Биология для тех, кто хочет понять и простить самку богомола

Подготовительный этап энергетически нерезультативен для организма. Вся энергия, высвобождающаяся при расщеплении сложных органических веществ до простых, не усваивается организмом, а рассеивается в виде тепла. К сожалению. Значение подготовительного этапа заключается в подготовке материала для получения энергии – небольших органических молекул, а не в получении энергии как таковой.

Следующий этап – этап бескислородного окисления, также называют этапом гликолиза (расщепления глюкозы), поскольку главным источником энергии в клетке является глюкоза.

Гликолиз – это сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять последовательных реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, которая в результате ряда ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н₂:[55]

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ → 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + 2НАД·Н₂

Структурная формула пировиноградной кислоты (С₃Н₄О₃)

Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты зависят от присутствия в клетке кислорода. Если кислорода нет, то у дрожжей[56] и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала образуется уксусный альдегид (СН₃СОН), а затем – этиловый спирт (С₂Н₅ОН):

С₃Н₄О₃ → СО₂ + СН₃СОН,

СН₃СОН + НАД·Н₂ → С₂Н₅ОН + НАД⁺

У животных и некоторых бактерий при недостатке кислорода происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

С₃Н₄О₃ + НАД·Н₂ → С₃Н₆О₃ + НАД⁺

Структурная формула молочной кислоты (С₃Н₆О₃ )

В результате гликолиза одной молекулы глюкозы высвобождается 200 кДж, из которых 120 кДж рассеивается в виде тепла, а 80 кДж запасается в связях АТФ. Надо отметить, что живые организмы относятся к энергии с ужасающей расточительностью. Мало того, что отдают в пространство ту энергию, которая выделяется при переваривании пищи, так еще и 3/5 энергии, извлекаемой из молекул глюкозы, теряют. Ужас!

Третий этап энергетического обмена – это кислородное окисление или дыхание (имеется в виду клеточное дыхание). Суть его заключается в полном расщеплении пировиноградной кислоты, которое происходит в митохондриях в присутствии кислорода. Пировиноградная кислота распадается до водорода и углекислого газа. Выделившаяся при этом энергия используется для синтеза АТФ. В общем виде этот процесс выглядит так:

С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О → 6СО₂ + 4АТФ + 12Н₂

Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ.

Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ + Q_т (тепловая энергия)

Одна молекула глюкозы заряжает 38 «батареек», то есть восстанавливает 38 молекул АТФ. Неплохо, но в идеале их могло бы быть 95 (если бы усваивалась вся извлекаемая из молекулы глюкозы энергия).

Молекула АТФ

Зачем вообще нужна АТФ?

Почему бы природе не устроить так, чтобы живые организмы напрямую использовали содержащуюся в глюкозе энергию? Выше уже говорилось о том, что молекулы АТФ нужны для транспортировки энергии от места высвобождения и связывания к месту использования. Но почему бы не доставлять к месту использования непосредственно молекулы глюкозы? Они же мельче, чем молекулы АТФ.

Дело в том, что, с точки зрения клеточных реакций, при окислении молекулы глюкозы выделяется очень много энергии, гораздо больше, чем нужно для питания одного клеточного процесса. Молекулу глюкозы образно можно сравнить с оптовым складом энергии, а АТФ – с розничной фасовкой товара.

Обмен жиров (липидов), углеводов и белков можно охарактеризовать одной фразой: «съеденные полимеры расщепляются на мономеры, из которых организм вырабатывает нужные ему полимеры».

Все знают, что запасы энергии животные организмы откладывают в виде жиров.[57] И это совершенно правильно, ведь жиры – это наиболее энергоемкая группа органических веществ. Однако в организме животных наряду с жирами существует и другая форма энергетического запаса – углеводная. Это гликоген, похожий на крахмал углеводный полимер, состоящий из множества молекул глюкозы. Он представляет собой форму запаса глюкозы у животных.

Вот зачем нам нужен гликоген? Неужели мы не можем обойтись без его запасов в клетках печени и скелетных мышц, а также и в других клетках? У нас же есть жировой запас, более энергоемкий, чем углеводный…