Метаболизм

В биологии обмен веществ — это совокупность тесно взаимосвязанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Целью метаболизма является создание сложных веществ и обеспечение организма энергией.

Определение

Клеточный метаболизм включает в себя множество химических реакций, происходящих в органеллах и необходимых для поддержания жизни.
Метаболизм включает два процесса:

  • катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) — совокупность химических реакций, направленных на разложение сложных веществ с образованием энергии;
  • анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) — биосинтетические реакции, при которых с затратой энергии образуются сложные органические вещества.

Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.

Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального протекания обмена веществ в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород и вода. Растения должны получать воду, кислород и солнечный свет.

Диссимиляция и ассимиляция — взаимосвязанные процессы, не протекающие изолированно друг от друга. Для возникновения анаболизма необходима энергия, которая высвобождается в процессе катаболизма. Для деления (диссимиляции) нужны ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.

Катаболизм и анаболизм

Диссимиляция может происходить в присутствии или в отсутствие кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:

  • аэробы – живут только в присутствии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
  • анаэробы: могут существовать в отсутствие кислорода (некоторые бактерии и грибы).

При поглощении кислорода происходит процесс окисления и сложные вещества распадаются на более простые. Ферментация проходит в бескислородной среде. В результате этих двух процессов выделяется большое количество энергии.

У аэробных организмов катаболизм протекает в три стадии, описанные в таблице.

Этап

Что происходит

Где происходит

Энергия

Подготовительный

Ферментативное расщепление органических соединений: белки расщепляются до аминокислот, крахмала до глюкозы, жиров до жирных кислот и глицерина

У одноклеточных — в лизосомах, у многоклеточных — в желудочно-кишечном тракте

Небольшое количество рассеивается в виде тепла

Бескислородный

Глюкоза распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВС). В отсутствие дополнительного кислорода ПВХ разлагается при брожении до этилового спирта (спиртовое брожение) или до молочной кислоты (молочнокислое брожение) Образование двух молекул АТФ

В цитоплазме клетки

Отходы в виде глюкозы при гликолизе

Кислород

Окисление ПВХ до углекислого газа и воды

В митохондриях

Затраты энергии на образование молекул АТФ

Рис. 2. Процесс гликолиза.

Анаэробный метаболизм включает первые две стадии.

Анаболизм происходит после подготовительного этапа. Сложные органические вещества, характерные для организма, синтезируются из более простых организмов. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-переносчики, пигменты, нуклеиновые кислоты и др. образовавшиеся вещества способствуют катаболизму.

У растений фотосинтез — это анаболизм, а дыхание — катаболизм. Во время фотосинтеза вырабатывается глюкоза, которая запасается в виде энергии и используется для построения тела. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии за счет расщепления глюкозы на воду и углекислый газ, которые затем используются в процессе фотосинтеза.

Рис. 3. Фотосинтез и дыхание растений.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть