Обмін речовин і перетворення енергії в клітині

Обмін речовин і енергії (метаболізм) здійснюється на всіх рівнях організму: клітинному, тканинному і організмовому. Він забезпечує постійність внутрішнього середовища організму – гомеостаз – в безупинно мінливих умовах існування. У клітці протікають одночасно два процеси – це пластичний обмін (анаболізм або асиміляція) та енергетичний обмін (фатаболізм або дисиміляція).
Пластичний обмін – це сукупність реакцій біосинтезу, або створення складних молекул з простих. У клітці постійно синтезуються білки з амінокислот, жири з гліцерину і жирних кислот, вуглеводи з моносахаридів, нуклеотиди з азотистих основ і цукрів. Ці реакції йдуть з витратами енергії. Використовувана енергія звільняється в ході енергитическим обміну. Енергетичний обмін – це сукупність реакцій розщеплення складних органічних сполук до більш простих молекул. Частина енергії, що вивільняється при цьому, йде на синтез багатих енергетичними зв’язками молекул АТФ (аденозин-тріфосфорной кислоти). Розщеплення органічних речовин здійснюється в цитоплазмі і мітохондріях за участю кисню. Реакції асиміляції і дисиміляції тісно пов’язані між собою і зовнішнім середовищем. З довкілля організм одержує поживні речовини. У зовнішнє середовище виділяються відпрацьовані речовини.
Читайте також: Реакція гліколізу

Ферменти (ензими) – це специфічні білки, біологічні каталізатори, що прискорюють реакції обміну у клітині. Всі процеси в живому організмі прямо або побічно здійснюються за участю ферментів. Фермент каталізує тільки одну реакцію або діє тільки на один тип зв’язку. Цим забезпечується тонка регуляція всіх життєво важливих процесів (дихання, травлення, фотосинтез і т.д.), що протікають в клітині чи організмі. У молекулі кожного ферменту є ділянка, який здійснює контакт між молекулами ферменту і специфічної речовини (субстрату). Активним центром ферменту виступає функціональна група (наприклад, ОН – група серину) або окрема амінокислота.
Швидкість ферментативних реакцій залежить від багатьох факторів: температури, тиску, кислотності середовища, наявності інгібіторів і т.д.

Етапи енергетичного обміну:
Підготовчий – відбувається в цитоплазмі клітин. Під дією ферментів полісахариди розщеплюються на моносахариди (глюкоза, фруктоза і Др.), Жири розщеплюються до гліцерину і жирних кислот, білки – до амінокислот, нуклеїнові кислоти до нуклеотидів. При цьому виділяється невелика кількість енергії, яку розсіюється у вигляді тепла.
Безкисневий (анаеробне дихання або гліколіз) – багатоступеневе розщеплення глюкози без участі кисню. Його називають бродінням. У м’язах у результаті анаеробного дихання молекула глюкози розпадається на дві молекули ліровіноградной кислоти (С3Н4О3), які потім відновлюються в молочну кислоту (С3Н6О3). У реакціях розщеплення глюкози беруть участь фосфорна кислота і АДФ.

Сумарне рівняння цього етапу:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АDФ -> 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
У дріжджових грибків молекула глюкози без участі кисню перетворюється в етиловий спирт і діоксид вуглецю (спиртове бродіння). У інших мікроорганізмів гліколіз може завершуватися освітою ацетону, оцтової кислоти та ін При розпаді однієї молекули глюкози утворюється дві молекули АТФ, в зв’язках якій зберігається 40% енергії, інша енергія розсіюється у вигляді тепла.
Кисневе дихання – етап аеробного дихання або кисневого, розщеплення, який проходить на складках внутрішньої мембрани мітоходрій – кристах. На цьому етапі речовини попереднього етапу розщеплюються до кінцевих продуктів розпаду – води і вуглекислого газу. У результаті розщеплення двох молекул молочної кислоти утворюються 36 молекул АТФ. Основна умова нормального перебігу кисневого розщеплення – . Кисневе дихання – основний етап у забезпеченні клітини киснем. Він в 20 разів ефективніше безкисневого етапу.
Сумарне рівняння кисневого розщеплення:
2С3Н603 + 602 + 36H3PО4 + 36АДФ -> 6CO2 + 38Н2О + 36АТФ
За способом отримання енергії всі організми діляться на дві групи – автотрофні і гетеротрофні.
Енергетичний обмін в аеробних клітинах рослин, грибів і тварин протікає однаково. Це свідчить про їх спорідненість. Кількість мітохондрій у клітинах тканин різна, вона залежить від функціональної активності кйеток. Наприклад, багато мітохондрій в клітинах м’язів.

Посилання на основну публікацію