Общая характеристика метаболизма ( обмена веществ )

· Метаболизм состоит из двух взаимносвязанных и противоположных по направлению процесса: анаболизма и катаболизма

 

Анаболизм, пластический обмен или ассимиляция (от лат. assimilatio – уподобление)

q Включает процессы синтеза аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, нуклеотидов, а также макромолекул – белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот, АТФ; частным случаем ассимиляции является фотосинтез

q Процесс проходит в три этапа

1. синтез промежуточных соединений из низкомолекуклярных веществ (органических кислот, альдегидов)

2. синтез низкомолекулярных органических веществ из промежуточных соединений (аминокислот, жирных кислот, моносахаридов, нуклеотидов)

3. синтез макромолекул белков, липидов, полисахаридов, нуклеиновых кислот

· Идет только при участи ферментов – полимеразы, синтетазы и др., формирующих различные химические связи биополимеров: пептидные, гликозодные, фосфодиэфирные

· Эндотермический процесс, идёт с поглощением энергии, затрачивающейся на образование связей

q У зелёных растений для ассимиляции используется энергия поглощённых световых лучей

q У микроорганизмов-хемосинтетиков – энергия, выделяемая при окислении ими разных неорганических веществ

q У хемотрофов (животных) – химическая энергия связей органических веществ

· Во всех случаях в процессе ассимиляции расходуется энергия АТФ, аккумулированная в её макроэргических связях

· В клетке локализуется на рибосомах (биосинтез белков), эндоплазматической сети (синтез липидов и полисахаридов), в хлоропластах (фотосинтез углеводов)

· Неразрывно связана с внешней средой, которая является источником органогенных элементов и веществ (сырья)

· Неразрывно связана с диссимиляцией – источником необходимой энергии и сырья для синтеза

Функции анаболизма

1. Усвоение необходимых для организма веществ и превращение их в соединения, аналогичные компонентам организма (белки и нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК)

2. Образование первичной продукции экосистем (фотосинтез и хемосинтез)

3. Образование строительного материала клетки и организма

4. Образование запаса органических веществ (органических депо)

5. Синтез метаболических ферментов и других билогически активных веществ, необходимых для жизнедеятельности (гормонов, витаминов, макроэргов – АТФ)

Катаболизм, энергетический обмен или диссимиляция (от лат. dissimilis – расподобление)

· Расщепление происходит под действием ферментов (оксидазы, гидролазы) и окислителей (О₂ , Н₂О и др.)

· Примерами диссимиляции являются реакции гидролиза (пищеварения), гликолиза, брожения (анаэробное дыхание), окисления (аэробное дыхание)

· Катаболизм сложных органических веществ осуществляется постепенно, в три этапа:

I – подготовительный - расщепление биополимеров на мономеры в органах пищеварения или лизосомах

II – бескислородный (гликолиз) – ферментативное расщепление мономеров до промежуточных продуктов, происходящее в цитозоли клетки

III – кислородный (дыхание) – ферментативное кислородное окисление продуктов гликолиза в митохондриях до конечных энергетически бедных продуктов, выводимых из клетки и организма (СО₂, Н₂О NН₃ и проч.)

q Конечным продуктом диссимиляции белков являются низкомолекулярные токсичные азотсодержащие вещества: аммиак, креатины, креатинины (аммиак у животных может превращаться в менее токсичные мочевину или мочевую кислоту

q Конечным продуктом диссимиляции жиров и углеводов является СО₂ и Н₂О

· Общую схему катаболизма биополимеров можно представить следующим образом:

гидролиз гликолиз дыхание, О₂

Биополимеры ----------мономеры ---------- промежуточные продукты ------------- конечные продукты

 

· Происходит только при участии ферментов

· Сопровождается разрывом химических связей и освобождением аккумулированной в них энергии, т. е. является экзотермическим процессом

q Выделяющаяся энергия запасается в макроэргических связях АТФ, т. к. диссимиляция сопровождается синтезом АТФ

· Неразрывно связан с ассимиляцией, которая является источником ферментов и сырья

· Неразрывно связан с внешней средой (источник органических веществ, О₂, Н₂О, место удаления конечных токсичных продуктов обмена веществ)

· По характеру диссимиляции различают аэробные и анаэробные организмы

Аэробные организмы, аэробы (от греч. aer – воздух) - организмы, использующие для дыхания (окисления) свободный кислород (аэробами являются большинство ныне живущих организмов)

q Кислородные потребности аэробов полностью зависят от автотрофов (зелёных растений)

Анаэробные организмы, анаэробы – организмы, окисляющие органические субстраты (например, сахара) в отсутствие кислорода в результате анаэробного дыхания – брожения, т. е. способные жить в бескислородной среде (многие микроорганизмы, гельминты, эндопаразиты, динитрифицирующие бактерии)

Функции катаболизма

1. Источник энергии для обеспечения всех эндотермических процессов в клетке и организме (ассимиляция, двигательная активность, генерация и проведение нервных импульсов и т.д.)

q Чем больше организм испытывает физических нагрузок и состояний стресса, тем больше энергии должна содержать пища тем интенсивнее диссимиляция

2. Образование низкомолекулярных веществ (сырья) для ассимиляционных процессов

3. Источник энергии для пополнения запасов АТФ (ресинтез, окислительное фосфорилирование)

4. Вне- и внутриклеточное пищеварение

5. Химическое дезавуирование опасных для клетки и организма веществ (экзо- и эндотоксинов, антигенов)

6. Элемент терморегуляции организма (количества тепловой энергии)

7. Источник СО₂, выделяющегося в результате дыхания и являющегося сырьём для фотосинтеза

8. Поддержание постоянства газового состава атмосферы Земли (СО₂,О₂)

 

ферменты,сложные вещества

Внешняя среда Анаболизм Катаболизм Внешняя среда

энергия, синтетическое сырьё конечные продукты СО₂, Н₂О, NН₃

органогенные элементы органические вещества

простые вещества,Н₂ О О₂, Н₂О

· Для всех живых существ первичным источником энергии является солнечная радиация, в частности видимый свет; свободная энергия видимого света улавливается зелёными растениями (фотоавтотрофами) в процессе фотосинтеза, которые трансформируют её в химическую энергию, запасаемую в химических связях органических веществ, через пищу делая её доступной для использования хемотрофами (животными, грибами и микроорганизмами)

Метаболизм, обмен веществ и энергии (греч. «метаболе» – превращение) – совокупность ферментативных реакции ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма), связанных между собой и внешней средой, протекающих в живых организмах

· Метаболизм растений (фотосинтезирующие автотрофы) и животных (гетеротрофы) существенно различается

· В живом организме анаболизм и катаболизм должны быть уравновешены, если один процесс существенно преобладает над другим, то обмен веществ и энергии нарушается, что вызывает нарушение жизнедеятельности клеток и всего организма

Значение метаболизма

1. поглощение энергии Солнца (растением) и создание органического вещества и пищи (животным)

2. Расщепление пищевых веществ до молекул (мономеров) – будущего «сырья» для синтеза

3. Синтез белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот и других веществ (ферментов, гормонов, витаминов)

4. Расщепление органических веществ до неорганических – СО₂ и Н₂О, что обеспечивает непрерывность миграции атомов и биотического круговорота элементов и веществ

q Ассимиляция и диссимиляция, хотя и противоположны по результатам, являются неразрывно связанными и взаимно обусловленными процессами, т. е. являются двумя сторонами единого процесса – обмена веществ