Найти в Дзене
Влюбленный в биологию
10 подписчиков

Обмен веществ

30
4 мин
Оглавление

Общие понятия об обмене веществ

Всё состоит из молекул, в том числе и живые организмы. Бывает сложно представить, что человек, который ходит, думает, что то делает, - это набор молекул, но так оно и есть. И эти молекулы постоянно взаимодействуют, преобразуются, распадаются и снова образуются в процессе разнообразных химических реакции. Пока идут эти реакции организм живет, функционирует, делает все то что он делает. Все эти реакции, которые составляют основу жизни, и есть обмен веществ (или метаболизм, что, к слову, одно и то же).

Обмен веществ = метаболизм - все химические реакции в организме. 

Условно все эти химические реакции можно разделить на две группы:

🔹 реакции синтеза (т.е. создания) веществ - пластический обмен (а еще это ассимиляция и анаболизм);

🔸 реакции распада веществ - энергетический обмен (диссимиляция или катаболизм). 

Сравнение пластического и энергетического обмена
Сравнение пластического и энергетического обмена

Энергетический обмен

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) - реакции распада веществ с выделением энергии. 

Все реакции энергетического обмена являются процессами распада больших молекул на маленькие, при этом всегда выделяется энергия. Эта энергия образуется в результате распада химических связей и либо превращается в тепло (что мы хорошо чувствуем, когда только покушали), либо идет на образование АТФ.

АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) - универсальный источник энергии для всех процессов в клетке. В составе молекулы АТФ имеются богатые энергией макроэргические связи.

Молекула АТФ содержит азотистое основание аденин, пентозу (углевод, содержащий 5 атомов углерода) рибозу и 3 остатка фосфорной кислоты, которые соединены между собой высокоэнергетическими макроэргическими связями. АТФ - универсальный источник энергии во всех процессах и химических реакциях в организме. В процессе энергетического обмена энергия, выделившаяся при распаде веществ, переходит в макроэргические связи АТФ; при образовании новых веществ в пластическом обмене - макроэргические связи будут распадаться, выделяя энергию на образование новой связи.
Молекула АТФ содержит азотистое основание аденин, пентозу (углевод, содержащий 5 атомов углерода) рибозу и 3 остатка фосфорной кислоты, которые соединены между собой высокоэнергетическими макроэргическими связями. АТФ - универсальный источник энергии во всех процессах и химических реакциях в организме. В процессе энергетического обмена энергия, выделившаяся при распаде веществ, переходит в макроэргические связи АТФ; при образовании новых веществ в пластическом обмене - макроэргические связи будут распадаться, выделяя энергию на образование новой связи.

Энергетический обмен состоит из трех этапов (хотя в некоторых случаях, в основном у прокариот, он включает всего первые два): подготовительный, бескислородный (гликолиз) и кислородный. Как правило у всех живых организмов энергетический обмен протекает одинаково.

Энергетический обмен включает в себя 3 этапа. Первый – подготовительный, в нем большие молекулы распадаются на более простые, а энергия выделяется в виде тепла. Второй этап – бескислородный, он же анаэробный или гликолиз. Здесь осуществляется распад глюкозы, при этом выделяется 2 молекулы АТФ. Третий этап – кислородный, протекает в митохондриях и в нем выделяется наибольшее количество энергии в виде 36 молекул АТФ. В сумме при распаде 1 молекулы глюкозы выделяется 38 молекул АТФ.
Энергетический обмен включает в себя 3 этапа. Первый – подготовительный, в нем большие молекулы распадаются на более простые, а энергия выделяется в виде тепла. Второй этап – бескислородный, он же анаэробный или гликолиз. Здесь осуществляется распад глюкозы, при этом выделяется 2 молекулы АТФ. Третий этап – кислородный, протекает в митохондриях и в нем выделяется наибольшее количество энергии в виде 36 молекул АТФ. В сумме при распаде 1 молекулы глюкозы выделяется 38 молекул АТФ.

Главный органоид энергетического обмена - митохондрии, именно в них с участием кислорода образуется наибольшее количество энергии. К слову, митохондрии есть у всех ныне живущих эукариотических клеток.

Пластический обмен

При пластическом обмене всё наоборот: маленькие молекулы соединяются, образуя большие (как например при биосинтезе белка аминокислоты соединяются и образуется большая молекула белка). Но для образования новых молекул (т.е. для создания новых химических связей) нужна энергия, которая берется из универсальных клеточных аккумуляторов - молекул АТФ (для этого нужно чтобы АТФ распалась, тогда энергия заключенная в макроэргической связи будет использована для создания новой химической связи).

Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) - реакции синтеза (создания) веществ с затратой энергии. 

Один из примеров реакций пластического обмена - синтез белка. Белки состоят из аминокислот, поэтому чтобы его (белок) создать нужно соединить аминокислоты в цепочку специальными пептидными связями. На образование одной пептидной связи тратится даже не одна, а несколько молекул АТФ, так что синтез белка - это очень энергозатратное дело.
Один из примеров реакций пластического обмена - синтез белка. Белки состоят из аминокислот, поэтому чтобы его (белок) создать нужно соединить аминокислоты в цепочку специальными пептидными связями. На образование одной пептидной связи тратится даже не одна, а несколько молекул АТФ, так что синтез белка - это очень энергозатратное дело.

Реакции пластического обмена очень многочисленны и разнообразны (в отличии от энергетического обмена с его одинаковыми у всех тремя этапами), ведь нужно синтезировать и белки, и углеводы, и жиры и другие вещества, необходимые для построения и функционирования организма. Каждое вещество синтезируется в «своем» органоиде, который снабжен специальными ферментами. 

Наиболее известные реакции пластического обмена - это 

  • фотосинтез - синтез глюкозы из воды и углекислого газа при помощи энергии света;
  • матричные реакции, к которым относятся репликация (синтез ДНК) и транскрипция (синтез РНК);
  • биосинтез белка (или трансляция), в котором задействованы рибосомы.

Разнообразие реакций пластического обмена.
Разнообразие реакций пластического обмена.

Взаимосвязь пластического и энергетического обменов.

Разделение метаболизма на энергетический и пластический обмен достаточно условно, т.к. все реакции в организме взаимосвязаны. 

Возьмем, например, растения. В процессе фотосинтеза в хлоропластах растений образуется глюкоза, которая затем будет расщепляться в реакциях энергетического обмена, которые протекают в цитоплазме и митохондриях, для того чтобы получить энергию, например, для синтеза белка. Та же глюкоза может использоваться и как строительный материал, например для построения клеточной стенки, которая состоит из целлюлозы (мономер которой как раз глюкоза), но для этого, опять же, нужна энергия, которая выделяется в энергетическом обмене. 

Взаимосвязь энергетического и пластического обмена у растений. Фотосинтез - главный процесс пластического обмена у растений. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая является основным строительным материалом у растений, а также главный источник энергии для всех реакций пластического обмена и для процессов жизнедеятельности.
Взаимосвязь энергетического и пластического обмена у растений. Фотосинтез - главный процесс пластического обмена у растений. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая является основным строительным материалом у растений, а также главный источник энергии для всех реакций пластического обмена и для процессов жизнедеятельности.

У животных также можно проследить взаимозависимость реакций обмена. Например, мы (люди, а люди - это животные) съели картофельное пюре, которое в основном состоит из крахмала. В начале энергетического обмена (в первом - подготовительном этапе) крахмал будет распадаться на составные части, а именно на молекулы глюкозы. Часть этой глюкозы будет потрачена на образование энергии в последующих этапах энергетического обмена, которая может быть потрачена на синтез белков, липидов (т.е. на реакции пластического обмена) или на процессы жизнедеятельностям (например, на движения). Другая часть глюкозы (если мы съели избыточное количество пюре)  будет запасаться организмом в виде уже другого углевода - гликогена, который также как и крахмал состоит из глюкозы. Синтез гликогена (опять же реакция пластического обмена) будет осуществляться с затратой энергии, которая выделилась при расщеплении глюкозы в энергетическом обмене.

Взаимосвязь энергетического и пластического обменов у животных. Поступившая в организм пища расщепляется на более простые молекулы, которые могут быть использованы для построения веществ, необходимых организму, или будут расщепляться далее с высвобождением энергии в виде молекул АТФ. Освободившаяся энергия может быть использована в реакциях пластического обмена или для осуществления процессов жизнедеятельности.
Взаимосвязь энергетического и пластического обменов у животных. Поступившая в организм пища расщепляется на более простые молекулы, которые могут быть использованы для построения веществ, необходимых организму, или будут расщепляться далее с высвобождением энергии в виде молекул АТФ. Освободившаяся энергия может быть использована в реакциях пластического обмена или для осуществления процессов жизнедеятельности.

Обмен веществ - признак живого

Обмен веществ - один из признаков живого. Организм живет, пока в нем протекают химические реакции. Во всех без исключения живых организмах протекают химические реакции, то есть они обладают обменом веществ. Более того, многие реакции сходны между представителями различных царств, что доказывает единое происхождение всего живого на нашей планете.