Тема 3 Обмен веществ и превращение энергии

Цель: Сформировать понятия об обмене веществ как совокупности химических превращений, о ферментативном характере реакций, о структуре и функции АТФ

План:

1 Понятие о метаболизме. АТФ и ее роль в метаболизме.

Пластический и энергетический обмены

2 Фотосинтез. Хемосинтез

Для химических реакций, протекающих в клетке, характерна организованность и упорядоченность: каждая реакция протекает в строго определенном месте. В клетке обнаружено примерно тысяча ферментов. С помощью этого каталитического аппарата осуществляется сложнейшая и многообразная жизнедеятельность клетки. Все химические реакции клетки подразделяют на два типа. Первый – процессы синтеза, когда из простых низкомолекулярных веществ синтезируются, образуются более сложные, высокомолекулярные. Синтез веществ, идущий в клетке, называется биосинтезом. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии. Совокупность реакций биосинтеза называется пластическим обменом или ассимиляцией.

Второй тип химических реакций – реакции расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные на низкомолекулярные. Белки распадаются на аминокислоты, крахмал – на глюкозу. Эти вещества расщепляются еще, и в конце концов образуются совсем простые , бедные энергией вещества: углекислый газ и вода. Все эти реакции сопровождаются выделением энергии. Совокупность реакций расщепления называется энергетическим обменом клетки или диссимиляцией.

Пластический и энергетический обмены находятся между собой в неразрывной связи. Совокупность всех ферментативных реакций клетки, т.е. совокупность пластического и энергетического обменов, связанных между собой и с внешней средой, называется обменом веществ и энергии. Этот процесс является основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста и функционирования.

Любая деятельность клетки всегда точно совпадает во времени с распадом АТФ. АТФ – единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки.

Энергетический обмен в клетке для удобства изучения подразделяется на три последовательных этапа. Первый этап – подготовительный. На этом этапе крупные молекулы углеводов, жиров, белков, которые попадают в организм с пищей, распадаются под действием ферментов пищеварительной системы на более мелкие молекулы: из крахмала образуется глюкоза, из жиров – глицирин и жирные кислоты, из белков – аминокислоты. Вся освобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. В стенках тонкого кишечника происходит процесс активного всасывания, образовавшиеся молекулы из кишечника попадают в кровь и лимфу, разносятся по всему организму , и путем диффузии проникают внутрь клетки.

Второй этап – бескислородный или неполный обмен. Ферменты, обслуживающие этот процесс, расположены на внутриклеточных мембранах правильными рядами. Вещество, попав на первый фермент этого ряда, передвигается, как на конвейере, на второй, третий и т.д. – вступая на путь дальнейшего распада. Так, в результате бескислородного расщепления глюкозы – гликолиза, образуется из одной молекулы глюкозы две молекулы пировиноградной кислоты. В гликолизе принимают участие 13 ферментов и образуется 12 промежуточных веществ. Почти все эти реакции идут с высвобождением энергии, которая способна запасаться в виде энергии АТФ.

Третий этап – стадия кислородного или полного расщепления, стадия дыхания. Продукты, возникающие в предыдущей стадии, окисляются до конца, т.е. до углекислого газа и воды. Основное условие осуществления этого процесса – наличие в окружающей среде кислорода и поглощение его клеткой. Стадия кислородного расщепления так же каскад ферментативных последовательных реакций. Принципиальное отличие от второго этапа – количество синтезированных молекул АТФ, их гораздо больше.

Таким образом, организм с пищей получает различные высокомолекулярные органические соединения, и на уровне клеток происходит второй и третий этапы энергетического обмена, в результате которого расщепляются вещества, пришедшие в клетку, и запасается энергия в виде молекул АТФ. А затем, с использованием энергии АТФ, клетка начинает синтезировать те молекулы, которые необходимы ей для своей жизнедеятельности – пластический обмен.