Лекция Обмен веществ и энергии
План лекции
1. Понятие об обмене веществ.
2. Энергетический обмен
3. Пластический обмен. Фотосинтез.
4. Пластический обмен. Биосинтез белков
1. Понятие об обмене веществ.
Обмен веществ — важнейшее свойство живых организмов. Совокупность реакций обмена веществ, протекающих в организме, называется метаболизмом. Метаболизм состоит из реакций ассимиляции (пластического обмена, анаболизма) и реакций диссимиляции (энергетического обмена, катаболизма). Ассимиляция — совокупность реакций биосинтеза, протекающих в клетке, диссимиляция — совокупность реакций распада и окисления высокомолекулярных веществ, идущих с выделением энергии. Эти группы реакций взаимосвязаны: реакции биосинтеза невозможны без энергии, которая выделяется в реакциях энергетического обмена, реакции диссимиляции не идут без ферментов, образующихся в реакциях пластического обмена.
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией с окружающей средой. Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде всего – химического синтеза веществ, используемых для построения и восстановления структур клетки и организма.
Для синтеза компонентов организма необходимо потребление извне химических элементов, используемых в качестве строительных блоков. Главным структурным элементом органических молекул является углерод.
По типу обмена веществ организмы подразделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических и использующие для этого синтеза или солнечную энергию, или энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ.
Гетеротрофы — организмы, использующие для своей жизнедеятельности органические вещества, синтезированные другими организмами. В качестве источника углерода автотрофы используют неорганические вещества (СО2), а гетеротрофы — экзогенные органические. Источники энергии: у автотрофов — энергия солнечного света (фотоавтотрофы) или энергия, выделяющаяся при окислении неорганических соединений (хемоавтотрофы), у гетеротрофов — энергия окисления органических веществ (хемогетеротрофы).
Большинство живых организмов относится или к фотоавтотрофам (растения), или к хемогетеротрофам (грибы, животные). Если организмы, в зависимости от условий, ведут себя как авто- либо как гетеротрофы, то их называют миксотрофами (эвглена зеленая).
Однако ни сами органические вещества, ни продукты их расщепления не могут непосредственно служить «топливом» для клеточных процессов. Роль такого универсального топлива играет АТФ (аденозинтрифосфат). Синтез АТФ, этого высококалорийного клеточного топлива, происходит в результате дыхательного обмена – системы множества строго регулируемых химических соединений. Дыхательный обмен поставляет не только энергию, но и строительные материалы. Многие продукты расщепления углеводов, жиров и белков используются для синтеза разнообразных соединений, из которых состоит клетка, в том числе и для синтеза новых углеводов, жиров и белков. Именно это тесное переплетение процессов утилизации веществ для производства энергии и для производства других веществ придает феномену регуляции клеточного метаболизма его уникальный, неповторимый характер. Во всех этих процессах происходит преобразование одного вида энергии в другой.
В общем виде поток энергии можно представить следующим образом.
1 Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → АТФ → различные формы работы.
2 Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → гетеротрофы → АТФ → различные формы работы.