Образование атф происходит в процессе анаболизма. Полное руководство по мышечному анаболизму и катаболизму

Приветствую всех любителей здорового образа жизни и спорта!

Сегодня вновь поговорим о сложной, но очень интересной теме-процессы метаболизма. В предыдущей статье мы познакомились с самим . А что же включает в себя процесс обмена веществ или метаболизм. Метаболический процесс включает в себя катаболизм и анаболизм.

Один процесс называется разрушительным –это катаболизм, от греч. καταβολή, «сбрасывание, разрушение». В организме при поступлении пищи происходит процесс расщепления сложных веществ на более простые. В ходе этого процесса происходит распад(диссимиляция) в том числе и устарелых тканевых и клеточных элементов, после чего они с водой удаляется из организма. Существуют 3 этапа катаболизма:

I этап подготовительный (белки расщепляются на аминокислоты; жиры на глицерин и жирные кислоты; крахмал на глюкозу).
II этап называется гликолиз или бескислородный. В нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза. 60% энергии рассеивается в виде тепла, а 40% — используется для синтеза. Кислород при этом не участвует.
III этап клеточное дыхание кислородный. В нём участвуют ферменты, кислород. Расщеплению подвергается молочная кислота. СО2 выделяется из митохондрий в окружающую среду.

Например — употребили котлету и молоко, белки, содержащие в них по структуре разные и заменить друг друга не могут, поэтому с помощью специальных ферментов разбирают белок из молока и котлеты на аминокислоты, которые затем уже идут в дело. Кроме этого в процессе катаболизма происходит сжигание жира, который так ненавистен толстым людям. Параллельно высвобождается энергия, измеряемая в калориях. Катаболический процесс в силовом спорте рассматривается отрицательно. Катаболизм необходим для экстренного восполнения организмом необходимых ему веществ. Применительно к бодибилдингу, катаболические процессы приводят к разрушению мышц, то есть происходит расщепление белковой (мышечной) ткани до уровня усваиваемых аминокислот. Получается организм поедает самого себя.

Другой процесс созидательный – это анаболизм от греч. ἀναβολή, «подъём» или пластический обмен - совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон метаболизма в организме, направленных на образование клеток и тканей. К примеру, синтез белка в организме, т.е. формирование белка из простейших аминокислот. В результате пластического обмена из питательных веществ, поступающих в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества. В отличи от катаболизма этот процесс является лучшим соратникам для бодибилдеров, так как происходит построение новых мышечных тканей, в том числе из жировых отложений отсюда рост мышц. Для активного набора мышечной ткани необходимо повысить уровень анаболизма, с помощью тестостерона и инсулина, и при этом снизить уровень катаболизма, снизить уровень кортизола, адреналина и гликогена.

На скорость метаболических реакций в организме влияют ряд факторов :

Пол — у мужчин скорость метаболических процессов на 20% выше, чем у женщины
Возраст- процесс обмена веществ каждые 10 лет снижается на 3% от уровня 25-30 лет
Масса тела- если жир по своей массе превышает суммарную массу внутренних органов, костей и конечно мышц, то скорость катаболического процесса ниже.
Физические нагрузки- регулярные занятия спортом повышают скорость метаболизма, первые 2-3 часа после тренировки на 20-30%, далее не более чем на 2-7%.
Наследственность-вы можете наследовать скорость метаболизма от предыдущих поколений.
Дисфункции щитовидной железы- это гипотиреоз (низкий уровень гормонов щитовидной железы) и гипертиреоз (повышенная гормональная активность щитовидной железы). Эти состояния могут замедлить или ускорить обмен веществ, но только у 3 % населения есть гипотиреоз и у 0,3 % – гипертиреоз.

Какие могут быть причины замедляющий метаболизм и не способствующий похудению или набору массы.

Сокращение количества калорий . Если вы решили похудеть и сокращаете калории, то имейте в виду, что недостаточное питание способно навредить обмену веществ. Организм пытается сохранить запасы и сдерживает метаболизм. Поэтому если в организме будет недостаточно калорий, то организм будет брать их из мышечной ткани в качестве энергии. Поэтому питайтесь чаще, но небольшими порциями.
Отсутствие клетчатки . Отсутствие или небольшое количество в рационе питания таких замечательных продуктов, как цельно-зерновой хлеб, спагетти из твердых сортов пшеницы и овощей, негативно влияет на качество метаболизма. Ежедневное потребление клетчатки (около 100 г) способно уменьшить вес на 5-7% за определенное время в зависимости от массы человека.
Отсутствие белков . Белок как нам известно являются строительным материалом для мышц. При активном потреблении белков можно сжечь жир и это знают не многие. Действительно, если ваш рацион будет достаточно укомплектован белками (мясо, рыба, птица, орехи, грибы, молочные продукты), то вполне реально избавиться от 20-25% калорий, т.к. белки активизируют метаболизм.
Отсутствие кофеина . Для поддержания метаболизма на определенном уровне необходимо время от времени потреблять продукты, содержащие кофеин (если нет противопоказаний). Это не обязательно кофе. Зеленый чай также является отличным источником кофеина. Например, зеленый чай способен улучшить метаболизм на 15%. Чай за счет своих свойств как бы дает толчок организму на сжигание калорий.
Отсутствие кальция . Систематически потребляйте продукты, содержащие кальций (сыр, творог, молоко). Кстати, кальций очень важен для женщин.
Температура воды . Очень интересный факт - холодная вода ускоряет метаболизм. Это происходит из-за того, что организм тратит энергию для нагрева воды. Воду, в принципе, нужно пить в достатке (2 - 2,5 литров в сутки), а вода в прохладном виде улучшает обменные процессы.
Отсутствие витамина D . Витамин D принимает непосредственное участие в метаболизме. Как много вы знаете людей (особенно пожилого возраста), которые поддерживают на должном уровне потребление жирной рыбы (форель, лосось, скумбрия), отрубей, яиц? Ведь именно эти продукты - наилучшие природные источники витамина D.
Отсутствие железа. Железо имеет первостепенное значение для сжигания жира. Прежде всего, это железо связано с доставкой кислорода в мышцы, в которых и сжигается часть жира. Либо специальные добавки с железом, либо природные источники (морепродукты, мясо, овсянка, зелень) помогут вам восполнить затраты железа, а значит и улучшить обмен веществ.
Отсутствие в рационе омега-3 и омега-6 жирных кислот , употребляя в пищу не менее 2–3 порций рыбы в неделю. Если вы не любите рыбу, получите вышеназванные кислоты из биологически активных добавок. Самое простое решение – это принимать рыбий жир.
Наличие алкоголя . А вы знали, что при наличии алкоголя в крови организм будет в первую очередь сжигать именно его, а уж потом остальные калории. Снизив потребление алкоголя, вы поможете организму сжигать именно те калории, которые вам не нужны. В любом случае, снижение доз алкоголя вам пойдет только на пользу.
Недостаточно времени уделяете на сон . У недосыпания много побочных эффектов, и клевать носом в транспорте по дороге на работу лишь один из них. Исследователи обнаружили прямую связь между метаболизмом и сном; доказано, что недосыпание серьезно замедляет метаболизм.
Не завтракайте по утрам . Если с утра ваш организм не получил заряда энергии, то на обед и ужин вы захотите чего-то высококалорийного. Если утром вы не хотите есть, перекусите чем-нибудь легким вроде йогурта.
В процессе приготовления пищи не используйте специи . В следующий раз, когда будете готовить курицу или мясо, добавьте щепотку кайенского перца. Своей жгучестью он обязан капсаицину, который не только добавляет в блюдо остроты, но и помогает ускорить обмен веществ. К такому выводу пришли Х. С. Райнбах, А. Смитс, Т. Мартинуссен из университета Копенгагена в своем исследовании «Воздействие капсаицина, зеленого чая и сладкого перца на аппетит и энергозатраты у людей с отрицательным и положительным энергетическим балансом».
Ведете малоактивный образ жизни . Повысьте активность. Чем меньше вы двигаетесь, тем медленнее ваш метаболизм. Выполняйте короткие интенсивные упражнения, которые могут ускорить обмен веществ и заставить организм сжигать калории даже после того, как упражнение закончено. Например, сядьте на велосипед, как показывают исследования 45 минут езды на двухколесном друге ускоряет метаболизм последующие 12 часов и более.
Мало улыбаетесь, да, да!!! Пусть вам это не кажется псевдонаучным: ученые подтвердили, что хотя бы 10 минут смеха в день помогут сжечь калории.

Придерживаясь этих простых правил можно добиться отличных результатов любому человеку, была бы только цель и желание. В последующим поговорим о мужском и

В живом организме постоянного происходят различные процессы для обеспечения его жизнедеятельности. Одним из них является обмен веществ (метаболизм), который преобразует потребляемую пищу в энергию. Именно о метаболизме пойдёт речь в данной статье. Мы рассмотрим сущность обменных процессов, уточним их этапы и ответим на вопрос - что такое катаболизм и анаболизм.

Сущность метаболизма и его роль для живых организмов

Для того чтобы живые организмы могли расти, восстанавливаться и размножаться, природа наделила их крайне важной способностью преобразовывать калории из поступающих извне продуктов питания в ценную и нужную для жизни энергию. Совокупность этих биохимических процессов называется обменом веществ или метаболизмом.

Метаболизм каждой особи может быть выражен количественным коэффициентом, который определяет скорость преобразования организмом пищи в полезную энергию. Установлено, что на активность обменных процессов влияет ряд факторов:

Пол. У мужчин коэффициент метаболизма на 10-20% больше, чем у женщин.
Возраст. В целом, метаболизм (анаболизм, катаболизм) быстрее протекает в первые 25-30 лет жизни, после наблюдается снижение скорости обмена веществ на 3% каждое десятилетие.
Излишний вес приводит к быстрому освоению питательных веществ, которые откладываются в виде жира в мышечных тканях и печени.
Физические нагрузки ускоряют метаболизм в следующей прогрессии - на 20% в течение первых 2-3 часов, а в последующие сутки - на 5%.

Метаболистические процессы в живых организмах протекает неизбежно в двух противоположных формах: диссимиляции (катаболизм) и ассимиляции (анаболизм). Далее мы рассмотрим эти процессы подробнее.

Подробнее о том, что такое катаболизм

Катаболизм - это процесс, в ходе которого сложные вещества, в виде совокупности клеток, тканей, органов и прочего, расщепляются на более простые. Процессы катаболизма обязательно сопровождаются образованием и обогащением клеток энергий в виде АТФ, которая впоследствии может быть израсходована на синтез и другие процессы жизнедеятельности, например, движение.

На катаболизм, а точнее на скорость расщепления сложных веществ, влияют следующие гормоны:

кортизол - вырабатываются в организме вследствие стрессовых ситуаций;
адреналин, концентрация которого может быть увеличена при голоданиях, а также тогда когда человек испытывает сильные эмоции;
глюкагон - гормон сжигания жира, активно вырабатывающийся при ограничении количества поступления углеводов из продуктов питания (в диетологии это возможно благодаря диетам с преобладающим потреблением белковой пищи).

Этапы катаболизма

Диссимиляция сложных соединений проходит несколько последовательных этапов, среди которых:

Расщепление органических молекул жиров, белков и сложных углеводов в мономеры (например, жирные кислоты, аминокислоты, моносахариды). Процесс происходит вне клетки - в пищеварительном тракте.
Попадание мономеров с помощью циркуляции крови и лимфы в тканевые клетки, где процесс расщепления продолжается до образования более мелких структур, таких как ацетильная группа коферментов.
Окисление под воздействием кислорода в процессе дыхания низкомолекулярных соединений, в результате чего образуется углекислый газ и вода, а также накапливается клеточная энергия АТФ.

Как происходит анаболизм

После того как мы рассмотрели, что такое катаболизм, будет уместно дать понятие и его противоположной форме - анаболизму. Итак, если катаболизм является процессом расщепления полимеров, то анаболизм - это не что иное как синтез простых веществ в сложные соединения, из которых строятся новые клетки и ткани организма.

Анаболизм обеспечивает рост, развитие и регенерацию всех типов тканей организма.

Ассимиляционный метаболизм также проходит в три этапа:

Вначале низкомолекулярные соединения образуют молекулы-предшественники.
В следующем этапе эти молекулы преобразовываются в активные формы, при этом затрачивается накопленная при катаболизме клеточная энергия.
Завершающий этап включает процесс образования строительного материала организма - полимеров, в виде белков, углеводов и жиров.

Взаимосвязь катаболизма и анаболизма

Катаболизм и анаболизм - тесно взаимосвязанные процессы. Первый обеспечивает распад органических соединений до простых веществ и накопление энергии, которое нужно для ассимиляционного обмена. Второй снабжает катаболистические процессы необходимыми ферментами.

Эти две формы обмена непрерывно протекают в живых организмах и могут находиться в двух вариантах взаимодействия:

в состоянии равновесия;
в преобладании одного вида над другим.

Сохранение или нарушение равновесия метаболистических процессов зависит от возраста и от психо-эмоционального состояния организма. Так, например, у детей, особенно в первый год жизни, наблюдается преобладание анаболизма над катаболизмом, а у пожилых людей - наоборот.

Состояние стресса и физические нагрузки также приводят к смещению равновесия обменных процессов в сторону диссимиляции. Ведь что такое катаболизм? В практическом понимании, это снижение веса и сжигание калорий.

Катаболизм — страшный сон культуриста. Катаболизм — распад мышечной ткани. Катаболизм — это то, что активно пытаются подавить спортсмены-представители силовых видов спорта. Но так ли страшен катаболизм, как его себе представляет обыватель? Попробуем разобраться.

Катаболизм, с точки зрения физиологии — распад тканей тела. Распад происходит с высвобождением в кровь мономеров, таких как глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерин. Все эти продукты используются самим же телом, в случае недостаточного потребления пищевых веществ. Причем, совсем не обязательно элементарно есть мало — при привычном рационе питания , стрессовая ситуация ускоряет специфические и общие пути катаболизма. Причем, катаболизм, как процесс, вовсе не избирателен — «сгорают» все доступные источники энегргии — мышцы, жир, гликоген печени и мышц.

Никаких «фаз» или «стадий» у катаболических процессов нет. Есть этапы течения катаболизма:

Сразу же оговоримся, что привести надпочечники к состоянию истощения — задача нетривиальная, для этого нужно либо длительное время жестоко голодать , ограничивая себя в белках и жирах, либо получить травму, плохо совместимую с жизнью.

Какие ситуации провоцируют активный катаболизм?

Триггерными, то есть пусковыми, для запуска катаболических процессов ситуациями являются стрессовые ситуации. Любые стрессовые ситуации. Для того, чтобы внести ясность, сразу же оговоримся — любое сильное эмоциональное переживание, любая серьёзная нагрузка является для нашего тела стрессом. Не важно какова эмоциональная окраска происшествия — процессы катаболизма будут происходить одинаково.

Чтобы сразу четко определиться, какие гормоны являются катаболическими, перечислим их ниже:

адреналин;
норадреналин;
кортизол;
гормоны щитовидной железы- тироксин (Т4), трийодтиронин (Т3).

Казалось бы, катаболизм — однозначное зло — ведь в ходе катаболических процессов мы теряем мышечную ткань. И это действительно так. Однако, вместе с мышечной тканью мы теряем и жировую массу. Задача любого спортсмена, не важно любителя или профессионала , сделать так, чтобы катаболизм мышц был выражен минимально, а катаболизм жировой ткани- по-максимуму. Как это сделать? Читаем ниже.

Как можно замедлить катаболизм мышечной ткани?

Давайте подробнее разбираться, что происходит в процессе катаболизма, чтобы понять, как его замедлить . Для того, чтобы мышечная ткань подвергалась меньшему процессу катаболизма, ее нужно рекрутировать. Проще говоря, использовать. Что мы и делаем, в процессе тренировок в зале. Однако, есть щепетильный момент- как именно нужно тренироваться ? Есть традиционное представление, что в процессе похудения нам нужно много, так называемых, кардионагрузок- бег , скакалка , велотренажер- наше все. Силовые же нагрузки, вроде как, нужно выполнять с малым весом и с большим количеством повторений.

В процессе избавления от жировых излишков, нам необходим дефицит энергии. Но он не должен быть избыточным- 10-15%, больше не нужно. Единственное за чем нужно следить, так это за тем, что 10-15% недостатка калорийности рациона на первой неделе «сушки», превращаются в 5-7% уже к третьей неделе- вместе с весом меняется и потребность в питательных веществах.

На фоне недостатка питательных веществ, запускаются катаболические процессы. Если мы ничего не будем делать, то в первую очередь, мы лишимся мышц — как метаболически-активная ткань, они являются главными потребителями калорий. Именно поэтому наше тело от них избавится в первую очередь. Но только в том случае, если будет знать, что мышцы нам не нужны.

Понять, что мышцы телу нужны помогают тренировки. Но мы помним, что каждая тренировка — это стресс. Соответственно, наша задача сделать тренировки частыми, в недельном цикле, и относительно короткими по продолжительности- не более 40-45 минут каждая. И в этот промежуток времени мы должны тренироваться интенсивно- а это значит с приличными рабочими весами- такими, с которыми вы можете сделать не более 12 повторений в первом подходе упражнения.

Помимо этого, не следует выполнять линейно большой объем нагрузки на мышцу- выберите 2, а лучше 3 мышечные группы и выполняйте «в круге» по одному подходу на каждую. Грудь- спина- дельты- отдых- грудь спина- дельты- отдых- и так далее. Чего мы добиваемся таким образом?

Снижаем катаболический эффект тренировки.
Максимально рекрутируем мышцы, за счет сохранения рабочих весов, мы не даем уйти объёмам.
Работаем над локальным жиросжиганием- кровь, насыщенная катаболическими гормонами, активно перемещается по телу, сжигая жир там, где нам это необходимо. И да, локальное жиросжигание возможно, но, что называется, ощутить на себе его эффект, возможно только в том случае, когда ваш подкожно-жировой слой не более 17%и процентов.

От низкоинтенисвного кардио после силовой тренировки тоже лучше отказаться- через чур велик катаболический отклик на такую манипуляцию Кардио должно выполняться отдельно, желательно- в отдельный день.

Как питаться, чтобы замедлить катаболизм?

Подходя к этому разделу, определимся, что нам нужно замедлить катаболизм мышечной ткани. Для того, чтобы этого добиться. необходимо достаточно часто употреблять белок, с небольшим количеством жиров и клетчатки. Количество углеводов в рационе лучше урезать до 1-2 грамм на килограмм веса. Время, когда можно и нужно принять углеводы, что называется, не стесняясь- это время тренировки, прямо между подходами, и сразу же после тренировки- опять таки, для минимизации катаболизм мышечной ткани.

Проще говоря, для того, чтобы наше тело не тянуло аминокислоты из наших мышц, необходимо постоянно поддерживать пул последних в крови. А сделать это можно только путем постоянного поглощения небольших порций белковой пищи. Или аминокислотных добавок спортивного питания- большой разницы для конечного результата не будет. Подходите разумно к своим тренировкам, слушайте свой организм! Будьте здоровы!

Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получает в результате процессов окисления органических веществ, т.е. в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли «топлива», является глюкоза.

Группы организмов по отношению к свободному кислороду

Организмы делятся на три группы:

аэробы (облигатные аэробы) — организмы, способные жить только в кислородной среде (животные, растения, некоторые бактерии и грибы);
анаэробы (облигатные анаэробы) — организмы, неспособные жить в кислородной среде (некоторые бактерии);
факультативные формы (факультативные анаэробы) — организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него (некоторые бактерии и грибы).

У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный; бескислородный; кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.

Этапы катаболизма

Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединений на более простые:

белки расщепляются до аминокислот;
жиры — до глицерина и жирных кислот;
полисахариды — до моносахаридов;
нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов.

У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте, у одноклеточных — в лизосомах под действием гидролитических ферментов. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты. Образовавшиеся органические соединения либо подвергаются дальнейшему окислению, либо используются клеткой для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап — неполное окисление (бескислородный) — заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, осуществляется в цитоплазме клетки без участия кислорода.

Главный источник энергии в клетке — глюкоза. Бескислородное, неполное окисление глюкозы называют гликолизом . В результате гликолиза одной молекулы глюкозы образуется по две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК, пируват) CH 3 COCOOH, АТФ и воды, а также атомы водорода, которые связываются молекулой-переносчиком НАД + и запасаются в виде НАД H.

Суммарная формула гликолиза имеет следующий вид:

C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2АДФ + 2НАД + → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2АТФ + 2НАД H

CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 COH + 2НАД H → C 2 H 5 OH + 2НАД + ,

либо в молочную кислоту (молочнокислое брожение наблюдается в клетках животных при недостатке кислорода)

CH 3 COCOOH + 2НАД H → C 3 H 6 O 3 + 2НАД +

При наличии в среде кислорода продукты гликолиза претерпевают дальнейшее расщепление до конечных продуктов.

Третий этап — полное окисление (дыхание) — заключается в окислении ПВК до углекислого газа и воды, осуществляется в митохондриях при обязательном участии кислорода. Этот этап состоит из трех стадий:

образования ацетилкоэнзима A;
окисления ацетилкоэнзима A в цикле Кребса;
окислительного фосфорилирования в электронотранспортной цепи.

На первой стадии ПВК переносится из цитоплазмы в митохондрии, где взаимодействует с ферментами матрикса и образует: диоксид углерода, который выводится из клетки; атомы водорода, которые молекулами-переносчиками доставляются к внутренней мембране митохондрии; ацетилкофермент A (ацетил-KoА).

На второй стадии происходит окисление ацетилкоэнзима A в цикле Кребса. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) — это цепь последовательных реакций, в ходе которых из одной молекулы ацетил-KoA образуются: две молекулы диоксид углерода; молекула АТФ; четыре пары атомов водорода, передаваемые на молекулы-переносчики — НАД и ФАД.

Таким образом, в результате гликолиза и цикла Кребса молекула глюкозы расщепляется до CO 2 , а высвободившаяся при этом энергия расходуется на синтез четырех АТФ и накапливается в десяти НАД H и четырех ФАД H 2 .

На третьей стадии атомы водорода с НАД H и ФАД H 2 окисляются молекулярным кислородом O 2 с образованием воды. Один НАД H способен образовывать три АТФ, а один ФАД H 2 — две АТФ. Таким образом, выделяющаяся при этом энергия запасается в виде еще 34АТФ.

Этот процесс протекает следующим образом. Атомы водорода концентрируются около наружной стороны внутренней мембраны митохондрии. Они теряют электроны, которые по цепи молекул-переносчиков (цитохромов ) электронотранспортной цепи (ЭТЦ) переносятся на внутреннюю сторону внутренней мембраны, где соединяются с молекулами кислорода:

O 2 + e — → O 2 —

В результате деятельности ферментов цепи переноса электронов внутренняя мембрана митохондрий изнутри заряжается отрицательно (за счет O 2 —), а снаружи — положительно (за счет H +). Таким образом между ее поверхностями создается разность потенциалов. Во внутреннюю мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ-синтетазы, обладающие ионным каналом. Когда разность потенциалов на мембране достигает критического уровня, положительно заряженные частицы H + силой электрического поля начинают проталкиваться через канал АТФазы и, оказавшись на внутренней поверхности мембраны, взаимодействуют с кислородом, образуя воду:

½O 2 — + 2H + → H 2 O

Энергия ионов водорода H + , транспортирующихся через ионный канал внутренней мембраны митохондрии, используется для фосфорилирования АДФ в АТФ:

АДФ + Ф → АТФ

Такое образование АТФ в митохондриях при участии кислорода называют окислительным фосфорилированием .

Суммарное уравнение расщепления глюкозы в процессе клеточного дыхания:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + З8H 3 PO 4 + 38АДФ → 6CO 2 + 44H 2 O + 38АТФ

Таким образом, в ходе гликолиза образуются две молекулы АТФ, в ходе клеточного дыхания — еще 36АТФ, в целом при полном окислении глюкозы — 38АТФ.

Метаболизм представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм .

Он выполняет три специализированные функции:

Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

Анаболизм

Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ .

Цикл НАДФ-НАДФН

Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода – их источником является НАДФН . Молекулы НАДФН образуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата в пентозосфатном пути или декарбоксилирования яблочной кислоты малик-ферментом. В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФН - цикл.

Катаболизм

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ. Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла. Меньшая часть этой энергии "перехватывается" коферментами окислительных реакций НАД и ФАД , некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ .

Атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, в основном используются клеткой по двум направлениям:

на анаболические реакции в составе НАДФН (например, синтез жирных кислот и холестерина),
на образование АТФ в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН 2 .

Необходимо заметить, что молекулы НАДФН могут идти не только на реакции анаболизма. Например, они активно привлекаются к реакциям антиоксидантной защиты для нейтрализации свободных радикалов, а в фагоцитирующих клетках, наоборот, требуются для синтеза супероксид анион-радикала , используются для нейтрализации аммиака в реакции синтеза глутамата в реакции восстановительного аминирования и в ряде других процессов.

Весь катаболизм условно подразделяется на три этапа, включающие реакции общих и специфических путей.

Первый этап

Происходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах (самообновление клеток) при расщеплении уже ненужных или лишних молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

Второй этап

Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, на втором этапе обычно превращаются

в пировиноградную кислоту (моносахариды в гликолизе),
в ацетил-SKoA, в пируват и другие кетокислоты (в катаболизме аминокислот),
в ацетил-SКоА (при β-окислении жирных кислот).

Локализация второго этапа – цитозоль и митохондрии . На этом этапе выделяется около 30% энергии, заключенной в молекуле, и при этом запасается около 13% от всей энергии вещества (или примерно 43% от выделенной на этом этапе энергии).

Схема общих и специфичных путей катаболизма
(более подробная схема представлена )

Под специфичными путями катаболизма понимают реакции, осуществляемые специфичными ферментами в специфичных, для разных классов веществ, реакциях 1 и 2 этапов . После того, как эти процессы закончатся, образуются пируват и ацетил-SКоА (в основном) и начинаются общие пути превращений . Подразумевается, что независимо от источника происхождения пирувата и ацетил-SKoA (из аминокислот, жирных кислот или моносахаридов) они попадают в общий путь катаболизма – 3 этап биологического окисления.

Третий этап

Все реакции этого этапа идут в митохондриях . Ацетил-SКоА (и кетокислоты) включается в реакции цикла трикарбоновых кислот , где углероды веществ окисляются до углекислого газа. Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД, восстанавливают их и после этого НАДН и ФАДН 2 переносят водород в цепь ферментов дыхательной цепи , расположенную на внутренней мембране митохондрий . Сюда же отдают свои атомы водорода молекулы НАДН и ФАДН 2 , образованные на втором этапе (гликолиз, окисление жирных кислот и аминокислот). В третьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количества усваивается почти две трети (66%), что составляет около 46% от общей. Таким образом, из 100% энергии окисляемой молекулы клетка запасает больше половины – 59%.

Соотношение выделенной и запасенной энергии
при биологическом окислении

На внутренней мембране митохондрий в результате процесса под названием "окислительное фосфорилирование " образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ .

Роль АТФ

Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма , запасается в виде связей, называемых макроэргическими . Основной и универсальной молекулой, которая запасает энергию и при необходимости отдает ее, является АТФ .

Все молекулы АТФ в клетке непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.

Существует три основных способа использования АТФ: