Универсальное энергетическое вещество: Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

Содержание

Что является главным источником энергии в организме человека?

19 апреля 2018

11 430

Углеводы главный источник энергии

Давно известно, что ничто в мире не возникает из пустоты и не исчезает в никуда. В полной мере это касается наших энергетических запасов. Попробуем разобраться, что является главным источником энергии в организме человека и какие способы её пополнения можно назвать наиболее эффективными.

В отличие от растительного мира, успешно использующего метод фотосинтеза для преобразования солнечной энергии, человек лишён подобной возможности. Поэтому нам необходимо использовать пищу растительного и животного происхождения. При этом не забывая учитывать, что все продукты отличаются по своей энергетической ценности (не говоря уже о способности работать как на пользу, так и во вред).

Обсуждение калорийности тех или иных блюд уже давно у всех на слуху. Но что она представляет из себя обычным языком? На самом деле, всё довольно легко. Калория – это единица измерения энергии, имеющая несложную формулу вычисления: количество тепла, обеспечивающее повышение температуры 1 грамма воды на 1 градус. Соответственно, калорийность (она же – энергетическая ценность) – это тот объём энергии, который наш организм способен приобрести при полном усвоении употреблённого в пищу.

Белки, жиры и углеводы представляют из себя комплекс основных питательных веществ. При этом, роль ключевого энергетического «поставщика» отводится углеводам, уровень содержания которых отличается в разных продуктах. Кроме того, их принято подразделять на простые (быстрые) и сложные (медленные) – об особенностях каждого типа мы поговорим позже. Нежирное мясо и рыба представляют из себя продукты с высоким белковым содержанием, а, к примеру, масло (как растительного, так и животного происхождения) – источник жиров.

Также неотъемлемыми компонентами являются различные микроэлементы и витамины, однако, они, в первую очередь, служат процессам энергетического обмена.

Универсальной формулы, позволяющей установить точное количество (или соотношение) БЖУ для каждого попросту не существует, так как индивидуальные особенности каждого из нас, а также такие факторы, как рост, вес, уровень метаболизма, повседневная активность, образ жизни, наличие вредных привычек, регулярность занятий спортом – всё это напрямую влияет на то, каким должен быть рацион. Некоторые общие зависимости, конечно же, существуют – так, у людей, активно занимающихся спортивными тренировками, ежедневная норма потребления может быть достаточно высокой. А люди, ставящие себе цель похудеть, зачастую совершают серьёзную ошибку, думая, что достаточно понизить объём потребляемых калорий. Чаще всего, это не приводит ни к каким результатам в тех случаях, когда двигательная активность минимальна. Отсутствие занятий физкультурой в сочетании с сидячим образом жизни даже при минимальной калорийности потребляемой пищи способно не только не повлиять в лучшую сторону на ситуацию с излишним весом, но и содействовать дальнейшему его набору.

Рассмотрим подробнее механику преобразования еды в энергию. После попадания в желудок запускается процесс переваривания пищи, который не прекращается и при дальнейшем её продвижении в кишечник (именно поэтому вся система именуется желудочно-кишечной). Его целью является расщепление пищи на элементы, часть из которых попадает в кровь. Стоит отметить, что не вся полученная энергия тут же используется нами. Некоторая часть выполняет роль запаса, преобразуясь, в том числе, в жир. Чем меньше мы двигаемся, тем меньше калорий сжигаем, тем интенсивнее увеличивается жировая прослойка.

В начале статьи мы упомянули про простые и сложные углеводы. Настало время вспомнить про них и разъяснить отличие. Суть первых заключена уже в обозначении – их переваривание происходит максимально быстро, без дополнительных усилий, более того, то же самое касается и их усвоения. Здесь и проявляется их главное негативное свойство – они усиливают аппетит, провоцируя переедание и, как следствие – ускоренный набор веса. Все типы сахара относятся к простым разновидностям, поэтому от сладких и мучных изделий так легко потолстеть, и так хочется съесть «ещё одно» пирожное.

Сложные углеводы также проходят процесс расщепления до глюкозы, однако, он занимает намного больше времени. Благодаря им мы ощущаем чувство насыщения, одновременно часть из них – крахмал и гликоген – снабжают нас энергией. Во время еды повышается уровень глюкозы в крови и именно в виде гликогена избыточное её количество абсорбируется в мышцах и печени «про запас». Как только он начинает снижаться, происходит расщепление гликогена, в ходе которого вырабатывается дополнительная энергия. Также к числу сложных углеводов относятся пищевые волокна (клетчатка и пектин). Они не усваиваются организмом, но их нельзя назвать бесполезными, так как они играют важную роль в пищеварении, обеспечивая стабильную и бесперебойную работу ЖКТ.

Помимо общего объёма потребляемых калорий следует уделять внимание тому, чтобы количество БЖУ было сбалансированным. Здоровому человеку подойдут традиционные соотношения, а при наличии хронических заболеваний или прочих факторов (перечисленных выше) есть смысл получить предварительную консультацию у диетолога. В случае, если вы уже знаете рекомендуемую для себя ежедневную норму потребления, подходящим вариантом станет заказ готовых рационов питания с регулярной доставкой на дом или в офис – подобный сервис уже получил распространение в Москве и прилегающих ко МКАДу районах Московской области.

Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен.

Обмен веществ или метаболизм

Метаболизм = Анаболизм + Катаболизм

диссимиляция

ассимиляция

Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм, биосинтез) – это совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах.

Т.е. когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные.
Например: фотосинтез, биосинтез белка, хемосинтез.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм, дыхание) – это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений , которые происходят с выделением и запасанием энергии.

Т. е когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия , необходимая для жизнедеятельности.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии).

Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ).

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота),
а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота) .
Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

АТФ + H 2 O = АДФ + H 3 PO 4 + E
АДФ + H 2 O = АМФ + H 3 PO 4 + E
АМФ + H 2 O = аденин + рибоза + H 3 PO 4 + E

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией . При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.
При энергетическом обмене все вещества распадаются, а АТФ – синтезируется . При этом энергия химических связей распавшихся сложных веществ переходит в энергию АТФ, энергия запасается в АТФ.
При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается . При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).

Этапы энергетического обмена Возможно три этапа диссимиляции : подготовительный, анаэробный и аэробный.

Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции.

Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде,

и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Подготовительный этап

Место протекания: органы пищеварения, лизосомы.
Осуществляется пищеварительными ферментами , в результате действия которых, сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры .
белки расщепляются на аминокислоты , жиры — на глицерин и жирные кислоты , сложные углеводы — до простых сахаров(глюкозы) .

Выделяется энергия , большая часть которой рассеивается в виде тепла .

Бескислородный этап (анаэробный) – гликолиз- процесс бескислородного расщепления глюкозы

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует.

Образуется энергия: 60%-в виде тепла, 40%-для синтеза 2 молекул АТФ.

Образуется ещё один продукт: 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК).

(С 6 Н 12 О 6(глюкоза) С 3 Н 4 О 3(ПВК) )

Происходит данный этап в цитоплазме клеток .

ПВК( при отсутствии кислорода) происходит брожение(анаэробное дыхание) .

спиртовое брожение(у дрожжей).

ПВК превращается в этиловый спирт+ СО 2

2. молочнокислое брожение(у молочнокислых бактерий, в мышечных клетках)

ПВК превращается в молочную кислоту.

Кислородный этап (аэробный)

Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде.

Из каждой молекулы ПВК , образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ +Н 2 О+СО 2

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап ).

Кислородный этап п ротекает на кристах митохондрий (складках внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов.

Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух , описывают реакции, происходящие в ходе энергетического обмена у человека .

1)образование кислорода из воды 2) синтез 38 молекул АТФ 3) расщепление глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты

4) восстановление углекислого газа до глюкозы 5) образование углекислого газа и воды в клетках

Все перечисленные ниже процессы, кроме двух, относятся к энергетическому обмену.

1) дыхание

2) фотосинтез

3) синтез белка

4) гликолиз

5) брожение

Какие утверждения об этапах энергетического обмена верны?

1) Анаэробный этап энергетического обмена протекает в кишечнике. 2) Анаэробный этап энергетического обмена протекает без участия кислорода. 3) Подготовительный этап энергетического обмена – это расщепление макромолекул до мономеров. 4) Аэробный этап энергетического обмена протекает без участия кислорода. 5) Аэробный этап энергетического обмена протекает до образования конечных продуктов СО2 и Н2О.

Реакции подготовительного этапа энергетического обмена происходят в

1) хлоропластах растений

2) каналах эндоплазматической сети 3) лизосомах клеток животных

4) органах пищеварения человека

5) аппарате Гольджи эукариот 6) пищеварительных вакуолях простейших

Что характерно для кислородного этапа энергетического процесса?

1) протекает в цитоплазме клетки

2) образуются молекулы ПВК 3) встречается у всех известных организмов 4) протекает процесс в матриксе митохондрий 5) наблюдается высокий выход молекул АТФ 6) имеются циклические реакции

Какие из указанных признаков относятся к аэробному обмену веществ?

1)белки расщепляются до аминокислот 2) протекает в митохондриях 3) завершается образованием пировиноградной кислоты или этилового спирта

4) протекает в цитоплазме клеток 5) завершается образованием АТФ, двуокиси углерода и воды 6) энергетический эффект — 36 молекул АТФ

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух , можно использовать для описания процесса кислородного дыхания.

1)аэробный процесс 2) молекула глюкозы распадается на две молекулы молочной кислоты

3) образуется 36 молекул АТФ 4) осуществляется в митохондриях 5) энергия аккумулируется в двух молекулах АТФ

6.2: АТФ: универсальная энергетическая валюта

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 178800

Цели обучения

Описать значение АТФ как источника энергии в живых организмах.

Аденозинтрифосфат (АТФ), нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трех фосфатных групп, является, возможно, самым важным из так называемых богатых энергией соединений в клетке. Его концентрация в клетке колеблется от 0,5 до 2,5 мг/мл клеточной жидкости.

Соединения, богатые энергией – это вещества, обладающие особыми структурными особенностями, которые приводят к высвобождению энергии после гидролиза. В результате эти соединения способны поставлять энергию для биохимических процессов, требующих энергии. Важной структурной особенностью АТФ является связь ангидрида фосфорной кислоты или пирофосфата:

Пирофосфатная связь, обозначенная волнистой линией (~), гидролизуется при превращении АТФ в аденозиндифосфат (АДФ). В этой реакции гидролиза продукты содержат меньше энергии, чем реагенты; происходит выделение энергии (> 7 ккал/моль). Одна из причин такого количества высвобождаемой энергии заключается в том, что гидролиз ослабляет отталкивание электронов, которое испытывают отрицательно заряженные фосфатные группы, когда они связаны друг с другом (рис. 20.1.1).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Гидролиз АТФ с образованием АДФ

Энергия высвобождается, потому что продукты (АДФ и фосфат-ион) имеют меньше энергии, чем реагенты [АТФ и вода (H ₂ O)].

Общее уравнение гидролиза АТФ выглядит следующим образом:

\[АТФ + H_2O → АДФ + P_i + 7,4\; ккал/моль]

Если при гидролизе АТФ выделяется энергия, то для его синтеза (из АДФ) требуется энергия. В клетке АТФ образуется в результате тех процессов, которые обеспечивают организм энергией (поглощение лучистой энергии солнца у зеленых растений и расщепление пищи у животных), и гидролизуется в ходе тех процессов, которые требуют энергии (синтез углеводов). , липиды, белки; передача нервных импульсов; мышечные сокращения). Фактически АТФ является основным средством энергетического обмена в биологических системах. Многие ученые называют это энергетической валютой клеток. 9{2−}\).

АТФ — не единственное высокоэнергетическое соединение, необходимое для метаболизма. Некоторые другие перечислены в таблице \(\PageIndex{1}\). Обратите внимание, однако, что энергия, высвобождаемая при гидролизе АТФ, находится примерно посередине между энергиями высокоэнергетических и низкоэнергетических фосфатных соединений. Это означает, что гидролиз АТФ может обеспечить энергию для фосфорилирования соединений, следующих за ним в таблице. Например, гидролиз АТФ дает достаточно энергии для фосфорилирования глюкозы с образованием глюкозо-1-фосфата. Точно так же гидролиз соединений, таких как креатинфосфат, которые появляются выше АТФ в таблице может обеспечить энергию, необходимую для повторного синтеза АТФ из АДФ.

Таблица \(\PageIndex{1}\): Энергия, высвобождаемая при гидролизе некоторых фосфатных соединений
Тип	Пример	Выделенная энергия (ккал/моль)
ацилфосфат	1,3-бисфосфоглицерат (БФГ)	−11,8
ацилфосфат	ацетилфосфат	−11,3
гуанидинфосфаты	креатинфосфат	−10,3
гуанидинфосфаты	аргининфосфат	−9,1
пирофосфаты	ПП _и _* → 2P _и	−7,8
	АТФ → АМП + ПП _и	−7,7
	АТФ → АДФ + Р _i	−7,5
	АДФ → AMP + P _i	−7,5
сахарофосфаты	глюкозо-1-фосфат	−5,0
	фруктозо-6-фосфат	−3,8
	АМП → аденозин + P _i	−3,4
	глюкозо-6-фосфат	−3,3
	глицерин-3-фосфат	−2,2
*PP _и — ион пирофосфата.

Резюме

Гидролиз АТФ высвобождает энергию, которая может быть использована для клеточных процессов, требующих энергии.

Проверка концепции

Почему АТФ называют энергетической валютой клетки?

Ответить

АТФ является основной молекулой, участвующей в реакциях энергетического обмена в биологических системах.

Упражнения

Чем отличаются по структуре АТФ и АДФ?
Почему при гидролизе АТФ в АДФ выделяется энергия?
Определите, будет ли каждое соединение классифицироваться как высокоэнергетическое фосфатное соединение.
1. АТП
2. глюкозо-6-фосфат
3. креатинфосфат
Определите, будет ли каждое соединение классифицироваться как высокоэнергетическое фосфатное соединение.
1. АДП
2. АМП
3. глюкозо-1-фосфат

Ответы

АТФ имеет присоединенную трифосфатную группу, в то время как АДФ имеет присоединенную только дифосфатную группу.

1. да
2. нет
3. да

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия

Раздел или Страница

Лицензия

CC BY-NC-SA

Показать страницу TOC

№ на стр.
Теги
1. источник-хим-15950

Универсальный энергетический принцип биологических систем и единство биоэнергетики

. 1981 г., сен; 78 (9): 5344-7.

doi: 10.1073/pnas.78.9.5344.

D E Зеленый, H D Занде

PMID:

6946475
PMCID:

PMC348741
DOI:

10.1073/пнас.78.9.5344

Бесплатная статья ЧВК

D. E. Грин и др.

Proc Natl Acad Sci U S A.

1981 Сентябрь

Бесплатная статья ЧВК

. 1981 сен; 78 (9)):5344-7.

doi: 10. 1073/pnas.78.9.5344.

Авторы

D E Зеленый, H D Занде

PMID:

6946475
PMCID:

PMC348741
DOI:

10.1073/пнас.78.9.5344

Абстрактный

Электронная энергия (энергия химической связи) является исключительным источником используемой энергии в биологических системах. Высвобождение этой энергии опосредовано ферментами. Энергия, необходимая для разрыва одинарной ковалентной или ионной связи, непомерно высока в физиологических условиях [в диапазоне 80-200 ккал/моль (1 ккал = 4,18 кДж)]. С помощью метода спаривания разрыва связи (две соседние связи разрываются одновременно) и спаривания образования связи ферменты могут обойти огромный термодинамический барьер для химических изменений, присущих разрыву одинарной связи, и работать в термических пределах. Соответственно, ферменты можно рассматривать как энергетические машины, воплощающие этот принцип. Принцип этого преобразования заключается в том, что энергия, необходимая для образования новой ковалентной связи, может находиться в термических пределах, когда первоначальный заряженный атом, партнер по связи, замещается замещающим заряженным атомом в условиях, в которых поле заряда связи остается постоянным в течение всего времени. замена. При переходе от классической энзимологии к энергетическому взаимодействию, мышечному сокращению, зависимой от матрицы репликации и т. д. к основному ферментативному механизму добавляются новые измерения и возможности. Специализированные молекулярные устройства (мембраны, нити, каналы, шаблоны и т. д.) должны быть введены, чтобы сделать возможными эти расширения и перестановки энзимологии. Но можно показать, что принцип спаривания базисов полностью сохраняется при любой из этих модификаций или расширений. Движение на большие расстояния — иона, нити или шаблона — важнейшее свойство, введенное в классическую энзимологию при переходе к системам связи по энергии.

Цитируется

Влияние β-глицерофосфата на биоэнергетический профиль гладкомышечных клеток сосудов.

Алесутан И., Мориц Ф., Хайдер Т., Шусуан С., Голлманн-Тепекёйлю С., Холфельд Дж., Писке Б., Ланг Ф., Эккардт К.У., Хайнцманн С.С., Фёлькль Дж.
Алесутан I и др.
J Mol Med (Берл). 2020 июль; 98 (7): 985-997. doi: 10.1007/s00109-020-01925-8. Epub 2020 2 июня.
J Mol Med (Берл). 2020.

PMID: 32488546
Бесплатная статья ЧВК.
Возможности и проблемы терапевтической активации расхода энергии и термогенеза человека для лечения ожирения.

Chen KY, Brychta RJ, Abdul Sater Z, Cassimatis TM, Cero C, Fletcher LA, Israni NS, Johnson JW, Lea HJ, Linderman JD, O’Mara AE, Zhu KY, Cypess AM.
Чен К.И. и др.
Дж. Биол. Хим. 2020 14 февраля; 295(7):1926-1942. doi: 10.1074/jbc.REV119.007363. Epub 2019 30 декабря.
Дж. Биол. Хим. 2020.

PMID: 31914415
Бесплатная статья ЧВК.

Обзор.
Потенциальные муколитики при муцинозном асците псевдомиксомы брюшины.

Пиллаи К., Ахтер Дж., Чуа Т.К., Моррис Д.Л.
Пиллаи К. и др.
Инвестируйте в новые лекарства. 2012 г.; 30 (5): 2080–2080 октября. doi: 10.1007/s10637-012-9797-7. Epub 2012 23 февраля.
Инвестируйте в новые лекарства. 2012.

PMID: 22359216

Обзор.
Клеточная биоэнергетика как мишень для терапии ожирения.

Ценг Ю.Х., Сайпесс А.М., Кан Ч.Р.
Ценг Ю.Х. и соавт.
Nat Rev Drug Discov. 2010 июнь;9(6):465-82. дои: 10.1038/nrd3138.
Nat Rev Drug Discov. 2010.

PMID: 20514071
Бесплатная статья ЧВК.

Обзор.
О ферментативном механизме окислительного фосфорилирования.

Грин, DE, Ванде Занде Х.
Грин Д.Э. и соавт.
Proc Natl Acad Sci USA. 1982 Feb; 79(4):1064-8. doi: 10.1073/pnas. 79.4.1064.
Proc Natl Acad Sci U S A. 1982.

PMID: 6280165
Бесплатная статья ЧВК.

использованная литература

1. Природа. 1953 25 апреля; 171 (4356): 737-8
  
  —
  
  пабмед
1. Природа. 1953 28 ноября; 172 (4387): 975-8
  
  —
  
  пабмед
1. Природа. 1961 8 июля; 191: 144-8
  
  —
  
  пабмед
1. Природа.

Универсальное энергетическое вещество: Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — урок. Биология, 10 класс.