1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Біологія
  3. Обмін речовин і перетворення енергії

Обмін речовин і перетворення енергії

Обмін речовин і перетворення енергії – основа життєдіяльності клітини. Енергетичний обмін у клітині. Значення АТФ в енергетичному обміні

Будь жива клітина, здійснюючи різноманітні процеси синтезу і розпаду речовин, подібна складному хімічному комбінату. Для нормального протікання цих хімічних процесів необхідний постійний обмін речовин між клітиною і навколишнім середовищем, а також постійне перетворення енергії в клітині. Одержувані ззовні білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мікроелементи витрачаються клітинами на синтез необхідних їм з’єднань, побудова клітинних структур. Однак для синтезу речовин необхідна енергія. Головне джерело енергії для живих організмів – Сонце.

З вступників в клітку компонентів їжі під дією біологічних каталізаторів – ферментів – синтезуються нові молекули для заміни витрачених речовин, для побудови органоїдів. Весь набір реакцій біологічного синтезу речовин в клітині (біосинтезу) отримав назву асиміляції, або пластичного обміну.

Очевидно, що синтез яких-небудь речовин неможливий без витрат енергії. Особливо інтенсивно реакції асиміляції відбуваються в зростаючій, що розвивається клітці. Найважливішими з таких реакцій є синтез білка і фотосинтез. Як же клітина отримує енергію для реакцій біосинтезу? Поряд з процесами синтезу нових речовин в клітинах відбувається постійний розпад запасених при асиміляції складних органічних речовин. За участю ферментів ці молекули розпадаються до більш простих сполук; при цьому вивільняється енергія. Найчастіше ця енергія запасається у вигляді аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Далі енергія АТФ використовується для різних потреб клітини, в тому числі і для реакцій біосинтезу. Сукупність реакцій розпаду речовин клітини, що супроводжуються виділенням енергії, отримала назву дисиміляції, або енергетичного обміну.

Асиміляція і дисиміляція – протилежні процеси: у першому випадку речовини утворюються, у другому – руйнуються. Але вони тісно взаємопов’язані і один без одного неможливі. Адже якщо в клітці не будуть синтезуватися і запасатися складні речовини, то нема чому буде розпадатися, коли буде потрібно енергія. А якщо речовини не будуть розпадатися, то де взяти енергію для синтезу необхідних речовин?

Таким чином, асиміляція і дисиміляція – це дві сторони єдиного процесу обміну речовин і енергії, що отримав назву метаболізму (гр. Metabole – перетворення).

Енергетичний обмін у клітині поділяють на три етапи. Перший етап: – підготовчий. Під час нього великі харчові полімерні молекули розпадаються на більш дрібні фрагменти. Полісахариди розпадаються на ді-і моносахариди, білки – до амінокислот, жири – до гліцерину і жирних кислот. У ході цих перетворень енергії виділяється мало, вона розсіюється у вигляді тепла, і АТФ не утворюється.

Другий етап – неповне бескислородное розщеплення речовин. На цьому етапі речовини, що утворилися під час підготовчого етапу, розкладаються за допомогою ферментів у відсутності кисню. Розберемо цей етап на прикладі гліколізу – ферментативного розщеплення глюкози. Гліколіз відбувається в тваринних клітинах і у деяких мікроорганізмів. Сумарно цей процес можна представити у вигляді наступного рівняння:

Таким чином, при гліколізі з однієї молекули глюкози утворюються дві молекули трехуглеродной піровиноградної кислоти (С3Н4О3), яка в багатьох клітинах, наприклад в м’язових, перетворюється на молочну кислоту (С3Н6О3), причому вивільнилися при цьому енергії досить для перетворення двох молекул АДФ в дві молекули АТФ. Незважаючи на гадану простоту, гліколіз – процес багатоступінчастий, що нараховує більше десяти стадій, каталізуються різними ферментами. Тільки 40% виділилася енергії запасається у вигляді АТФ, а решта 60% розсіюються у вигляді тепла.

У більшості рослинних клітин і деяких грибів другий етап енергетичного обміну представлений спиртовим бродінням:

image6

Вихідні продукти спиртового бродіння ті ж, що і у гліколізу, але в результаті утворюється етиловий спирт, вуглекислий газ, вода і дві молекули АТФ. Є такі мікроорганізми, які розкладають глюкозу до ацетону, оцтової кислоти та інших речовин, але в будь-якому випадку «енергетична прибуток» клітини становить дві молекули АТФ.

Третій етап енергетичного обміну – повне кисневе розщеплення, або клітинне дихання. При цьому речовини, що утворилися на другому етапі, руйнуються до кінцевих продуктів – СО2 і Н2О. Цей етап можна представити в наступному вигляді:

image7

Таким чином, окислення двох молекул трехуглеродной кислоти, що утворилися при ферментативному розщепленні глюкози до СО2 і Н2О, призводить до виділення великої кількості енергії, достатньої для утворення 36 молекул АТФ. Клітинне дихання відбувається на Кріста мітохондрій. Коефіцієнт корисної дії цього процесу вище, ніж у гліколізу, і становить приблизно 55%. В результаті повного розщеплення однієї молекули глюкози утворюється 38 молекул АТФ.

Для отримання енергії в клітинах крім глюкози можуть бути використані й інші речовини: ліпіди, білки. Однак провідна роль в енергетичному обміні у більшості організмів належить сахарам.

ПОДІЛИТИСЯ: