Обмен веществ.
Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции, лежащих в основе жизнедеятельности и обуславливающих связь организма с окружающей средой.
Постоянный обмен веществ с окружающей средой - основное свойство живых систем. В клетках непрерывно идут процессы биосинтеза, т.е. при участии ферментов из простых органических соединений образуются сложные:
из аминокислот - белки,
из моносахаридов - углеводы,
из нуклеотидов - НК.
Все процессы синтеза идут с поглощением энергии (см. приложение № 24). Примерно с такой же скоростью идет и расщепление сложных молекул до более простых с выделением энергии - диссимиляция (энергетический обмен). Благодаря этим процессам сохраняется относительное постоянство состава клеток. При расщеплении высокомолекулярных соединений до более простых выделяется энергия, необходимая для реакции биосинтеза.
Для реакции обмена характерна высокая организованность и упорядоченность. Каждая реакция протекает с участием специфических белков - ферментов. Они располагаются в основном на мембранах органов и в гиалоплазме клеток в строго определённом порядке.
Одним из высших уровней регуляции метаболизма является система
гормональной регуляции, осуществляемая эндокринными органами. В зависимости от общей направленности процессов выделяют две составные части метаболизма.
1. Катаболизм (или энергетический обмен, или диссимиляция) - совокупность реакций, приводящих к образованию простых соединений из более сложных (реакции гидролиза полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака).
2. Анаболизм (или пластический обмен, или ассимиляция) - совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (биосинтез белка, образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза).
Для их протекания требуются затраты энергии. Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.
1. Энергетический обмен.
Энергетический обмен - совокупность реакций ферментативного расщепления сложных органических соединений, сопровождающихся выделением энергии.
Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть аккулизируется в высокоэнергетических сферах АТФ и используется затем для обеспечения всех разнообразных процессов жизнедеятельности клетки:
- биосинтетические реакции,
- проведение импульсов,
- сокращение мышц.
Выделяют три этапа энергетического обмена:
1. Подготовительный,
2. Неполное окисление (бескислородный или анаэробный),
3. Полное окисление (дыхание, кислородный или аэробный)
Подготовительный протекает в пищеварительном тракте животных и человека или в цитоплазме клеток всех живых существ. На данном этапе крупные органические молекулы под действием ферментов расщепляются на мономеры: белки до аминокислот. Выделяется небольшое количество энергии, рассеивающееся в виде тепла.
Бескислородный протекает в цитоплазме клеток. Мономеры первого этапа подвергаются дальнейшему распаду без кислорода. Например, 1 молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты, которая восстанавливается до молочной кислоты, и выделяется около 200 кДж энергии.
С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4
2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О
Конечные продукты данного этапа содержат в себе ещё большое количество энергии.
Кислородный этап характерен для аэробных органов. Он заключается в
дальнейшем окислении молочной (или ПВК) кислоты до конечных продуктов - СО и НО. Этот процесс протекает в митохондриях с участием ферментов и кислорода. Этот процесс сопровождается выделением энергии, достаточной для синтеза 36 молекул АТФ (1440 кДж).
2С3Н6О3 + 6О2 + 36 Н3РО4 + 36АДФ — 36АТФ + 6СО2+ 42Н2О
Вывод: В ходе второго и третьего этапов энергетического обмена при расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. На это расходуется 1520 кДж, а всего выделяется 2800 кДж энергии. Следовательно, 55% энергии, высвобождаемой при расщеплении глюкозы, аккумулируется клеткой в молекулах АТФ, а 45% рассеивается в виде тепла.