Intercambio de energía(catabolismo, disimilación): un conjunto de reacciones de descomposición de sustancias orgánicas, acompañadas de la liberación de energía. La energía liberada durante la descomposición de sustancias orgánicas no es utilizada inmediatamente por la célula, sino que se almacena en forma de ATP y otros compuestos de alta energía. El ATP es una fuente universal de energía celular. La síntesis de ATP se produce en las células de todos los organismos mediante el proceso de fosforilación, la adición de fosfato inorgánico al ADP.
Ud. aerobio Los organismos (que viven en un ambiente de oxígeno) distinguen tres etapas del metabolismo energético: oxidación preparatoria, sin oxígeno y oxidación de oxígeno; en anaeróbico organismos (que viven en un ambiente libre de oxígeno) y aeróbicos con falta de oxígeno: dos etapas: oxidación preparatoria y libre de oxígeno.
Etapa preparatoria
Consiste en la descomposición enzimática de sustancias orgánicas complejas en otras simples: moléculas de proteínas - en aminoácidos, grasas - en glicerol y ácidos carboxílicos, carbohidratos - en glucosa, ácidos nucleicos- a los nucleótidos. La descomposición de compuestos orgánicos de alto peso molecular se lleva a cabo mediante enzimas del tracto gastrointestinal o mediante enzimas lisosómicas. Toda la energía liberada en este caso se disipa en forma de calor. Las pequeñas moléculas orgánicas resultantes se pueden utilizar como " material de construcción» o puede sufrir una mayor degradación.
Oxidación anóxica o glucólisis.
Esta etapa consiste en una mayor descomposición de las sustancias orgánicas formadas durante la etapa preparatoria, ocurre en el citoplasma de la célula y no requiere la presencia de oxígeno. La principal fuente de energía de la célula es la glucosa. El proceso de degradación incompleta de la glucosa sin oxígeno. glucólisis.
La pérdida de electrones se llama oxidación, la ganancia se llama reducción, mientras que el donante de electrones se oxida y el aceptor se reduce.
Cabe señalar que la oxidación biológica en las células puede ocurrir tanto con la participación de oxígeno:
A + O 2 → AO 2,
y sin su participación, por la transferencia de átomos de hidrógeno de una sustancia a otra. Por ejemplo, la sustancia “A” se oxida debido a la sustancia “B”:
UN 2 + B → A + VN 2
o debido a la transferencia de electrones, por ejemplo, el hierro divalente se oxida a férrico:
Fe 2+ → Fe 3+ + mi - .
La glucólisis es un proceso complejo de varias etapas que incluye diez reacciones. Durante este proceso, la glucosa se deshidrogena y la coenzima NAD + (nicotinamida adenina dinucleótido) sirve como aceptor de hidrógeno. Como resultado de una cadena de reacciones enzimáticas, la glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (PVA), formándose un total de 2 moléculas de ATP y una forma reducida del transportador de hidrógeno NADH 2:
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.
El futuro destino del PVC depende de la presencia de oxígeno en la célula. Si no hay oxígeno, se produce una fermentación alcohólica en levaduras y plantas, durante la cual se produce por primera vez la formación. acetaldehído, y luego alcohol etílico:
- C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 COH,
- CH 3 HIJO + NADH 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.
En los animales y algunas bacterias, cuando hay falta de oxígeno, se produce la fermentación del ácido láctico con formación de ácido láctico:
C 3 H 4 O 3 + NADH 2 → C 3 H 6 O 3 + NAD +.
Como resultado de la glucólisis de una molécula de glucosa, se liberan 200 kJ, de los cuales 120 kJ se disipan en forma de calor y el 80% se almacena en enlaces ATP.
Oxidación de oxígeno o respiración.
Consiste en la descomposición completa del ácido pirúvico, se produce en las mitocondrias y en presencia obligatoria de oxígeno.
El ácido pirúvico se transporta a las mitocondrias (estructura y funciones de las mitocondrias - conferencia número 7). Aquí, la deshidrogenación (eliminación de hidrógeno) y la descarboxilación (eliminación de dióxido de carbono) del PVC se produce con la formación de un grupo acetilo de dos carbonos, que entra en un ciclo de reacciones llamado reacciones del ciclo de Krebs. Se produce una mayor oxidación, asociada con la deshidrogenación y la descarboxilación. Como resultado, por cada molécula de PVC destruida, se eliminan tres moléculas de CO 2 de la mitocondria; Se forman cinco pares de átomos de hidrógeno asociados con portadores (4NAD·H 2, FAD·H 2), así como una molécula de ATP.
La reacción general de la glucólisis y destrucción del PVC en las mitocondrias al hidrógeno y al dióxido de carbono es la siguiente:
C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 4 ATP + 12 H 2.
Se forman dos moléculas de ATP como resultado de la glucólisis, dos, en el ciclo de Krebs; Se formaron dos pares de átomos de hidrógeno (2NADH2) como resultado de la glucólisis, diez pares, en el ciclo de Krebs.
El último paso es la oxidación de pares de átomos de hidrógeno con la participación de oxígeno a agua con fosforilación simultánea de ADP a ATP. El hidrógeno se transfiere a tres grandes complejos enzimáticos (flavoproteínas, coenzimas Q, citocromos) de la cadena respiratoria ubicados en la membrana interna de las mitocondrias. Los electrones se toman del hidrógeno, que finalmente se combina con el oxígeno en la matriz mitocondrial:
O 2 + mi - → O 2 - .
Los protones se bombean al espacio intermembrana de las mitocondrias, al "depósito de protones". La membrana interna es impermeable a los iones de hidrógeno, por un lado está cargada negativamente (debido al O 2 -), por el otro, positiva (debido al H +). Cuando la diferencia de potencial a través de la membrana interna alcanza los 200 mV, los protones pasan a través del canal de la enzima ATP sintetasa, se forma ATP y la citocromo oxidasa cataliza la reducción de oxígeno a agua. Así, como resultado de la oxidación de doce pares de átomos de hidrógeno, se forman 34 moléculas de ATP.
La fermentación se basa en la vía glucolítica de degradación de los carbohidratos. Existen: ácido láctico homofermentativo (HFM), alcohólico, propiónico, butírico, acetona-butílico.La fermentación es, evolutivamente, la forma más antigua y primitiva que tiene una célula bacteriana de obtener energía. El ATP se forma como resultado de la oxidación de un sustrato orgánico mediante el mecanismo de fosforilación del sustrato. La fermentación se produce en condiciones anaeróbicas. El carácter primitivo de la fermentación se explica por el hecho de que durante la fermentación el sustrato no se descompone por completo y las sustancias formadas durante la fermentación (alcoholes, ácidos orgánicos, etc.) contienen reservas de energía internas.
La cantidad de energía liberada durante la fermentación es insignificante: 1 g/mol de glucosa equivale a 2 - 4 moléculas de ATP. Los microorganismos fermentadores se ven obligados a fermentar el sustrato más intensamente para obtener energía. El principal problema de la fermentación es la solución de los enlaces donante-aceptor. Los donadores de electrones son sustratos orgánicos y el aceptor de electrones, que determina el destino de la fermentación, representa la tarea principal. El producto final de la fermentación da nombre a este tipo de proceso.
Química del proceso de fermentación.
Durante el proceso de fermentación en anaerobiosis, la cuestión central es la generación de energía a partir de la descomposición de los carbohidratos. El mecanismo principal es la vía de degradación glucolítica (vía de Embden-Meyerhoff-Parnas, vía de hexosa-difosfato). Esta vía es la más común; hay 2 vías glucolíticas, que ocurren en menor medida: la vía oxidativa de las pentosas fosfato (Warburg-Dickens-Horeker), la vía de Entner-Dudarov (vía KDPG).Cabe señalar que todos estos mecanismos no pueden considerarse fermentación, ya que subyacen a la respiración. La fermentación comienza cuando el protón o electrón extraído del sustrato se utiliza y se une a un aceptor.
GLICÓLISIS
La glucosa, bajo la acción de la hexaminasa, se fosforila en la posición 6 y se convierte en glucosa-6-fosfato, una forma de glucosa metabólicamente más activa. El donante de fosfato es la molécula de ATP. La glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato. La reacción es reversible, el nivel de presencia de 2 sustancias en la zona de reacción es el mismo: la fructosa-6-fosfato une un grupo fosfato al primer átomo de C y se convierte en fructosa-1,6-difosfato. La reacción requiere energía ATP y está catalizada por la fructosa-1,6-difosfato aldolasa (la principal enzima reguladora de la glucólisis).
La fructosa 1,6-bifosfato se escinde en 2 fosfotriosas mediante la triosafosfato isomerasa. Como resultado, se forman 2 triosas: fosfodioxiacetona y 3-fosgliceraldehído (3-PHA). Estas 2 triosas pueden isomerizarse entre sí y transformarse en piruvato mediante el mismo mecanismo. Esta es la etapa de recuperación (viene con la producción de energía).
Glucólisis
hexoquinasa
Glucosa-6-fosfato isomerasa
6-fosfofructocinasa
aldolaza
Triosafosfato isomerasa
Gliceraldehído fosfato deshidrogenasa
Fosfoglicerato quinasa
Fosfogliceromutasa
Enolasa
Piruvato quinasa
Se produjo la formación de 3-PHA. Ahora podemos sacar algunas conclusiones. En esta etapa, la célula "devolvió" sus costos de energía: se gastaron 2 moléculas de ATP y se sintetizaron 2 moléculas de ATP por 1 molécula de glucosa. En la misma etapa, en la reacción de oxidación de 3-PHA a 1,3-PGA y formación de ATP, tiene lugar la primera fosforilación del sustrato. La energía se libera y almacena en enlaces fosfato de ATP de alta energía durante la reestructuración del sustrato fermentable con la participación de enzimas. La primera fosforilación del sustrato también se denomina fosforilación a nivel de 3-PHA. Después de la formación de 3-PHA, el grupo fosfato se transfiere de la tercera posición a la segunda. A continuación, se separa una molécula de agua del segundo y tercer átomo de carbono del 2-PHA, catalizada por la enzima enolasa, y se forma ácido fosfoenolpirúvico. Como resultado de la deshidratación de la molécula de 2-PHA, el estado de oxidación de su segundo átomo de carbono aumenta y el tercero disminuye. La deshidratación de la molécula de 2-PHA, que conduce a la formación de PEP, va acompañada de una redistribución de energía dentro de la molécula, como resultado de lo cual el enlace fosfato en el segundo átomo de carbono se transforma de baja energía en 2-PHA. molécula a alta energía en la molécula de PEP. La molécula de PEP se convierte en donadora de un grupo fosfato rico en energía, que la enzima piruvato quinasa transfiere al ADP. Así, en el proceso de conversión de 2-PGA en ácido pirúvico, se libera energía y se almacena en la molécula de ATP. Esta es la segunda fosforilación del sustrato. Como resultado del proceso redox intramolecular, una molécula dona y acepta electrones. Durante la fosforilación del segundo sustrato, se forma otra molécula de ATP; Como resultado, la ganancia total de energía del proceso es de 2 moléculas de ATP por 1 molécula de glucosa. Este es el lado energético del proceso de fermentación homofermentativa del ácido láctico. Balance energético del proceso: C6+2ATP=2C3+4 ATP+2NADP∙H2
FERMENTACIÓN LÁCTICA HOMOFERMENTATIVA
Realizado por bacterias del ácido láctico. Que descomponen los carbohidratos a lo largo de la vía glucolítica con la formación final de ácido láctico a partir de piruvato. En las bacterias HPLA, el problema de la comunicación donante-aceptor se resuelve de la forma más sencilla: este tipo de fermentación se considera el mecanismo más antiguo de la evolución.Durante el proceso de fermentación, el ácido pirúvico se reduce mediante H+ separados de la glucosa. El H2 se libera sobre piruvato desde NADP∙H2. Como resultado, se forma ácido láctico. La producción de energía es de 2 moléculas de ATP.
La fermentación del ácido láctico la realizan bacterias del género: Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc, todas ellas G+ (son bastones o cocos) no formadoras de esporas (Sporolactobacillus forman esporas). En relación al oxígeno, las bacterias del ácido láctico son aerotolerantes; son anaerobias estrictas, pero pueden existir en una atmósfera de oxígeno. Tienen una serie de enzimas que neutralizan los efectos tóxicos del oxígeno (enzimas flavinas, catalasa no hemo, superóxido dismutasa). Los DAI no pueden respirar porque no hay cadena respiratoria. Debido a que la naturaleza del hábitat de las BAL es rica en factores de crecimiento, en el proceso de evolución quedaron metabólicamente discapacitados y perdieron la capacidad de sintetizar factores de crecimiento en cantidades suficientes, por lo tanto, en el proceso de cultivo
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| Fermentación homofermentativa del ácido láctico: F1 - hexoquinasa; F2 - glucosa fosfato isomerasa; F3 - fosfofructoquinasa; F4 - fructosa-1,6-difosfato aldolasa; F5 - triosafosfato isomerasa; F6 - 3-PHA deshidrogenasa; F7 - fosfogliceroquinasa; F8 - fosfogliceromutasa; F9 - enolasa; F10 - piruvato quinasa; F11 - lactato deshibrogenasa (según Dagley, Nicholson, 1973) |
Necesita la adición de vitaminas, aminoácidos (vegetales, extractos de plantas).
Las BAL pueden utilizar lactosa que, bajo la acción de la β-galactosidasa en presencia de moléculas de agua, se descompone en D-glucosa y D-galactosa. Posteriormente, la D-galactosa se fosforila y se transforma en glucosa-6-fosfato.
Las LAB son mesófilos con una temperatura óptima de cultivo de 37 - 40ºС. A 15ºC la mayoría no crece.
La capacidad de antagonizar se debe a que durante el metabolismo se acumula ácido láctico y otros productos que inhiben el crecimiento de otros microorganismos. Además, la acumulación de ácido láctico en el líquido de cultivo conduce a una fuerte disminución del pH, lo que inhibe el crecimiento de microorganismos putrefactos, y las propias BAL pueden soportar un pH de hasta 2.
Las BAL son insensibles a muchos antibióticos. Esto hizo posible su uso como productores de preparaciones probióticas, que pueden usarse como medicamentos que acompañan la terapia con antibióticos (que contribuyen a la restauración de la microflora intestinal inhibida por los antibióticos).
Ecología del DAI. En la naturaleza, se encuentran donde hay muchos carbohidratos: la leche, la superficie de las plantas, el tracto alimentario de humanos y animales. No existen formas patógenas.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Se basa en la vía glucolítica. En la fermentación alcohólica, la solución del vínculo donante-aceptor se vuelve más compleja. Primero, el piruvato se descarboxila a acetaldehído y CO2 mediante la piruvato descarboxilasa, una enzima clave en la fermentación alcohólica:CH3-CO-COOH ® CH3-COH + CO2 .
La peculiaridad de la reacción es su total irreversibilidad. El acetaldehído resultante se reduce a etanol con la participación de la alcohol deshidrogenasa dependiente de NAD+:
CH3-COH + NAD-H2 ® CH3-CH2OH + NAD+
El 3-PHA sirve como donador de hidrógeno (como en el caso de la fermentación del ácido láctico).
El proceso de fermentación alcohólica se puede resumir en la siguiente ecuación:
C6H12O6 + 2PH + 2ADP ® 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP +2H2O.
La fermentación alcohólica es un proceso muy extendido para obtener energía tanto en pro como en eucariotas. En procariotas ocurre tanto en G+ como en G-. El microorganismo Zymomonas mobilies (pulque del jugo de agave) es de importancia industrial, pero la fermentación no se basa en la glucólisis, sino en la vía de Entner-Doudoroff o CDPG.
Los principales productores de alcohol son la levadura (cervecería, vinificación, preparaciones enzimáticas, vitaminas del grupo B, ácidos nucleicos, concentrados de proteínas y vitaminas, preparaciones probióticas).
FERMENTACIÓN PROPIONA
En la fermentación del ácido propiónico, nos enfrentamos a la implementación de la tercera posibilidad de conversión del piruvato: su carboxilación, lo que conduce a la aparición de un nuevo aceptor de hidrógeno, el PCHUK. La reducción del ácido pirúvico a ácido propiónico en bacterias de ácido propiónico se produce de la siguiente manera. El ácido pirúvico se carboxila en una reacción catalizada por una enzima dependiente de biotina en la que la biotina actúa como transportador de CO2. El donante del grupo CO2 es metilmalonil-CoA. Como resultado de la reacción de transcarboxilación se forman PAA y propionil-CoA. PIKE, como resultado de tres pasos enzimáticos (similares a las reacciones 6, 7, 8 del ciclo del ácido tricarboxílico, se convierte en ácido succínico.La siguiente reacción implica la transferencia del grupo CoA del propionil-CoA al ácido succínico (succinato), lo que da como resultado la formación de succinil-CoA y ácido propiónico.
El ácido propiónico resultante se elimina del proceso y se acumula fuera de la célula. La succinil-CoA se convierte en metilmalonil-CoA.
La coenzima metilmalonil-CoA mutasa contiene vitamina B12.
El balance energético de 1 molécula de glucosa está formado por 2 moléculas de ácido propiónico y 4 moléculas de ATP.
Las bacterias P. Propionibacterium son bastones G+, no formadores de esporas, inmóviles, se reproducen por fisión binaria y son microorganismos aerotolerantes. Tienen un mecanismo para protegerse de los efectos tóxicos del oxígeno y algunos pueden respirar.
Ecología: se encuentra en la leche, intestinos de rumiantes. Interés industrial: Productores de B12 y ácido propiónico.
FERMENTACIÓN DEL ÁCIDO OLÍCICO
Durante la fermentación del ácido butírico, el piruvato se descarboxila y se combina con CoA para formar acetil-CoA. A continuación, se produce la condensación: 2 moléculas de acetil-CoA se condensan para formar el compuesto C4 aceto-acetil-CoA, que actúa como aceptor para la producción de H2.
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| Vías para la conversión de piruvato en la fermentación del ácido butírico realizada por Clostridium butyricum: F1 - piruvato: ferredoxina oxidorreductasa; F2 - acetil-CoA transferasa (tiolasa); F3 - (3-hidroxibutiril-CoA deshidrogenasa; F4 - crotonasa; F5 - butiril-CoA deshidrogenasa; F6 - CoA transferasa; F7 - fosfotransacetilasa; F8 - acetato quinasa; F9 - hidrogenasa; Fdoc - oxidado; Fd-H2 - ferredoxina reducida; FN - fosfato inorgánico |
A continuación, el compuesto C4 pasa por una serie de transformaciones sucesivas para formar ácido butírico. Esta vía de reducción no está asociada con la producción de energía y se crea únicamente para la utilización del agente reductor. Paralelamente, hay una segunda rama oxidativa, que conduce a la formación de ácido acético a partir de piruvato y en este sitio tiene lugar la fosforilación del sustrato, lo que provoca la síntesis de ATP.
Es difícil calcular el balance energético, ya que la dirección de las reacciones está determinada por factores externos, así como por el medio nutritivo:
1mol. glucosa→≈3.3 ATP
La fermentación del ácido butírico la llevan a cabo las bacterias Clostridium: son bastoncillos G+, móviles, formadores de esporas (endosporas d>dcl) y son cultivos exclusivamente anaeróbicos. El movimiento se lleva a cabo debido a flagelos ubicados peritrícialmente. A medida que las células envejecen, pierden sus flagelos y acumulan granulosa (una sustancia parecida al almidón). Según su capacidad para fermentar el sustrato, se dividen en 2 tipos:
sacarolítico (descomponer azúcares, polisacáridos, almidón, quitina);
proteolítico (tiene un poderoso complejo de enzimas proteolíticas que descomponen las proteínas).
Los clostridios llevan a cabo no solo la fermentación butírica, sino también la fermentación acetona-butílica. Los productos de este tipo de fermentación, junto con el ácido butírico y el acetato, pueden ser: etanol, acetona, alcohol butílico, alcohol isopropílico.
FERMENTACIÓN DE ACETONA-BUTILO
Durante la fermentación de acetona-butilo, los productores a una edad temprana (fase de crecimiento logarítmico) realizan la fermentación con ácido butírico. A medida que el pH disminuye y se acumula alimentos ácidos Se induce la síntesis de enzimas, lo que conduce a la acumulación de productos neutros (acetona, isopropilo, butilo, alcohol etílico). Al estudiar el proceso de fermentación de acetona-butilo, el científico ruso Shaposhnikov demostró que pasa por 2 fases y que la naturaleza de 2 fases del proceso se basa en la conexión entre el metabolismo constructivo y energético. La primera fase se caracteriza por el crecimiento activo del cultivo y un metabolismo constructivo intensivo, por lo que durante este período se produce la salida del agente reductor NAD∙H2 para las necesidades biosintéticas. Cuando el crecimiento de una cultura disminuye y entra en la segunda fase, la necesidad de procesos constructivos disminuye, lo que conduce a la formación de formas más reducidas: los alcoholes.
Aplicación práctica de Clostridium:
producción de ácido butírico;
producción de acetona;
producción de butanol.
Las bacterias juegan un papel muy importante en la naturaleza: llevan a cabo la descomposición anaeróbica de la fibra y la quitina (algunas descomponen las fibras de pectina). Entre Clostridium hay patógenos (los agentes causantes del botulismo, secretan una exotoxina extremadamente peligrosa; los agentes causantes de la gangrena gaseosa; el tétanos).
1. ¿Cuál es la naturaleza química del ATP?
Respuesta. El trifosfato de adenosina (ATP) es un nucleótido que consta de la base purina adenina, el monosacárido ribosa y tres residuos de ácido fosfórico. En todos los organismos vivos actúa como batería universal y portador de energía. Bajo la acción de enzimas especiales, los grupos fosfato terminales se escinden, liberando energía que se destina a la contracción muscular, la síntesis y otros procesos vitales.
2. ¿Qué enlaces químicos se llaman macroérgicos?
Respuesta. Los enlaces entre residuos de ácido fosfórico se denominan macroérgicos, ya que su ruptura libera una gran cantidad de energía (cuatro veces más que la escisión de otros enlaces químicos).
3. ¿Qué células tienen más ATP?
Respuesta. El mayor contenido de ATP se encuentra en las células en las que el gasto energético es elevado. Estas son células del hígado y del músculo estriado.
Preguntas posteriores al §22
1. ¿En las células de qué organismos se produce la fermentación alcohólica?
Respuesta. En la mayoría de las células vegetales, así como en las células de algunos hongos (por ejemplo, la levadura), en lugar de glucólisis, se produce una fermentación alcohólica: una molécula de glucosa en condiciones anaeróbicas se convierte en alcohol etílico y CO2:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.
2. ¿De dónde viene la energía para la síntesis de ATP a partir de ADP?
Respuesta. La síntesis de ATP se produce en las siguientes etapas. En la etapa de glucólisis, una molécula de glucosa que contiene seis átomos de carbono (C6H12O6) se descompone en dos moléculas de ácido pirúvico de tres carbonos o PVA (C3H4O3). Las reacciones de glucólisis son catalizadas por muchas enzimas y ocurren en el citoplasma de las células. Durante la glucólisis, la descomposición de 1 M de glucosa libera 200 kJ de energía, pero el 60% de ella se disipa en forma de calor. El 40% restante de la energía es suficiente para sintetizar dos moléculas de ATP a partir de dos moléculas de ADP.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O
En los organismos aeróbicos, después de la glucólisis (o fermentación alcohólica), sigue la etapa final del metabolismo energético: la descomposición completa del oxígeno o la respiración celular. Durante esta tercera etapa materia orgánica, formado durante la segunda etapa durante la división libre de oxígeno y que contiene grandes reservas energía química, se oxidan a los productos finales CO2 y H2O. Este proceso, como la glucólisis, tiene varias etapas, pero no ocurre en el citoplasma, sino en las mitocondrias. Como resultado de la respiración celular, la descomposición de dos moléculas de ácido láctico produce 36 moléculas de ATP:
2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 → 6CO2 + 42H2O + 36ATP.
Así, el metabolismo energético total de una célula en el caso de la degradación de la glucosa se puede representar de la siguiente manera:
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38H3PO4 → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.
3. ¿Qué etapas se distinguen en el metabolismo energético?
Respuesta. Etapa I, preparatoria
Los compuestos orgánicos complejos se descomponen en otros más simples mediante la acción de enzimas digestivas, liberando únicamente energía térmica.
Proteínas → aminoácidos
Grasas → glicerol y ácidos grasos
Almidón → glucosa
Etapa II, glucólisis (sin oxígeno)
Ocurre en el citoplasma y no está asociado con membranas. Se trata de enzimas; La glucosa se descompone. El 60% de la energía se disipa en forma de calor y el 40% se utiliza para la síntesis de ATP. El oxígeno no está involucrado.
Etapa III, respiración celular (oxígeno)
Se lleva a cabo en las mitocondrias y está asociado a la matriz mitocondrial y a la membrana interna. Implica enzimas y oxígeno. El ácido láctico se descompone. El CO2 se libera desde las mitocondrias al medio ambiente. El átomo de hidrógeno participa en una cadena de reacciones cuyo resultado final es la síntesis de ATP.
Respuesta. Todas las manifestaciones de la vida aeróbica requieren el gasto de energía, cuya reposición se produce mediante la respiración celular, un proceso complejo en el que participan muchos sistemas enzimáticos.
Mientras tanto, se puede representar como una serie de reacciones secuenciales de oxidación-reducción, en las que los electrones se desprenden de una molécula de cualquier nutriente y se transfieren primero al aceptor primario, luego al secundario y luego al final. En este caso, la energía del flujo de electrones se acumula en alta energía. enlaces químicos(principalmente enlaces fosfato de la fuente de energía universal - ATP). Para la mayoría de los organismos, el aceptor final de electrones es el oxígeno, que reacciona con los electrones y los iones de hidrógeno para formar una molécula de agua. Sólo los anaerobios sobreviven sin oxígeno y cubren sus necesidades energéticas mediante la fermentación. Los anaerobios incluyen muchas bacterias, ciliados ciliados, algunos gusanos y varios tipos de moluscos. Estos organismos utilizan alcohol etílico o butílico, glicerol, etc. como aceptor final de electrones.
La ventaja del metabolismo energético del oxígeno, es decir, del tipo aeróbico, sobre el anaeróbico, es obvia: la cantidad de energía liberada durante la oxidación de un nutriente con oxígeno es varias veces mayor que durante su oxidación, por ejemplo, con ácido pirúvico (ocurre en un tipo de fermentación tan común como la glucólisis). Así, debido a la alta capacidad oxidativa del oxígeno, los aerobios utilizan los nutrientes consumidos de manera más eficiente que los anaerobios. Sin embargo, los organismos aeróbicos sólo pueden existir en un entorno que contenga oxígeno molecular libre. De lo contrario mueren.
1 lata organismos foto y quimiosintéticos obtener energía gracias a oxidación de la materia orgánica? Por supuesto que pueden. Las plantas y los quimiosintéticos se caracterizan por la oxidación, ¡porque necesitan energía! Sin embargo, los autótrofos oxidarán aquellas sustancias que ellos mismos sintetizaron.
2. ¿Por qué los organismos aeróbicos necesitan oxígeno? ¿Cuál es el papel de la oxidación biológica? El oxígeno es el final. aceptor de electrones, que provienen de niveles más altos de energía de sustancias oxidables. Durante este proceso Los electrones liberan cantidades significativas de energía.¡Y este es precisamente el papel de la oxidación! La oxidación es la pérdida de electrones o de un átomo de hidrógeno, la reducción es su adición.
3. ¿Cuál es la diferencia entre combustión y oxidación biológica? Como resultado de la combustión, toda la energía se libera completamente en la forma. calor. Pero con la oxidación todo es más complicado: sólo el 45 por ciento de la energía se libera también en forma de calor y se utiliza para mantener la temperatura corporal normal. Pero el 55 por ciento - en forma de energía ATP y otras baterías biológicas. En consecuencia, la mayor parte de la energía todavía se destina a crear conexiones de alta energía.
Etapas del metabolismo energético.
1. Etapa preparatoria caracterizada dividir polímeros en monómeros(Los polisacáridos se convierten en glucosa, las proteínas en aminoácidos), las grasas en glicerol y los ácidos grasos. En esta etapa se libera algo de energía en forma de calor. El proceso tiene lugar en la célula. lisosomas, a nivel del organismo - en sistema digestivo. Es por esto que una vez que comienza el proceso de digestión, la temperatura corporal aumenta.
2. Glucólisis, o etapa libre de oxígeno- Se produce una oxidación incompleta de la glucosa.
3. etapa de oxigeno- descomposición final de la glucosa.
Glucólisis
1. Glucólisis va en el citoplasma. Glucosa C 6 h 12 ACERCA DE 6 se descompone en PVA (ácido pirúvico) C 3 h 4 ACERCA DE 3 - en dos moléculas de PVC de tres carbonos. Hay 9 enzimas diferentes involucradas aquí.
1) Al mismo tiempo, dos moléculas de PVK tienen 4 átomos de hidrógeno menos que la glucosa C 6 H 12 O 6, C 3 H 4 O 3 - PVK (2 moléculas - C 6 H 8 O 6).
2) ¿A dónde van 4 átomos de hidrógeno? Debido a 2 átomos 2 átomos de NAD+ se reducen a dos NADh. Debido a los otros 2 átomos de hidrógeno, el PVK puede convertirse en ácido láctico C 3 h 6 ACERCA DE 3 .
3) Y debido a la energía de los electrones transferidos desde niveles altos de energía de glucosa a un nivel más bajo de NAD+, se sintetizan. 2 moléculas de ATP a partir de ADP y ácido fosfórico.
4) Parte de la energía se desperdicia en la forma calor.
2. Si no hay oxígeno en la célula, o hay poco, entonces 2 moléculas de PVK se reducen con dos NADH a ácido láctico: 2C 3 H 4 O 3 + 2NADH + 2H+ = 2C 3 H 6 O 3 (ácido láctico) + 2NAD+. La presencia de ácido láctico provoca dolores musculares durante el ejercicio y falta de oxígeno. Después de una carga activa, el ácido se envía al hígado, donde se separa el hidrógeno, es decir, se convierte nuevamente en PVC. Este PVC puede pasar a las mitocondrias para su descomposición completa y formación de ATP. Parte del ATP también se utiliza para convertir la mayor parte del PVC nuevamente en glucosa al revertir la glucólisis. La glucosa irá a los músculos en la sangre y se almacenará como glucógeno.
3. Como resultado oxidación anóxica de la glucosa se crea el total 2 moléculas de ATP.
4. Si la celda ya la tiene, o comienza a ingresar oxígeno, PVK ya no se puede reducir a ácido láctico, sino que se envía a las mitocondrias, donde es completamente oxidación a Coh 2 Yh 2 ACERCA DE.
Fermentación
1. Fermentación Es la degradación metabólica anaeróbica (libre de oxígeno) de moléculas de diversos nutrientes, como la glucosa.
2. La fermentación alcohólica, láctica, butírica y acética se produce en condiciones anaeróbicas en el citoplasma. Básicamente, como proceso, la fermentación corresponde a la glucólisis.
3. La fermentación alcohólica es específica de levaduras, algunos hongos, plantas y bacterias, que pasan a la fermentación en condiciones sin oxígeno.
4. Para solucionar problemas es importante saber que en cada caso, durante la fermentación se libera glucosa. 2 ATP, alcohol o ácido- aceite, vinagre, leche. Durante la fermentación alcohólica (y del ácido butírico), de la glucosa se libera no solo alcohol y ATP, sino también dióxido de carbono.
Etapa de oxígeno del metabolismo energético. incluye dos etapas.
1. Ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs).
2. Fosforilación oxidativa.
Par.22 ¿En las células de qué organismos se produce la fermentación alcohólica? En la mayoría de las células vegetales, así como en las células de algunos hongos (por ejemplo, la levadura), en lugar de la glucólisis, se produce una fermentación alcohólica; la molécula de glucosa en condiciones anaeróbicas se convierte en alcohol etílico y CO2. ¿De dónde viene la energía para la síntesis de ATP a partir de ADP? Se libera durante el proceso de disimilación, es decir, en las reacciones de degradación de sustancias orgánicas en la célula. Dependiendo de las particularidades del organismo y de sus condiciones de vida, la disimilación puede realizarse en dos o tres etapas. ¿Qué etapas se distinguen en el metabolismo energético? 1 – preparatorio; conclusión en la desintegración de grandes moléculas orgánicas a otros más simples: polis.-monos., lípidos-glic. y grasas. ácidos, proteínas-a.k. La escisión ocurre en el PS. Se libera poca energía y se disipa en forma de calor. Los compuestos resultantes (monosac., ácidos grasos, a.k., etc.) pueden ser utilizados por la célula en reacciones de intercambio plástico, así como para su posterior desarrollo con el fin de obtener energía. 2- libre de oxígeno = glucólisis (proceso enzimático de descomposición secuencial de la glucosa en las células, acompañado de síntesis de ATP; En condiciones aeróbicas conduce a la formación de ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas. condiciones conducen a la formación de ácido láctico); C6H12O6 + 2H3P04 + 2ADP --- 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O. Consiste en la descomposición enzimática de sustancias orgánicas que se obtuvieron durante la etapa preparatoria. El O2 no participa en las reacciones de esta etapa. Las reacciones de glucólisis son catalizadas por muchas enzimas y ocurren en el citoplasma de las células. El 40% de la energía se almacena en moléculas de ATP y el 60% se disipa en forma de calor. La glucosa no se descompone en productos finales (CO2 y H2O), sino en compuestos que aún son ricos en energía y que, cuando se oxidan aún más, pueden producirla en grandes cantidades (ácido láctico, alcohol etílico, etc.). 3- oxígeno (respiración celular); Las sustancias orgánicas formadas durante la etapa 2 y que contienen grandes reservas de energía química se oxidan hasta obtener los productos finales CO2 y H2O. Este proceso ocurre en las mitocondrias. Como resultado de la respiración celular, durante la descomposición de dos moléculas de ácido láctico, se sintetizan 36 moléculas de ATP: 2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 - 6CO2 + 42H2O + 36ATP. Se libera una gran cantidad de energía, el 55% de la reserva está en forma de ATP, el 45% se disipa en forma de calor. ¿Cuáles son las diferencias entre el metabolismo energético en aerobios y anaerobios? La mayoría de los seres vivos que viven en la Tierra son aerobios, es decir. utilizado en procesos de O2 desde ambiente. En los aerobios, el metabolismo energético se produce en 3 etapas: preparación, libre de oxígeno y oxígeno. Como resultado de esto, las sustancias orgánicas se desintegran en los compuestos inorgánicos más simples. En organismos que viven en un ambiente libre de oxígeno y no necesitan oxígeno: anaerobios, así como en aerobios con falta de oxígeno, la asimilación se produce en dos etapas: preparatoria y libre de oxígeno. En la versión de dos etapas del intercambio de energía, se almacena mucha menos energía que en la versión de tres etapas. TÉRMINOS: Fosforilación: adición de 1 residuo de ácido fosfato a la molécula de ADP. La glucólisis es un proceso enzimático de descomposición secuencial de la glucosa en las células, acompañado de la síntesis de ATP; En condiciones aeróbicas conduce a la formación de ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas. condiciones conduce a la formación de ácido láctico. La fermentación alcohólica es una reacción química de fermentación como resultado de la cual una molécula de glucosa en condiciones anaeróbicas se convierte en alcohol etílico y CO2 Par. 23 ¿Qué organismos son heterótrofos? Los heterótrofos son organismos que no son capaces de sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas (seres vivos, hongos, muchas bacterias, células vegetales, no capaces de realizar la fotosíntesis) ¿Qué organismos de la Tierra son prácticamente independientes de la energía de la luz solar? Quimiotrofos: utilizan la energía liberada durante las transformaciones químicas de compuestos inorgánicos para sintetizar sustancias orgánicas. TÉRMINOS: La nutrición es un conjunto de procesos que incluyen la entrada al organismo, la digestión, la absorción y asimilación de nutrientes. En el proceso de nutrición, los organismos reciben compuestos químicos que utilizan para todos los procesos vitales. Los autótrofos son organismos que sintetizan compuestos orgánicos a partir de inorgánicos, recibiendo carbono en forma de CO2, agua y una mínima cantidad de sal del medio ambiente. Heterótrofos: organismos que no son capaces de sintetizar sustancias orgánicas a partir de inorgánicas (seres vivos, hongos, muchas bacterias, células vegetales, no capaces de realizar la fotosíntesis)
