Подготовительный
В цитоплазме клеток высокомолекулярные вещества (полисахариды, жиры, белки, нуклеиновые кислоты) расщепляются на отдельные мономеры: моносахариды, остатки жирных кислот, аминокислоты и нуклеотиды. Выделяющееся при этом незначительное количество энергии рассеивается в виде теплоты.
Гликолиз
Анаэробное дыхание (гликолиз), или брожение
Ферментативное расщепление органических веществ, главным образом углеводов, без участия кислорода, сопровождающееся синтезом АТФ из АДФ и фосфорной кислоты в цитоплазме.
В мышечных клетках молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты, (C3H4O3), которые в дальнейшем восстанавливаются до двух молекул молочной кислоты (C3H6O3):
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2С3H6О3 + 2H2О + 2АТФ.
В клетках дрожжевых грибов молекула глюкозы расщепляется до этилового спирта и углекислого газа (спиртовое брожение):
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2C2H5OH + 2CO2 + 2Н2О + 2АТФ.
Во всех вариантах гликолиза образуется 2 молекулы АТФ, в макроэрги- ческих связях которых запасается до 40% энергии, тогда как остальная энергия рассеивается в виде тепла.
Расщепление
Аэробное дыхание (кислородное расщепление)
Ферментативное расщепление молекул пировиноградной кислоты с участием кислорода до углекислого газа и воды, сопровождающееся синтезом АТФ из АДФ и фосфорной кислоты в митохондриях.
Пировиноградная кислота попадает в матрикс митохондрий, где под влиянием ферментов и воды разлагается на углекислый газ и водород.
Углекислый газ свободно проходит через мембраны митохондрий и удаляется из клетки. Водород переносится на внутреннюю мембрану, где под воздействием ферментов окисляется и теряет электрон, который переносится на её внутреннюю поверхность. Здесь он соединяется со свободно проникающим в митохондрии атмосферным кислородом, превращая его в анион. Оставаясь на внешней поверхности мембраны, катионы водорода накапливают на ней положительный заряд. Таким образом, между двумя поверхностями мембраны митохондрии постепенно нарастает разность потенциалов. На некоторых участках в мембрану митохондрий встроены молекулы фермента АТФ-азы, участвующего в синтезе АТФ. В них имеется узкий канал, через который способны проходить катионы водорода. При достижении определенного значения разности потенциалов на двух поверхностях мембраны под действием силы электрического поля катионы водорода проникают через канал на внутреннюю поверхность мембраны. Здесь они взаимодействуют с анионом кислорода, образуя воду и молекулярный кислород. При этом освобождается большое количество энергии, более половины которой запасается в виде энергии химических связей в молекулах АТФ:
2С3H6О3 + 6O2 + З6Н3РО4 + 36АДФ → 6CO2 + 42H2О + 36АТФ.
Итогом кислородного расщепления пировиноградной кислоты является образование 36 молекул АТФ.
В результате полного окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ — 2 на стадии гликолиза и 36 на стадии кислородного расщепления: C6H12O6 + 6O2 + З8Н3РО4 + 38АДФ → 6CO2 + 44H2O + 38АТФ.
