Гліколіз глюкози і вивільнення енергії. Цикл лимонної кислоти або цикл кребса

повне окислення 1 грам-молекули глюкози супроводжується виділенням 686000 калорій енергії, при цьому тільки 12000 калорій необхідно для утворення 1 грам-молекули АТФ. Якби відразу вся глюкоза окислюється до води і вуглекислого газу при утворенні 1 молекули АТФ, втрати енергії були б неминучі. На щастя, у всіх клітинах організму присутні особливі білкові ферменти, щоб забезпечити послідовне поетапне розщеплення молекули глюкози при утворенні молекули АТФ. При цьому виділяється на кожному етапі невеликими порціями енергія використовується для освіти АТФ, що забезпечує утворення 38 моль АТФ при окисленні кожного моля глюкози.

Відео: Цикл Кребса. Клітинне дихання 1.3

Чи не найважливіший спосіб перетворення молекули глюкози, що призводить до звільнення енергії, починається процесом гліколізу. Кінцеві продукти гліколізу підлягають подальшому окисленню, що супроводжується вивільненням енергії. Гліколіз - це послідовність реакцій, в результаті яких одна молекула глюкози розщеплюється з утворенням двох молекул піровиноградної кислоти.

Гліколіз забезпечується 10 послідовними реакціями, представленими на малюнку. Кожен з цих етапів каталізується одним із специфічних білків-ферментів. Зверніть увагу, що глюкоза перш за все перетворюється в фруктозо-1,6-дифосфат, а потім розщеплюється на 2 молекули, що містять три атома вуглецю, глицеральдегид-3-фосфат, кожна з яких, пройшовши п`ять додаткових етапів, стає піровиноградної кислотою.

Освіта АТФ під час гліколізу. При розщепленні молекули глюкози на більшій частині етапів виділяється дуже невелика кількість вільної енергії, незважаючи на численність хімічних реакцій, що беруть участь в процесі гліколізу. Однак на етапах перетворення 1,3-дифосфогліцеринової кислоти в 3-фосфогліцеріновую кислоту і фосфоєнолпіровіноградная кислоти - в пировиноградную кислоту виділяються порції енергії понад 12000 калорій на моль, ніж необхідно для утворення молекули АТФ, тому ці етапи і супроводжуються утворенням АТФ. В результаті з кожного благаючи фруктозо-1,6-фосфату при його розщепленні до піровиноградної кислоти утворюються 4 благаючи АТФ.

Дві молекули АТФ необхідні для фосфорилювання вихідної глюкози при утворенні фруктозо-1,6-дифосфата, тобто для забезпечення початкових етапів гліколізу, тому чистий вихід АТФ в процесі гліколізу становить лише 2 благаючи АТФ на кожен моль використаної глюкози. При цьому кількість енергії, запасеної у вигляді АТФ, еквівалентно 24000 калорій. Під час гліколізу сумарно близько 56000 калорій втрачається на кожен використаний моль глюкози, тому в цілому ефективність цього механізму в перерахунку на кількість зв`язаної в формі АТФ енергії становить всього 43%. Решта 57% енергії губляться у вигляді тепла.

Наступна стадія розщеплення глюкози отримала назву циклу лимонної кислоти (інша назва - цикл трикарбонових кислот, або цикл Кребса). Цей цикл являє собою послідовність хімічних реакцій, в результаті яких ацетил-КоА розщеплюється до вуглекислого газу і атомів водню. Ці реакції здійснюються в матриксі мітохондрій. Атоми водню, відщеплюється від проміжних продуктів в реакціях дегідрування при гліколізі і в циклі Кребса, будуть послідовно окислюватися (що обговорюється далі) з виділенням величезної кількості енергії у вигляді АТФ.

На малюнку показані різні етапи хімічних реакцій циклу лимонної кислоти. Речовини, показані в лівій частині малюнка, вступають в хімічні реакції, а продукти цих реакцій зображені в правій частині малюнка. Зауважте, що верхня частина колонки початку хімічних реакцій представлена щавлево-оцтової кіслотойу і в кінці ланцюга реакцій в підставі колонки знову з`являється щавлево-оцтова кислота.

на початковій стадії циклу лимонної кислоти ацетил-КоА взаємодіє з щавлево-оцтовою кислотою, утворюючи лимонну кислоту. Коензим А відділяється від ацетил-КоА і може використовуватися знову для утворення нових молекул ацетил-КоА з піровиноградної кислоти.

ацетільная частина може використовуватися, стаючи складовою частиною молекули лимонної кислоти. Протягом наступних стадій циклу лимонної кислоти в реакцію вступають молекули води, як показано в лівій частині малюнка. В результаті утворюються вуглекислий газ і атоми водню.

Відео: ОБМІН БІЛКІВ - частина 3

сумарний підсумок реакцій циклу лимонної кислоти наводиться на малюнку. В результаті метаболічних процесів з кожної вихідної молекули глюкози виходять 2 молекули ацетил-КоА, що вступають в реакції циклу лимонної кислоти поряд з 6 молекулами води. В результаті утворюються 4 молекули вуглекислого газу, 16 атомів водню і 2 молекули коензиму А. Крім того, утворюються 2 молекули АТФ.