Биология

Энергетический обмен в клетке: как разобраться в том, что уже знает каждая наша клетка?

Философия метаболизма. Волшебство гликолиза и загадки АТФ.
Автор статьи:
Дарья Послыхалина
Преподаватель Турбоподготовки к ЕГЭ
28 ноября 2018

Инь и Янь, ломать и строить, энергетический и пластический обмен – все это взаимосвязано в процессе метаболизма.

Метаболизм с древнегреческого это «превращение, изменение». Но что на что мы меняем? Вещества на энергию и обратно.

Метаболизм (обмен веществ и энергии) = ассимиляция (он же пластический обмен или анаболизм) – создаем органические вещества (белки, жиры, углеводы), которые нужны для жизнедеятельности + диссимиляция (он же энергетический обмен или катаболизм) – разрушаем органические вещества, чтобы получить энергию.

Пластический и энергетический обмен

Они разные, один энергию затрачивает (пластический), другой высвобождает (энергетический), но очень друг другу нужны. Если не будет энергетического обмена, то не будет и энергии, чтобы осуществлять пластический, не будут создаваться органические вещества и протекать процессы жизнедеятельности, а если не будет пластического, то и нечего будет разрушать и неоткуда получать энергию. Без друг друга им никак. Вот такая философия метаболизма.

Главный результат энергетического обмена – энергия. Но как она выглядит?

Принято представлять, что энергия это что-то светящееся и неосязаемое, но в биологии это конкретная молекула – молекула АТФ (аденозинтрифосфат). Состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Эта молекула и вырабатывается в процессе энергетического обмена.

Строение молекулы АТФ (аденозинтрифосфата)

Мы будем разбирать углеводный обмен, так как в ЕГЭ спрашивается именно он. Органическое вещество, которое разрушается – глюкоза (углевод, моносахарид, приятно познакомиться). Чтобы познакомиться с веществами клетки поближе, прочитай вот эту статью. Одна молекула глюкозы будет расщепляться с выделением 38 молекул АТФ.

Чтобы это произошло, должно пройти три этапа энергетического обмена:

  1. Подготовительный
  2. Безкислородный (гликолиз)
  3. Кислородный (клеточное дыхание)
  4. Про каждый этап нам надо понимать четыре вещи:

    1. Где он происходит?
    2. Какие процессы (что) на нем происходит?
    3. Какие вещества получаются в итоге (результат) процесса
    4. Сколько энергии выделяется

    Давайте разберем этого страшилу по косточкам!

    Итак, представь, перед тобой горячая хрустящая картошка фри…ммм. Она была частью растения, а у растений запасное вещество – углевод крахмал (полисахарид, который состоит из моносахаридов – глюкозы). Как только теплая картошечка попадает в рот, начинается расщепление ее несчастных углеводов. В ЖКТ (желудочно-кишечном тракте) большая молекула крахмала (полимер ПОЛИ – много, МОНО – один) расщепляется на мономеры – глюкозы. Которые всасываются в кровь через ворсинки в тонком кишечнике.

    Желудочно-кишечный тракт

    Поели, согрелись. А почему согрелись? Потому что вся энергия от расщепления крахмала до глюкозы рассеялась в тепло.

    После того, как мономеры поступили в кровь, разнеслись по всему телу и поступили в клетку, начинается второй этап – безкислородный (он же гликолиз). Одна молекула глюкоза (гексоза, потому что 6 углеродов (С)) распадается на две пировиноградные кислоты (ПВК, триозы – три углерода). При этом остается всего 2 молекулы АТФ.

    РАспад молекулы глюкозы на две пировиноградных кислоты

    Бывало так, что сидишь в классе, духота, глаза слипаются, хоть веки держи, а зевать в пятый раз уже как-то неловко, учитель говорит что-то про сонное царство. Отчаянный голос с предпоследней парты: «Откройте окно!». В класс врывается свежий поток воздуха, все немного оживает, и вроде до звонка не так уж и долго. Что произошло? Почему всем полегчало?

    Потому что для выработки энергии нужен кислород. Так вот зачем все-таки мы дышим – чтобы расщеплять органические вещества! Третий этап не начнется без поступления в клетку кислорода, ну вот через дыхательную систему и кровь он поступил. Что дальше?

    А дальше самое интересное – цикл Кребса (хоть вопросов на него и нет в ЕГЭ, видео по разбору можно просмотреть тут, чтобы понять всю красоту процесса). Но все, что нам надо знать про третий кислородный этап, так это то, что по мере прохождения ПВК третьего этапа - кислородного, вырабатывается оставшиеся 36 молекул АТФ, а от ПВК остается только рожки да ножки углекислый (СО2) газ и вода (Н2О).

    Всего получается 38 молекул АТФ!!!

    38 молекул АТФ

Дарья Послыхалина
Нас учат вождению и высшей математике, а тому, как разобраться с работой нашего тела, почему эволюционировал именно наш вид — нет. Каждая клетка нашего тела знает, как делиться митозом, а многие из нас — нет. Когда я поняла, что школа не дает того, что нужно для экзамена и для жизни, я пообещала себе стать тем преподавателем, которого у меня не было. На моих вебинарах весело, очень просто и понятно каждому. Тотальная подготовка с НУЛЯ, чтобы закрыть белые пятна в цитологии и устранить черные дыры в ботанике. Я научу тебя всему, что необходимо для ЕГЭ и даже больше. Если не знаешь, чем отличается гликолиз и окислительное фосфорилирование, какой хромосомный набор в анафазе мейоза 2 и как запомнить все гормоны и их функции, тебе ко мне! Эти знания пригодились мне в жизни, и я хочу поделиться ими с тобой. Приведут ли неформальные вебинары и строгие домашки к результату? Да, ты будешь не просто машиной для решения ЕГЭ, но, возможно, полюбишь биологию больше, чем любимый сериал. Встретимся на вебинарах!
Подробнее о курсе

Готовим к ЕГЭ на 85+ баллов и побеждаем лень

Каждый месяц 12 онлайн-занятий в дружелюбной атмосфере + 16 домашних работ с жесткими сроками.
Не готовишься — вылетаешь.

Подробнее о курсе