Все клетки работают на АТФ (аденозинтрифосфат) — "энергетическая валюта" жизни. Клетка производит АТФ из пищи через серию реакций, называемых клеточным дыханием.
Общая схема
- Гликолиз (цитоплазма): глюкоза → 2 пирувата + 2 АТФ + 2 НАДH
- Пируват → ацетил-КоА (в митохондрии)
- Цикл Кребса: ацетил-КоА → 2 CO₂ + НАДH + ФАДH₂ + АТФ
- Окислительное фосфорилирование: НАДH и ФАДH₂ → O₂ → H₂O + много АТФ
Гликолиз детально
- 10 ферментативных шагов
- Глюкоза (6 углеродов) → 2 пирувата (по 3 углерода)
- Энергия вложения (2 АТФ) и получения (4 АТФ) — чистая прибыль: 2 АТФ
- Происходит без кислорода — древний путь, существовал до атмосферного кислорода
- Эритроциты (без митохондрий) живут только на гликолизе
Цикл Кребса
- Ганс Кребс, Нобелевская 1953
- 8 реакций в матриксе митохондрий
- За один оборот: 2 CO₂, 3 НАДH, 1 ФАДH₂, 1 АТФ
- Из одной глюкозы — 2 оборота (по одному на каждый пируват)
Окислительное фосфорилирование
- Дыхательная цепь на внутренней мембране митохондрий
- Электроны от НАДH и ФАДH₂ передаются через комплексы I-IV
- Протоны качаются в межмембранное пространство — градиент
- АТФ-синтаза: протоны возвращаются, крутят "турбину", производят АТФ
- Кислород — конечный акцептор электронов, превращается в воду
Итого
- 1 глюкоза → 30–32 АТФ
- 1 жирная кислота (C16 — пальмитат) → 106 АТФ
- 1 белок (аминокислота) → варьирует, в среднем 15–20 АТФ
Что без кислорода
- Ферментация молочнокислая: пируват → лактат (мышцы под нагрузкой)
- Спиртовая (дрожжи): пируват → этанол + CO₂
- Менее эффективно — только 2 АТФ на глюкозу
Эффективность
- Глюкоза хранит 686 ккал/моль
- 30 АТФ = 30 × 7,3 = 219 ккал
- КПД ~32% (остальное — тепло, которое тоже полезно — поддерживает температуру тела)
Упражнения и метаболизм
- Анаэробные (спринт, силовые): гликолиз → лактат, быстро, но коротко
- Аэробные (бег, плавание): цикл Кребса + окислительное фосфорилирование, долго и выносливо
- Тренировка аэробная увеличивает число митохондрий в мышцах
Патологии
- Диабет: клетки не получают глюкозу, переходят на жиры → кетоз
- Гипоксия: недостаток кислорода останавливает окислительное фосфорилирование
- Отравление цианидом: блокирует комплекс IV, смерть за минуты
- Митохондриальные болезни: мутации в цепи, слабость, миопатии
Эволюционный контекст
Кислородное дыхание стало возможно после Великой кислородной катастрофы (~2,4 млрд лет назад) — фотосинтезирующие бактерии насытили атмосферу кислородом. До этого жизнь была анаэробной и маломощной. С кислородом стало возможным многоклеточное, двигающееся, умное существо — мы.
Обсуждение (0)
Войдите, чтобы задать вопрос
Загрузка комментариев…