Почему процессы окисления органических веществ в клетке протекают ступенчато? И какое биологическое значение заключается в этом?

Окисление: биологическая роль

Известно, что реакция окисления-восстановления состоит в перемещении электронов и водорода от одних атомов или молекул к другим. Потерю электронов каким-либо атомом или молекулой водорода называют окислением, присоединение электронов или атомов водорода - восстановлением. Окисляемое вещество является донором, а восстанавливаемое - акцептором электронов или водорода. Реакция окисления сопровождается выделением энергии. Почему при окислении органических соединений освобождается энергия? Электроны в составе молекул органических соединений обладают большим запасом энергии, поскольку находятся на высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на более низкий энергетический уровень своей или иной молекулы или атома, электроны освобождают энергию. Широко распространенным конечным акцептором электронов служит кислород. В этом и состоит его главная биологическая роль, именно для этой цели нам необходим кислород воздуха. Биологическое окисление органических веществ в клетках ведет к образованию воды и углекислого газа. Процессы биологического окисления протекают ступенчато при участии ряда ферментов и переносчиков электронов. Если при окислении органических веществ в процессе горения почти вся энергия выделяется в виде теплоты, то при биологическом окислении около 50% энергии превращается в энергию высокоэнергетических связей АТФ, а также иных молекул - носителей энергии. Оставшиеся 50% энергии превращаются в теплоту. Поскольку процессы биологического окисления идут ступенчато, то электроны перемещаются по нисходящей "лестнице" переносчиков. При переходе со ступеньки на ступеньку выделяется порция энергии, достаточная для образования АТФ из АДФ. При таком ступенчатом переносе электрона выделяется также небольшая порция теплоты, которая успевает рассеиваться во внешней среде, не повреждая чувствительных к нагреванию белков и других веществ клетки. Выделяющаяся тепловая энергия служит теплокровным животным и человеку для поддержания постоянной температуры тела, которая большей частью значительно выше температуры внешней среды. У теплокровных животных количество выделяемого при этом тепла регулируется, возрастая при понижении температуры внешней среды. Глюкоза - один из основных источников энергии для всех клеток. Этот сахар образуется в клетках растений в процессе фотосинтеза. Вследствие ферментативной полимеризации тысячи молекул глюкозы соединяются между собой и образуют полисахариды: в клетках растений - крахмал, а в клетках животных - гликоген. Это энергетические ресурсы клеток. При недостаточном поступлении органических веществ в клетки животных или при прекращении фотосинтеза в клетках растений эти запасные полисахариды расщепляются ферментами до глюкозы, которая далее окисляется и служит, таким образом, источником энергии.