If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.

Основное содержание

Связи клеточного дыхания с другими путями

Какие ещё молекулы, кроме глюкозы, используются для клеточного дыхания. Использование промежуточных продуктов клеточного дыхания для биосинтеза.

Введение

Мы много говорили о путях расщепления глюкозы. Садясь перекусить, вы, наверное, съедите бутерброд с колбасой, вегетарианский бургер или салат, но вряд ли вы поставите перед собой тарелку чистой глюкозы. Тогда как же другие составляющие нашей пищи — белки, жиры и углеводы (помимо глюкозы) — расщепляются с образованием АТФ?
Оказывается, пути клеточного дыхания, которые мы уже рассмотрели, лежат в основе добывания энергии из всех этих молекул. Аминокислоты, жиры и другие углеводы могут преобразовываться в различные промежуточные продукты гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, благодаря чему они могут включиться в процесс клеточного дыхания с помощью других путей. Как только эти молекулы поступают в работу их происхождение не имеет никакого значения,: они просто так же проходят оставшиеся этапы, приводя к образованию НАДH, ФАДH2 и АТФ.
Упрощённая схема путей клеточного дыхания, где показано, на каком этапе какие виды молекул могут включаться в процесс.
Гликолиз. Сахара, полученный из жиров глицерин и некоторые виды аминокислот могут принимать участие в клеточном дыхании, начиная с гликолиза.
Окисление пирувата. Некоторые виды аминокислот могут включаться в процесс также как пируват.
Цикл трикарбоновых кислот. Жирные кислоты из жиров и некоторые виды аминокислот могут включаться в качестве промежуточных продуктов цикла трикарбоновых аминокислот.
Кроме того, не каждая молекула, которая поступает в процесс клеточного дыхания, дойдёт до конца пути. Различные виды молекул могут включаться в процесс на промежуточных этапах, точно так же промежуточные продукты гликолиза и цикла трикарбоновых кислот могут покидать его для участия в синтезе других молекул. Например, многие промежуточные продукты гликолиза и цикла трикарбоновых кислот используются для синтеза аминокислот1.
В следующем разделе мы рассмотрим несколько примеров того, как различные молекулы, помимо глюкозы, могут участвовать в клеточном дыхании.

Как углеводы включаются в процесс

Большинство углеводов включаются в процесс клеточного дыхания во время гликолиза. В некоторых случаях достаточно расщепить полимер глюкозы на отдельные молекулы. Например, полимер глюкозы гликоген синтезируется и запасается в нашем организме в печени и в клетках мышц. Если уровень сахара в крови упадет, гликоген распадется на фосфатсодержащие молекулы глюкозы, которые могут легко включиться в гликолиз.
Моносахариды, отличные от глюкозы, могут также участвовать в гликолизе. Например, сахароза (столовый сахар) состоит из глюкозы и фруктозы. Фруктоза после расщепления сахара может без проблем включиться в гликолиз присоединение фосфатной группы превращает её во фруктозо-6-фосфат, продукт третьей стадии гликолиза2. Поскольку фруктоза включается в гликолиз практически в самом начале, при ее распаде в процессе клеточного дыхания образуется столько же молекул АТФ, сколько из самой глюкозы.

Как белки включаются в процесс

Когда вы потребляете белки с пищей, ваш организм должен расщепить их до аминокислот, прежде, чем начать использовать их в клеточных процессах. Основная часть аминокислот не окисляется для получения энергии, а используется повторно для синтеза новых белков.
Однако, если в организме аминокислот больше, чем требуется, или клетки испытывают недостаток энергии, некоторые аминокислоты расщепляются в процессе клеточного дыхания для получения энергии. Чтобы включиться в клеточное дыхание аминокислоты должны избавиться от аминогруппы. Побочным продуктом этой реакции является аммиак (NH3), который в организме человека и других млекопитающих преобразуется в мочевину и выводится с мочой.
Избавившись от аминогруппы, различные аминокислоты попадают в пути клеточного дыхания на различных стадиях. Химические свойства каждой аминокислоты определяют, в какое промежуточное соединение ей легче всего превратиться.
На рисунке показано, как аминокислоты аланин, глицин, треонин, цистеин и серин могут быть преобразованы в пируват. Лейцин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан и изолейцин могут быть преобразованы в ацетил-КоА. Аригинин, пролин, гистидин, глутамин и глутамат могут быть преобразованы в α-кетоглутарат. Изолейцин, валин, метионин и треонин могут быть преобразованы в сукцинил-КоА. Тирозин и фенилаланин могут быть преобразованы в фумарат, а аспартат и аспарагин могут быть преобразованы в оксалоацетат.
Оригинал изображения взят из: "Связь метаболических путей углеводов, белков и жиров," от OpenStax College, Biology, CC BY 4,0. Оригинальная работа Mikael Häggström
Например, глутамин, у которого есть карбоксильная группа, преобразуется в α-кетоглутарат — промежуточный продукт цикла трикарбоновых кислот. Это логично, поскольку у обеих молекул схожая структура, включающая две карбоксильные группы, как показано ниже3.
Глутамат (аминокислота) и α-кетоглутарат (промежуточный продукт цикла трикарбоновых кислот) имеют схожие структуры. Единственная разница в том, что у глутамата есть аминогруппа, а у α-кетоглутарата — карбонильная группа.

Как жиры включаются в процесс

Жиры известные как триглицериды могут расщепляться на два компонента, которые способны войти в процесс клеточного дыхания на разных этапах. Триглицериды состоят из 3-углеродной молекулы глицерола, к которой присоединены три остатка жирных кислот. Глицерол может быть преобразован в глицеральдегид-3-фосфат, промежуточный продукт гликолиза, а затем включиться в оставшиеся реакции клеточного дыхания.
Жирные кислоты, в свою очередь, могут расщепляться в процессе бета-окисления, который протекает в матриксе митохондрии. При бета-окислении остатки жирных кислот распадаются на 2-углеродные молекулы, которые соединяются с коферментом А с образованием ацетил-КоА. Затем ацетил-КоА без проблем попадает в цикл трикарбоновых кислот.

Клеточное дыхание — двусторонний процесс

Мы много говорили о том, как молекулы могут включиться в процесс клеточного дыхания, но также важно понимать, как они из него могут выйти. В процессе клеточного дыхания молекулы могут быть извлечены из работы на различных стадиях и использованы для создания других молекул, включая аминокислоты, нуклеотиды, липиды и углеводы.
Например, упомянутый выше ацетил-КоА, синтезирующийся в процессе клеточного дыхания, может быть исключён из цикла трикарбоновых кислот и использован для синтеза холестерина. Холестерин в нашем организме образует основу стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстроген.
В зависимости от потребностей клетки, молекулы используются либо для «сжигания» ради получения энергии, либо для образования других молекул (во втором случае клетка также «решает», какие именно новые молекулы ей нужно синтезировать).

Хотите присоединиться к обсуждению?

Пока нет ни одной записи.
Знаете английский? Нажмите здесь, чтобы увидеть обсуждение, которое происходит на английской версии сайта.