Лекция 5. Обмен веществ в клетке

1. Понятие об обмене веществ в клетке

2. Классификация организмов по источникам углерода и энергии

3. Обмен веществ в растительной клетке

4. Обмен веществ в клетках животного организма

5. Обмен веществ в клетках микроорганизмов. Хемосинтез и брожение

1. Понятие об обмене веществ в клетке

Органические, биоорганические и неорганические вещества, входящие в состав живых организмов, образуют устойчивую, обладающую постоянными свойствами открытую систему. Устойчивость этой системе придает постоянный поток вещества и энергии, поступающий из окружающей среды. Процесс потребления энергии и вещества называется питанием. В организме пища вовлекается в процесс метаболизма (гр. metabol – изменение) или обмена веществ – комплекс реакций, обеспечивающих живые организмы веществом и энергией. Выделяют энергетический (катаболизм) и пластический (анаболизм) обмены. Реакции распада молекул с выделением энергии, называются энергетическим обменом. Реакции синтеза новых молекул, идущие с поглощением энергии называются пластическим обменом.

Основным результатом энергетического обмена является образование молекул АТФ из АДФ и фосфата. АТФ (аденозинтрифосфат) – нуклеотид, молекула которого состоит из аденина, рибозы и трёх фосфатных групп. Именно фосфатные связи позволяют запасти в молекуле АТФ столь большое количество энергии. Значение АТФ: а) универсальный аккумулятор солнечной и химической энергии; б) используется как источник энергии в реакциях биосинтеза; в) обеспечивает энергией все виды работ, совершающихся в клетках, тканях, органах.

Реакции пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все реакции синтеза протекают за счет энергии, которая образуется в ходе распада веществ. Распад веществ идет с помощью ферментов, которые образуются в процессе анаболизма.

За счет обмена веществ осуществляется как жизнедеятельность организмов, так и круговорот веществ и поток энергии в биосфере.

2. Классификация организмов по источникам углерода и энергии

Своеобразие обмена веществ у различных организмов определяется источником их энергии и веществ. Общеизвестно, что большинство органических молекул построено на основе углеродных скелетов. В соответствии с тем, откуда организмы берут свой строительный материал (неорганические углеродные соединения или органические), все они делятся на две группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы – это живые организмы способные синтезировать органические вещества из неорганических. Автотрофы используют в качестве источника углерода простейшее и наиболее доступное неорганическое соединение – углекислый газ (СO₂). Автотрофами являются наиболее древние хемосинтезирующие бактерии, зеленые и пурпурные серобактерии, сине-зеленые водоросли и самые молодые (в отношении эволюции) зеленые растения.

Гетеротрофы – это живые организмы, использующие готовые органические вещества. Гетеротрофы существуют за счет использования питательных веществ поступающих из внешней среды (экзогенных). Источник углерода для гетеротрофных организмов – экзогенные органические соединения, эти же вещества служат для них источником энергии. Гетеротрофные организмы – это животные, грибы, большинство бактерий, паразитические растения, бесхлорофилльные растения.

Также как и по источнику углерода, живые организмы делятся на две группы в соответствии с различными путями поступления энергии в организм: с энергией света или энергией химических связей окисляемых соединений (фототрофы и хемотрофы соответственно).

Фототрофы – организмы, синтезирующие органические вещества за счет энергии света называются. К этой группе относятся организмы, клетки которых содержат хлорофилл: зеленые бактерии, сине-зеленые водоросли и зеленые растения.

Хемотрофы – организмы, синтезирующие органические вещества за счет энергии химических связей окисляемых веществ (неорганических и органических). К хемотрофам относятся хемосинтезирующие бактерии, животные, грибы и большинство бактерий.