Сукупність хімічних перетворень в організмі називають метаболізмом. Розрізняють пластичний та енергетичний обмін. Синтез складних речовин з простих називають анаболизмом. Інакше— пластичний обмін. Розщеплення компонентів харчування — це катаболізм. Інша назва — енергетичний обмін.
Пластичний обмін
Пластичний обмін називають асиміляцією. З низькомолекулярних речовин — мономерів збираються необхідні для життєдіяльності складні з’єднання. Чому асиміляція називається пластичним способом обміну? Тому що синтезовані сполуки служать будівельними матеріалами для формування тканин.
Важливо! Асиміляція (пластичний) виконує функцію виробництва будівельного матеріалу для формування тканин.
Асиміляцією управляє генетичний апарат, тому кожна клітина синтезує практично такі ж з’єднання з яких складається сама. Хімічні реакції проходять з споживанням енергії. Головними речовинами, необхідними для протікання реакцій, є протеїни, вуглеводи, а також ліпіди.
У різних типів організмів обмін речовин і енергії відбувається неоднаково. Зелені рослини здійснюють фотосинтез, при якому, на світлі з H2O, а також оксиду вуглецю отримують моносахариди. Примітивні організми, позбавлені хлорофілу, здатні синтезувати будівельний матеріал у темряві. Такий процес отримав назву «хемосинтез». Тварини отримують готові поживні речовини, які розщеплюють для подальшої переробки.
Важливо!Процеси асиміляції протікають за допомогою фотосинтезу або хемосинтезу біосинтезу.
Фотосинтез
Що характеризує енергетичний обмін у рослинній клітині? Присутність хлорофілу з допомогою якого здійснюється фотосинтез за наступною схемою:
При постійному освітленні фотосинтез неможливий. Фотони активує воду, видаляючи з неї кисень, який перешкоджає процесу. У темряві відбувається реакція синтезу з участю енергоносія — АТФ за наступною схемою:
З простих цукрів, а також неорганічних сполук азоту амінокислоти синтезуються. Надлишок низькомолекулярних вуглеводів акумулюється тканинами у формі крохмалю і жирів.
Важливо! Для здійснення фотосинтезу необхідно чергування світлого і темного періодів.
Хемосинтез
Бактерії пристосувалися добувати енергію, активуючи іони водню за допомогою хімічних реакцій з неорганічним речовинами. Нитрифицирующие організми роблять азотоводород азотною кислотою:
Залізобактерії переводять Fe2+ в Fe3+.
Сульфурбактерии синтезують сірчану кислоту з сірководню:
Подальші перетворення вуглекислоти в моносахариди відбувається за схемою темної стадії фотосинтезу.
Синтез білків
Процес характерний для тварин і грибів, які отримують готову їжу, подвергающуюся катаболізму, про який буде докладніше сказано нижче. Вони розщеплюють надходять білки до амінокислот. Потрапляючи в клітину, мономери з’єднуються так, як диктує генетичний кодування ДНК клітинного ядра. Ця складна процедура — трансляція, протікає в рибосомах за участю РНК.
Важливо! Синтез білків здійснюється клітинним ядром за участю ДНК і РНК.
Енергетичний обмін у клітині
Катаболізм або дисиміляція — це процес розщеплення складних сполук на прості з участю кисню або без нього. В обох випадках вивільняється енергія, яка акумулюється макроэргическими молекулами — АТФ, що містять три фосфорнокислих залишку.
Де відбувається енергетичний спосіб обміну? Він протікає всередині клітин, а також поза ними, проходячи наступні етапи:
- Попередній;
- Анаеробне бродіння;
- Клітинне дихання.
Попередній етап
Ця фаза протікає в аліментарному тракті. За допомогою травних ферментів складні речовини дробляться на прості, здатні всмоктатися з кишкової трубки. Білки розпадаються до амінокислот. Вуглеводи стають моносахаридами.
Головним джерелом енергії є глюкоза. Жири розщеплюються до карбонових кислот, а також багатоатомного спирту — гліцерину. При розпаді кожного різновиду поживних речовин утворюється неоднакове кількість енергії. (таблиця)
Транснаціональна система заходів визначає енергоємність компонентів харчування Джоулями. Одна Ккал дорівнює 4,2 КДж. При окисленні яких речовин звільняється більше енергії? Найбільш калорійними компонентами їжі є жири, тому що складаються, переважно з високомолекулярних карбонових кислот. Так, Пальмітат (C16 H32 O2) містить 12,5% кисню, а глюкоза — 53,3. Матеріалу для окислення в жирної кислоти більше, отже, енергоємність вище. Тому калорійність ліпідів перевищує поживність білків і вуглеводів в 2,25 рази.
Калорійність вуглеводів і протеїну в 2,25 рази нижче, ніж жирів.
Анаеробне бродіння
Невигідна, з точки зору отримання енергії, процедура, яку іменують гліколізом. Альтернативне назва — біологічне або неповне окислення. Воно протікає без використання O2. Виділяються багаті енергією водень, метан, які не окислюються. У різних організмів процеси протікають неоднаково.
Дріжджові грибки, деякі бактерії, а також рослини утворюють спирти, ацетон, карбонові кислоти. Це властивість використовують при виробництві алкоголю, сирів і заквашування тесту. Хімічна реакція протікає переважно за наступним сценарієм:
Молочнокислі мікроорганізми зброджують вуглеводи до лактату. Це властивість бактерій застосовують для виготовлення кефіру, йогурту, сиру, інших виробів. Хімічна реакція протікає за наступним сценарієм:
У грибів, людини, інших ссавців, енергетичний обмін в клітині представляється зброджуванням вуглеводів до піровиноградної кислоти:
Всі різновиди гліколізу, незалежно від кінцевого продукту, супроводжуються виділенням двох АТФ на молекулу глюкози.
Клітинне дихання
Що характеризує енергетичний обмін у живій клітині? Під впливом тканинних ферментів кисень вивільняється з еритроцита, проникає через мембрану, надходить в біологічну піч — мітохондрії. Там він підтримує низькотемпературне горіння з утворенням води, а також оксиду вуглецю. Останній ферменти видаляють з клітки, приєднуючи до молекули гемоглобіну. Еритроцити доставляють відпрацьований шлак легким, де за допомогою видиху відпрацьований газ покидає організм.
Для здійснення біологічного горіння необхідні ензими, які виробляються лизосомами, а також АДФ — макроэнергические молекули, що містять не три, а два фосфорнокислих радикала.
Для добування енергії глюкоза і алкоголь попередньо перетворюються в лактат. Подальші перетворення представляються наведеним нижче рівнянням:
Мітохондрії вміють отримувати енергію з пірувату при менш ефективний вихід молекул АТФ.
Взаємозв’язок анаболізму і катаболізму
Метаболізм представляється поєднанням процесів синтезу і розщеплення. В організмі таке перетворення відбувається при температурі тіла за допомогою біокаталізаторів — ферментів. Функція пластичного обміну полягає в синтезі необхідних організму сполук — білків, карбогидратов, ліпідів, АТФ, ферментів, інших біологічно діяльних речовин. Асиміляція відбувається з споживанням енергії, яка вивільняється органеллами.
Важливо! Обмін речовин і енергії здійснюється при одночасному протіканні процесів асиміляції, а також дисиміляції.
Пластичний та енергетичний обмін. Біологія 8 клас.
Метаболізм. Енергетичний обмін. Для чого ми дихаємо?
Висновок
Метаболізм є поєднанням одномоментно процесів — це пластичний та енергетичний обмін. Практично всі перетворення відбуваються в цитоплазмі або спеціальних органелах клітини. Обидва процеси взаємопов’язані, є необхідними для здійснення життєдіяльності будь-якого організму.
