Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) - набор химических реакций, которые происходят в живом организме для нормального его функционирования.

Обмен веществ складывается из распада веществ (энергетического обмена) и сборки веществ (пластического обмена).

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) - это совокупность реакций синтеза, которые происходят с затратой энергии АТФ.

Результат: из питательных веществ, которые поступают в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые идут на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) - совокупность реакций распада, обычно протекающих с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. 

Результат: сложные вещества разлагаются на более простые (дифференциация) или окисление какого-либо вещества.

Обмен веществ направлен на сохранение и самовоспроизведение биологических систем.

Он включает в себя поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания, внутриклеточный обмен веществ и выделение конечных продуктов обмена.

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения одних видов энергии в другие. Например, в процессе фотосинтеза световая энергия запасается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, а в процессе дыхания она высвобождается и расходуется на синтез новых молекул, механическую и осмотическую работу, рассеивается в виде тепла и т.д.

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, контролирующие химические реакции в живых организмах.

Ферменты снижают энергию активации химических реакций, значительно ускоряя их протекание или делая их принципиально возможными.

Ферменты могут быть ка простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая - кофактор, или кофермент.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия: каждый фермент катализирует конкретные преобразования определенного вида субстрата.

Активность ферментов в живых организмах регулируется множественными механизмами:

 - путем взаимодействия с регуляторными белками, низкомолекулярными регуляторами и ионами

 - за счет изменения условий протекания реакции, например рН компартмента

 

 

Стадии энергетического обмена

1. Подготовительная

 

Осуществляется ферментами желудочно-кишечного тракта, ферментами лизосом. Выделяемая энергия рассеивается в виде тепла. Результат: расщепление макромолекул до мономеров: жиров до жирных кислот и глицерина, углеводов до глюкозы, белков до аминокислот, нуклеиновых кисло  до нуклеотидов.

2. Анаэробная (бескислородный) этап, или гликолиз (чаще всего субстратом реакции является глюкоза)

Место протекания этапа: цитоплазма клеток.

Результат: расщепление мономеров до промежуточных продуктов. Глюкоза теряет четыре атома водорода, то есть окисляется, при этом образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы возобновленного НАДН+Н+.

При недостатке кислорода образованная пировиноградная кислота превращается в молочную.

3. Аэробная (кислородный) этап, или тканевое (клеточное) дыхание

Окисление промежуточных соединений до конечных продуктов (СО2 и Н2О) с выделением большого количества энергии.

Цикл Кребса: суть преобразований состоит в ступенчатом декар- боксилировании и дегидрировании пировиноградной кислоты, во время которых образуются АТФ, НАДН и ФАДН2. В последующих реакциях богатые энергией НАДН и ФАДН2 пере- дают свои электроны в електронно-транспортную цепь, представ- ляющую собой мультиферментативный комплекс внутренней по- верхности митохондриальных мембран. Вследствие передвижения електрона по цепи переносчиков образуется АТФ. 2С3 H6 O3 + 6O2 + 36Ф + 36 АДФ → 6СO2 + 42H2 O + 36АТФ

Пировиноградная (молочная) кислота реагирует со щавелевоуксусной (оксало- ацетатом), образуя лимонную кислоту (цитрат), которая проходит ряд последо- вательных реакций, преобразуясь в дру- гие кислоты. В результате этих преобра- зований образуется щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат), которая снова ре- агирует с пировиноградной. Свободный водород соединяется с НАД (никотинамидадениндинуклеотид), обра- зуя соединение НАДH.

 

 

Источник: "Биология в схемах, терминах, таблицах" М.В. Железняк, Г.Н. Дерипаско, Изд. "Феникс"

Источник: Биология 100 самых важных тем В.Ю. Джамеев 2016 г.