Вопрос 5. Охарактеризуйте, как происходит обмен веществ и энергии в клетке

Ответ:

Обмен веществ протекает во всех клетках, тканях и органах непрерывно с участием ферментов и складывается из двух взаимосвязанных процессов- ассимиляции и диссимиляции.

*Ассимиляция (пластический обмен)- это совокупность всех процессов биосинтеза.Простые вещества, поступающие в клетку, превращаются в сложные специфические вещества, характерные для данной клетки. Из аминокислот образуются белки, из простых сахаров-полисахариды, из жирных кислот и спирта глицерина-липиды, из нуклеотидов – нуклеиновые кислоты. Для биосинтеза веществ требуется энергия. Эта энергия образуется при расщеплении ранее синтезированнных веществ.

* Диссимиляция (энергетический обмен)- это совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии. В основном энергия запасается в виде универсального энергоемкого соединения АТФ.

*АТФ-аденозинтрифосфорная кислота- это нуклеотид, который состоит из азотистого основания аденина, сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. АТФ является главной энергетической молекулой клетки, своеобразным «аккумулятором энергии». Все процессы в живых организмах, требующие затрат энергии, сопровождаются превращением АТФ в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При отщеплении остатка фосфорной кислоты высвобождается большое количество энергии- 40 кДж/моль. Таких высокоэнергетических связей в молекуле АТФ две. Восстановление АТФ из АДФ и фосфорной кислоты происходит в митохондриях и сопровождается поглощением энергии.

*Ассимиляция и диссимиляция протекают в клетке одновременно и заключительные стадии диссимиляции являются начальными для ассимиляции.

-7-

*Типы диссимиляции:Первичным источником энергии в живых организмах является солнце. Энергия световых квантов (фотоны) поглощается пигментом хлоропластов хлорофиллом и накапливается в виде химической энергии в питательных веществах. В процессе диссимиляции освобождается энергия световых квантов. По типу диссимиляции организмы могут быть анаэробами и аэробами. Анаэробы живут в бескислородной среде и окисляют органические вещества не полностью, а до промежуточных продуктов распада. К ним относятся многие микроорганизмы и беспозвоночные. Аэробы используют атмосферный кислород и расщепляют атмосферный кислород полностью до углекислого газа и воды. При этом вся освобождаемая энергия химических связей расходуется на синтез АТФ.

* Этапы энергетического обмена: Энергетический обмен у аэробов включает три этапа-подготовительный, бескислородный и кислородный, а у анаэробов только два- подготовительный и бескислородный.

*Подготовительный этап осуществляется в лизосомах клетки. Под действием пищеварительных ферментов лизосом высокомолекулярные соединения расщепляются до низкомолекулярных: белки-до аминокислот, жиры – до глицерина и жирных кислот, полисахариды- до моносахаров. Энергия, которая выделяется при этих реакциях, не запасается, а рассеивается в виде тепла. Низкомолекулярные вещества при этом могут использоваться организмом для синтеза собственных органических соединений или расщепляться далее.

* Бескислородный этап протекает в цитоплазме клеток. Где происходит дальнейшее расщепление простых органических веществ. Аминокислоты, образованные на первом этапе организм не использует в диссимиляции, кроме случаев, когда уже исчерпаны жиры и углеводы. Обычно самым доступным источником энергии в клетке является глюкоза

*.Сложный многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы на втором этапе энергетического обмена называют гликолиз (от греч. glycos-сладкий, lysis- расщепление). В результате гликолиза глюкоза расщепляется до более простых органических соединений- образуется две молекулы пировиноградной кислоты.При этом выделяется энергия, 60% которой рассеивается в виде тепла, а 40% используется для синтеза АТФ. Таким образом на втором этапе организм начинает запасать энергию. Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия кислорода в клетке.При отсутствии кислорода происходит так называемое анаэробное дыхание. В клетках дрожжей в процессе спиртового брожения пировиноградная кислота превращается в этиловый спирт и углекислый газ. У молочнокислых бактерий из пировиноградной кислоты образуется молочная кислота. При напряженной физической работе в клетках мышечной ткани из-за недостатка кислорода также образуется молочная кислота, которая вызывает боль, судороги и усталость.

*Если кислород в клетке есть, то пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит ее полное окисление до углекислого газа и воды и осуществляется третий этап энергетического обмена-кислородный. Кислородный этап называют также клеточным дыханием. Из двух молекул пировиноградной кислоты выделяется энергия,

-8-

которая запасается в виде 36 молекул АТФ. То есть в процессе энергетического обмена при полном окислении глюкозы до углекислого газа и воды образуется 38 молекул АТФ ( 2 молекулы в процессе гликолиза и 36 в процессе клеточного дыхания в митохондриях). В анаэробных условиях эффективность энергетического обмена значительно ниже- всего 2 молекулы АТФ.Таким образом более выгодным является кислородный путь диссимиляции.