Дисиміляція

Дисиміляція (катаболізм) – це сукупність процесів, при яких відбувається окислення складних органічних речовин і перетворення їх на неорганічні:

  • воду;
  • вуглекислий газ;
  • сечовину (проста органічна речовина) тощо.

Це супроводжується синтезом АТФ, яка використовується організмом у процесах асиміляції і інших процесах життєдіяльності організму.

Головною функцією процесів дисиміляції в організмі є переведення енергії з «незручної» організму форми (енергії хімічних зв’язків складних органічних речовин – білків, вуглеводів, жирів) в «зручну» форму – макроергічні зв’язки з’єднання типу АТФ і АДФ, енергія яких за рахунок процесів фосфорилювання легко переходить від одного з’єднання до іншого.

Це одна з біолого-екологічних функцій асиміляції.

Іншою такою функцією є реалізація кругообігу речовин, коли органічні речовини перетворюються на неорганічні, а останні знову вступають в колообіг, беручи участь в утворенні органічних речовин.

Переклад енергії з «незручною» для організму форми в «зручну» відбувається за рахунок перетворення спочатку АМФ в АДФ, а потім АДФ в АТФ.

Перетворення аденозинфосфати з утворенням макроергічних зв’язків виражаються схемами:

  • АМФ + Н3РO4 → АДФ + Н2O (поглинання енергії);
  • АДФ + Н3РO4 = АТФ + Н2O (поглинання енергії).

У результаті процесів дисиміляції накопичується АТФ, яка потім використовується в процесах асиміляції, а енергія, яка укладена в макроергічних зв’язках молекул АТФ, передається на інші молекули або за рахунок процесів фосфорилювання (залишок переходить з молекули АТФ на інші молекули), або за рахунок гідролізу АТФ і її перетворення на АДФ і фосфорну кислоту.

Організми за характером участі в процесах дисиміляції молекулярного кисню діляться на:

  • анаеробні (безкисневі);
  • аеробні (кисневі).

В анаеробних організмах дисиміляція здійснюється за рахунок бродіння, а в аеробних – за рахунок дихання в широкому розумінні сутності цього поняття.

Бродіння – це сукупність процесів розкладання складних органічних речовин до більш прості, що супроводжується виділенням енергії і синтезом АТФ.

У природі найбільш поширеними видами бродіння є:

  • молочнокисле;
  • спиртове.

Як спосіб «добування» енергії бродіння можна привести малоефективний процес: так, при молочнокислом бродінні з 1 моля глюкози утворюється 2 моля АТФ.

Молочнокисле бродіння – це анаеробний процес розпаду глюкози до молочної кислоти. Виражається схемою:

С6Н12O6 (глюкоза) → 2СН3СН(ОН)СООН (молочна кислота)

(Виділяється енергія, під дією якої синтезується дві молекули АТФ).

Цей вид бродіння характерний для молочнокислих бактерій, у присутності яких відбувається скисання молока.

Молочнокисле бродіння є однією із стадій процесу дихання (у широкому сенсі) у аеробних організмів, у тому числі і у людини.

Спиртове бродіння – це аеробний процес розпаду глюкози, який супроводжується утворенням етилового спирту і вуглекислого газу. Цей процес протікає за схемою:

С6Н12О6 (глюкоза) → 2СО2 + 2С2Н5ОН (етиловий спирт)

(Виділяється енергія, яка використовується для синтезу АТФ).

Цей вид бродіння відбувається в плодах та в інших органах рослини, які знаходяться в анаеробної середовищі.

У природі найбільш широке поширення має інший спосіб дисиміляції – дихання, яке реалізується в окислювальному середовищі, тобто середовищі, яке містить молекулярний кисень.

Процес дихання складається з двох частин:

  • газообмін;
  • складна послідовність біохімічних процесів окислення органічних сполук.

Їх кінцевими продуктами є:

  • вуглекислий газ;
  • вода;
  • аміак (перетворюється в інші речовини);
  • сірководень;
  • неорганічні сполуки фосфору та ін.

У побуті дихання розглядається як процес газообміну (це розуміння поняття «дихання» у вузькому сенсі).

Так, зоологи в організмах вищих тварин виділяють систему органів дихання – в цих органах здійснюється газообмін, в результаті якого з організму видаляється СО2, а в організм надходить О2 (ми «дихаємо», тобто виділяємо вуглекислий газ і поглинаємо молекулярний кисень).

У даній статі дихання розглядається в широкому сенсі цього слова як сукупність процесів газообміну, перенесення газів по організму і сукупність хімічних процесів, при яких складні органічні речовини перетворюються на неорганічні, при цьому енергія засвоюється організмом у формі АТФ, яка синтезується в процесі дисиміляції.

Отже, процес дихання, в широкому сенсі, складається з двох фаз:

  • газообміну;
  • сукупності хімічних процесів звільнення енергії та синтезу АТФ.

Коротко охарактеризуємо ці фази.

Газообмін

Для одноклітинних і відносно просто влаштованих організмів (як рослинних, так тварин і грибів) газообмін протікає на всій поверхні тіла: кисень надходить в клітини, а вуглекислий газ виділяється в навколишнє середовище.

У вищих рослин роль органів дихання грають або продихи (листя), або особливо влаштовані пори (чечевички) в корі багаторічних органів (стебла, коріння). Крім того, коріння поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ кореневими волосками.

У високоорганізованих багатоклітинних тварин є складно влаштовані органи дихання – це:

  • зябра (у водних тварин);
  • легені (вищі тварини типу Хребетні);
  • система трахей (комахи).

Розглянемо газообмін на прикладі людини – представника типу Хребетні.

Цей процес протікає досить складно і починається в легенях, в яких в капілярах альвеол кров, яка збагачена СO2 (венозна кров), контактує з повітрям, багатим на кисень (він надійшов в легені під час вдиху), за рахунок чого в повітря з легень виділяється вуглекислий газ, а молекулярний кисень взаємодіє з гемоглобіном крові, утворюючи з’єднання червоного кольору – оксигемоглобін (О2 витісняє СО2 з його з’єднання з гемоглобіном).

У порожнину легенів дифундує і СО2, який міститься в плазмі крові.

Артеріальна кров, яка утворилася, по венах легень надходить у ліве передсердя, а з нього – в лівий шлуночок і аорту.

Далі кров по кровоносних судинах розноситься до тканин різних органів і через капіляри в тканинах вуглекислий газ з тканинної рідини (в тканинну рідину СО2 надійшов з клітин) надходить в еритроцити крові, частково реагуючи з оксигемоглобіном, а частково розчиняючись у плазмі клітини.

Молекулярний кисень дифундує спочатку в тканинну рідину, а потім – в клітини.

В результаті охарактеризованих процесів в тканинах утворюється венозна кров, яка з капілярів надходить у вени, а потім – у праве передсердя, правий шлуночок, з якого через легеневі артерії надходить у легені і процес повторюється.

Характеристика хімічних процесів окислення при дисиміляції

Хімізм «звільнення енергії», який міститься в складних біохімічних з’єднаннях, складний і протікає в три етапи.

1 етап – підготовчий.

Цей етап протікає в будь-якому організмі і полягає в тому, що складні органічні речовини перетворюються в більш прості:

  • білки – в суміш природних альфа-амінокислот;
  • полісахара – в моносахара;
  • жири – в суміш гліцерину і жирних кислот.

При протіканні даного етапу виділяється невелика кількість енергії, яку організм практично не використовує – вона розсіюється.

2 етап – анаеробний.

Він представляє собою процеси бродіння. Найбільш важливим процесом бродіння є молочнокисле бродіння, яке можна зобразити схемою:

С6Н12О6 (глюкоза) + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2АТФ + 2Н2О + СН3СН(ОН)СООН (молочна кислота)

Цей етап необхідний організмам для реалізації їх фізіологічних функцій:

  • вчинення механічної роботи;
  • переміщення організму в просторі і т. д.

Крім того, молочна кислота є речовиною, яка вступає в третій етап.

3 етап – аеробний.

Для здійснення цього етапу необхідний молекулярний кисень. Він реалізується в особливих органелах клітини – мітохондріях (їх образно називають «енергетичними станціями клітини»). Аеробний етап представляє собою складний ланцюг перетворень, в результаті яких утворюються неорганічні речовини. Якщо перетворенням піддавалася глюкоза, то схематично аеробний етап можна зобразити так:

2СН3СН(ОН)СООН (молочна кислота) + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

Дві молекули молочної кислоти взяті тому, що з однієї молекули глюкози при молочнокислом бродінні утворюється дві молекули кислоти.

Отже, при повному розпаді однієї молекули глюкози до СО2 і Н2О синтезується 38 (36 + 2) молекул АТФ, що відповідає 55%-му засвоєнню енергії, яка виділяється при повному окисленні глюкози до зазначених вище продуктів.

Завершуючи розгляд процесів дисиміляції слід зазначити відмінність в газообміні рослин і тварин, а для газообміну рослин – відмінність газообміну вдень і вночі.

Слід пам’ятати, що і у рослин і у тварин вночі газообмін однаковий – організм поглинає кисень і виділяє в середовище проживання СО2. Вдень газообмін у рослин полягає в тому, що рослина на світлі поглинає СО2, а виділяє в середовище проживання О2 (у тварин навпаки – виділяється СО2, а поглинається кисень).

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Будова сперматозоїда