Энергетический обмен. Фотосинтез. Окисление глюкозы.

Фотосинтез– сложный многоступенчатый процесс, происходящий в зеленых растениях. Он включает световую и темновую фазы.

Первая стадия фотосинтеза - световая.Под действием энергии света молекулы хлорофилла (и других пигментов) возбуждаются и теряют электро­ны. Часть электронов, захваченных ферментами, способствуют образования АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты (ФН) К АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщеплении (разложении) воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Разложение воды про­исходит внутри хлоропласта.

Образовавшийся при расщеплении воды водород с помощью электро­нов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пре­делах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соеди­нение из группы ферментов – окисленный никотинамидаденинуклеотид, или НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до _НАДФ*-Н В такой химической связи запасается энергия и заканчивается первая стадия фотосинтеза.

Участие энергии света здесь является обязательным условием. Поэтому данную стадию называют еще стадией световых реакций.

Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт при расщеплении воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.

Вторая стадия фотосинтеза - темновая.Здесь используются образо­вавшиеся в процессе световых реакций продукты. С их помощью происходит фиксация углекислого газа в простые углеводы - моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО2 за счет энер­гии АТФ и восстановительной возможности НАДФ. Н. В результате этих ре­акций образуются молекулы глюкозы (C6H1206)' из которых путем полимери­зации создаются полисахариды - целлюлоза, крахмал, гликоген и другие сложные органические соединения. Поскольку все реакции на этой стадии идут без участия света, ее называют стадией темновых реакций.

Все световые реакции (первая стадия фотосинтеза) происходят на мем­бранах хлоропласта, а темновые (вторая стадия фотосинтеза) - между мемб­ранами внутри хлоропласта

Клеточное дыхание –совокупность окислительных процессов в клетке, сопровождающих расщепление молекул органических соединений, богатых энергией.

Окисление глюкозы состоит из трех стадий. Первая стадияносит подготовительный характер, поступившие с пищей или созданные путем фотосинтеза вещества распадаются под действием ферментов на мономеры, полисахариды распадаются на молекулы глюкозы.

На второй стадии образовавшиеся мономеры распадаются на еще бо­лее простые молекулы. Например, молекула глюкозы (шестиуглеродное со­единение С6Н 1206) сначала распадается на две трехуглеродные молекулы пи­ровиноградной кислоты (СЗН40з) с образованием 4 молекул АТФ. Затем пи­ровиноградная кислота преобразуется под действием ферментов и энергии в молочную кислоту, а молекул АТФ остается только две. Весь процесс идет без участия кислорода, поэтому данную стадию называют бескислородной или анаэробной.

Ферментативный и бескислородный (анаэробный) процессы распада органических веществ (главным образом глюкозы до молочной кислоты) на­зывают гликолизом (греч. glykys - сладкий; lysis - разложение, распад).

Гликолиз - наиболее древний способ расщепления глюкозы, широко распространенный в природе. Он играет важную роль в обмене веществ у жи­вых организмов. Гликолиз одной молекулы глюкозы дает две молекулы АТФ. Это обеспечивает клетку энергией. По типу гликолиза идет обеспечение ор­ганизма энергией у прокариот, в частности у бактерий. Этот процесс проис­ходит у них в цитоплазме.

В условиях достаточного снабжения клетки кислородом гликолиз высту­пает анаэробной стадией, предшествующей окислительному распаду углево­дов до конечных продуктов - углекислого газа и воды. Для полного расщеп­ления питательных веществ при дыхании необходим кислород.

На третьей стадии происходит дальнейшее окисление веществ с помо­щью кислорода и ферментов до конечных продуктов - углекислого газа и воды. В результате образуется большое количество энергии - 32 молекулы АТФ. Поскольку эта стадия идет с участием кислорода, ее называют кислород­

ной или аэробной.

Основная функция дыхания - обеспечение клетки (и организма) энер­гией - осуществляется на этапе кислородного расщепления веществ.

Всего на трех этапах биологического окисления одной молекулы глюко­зы образуется 36 молекул АТФ. Часть молекул расходуется на сами процессы окисления, а 21 молекула АТФ передается в цитоплазму для обеспечения ра­боты других клеточных структур.