Анаэробные организмы образование энергии

Глюкоза как важнейший метаболит углеводного обмена. Общая схема источников и путей расходования глюкозы в организме. Глюкоза является основным метаболитом углеводного обмена. Основные источники глюкозы 1) пища 2) распад резервного полисахарида гликогена 3) синтез глюкозы из неуглеводных предшественников (главным образом из гликогенных аминокислот) — глюконеогенез. Основные пути расходования глюкозы 1) образование энергии при аэробном и анаэробном окислении глюкозы 2) превращение в другие моносахариды 3) превращение в гликоген и гетерополисахариды 4) превращение в жир, некоторые аминокислоты и др. В кровь глюкоза попадает из кишечника (пища), печени и почек (фермент глюкозо-6-фосфатаза). Остальные ткани потребляют глюкозу. [c.148]

Живые организмы не могут существовать без энергии, и поэтому в цепи реакций брожения наиболее важное значение имеет реакция, обусловливающая образование АТР. В случае молочнокислого брожения и в большинстве других типов брожения такой реакцией является окисление глицеральдегид-З-фосфата в 3-фосфоглицерат. Окисление альдегида в карбоновую кислоту — реакция сильно экзергоническая, сопряженная с синтезом АТР. Поскольку из каждой молекулы глюкозы образуются две молекулы триозофосфата, при брожении на каждую молекулу израсходованной глюкозы образуются две молекулы АТР. Этого вполне достаточно для поддержания жизни у бактерий, если достаточно количество сбраживаемого сахара. Анаэробное превращение глюкозы в лактат — лишь один из примеров множества различных процессов брожения, которые мы рассмотрим в гл. 9. [c.85]

Выполнение любого вида работы связано с затратами энергии. Выше было показано (см. главу 15), что образование энергии в организме человека при мышечной работе осуществляется аэробным или анаэробным путем. [c.372]

В ходе эволюции анаэробные механизмы были вытеснены не только потому, что менее эффективно вырабатывали энергию, но и потому, что для многих организмов, прежде всего анаэробных, кислород токсичен. Возможно образование из него очень активных радикалов [c.89]

По сравнению с другими идущими в мышечных клетках процессами ресинтеза АТФ аэробный ресинтез имеет ряд преимуществ. Он отличается высокой экономичностью в ходе этого процесса идет глубокий распад окисляемых веществ до конечных продуктов - СОг и Н2О и поэтому выделяется большое количество энергии. Так, например, при аэробном окислении мышечного гликогена образуется 39 молекул АТФ в расчете на каждую отщепляемую от гликогена молекулу глюкозы, в то время как при анаэробном распаде этого углевода (гликолиз) синтезируется только 3 молекулы АТФ в расчете на одну молекулу глюкозы. Другим достоинством этого пути ресинтеза является универсальность в использовании субстратов. В ходе аэробного ресинтеза АТФ окисляются все основные органические вещества организма аминокислоты (белки), углеводы, жирные кислоты, кетоновые тела и др. Еще одним преимуществом этого способа образования АТФ является очень большая продолжительность его работы практически он функционирует постоянно в течение всей жизни. В покое скорость аэробного ресинтеза АТФ низкая, при физических нагрузках его мощность может стать максимальной. [c.138]

Следует, однако, отметить, что образование АТФ может осуществляться не только за счет энергии окислительных процессов. Наиболее древний процесс расщепления углеводов — сбраживание, идущее без потребления кислорода и в организме высших животных заканчивающееся образованием молочной кислоты. Сбраживание глюкозы до молочной кислоты дает всего около 50 ккал, тогда как полное окисление глюкозы дает 685 ккал. Хотя эффективность этого анаэробного процесса распада углеводов невелика, однако этот процесс может сохранить запасы АТФ на некоторое время и благодаря этому поддерживать жизнь. [c.242]

Молочная кислота в тканях организма подвергается аэробному окислению с образованием полностью окисленных продуктов — углекислого газа и воды. При этом освобождается вся ее потенциальная энергия. Отличительная черта обмена углеводов у аэробов заключается в том, что конечный продукт анаэробного распада углеводов — молочная кислота — при наличии кислорода подвергается аэробному распаду. [c.292]

До появления фотосинтезирующих организмов земная атмосфера, по-видимому, почти не содержала кислорода. Он создавался и создается в наше время фотосинтезирующими организмами путем разложения воды за счет энергии солнечного света. При фотосинтезе водород используется для синтеза органических веществ (восстановления СО ), а кислород является побочным продуктом. С образованием кислородной атмосферы стало возможным развитие организмов, использующих энергию органических веществ (иначе говоря, энергию солнечного света, запасенную в органических веществах) путем их окисления кислородом. Такой путь получения энергии гораздо более эффективен, чем те, которые возможны в отсутствие кислорода и действуют у анаэробных организмов. Однако вместе с преимуществами кислород принес и новую опасность для жизни. Молекулярный кислород, не слишком реакционноспособный в своем основном состоянии, может образовывать высокоактивные формы, способные даже убить живую клетку. В связи с этим одновременно с механизмами использования кислорода в ходе биологической эволюции вырабатывались и механизмы защиты от его повреждающего действия. С другой стороны, фагоцитирующие лейкоциты используют активные формы кислорода для разрушения бактерий и других клеток. [c.452]

Мы начнем рассматривать генерирование метаболической энергии с гликолиза, почти универсального процесса для биологических систем. Гликолиз-это последовательность реакций, приводящих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием Ат Р. У аэробных организмов гликолиз предшествует циклу трикарбоновых кислот и цепи переноса электронов, которые вместе извлекают большую часть энергии, содержащейся в глюкозе. При аэробных условиях пируват проникает в митохондрии, где он полностью окисляется до СО2 и Н2О. При недостаточном содержании кислорода, как это может иметь место в активно сокращающейся мышце, пируват превращается в лактат. У некоторых анаэробных организмов, таких, как дрожжи, пируват превращается не в лактат, а в этанол. Образование этанола и лактата из глюкозы-это примеры брожения. [c.23]

Известен еще один тип синтеза АТФ, получивший название субстратного фосфорилирования. В отличие от окислительного фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов, донором активированной фосфорильной группы ( РО3Н2), необходимой для регенерации АТФ, являются интермедианты процессов гликолиза (гл. 18) и цикла трикарбоновых кислот (гл. 19). Во всех этих случаях окислительные процессы приводят к образованию высокоэнергетических соединений 1,3-дифосфоглицерата (гликолиз), сукцинил-КоА (цикл трикарбоновьгх кислот), которые при участии соответствующих ферментов способны фосфорилировать АДФ и образовывать АТФ. Трансформация энергии на уровне субстрата является единственным путем синтеза АТФ в анаэробных организмах. Этот процесс синтеза АТФ позволяет поддерживать интенсивную работу скелетных мышц в периоды кислородного голодания. Следует помнить, что он является единственным путем синтеза АТФ в зрелых эритроцитах, не имеющих митохондрий. [c.192]

Глубоководные исследования показали, что на очень больших глубинах, там, где содержание кислорода в воде близко к нулю, обитает тем не менее много видов животных. У этих обитателей больших глубин метаболизм имеет по преимуществу анаэробный характер расщепление углеводов приводит у них к образованию лактата и некоторых других продуктов, большая часть которых должна выводиться из организма. У некоторых морских позвоночных для получения энергии в форме АТР глюкоза сбраживается не до лактата, а до этанола и СОг- [c.443]

Способность восстанавливать углеродные соединения с помощью солнечной энергии позволила появившемуся живому организму усваивать двуокись углерода, возможно в виде иона карбоната или бикарбоната, из окружающего первичного океана и использовать эту двуокись углерода в качестве источника атомов углерода для образования молекул сахаров и других питательных молекул. Эта реакция составляет сущность процесса фотосинтеза. В зеленых растениях при фотосинтезе происходит восстановление двуокиси углерода до альдегида (углевода), при котором вода служит первичным источником атомов водорода, а в атмосферу выделяется высвобождаемый при таком восстановлении кислород. Так же как и при анаэробном метаболизме (см. разд. Первичный метаболизм ), каждая реакция, входящая в процесс фотосинтеза, требует участия строго специфического фермента. [c.39]

Биологическое окисление имеет значение не только потому, что дает основное количество энергии для жизнедеятельности организма, но и потому, что освобождаемая в процессе окисления энергия одновременно локализуется в организме в форме богатых энергией соединений, при помощи которых совершаются в организме все виды полезной работы. Образование таких соединений мы уже рассмотрели при обсуждении механизма анаэробного субстратного фосфорилирования. Однако такая форма образования богатых энергией соединений в общем балансе биологического окисления не превышает 10%, и в основном их обра.зование связано с цепью реакций аэробного окисления. [c.271]

Хотя некоторые бактерии (анаэробные) живут в отсутствие кислорода, жизнь высших животных полностью зависит от снабжения кислородом. Кислород используется главным образом в процессе дыхания — последнее можно определить как процесс улавливания клеткой энергии в виде АТР при протекании контролируемого соединения кислорода с водородом с образованием воды. Кроме того, молекулярный кислород включается в различные субстраты при участии ферментов, называемых оксигеназа-ми многие лекарства, посторонние для организма вещества и химические канцерогены (их называют ксенобиотиками, т.е. чужеродными соединениями) атакуются ферментами этого класса, которые в совокупности получили название системы цитохрома Р-450. Введением кислорода можно спасти жизнь больных, у которых нарушено дыхание или кровообращение. В ряде случаев успешно применяется терапия кислородом под высоким давлением следует, однако, отметить, что интенсивная или продолжительная [c.118]

Сходство путей метаболизма в различных видах — один из основных принципов биохимии. Классические исследования, посвященные спиртовой ферментации дрожжей и образованию молочной кислоты в тканях млекопитающих, показали, что эти два процесса по существу протекают одинаково и отличаются лишь конечными стадиями, когда в дрожжах происходит анаэробное декарбоксилирование пирувата, а в мышечной ткани — нет. И в том, и в другом процессе НАД восстанавливается, а энергия накапливается в виде АТФ. Последние исследования других биологических механизмов образования, накопления и передачи энергии выявили некоторые интересные различия между видами, например наличие нескольких путей диссимиляции сахаров в бактериях, но все же наблюдается удивительное сходство этих механизмов. Многие промежуточные соединения одинаковы для всех видов. В живых клетках в качестве аккумулятора энергии всегда используется АТФ. Никотииамиднуклео-тиды участвуют во многих реакциях с переносом электрона триозофосфаты всегда участвуют в гликолизе. Белки, являющиеся основой живых организмов, во всех исследованных видах состоят приблизительно из 20 аминокислот. Эти аминокислоты, по-видимому,. в целом ряде организмов синтезируются одинаково, хотя точно установлено наличие двух путей в случае лизина. При этом высшие растения и бактерии используют различные пути, а грибы — оба. Это интересно при прослеживании эволюционных линий по био- [c.234]

Все ткани организма используют гликолиз для образования АТР. Соотношение доли аэробного и анаэробного гликолиза в производстве энергии зависит от наличия митохондрий, их окислительной способности и доступности тканям кислорода. [c.377]

Один из центральных вопросов современной биохимии заключаете в том, каким образом поток электронов по цепи переносчиков приэодц к образованию АТР. Вопрос этот очень важен, так как большая часть АТР, образующегося в аэробных и некоторых анаэробных организмах, генерируется именно в процессе окислительного фосфорилирования. Более того, энергия, улавливаемая в процессе фотосинтеза, идет на образование АТР с помощью очень сходного процесса. Механизм генерирования АТР может быть тесно связан с функционированием мембран при транспорте ионов. Вполне возможно, что механизм окислительного фосфорилирования в известном смысле является обратным механизму использования энергии АТР для мышечного сокращения. [c.391]

Способы получения архебактериями энергии включает бес-хлорофилльный фотосинтез, брожение, аэробное и анаэробное дыхание, при котором конечными акцепторами электронов могут быть СО2 и другие С,-соединения, молекулярная сера, N0 , Ре " и Мо . У организмов, получающих энергию с использованием электронного транспорта, в качестве электронпереносящих компонентов обнаружены ферредоксины, хиноны, цитохромы. Электронный транспорт сопряжен с трансмембранным переносом протонов. Механизм окислительного фосфорвдирования архебактерий соответствует хемиосмотическому принципу и сходен с аналогичным механизмом эубактерий и митохондрий. В то же время следует подчеркнуть, что архебактериям свойственны типы энергетического метаболизма, не встречающиеся у эубактерий и эукариот. Это бесхлорофилльный фотосинтез и особый тип анаэробного дыхания, в процессе которого происходит образование метана. [c.415]

Каким же должен был быть метаболизм первых живых организмов на Земле Эти организмы появились в отсутствие воздуха в том смысле, как мы представляем воздух сегодня. Окружавшая их атмосфера содержала метан и аммиак, а не кислород и азот. Поэтому они должны были получать энергию за счет анаэробного (т. е. безкислородного) разложения молекул пищи. Как ни странно, способность к анаэробному образованию энергии сохранилась во всех живых организмах до настоящего времени, несмотря на то что к арсеналу поддерживающих жизнь обменных процессов добавились новые, более эффективные пути получения энергии. [c.30]

Маргулис полагает, что хозяевами промитохондрий были анаэробные организмы. По мнению де Дюва и его коллег [459—462, 1299], хозяин содержал какую-то предковую форму пероксисомы 18, Е) и, следовательно, был аэробом, но пероксисомы были и остаются неспособными к окислительному фосфорилированию. Таким образом, приобретение промитохондрий все же дало хозяину большие преимущества. Исходные механизмы для окисления, имевшиеся у хозяина, впоследствии могли переключиться на другие функции. Частично основываясь на работе Долина [487], де Дюв более подробно рассмотрел вопрос о происхождении пероксисом. Он предположил, что все пероксисомы у всех эукариотов родственны между собой и должны иметь общего предка. Эту предковую пероксисому он представляет себе как окисляющую частицу с многообразными функциями в метаболизме, в некоторых отношениях сравнимую с митохондрией. Как уже указывалось, они были не способны к накоплению энергии, но использовали образование и расщепление НгОг для передачи избытка электронов и способствовали, очевидно, снятию тех жестких ограничений, которые накладывались на (ферментативный.— Э.Б.) энергетический обмен необходимостью использования метаболитов в качестве конечных акцепторов электронов 13, А). Пути, которыми лишние электроны (в составе НАД-Н или других восстановителей) могли проникать в пероксисомы, подробно обсуждались Герхардтом [677]. [c.193]

В результате окислит.-восстановит. р-ций при Б. освобождается энергия (гл. обр. в виде АТФ) и образуются соед., необходимые для жизнедеятельности организма. Нек-рые бактерии, микроскопич. грибы и простейшие растут, используя только ту энергию, к-рая освобождается при Б. Общий промежут. продукт у мн. видов Б,-пировиноград-ная к-та СНзС(0)С00Н, образование к-рой из углеводов в большинстве случаев протекает таким же путем, как в гликолизе. Нек-рые виды Б., происходящие анаэробно под действием микроорганизмов, имеют важное практич. значение. [c.316]

Физиологическое действие. Все органические вещества — это соединения кислорода, поэтому кислород является жизненно важным элементом почти для всех живых организмов (исключение состанляют анаэробные бактерии), О процессах дыхания и ассимиляции см. 14.3. Кислород поступает в кровь через легкие. В крови кислород слабо связывается с гемоглобином (хромофор красных кровяных телец) с образованием оксигемоглобина и в таком виде подводится к клеткам. Под действием ферментов кислород окисляет приносимый также кровью виноградный сахар (глюкозу), превращая его в диоксид углерода и воду освобождаемая при этом энергия используется для протекания различных жизненных процессов (работа мускулов, нагревание тела И Т. д.). [c.362]

Основной нуть катаболизма глюкозы в большинстве клеток состоит из ряда реакций, в результате которых глюкоза нревраш ается в пируват Hg O O ". Этот путь используется в таких различных процессах, как образование АТФ, обеспечиваюгцее энергией сокраш ение скелетных мышц в анаэробных условиях синтез АТФ для удовлетворения постоянной острой потребности в энергии сердечной мышцы, работаюш ей в строго аэробных условиях (при которых происходит полное сгорание глюкозы) многие виды брожения, вызываемого микроорганизмами, — сбраживание глюкозы до этанола, молочной кислоты, глицерина, гликолей и ряда других продуктов, что обеспечивает эти организмы всеми промежуточными продуктами и почти всей энергией, необходимой для их роста. Нетрудно понять, почему именно этот путь был первым полностью описан на уровне взаимодействия гомогенных ферментов, их субстратов и кофакторов. [c.278]

Примером этого может служить спиртовое брожение в дрожжевых клетках, в процессе которого водородные атомы переносятся с фосфоглицеринового альдегида на ацетальдегид с образованием этилового спирта. Этот процесс протекает без участия атмосферного кислорода и поэтому называется анаэробным. Анаэробные процессы окисления имеют место и в организмах высших животных и человека. К ним относится прежде всего гликолиз, обмен глицерина, окислительное дезаминирование некоторых аминокислот и многие другие процессы. Однако решающее значение для жизнедеятельности высших организмов имеют процессы аэробного окисления, в которых водород через целый ряд промежуточных соединеннй передается на молекулярный атмосферный кислород с образованием воды. Окислительные процессы, протекающие с участием атмосферного кислорода, осуществляются до конца, т. е. с максимальным высвобождением энергии окисляющегося субстракта. Это — характерная черта обмена веществ у высших организмов. В реакциях биологического окисления субстрактов отщепляющийся водород соединяется с атмосферным кислородом. Поэтому такие процессы получили название тканевого дыхания. Таким образом, разница между анаэ- [c.192]

Пополнение запаса кислорода в организме и регенерация фосфокреатина происходят быстро об этом свидетельствует круто опускающаяся часть кривой, соответствующая первым минутам восстановления (рис. 9.10). Более медленное восстановление (пологая часть кривой) — это тот период, когда происходит удаление из мьппц молочной кислоты, накопившейся при анаэробном дьгхании. Молочная кислота поступает в кровь и переносится из мышц в печень, где она окисляется с образованием пировиноградной кислоты и восстановленного НАД. Часть этой пировиноградной кислоты направляется на обычный аэробный путь через цикл Кребса и подвергается окислению, в результате чего образуется АТФ. Этот АТФ может затем использоваться для превращения остальной части пировиноградной кислоты (около 75%) снова в глюкозу путем процесса, который представляет собой обращенный гликолиз. В сердечной мыщце при тяжелой нагрузке молочная кислота тоже может превращаться в пировиноградную, окисляясь за счет НАД, и этот процесс служит здесь дополнительным источником энергии. [c.353]

При спиртовом брожении в процессе расщепления одной молекулы глюкозы образуется четыре молекулы АТФ (50 ккал, или 210 кдж). Из них две расходуются на функциональную деятельность и синтез. По расчетам некоторых авторов, при гликолизе и гликогенолизе в богатых энергией фосфорных связях аккумулируется 35—40 /о всей освобождающейся свободной энергни, остальные 60—65% рассеиваются в виде теплоты. Коэффициент полезного действия клеток, органов, работающих в анаэробных условиях, не превышает 0,4 (в аэробных 0,5). Эти расчеты основаны главны.м образом на данных, полученных на мышечных экстрактах и дрожжевом соке. В условиях живого организма мышечные клетки, органы и ткани утилизируют энергию, вероятно, значительно больше. С физиологической точки зрения процесс гликогенолиза и гликолиза имеет исключительно важное значение, особенно когда жизненные процессы осуществляются в условиях недостатка кислорода. Папример, при энергичной работе мышц, особенно в первой фазе деятельности, всегда наблюдается разрыв между доставкой кислорода в мышцы и его потребностью. В этом случае начальные энергетические затраты покрываются в значительной степени за счет гликогенолиза. Аналогичные явления наблюдаются при различных патологических состоя иях (гипоксия мозгз, сердца и т. п.). Кроме того, потенциальная энергия, заключенная в молочной кислоте, в конечном счете не теряется для высокоорганизованного организма. Образующаяся молочная кислота быстро пере.ходит из мышц в кровь и далее доставляется в печень, где снова превращается в гликоген. Анаэробный распад углеводов с образованием молочной кислоты очень распространен в природе он наблюдается не только в мышцах, но и в других тканях животного организма. [c.334]

Как уже указывалось (стр. 544), нити, полученные из актомиозина, помещенные в раствор аденозинтрифосфорной кислоты, с добавлением ионов магния и калия обладают способностью укорачиваться. При этом происходит расщепление аденозинтрифосфорной кислоты. Это явление, установленное впервые В. А. Энгельгардтом, а также и А. Сцент-Дьиордьи, указывает, что распад аденозинтрифосфорной кислоты каким-то образом связан с изменением физико-химического состояния сократительного белка мышц, т. е. что распад аденозинтрифосфорной кислоты является процессом, непосредственно связанным с работой мышц. Аденозинтрифосфорной кислоте, ее синтезу и распаду, принадлежит особенно важная, если не главная, роль в превращении химической энергии в механическую. Распад гликогена с образованием молочной кислоты, как и дефосфорилирование креатинфосфорной и аденозинтрифосфорной кислот не требуют участия кислорода, и это объясняет, почему изолированная из организма мышца способна работать в анаэробных условиях. В утомленной при работе в анаэробных условиях мышце накопляются молочная кислота и продукты распада креатинфосфорной и аденозинтрифосфорной кислот в ней исчерпываются запасы веществ, расщепление которых дает необходимую для работы энергию. При помещении утомленной мышцы в среду, содержащую кислород, она начинает его потреблять. Некоторая часть молочной кислоты, накопившейся в мышце при работе, подвергается окислению с образованием углекислого газа и воды. Освобождающаяся энергия используется для ресинтеза гликогена, креатинфосфорной и аденозинтрифосфорной кислот из продуктов их распада, и мышца снова приобретает способность к работе. [c.553]

Изложенные данные позволяют составить определенное представление о том, насколько широко распространено образование этилового спирта среди разных групп прокариот и насколько различны метаболические пути, ведущие к его синтезу. Из этого следует, что накопление в культуральной среде этилового спирта само по себе не может служить указанием на место процесса, приводящего к его образованию, в эволюции. Этиловый спирт у прокариот может быть одним из конечных продуктов как эволюционно более ранних, (гликолиз), так и более поздних (окислительный пентозофосфатный цикл, путь Энтнера — Дудорова) катаболических процессов. До сих пор среди прокариот не обнаружены организмы, сохранившие черты примитивности энергетического и конструктивного метаболизма, у которых спиртовое брожение служило бы единственным способом получения энергии. Тот факт, что наиболее четко и в самом классическом виде спиртовое брожение проявляется у дрожжей, форм эукариотных, не может, как нам кажется, ставить под сомнение его место в эволюции анаэробных энергетических процессов. [c.193]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология