Какво се случва в клетките на тялото. Енергия на живата клетка Общи пътища на катаболизъм

КЛЕТЪЧНА ЕНЕРГИЯ, ПРОИЗТИЧАЩА ОТ ОКИСЛЕНИЕ НА ОРГАНИЧНИ ВЕЩЕСТВА

Трансформация органични веществав клетка.

Органичните вещества (въглехидрати, мазнини, протеини, витамини и др.) се образуват в растителните клетки от въглероден диоксид, вода и минерални соли.

Като се хранят с растения, животните получават органични вещества в готов вид. Съхранената в тези вещества енергия преминава заедно с тях в клетките на хетеротрофните организми. В клетките на хетеротрофните организми енергията на органичните съединения по време на тяхното окисление се превръща в енергияАТФ

. В този случай хетеротрофните организми отделят въглероден диоксид и вода, които отново се използват от автотрофните организми за процеса на фотосинтеза.

Енергията, съхранявана в АТФ, се изразходва за поддържане на всички жизненоважни процеси: биосинтеза на протеини и други органични съединения, движение, растеж и делене на клетките. Всички клетки на живите организми имат способността дапреобразуване на един вид енергия в друг

. В какви клетъчни органели протичат процесите на извличане на енергията, съхранявана в органичните съединения? Установено е, че последният етап от разграждането и окисляването на молекулите на глюкозата до въглероден диоксид с освобождаване на енергия се случва в митохондриите.

Защо при окисляването на органичните съединения се отделя енергия? Електроните в молекулите на органичните съединения имат голям запас от енергия; те изглеждат повишени до високо енергийно ниво.

Енергията се освобождава, когато електроните се преместят от високо ниво към по-ниско ниво в собствената си или друга молекула или атом, които могат да бъдат приемници на електрони.

Кислородът служи като такъв приемник на електрони.

Това е основната му биологична роля. За това се нуждаем от кислород от въздуха.

Известно е, че при изгаряне на органични вещества се образуват въглероден диоксид и вода. В този случай енергията се освобождава под формата на топлина. По този начин, чрез добавяне на кислород и окисляване, например, горят дърва за огрев, масло и газ (метан).

Окисляването на органичните вещества също е придружено от образуването на въглероден диоксид и вода. Но биологичното окисление е коренно различно от горенето. Процесите на биологично окисление протичат на етапи с участието на редица ензими. Когато органичните вещества горят, почти цялата енергия се освобождава под формата на топлина.

По време на биологичното окисление около 50% от енергията на органичните вещества се превръща в енергията на АТФ, както и на други молекули на енергийни носители.

Останалите 50% от окислителната енергия се превръщат в топлина. Тъй като процесите на ензимно окисляване протичат на стъпки, топлинната енергия се освобождава постепенно и има време да се разсее във външната среда, без да уврежда чувствителните към топлина протеини и други клетъчни вещества. Това е основната разлика между окислителните процеси, протичащи в живите организми, и горенето.
Обилен растеж на тлъсти дървета,
които се коренят в безплодния пясък
одобрен, ясно посочва това
мазнини листове мазнини мазнини от въздуха
поглъщам...

М. В. Ломоносов

Как се съхранява енергията в една клетка? Какво е метаболизъм? Каква е същността на процесите гликолиза, ферментация и клетъчно дишане? Какви процеси протичат по време на светлата и тъмната фаза на фотосинтезата? Как са свързани процесите на енергиен и пластичен метаболизъм? Какво е хемосинтеза?

Урок-лекция

Способността да се преобразува един вид енергия в друга (радиационната енергия в енергията на химичните връзки, химическата енергия в механичната енергия и т.н.) е едно от основните свойства на живите същества. Тук ще разгледаме по-отблизо как се осъществяват тези процеси в живите организми.АТФ Е ОСНОВНИЯТ НОСИТЕЛ НА ЕНЕРГИЯ В КЛЕТКАТА . За извършване на всякакви прояви на клетъчна активност е необходима енергия. Автотрофните организми получават първоначалната си енергия от Слънцето по време на реакции на фотосинтеза, докато хетеротрофните организми използват органични съединения, доставени с храната като източник на енергия. Енергията се съхранява от клетките в химичните връзки на молекулитеАТФ (аденозин трифосфат)

, които представляват нуклеотид, състоящ се от три фосфатни групи, захарен остатък (рибоза) и азотен основен остатък (аденин) (фиг. 52).

Връзката между фосфатните остатъци се нарича макроергична, тъй като когато се разкъса, се освобождава голямо количество енергия. Обикновено клетката извлича енергия от АТФ, като премахва само крайната фосфатна група. В този случай се образува ADP (аденозин дифосфат), фосфорна киселина и се отделят 40 kJ/mol:

Молекулите на АТФ играят ролята на универсалната енергийна разменна монета на клетката. Те се доставят до мястото на енергоемък процес, било то ензимен синтез на органични съединения, работа на протеини - молекулярни двигатели или мембранни транспортни протеини и т.н. Обратният синтез на ATP молекули се осъществява чрез свързване на фосфатна група към ADP с абсорбцията на енергия. Клетката съхранява енергия под формата на АТФ по време на реакциите енергиен метаболизъм. Тя е тясно свързана с обмен на пластмаса, по време на който клетката произвежда необходимите за нейното функциониране органични съединения.

МЕТАБОЛИЗЪМ И ЕНЕРГИЯ В КЛЕТКАТА (МЕТАБОЛИЗЪМ). Метаболизмът е съвкупността от всички реакции на пластичния и енергийния метаболизъм, взаимосвързани. Клетките непрекъснато синтезират въглехидрати, мазнини, протеини и нуклеинови киселини. Синтезът на съединения винаги се извършва с изразходването на енергия, т.е. с незаменимото участие на АТФ. Източници на енергия за образуването на АТФ са ензимни реакции на окисление на протеини, мазнини и въглехидрати, влизащи в клетката. По време на този процес енергията се освобождава и съхранява в АТФ. Окисляването на глюкозата играе специална роля в клетъчния енергиен метаболизъм. Молекулите на глюкозата претърпяват серия от последователни трансформации.

Първият етап, т.нар гликолиза, се провежда в цитоплазмата на клетките и не изисква кислород. В резултат на последователни реакции, включващи ензими, глюкозата се разпада на две молекули пирогроздена киселина. В този случай се изразходват две молекули АТФ, а енергията, освободена по време на окислението, е достатъчна за образуването на четири молекули АТФ. В резултат на това енергийният добив на гликолизата е малък и възлиза на две ATP молекули:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

При анаеробни условия (при липса на кислород) по-нататъшни трансформации могат да бъдат свързани с различни видове ферментация.

Всеки знае млечнокисела ферментация(вкисване на млякото), което се дължи на активността на млечнокисели гъбички и бактерии. Механизмът е подобен на гликолизата, само че крайният продукт тук е млечна киселина. Този тип окисление на глюкозата възниква в клетките, когато има недостиг на кислород, например в интензивно работещите мускули. Алкохолната ферментация е близка по химичен състав до млечнокисела ферментация. Разликата е, че продуктите на алкохолната ферментация са етилов алкохол и въглероден диоксид.

Следващият етап, по време на който пирогроздената киселина се окислява до въглероден диоксид и вода, се нарича клетъчно дишане. Реакциите, свързани с дишането, протичат в митохондриите на растителните и животинските клетки и то само в присъствието на кислород. Това е поредица от химически трансформации преди образуването на крайния продукт - въглероден диоксид. На различни етапи от този процес се образуват междинни продукти на окисление на изходното вещество с елиминиране на водородни атоми. В този случай се освобождава енергия, която се "запазва" в химичните връзки на АТФ и се образуват водни молекули. Става ясно, че именно за да се свържат отделените водородни атоми е необходим кислород. Тази поредица от химични трансформации е доста сложна и се осъществява с участието на вътрешните мембрани на митохондриите, ензими и протеини-носители.

Клетъчното дишане е много ефективно. Синтезират се 30 молекули АТФ, още две молекули се образуват по време на гликолизата и шест молекули АТФ се образуват в резултат на трансформациите на продуктите на гликолизата върху митохондриалните мембрани. Общо в резултат на окисляването на една молекула глюкоза се образуват 38 молекули АТФ:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

Последните етапи на окисление не само на захари, но и на протеини и липиди се случват в митохондриите. Тези вещества се използват от клетките, главно когато доставките на въглехидрати свършат. Първо се консумират мазнини, чието окисление освобождава значително повече енергия, отколкото при равен обем въглехидрати и протеини. Следователно мазнините при животните представляват основния „стратегически резерв“ от енергийни ресурси. В растенията нишестето играе ролята на енергиен резерв. Когато се съхранява, тя заема значително повече място от енергийно еквивалентното количество мазнини. Това не е пречка за растенията, тъй като те са неподвижни и не носят запаси върху себе си, както животните. Можете да извлечете енергия от въглехидрати много по-бързо, отколкото от мазнини. Протеините изпълняват много важни функции в тялото и следователно участват в енергийния метаболизъм само когато ресурсите от захари и мазнини са изчерпани, например по време на продължително гладуване.

ФОТОСИНТЕЗА. фотосинтезае процес, при който енергията на слънчевите лъчи се превръща в енергия на химичните връзки на органичните съединения. В растителните клетки процесите, свързани с фотосинтезата, протичат в хлоропластите. Вътре в този органел има мембранни системи, в които са вградени пигменти, които улавят лъчистата енергия на Слънцето. Основният пигмент на фотосинтезата е хлорофилът, който абсорбира предимно сини и виолетови, както и червени лъчи от спектъра. Зелената светлина се отразява, така че самият хлорофил и растителните части, които го съдържат, изглеждат зелени.

Във фотосинтезата има две фази - светлинаИ тъмно(фиг. 53). Действителното улавяне и преобразуване на лъчиста енергия става по време на светлинната фаза. Когато абсорбира светлинни кванти, хлорофилът преминава във възбудено състояние и става донор на електрони. Неговите електрони се прехвърлят от един протеинов комплекс в друг по електротранспортната верига. Протеините на тази верига, подобно на пигментите, са концентрирани върху вътрешната мембрана на хлоропластите. Когато един електрон се движи по верига от носители, той губи енергия, която се използва за синтеза на АТФ. Някои от електроните, възбудени от светлина, се използват за намаляване на NDP (никотинамид аденин динуклеотифосфат) или NADPH.

ориз. 53. Реакционни продукти на светлата и тъмната фаза на фотосинтезата

Под влияние на слънчевата светлина водните молекули също се разпадат в хлоропластите - фотолиза; в този случай се появяват електрони, които компенсират загубите си от хлорофил; Това произвежда кислород като страничен продукт:

По този начин функционалното значение на светлинната фаза е синтезът на АТФ и НАДФН чрез преобразуване на светлинната енергия в химическа енергия.

Светлината не е необходима за извършване на тъмната фаза на фотосинтезата. Същността на протичащите тук процеси е, че молекулите ATP и NADPH, произведени в светлата фаза, се използват в серия от химични реакции, които „фиксират“ CO2 под формата на въглехидрати. Всички реакции на тъмната фаза протичат вътре в хлоропластите, а въглеродният диоксид ADP и NADP, освободени по време на „фиксацията“, отново се използват в реакциите на светлата фаза за синтеза на ATP и NADPH.

Общото уравнение за фотосинтезата е както следва:

ВРЪЗКА И ЕДИНСТВО НА ПРОЦЕСИТЕ НА ОБМЕН НА ПЛАСТМАСА И ЕНЕРГИЯ. Процесите на синтез на АТФ протичат в цитоплазмата (гликолиза), в митохондриите (клетъчно дишане) и в хлоропластите (фотосинтеза). Всички реакции, протичащи по време на тези процеси, са реакции на обмен на енергия. Съхранената енергия под формата на АТФ се изразходва в реакции на пластичен обмен за производството на протеини, мазнини, въглехидрати и нуклеинови киселини, необходими за живота на клетката. Имайте предвид, че тъмната фаза на фотосинтезата е верига от реакции, пластичен обмен, а светлата фаза е енергиен обмен.

Взаимовръзката и единството на процесите на енергиен и пластичен обмен е добре илюстрирана от следното уравнение:

Когато четем това уравнение отляво надясно, получаваме процеса на окисляване на глюкозата до въглероден диоксид и вода по време на гликолиза и клетъчно дишане, свързан със синтеза на АТФ (енергиен метаболизъм). Ако го прочетете отдясно наляво, получавате описание на реакциите на тъмната фаза на фотосинтезата, когато глюкозата се синтезира от вода и въглероден диоксид с участието на АТФ (пластичен обмен).

ХЕМОСИНТЕЗА. В допълнение към фотоавтотрофите, някои бактерии (водородни, нитрифициращи, серни бактерии и др.) Също така са способни да синтезират органични вещества от неорганични. Те осъществяват този синтез благодарение на енергията, отделена при окисляването на неорганичните вещества. Те се наричат ​​хемоавтотрофи. Тези хемосинтезиращи бактерии играят важна роля в биосферата. Например, нитрифициращите бактерии превръщат амониеви соли, които не са достъпни за усвояване от растенията, в соли на азотна киселина, които се абсорбират добре от тях.

Клетъчният метаболизъм се състои от реакции на енергиен и пластичен метаболизъм. При енергийния метаболизъм се образуват органични съединения с високоенергийни химични връзки – АТФ. Енергията, необходима за това, идва от окисляването на органични съединения по време на анаеробни (гликолиза, ферментация) и аеробни (клетъчно дишане) реакции; от слънчева светлина, чиято енергия се абсорбира в светлинната фаза (фотосинтеза); от окисляването на неорганични съединения (хемосинтеза). Енергията на АТФ се изразходва за синтеза на органични съединения, необходими за клетката по време на реакции на пластичен обмен, които включват реакции на тъмната фаза на фотосинтезата.

• Какви са разликите между пластичния и енергийния метаболизъм?
• Как енергията на слънчевата светлина се преобразува в светлинната фаза на фотосинтезата? Какви процеси протичат по време на тъмната фаза на фотосинтезата?
• Защо фотосинтезата се нарича процес на отразяване на планетарно-космическото взаимодействие?

Предпоставка за съществуването на всеки организъм е постоянният поток от хранителни вещества и постоянното освобождаване на крайните продукти от химичните реакции, протичащи в клетките. Хранителните вещества се използват от организмите като източник на атоми на химични елементи (предимно въглеродни атоми), от които се изграждат или обновяват всички структури. В допълнение към хранителните вещества, тялото получава също вода, кислород и минерални соли. Органичните вещества, които влизат в клетките (или се синтезират по време на фотосинтезата), се разграждат на градивни елементи - мономери и се изпращат до всички клетки на тялото. Някои от молекулите на тези вещества се изразходват за синтеза на специфични органични вещества, присъщи на даден организъм. Клетките синтезират протеини, липиди, въглехидрати, нуклеинови киселини и други вещества, които изпълняват различни функции (конструктивни, каталитични, регулаторни, защитни и др.). Друга част от нискомолекулните органични съединения, които влизат в клетките, отиват за образуването на АТФ, чиито молекули съдържат енергия, предназначена директно за извършване на работа. Енергията е необходима за синтеза на всички специфични вещества на тялото, поддържане на неговата високо подредена организация, активен транспорт на вещества вътре в клетките, от една клетка в друга, от една част на тялото в друга, за предаване на нервни импулси, движение на организми, поддържане на постоянна телесна температура (при птици и бозайници) и за други цели. По време на трансформацията на веществата в клетките се образуват крайни продукти на метаболизма, които могат да бъдат токсични за тялото и се отстраняват от него (например амоняк). Така всички живи организми непрекъснато консумират определени вещества от околната среда, трансформират ги и отделят крайни продукти в околната среда. Съвкупността от химични реакции, протичащи в тялото, се нарича метаболизъм или метаболизъм. В зависимост от общата насоченост на процесите се разграничават катаболизъм и анаболизъм.

Катаболизмът (дисимилация) е набор от реакции, водещи до образуването на прости съединения от по-сложни. Катаболитните реакции включват например реакции на хидролиза на полимери до мономери и разграждането на последните до въглероден диоксид, вода, амоняк, т.е. реакции на обмен на енергия, по време на които се извършва окисление на органични вещества и синтез на АТФ. Анаболизмът (асимилацията) е набор от реакции за синтеза на сложни органични вещества от по-прости. Това включва например фиксиране на азот и биосинтеза на протеини, синтез на въглехидрати от въглероден диоксид и вода по време на фотосинтеза, синтез на полизахариди, липиди, нуклеотиди, ДНК, РНК и други вещества. Синтезът на веществата в клетките на живите организми често се нарича пластичен метаболизъм, а разграждането на веществата и тяхното окисление, придружено от синтеза на АТФ, се нарича енергиен метаболизъм. И двата вида метаболизъм са в основата на жизнената активност на всяка клетка и следователно на всеки организъм и са тясно свързани помежду си. Процесите на анаболизъм и катаболизъм са в тялото в състояние на динамично равновесие или временно доминиране на един от тях. Преобладаването на анаболните процеси над катаболните процеси води до растеж и натрупване на тъканна маса, а катаболните процеси водят до частично разрушаване на тъканните структури и освобождаване на енергия. Състоянието на равновесно или неравновесно съотношение на анаболизъм и катаболизъм зависи от възрастта. В детска възраст преобладават процесите на анаболизъм, а в напреднала възраст - катаболизъм. При възрастните тези процеси са балансирани. Тяхното съотношение зависи и от здравословното състояние и физическите или психо-емоционалните дейности, извършвани от човек.

82. Ентропия на отворени термодинамични системи, уравнение на Пригожин.

Ентропията е мярка за разсейването на свободната енергия, следователно всяка отворена t/d система в стационарно състояние има тенденция да минимизира разсейването на свободната енергия. Ако поради причини системата се е отклонила от стационарното състояние, тогава поради желанието на системата за минимална ентропия в нея настъпват вътрешни промени, които я връщат в стационарно състояние. Отворена система, термодинамична. система, способна да обменя материя и енергия със своята среда. В отворена система са възможни топлинни потоци както от, така и в системата.

Постулат I.R. Пригожин е, че цялостната промяна в ентропията dS на отворена система може да възникне независимо или поради обменни процеси с външната среда (deS), или поради вътрешни необратими процеси (diS): dS = deS + diS. Теорема на Пригожин. В стационарни състояния с фиксирани външни параметри скоростта на производство на ентропия в отворена система се определя от възникването на необратими процеси, постоянна е във времето и е минимална по величина. diS / dt  мин.

АТФ е универсалната енергийна „валута“ на клетката.Едно от най-удивителните „изобретения“ на природата са молекулите на така наречените „макроергични“ вещества, в чиято химична структура има една или повече връзки, които действат като устройства за съхранение на енергия. В природата са открити няколко подобни молекули, но само една от тях се среща в човешкото тяло – аденозинтрифосфорна киселина (АТФ). Това е доста сложна органична молекула, към която са прикрепени 3 отрицателно заредени остатъка от неорганична фосфорна киселина PO. Именно тези фосфорни остатъци са свързани с органичната част на молекулата чрез „макроергични“ връзки, които лесно се разрушават по време на различни вътреклетъчни реакции. Енергията на тези връзки обаче не се разсейва в пространството под формата на топлина, а се използва за движение или химично взаимодействие на други молекули. Благодарение на това свойство АТФ изпълнява в клетката функцията на универсално устройство за съхранение на енергия (акумулатор), както и на универсална „валута“. В края на краищата почти всяка химическа трансформация, която се случва в клетката, или абсорбира, или освобождава енергия. Съгласно закона за запазване на енергията общото количество енергия, генерирано в резултат на окислителни реакции и съхранявано под формата на АТФ, е равно на количеството енергия, което клетката може да използва за своите синтетични процеси и изпълнението на всякакви функции . Като „заплащане“ за възможността да извърши това или онова действие, клетката е принудена да изразходва своя запас от АТФ. Трябва да се подчертае специално: молекулата на АТФ е толкова голяма, че не може да премине през клетъчната мембрана. Следователно АТФ, произведен в една клетка, не може да се използва от друга клетка. Всяка клетка на тялото е принудена да синтезира АТФ за своите нужди самостоятелно в количествата, в които е необходимо да изпълнява функциите си.

Три източника на ресинтез на АТФ в човешки клетки.Очевидно далечните предшественици на клетките на човешкото тяло са съществували преди много милиони години, заобиколени от растителни клетки, които са ги снабдявали с въглехидрати в изобилие, докато е имало малко или никакъв кислород. Именно въглехидратите са най-използваният компонент на хранителните вещества за производство на енергия в тялото. И въпреки че повечето клетки на човешкото тяло са придобили способността да използват протеини и мазнини като енергийни суровини, някои (например нервни, червени кръвни, мъжки репродуктивни) клетки са способни да произвеждат енергия само чрез окисляване на въглехидрати.

Процесите на първично окисление на въглехидратите - или по-скоро на глюкозата, която всъщност е основният субстрат на окисление в клетките - протичат директно в цитоплазмата: там се намират ензимни комплекси, поради което молекулата на глюкозата е частично се унищожава, а освободената енергия се съхранява под формата на АТФ. Този процес се нарича гликолиза, той може да се проведе във всички клетки на човешкото тяло без изключение. В резултат на тази реакция две 3-въглеродни молекули на пирогроздена киселина и две молекули на АТФ се образуват от една 6-въглеродна молекула на глюкоза.

Гликолизата е много бърз, но относително неефективен процес. Пирогроздената киселина, образувана в клетката след приключване на реакциите на гликолиза, почти веднага се превръща в млечна киселина и понякога (например при тежка мускулна работа) се освобождава в кръвта в много големи количества, тъй като е малка молекула, която може свободно преминават през клетъчната мембрана. Такова масивно освобождаване на киселинни метаболитни продукти в кръвта нарушава хомеостазата и тялото трябва да включи специални хомеостатични механизми, за да се справи с последствията от мускулната работа или други активни действия.

Пирогроздената киселина, образувана в резултат на гликолиза, все още съдържа много потенциална химическа енергия и може да служи като субстрат за по-нататъшно окисляване, но това изисква специални ензими и кислород. Този процес се случва в много клетки, които съдържат специални органели - митохондрии. Вътрешната повърхност на митохондриалните мембрани е съставена от големи липидни и протеинови молекули, включително голям брой окислителни ензими. Тривъглеродните молекули, образувани в цитоплазмата, проникват вътре в митохондриите - обикновено оцетна киселина (ацетат). Там те се включват в непрекъснат цикъл от реакции, по време на който въглеродните и водородните атоми се отделят последователно от тези органични молекули, които, комбинирайки се с кислорода, се превръщат във въглероден диоксид и вода. Тези реакции освобождават голямо количество енергия, която се съхранява под формата на АТФ. Всяка молекула пирогроздена киселина, преминала през пълен цикъл на окисление в митохондриите, позволява на клетката да получи 17 молекули АТФ. Така пълното окисляване на 1 молекула глюкоза осигурява на клетката 2+17x2 = 36 молекули АТФ. Също толкова важно е, че процесът на митохондриално окисление може да включва и мастни киселини и аминокиселини, т.е. компоненти на мазнини и протеини. Благодарение на тази способност митохондриите правят клетката относително независима от това какви храни яде тялото: във всеки случай ще бъде произведено необходимото количество енергия.

Част от енергията се съхранява в клетката под формата на по-малка и по-подвижна молекула, креатин фосфат (CrP), отколкото АТФ. Именно тази малка молекула може бързо да се придвижи от единия край на клетката до другия – там, където енергията е най-необходима в момента. KrF не може сам да даде енергия на процесите на синтез, мускулна контракция или провеждане на нервен импулс: това изисква ATP. Но от друга страна, KrP лесно и практически без загуби може да предаде цялата енергия, съдържаща се в него, на молекулата на аденазин дифосфат (ADP), която веднага се превръща в АТФ и е готова за по-нататъшни биохимични трансформации.

Така енергията, изразходвана по време на функционирането на клетката, т.е. АТФ може да се обнови поради три основни процеса: анаеробна (безкислородна) гликолиза, аеробно (с участието на кислород) митохондриално окисление, както и поради прехвърлянето на фосфатната група от CrP към ADP.

Източникът на креатин фосфат е най-мощният, тъй като реакцията на креатин фосфата с ADP настъпва много бързо. Въпреки това, резервът на CrP в клетката обикновено е малък - например, мускулите могат да работят с максимално усилие поради CrP за не повече от 6-7 s. Това обикновено е достатъчно, за да задейства втория най-мощен - гликолитичен - източник на енергия. В този случай хранителният ресурс е многократно по-голям, но с напредването на работата хомеостазата се натоварва все повече поради образуването на млечна киселина и ако такава работа се извършва от големи мускули, тя не може да продължи повече от 1,5-2 минути. Но през това време почти напълно се активират митохондриите, които са способни да изгарят не само глюкоза, но и мастни киселини, чийто запас в тялото е почти неизчерпаем. Следователно аеробният митохондриален източник може да работи много дълго време, въпреки че неговата мощност е сравнително ниска - 2-3 пъти по-малка от гликолитичния източник и 5 пъти по-малка от мощността на източника на креатин фосфат.

Характеристики на организацията на производството на енергия в различни тъкани на тялото.Различните тъкани имат различни нива на митохондрии. Те се намират най-малко в костите и бялата мазнина, най-много в кафявата мазнина, черния дроб и бъбреците. В нервните клетки има доста митохондрии. Мускулите нямат висока концентрация на митохондрии, но поради факта, че скелетните мускули са най-масивната тъкан на тялото (около 40% от телесното тегло на възрастен), нуждите на мускулните клетки до голяма степен определят интензивността и посока на всички процеси на енергийния метаболизъм. И.А. Аршавски нарече това "енергийно правило на скелетните мускули".

С възрастта два важни компонента на енергийния метаболизъм се променят наведнъж: съотношението на масите на тъканите с различна метаболитна активност се променя, както и съдържанието на най-важните окислителни ензими в тези тъкани. В резултат на това енергийният метаболизъм претърпява доста сложни промени, но като цяло интензивността му намалява с възрастта, и то доста значително.

При химичните реакции, когато се образуват връзки между прости молекули, се изразходва енергия, а при разрушаване се освобождава енергия.

По време на процеса на фотосинтеза в зелените растения енергията на слънчевата светлина се преобразува в енергията на химичните връзки, които възникват между молекулите на въглеродния диоксид и водата. Образува се молекула глюкоза: CO 2 + H 2 O + Q (енергия) = C 6 H 12 O 6.

Глюкозата е основният източник на енергия за хората и повечето животни.

Процесът на усвояване на тази енергия се нарича "окислително фосфорилиране". Енергията (Q), освободена по време на окислението, незабавно се използва за фосфорилиране на аденозин дифосфорна киселина (ADP):

ADP+P+Q (енергия)=ATP

Оказва се, че „универсалната енергийна валута“ на клетката е аденозинтрифосфорната киселина (АТФ). Може да се използва по всяко време за всякаква полезна за тялото работа или за загряване.

ATP®ADP+P+Q (енергия)

Процесът на окисление на глюкозата протича на 2 етапа.

1. Анаеробно (безкислородно) окисление или гликолиза протича върху гладкия ендоплазмен ретикулум на клетката. В резултат на това глюкозата се разкъсва на 2 части, а освободената енергия е достатъчна за синтезирането на две молекули АТФ.

2. Аеробно (кислородно) окисление. Две части глюкоза (2 молекули пирогроздена киселина) в присъствието на кислород продължават серия от окислителни реакции. Този етап настъпва в митохондриите и води до по-нататъшно разграждане на молекулите и освобождаване на енергия.

Резултатът от втория етап на окисление на една молекула глюкоза е образуването на 6 молекули въглероден диоксид, 6 молекули вода и енергия, което е достатъчно за синтеза на 36 молекули АТФ.

Като субстрати за окисление във втория етап могат да се използват не само молекули, получени от глюкоза, но и молекули, получени в резултат на окисление на липиди, протеини, алкохоли и други енергоемки съединения.

Активната форма на оцетната киселина - А-КоА (ацетил коензим А или ацетил коензим А) е междинен продукт от окисляването на всички тези вещества (глюкоза, аминокиселини, мастни киселини и други).

A-CoA е пресечната точка на въглехидратния, протеиновия и липидния метаболизъм.

При излишък на глюкоза и други енергоносещи субстрати тялото започва да ги отлага. В този случай глюкозата се окислява по обичайния път до млечна и пирогроздена киселина, след това до A-CoA. Освен това A-CoA става основа за синтеза на молекули мастни киселини и мазнини, които се отлагат в подкожната мастна тъкан. Напротив, при липса на глюкоза тя се синтезира от протеини и мазнини чрез А-КоА (глюконеогенеза).

Ако е необходимо, резервите от незаменими аминокиселини за изграждането на определени протеини могат да бъдат попълнени.