Обмен веществ в живой клетке

В основе всех жизненных процессов лежат контролируемые и регулируемые бел­ками-ферментами биохимические реакции, составляющие суть обмена веществ клетки. Та часть процессов, которая обеспечивает синтез нуклеиновых кислот, бел­ков и всех структурных компонентов клетки, получила название конструктивного метаболизма, или анаболизма. Совокупность процессов, обеспечивающих клетку необходимой энергией — энергетического метаболизма, или катаболизма.

Главным источником энергии на Земле служит Солнце. Солнечная энергия поглощается и преобразуется в растениях с помощью механизма фотосинтеза. У некоторых бак­терий (в частности, у нитрифицирующих бактерий, играющих огромную роль в кру­говороте азота в природе, а также в плодородии почвы) мобилизация энергии осу­ществляется с помощью механизма хемосинтеза, энергию окисления NH₃ до азоти­стой кислоты, последней — до азотной они используют для восстановления СO₂ в гексозу. Такие результаты дает микробиологический анализ почвы, который вы можете увидеть на sezspb.ru.

Основным ре­зервуаром энергии в живой природе служит глюкоза. А роль переносчика энергии во всех биохимических процессах выполняет АТФ, за одним исключением. Работа бе­локсинтезирующей системы клетки обеспечивается энергией с помощью ГТФ, а не АТФ. Очевидно, это связано с особенностями механизма работы данной системы.

Клетки-гетеротрофы (все клетки организма человека и всех высших животных) получают энергию, сжигая или окисляя углеводы, белки, жиры, т. е. составные ча­сти других клеток и тканей. Они получают эту энергию с помощью процесса, в кото­ром непременно участвует свободный кислород.

Общее количество энергии, содержащейся в глюкозе, составляет около 690 ккал на 1 моль (180 г глюкозы). Именно такое количество тепла выделяется при сжигании 180 г сахара. Процесс окисления глюкозы происходит в две фазы. Во время пер­вой (гликолиз) молекула глюкозы расщепляется на две молекулы молочной кислоты, и при этом образуются две новые молекулы АТФ. При образовании каждой молеку­лы АТФ связывается 10 ккал.

Дальнейший процесс превращения молочной кислоты до СO₂ происходит через так называемый цикл Кребса. Каждая молекула молочной кислоты в конечном счете передает в цепь переноса электронов шесть пар электронов. Каждая пара электронов при своем транспорте вызывает превращение трех молекул АДФ в АТФ.

Таким образом, в процессе полной переработки каждой молекулы молоч­ной кислоты возникает 18 молекул АТФ. А всего при потреблении 1 моля глюкозы возникает 38 молекул АТФ, т. е. из 690 ккал 380 ккал накапливается в виде энергии химических связей АТФ. Это очень высокий коэффициент полезного действия биоло­гической машины энергообразования. Остальная часть содержащейся в глюкозе энер­гии подвергается диссипации, т. е. рассеивается в пространстве. Такова в самых общих чертах картина обмена веществ в живой клетке, или мета­болизма.