Енергетика обміну речовин. АТФ універсальне джерело енергії. Шляхи освіти АТФ в організмі
Надходить в організм людини їжа зазнає складні хімічні перетворення, тобто частково піддається окисленню або анаеробного розпаду. При анаеробному розпаді звільняється хімічна енергія, необхідна для руху, а також для синтезу необхідних для організму речовин.
Обмін речовин (метаболізм) в живих організмах складається з двох пов'язаних між собою процесів:
Анаболизм або асиміляція - синтез з простих складніших сполук на основі надходять в організм із зовнішнього середовища речовин.
Наприклад, органічні речовини в зелених рослинах утворюються в результаті фотосинтезу з вуглекислого газу і води.
Катаболізм або дисиміляція - процес, зворотний анаболізму. При катаболизме відбувається розкладання складних з'єднань на простіші, які потім виділяються як кінцеві продукти в навколишнє середовище.
При катаболизме основним джерелом вуглеводів є вуглеводи, які розщеплюються гидролитическими ферментами. Якщо у рослин при проростанні насіння крохмаль піддається гідролізу ферментом амілазою, з утворенням дисахарида мальтози, то у тварин під дією амілази слини і підшлункової залози, утворюючи мальтозу. Далі мальтоза під дією ферменту мальтази переходить в глюкозу, яка в результаті бродіння, гліколізу і дихання в кінцевому підсумку розщеплюється до вуглекислоти і води. Енергія, що виділяється при цих процесах, акумулюється в організмі. Встановлено, що при згорянні одного грама вуглеводів виділяється 4,1 ккал (17,22 кДж).
Катаболізм жирів і білків також починається з їх гідролітичного розщеплення під впливом специфічних ферментів, з утворенням в першому випадку вільних жирних кислот і гліцерину, у другому - низькомолекулярних пептидів і амінокислот.
Метаболізм або обмін речовин можна розділити на три етапи:
- Перший-це травлення, який полягає в механічній і хімічній обробці їжі в травних органах і всмоктування поживних речовин.
- Другий етап це - проміжний обмін, який включає процеси розпаду і синтезу речовин. Цей процес супроводжується утворенням проміжних і кінцевих продуктів обміну. Наприклад, глюкоза перш ніж перетворитися в кінцеві продукти обміну СО2 і Н2О, зазнає ряд проміжних перетворень.
- Третій етап - виділення продуктів метаболізму з організму з повітрям, що видихається, сечею і т.д. Речовини, що впливають на перебіг реакції обміну речовин називають метаболітами. До них відносяться амінокислоти, жирні кислоти, цукру, азотисті основи та інші сполуки.
Метаболізм або обмін речовин нерозривно пов'язаний з перетворенням енергії. Живий організм постійно потребує надходження енергії із зовнішнього середовища. Було встановлено, що при фотосинтезі, тобто перетворенні енергії сонячного світла, остання запасається у вигляді потенційної хімічної енергії в органічних речовинах. Потенційна хімічна енергія, яка утворюється в результаті розпаду вуглеводів, жирів і інших високомолекулярних сполук накопичується або акумулюється в макроергічних сполуках.
У процесах обміну енергія виділяється в такий спосіб. Спочатку високомолекулярні речовини гидролитически розпадаються на низькомолекулярні; наприклад, полісахариди - до моносахаридів; білки - до амінокислот; жири - до жирних кислот і гліцерину. При цьому енергія, що виділяється при гидролитическом розпаді цих речовин дуже незначна. Далі відбувається виділення великої кількості енергії в процесі гліколізу, окислення жирних кислот, амінокислот. З продуктів гідролізу основне енергетичне значення мають три: ацетілкоензім А, В -кетоглутаровая кислота і щавлево-оцтова кислота. Ці речовини піддаються окисленню через цикл ді-трикарбонових кислот (цикл Кребса). Близько 2/3 енергії звільняється в циклі Кребса.
АТФ вловлює і накопичує енергію, що звільняється при розпаді високомолекулярних органічних сполук в організмі. Одночасно в клітці йде синтез АТФ і акумуляція енергії в її фосфорних зв'язках. При синтезі білків, а також при функціонуванні органів і м'язів пов'язане йде розпад АТФ за місцем макроергічних зв'язків з виділенням енергії. Новоутворена енергія служить джерелом для синтезу, а також для рухових процесів.
З вищесказаного випливає, що АТФ є сполучною ланкою між двома протилежними процесами, де вона при розпаді речовин акумулює енергію, а при асиміляції її віддає.
Біологічну роль АТФ в енергетиці обміну можна представити на прикладі працюючого серця. При взаємодії з скоротливі білками м'язів АТФ забезпечує енергію, необхідну для скорочення серця і проштовхування крові в кровоносну систему. При цьому для безперебійної роботи серця необхідно постійне поповнення кількості АТФ. Якщо серце не отримає необхідної кількості живильного матеріалу і «пального» (вуглеводи і продукти їх розпаду), а також кисню, необхідного для утворення АТФ, то в цьому випадку настає порушення роботи серця.
Необхідна кількість АТФ для функціонування різних органів виробляється в клітинних організмах - метохондріях в процесі окисного фосфорилювання.