Что такое АТФ

Постоянным источником энергии для существующих клеток живых организмов является АТФ. Она начинает свою деятельность после реакции фосфорилирования – добавления атомов фосфорного соединения к молекулам аденозиндифосфата (АДФ) (рис.1).
Рис. 1.Строение молекулы АТФ
Рис. 1.Строение молекулы АТФ
Вследствие этого, расходуемая энергия имеет свойство накапливаться в связях АДФ, а после ее распада и гидролиза поступает в материю в количестве 40 кДж. Простым языком, распад органических веществ, или же иными словами диссимиляция, способствует выделению необходимой силы. Высвобожденная энергия, в зависимости от живого индивидуума и условий его существования, проходит в две или в три стадии. Аэробам присущи следующие три фазы энергетического метаболизма:
  • Подготовительная
  • Бескислородная
  • Кислородная
В результате взаимодействия всех трех описанных этапов, органические частицы преобразуют простейшие молекулы неорганических соединений (рис.2).
Рис. 2. Этапы энергетического обмена
Рис. 2. Этапы энергетического обмена
Организмы, живущие без воздуха и не нуждающиеся в поступлении воздуха для энергетического запаса, при нехватке кислорода проходят ассимиляцию в две фазы, без кислородного участия.
Важно! В двухэтапном случае выделяется на порядок меньше силы, нежели при трехэтапной модели энергетического процесса.

Этапы энергетического обмена

Сейчас мы рассмотрим подробнее все этапы ЭО в живой природе.

Подготовительный

На этой стадии происходит распад крупных пищевых полимеров на мелкие элементы. В желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) многоклеточных существ происходит ферментативный пищеварительный распад, а у одноклеточных – он осуществляется лизосомами (мембранными ограноидами, основной функцией которых является расщепление биополимеров). Полисахариды в свою очередь подвергаются распаду на дисахариды и моносахариды. Далее цепочка продолжается: белки преобразуются в аминокислоты, а жиры – в чистый глицерин и другие жирные соединения. В результате вышеописанных реакций выделяется небольшая часть силы, расходуемая в виде тепла, вследствие чего не может образоваться АТФ. Полученные мономеры имеют возможность участвовать в метаболизме для синтезирования нужных веществ с целью получения силы. Живой материей первоочередно используются углеводы, а вот жиры – источник энергии первого резерва, исчерпываются по окончании углеродного запаса. В виде исключения выступают скелетные мышцы, в которых предпочтение отдается наличию жиров, а не глюкозе. При этом белки расходуются намного позже, после исчерпания запаса углеводов и жиров.
Рис. 3. Гликолиз глюкозы
Рис. 3. Гликолиз глюкозы

Бескислородный

Второй этап ЭО называют гликолизом. Осуществляется он в цитоплазме материи. Глюкоза - главный источник освобожденной энергии. Анаэробный гликолиз происходит вследствие бескислородного распада той самой глюкозы с целью превращения ее в лактат. Уставшие спортсмены чувствуют накопление данного вещества в мышцах после усиленной тренировки или соревнования. Для этого этапа характерно ферментативное деление органических частиц после работы первого этапа. В силу того, что глюкоза считается самым примитивным наполнением для живой ткани в виде продукта распада полисахаридов, вторую стадию можно увидеть на примере ее гликолиза (рис.3). Гликолиз – многоуровневый процесс бескислородного распада микрочастиц глюкозы, которая содержит шесть элементов водорода и две единицы пировиноградного соединения (пируват). В процессе гликолиза в случае распадения 1 моля глюкозы выделится приблизительно 200 кДж энергии, где 60% освободится в виде тепла, а 40% – остается для синтезирования нескольких частиц АТФ из нескольких частиц АДФ.
Если в окружении пировиноградного соединения есть кислород, то он переходит из цитоплазмы в важную часть составляющей клетки – митохондрию, где и происходит ее участие в 3 этапе метаболизма. А вот при отсутствии воздуха в организме, СН3(СО)СООН может быть преобразовано только лишь в C3H6O3. Для микроорганизмов, спокойно живущих без воздуха, характерно поступление силы в процессе брожения. В этом случае первая стадия совпадает с гликолизом: преобразование C6H12O6 до СН3(СО)СООН, и далее  зависимость ее от ферментов, присутствующих  в материи. Так, например, СН2(СО)СООН может образовать C2H5OH, CH3COOH или же C3H6O3 кислоты. Этот процесс называется молочным брожением. Благодаря брожению, получаются продукты, используемые человеком, например, спирт, пиво, винный напиток и кисломолочные продукты.
Важно! В результате процесса брожения, как и в случае с гликолизом, выделяются только два элемента АТФ.
Рис. 4. Кислородный этап в живой материи
Рис. 4. Кислородный этап в живой материи

Кислородный

Как только в атмосфере накапливается достаточное количество O2 начинается процесс в митохондрии живой материи. Он имеет сложную структуру, и в отличие от гликолиза, является многоуровневым процессом при участии большого скопления ферментов. В окончании третьего этапа формирования энергии из двух частиц СН3(СО)СООН получается CO2, Н2О и 36 элементов АТФ (Рис.4). Для АТФ создается запас в процессе бескислородного распада C6H12O6.
Важно! Эти данные показывают то, что в случае трехэтапного варианта ЭО выходит больший объем полезной энергии. Разница, выведенная на примере, значительна: 36 АТФ элементов против 2.
Мы рассмотрели развитие энергетического обмена в организме живых и неживых организмов, его этапы, их отличия друг от друга. Благодаря биологическим опытам с различными организмами, изучению их структуры и процессов жизнедеятельности, нам стало известно понятие АТФ – универсального аккумулятора энергии в клетке. Представленное видео поможет вам в наглядном изучении ЭО в клетке.