Биологическое окисление, или клеточное дыхание

Обмен веществ, или метаболизм, — совокупность химических реакций, происходящих в живых организмах для поддержания жизни. Метаболизм делится на два взаимосвязанных процесса:

• Ассимиляция, или анаболизм — синтез сложных органических веществ из более простых молекул с затратой энергии. Этот процесс обеспечивает рост, развитие и обновление клеток.

• Диссимиляция, или катаболизм — распад сложных органических веществ на более простые с высвобождением энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.

Ассимиляция представляет собой процессы биосинтеза, при которых происходит образование высокомолекулярных соединений, необходимых для роста, развития и обновления клетки. Примерами являются:

• Синтез белков из аминокислот.
• Образование липидов из глицерина и жирных кислот.
• Синтез углеводов из простых сахаров.

Эти процессы требуют затраты энергии, которая поступает в виде АТФ.

Диссимиляция — процесс распада сложных органических веществ на более простые с выделением энергии. Энергия, освобождаемая при диссимиляции, используется для синтеза АТФ и поддержания жизненных функций клетки.

Процесс диссимиляции включает в себя три основных этапа: подготовительный, бескислородный (гликолиз) и кислородный (биологическое окисление, клеточное дыхание).

Кислородный этап (аэробное окисление) — в митохондриях пируват окисляется до окончательных продуктов — углекислого газа и воды с участием кислорода. Образуется значительное количество энергии — до 36 молекул АТФ (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования):

  ${\displaystyle \mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}+6\,O_{2}\rightarrow 6\,CO_{2}+6\,H_{2}O+36\,ATP} }$

Эволюционно кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Окислительное фосфорилирование:

• Происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов и ферментные комплексы АТФ-синтазы.
• Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

${\displaystyle {\text{C}}_{6}{\text{H}}_{12}{\text{O}}_{6}+6{\text{O}}_{2}\rightarrow 6{\text{CO}}_{2}+6{\text{H}}_{2}{\text{O}}+36{\text{АТФ}}}$

Биологическое окисление, или клеточное дыхание представляет собой третий этап энергетического обмена в многоклеточном и одноклеточном организме.