Модуль 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

Модульная единица 1. ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ. МИТОХОНДРИАЛЬНАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

Цели изучения

Уметь:

1. Оценивать значение основных этапов обмена веществ в получении энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности.

2. Анализировать этапы трансформации энергии пищевых веществ в энергию химических связей АТФ как основного аккумулятора энергии в организме.

3. Определять энергетический эффект окисления различных субстратов (в молях АТФ).

4. Оценивать эффективность тканевого дыхания как главного механизма синтеза АТФ.

5. Прогнозировать последствия действия на организм некоторых лекарственных веществ и ядов, нарушающих тканевое дыхание и синтез АТФ.

Знать:

1. Строение дыхательной цепи.

2. Строение и роль витаминов, участвующих в тканевом дыхании.

3. Этапы переноса электронов и протонов от дегидрируемых субстратов к кислороду.

4. Основные положения, объясняющие механизм сопряжения дыхания и синтеза АТФ.

5. Примеры ингибиторов и разобщителей тканевого дыхания и механизмы их действия.

6. Роль тканевого дыхания в регуляции теплопродукции в организме.

ТЕМА 5.1. ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Обмен веществ включает:

• поступление веществ в организм;

• метаболизм или промежуточный обмен;

• выделение конечных продуктов обмена (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Этапы обмена веществ. Взаимосвязь обмена веществ и энергии:

1 - пищеварение; 2, 4 - катаболизм; 3 - анаболизм; 5 - экзергонические реакции; 6, 7 - эндергонические реакции; 8 - выделение конечных продуктов

1. Поступление веществ в организм происходит в результате дыхания, питания и пищеварения. При пищеварении происходит гидролиз полимеров (белков, углеводов, липидов) до мономеров, которые легко всасываются в кровь.

Метаболизм представляет собой совокупность двух разнонаправленных процессов: катаболизма и анаболизма. В процессе катаболизма сложные органические молекулы превращаются в конечные продукты: СО₂, Н₂О и мочевину. Анаболизм представляет собой совокупность реакций синтеза веществ в организме.

Реакции катаболизма сопровождаются выделением энергии (экзергонические реакции), а ее использование происходит в реакциях анаболизма и при выполнении различных видов работы (эндергонические реакции).

2. АТФ-АДФ цикл. Центральную роль в энергетическом обмене играет АТФ.

В макроэргических связях АТФ аккумулируется энергия, выделяемая в процессах катаболизма. Энергия, выделяющаяся при окислении пищевых веществ, обеспечивает синтез АТФ из АДФ и Н₃РО₄, а энергия гидролиза АТФ, в свою очередь, используется в различных видах работы (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Цикл АТФ-АДФ

За сутки в организме образуется и распадается около 60 кг АТФ. Однако в клетке АТФ не накапливается, а расходуется в течение 1 минуты после образования, что требует ее непрерывного пополнения.

Синтез и использование АТФ происходят постоянно, и то количество АТФ, которое было израсходовано клеткой, восполняется в процессе ее синтеза (АТФ-АДФ цикл).

ТЕМА 5.2. ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ

Наиболее важными экзергоническими реакциями метаболизма являются реакции окисления органических веществ, в которых используется кислород и образуется вода и СО₂. Совокупность этих реакций называтся тканевым дыханием (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Этапы тканевого дыхания:

А - окисление субстратов путем дегидрирования и многоэтапный процесс переноса электронов на кислород; Б - перенос электронов сопровождается уменьшением свободной энергии; часть этой энергии рассеивается в виде теплоты, а ≈40% используется на синтез АТФ