Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Обмен веществ и энергии (метаболизм) осуществляется на всехуровнях организма: клеточном, тканевом и организменном. Он обеспечиваетпостоянство внутренней среды организма - гомеостаз - в непрерывно меняющихсяусловиях существования. В клетке протекают одновременно два процесса - этопластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (фатаболизмили диссимиляция). Пластический обмен - это совокупность реакций биосинтеза,или создание сложных молекул из простых. В клетке постоянно синтезируютсябелки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов,нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Эти реакции идут с затратамиэнергии. Используемая энергия освобождается в ходе энергитического обмена.Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления сложных органическихсоединений до более простых молекул. Часть энергии, высвобождаемой при этом,идет на синтез богатых энергетическими связями молекул АТФ (аденозин-трифосфорнойкислоты). Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме имитохондриях с участием кислорода. Реакции ассимиляции и диссимиляции тесносвязаны между собой и внешней средой. Из внешней среды организм получаетпитательные вещества. Во внешнюю среду выделяются отработанные вещества. Ферменты (энзимы) - это специфическиебелки, биологические катализаторы, ускоряющие реакции обмена в клетке. Всепроцессы в живом организме прямо или косвенно осуществляются с участиемферментов. Фермент катализирует только одну реакцию или действует толькона один тип связи. Этим обеспечивается тонкая регуляция всех жизненно важныхпроцессов (дыхание, пищеварение, фотосинтез и т.д.), протекающих в клеткеили организме. В молекуле каждого фермента имеется участок, осуществляющийконтакт между молекулами фермента и специфического вещества (субстрата).Активным центром фермента выступает функциональная группа (например, ОН- группа серина) или отдельная аминокислота. Скорость ферментативных реакций зависит от многих факторов:температуры, давления, кислотности среды, наличия ингибиторов и т.д. Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный - происходит в цитоплазме клеток. Под действиемферментов полисахариды расщепляются на моносахариды (глюкоза, фруктозаи Др.), жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот,нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. При этом выделяется небольшое количествоэнергии, которое рассеивается в виде тепла.
2. Бескислородный (анаэробное дыхание или гликолиз) — многоступенчатоерасщепление глюкозы без участия кислорода. Его называют брожением. Вмышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадаетсяна две молекулы лировиноградной кислоты (С₃Н₄О₃),которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С₃Н₆О₃).В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ.

Суммарное уравнение этого этапа: С₆Н₁₂О₆+ 2Н₃РО₄+ 2АDФ -> 2С₃Н₆О₃+ 2АТФ + 2Н₂О У дрожжевых грибков молекула глюкозы без участия кислородапревращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение). Удругих микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона,уксусной кислоты и др. При распаде одной молекулы глюкозы образуется двемолекулы АТФ, в связях которой сохраняется 40% энергии, остальная энергиярассеивается в виде тепла. Кислородное дыхание - этап аэробного дыхания или кислородного,расщепления, который проходит на складках внутренней мембраны митоходрий- кристах. На этом этапе вещества предыдущего этапа расщепляются до конечныхпродуктов распада - воды и углекислого газа. В результате расщепления двухмолекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Основное условие нормальноготечения кислородного расщепления - целостность митохондриальных мембран.Кислородное дыхание — основной этап в обеспечении клетки кислородом. Онв 20 раз эффективнее бескислородного этапа. Суммарное уравнение кислородного расщепления: 2С₃Н₆0₃+ 60₂+ 36H₃PО₄+ 36АДФ -> 6CO₂+ 38Н₂О+ 36АТФ По способу получения энергии все организмы делятся на двегруппу - автотрофные и гетеротрофные. Энергетический обмен в аэробных клетках растений, грибови животных протекает одинаково. Это свидетельствует об их родстве. Количествомитохондрий в клетках тканей различно, оно зависит от функциональной активностикйеток. Например, много митохондрий в клетках мышц.