Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это процесс распада сложных органических веществ на более простые с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клетки.
Энергия, высвобождающаяся при распаде веществ, не сразу используется клеткой, а запасается ею в виде высокоэнергетических соединений, как правило, в виде АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).
Энергетический обмен процессы в митохондрии
Этапы
Энергетический обмен состоит из трёх основных этапов:
Подготовительный. Происходит в пищеварительном тракте. Под действием ферментов сложные органические вещества распадаются на простые без участия кислорода. Энергия выделяется в виде тепла. Например: белки → аминокислоты, жиры → глицерин и жирные кислоты, углеводы → моносахариды (глюкоза).
Бескислородный (гликолиз). Происходит в цитоплазме клеток без участия кислорода. Глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (пирувата). Образуются 2 молекулы АТФ и выделяется тепло.
Кислородный (клеточное дыхание). Происходит в митохондриях с участием кислорода. Пируват полностью окисляется до углекислого газа и воды. Энергия используется для синтеза до 36 молекул АТФ.
В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа:
У большинства живых организмов — аэробов, живущих в кислородной среде, — в ходе диссимиляции осуществляется три этапа.
У анаэробов, обитающих в среде, лишённой кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, ещё богатых энергией.
Механизм
Реакции диссимиляции осуществляются при участии ферментов. Ферменты ускоряют реакции без изменения общего результата.
Некоторые особенности механизма:
На подготовительном этапе большие молекулы органических веществ распадаются до более простых: из полисахаридов образуются моносахариды, из жиров — смесь глицерина и жирных кислот, а из белков — смесь аминокислот.
На бескислородном этапе происходит расщепление продуктов подготовительного этапа под действием ферментов, кислород при этом не используется.
На кислородном этапе полное кислородное расщепление осуществляется на мембранах митохондрий. В нём выделяют два процесса — цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.
Регуляция
Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных катаболических процессов в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами. Например:
Глюкокортикоиды повышают интенсивность катаболизма белков и аминокислот, одновременно тормозя катаболизм глюкозы.
Инсулин, напротив, ускоряет катаболизм глюкозы и тормозит катаболизм белков.
Значение
Энергетический обмен обеспечивает организм энергией для:
синтеза новых веществ и роста клеток;
активного транспорта веществ через клеточные мембраны;
обеспечения мышечной работы;
поддержания постоянной температуры тела;
выполнения всех жизненно важных процессов.
Энергетический обмен и процессы ассимиляции и диссимиляции — основа жизнедеятельности клетки и организма в целом. Они обеспечивают непрерывное поступление энергии и материалов для роста, развития и функционирования, поддерживая постоянство внутренней среды организма.