цикл кребса что выделяется
Цикл кребса что выделяется
а) Высвобождение энергии из молекулы глюкозы путем гликолиза. Полное окисление 1 грамм-молекулы глюкозы сопровождается выделением 686000 калорий энергии, при этом только 12000 калорий необходимо для образования 1 грамм-молекулы АТФ. Если бы сразу вся глюкоза окислялась до воды и углекислого газа при образовании 1 молекулы АТФ, потери энергии были бы неизбежны. К счастью, во всех клетках организма присутствуют особые белковые ферменты, обеспечивающие последовательное поэтапное расщепление молекулы глюкозы при образовании молекулы АТФ. При этом выделяемая на каждом этапе небольшими порциями энергия используется для образования АТФ, что обеспечивает образование 38 моль АТФ при окислении каждого моля глюкозы.
б) Гликолиз и образование пировиноградной кислоты. Едва ли не самый важный способ преобразования молекулы глюкозы, приводящий к высвобождению энергии, начинается процессом гликолиза. Конечные продукты гликолиза подлежат последующему окислению, что сопровождается высвобождением энергии. Гликолиз — это последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы расщепляется с образованием двух молекул пировиноградной кислоты.
Гликолиз обеспечивается 10 последовательными реакциями, представленными на рисунке. Каждый из этих этапов катализируется одним из специфических белков-ферментов. Обратите внимание, что глюкоза прежде всего превращается в фруктозо-1,6-дифосфат, а затем расщепляется на 2 молекулы, содержащие три атома углерода, глицеральдегид-3-фосфат, каждая из которых, пройдя пять дополнительных этапов, становится пировиноградной кислотой.
в) Образование АТФ во время гликолиза. При расщеплении молекулы глюкозы на большей части этапов выделяется очень небольшое количество свободной энергии, несмотря на многочисленность химических реакций, участвующих в процессе гликолиза. Однако на этапах преобразования 1,3-дифосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и фосфоенолпировиноградной кислоты — в пировиноградную кислоту выделяются порции энергии более 12000 калорий на моль, чем необходимо для образования молекулы АТФ, поэтому эти этапы и сопровождаются образованием АТФ. В итоге из каждого моля фруктозо-1,6-фосфата при его расщеплении до пировиноградной кислоты образуются 4 моля АТФ.
Две молекулы АТФ необходимы для фосфорилирования исходной глюкозы при образовании фруктозо-1,6-дифосфата, т.е. для обеспечения начальных этапов гликолиза, поэтому чистый выход АТФ в процессе гликолиза составляет только 2 моля АТФ на каждый моль использованной глюкозы. При этом количество энергии, запасенной в виде АТФ, эквивалентно 24000 калорий. Во время гликолиза суммарно около 56000 калорий теряется на каждый использованный моль глюкозы, поэтому в целом эффективность этого механизма в пересчете на количество связанной в форме АТФ энергии составляет всего 43%. Остальные 57% энергии теряются в виде тепла.
Последовательность химических реакций, ответственных за гликолиз
г) Превращение пировиноградной кислоты в ацетилкоэнзим А. Следующая стадия расщепления глюкозы включает два этапа превращения 2 молекул пировиноградной кислоты (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок выше) в 2 молекулы ацетилкоэнзима А (ацетил-КоА) в соответствии с приводимыми уравнениями: 
В результате этих реакций образуются 2 молекулы углекислого газа и 4 атома водорода, а 2 остатка молекул пировиноградной кислоты связываются с коэнзимом А (производным панто-теновой кислоты) с образованием ацетил-КоА. В итоге этих превращений АТФ не образуется, но в последующем, когда 4 высвободившихся атома водорода будут окислены, образуются 6 молекул АТФ, как будет показано далее.
д) Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Следующая стадия расщепления глюкозы получила название цикла лимонной кислоты (другое название — цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса). Этот цикл представляет собой последовательность химических реакций, в результате которых ацетил-КоА расщепляется до углекислого газа и атомов водорода. Эти реакции осуществляются в матриксе митохондрий. Атомы водорода, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, будут последовательно окисляться (что обсуждается далее) с выделением огромного количества энергии в виде АТФ.
На рисунке ниже показаны различные этапы химических реакций цикла лимонной кислоты.
Химические реакции цикла лимонной кислоты (цикла Кребса), демонстрирующие высвобождение углекислого газа и количество атомов водорода, образующиеся в этом цикле
Вещества, показанные в левой части рисунка, вступают в химические реакции, а продукты этих реакций изображены в правой части рисунка. Заметьте, что верхняя часть колонки начала химических реакций представлена щавелево-уксусной кислотойу и в конце цепи реакций в основании колонки вновь появляется щавелево-уксусная кислота.
На начальной стадии цикла лимонной кислоты ацетил-КоА взаимодействует с щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту. Коэнзим А отделяется от ацетил-КоА и может использоваться вновь для образования новых молекул ацетил-КоА из пировиноградной кислоты.
Ацетильная часть может использоваться, становясь составной частью молекулы лимонной кислоты. На протяжении последующих стадий цикла лимонной кислоты в реакцию вступают молекулы воды, как показано в левой части рисунка. В итоге образуются углекислый газ и атомы водорода.
Суммарный итог реакций цикла лимонной кислоты приводится на рисунке. В итоге метаболических процессов из каждой исходной молекулы глюкозы получаются 2 молекулы ацетил-КоА, вступающие в реакции цикла лимонной кислоты наряду с 6 молекулами воды. В результате образуются 4 молекулы углекислого газа, 16 атомов водорода и 2 молекулы коэнзима А. Кроме того, образуются 2 молекулы АТФ.
Видео реакции цикла Кребса кратко и понятно
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Энергетический обмен
Этапы энергетического обмена
Энергетический обмен состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного (гликолиз, анаэробное дыхание) и кислородного (аэробное дыхание). У многих многоклеточных животных связан с пищеварительной, дыхательной и кровеносной системами.
Подготовительный этап энергетического обмена
Происходит в цитоплазме клеток всех организмов, в желудочно-кишечном тракте у большинства многоклеточных животных и человека. Под действием ферментов большие органические молекулы расщепляются на мономеры. Эти процессы происходят с выделением незначительного количества энергии, которое рассеивается в виде тепла.
Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена
Происходит в клетках, всегда предшествует аэробному у большинства организмов (способных использовать кислород).
Анаэробное расщепление – это простейшая известная форма образования и аккумулирования энергии в макроэргических связях молекул АТФ. Суть его состоит в расщеплении молекулы глюкозы преимущественно путем гликолиза на две молекулы пировиноградной или молочной кислоты (особенно в мышечных клетках). Две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н403) при определенных условиях могут восстанавливаться до молочной (С3Н603). Суммарное уравнение гликолиза:
Во время гликолиза выделяется около 200 кДж энергии, часть которой расходуется на синтез двух молекул АТФ (84 кдж), а часть рассеивается в виде тепла (116 кДж).
Процесс гликолиза энергетически малоэффективный, так как в макроэргических связях АТФ аккумулируется лишь 35-40 % энергии. Это связано с тем, что не происходит полного распада веществ. Конечные продукты гликолиза еще содержат в себе много энергии в химических связях.
Гликолиз имеет чрезвычайно большое физиологическое значение, несмотря на его низкую эффективность. В условиях дефицита кислорода организм благодаря гликолизу может получать энергию. И вдобавок конечные продукты – пировиноградная и молочная кислоты – в аэробных условиях подвергаются дальнейшему ферментативному расщеплению.
Некоторые микроорганизмы и беспозвоночные животные (преимущественно паразиты) являются анаэробами и не могут использовать кислород. Им присущ лишь анаэробный энергетический обмен.
Существует несколько типов преобразования глюкозы, органических соединений без доступа кислорода с аккумуляцией энергии в виде АТФ, которые называются брожением. Известны спиртовое брожение (у некоторых дрожжей и бактерий с образованием спирта), маслянокислое (с образованием масляной кислоты), молочнокислое (у молочнокислых бактерий с образованием молочной кислоты) и т. п.
Суммарное уравнение спиртового брожения:
Кислородный этап энергетического обмена (аэробное дыхание)
Происходит в митохондриях. Органические соединения, которые образовались в бескислородном этапе, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды). Соединения окисляются с отщеплением от них водорода. С помощью веществ-переносчиков он передается кислороду с образованием воды. Этот процесс называется тканевым дыханием. При этом выделяется большое количество энергии, которое аккумулируется в связях АТФ. В кислородном этапе можно выделить реакции цикла Кребса и те, что протекают на дыхательной цепи.
Цикл Кребса
В 1937 году английский биохимик X. Кребс открыл этот процесс. Происходит в матриксе митохондрий.
Начинается с реакции продукта гликолиза – пировиноградной кислоты с щавлевоуксусной. При этом образуется лимонная кислота, которая после целого ряда преобразований на другие кислоты, снова становится щавлевоуксусной. Щавлевоуксусная кислота снова вступает в реакцию с пировиноградной.
Во время реакций цикла Кребса образуются 4 пары атомов водорода и 2 молекулы углекислого газа. Углекислый газ выводится из клетки.
Дыхательная цепь
Организация дыхательной цепи
Протекает на внутренних мембранах митохондрий, где расположен ряд ферментов в определенной последовательности (дыхательная цепь). Атомы водорода попадают на мембраны митохондрий. Через ряд этапов происходит с их помощью восстановление АТФ.
Возникает разница электрических потенциалов, концентраций ионов водорода по разные стороны внутренней мембраны.
АДФ и фосфорная кислота восстанавливают АТФ с помощью особой ферментной системы, которая использует для этого разницу электрических потенциалов, различие концентраций ионов водорода. Эта ферментная система переводит ионы водорода на внутреннюю поверхность внутренней мембраны с внешней поверхности. Процесс образования АТФ из АДФ и фосфорной кислоты называется окислительным фосфорилированием. Процесс перенесения электрона по дыхательной цепи митохондрий имеет название сопряжение окисления.
При окислении двух молекул молочной кислоты выделяется энергия, которая обеспечивает образование 36 молекул АТФ:
Суммарное уравнение энергетического обмена:
Выделяется почти 2,8 тыс. кДж энергии. 1596 кДж (55 %) – запасается в виде макроэргических связей АТФ. Оставшиеся (45 %) рассеиваются в виде тепла.
Экскреция
Экскреция — это выделение из организма продуктов обмена веществ, особенно азотосодержащих соединений (белков и т. п.). Жиры и углеводы расщепляются на воду и углекислый газ.
Аммиак выделяют прокариоты, растения и большинство водных животных. Он хорошо растворяется в воде.
Мочевую кислоту выделяет большинство наземных животных: насекомые, пресмыкающие, птицы. Она плохо растворяется в воде.
Гуанин выделяют паукообразные, частично – птицы.
Специализация: изжога, гастриты, язвенная болезнь, колиты, запоры, паразитарные инвазии, дисбактериозы и другие расстройства желудочно-кишечного тракта.
Немного истории
Современная медицина успешно справляется с диагностикой и терапией острых интоксикаций. В то же время в последние годы накапливается все больше тревожных свидетельств о нагрузках на организм, связанных с хроническим накоплением токсинов как следствием поступления их в малых дозах в течение длительного времени, и о том, какие последствия такое накопление токсинов оказывает на следующие поколения.
Химические соединения, составляющее подавляющее большинство токсинов, встречающихся в окружающей среде, распространяются по всему миру через грунтовые воды, с дождем и ветром и теперь присутствуют даже в тех регионах, где никогда не использовались химические вещества и удобрения.
Биоаккумуляция таких соединений в живых организмах вызывает различные заболевания.
У людей чаще всего поражаются иммунная, эндокринная и нервная системы.
В XXI веке – значительно усилилось экологическое загрязнение. Нередко мы дышим плохим воздухом, пьём плохую воду, химическое загрязнение (накопление в организме тяжёлых металлов). Почва может накапливать гербициды, пестициды. Длительный бесконтрольный прием лекарственных препаратов может привести к нарушению кишечной флоры у целых популяций людей, а значит, страдают процессы ПИЩЕВАРЕНИЯ, ИММУНИТЕТА. Нарушается эндоэкология человека.
Особую опасность для живой природы (и для нас с вами) представляют остатки антибиотиков, эндокринных препаратов, антидепрессантов, антипаразитических и противораковых медикаментов: они через воду и по трофическим цепочкам могут попадать в наш организм, и вызывать самые неприятные последствия. Эти вещества, попав в организм даже в небольших количествах, вступают в химические реакции, образуя новые химические соединения, в том числе и токсические. Одни из них относительно быстро выводятся из организма, другие могут долгое время накапливаться в нём.
Антибиотики обнаружены в картофеле, редисе, моркови, даже в зернах озимой пшеницы, которую удобряли навозом (использование антибиотиков в животноводстве). Интересно, что эстрадиолы (компонент пероральных контрацептивов) могут обнаруживаться в пресноводной рыбе.
В 21 столетии мы, к сожалению, носим в своем организме остатки сотен химических веществ, которых не могло быть там 60-100 лет тому назад, по той причине, что они просто не существовали!
Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот)
Углекислый газ стимулирует дыхание, в то время как АТФ обеспечивает клетки энергией, необходимой для синтеза белков из аминокислот и репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК); оба жизненно важны для снабжения энергией и для продолжения жизни. По сути, цикл Кребса “отвечает” за основной источник энергии во всех живых организмах.
Углекислый газ стимулирует дыхание, в то время как АТФ обеспечивает клетки энергией, необходимой для синтеза белков из аминокислот и репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК); оба жизненно важны для снабжения энергией и для продолжения жизни. По сути, цикл Кребса “отвечает” за основной источник энергии во всех живых организмах.
Роль цикла трикарбоновых кислот
Цикл Кребса, также известный как цикл трикарбоновых кислот (TCA), был впервые обнаружен в 1937 году немецким биохимиком Гансом Адольфом Кребсом. Его весьма подробные и обширные исследования в области клеточного метаболизма и других научных исследований принесли ему Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1953 году. Помимо цикла лимонной кислоты, Кребс также идентифицировал цикл мочевины в 1932 году.
Цикл Кребса также известен как цикл лимонной кислоты, потому что лимонная кислота является самым первым продуктом, генерируемым этой последовательностью химических превращений, и она также регенерируется в конце цикла.
Цикл Кребса, вероятно, является наиболее важной частью процесса аэробного дыхания, поскольку он стимулирует образование переносчиков электронов. Они важны, поскольку несут энергию, используемую для создания большого количества АТФ.
Как работает цикл Кребса?
Цикл трикарбоновых кислот происходит только в митохондриальном матриксе, во внутренней части митохондрий.
Цикл Кребса, также называемый циклом лимонной кислоты, является вторым важным этапом окислительного фосфорилирования. После того, как гликолиз расщепляет глюкозу на более мелкие 3-углеродные молекулы, цикл Кребса передает энергию от этих молекул переносчикам электронов, которые будут использоваться в цепи переноса электронов для производства АТФ.
Большинство организмов используют глюкозу в качестве основного источника топлива, но должны расщеплять ее и накапливать энергию в АТФ и других молекулах. Цикл Кребса содержится в митохондриях. Внутри митохондриальной матрицы реакции цикла Кребса добавляют электроны и протоны к ряду электронных носителей, которые затем используются цепочкой переноса электронов для производства АТФ.
Цикл Кребса начинается с продуктов гликолиза, которые представляют собой две трехуглеродные молекулы, известные как пируват. Эта молекула является кислой, поэтому цикл Кребса также называют циклом трикарбоновых кислот. В ходе ряда реакций эти молекулы далее распадаются на диоксид углерода. Энергия от молекул передается другим молекулам, называемым переносчиками электронов. Эти молекулы переносят накопленную энергию в цепь переноса электронов, которая, в свою очередь, создает АТФ.
Первый этап использования глюкозы, гликолиз, производит небольшое количество АТФ, а также молекулы, которые будут обрабатываться с помощью цикла Кребса. Во время гликолиза одна молекула глюкозы расщепляется на две более мелкие трехуглеродные молекулы, пируват. Затем он превращается в ацетил-КоА. Затем ацетил-КоА используется в цикле Кребса для производства нескольких основных продуктов. В свою очередь, эти продукты стимулируют образование АТФ, основного источника энергии клетки.
Подробный расклад цикла Кребса и его взаимодействие с различными процессами организма доступны в первом модуле Школы Anti-Age Expert.