III этап. Катаболизм –расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов

II этап

I этап

Катаболизм

Катаболизм – расщепление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ. Весь катаболизм подразделяется на три этапа:

Происходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах при расщеплении уже ненужных молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, обычно превращаются в пировиноградную кислоту, ацетильную группу (в составе ацетил-S-КоА), и в некоторые другие мелкие органические молекулы. Локализация второго этапа – цитозоль и митохондрии. Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно 13% энергии вещества усваивается.

Все реакции этого этапа идут в митохондриях. Ацетил-S-КоА включается в реакции цикла трикарбоновых кислот и окисляется до углекислого газа. Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД и восстанавливают их. После этого НАДН и ФАДН2 переносят водород в цепь дыхательных ферментов, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Здесь в результате процесса под названием " окислительное фосфорилирование " образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ. Часть выделенной на этом этапе энергии молекулы рассеивается в виде тепла и около 46% энергии исходного вещества усваивается.

На втором этапе выделяется около 30% энергии, заключенной в молекуле. При этом запасается около 13% от всей энергии вещества (или примерно 43% от выделенной на этом этапе энергии.

В третьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количества усваивается почти 66%, что составляет около 46% от общей.

Таким образом, из 100% энергии молекулы клетка запасает больше половины (59%. Ни один современный двигатель не имеет такого высокого КПД!

Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма, запасается в виде связей, называемых макроэргическими. Основной и универсальной молекулой, запасающей энергию, является АТФ.

Все молекулы АТФ в организме непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют. Существует три основных способа использования АТФ, которые вкупе получили название АТФ-цикл.

Энергия гидролиза фосфодиэфирной связи в АТФ равна 7,3 ккал/моль. Кроме АТФ, в клетке присутствуют и другие макроэргические соединения – 1,3‑дифосфоглицериновая кислота, фосфоенолпируват, креатинфосфат. Энергия гидролиза их макроэргической связи выше, чем в АТФ, и роль этих веществ сводится к передаче макроэргической фосфатной группы на АДФ с образованием АТФ. Реакции, в которых участвуют указанные вещества, получили название реакций субстратного фосфорилирования.

В клетке существуют три главных процесса, обеспечивающих улавливание и запасание энергии в виде макроэргического фосфата

1. Гликолиз – окисление молекулы глюкозы до двух молекул молочной кислоты. В результате образуется 2 молекулы АТФ.

2. Цикл трикарбоновых кислот – окисление уксусной кислоты до углекислого газа, сопровождается образованием восстановленных эквивалентов НАДН и ФАДН2.

3. Окислительное фосфорилирование – благодаря окислению НАДН и ФАДН2 ферментами дыхательной цепи, происходит образование АТФ.