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.
Содержание
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.