Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всех
уровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он
обеспечивает
постоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно
меняющихся
условиях существования. В клетке протекают одновременно два
процесса - это
пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический
обмен (фатаболизм
или диссимиляция). |
Пластический обмен - это совокупность реакций биосинтеза,
или создание сложных молекул из простых. В клетке постоянно
синтезируются
белки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы
из моносахаридов,
нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Эти реакции идут с
затратами
энергии. Используемая энергия освобождается в ходе энергитического
обмена.
Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления
сложных органических
соединений до более простых молекул. Часть энергии, высвобождаемой
при этом,
идет на синтез богатых энергетическими связями молекул АТФ
(аденозин-трифосфорной
кислоты). Расщепление органических веществ осуществляется в
цитоплазме и
митохондриях с участием кислорода. Реакции ассимиляции и
диссимиляции тесно
связаны между собой и внешней средой. Из внешней среды организм
получает
питательные вещества. Во внешнюю среду выделяются отработанные
вещества. |
Ферменты (энзимы) - это специфические
белки, биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в
клетке. Все
процессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с
участием
ферментов. Фермент катализирует только одну реакцию или действует
только
на один тип связи. Этим обеспечивается тонкая регуляция всех
жизненно важных
процессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и т.д.), протекающих в
клетке
или организме. В молекуле каждого фермента имеется участок,
осуществляющий
контакт между молекулами фермента и специфического вещества
(субстрата).
Активным центром фермента выступает функциональная группа
(например, ОН
- группа серина) или отдельная аминокислота. |
Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов:
температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и
т.д. |
Этапы энергетического обмена: |
- Подготовительный - происходит в цитоплазме клеток. Под
действием
ферментов полисахариды расщепляются на моносахариды (глюкоза,
фруктоза
и Др.), жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки -
до аминокислот,
нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. При этом выделяется
небольшое количество
энергии, которое рассеивается в виде тепла.
- Бескислородный (анаэробное дыхание или гликолиз) —
многоступенчатое
расщепление глюкозы без участия кислорода. Его называют
брожением. В
мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы
распадается
на две молекулы лировиноградной кислоты (С3Н4О3),
которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н6О3).
В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и
АДФ.
|
Суммарное уравнение этого этапа: |
С6Н12О6
+ 2Н3РО4
+ 2АDФ -> 2С3Н6О3
+ 2АТФ + 2Н2О
|
У дрожжевых грибков молекула глюкозы без участия кислорода
превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое
брожение). У
других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием
ацетона,
уксусной кислоты и др. При распаде одной молекулы глюкозы
образуется две
молекулы АТФ, в связях которой сохраняется 40% энергии, остальная
энергия
рассеивается в виде тепла. |
Кислородное дыхание - этап аэробного дыхания или кислородного,
расщепления, который проходит на складках внутренней мембраны
митоходрий
- кристах. На этом этапе вещества предыдущего этапа расщепляются
до конечных
продуктов распада - воды и углекислого газа. В результате
расщепления двух
молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Основное
условие нормального
течения кислородного расщепления - целостность митохондриальных
мембран.
Кислородное дыхание — основной этап в обеспечении клетки
кислородом. Он
в 20 раз эффективнее бескислородного этапа. |
Суммарное уравнение кислородного расщепления: |
2С3Н603
+ 602
+ 36H3PО4
+ 36АДФ -> 6CO2
+ 38Н2О
+ 36АТФ |
По способу получения энергии все организмы делятся на две
группу - автотрофные и гетеротрофные
.
|
Энергетический обмен в аэробных клетках растений, грибов
и животных протекает одинаково. Это свидетельствует об их
родстве. Количество
митохондрий в клетках тканей различно, оно зависит от
функциональной активности
кйеток. Например, много митохондрий в клетках мышц.
|