфат-изомеразы во фруктозо-6-фосфат.

Реакция легко протекает в обоих направлениях, и для нее не требуется каких-либо кофакторов:

Третья реакция катализируется ферментом фосфофруктокиназой; образовавшийся фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется за счет второй молекулы АТФ:

Данная реакция аналогично гексокиназной практически необратима, протекает в присутствии ионов магния и является наиболее медленно текущей реакцией гликолиза.

Четвертую реакцию гликолиза катализирует фермент альдолаза.

Под влиянием этого фермента фруктозо-1,6-бифосфат расщепляется на две фосфотриозы. Реакция обратима.

Пятая реакция – это реакция изомеризации триозофосфатов. Катализируется ферментом триозофосфатизомеразой:

В результате шестой реакции глицеральдегид-3-фосфат в присутствии фермента глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата подвергается своеобразному окислению с образованием 1,3-бифосфогли­цериновой кислоты и восстановленной формы НАД (НАДН).

Реакция протекает в несколько этапов:

Седьмая реакция катализируется фосфоглицераткиназой, при этом происходит передача богатого энергией фосфатного остатка на АДФ с образованием АТФ и 3-фосфоглицериновой кислоты (3-фосфоглицерат):

Восьмая реакция сопровождается внутримолекулярным переносом оставшейся фосфатной группы, и 3-фосоглицериновая кислота превращается в 2-фосфо­глицериновую кислоту (2-фосфоглицерат).

Реакция легко обратима, протекает в присутствии ионов Mg2+.

Девятая реакция катализируется ферментом енолазой, при этом фосфоглицериновая кислота в результате отщепления молекулы воды переходит в фосфоенолпировиноградную кислоту (фосфоенолпируват), а фосфатная связь в положении 2 становится высокоэргической:

Енолаза активируется двухвалентными катионами Mg2+ или Mn2+ и ингибируется фторидом.

Десятая реакция характеризуется разрывом высокоэргической связи и переносом фосфатного остатка от фосфоенолпирувата на АДФ (субстратное фосфорилирование).

Катализируется ферментом пируваткиназой:

Для действия пируватканизы необходимы ионы Mg2+, а также одновалентные катионы щелочных металлов (К+ или др.) Внутри клетки реакция является практически необратимой.

В результате одиннадцатой реакции происходит восстановление пировиноградной кислоты и образуется молочная кислота. Реакция протекает при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН, образовавшегося в шестой реакции:

Последовательность реакций, протекающих при гликолизе, показана на рис.

Рис. 26. Последовательность реакций гликолиза

1 — гексокиназа, 2 — фосфоглюкоизомераза, 3 — фосфофруктокиназа, 4 — альдолаза,
5 — триозофосфоизомераза, 6 — глицеральдегидфосфатдегидрогеназа,
7 — фосфоглицераткиназа, 8 — фосфоглицератмутаза, 9 — енолаза, 10 — пируваткиназа,
11 — лактатдегидрогеназа

Биологическое значение процесса гликолиза заключается прежде всего в образовании богатых энергией фосфатных соединений.

На первых стадиях гликолиза затрачиваются 2 молекулы АТФ (гексокиназная и фосфофруктокиназная реакции). На последующих образуется 4 молекулы АТФ (фосфоглицераткиназная и пируваткиназная реакции).

Анаэробное энергообразование

Анаэробное энергообразование

Анаэробное алактатное энергообразование

Анаэробное алактатное (фосфатное) энергообразование

Химические реакции, проходящие с участием КФ и АТФ, способны дать работающим мышцам огромное количество энергии, но в течение весьма непродолжительного времени, потому что запас этих соединений в организме ограничен (запасов КФ в мышцах всего в 3-4 раза больше, чем АТФ). Именно эти химические реакции оказывают максимальный вклад в обеспечение энергией быстрого, взрывного плавания с полной отдачей примерно в первые 10 секунд спринтерской дистанции в 50 метров.

Итак, запаса КФ и АТФ хватает лишь на 7-12 секунд предельно интенсивной работы, ну, или же на 15-30 секунд просто интенсивного сокращения мышц. В течение этого времени организмом не накапливается молочная кислота, поэтому такое энергообразование называется анаэробным алактатным. Но, нам необходимо двигаться дальше, и организм для получения энергии переключается на менее эффективный энергоноситель — гликоген, запасы которого в организме гораздо более значительны, нежели запасы креатинфосфата.

Анаэробное лактатное энергообразование

Анаэробное лактатное (гликолитическое) энергообразованиегликолиза

На самом деле анаэробное расщепление гликогена «стартует» практически с самого начала физической нагрузки, так как организм, не зная какая работа его ждет, старается активировать все свои энергетические системы, чтобы потом не допустить перерывов в работе. Когда заканчиваются запасы КФ и АТФ в мышцах, то есть секунд через 15-20, анаэробная лактатная система выходит на максимальную интенсивность.

Казалось бы, запасы гликогена в мышцах достаточно велики, и анаэробное лактатное энергообеспечение может очень долго снабжать мышцы энергией. Но по факту действия этой системы длится 2-3 минуты очень интенсивной работы. В чем же подвох? Все дело в той самой, образующейся при гликолизе, молочной кислоте (лактате). При продолжительных интенсивных нагрузках количество образовавшейся молочной кислоты превышает порог ее возможного усвоения и утилизации другими мышцами и буферными системами крови, что, в конечном счете, приводит к уменьшению синтеза АТФ и снижению работоспособности. В такой ситуации выхода два: либо передохнуть (до тех пор, пока из мышц не выйдут излишки лактата), либо еще больше снизить интенсивность нагрузки, чтобы запустить аэробную систему энергообразования.

История исследования

Гликолиз первый из открытых и наиболее исследован метаболический путь. 1897 братья Ганс и Эдуард Бюхнер занимались изготовлением бесклеточной экстрактов дрожжей для терапевтического применения. Очевидно, они не могли использовать ядовитые для человека антисептики, как фенол, поэтому попытались распространен в кулинарии консервант — сахарозу. Выяснилось, что в дрожжевых экстрактах это вещество быстро зброджувалась к этиловому спирту. Так впервые установлено, что брожение может происходить вне живых клеток. В 1907 году Эдуарду Бюхнеру была присуждена Нобелевская премия по химии.

Со времени открытия внеклеточного брожения до 1940-х годов исследования реакций гликолиза было одной из основных задач биохимии. Описанием этого метаболического пути в клетках дрожжей занимались Отто Варбург, Ганс фон Эйлер-Хельпин и Артур Гарден (два последних получили Нобелевскую премию по химии 1929 года), в мышцах — Густав Эмбден и Отто Меергоф (Нобелевская премия по медицине и физиологии 1922 ). Также свой вклад в исследование гликолиза сделали Карл Нойберг, Яков Парнас, Герти и Карл Кори.

Важными «побочными» открытиями, сделанными благодаря изучению гликолиза, была разработка многих методов очистки ферментов, выяснения центральной роли АТФ и других фосфорильованих соединений в метаболизме, открытие коэнзимов, таких как НАД.

Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)

Глюконеогенез протекает в основном по тому же пути, что и гликолиз, но в обратном направлении.

Однако три реакции гликолиза необратимы, и на этих стадиях реакции глюконеогенеза отличаются от реакций гликолиза.

Обходные пути глюконеогенеза.

I. Первый обходной путь — превращение пирувата в фосфоенолпируват.

Это превращение осуществляется под действием двух ферментов — пируваткарбоксилазы (Е1) и карбокикиназы фосфоенолпирувата (Е2).

Превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат катализирует фермент фруктозо-1,6-дифосфатаза.

Образование глюкозы из глюкозо-6-фосфата катализирует фермент глюкозо-6-фосфотаза .

Этот фермент отсутствует в клетках мозга, скелетных мышц и др.

тканях, поэтому глюконеогенез, протекающий в этих тканях не может поставлять глюкозу в кровь. Глюкозо-6-фосфатаза локализована в почках и, особенно, в печени, и глюкозо-6-фосфат может превращаться в глюкозу, если ее уровень в крови снижен.

Что такое гликолиз

В общих чертах, гликолиз — это процесс, который происходит в цитоплазме всех клеток: от низших бактерий до высших млекопитающих — людей. Для некоторых это единственный метаболический путь доставки энергии клетке — например, для бактерий, для других же это метаболический путь, в который «сливаются» и другие метаболиты — белки и липиды.

Гликолиз — это основной путь расщепления глюкозы в нашем организме, основное биологическое значениеэтого процесса заключается в получении энергии и других продуктов обмена.

Гликолиз происходит как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Процесс в анаэробных условиях (недостаток кислорода) называется анаэробным гликолизом  — конечным продуктом лактата и ферментации в дрожжах — алкогольной или молочнокислой ферментации.

При наличии кислорода этот процесс называется аэробным гликолизом — конечным продуктом выступают  CO2 и H2O,

Гликолиз представляет собой серию реакций, в которых одна молекула глюкозы распадается на две молекулы пирувата. Но так происходит не всегда, в случаях когда доступ кислорода в этой реакции затруднен, проще говоря, в анаэробных условиях, то пируват превращается в лактат или спирт.

Механизмы анаэробного метаболизма: гликолиз в анаэробных условиях

В анаэробных условиях O2 отсутствует. Отсутствие конечного субстрата O2 ингибирует активность дыхательных структур (до этого они неактивны), и таким образом конечным продуктом распада глюкозы в анаэробных условиях является лактат,

Анаэробный распад  глюкозы в физиологических условиях наблюдается в эритроцитах (без митохондрий) и в сильно сокращающихся мышцах (недостаточное кровоснабжение кислородом), это наблюдается при сильной физической работе — присутствует истощение O2 в мышечных клетках (в форме оксимиоглобина).

Лактат в мышечных клетках приводит к мышечной лихорадке, которая преодолевается неинтенсивной мышечной активностью, направленной на полное расщепление лактата в мышцах, до CO2 , H2O и H2 в результате аэробного гликолиза.

При патологических состояниях и онкологических заболеваниях, у многих людей наблюдается так называемый эффект Пастера, при котором клетки из-за уменьшенного поступления крови или кислорода переключаются на анаэробный распад глюкозы, связанный с повышенным ее потреблением (повышенная экспрессия трансмиттеров глюкозы GLUT1 ) и гипогликемией.

Анаэробный гликолиз, как при физиологических, так и при патологических состояниях, характеризуется повышенным уровнем конечного продукта в результате расщепления его лактата в плазме крови — лактатемией, что может привести к ацидозу.

Дальнейшее расщепление лактата

Лактат метаболизируется из печени в пируват, катализируя реакцию в обратном направлении, и глюкоза синтезируется пируватом с использованием ферментов глюконеогенеза в печени через цикл Кори (лактатный цикл). 

Вот в этой схеме и кроется ответ на вопрос о том, как влияет анаэробный гликолиз на производство энергии, ведь мы видим, что наша молочная кислота, образовавшаяся в мышцах, через кровь попадает в печень и участвует в процессе глюконеогенеза —  создания глюкозы из неуглеводных продуктов. 

Отличия

Как мы уже говорили, основное различие между аэробным и анаэробным дыханием заключается в том, присутствует ли кислород. Для аэробного дыхания нужен кислород, а для анаэробного — нет. Это присутствие кислорода определяет, какие продукты будут созданы. Во время аэробного дыхания вырабатываются углекислый газ, вода и АТФ. Во время анаэробного дыхания образуются молочная кислота, этанол и АТФ.

При анаэробном дыхании синтезируется только 2 молекулы АТФ, а при аэробном дыхании — 36. Более того, аэробное дыхание имеет тенденцию происходить у эукариотических организмов, клетки которых имеют ядро, тогда как анаэробное дыхание происходит у прокариотических организмов

Однако важно отметить, что животные подвергаются молочнокислой ферментации, которая является анаэробной. Это происходит, когда мышечные клетки не могут получать достаточно кислорода

Энергоносители

Мышечными энергоносителями являются

1. фосфатные соединения: аденозинтрифосфат (АТФ) и креатинфосфат (КФ)
2. углеводы: глюкоза и гликоген
3. жиры в виде жирных кислот

белки в виде аминокислот

Где в организме хранятся энергоносители?

Запасы аденозинтрифосфата (АТФ), креатинфосфата (КФ), гликогена и жиров накапливаются непосредственно в самой мышечной клетке. Кроме того, гликоген и жиры откладываются также в печени и в подкожной жировой клетчатке.

Запасы АТФ и КФ в мышцах настолько малы и ничтожны, и, в лучшем случае составляют всего несколько килокалорий. Таких запасов хватит всего-навсего на несколько секунд интенсивной работы.

Другое дело гликоген и жиры. Энергетические резервы, хранящиеся в организме в виде гликогена составляют у тренированного человека до 750 грамм (3100 ккал), в то время как у нетренированного – более чем на треть меньше – 450 грамм (1800 ккал). Большая часть гликогена запасается в мышцах и представляет из себя энергорезерв быстро включающийся в энергообразование (так как мышечный гликоген не надо транспортировать к мышечной клетке с помощью кровотока, а затем проводить через оболочку клетки – ведь он уже итак в ней припасен). Интересен следующий факт: мышечные волокна легко и с удовольствием принимают приносимую кровотоком глюкозу, и накапливают ее в виде гликогена, но очень неохотно отдают его для потребления другими интенсивно работающими мышцами.

Запасы гликогена в печени составляют около 150 грамм (620 ккал). Гликоген печени только частично может быть использован для обеспечения работы мышц. Дело в том, что нужно еще обеспечивать работу мозга и нервной системы, которым тоже нужно питание. Поэтому всевозможные защитные механизмы препятствуют чрезмерному потреблению «печеночного» гликогена мышцами и поддерживают постоянный уровень сахара в крови (80-90 мг глюкозы на 100 мл крови).

Итак, истратив свой гликоген, и позаимствовав немного гликогена у печени, наши интенсивно работающие на тренировке мышцы все еще нуждаются в источнике энергии. Тут дело доходит и до жиров.

Запасы жиров в организме огромны: от 30000 до 100000 ккал и сосредоточены они в подкожной жировой клетчатке (особенно на животе, и на бедрах у дам). Запасы жира в мышцах (в виде капель триглицерида) не велики – около 200 грамм (1900 ккал). Жиры хороши для продолжительной мышечной работы небольшой интенсивности.

Химические реакции

Непосредственным источником энергии для мышечных волокон всегда является АТФ

Как происходит процесс?

Чтобы получить энергию аденозинтрифосфат (АТФ) расщепляется на аденозиндифосфат (АДФ) и фосфат (Ф). При этом выделяется энергия, которая и используется для сокращения мышечных волокон:

Запасы АТФ в мышцах крайне малы, поэтому тут же запускаются механизмы обратного синтеза АТФ:

Эта обратная реакция называется фосфорилированием. Для осуществления этой реакции, как мы видим, нужна энергия. Где же ее взять?

Вот тут и потребуются рассмотренные ранее вещества-энергоносители, при расщеплении которых мы получим необходимую для синтеза АТФ энергию. Если в получении этой энергии участвует кислород, то такое энергообразование называется аэробным, если образование энергии проходит без участия кислорода, то это анаэробное энергообразование. С помощью каких энергоносителей будет осуществляться восстановление АТФ, зависит от количества энергии требуемой в единицу времени.

Что нужно запомнить?

• Энергетический обмен нужен, чтобы запасать энергию, расщепляя полимеры
• Первый этап энергетического обмена — подготовительный. В пищеварительной системе и /или лизосомах, полимеры распадаются до мономеров, энергия расходуется в виде тепла
• Второй этап — гликолиз. Проиходит в цитоплазме. Глюкоза распадается до 2 молекул ПВК, запасается 2 АТФ
• Третий этап — клеточное дыхание. Происходит на кристах митохондрий. ПВК полностью окисляется, запасается 36 молекул АТФ
• За три этапа клетка может получить 38 АТФ из одной молекулы глюкозы: 2  АТФ на втором и 36 АТФ на третьем

ЕГЭ по биологии — большой и сложный экзамен, который состоит из большого количества тем и заданий. Но сдать его на высокий балл реально, если организовать систематическую подготовку. Обязательно приходите на бесплатную консультацию в MAXIMUM — там вы сможете построить индивидуальную стратегию подготовки к ЕГЭ и узнаете все подводные камни экзамена.