Общая характеристика метаболизма ( обмена веществ )

Метаболизм – вся совокупность ферментативных химических превращений (реакций) в клетке

• Метаболизм состоит из двух взаимносвязанных и противоположных по направлению химических процессов : анаболизма и катаболизма

Анаболизм , пластический обмен или ассимиляция ( от лат . assimilatio – уподобление )

Анаболизм ( ассимиляция ) - составная часть метаболизма , включающая реакции ферментативного синтеза сложных веществ из более простых

• Включает процессы синтеза аминокислот , моносахаридов , жирных кислот , нуклеотидов , а также макромолекул – белков , полисахаридов , липидов , неклеиновых кислот , АТФ ; частным случаем ассимиляции является фотосинтез

• Процесс проходит в три этапа

1. синтез промежуточных соединений из низкомолекуклярных веществ (органических кислот , альдегидов )

2. синтез низкомолекулярных органических веществ из промежуточных соединений ( аминокислот , жирных кислот , моносахаридов , нуклеотидов )

3. синтез макромолекул белков , липидов , полисахаридов , нуклеиновых кислот

• Идет только при участи ферментов – полимеразы , синтетазы и др. , формирующих различные химические связи биополимеров : пептидные , гликозодные , фосфодиэфирные

• Эндотермический процесс , идёт с поглощением энергии , затрачивающейся на образование связей

• У зелёных растений для ассимиляции используется энергия поглощённых световых лучей

• У микроорганизмов-хемосинтетиков – энергия , выделяемая при окислении ими разных неорганических веществ

• У хемотрофов ( животных ) – химическая энергия связей органических веществ

• Во всех случаях в процессе ассимиляции расходуется энергия АТФ , аккумулированная в её макроэргических связях

• В клетке локализуется на рибосомах ( биосинтез белков ) , эндоплазматической сети ( синтез липидов и полисахаридов ) , в хлоропластах ( фотосинтез углеводов )

• Неразрывно связана с внешней средой , которая является источником органогенных элементов и веществ ( сырья )

• Неразрывно связана с диссимиляцией – источником необходимой энергии и сырья для синтеза

Функции анаболизма

1. Усвоение необходимых для организма веществ и превращение их в соединения , аналогичные компонентам организма ( белки и нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК )

2. Образование первичной продукции экосистем ( фотосинтез и хемосинтез )

3. Образование строительного материала клетки и организма

4. Образование запаса органических веществ ( органических депо )

5. Синтез метаболических ферментов и других билогически активных веществ , необходимых для жизнедеятельности ( гормонов , витаминов , макроэргов – АТФ )

Катаболизм , энергетический обмен или диссимиляция ( от лат . dissimilis – расподобление )

Катаболизм ( диссимиляция ) – составная часть метаболизма , объединяющая ферментативные реакции расщепления сложных , высокомолекулярных соединений ( пищевых , запасных ) до более простых , сопровождающиеся выделением энергии

• Расщепление происходит под действием ферментов ( оксидазы , гидролазы ) и окислителей ( О₂ , Н₂О и др. )

• Примерами диссимиляции являются реакции гидролиза ( пищеварения ) , гликолиза , брожения ( анаэробное дыхание ) , окисления ( аэробное дыхание )

• Катаболизм сложных органических веществ осуществляется постепенно , в три этапа :

I – подготовительный - расщепление биополимеров на мономеры в органах пищеварения или лизосомах

II – бескислородный ( гликолиз ) – ферментативное расщепление мономеров до промежуточных продуктов , происходящее в цитозоли клетки

III – кислородный ( дыхание ) – ферментативное кислородное окисление продуктов гликолиза в митохондриях до конечных энергетически бедных продуктов , выводимых из клетки и организма ( СО₂ , Н₂О NН₃ и проч. )

• Конечным продуктом диссимиляции белков являются низкомолекулярные токсичные азотсодержащие вещества : аммиак , креатины , креатинины ( аммиак у животных может превращаться в менее токсичные мочевину или мочевую кислоту

• Конечным продуктом диссимиляции жиров и углеводов является СО₂ и Н₂О

• Общую схему катаболизма биополимеров можно представить следующим образом :

гидролиз гликолиз дыхание , О₂

Биополимеры ----------мономеры ---------- промежуточные продукты ------------- конечные продукты

• Происходит только при участии ферментов

• Сопровождается разрывом химических связей и освобождением аккумулированной в них энергии , т. е. является экзотермическим процессом

• Выделяющаяся энергия запасается в макроэргических связях АТФ , т. к. диссимиляция сопровождается синтезом АТФ

• Неразрывно связан с ассимиляцией , которая является источником ферментов и сырья

• Неразрывно связан с внешней средой ( источник органических веществ , О₂ , Н₂О , место удаления конечных токсичных продуктов обмена веществ )

• По характеру диссимиляции различают аэробные и анаэробные организмы

Аэробные организмы , аэробы ( от греч . aer – воздух ) - организмы , использующие для дыхания ( окисления ) свободный кислород ( аэробами являются большинство ныне живущих организмов )

• Кислородные потребности аэробов полностью зависят от автотрофов ( зелёных растений )

Анаэробные организмы , анаэробы – организмы , окисляющие органические субстраты ( например , сахара ) в отсутствие кислорода в результате анаэробного дыхания – брожения , т. е. способные жить в бескислородной среде ( многие микроорганизмы , гельминты , эндопаразиты , динитрифицирующие бактерии )

Функции катаболизма

1. Источник энергии для обеспечения всех эндотермических процессов в клетке и организме ( ассимиляция , двигательная активность , генерация и проведение нервных импульсов и т.д. )

• Чем больше организм испытывает физических нагрузок и состояний стресса , тем больше энергии должна содержать пища тем интенсивнее диссимиляция

2. Образование низкомолекулярных веществ ( сырья ) для ассимиляционных процессов

3. Источник энергии для пополнения запасов АТФ ( ресинтез , окислительное фосфорилирование )

4. Вне- и внутриклеточное пищеварение

5. Химическое дезавуирование опасных для клетки и организма веществ ( экзо- и эндотоксинов , антигенов )

6. Элемент терморегуляции организма ( количества тепловой энергии )

7. Источник СО₂ , выделяющегося в результате дыхания и являющегося сырьём для фотосинтеза

8. Поддержание постоянства газового состава атмосферы Земли ( СО₂ ,О₂ )

Схема взаимодействия поцессов метаболизма и их связи с внешней средой

ферменты ,сложные вещества

продукты синтеза

В нешняя среда Анаболизм Катаболизм Внешняя среда

энергия , продукты гидролиза конечные продукты СО₂ , Н₂О , NН₃

о рганогенные элементы органические вещества

неорганические вещества О₂ , Н₂О

• Для всех живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация , в частности видимый свет ; свободная энергия видимого света улавливается зелёными растениями ( фотоавтотрофами ) в процессе фотосинтеза , которые трансформируют её в химическую энергию , запасаемую в химических связях органических веществ , через пищу делая её доступной для использования хемотрофами ( животными , грибами и микроорганизмами )

Метаболизм , обмен веществ и энергии ( греч . «метаболе » – превращение ) – совокупность ферментативных реакции ассимиляции ( анаболизма ) и диссимиляции ( катаболизма ) , связанных между собой и внешней средой , протекающих в живых организмах

• Метаболизм растений ( фотосинтезирующие автотрофы ) и животных ( гетеротрофы ) существенно различается

• В живом организме анаболизм и катаболизм должны быть уравновешены , если один процесс существенно преобладает над другим , то обмен веществ и энергии нарушается , что вызывает нарушение жизнедеятельности клеток и всего организма

Значение метаболизма

1. поглощение энергии Солнца ( растением ) и создание органического вещества и пищи ( животным )

2. Расщепление пищевых веществ до молекул ( мономеров ) – будущего « сырья » для синтеза

3. Синтез белков , жиров , углеводов , нуклеиновых кислот и других веществ ( ферментов , гормонов , витаминов )

4. Расщепление органических веществ до неорганических – СО₂ и Н₂О , что обеспечивает непрерывность миграции атомов и биотического круговорота элементов и веществ

• Ассимиляция и диссимиляция , хотя и противоположны по результатам , являются неразрывно связанными и взаимно обусловленными процессами , т. е. являются двумя сторонами единого процесса – обмена веществ