Аеробний обмін та мітохондрії
Зміст
Кисень транспортується дихальними шляхами до місця окислення в активних тканинах. При інтенсивних навантаженнях активні клітини скелетного м'яза встановлюють потребу в кисні, оскільки понад 90% енергії витрачається на м'язи. Кисень зв'язується з гемоглобіном в еритроцитах, тоді як субстрати переміщуються в плазму. Постачання кисню має бути безперервним, оскільки в організмі більшості ссавців є лише мінімальний запас кисню, а субстрати зберігаються як у м'язових клітинах, так і в тканинах у великій кількості.
Окисне фосфорилювання в мітохондріях
Аеробний енергетичний обмін відбувається у мітохондріях і призводить до найбільшого виходу енергії. Як випливає із назви, для цього процесу потрібен кисень.Аеробний гліколіз- найбільш ефективний спосіб утворення енергії. В анаеробних умовах тільки 2 моль АТФ синтезується з 1 моль глікогену, тоді як у присутності кисню 38 моль АТФ може синтезуватися з тієї ж кількості глікогену (рис. 3). Чистий вихід АТФ 36 моль, за вирахуванням витрачених 2 моль АТФ (38 молекул у серцевому м'язі, стільки ж у нирках та печінці). У мітохондріях м'язових клітин атоми водню виділяються з відновлених речовин, які утворюються в ході циклу трикарбонових кислот, у процесі, званому окислювальним фосфорилуванням. Спеціальні білкові комплекси, які переносять електрони, передають електрони від атома водню молекулі кисню. Енергія, що вивільняється під час транспорту електронів, зберігається у вигляді АТФ. Електрони по дихальному ланцюгу переносяться в порядку підвищення окислювально-відновного потенціалу - від електронегативнішої речовини до електропозитивного кисню.
У клітинах за високогопарціальному тиску кисню потреба енергії визначає рівень мітохондріального дихання, а постачання субстратами визначає енергетичний рівень клітини, при якому досягається цей рівень мітохондріального дихання. Запас АТФ та КФ мало порівняний з кількістю енергії, яка потрібна для активної м'язової роботи. Через малий запас макроергічних фосфатів АТФ може витрачатися більше чи менше, ніж синтезуватися, лише невеликі проміжки часу. Таким чином, синтез АТФ має відбуватися, коли зазвичай клітинні процеси гідролізують АТФ. Тому мітохондріальне окисне фосфорилювання тісно пов'язане з декількома обмінними шляхами і швидко відповідає змінам у клітинних потребах в АТФ. Однак зв'язок дихального ланцюга з іншими обмінними процесами не настільки високий. Було підраховано, що близько 1
3% кисню, що надійшов у дихальний ланцюг у стані спокою, виходить із нього у вигляді пероксиду. Освіта високореакційноздатних частинок кисню може мати певний вплив як у стані спокою, так і при фізичних навантаженнях.
Цикл трикарбонових кислот
Мітохондрії в скелетних м'язах споживають найбільшу кількість кисню і є основним джерелом енергії в обмінному процесі для підтримки нормальної роботи. Цикл лимонної кислоти (також званий циклом Кребса або циклом трикарбонових кислот) - це ряд реакцій у мітохондріях, які призводять до розпаду ацетил-КоА, вивільняючи відновлювальні еквіваленти, які використовуються в окислювальному фосфорилуванні для утворення АТФ з АДФ. Цикл трикарбонових кислот грає основну роль аеробних обмінних процесах. Він є заключним шляхом метаболізму глюкози (гліколіз), жирів (бета-окислення жирних кислот) та білків. Як у стані спокою,так і при фізичних навантаженнях бета-окислення жирних кислот і гліколіз надають більше 95% ацетил-КоА, що вступає до циклу трикарбонових кислот.
У циклі лимонної кислоти ацетил-КоА з'єднується з оксалоацетатом, утворюючи сіль лимонної кислоти. У наступних реакціях оксалоацетат знову регенерується. В результаті виділяється 3 НАД Н, 1 ФАД Н2, 1 ГТФ та 2 С02. Далі відновними еквівалентами піддаються окислювальному фосфорілювання. 3 НАД Н та 1 ФАД Н2 дають в результаті 12 АТФ.