Глюкоза – основной источник энергии для живых клеток. При ее окислении в клетках организма происходит выделение энергии, которая фиксируется в молекулах АТФ (аденозинтрифосфата). АТФ является универсальным «энергетическим валютным» хранилищем в клетках и необходима для всех биологических процессов. Но сколько АТФ образуется при полном окислении глюкозы?
Для полного окисления одной молекулы глюкозы требуется участие множества ферментов и прохождение серии химических реакций. В результате окисления глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Однако, поначалу было определено, что максимальный теоретический выход АТФ при полном окислении глюкозы составляет 36 молекул АТФ.
Почему оказалось, что фактически образуется 38 молекул АТФ? В этом есть научное объяснение – две молекулы АТФ получаются в процессе превращения ADP+Pi (аденозиндифосфата и остатка фосфорной кислоты) в АТФ. Изначально ADP+Pi образовываются при гидролизе двух молекул сложного нуклеотида ГА-ФА, который синтезируется во время цикла Кребса. Таким образом, весь цикл Кребса и электроно-транспортная цепь приводят к синтезу шести молекул АТФ. Итак, 36 АТФ образуются в цикле Кребса и электроно-транспортной цепи, а две молекулы АТФ образуются в процессе реакции гликолиза – суммарно 38 молекул АТФ при полном окислении глюкозы.
АТФ при полном окислении глюкозы
При полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул аденозинтрифосфата (АТФ), основного энергетического носителя в клетках. Энергетический выход включает образование АТФ во время гликолиза, цикла Кребса и окислительно-фосфорилирующей фосфорилирования.
Гликолиз — первый этап окисления глюкозы, происходящий в цитоплазме клетки. В результате гликолиза образуется 2 молекулы пируватного альдегида (пируват), а также 2 молекулы НАДН и 2 молекулы АТФ. Важно отметить, что в гликолизе потребляется 2 молекулы АТФ, поэтому на этапе гликолиза нет чистого образования АТФ.
Далее, пироуват из цитоплазмы переходит в митохондрии, где происходят последующие этапы окисления глюкозы. Пироуват превращается в ацетил-КоА и включается в цикл Кребса. В результате одного оборота цикла Кребса образуется 3 молекулы НАДН, 1 молекула ФАДН2 (флавинадениндинуклеотид), 1 молекула ГТП (гуанозинтрифосфат) и 1 молекула АТФ.
После цикла Кребса происходит окислительно-фосфорилирующая фосфорилирование, синтез АТФ с помощью протонного градиента, образующегося в электронно-транспортной цепи. В электронно-транспортной цепи окисляются НАДН и ФАДН2, образующиеся на предыдущих этапах окисления глюкозы. В результате окислительно-фосфорилирующего фосфорилирования образуется примерно 34 молекулы АТФ.
Итак, суммируя все этапы, при полном окислении глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Таким образом, глюкоза является очень эффективным источником энергии для клеток организма.
| Этап окисления глюкозы | Количество образующихся молекул АТФ |
|---|---|
| Гликолиз | 2 |
| Цикл Кребса | 1 |
| Окислительно-фосфорилирующее фосфорилирование | 34 |
Как рассчитать энергетический выход
Первый этап — гликолиз — происходит в цитоплазме клетки. В результате гликолиза одна молекула глюкозы разлагается на две молекулы пирувата, сопровождаемые образованием двух молекул НАДН и 4 молекул АТФ (аденозинтрифосфата).
Далее, пируват входит в митохондрию, где происходит окисление до ацетил-КоА. В результате этого процесса образуется 2 молекулы НАДН и 2 молекул АТФ.
Ацетил-КоА проходит цикл Кребса, где окисляется до СО2, сопровождаемый образованием 6 молекул НАДН, 2 молекул ФАДНН и 2 молекул АТФ.
Все эти молекулы НАДН и ФАДНН в дальнейшем участвуют в электронном транспортном цепи, где образуется до 34 молекул АТФ.
Таким образом, общее количество АТФ, образующегося при полном окислении глюкозы, составляет 38 молекул АТФ. Однако, на практике, эффективный выход может быть ниже этого значения из-за различных факторов, таких как эффективность электронного транспорта или использование АТФ для других метаболических процессов.
Количество синтезированного АТФ
- Гликолиз: В процессе гликолиза, одна молекула глюкозы разлагается на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК) при образовании 2 молекул АТФ.
- Кребсов цикл: Каждая молекула ПВК, полученная в результате гликолиза, проходит через Кребсов цикл, в результате которого получается 3 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН, которые являются основными носителями электронов и водородных ионов. В ходе реакций окислительного фосфорилирования, каждая молекула НАДН может синтезировать 3 молекулы АТФ, а молекула ФАДН — 2 молекулы АТФ.
- Окислительное фосфорилирование: В результате реакций окислительного фосфорилирования, энергия, выделяющаяся при окислении НАДН и ФАДН, используется для синтеза АТФ. Каждая молекула НАДН синтезирует 2,5 молекулы АТФ, а ФАДН — 1,5 молекулы АТФ.
Таким образом, суммарно в результате полного окисления одной молекулы глюкозы образуется до 38 молекул АТФ.