Que se passe-t-il dans les cellules du corps. Énergie d'une cellule vivante Voies courantes du catabolisme

ÉNERGIE CELLULAIRE PROVENANT DE L'OXYDATION DE SUBSTANCES ORGANIQUES

Transformation organique substance dans une cage.

Les substances organiques (glucides, graisses, protéines, vitamines, etc.) sont formées dans les cellules végétales à partir du dioxyde de carbone, de l'eau et des sels minéraux.

En mangeant des plantes, les animaux obtiennent des substances organiques sous forme finie. L'énergie stockée dans ces substances passe avec elles dans les cellules des organismes hétérotrophes. Dans les cellules des organismes hétérotrophes, l'énergie des composés organiques lors de leur oxydation est convertie en énergie ATP

. Dans ce cas, les organismes hétérotrophes libèrent du dioxyde de carbone et de l'eau, qui sont à nouveau utilisés par les organismes autotrophes pour le processus de photosynthèse.

L'énergie stockée dans l'ATP est dépensée pour maintenir tous les processus vitaux : la biosynthèse des protéines et d'autres composés organiques, le mouvement, la croissance et la division des cellules. Toutes les cellules des organismes vivants ont la capacité de convertir un type d'énergie en un autre

. Dans quels organites cellulaires se déroulent les processus d'extraction de l'énergie stockée dans les composés organiques ? Il a été constaté que l'étape finale de la dégradation et de l'oxydation des molécules de glucose en dioxyde de carbone avec libération d'énergie se produit dans les mitochondries.

Pourquoi de l’énergie est-elle libérée lors de l’oxydation des composés organiques ? Les électrons dans les molécules des composés organiques disposent d’une grande quantité d’énergie ; ils semblent être élevés à un niveau d’énergie élevé.

L'énergie est libérée lorsque les électrons passent d'un niveau élevé à un niveau inférieur dans leur propre molécule ou dans une autre molécule ou atome capable d'être des récepteurs d'électrons.

L'oxygène sert de récepteur d'électrons.

C'est son rôle biologique principal. Pour cela, nous avons besoin de l’oxygène de l’air.

On sait que lorsque des substances organiques brûlent, du dioxyde de carbone et de l'eau se forment. Dans ce cas, l’énergie est libérée sous forme de chaleur. Ainsi, en ajoutant de l’oxygène et en oxydant, par exemple, du bois de chauffage, du pétrole et du gaz (méthane) brûlent.

L'oxydation des substances organiques s'accompagne également de la formation de dioxyde de carbone et d'eau. Mais l’oxydation biologique est fondamentalement différente de la combustion. Les processus d'oxydation biologique se déroulent par étapes, avec la participation d'un certain nombre d'enzymes. Lorsque des substances organiques brûlent, presque toute l’énergie est libérée sous forme de chaleur.

Lors de l'oxydation biologique, environ 50 % de l'énergie des substances organiques est convertie en énergie d'ATP, ainsi qu'en d'autres molécules porteuses d'énergie.

Les 50 % restants de l’énergie d’oxydation sont convertis en chaleur. Étant donné que les processus d'oxydation enzymatique se déroulent par étapes, l'énergie thermique est libérée progressivement et a le temps de se dissiper dans l'environnement extérieur sans endommager les protéines sensibles à la chaleur et autres substances cellulaires. C'est la principale différence entre les processus d'oxydation se produisant dans les organismes vivants et la combustion.
Croissance abondante d’arbres gras,
qui s'enracine sur le sable stérile
approuvé, indique clairement que
feuilles de graisse graisse graisse de l'air
absorber...

M. V. Lomonossov

Comment l’énergie est-elle stockée dans une cellule ? Qu’est-ce que le métabolisme ? Quelle est l'essence des processus de glycolyse, de fermentation et de respiration cellulaire ? Quels processus se déroulent pendant les phases lumineuses et sombres de la photosynthèse ? Quel est le lien entre les processus du métabolisme énergétique et plastique ? Qu’est-ce que la chimiosynthèse ?

Leçon-conférence

La capacité de convertir un type d’énergie en un autre (énergie de rayonnement en énergie de liaisons chimiques, énergie chimique en énergie mécanique, etc.) est l’une des propriétés fondamentales des êtres vivants. Nous examinerons ici de plus près comment ces processus sont réalisés dans les organismes vivants. L'ATP EST LE PRINCIPAL PORTEUR D'ÉNERGIE DANS LA CELLULE . Pour réaliser toute manifestation de l’activité cellulaire, de l’énergie est nécessaire. Les organismes autotrophes reçoivent leur énergie initiale du Soleil lors des réactions de photosynthèse, tandis que les organismes hétérotrophes utilisent comme source d'énergie les composés organiques fournis avec la nourriture. L'énergie est stockée par les cellules dans les liaisons chimiques des molécules ATP (adénosine triphosphate)

, qui sont un nucléotide constitué de trois groupes phosphate, d'un résidu sucre (ribose) et d'un résidu base azotée (adénine) (Fig. 52).

La liaison entre les résidus de phosphate est dite macroergique, car lorsqu'elle se brise, une grande quantité d'énergie est libérée. En règle générale, la cellule extrait l’énergie de l’ATP en supprimant uniquement le groupe phosphate terminal. Dans ce cas, de l'ADP (adénosine diphosphate), de l'acide phosphorique se forme et 40 kJ/mol sont libérés :

Les molécules d’ATP jouent le rôle de monnaie d’échange énergétique universelle de la cellule. Ils sont livrés sur le site d'un processus énergivore, qu'il s'agisse de la synthèse enzymatique de composés organiques, du travail de protéines - moteurs moléculaires ou protéines de transport membranaire, etc. La synthèse inverse des molécules d'ATP est réalisée en attachant un groupe phosphate à l'ADP avec l'absorption d'énergie. La cellule stocke de l'énergie sous forme d'ATP lors des réactions métabolisme énergétique. Il est étroitement lié à échange de plastique, durant laquelle la cellule produit les composés organiques nécessaires à son fonctionnement.

MÉTABOLISME ET ÉNERGIE DANS LA CELLULE (MÉTABOLISME). Le métabolisme est l'ensemble de toutes les réactions du métabolisme plastique et énergétique, interconnectées. Les cellules synthétisent en permanence des glucides, des graisses, des protéines et des acides nucléiques. La synthèse des composés se fait toujours avec une dépense d'énergie, c'est-à-dire avec la participation indispensable de l'ATP. Les sources d'énergie pour la formation d'ATP sont des réactions enzymatiques d'oxydation des protéines, des graisses et des glucides entrant dans la cellule. Au cours de ce processus, l’énergie est libérée et stockée dans l’ATP. L'oxydation du glucose joue un rôle particulier dans le métabolisme énergétique cellulaire. Les molécules de glucose subissent une série de transformations successives.

La première étape, appelée glycolyse, a lieu dans le cytoplasme des cellules et ne nécessite pas d'oxygène. Suite à des réactions successives impliquant des enzymes, le glucose se décompose en deux molécules d'acide pyruvique. Dans ce cas, deux molécules d'ATP sont consommées et l'énergie libérée lors de l'oxydation est suffisante pour former quatre molécules d'ATP. En conséquence, la production d’énergie de la glycolyse est faible et s’élève à deux molécules d’ATP :

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

Dans des conditions anaérobies (en l'absence d'oxygène), d'autres transformations peuvent être associées à différents types fermentation.

Tout le monde sait fermentation lactique(aigreur du lait), qui se produit en raison de l'activité de champignons et de bactéries lactiques. Le mécanisme est similaire à la glycolyse, seul le produit final ici est l’acide lactique. Ce type d’oxydation du glucose se produit dans les cellules en cas de manque d’oxygène, par exemple dans les muscles qui travaillent intensément. La fermentation alcoolique est proche en chimie de la fermentation lactique. La différence est que les produits de la fermentation alcoolique sont l'alcool éthylique et le dioxyde de carbone.

L'étape suivante, au cours de laquelle l'acide pyruvique est oxydé en dioxyde de carbone et en eau, est appelée respiration cellulaire. Les réactions associées à la respiration ont lieu dans les mitochondries des cellules végétales et animales, et uniquement en présence d'oxygène. Il s'agit d'une série de transformations chimiques avant la formation du produit final - le dioxyde de carbone. À différentes étapes de ce processus, des produits intermédiaires d'oxydation de la substance de départ se forment avec l'élimination des atomes d'hydrogène. Dans ce cas, de l'énergie est libérée, qui est « conservée » dans les liaisons chimiques de l'ATP, et des molécules d'eau se forment. Il devient clair que c'est précisément pour lier les atomes d'hydrogène séparés que l'oxygène est nécessaire. Cette série de transformations chimiques est assez complexe et se produit avec la participation des membranes internes des mitochondries, des enzymes et des protéines porteuses.

La respiration cellulaire est très efficace. 30 molécules d'ATP sont synthétisées, deux autres molécules se forment au cours de la glycolyse et six molécules d'ATP sont formées à la suite de transformations de produits de glycolyse sur les membranes mitochondriales. Au total, à la suite de l'oxydation d'une molécule de glucose, 38 molécules d'ATP se forment :

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

Les dernières étapes de l’oxydation non seulement des sucres, mais aussi des protéines et des lipides se produisent dans les mitochondries. Ces substances sont utilisées par les cellules, principalement lorsque l’apport de glucides arrive à son terme. Tout d'abord, on consomme des graisses dont l'oxydation libère beaucoup plus d'énergie qu'un volume égal de glucides et de protéines. La graisse animale représente donc la principale « réserve stratégique » de ressources énergétiques. Chez les plantes, l'amidon joue le rôle de réserve énergétique. Lorsqu’il est stocké, il prend beaucoup plus de place que la quantité équivalente d’énergie des graisses. Ce n'est pas un frein pour les plantes, puisqu'elles sont immobiles et ne transportent pas de provisions sur elles, comme les animaux. Vous pouvez extraire l’énergie des glucides beaucoup plus rapidement que des graisses. Les protéines remplissent de nombreuses fonctions importantes dans l'organisme et ne sont donc impliquées dans le métabolisme énergétique que lorsque les ressources en sucres et en graisses sont épuisées, par exemple lors d'un jeûne prolongé.

PHOTOSYNTHÈSE. Photosynthèse est un processus au cours duquel l'énergie des rayons solaires est convertie en énergie des liaisons chimiques des composés organiques. Dans les cellules végétales, les processus associés à la photosynthèse se produisent dans les chloroplastes. À l’intérieur de cet organite se trouvent des systèmes membranaires dans lesquels sont intégrés des pigments qui captent l’énergie radiante du Soleil. Le pigment principal de la photosynthèse est la chlorophylle, qui absorbe principalement les rayons bleus et violets, ainsi que les rayons rouges du spectre. La lumière verte est réfléchie, de sorte que la chlorophylle elle-même et les parties de la plante qui la contiennent apparaissent vertes.

Il y a deux phases dans la photosynthèse - lumière Et sombre(Fig. 53). La capture et la conversion réelles de l’énergie rayonnante se produisent pendant la phase lumineuse. Lorsqu’elle absorbe des quanta de lumière, la chlorophylle passe dans un état excité et devient donneuse d’électrons. Ses électrons sont transférés d'un complexe protéique à un autre le long de la chaîne de transport d'électrons. Les protéines de cette chaîne, comme les pigments, sont concentrées sur la membrane interne des chloroplastes. Lorsqu’un électron se déplace le long d’une chaîne de porteurs, il perd de l’énergie, qui est utilisée pour la synthèse de l’ATP. Certains des électrons excités par la lumière sont utilisés pour réduire le NDP (nicotinamide adénine dinucléotiphosphate) ou NADPH.

Riz. 53. Produits de réaction des phases claires et sombres de la photosynthèse

Sous l'influence de la lumière du soleil, les molécules d'eau se décomposent également dans les chloroplastes - photolyse; dans ce cas, apparaissent des électrons qui compensent leurs pertes par la chlorophylle ; Cela produit de l'oxygène comme sous-produit :

Ainsi, la signification fonctionnelle de la phase lumineuse est la synthèse d'ATP et de NADPH en convertissant l'énergie lumineuse en énergie chimique.

La lumière n’est pas nécessaire pour réaliser la phase sombre de la photosynthèse. L’essence des processus qui se déroulent ici est que les molécules d’ATP et de NADPH produites dans la phase légère sont utilisées dans une série de réactions chimiques qui « fixent » le CO2 sous forme de glucides. Toutes les réactions en phase sombre ont lieu à l'intérieur des chloroplastes, et le dioxyde de carbone ADP et NADP libérés lors de la « fixation » sont à nouveau utilisés dans les réactions en phase claire pour la synthèse de l'ATP et du NADPH.

L’équation globale de la photosynthèse est la suivante :

RELATION ET UNITÉ DES PROCÉDÉS D'ÉCHANGE DE PLASTIQUE ET D'ÉNERGIE. Les processus de synthèse de l'ATP se produisent dans le cytoplasme (glycolyse), dans les mitochondries (respiration cellulaire) et dans les chloroplastes (photosynthèse). Toutes les réactions se produisant au cours de ces processus sont des réactions d'échange d'énergie. L'énergie stockée sous forme d'ATP est consommée dans des réactions d'échange plastique pour la production de protéines, graisses, glucides et acides nucléiques nécessaires à la vie de la cellule. Notez que la phase sombre de la photosynthèse est une chaîne de réactions, un échange plastique, et la phase claire est un échange d'énergie.

L'interrelation et l'unité des processus d'échange énergétique et plastique sont bien illustrées par l'équation suivante :

En lisant cette équation de gauche à droite, on obtient le processus d'oxydation du glucose en dioxyde de carbone et en eau lors de la glycolyse et de la respiration cellulaire, associé à la synthèse d'ATP (métabolisme énergétique). Si vous le lisez de droite à gauche, vous obtenez une description des réactions de la phase sombre de la photosynthèse, lorsque le glucose est synthétisé à partir de l'eau et du dioxyde de carbone avec la participation de l'ATP (échange plastique).

CHIMOSYNTHÈSE. En plus des photoautotrophes, certaines bactéries (bactéries hydrogène, nitrifiantes, soufrées, etc.) sont également capables de synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques. Ils réalisent cette synthèse grâce à l'énergie libérée lors de l'oxydation des substances inorganiques. On les appelle chimioautotrophes. Ces bactéries chimiosynthétiques jouent un rôle important dans la biosphère. Par exemple, les bactéries nitrifiantes convertissent les sels d'ammonium qui ne peuvent pas être absorbés par les plantes en sels d'acide nitrique, qui sont bien absorbés par celles-ci.

Le métabolisme cellulaire consiste en des réactions de métabolisme énergétique et plastique. Au cours du métabolisme énergétique, des composés organiques dotés de liaisons chimiques à haute énergie - l'ATP - se forment. L'énergie nécessaire à cela provient de l'oxydation des composés organiques lors de réactions anaérobies (glycolyse, fermentation) et aérobies (respiration cellulaire) ; de la lumière du soleil, dont l'énergie est absorbée dans la phase lumineuse (photosynthèse) ; de l'oxydation de composés inorganiques (chimiosynthèse). L'énergie ATP est dépensée pour la synthèse des composés organiques nécessaires à la cellule lors des réactions d'échange plastique, qui incluent les réactions de la phase sombre de la photosynthèse.

• Quelles sont les différences entre le métabolisme plastique et énergétique ?
• Comment l’énergie solaire est-elle convertie en phase lumineuse de la photosynthèse ? Quels processus se déroulent pendant la phase sombre de la photosynthèse ?
• Pourquoi la photosynthèse est-elle appelée le processus de réflexion de l'interaction planétaire-cosmique ?

Une condition préalable à l'existence de tout organisme est un flux constant de nutriments et la libération constante des produits finaux des réactions chimiques se produisant dans les cellules. Les nutriments sont utilisés par les organismes comme source d'atomes d'éléments chimiques (principalement des atomes de carbone), à ​​partir desquels toutes les structures sont construites ou renouvelées. En plus des nutriments, le corps reçoit également de l’eau, de l’oxygène et des sels minéraux. Les substances organiques qui pénètrent dans les cellules (ou synthétisées lors de la photosynthèse) sont décomposées en éléments constitutifs - des monomères et envoyées à toutes les cellules du corps. Certaines molécules de ces substances sont consacrées à la synthèse de substances organiques spécifiques inhérentes à un organisme donné. Les cellules synthétisent des protéines, des lipides, des glucides, des acides nucléiques et d'autres substances qui remplissent diverses fonctions (constructrices, catalytiques, régulatrices, protectrices, etc.). Une autre partie des composés organiques de faible poids moléculaire qui pénètrent dans les cellules va à la formation d'ATP, dont les molécules contiennent de l'énergie destinée directement à l'exécution du travail. L'énergie est nécessaire à la synthèse de toutes les substances spécifiques du corps, au maintien de son organisation hautement ordonnée, au transport actif des substances à l'intérieur des cellules, d'une cellule à l'autre, d'une partie du corps à une autre, à la transmission de l'influx nerveux, mouvement des organismes, maintien d'une température corporelle constante (chez les oiseaux et les mammifères) et à d'autres fins. Lors de la transformation de substances dans les cellules, des produits finaux du métabolisme se forment et peuvent être toxiques pour l'organisme et en sont éliminés (par exemple, l'ammoniac). Ainsi, tous les organismes vivants consomment constamment certaines substances de l'environnement, les transforment et rejettent des produits finaux dans l'environnement. L'ensemble des réactions chimiques se produisant dans l'organisme est appelé métabolisme ou métabolisme. Selon la direction générale des processus, on distingue le catabolisme et l'anabolisme.

Le catabolisme (dissimilation) est un ensemble de réactions conduisant à la formation de composés simples à partir de composés plus complexes. Les réactions cataboliques comprennent, par exemple, les réactions d'hydrolyse de polymères en monomères et la dégradation de ces derniers en dioxyde de carbone, eau, ammoniac, c'est-à-dire les réactions d'échange d'énergie au cours desquelles se produisent l'oxydation de substances organiques et la synthèse d'ATP. L'anabolisme (assimilation) est un ensemble de réactions pour la synthèse de substances organiques complexes à partir de substances plus simples. Cela inclut, par exemple, la fixation de l'azote et la biosynthèse des protéines, la synthèse des glucides à partir du dioxyde de carbone et de l'eau lors de la photosynthèse, la synthèse des polysaccharides, des lipides, des nucléotides, de l'ADN, de l'ARN et d'autres substances. La synthèse de substances dans les cellules des organismes vivants est souvent appelée métabolisme plastique, et la dégradation des substances et leur oxydation, accompagnée de la synthèse d'ATP, est appelée métabolisme énergétique. Les deux types de métabolisme constituent la base de l’activité vitale de toute cellule, et donc de tout organisme, et sont étroitement liés l’un à l’autre. Les processus d'anabolisme et de catabolisme se déroulent dans le corps dans un état d'équilibre dynamique ou de domination temporaire de l'un d'eux. La prédominance des processus anabolisants sur les processus cataboliques conduit à la croissance et à l'accumulation de masse tissulaire, et les processus cataboliques conduisent à la destruction partielle des structures tissulaires et à la libération d'énergie. L'état d'équilibre ou le rapport hors équilibre de l'anabolisme et du catabolisme dépend de l'âge. Dans l'enfance, les processus d'anabolisme prédominent et dans la vieillesse, le catabolisme. Chez l'adulte, ces processus sont en équilibre. Leur ratio dépend également de l'état de santé et des activités physiques ou psycho-émotionnelles exercées par une personne.

82. Entropie des systèmes thermodynamiques ouverts, équation de Prigogine.

L'entropie est une mesure de la dissipation de l'énergie libre, donc tout système t/d ouvert dans un état stationnaire a tendance à minimiser la dissipation de l'énergie libre. Si, pour des raisons, le système s'est écarté de l'état stationnaire, alors, en raison du désir du système d'entropie minimale, des changements internes se produisent dans celui-ci, le ramenant à l'état stationnaire. Système ouvert, thermodynamique. un système capable d’échanger de la matière et de l’énergie avec son environnement. Dans un système ouvert, des flux de chaleur depuis et vers le système sont possibles.

Postulat I.R. Prigogine est que le changement global de l'entropie dS d'un système ouvert peut se produire indépendamment soit en raison de processus d'échange avec l'environnement externe (deS), soit en raison de processus internes irréversibles (diS) : dS = deS + diS. Théorème de Prigogine. Dans les états stationnaires avec des paramètres externes fixes, le taux de production d'entropie dans un système ouvert est déterminé par l'apparition de processus irréversibles, est constant dans le temps et d'ampleur minime. diS / dt min.

L’ATP est la « monnaie » énergétique universelle de la cellule. L'une des « inventions » les plus étonnantes de la nature concerne les molécules de substances dites « macroergiques », dans la structure chimique desquelles se trouvent une ou plusieurs liaisons qui agissent comme des dispositifs de stockage d'énergie. Plusieurs molécules similaires ont été trouvées dans la nature, mais une seule d'entre elles se trouve dans le corps humain : l'acide adénosine triphosphorique (ATP). Il s'agit d'une molécule organique assez complexe à laquelle sont attachés 3 résidus d'acide phosphorique inorganique PO chargés négativement. Ce sont ces résidus de phosphore qui sont reliés à la partie organique de la molécule par des liaisons « macroergiques », qui sont facilement détruites lors de diverses réactions intracellulaires. Cependant, l’énergie de ces liaisons n’est pas dissipée dans l’espace sous forme de chaleur, mais est utilisée pour le mouvement ou l’interaction chimique d’autres molécules. C'est grâce à cette propriété que l'ATP remplit dans la cellule la fonction de dispositif universel de stockage d'énergie (accumulateur), ainsi que de « monnaie » universelle. Après tout, presque toutes les transformations chimiques qui se produisent dans une cellule absorbe ou libère de l’énergie. Selon la loi de conservation de l'énergie, la quantité totale d'énergie générée à la suite de réactions oxydatives et stockée sous forme d'ATP est égale à la quantité d'énergie que la cellule peut utiliser pour ses processus de synthèse et l'exécution de toutes ses fonctions. . En guise de « paiement » pour avoir la possibilité d'effectuer telle ou telle action, la cellule est obligée de dépenser sa réserve d'ATP. Il faut particulièrement le souligner : la molécule d'ATP est si grosse qu'elle n'est pas capable de traverser la membrane cellulaire. Par conséquent, l’ATP produit dans une cellule ne peut pas être utilisé par une autre cellule. Chaque cellule du corps est obligée de synthétiser de l'ATP pour ses besoins de manière indépendante dans les quantités nécessaires pour remplir ses fonctions.

Trois sources de resynthèse d'ATP dans les cellules humaines. Apparemment, les lointains ancêtres des cellules du corps humain existaient il y a plusieurs millions d'années, entourés de cellules végétales, qui leur fournissaient des glucides en abondance, alors qu'il y avait peu ou pas d'oxygène. Ce sont les glucides qui constituent le composant nutritif le plus utilisé pour la production d’énergie dans le corps. Et bien que la plupart des cellules du corps humain aient acquis la capacité d'utiliser les protéines et les graisses comme matières premières énergétiques, certaines cellules (par exemple les cellules nerveuses, sanguines rouges, reproductrices masculines) ne sont capables de produire de l'énergie que par l'oxydation des glucides.

Les processus d'oxydation primaire des glucides - ou plutôt du glucose, qui est en fait le principal substrat de l'oxydation dans les cellules - se produisent directement dans le cytoplasme : c'est là que se trouvent les complexes enzymatiques, grâce auxquels la molécule de glucose est partiellement détruit et l’énergie libérée est stockée sous forme d’ATP. Ce processus s'appelle la glycolyse, il peut avoir lieu dans toutes les cellules du corps humain sans exception. À la suite de cette réaction, deux molécules d’acide pyruvique à 3 carbones et deux molécules d’ATP sont formées à partir d’une molécule de glucose à 6 carbones.

La glycolyse est un processus très rapide mais relativement inefficace. L'acide pyruvique, formé dans la cellule après l'achèvement des réactions de glycolyse, se transforme presque immédiatement en acide lactique et parfois (par exemple, lors d'un travail musculaire intense) est libéré dans le sang en très grande quantité, car il s'agit d'une petite molécule qui peut librement traverser la membrane cellulaire. Une libération aussi massive de produits métaboliques acides dans le sang perturbe l'homéostasie et le corps doit activer des mécanismes homéostatiques spéciaux pour faire face aux conséquences du travail musculaire ou d'autres actions actives.

L'acide pyruvique formé à la suite de la glycolyse contient encore beaucoup d'énergie chimique potentielle et peut servir de substrat pour une oxydation ultérieure, mais cela nécessite des enzymes spéciales et de l'oxygène. Ce processus se produit dans de nombreuses cellules contenant des organites spéciaux - les mitochondries. La surface interne des membranes mitochondriales est composée de grosses molécules lipidiques et protéiques, comprenant un grand nombre d’enzymes oxydatives. Les molécules à trois carbones formées dans le cytoplasme pénètrent à l'intérieur des mitochondries - généralement de l'acide acétique (acétate). Là, ils sont inclus dans un cycle continu de réactions, au cours duquel les atomes de carbone et d'hydrogène sont alternativement séparés de ces molécules organiques qui, en se combinant avec l'oxygène, se transforment en dioxyde de carbone et en eau. Ces réactions libèrent une grande quantité d’énergie, qui est stockée sous forme d’ATP. Chaque molécule d'acide pyruvique, ayant subi un cycle complet d'oxydation dans les mitochondries, permet à la cellule d'obtenir 17 molécules d'ATP. Ainsi, l’oxydation complète d’une molécule de glucose fournit à la cellule 2+17x2 = 36 molécules d’ATP. Il est tout aussi important que le processus d’oxydation mitochondriale puisse également inclure des acides gras et des acides aminés, c’est-à-dire des composants de graisses et de protéines. Grâce à cette capacité, les mitochondries rendent la cellule relativement indépendante des aliments consommés par le corps : dans tous les cas, la quantité d'énergie requise sera produite.

Une partie de l’énergie est stockée dans la cellule sous la forme d’une molécule plus petite et plus mobile, la créatine phosphate (CrP), que l’ATP. C'est cette petite molécule qui peut se déplacer rapidement d'un bout à l'autre de la cellule - là où l'énergie est actuellement la plus nécessaire. KrF lui-même ne peut pas donner d'énergie aux processus de synthèse, de contraction musculaire ou de conduction d'un influx nerveux : cela nécessite de l'ATP. Mais d'un autre côté, KrP est facilement et pratiquement sans pertes capable de donner toute l'énergie qu'il contient à la molécule d'adénazine diphosphate (ADP), qui se transforme immédiatement en ATP et est prête pour d'autres transformations biochimiques.

Ainsi, l'énergie dépensée lors du fonctionnement de la cellule, c'est-à-dire L'ATP peut être renouvelé grâce à trois processus principaux : la glycolyse anaérobie (sans oxygène), l'oxydation mitochondriale aérobie (avec la participation d'oxygène), et également grâce au transfert du groupe phosphate du CrP vers l'ADP.

La source de créatine phosphate est la plus puissante, car la réaction de la créatine phosphate avec l'ADP se produit très rapidement. Cependant, la réserve de CrP dans la cellule est généralement faible - par exemple, les muscles peuvent travailler avec un effort maximum grâce à la CrP pendant 6 à 7 s maximum. Cela suffit généralement à déclencher la deuxième source d’énergie la plus puissante, la glycolytique. Dans ce cas, la ressource nutritionnelle est plusieurs fois plus importante, mais à mesure que le travail progresse, l'homéostasie devient de plus en plus stressée en raison de la formation d'acide lactique, et si un tel travail est effectué par de gros muscles, il ne peut pas durer plus de 1,5 à 2 minutes. Mais pendant ce temps, les mitochondries sont presque complètement activées, capables de brûler non seulement le glucose, mais aussi les acides gras, dont l'approvisionnement dans l'organisme est presque inépuisable. Par conséquent, une source mitochondriale aérobie peut fonctionner très longtemps, bien que sa puissance soit relativement faible - 2 à 3 fois inférieure à une source glycolytique et 5 fois inférieure à la puissance d'une source de créatine phosphate.

Caractéristiques de l'organisation de la production d'énergie dans divers tissus du corps. Différents tissus possèdent différents niveaux de mitochondries. On les trouve le moins dans les os et la graisse blanche, la plupart dans la graisse brune, le foie et les reins. Il y a beaucoup de mitochondries dans les cellules nerveuses. Les muscles n'ont pas une concentration élevée de mitochondries, mais étant donné que les muscles squelettiques sont le tissu le plus massif du corps (environ 40 % du poids corporel d'un adulte), ce sont les besoins des cellules musculaires qui déterminent en grande partie l'intensité et direction de tous les processus du métabolisme énergétique. I.A. Arshavsky a appelé cela la « règle énergétique des muscles squelettiques ».

Avec l'âge, deux composants importants du métabolisme énergétique changent à la fois : le rapport des masses de tissus avec différentes activités métaboliques change, ainsi que la teneur des enzymes oxydatives les plus importantes dans ces tissus. De ce fait, le métabolisme énergétique subit des modifications assez complexes, mais en général son intensité diminue avec l'âge, et de manière assez significative.

Dans les réactions chimiques, lorsque des liaisons se forment entre des molécules simples, de l’énergie est consommée et lorsqu’elles sont rompues, de l’énergie est libérée.

Au cours du processus de photosynthèse dans les plantes vertes, l'énergie de la lumière solaire est convertie en énergie des liaisons chimiques qui naissent entre les molécules de dioxyde de carbone et d'eau. Une molécule de glucose se forme : CO 2 + H 2 O + Q (énergie) = C 6 H 12 O 6.

Le glucose est la principale source d’énergie pour les humains et la plupart des animaux.

Le processus d’assimilation de cette énergie est appelé « phosphorylation oxydative ». L'énergie (Q) libérée lors de l'oxydation est immédiatement utilisée pour la phosphorylation de l'acide adénosine diphosphorique (ADP) :

ADP+P+Q (énergie)=ATP

Il s’avère que la « monnaie énergétique universelle » de la cellule est l’acide adénosine triphosphorique (ATP). Il peut être utilisé à tout moment pour tout travail utile au corps ou pour s'échauffer.

ATP®ADP+P+Q (énergie)

Le processus d’oxydation du glucose se déroule en 2 étapes.

1. L’oxydation anaérobie (sans oxygène), ou glycolyse, se produit sur le réticulum endoplasmique lisse de la cellule. En conséquence, le glucose est divisé en 2 parties et l'énergie libérée est suffisante pour synthétiser deux molécules d'ATP.

2. Oxydation aérobie (oxygène). Deux parties de glucose (2 molécules d'acide pyruvique) en présence d'oxygène poursuivent une série de réactions oxydatives. Cette étape se produit dans les mitochondries et conduit à une dégradation plus poussée des molécules et à une libération d'énergie.

Le résultat de la deuxième étape d'oxydation d'une molécule de glucose est la formation de 6 molécules de dioxyde de carbone, 6 molécules d'eau et d'énergie, suffisantes pour la synthèse de 36 molécules d'ATP.

Non seulement les molécules obtenues à partir du glucose, mais également les molécules obtenues à la suite de l'oxydation de lipides, de protéines, d'alcools et d'autres composés à forte intensité énergétique peuvent être utilisées comme substrats pour l'oxydation dans la deuxième étape.

La forme active de l'acide acétique - A-CoA (acétylcoenzyme A, ou acétylcoenzyme A) est un produit intermédiaire de l'oxydation de toutes ces substances (glucose, acides aminés, acides gras et autres).

L'A-CoA est le point d'intersection du métabolisme des glucides, des protéines et des lipides.

Avec un excès de glucose et d’autres substrats énergétiques, le corps commence à les déposer. Dans ce cas, le glucose est oxydé par le chemin habituel en acide lactique et pyruvique, puis en A-CoA. De plus, l'A-CoA devient la base de la synthèse de molécules d'acides gras et de graisses, qui se déposent dans le tissu adipeux sous-cutané. Au contraire, en cas de manque de glucose, celui-ci est synthétisé à partir de protéines et de graisses grâce à l'A-CoA (gluconéogenèse).

Si nécessaire, les réserves d'acides aminés non essentiels à la construction de certaines protéines peuvent être reconstituées.