Энергетический обмен

Внутримитохондриальное окисление тесно связано с энергетическим обменом. Энергетический обмен – сбалансированное протекание реакций образования и реакций использования энергии.

Реакции, идущие с высвобождением энергии, называется экзоргиническими реакциями, а идущие с поглощением энергии - эндорганическими. Основным экзоргоническим процессом в организме является транспорт электронов по дыхательной цепи. Окислительно-восстановительный потенциал начальных компонентов НАД окисленный /НАД восстановленный составляет -0,32 в. Окислительно-восстановительный потенциал конечных компонентов дыхательной цепи равен +0,82 в.

В результате разницы потенциалов в ЦПЭ происходит перемещение электронов с большой энергией. В процессе транспорта электронов высвобождается энергия. Та энергия, которая может быть использована на выполнение какой-то работы, – свободная энергия. Энергия, освобождающаяся в дыхательной цепи, рассчитывается по формуле:

ΔF = -23*n*Δе,

где n- количество переносимых электронов на атом О₂ (2е),

Δе – перепад окислительно-восстановительного потенциала между началом и концом ЦПЭ.

Δе = 0,82 –(-0,32) = 1,14 в ΔF = -23*2*1,14 = -52 ккал/моль

Высвободившаяся энергия может быть использована организмом на выполнение различных видов работы:

• механической работы – сокращение мышц
• химической работы - на синтез новых веществ
• осмотической работы – перенос ионов против градиента концентрации
• электрической работы – возникновение потенциалов в нервной системе

Все организмы в зависимости от вида энергии, которую они используют для выполнения работы, делятся на два вида: фототрофы – могут использовать энергию солнечного света, хемотрофы – могут использовать энергию только химических связей особых макроэргических веществ.

Макроэргические вещества – вещества, при гидролизе связей которых высвобождается энергия более 5 ккал/моль. К ним относят фосфоенолпируват, креатинфосфат, 1,3-дифосфоглицерат, ацилы жирных кислот, АТФ (ГТФ, ЦТФ, УТФ). Среди перечисленных макроэргов центральное место занимает АТФ. АТФ является аккумулятором и источником химической энергии. В молекуле АТФ заключена энергия от 7,3 ккал/моль (в стандартных условиях) до 12 ккал/моль (в физиологических условиях). В состав АТФ входят аденин, рибоза, 3 остатка Н₃РО₄. АТФ синтезируется из АДФ и фосфорной кислоты с затратой энергии. Распад АТФ, наоборот, является экзэргоническим процессом. Основным источником энергии для синтеза АТФ является перенос электронов по дыхательной цепи. Присоединение Н₃РО₄ называется – фосфорилированием.