Биология. 11 класс

Пластический обмен. Фотосинтез

Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счет энергии света. Суммарное уравнение фотосинтеза:

Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Наиболее важным является пигмент хлорофилл.

Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.

Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны. К ней относятся: поглощение хлорофиллом квантов света, фотолиз воды и образование молекулы АТФ.

Под действием кванта света (ho) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбужденное состояние

Эти электроны (е) передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов.

Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть ее разложение под действием света

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их. Молекулы хлорофилла возвращаются в стабильное состояние.

Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, накапливаются внутри тилакоида, создавая Н’-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны тилакоида заряжается положительно (за счет Н*), а наружная — отрицательно (за счет е ). По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц нарастает разность потенциалов. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. Выделяющаяся при этом энергия используется для фосфорилирования молекул АДФ. Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием.

Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствии разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ#Н,. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ*Н, участвуют в процессах темновой фазы.

2. Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО,, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы, за счет энергии АТФ. В цикле Кальвина СО, связывается с водородом из НАДФ*Н, с образованием глюкозы.

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты.

Первый этап – пищеварение

Что есть в начале? Ломтик хлеба, состоящий из таких макромолекул, как углеводы, жиры и белки, которые попадают в ротовую полость.

Что получается в конце? Аминокислоты, моносахариды, например глюкоза, и жирные кислоты поступают в кровеносную систему.

Какие процессы протекают на данном этапе? Все этапы пищеварения характеризуются механической и химической обработкой. Давайте рассмотрим их по отдельности.

Механическая обработка: ломтик хлеба попадает в ротовую полость, где он смачивается слюной, образуя небольшие комки пищи. Эти комки проталкиваются в пищевод, а из пищевода они попадают в желудок.

Химическая обработка: на своем пути в желудок кусочки пищи претерпевают некоторые изменения. Еще в ротовой полости крахмал в составе хлеба расщепляется до мальтозы – низкомолекулярного углевода. Далее в желудке фермент пепсин и соляная кислота расщепляют белки в составе хлеба до коротких пептидов и аминокислот в желудке. Из желудка пища попадает в двенадцатиперстную кишку, где жиры, белки и углеводы окончательно расщепляются до низкомолекулярных веществ (аминокислот, жирных кислот и глюкозы), которые затем всасываются в кровь через множество тончайших ворсинок тонкой кишки. По току крови эти вещества поступают в пункт назначения – клетки, где и используются для получения энергии.

Так как в нормальных условиях организм человека использует глюкозу в качестве единственного энергоносителя, предлагаем сфокусироваться именно на ее метаболизме.

Особенности метаболизма по ГН

Однако даже продукты с высоким гликемическим индексом не способны нарушить обмен и функции углеводов так, как это делает гликемическая нагрузка. Она определяет, насколько сильно печень загрузится глюкозой при употреблении этого продукта. При достижении определенного порога ГН (порядка 80-100), все калории, поступающие сверх нормы, будут автоматически конвертироваться в триглицериды.

Примерная таблица гликемической нагрузки с общей калорийностью:

Наименование	ГН	Калорийность
Семечки подсолнуха сухие	2.5	520
Арахис	2.0	552
Брокколи	0.2	24
Грибы	0.2	24
Салат листовой	0.2	26
Салат-латук	0.2	22
Помидоры	0.4	24
Баклажаны	0.5	24
Зеленый перец	0.5	25

designer491 — depositphotos.com. Расчет гликемической нагрузки

Бескислородный этап энергетического обмена

Гликолиз – это анаэробный ферментативный путь расщепления глюкозы до молочной кислоты (лактата), сопровождающийся выделением энергии, запасаемой в виде АТФ. Идентичный гликолизу процесс молочнокислого брожения характерен для многих микроорганизмов. У высших животных, грибов и растений гликолиз является необходимой стадией подготовки сахаров для полного окислительного расщепления до СО2 и Н2О в митохондриях в процессе клеточного дыхания. У млекопитающих гликолиз наиболее интенсивно протекает в скелетных мышцах, печени, сердце, эритроцитах, сперматозоидах, а также в клетках раковых опухолей.

Последовательные реакции гликолиза катализируются 11 ферментами, которые локализованы в гиалоплазме. Условно гликолиз можно разделить на 2 стадии: на первой стадии глюкоза с затратой АТФ превращается в глицеральдегидфосфат, а на второй в результате окислительно-восстановительных реакций образуются АТФ и молочная кислота. Накапливаемый в качестве промежуточного продукта гликолиза восстановленный НАДН окисляется при образовании молочной кислоты до НАД+, который снова возвращается в гликолиз. При наличии достаточного количества кислорода НАДН может окисляться в дыхательной цепи митохондрий. В таком случае гликолиз заканчивается на стадии образования не молочной, а пировиноградной кислоты (пирувата), которая вступает в цикл Кребса и полностью окисляется до СО₂.

При распаде одной молекулы глюкозы затрачивается 2 и образуется 4 молекулы АТФ, т.е. суммарный энергетический выход гликолиза составляет 2 молекулы АТФ. Необходимая для этого энергия выделяется в результате внутримолекулярного окисления альдегидной группы до карбоксильной. В виде АТФ запасается около 30% выделяемой при этом энергии, что, однако, составляет только 5% энергии, которую можно получить при полном окислении глюкозы до СО₂ и Н₂О. Таким образом, гликолиз энергетически менее выгоден, чем дыхание. В гликолиз включаются и другие гексозы (галактоза, фруктоза), пентозы и глицерин. Субстратом гликолиза у животных и грибов может быть гликоген (этот процесс называется гликогенолизом), а у растений – крахмал.

По механизму, аналогичному гликолизу, протекает процесс брожения у различных микроорганизмов. Поскольку живые организмы, по-видимому, впервые появились на Земле в то время, когда ее атмосфера была лишена кислорода, анаэробное брожение следует рассматривать как простейший биохимический механизм получения энергии из питательных веществ. Брожению подвергаются углеводы (гексозы, пентозы), спирты, органические кислоты и азотистые основания. В зависимости от типа брожения его продуктами могут быть спирты (этиловый и др.), органические кислоты (муравьиная, уксусная, молочная, пропионовая, масляная), ацетон, СО₂, а в ряде случаев – молекулярный водород. По виду образуемых продуктов брожение подразделяют на спиртовое, молочнокислое, пропионовокислое и т.д., что легло в основу названия ряда групп бактерий (молочнокислые, маслянокислые, пропионовокислые и т.д.). В процессе спиртового или молочнокислого брожения из одной молекулы глюкозы образуются по две молекулы пирувата, АТФ и НАДН. Поскольку НАДН необходимо окислить и вернуть в цикл брожения, пируват восстанавливается им до молочной кислоты (лактата) или этилового спирта.

Брожение играет важную роль в круговороте веществ в природе (анаэробная деградация целлюлозы и других органических веществ), а также широко применяется в практике. В течение многих веков спиртовое брожение используется в виноделии, пивоварении, выпечке хлеба (а в последнее время – при получении топлива); молочнокислое – для получения кисломолочных продуктов, при квашении капусты, солении огурцов, силосовании кормов для скота; пропионовокислое – в сыроделии; ацетонно-бутиловое – для получения растворителей и т.д.

его этапы, последовательность, значение в биологии

Что такое АТФ?
Этапы энергетического обмена
Подготовительный этап энергетического обмена
Бескислородный этап энергетического обмена
Кислородный этап энергетического обмена
Энергетический обмен, видео

Энергетический обмен в клетке представляет собой общую деятельность химических реакций при распаде органических веществ. При этом происходит освобождение энергии, которая впоследствии идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Значение энергетического обмена в биологии велико, именно с его помощью осуществляется клеточный метаболизм, а сама клетка обеспечивается необходимой энергией для ее функционирования и поддержания жизни.

Что такое АТФ?

Аденозинтрифосфорная кислота (она же АТФ) является постоянным источником энергии для клетки. Деятельность АТФ начинается с реакции фосфорилирования – добавления атомов фосфорного соединения к молекулам аденозиндифосфата (АДФ).

Вот так выглядит строение молекулы АТФ.

Как результат, расходуемая энергия накапливается в связях АДФ, чтобы после ее распада и гидролиза (взаимодействия с водой) поступить в материю в количестве 40 кДж. Говоря по простому, распад органических веществ способствует выделению энергии. А само выделение энергии, энергетический обмен, проходит через две или три стадии. И тут мы переходим к следующему пункту.

Этапы энергетического обмена

В целом существует три этапа энергетического обмена:

• Подготовительный.
• Безкислородный.
• Кислородный.

Так эти этапы или фазы энергетического обмена выглядят схематически:

Но есть исключение. Таким исключением являются организмы, живущие без воздуха, так как они не нуждаются в поступлении кислорода, то энергетический обмен у них происходит только в два этапа. Кислород в этом процессе не участвует.

Далее мы детально рассмотрим все этапы ЭО в живой природе.

Подготовительный этап энергетического обмена

На этой фазе совершается распад больших пищевых полимеров на более мелкие образования. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных существ осуществляется ферментативный пищеварительный распад, в то время как у существ одноклеточных он происходит при помощи лизосом (клеточных органоидов, ответственных за расщепление биополимеров).

В это же время полисахариды (высокомолекулярные углеводы) распадаются на дисахариды и моносахариды. Затем белки превращаются в аминокислоты, а жиры в чистый глицерин и прочие жирные соединения.

В результате описанных выше преобразований образуется определенное количество энергии в виде тепла. АТФ при этом еще не образуется. Зато полученные мономеры могут участвовать в метаболизме для синтеза веществ, необходимых для получения силы.

Живая материя использует, прежде всего, углеводы, в то время как жиры, будучи источником энергии первого резерва, исчерпываются по окончании углеродного запаса. Исключением выступают скелетные мышцы, в них предпочтение отдается наличию жиров, а не глюкозе. Белки при этом расходуются гораздо позже, уже после исчерпания запасов углеводов и жиров.

Бескислородный этап энергетического обмена

Также второй этап энергетического обмена называется гликолизом. Происходит он в цитоплазме. Главная роль здесь отведена глюкозе, она же является основным источником освобожденной энергии. Анаэробный гликолиз осуществляется благодаря безкислородному распаду собственно глюкозы, с целью ее превращения в лактат. Уставшие спортсмены после интенсивной тренировки зачастую чувствуют это вещество в своих мышцах.

Также на этом этапе происходит ферментативное деление органических частиц.

Гликолиз представляет собой многоуровневый процесс бескислородного распада частиц глюкозы. Сама же глюкоза содержит шесть элементов водорода и две единицы пировиноградного соединения.

Так выглядит гликолиз глюкозы.

В ходе гликолиза при распадении 1 моля глюкозы выделяется 200 кДж энергии, 60% которых освобождается в виде тепла, а оставшиеся 40% идут на синтез нескольких частиц АТФ из нескольких частиц АДФ.

Если же в окружении пировиноградного соединения вдруг оказывается кислород, то он переходит из цитоплазмы в митохондрию, еще один важный клеточный органоид, где проходит его участие в 3 этапе энергетического обмена клетки.

Кислородный этап энергетического обмена

Кислородный энергетический обмен более сложный, нежели гликолиз, он имеет более сложную структуру, проходит в несколько этапов, являясь, по сути, многоуровневым процессом при участии большого числа ферментов.

В окончании третьего этапа формирования энергии из двух частиц СН₃(СО)СООН получается CO₂, Н₂О и 36 элементов АТФ. Для АТФ создается запас в процессе бескислородного распада C₆H₁₂O₆.

3 этап энергетического обмена.

Шестой этап – Электрон-транспортная цепь

Что есть в начале? \(10\) молекул NADH ((\(2\) из гликолиза, \(2\) из превращения пирувата, \(6\) из цикла Кребса), \(2\) молекулы FADH2, \(2\) молекулы GTP, \(2\) молекулы АТФ и молекулы кислорода в матриксе.

Что получается в конце? \(30\) молекул АТP, молекулы воды.

Какие процессы протекают на данном этапе?

Краткий обзор: Молекулы NADH и FADH2 вступают в электрон-транспортную цепь на внутренней мембране митохондрий (тех самых кристах). Главная роль NADH и FADH2 заключается в перекачке ионов \(Н^+\) из матрикса в межмембранное пространство. Ионы \(Н^+\), находящиеся в высокой концентрации в межмембранном пространстве, проходят через фермент АТФ-синтазу и генерируют молекулы АТФ точно так же, как вода проходит через поршни ГЭС, тем самым генерирую электричество. Выходящие ионы \(Н^+\) связываются с кислородом и образуют воду.

Детально: В гликолизе и Цикле Кребса образовались NADH, FADН2 и лишь небольшое количество молекул АТФ. Как же получить остальную часть энергии? Основной механизм синтеза АТФ в большинстве клеток происходит за счет окислительного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование представляет собой транспорт электронов от NADH или FADH2, которые образовались в гликолизе и цикле Кребса к молекулам кислорода с образованием воды. Электроны транспортируются через ансамбль белковых комплексов, расположенных во внутренней митохондриальной мембране (кристе). Мембрана содержит химические группы (флавины, группы Fe-S, гем и ионы меди), способные принимать или отдавать один или несколько электронов. Белковые комплексы, расположенные на кристах, образуют электрон-транспортную цепь – цепь для транспорта электронов.

Электронтранспортная цепь. Источник

Хемиосмотическая теория, выдвинутая Питером Митчелом, просто и элегантно объясняет функционирование цепи переноса электронов. Согласно этой теории, перенос электронов осуществляется по электрон-транспортной цепи через ряд окислительно-восстановительных реакций, после чего высвобождается энергия. Эта энергия позволяет определенным белкам (комлпексы I, III и IV) в цепи перекачивать ионы водорода (\(Н^+\) через мембрану в межмембранное пространство. Поскольку ионы водорода накапливаются на одной стороне мембраны, создается разность потенциалов или напряжение на мембране в целом. Такое энергетическое состояние мембраны, возникшее в результате разделения зарядов, называется протон-движущей силой. При движении протонов из зоны с высокой концентрацией в матрикс мембрана разряжается, и эта энергия затрачивается на синтез АТФ.

Электрон-транспортная цепь начинается с окисления молекулы NADH NADH-дегидрогеназным комплексом (I). NADH теряет два электрона и эти электроны переносятся на убихинон (Q).  Убихинон является жирорастворимым коферментом, поэтому может диффундировать внутри мембраны прямиком к комплексу III. Тем временем комплекс I перекачивает четыре протона в межмембранное пространство.

FADН2 не является таким же хорошим донором электронов, как NADH, поэтому он вступает в цепь, окисляясь комплексом II, который выше по своей восстановительной способности. Комплекс II не выталкивает протоны в межмембранное пространство.

Далее пути переноса электронов в цепи одинаковые как у NADH, так и у FADH2: убихинон (Q) окисляется, в результате чего и восстанавливается цитохром с комплексом III. Этот комплекс выталкивает \(4\) протона на каждую молекулу NADH и FADH2. В конце цепи комплекс IV катализирует перенос электронов с цитохрома с на кислород – образовывается вода. При этом комплекс IV выталкивает еще \(2\) протона на каждую окисленную молекулу NADH и FADH2.

Так заверашется долгий путь по электрон-транспортной цепи. Подытожим вышесказанное, сделав несколько вычислений. Получается, что на каждую молекулу NADH выталкивается \(10\) протонов (\(4\) с комплекса I, \(4\) с комплекса III, \(2\) с комплекса IV), а на FADH2 – \(6\) протонов, потому что FADH2 пропускает комплекс I. Поскольку в гликолизе и Цикле Кребса образовалось \(10\) молекул NADH и \(2\) молекулы FADH2 на одну молекулу глюкозы, то получаем \(112\) протонов в межмембранном пространстве.

Обмен веществ в клетке:

Во всех клетках живых организмов непрерывно идут процессы обмена веществ и энергии.

Это называется метаболизм.

Если рассмотреть этот процесс более детально, то это постоянные процессы образования и распада веществ и поглощения и выделения энергии.

Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм

Чтобы что-то построить, надо затратить энергию — этот процесс идет с поглощением энергии.

 Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм

В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример — дыхание. При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия.

Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма — обмена веществ в клетке —  можно записать так:

катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке = метаболизм

Рассмотрим эти процессы  подробнее.

Энергетический обмен = Диссимиляция = Катаболизм

Этот процесс идет в несколько этапов  и нам нужно рассмотреть как он проходит а различных организмах.

И запомните,  сочетание букв АТФ (аденинтрифосфорная кислота) — означает “энергию”. Просто эта энергия заключена в молекуле.

 Обмен веществ в клетке

Этапы диссимиляции:

1 этап   —  подготовительный

Давайте проследим путь пищи от начала и до конца… Итак, пища поступила в организм. А что у нас за пища? Точнее, из чего она состоит? Из белков, жиров и углеводов.

Пища начинает перевариваться.

В чем суть пищеварения? Очень просто: полимеры: белки, жиры и углеводы расщепляются до мономеров:

жиры → до глицерина и жирных кислот

углеводы (полисахариды) →  до моносахаридов

 Такое расщепление возможно с помощью ферментов (био-катализаторов)

У  многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте;

у одноклеточных — в их “мини-желудочках” — лизосомах

2 этап — бескислородный — гликолиз

Глюкоза, полученная в предыдущем этапе, превращается в пировиноградную кислоту и накапливается энергия (“+” — это выделение энергии, “-” — поглощение).

С6H12O6 → C3H4O3 + 2 АТФ

Происходит этот процесс уже в цитоплазме клеток (как много-, так и одноклеточных организмов).

У растений этот процесс проходит немного по-другому. Наверняка слышали про “спиртовое брожение” — основу производства алкогольной продукции:

С6H12O6 =  2C2H5OH + 2CO2

А вы знаете, почему после тренировок мышцы болят?

С6H12O6  = 2C3H6O3

Вот как раз из-за нее и болят мышцы!

3 этап — кислородный  = Цикл Кребса + окислительное фосфорилирование

Здесь мы не будем детально разбирать цикл Кребса и фосфорилирование — это будет отдельная подробная тема, которая и не очень-то нужна в формате ЕГЭ…

Сама суть этого процесса в том, что в митохондриях (на кристах) кислота превращается  уже до конца: до CO2 (то, что мы выдыхаем) и H2O:

в цикле Кребса:  C3H4O3→CO2 + H2O + 34 АТФ

и еще + 2 АТФ в процессе фосфорилирования

Общее уравнение  диссимиляции:

С6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 38 АТФ

•  в ЕГЭ это вопрос А3 — метаболизм клетки 
• А16 — метаболизм человека
• эти же вопросы есть в части В

Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов

Обмен веществ является комплексом различных химических преобразований, способствующих сохранению и самовоспроизведению биоструктур. 

Он заключается в поступлении веществ в организм во время питания и дыхания, метаболизме внутри клетки или обмене веществ, вдобавок, в высвобождении конечных продуктов метаболизма.

Метаболизм неотрывно соединён с процессами преобразований определённых видов энергии в другие. К примеру, в начале процесса фотосинтеза световая энергия скапливается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, в процессе же дыхания она освобождается и применяется для синтезирования новых молекул, механические и осмотические работы, рассеянные в виде тепла и т. д. 

Поток химических превращений в живых организмах снабжается биологическими катализаторами белковой специфики — ферментами или энзимами. Наряду с остальными катализаторами, энзимы ускоряют течение химических реакций в клетке до нескольких сотен тысяч раз, при этом они не меняют природу или свойства конечных продуктов клетки. Ферменты представляют собой простые или сложные белковые молекулы, которые, помимо части, состоящей из белка, включают небелковый кофактор, по – другому называемый коферментом. Ферментами являются, например: амилаза слюны, которая расщепляет гликаны при длительном жевании и пепсин, который обеспечивает переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.

Ферменты различаются с небелковыми катализаторами тем, что имеют высокую специфичность действия, в значительной степени увеличенную скорости реакции, а также возможностью регулирования действия путем смены условий реакции или взаимодействия различных веществ с ними. Кроме того, условия, при которых протекает ферментативный катализ, значительно различаются с теми, при которых происходит неферментативный катализ: оптимальная температура для того, чтобы ферменты могли функционировать в организме человека, составляет 37 ° С, а также необходимо, чтобы давление являлось близким к атмосферному, в то время как кислотность среды может значительно варьироваться. Например, для амилазы необходима щелочная среда, для пепсина же наоборот — кислая. 

Механизм действия ферментов заключается в том, чтобы снизить энергию активации веществ (субстратов), которые вступают в реакцию вследствие образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

Этапы образования энергии в гликолизе

В первых \(5\) реакциях гликолиза затрачивается энергия, а именно \(2\) молекулы АТФ для добавления фосфатной группы промежуточным продуктам реакций.

Вначале добавляется фосфат к шестому атому углерода и образуется глюкозо-6-фосфат.

Первая реакция гликолиза.

Далее глюкозо-6-фосфат изомеризуется в фруктозо-6-фосфат, то есть превращается из шестиуглеродного кольца в пятиуглеродное.

Вторая реакция гликолиза.

Фруктозо-6-фосфат вновь фосфорилируется, но уже по гидроксильной группе при первом атоме углерода и образует симметричную молекулу фруктозо-1,6-бисфосфат.  

Третья реакция гликолиза.

Благодаря тому, что на предыдущем этапе образовалась симметричная молекула, расщепление связи между \(3\) и \(4\) углеродом нам дает две трехуглеродные молекулы с остатком фосфорной кислоты (глицеральдегид фосфат и диоксиацетонфосфат)

Важно отметить, что диоксиацетонфосфат изомеризуется в глицеральдегид-3-фосфат

Четвертая реакция гликолиза.

Последние пять реакций гликолиза сопряжены наоборот с образованием АТФ. Две молекулы глицеральдегид-3-фосфата, образовавшиеся в ходе подготовительного этапа гликолиза, во втором этапе окисляются и высвобождают энергию. Сначала глицеральдегид-3-фосфат окисляется до 1,3-дифосфоглицерата, при этом молекула . Другими словами, электроны с глицеральдегид-3-фосфата переходят на переносчик электронов, которым является NADH.

Пятая реакция гликолиза.

Затем 1,3-дифосфоглицерат окисляется до 3-фосфоглицерата. Фосфатная группа с субстрата в позиции С\(1\) переносится на АДФ, поэтому образование АТФ на этом этапе называется фосфорилированием на уровне субстрата.

Шестая реакция гликолиза.  

Далее 3-фосфоглицерат изомеризуется в 2-фосфоглицерат, который в свою очередь дегидратируется (теряет воду) и превращается в фосфоенолпируват. Перенос фосфатной группы с фосфоенолпирувата на АДФ является вторым фосфорилированием на уровне субстрата и приводит к образованию еще одной молекулы АТФ и продукта реакции гликолиза – пирувата или пировиноградной кислоты (ПВК).

7-10 реакции гликолиза

Суммарный выход энергии в гликолизе: \(2\) АТФ (АТP) и \(2\) NADH на одну молекулу глюкозы.

Интересно, что все \(9\) промежуточных продуктов имеют фосфатную группу. С чем же это связано и какую роль играет фосфат в “пьесе” гликолиза?

Роль фосфата

Во-первых, фосфорилирование присваивает молекуле отрицательный заряд и громоздкость, что помогает удержать молекулу внутри клетки. Во-вторых, при гидролизе , высвобождается энергия, которая может быть использована для образования АТФ из АДФ. В-третьих, наличие фосфатной группы снижает энергию активации катаболических реакций и увеличивают специфичность ферментов к субстрату.

Четвертый этап – судьба пирувата

Что есть в начале этапа? Две молекулы пирувата, находящиеся внутри клетки.

Что получается в конце? Две молекулы ацетил-КоА транспортируются в матрикс митохондрии.

Какие процессы протекают на данном этапе?Молекула пирувата превращается в ацетил-КоА и при этом выделяется \(2\) молекулы NADH. Дальше молекулы ацетил-КоА транспортируются из клеточного пространства в матрикс митохондрий.

Сделаем лирическое отступление, чтобы узнать что такое митохондрия и где у нее матрикс.

В каждой эукариотической клетке есть митохондрия. Митохондрия – это двуxмембранная органелла, которая отвечает за синтез энергии в клетке. Внутренняя часть митохондрии называется матриксом. Внутренняя мембрана митохондрий имеет необычную форму – она как бы образует шипы (кристы), которые вторгаются в матрикс.

Строение митохондрии. Источник