Обмін вуглеводів

У живих клітинах глюкоза або полімеризується в глікоген (крохмаль), який служить запасним поживним матеріалом, або, розщеплюється з виділенням енергії.
Енергетичний обмін вуглеводів
В організмі гетеротрофів піддаються ферментативному розщепленню вуглеводи, поглинені з навколишнього середовища. В організмі автотрофів розщепленню піддаються вуглеводи (крохмаль), синтезовані з неорганічних речовин.
Дихальний ланцюг мітохондрій складається з декількох білкових комплексів, розташованих у внутрішній мембрані мітохондрій і здатних уловлювати і транспортувати електрони. Згідно з хеміосмотичною гіпотезою Мітчелла транспорт електронів по дихальному ланцюгу поєднаний з перенесенням протонів (Н⁺) з матрикса мітохондрій у міжмембранний простір. У результаті цього з обох боків внутрішньої мембрани виникає різниця концентрацій Н⁺, так що протони намагаються повернутися в матрикс. Цей процес здійснюється за допомогою специфічних білків, які проймають внутрішню мембрану і формують канал. Транспорт протонів крізь цей канал пов’язаний із синтезом АТФ.
Білки дихального ланцюга виявлені у всіх клітинах еукаріотичних організмів (тварин, рослин, грибів) і в клітинах аеробних прокаріот.
Завдяки процесу окисного фосфорування аеробний катаболізм вуглеводів, виявляється набагато ефективнішим за анаеробний, дозволяючи засвоїти до 40 % енергії згорання глюкози. Частина енергії, яка не запасається у формі АТФ, звільняється у вигляді теплоти й використовується у теплокровних тварин для підтримки постійної температури тіла.
Пластичний обмін вуглеводів у гетеротрофних організмів
Моносахариди, що надійшли в цитоплазму, можуть не тільки піддаватися розщеплюванню з виділенням енергії, але й служать матеріалом для синтезу власних біополімерів клітини. Глюкоза за допомогою специфічних ферментів полімеризується з утворенням глікогену (цей процес називається глікогенез). При цьому витрачається енергія АТФ. Синтезований глікоген накопичується в цитозолі у вигляді гранул і є запасною поживною речовиною. За необхідності він окиснюється до глюкози, яка включається в гліколіз. Глюкоза, що утворилася внаслідок розпаду глікогену в клітинах печінки ссавців виходить у кров і є джерелом енергії для нейронів і м’язів. Оскільки більшість реакцій гліколізу є оборотними, клітина здатна синтезувати глюкозу з інших сполук — наприклад, ацетил-КоА (цей процес називається глюконеогенезом).
Пластичний обмін вуглеводів у фототрофних організмів — фотосинтез
Фотосинтез — це процес перетворення енергії сонячного світла на енергію хімічних зв’язків і синтезу органічних сполук (вуглеводів) з неорганічних (вода та вуглекислий газ).
Основним фотосинтетичним пігментом вищих рослин є хлорофіл. Процес фотосинтезу складається з двох взає­мо­пов’язаних етапів — світлової і темнової фаз. Світлова фаза проходить тільки за наявності світла, за допомогою фотосинтетичних пігментів у тилакоїдах хло­ропластів. Реакції темнової фази не вима­гають для свого здійснення світла й від­буваються у стромі хлоропластів. Сумарні рівняння світлової і темнової фаз:
світлова фаза
темнова фаза
У світловій фазі фотосинтезу відбувається поглинання світла молекулами хлорофілу і трансформація енергії світла в хімічну енергію ATФ і відновленого НАДФН (нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат відновлений). Ці процеси здійснюються білковими комплексами, що входять до складу тилакоїдів хлоропластів.
Утворені в результаті фотохімічних реакцій ATФ і НАДФН використовуються для здійснення реакцій темнової фази, в якій відбувається відновлення молекул СО2 до молекули вуглеводів (глюкози). Існують різні способи відновлення СО2, найпоширеніший з них — цикл Кальвіна.
Глюкоза, що утворилася під час циклу Кальвіна, може потім розщеплюватися до пірувата, надходити в цикл Кребса. Рослини використовують глюкозу як джерело енергії в нічний час і для інших процесів, у яких необхідне швидке її отримання (порухи листя у бальзаміну, росянки). При цьому кисень не виділяється, а поглинається, а вуглекислий газ, що утворився, виділяється в навколишнє середовище