Наша рассылка!
Новости сайта Модно-Красиво.ру Вы можете получать прямо на мейл
Рассылки Subscribe.Ru

Подписаться письмом

Обмен веществ и энергии это


2. Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен

Между организмом и окружающей его средой непрерывно происходит обмен веществ и энергии.

Обмен веществ начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов. В пищеварительном канале часть веществ с помощью ферментов расщепляется до более простых, которые всасываются в кишечнике и переходят в кровь (и с кровью вещества переносятся к клеткам тела). В клетках происходят процессы их химических превращений (клеточный метаболизм), в ходе которых организм получает энергию и материалы, необходимые ему для построения собственных клеток и тканей.

Не использованные в результате превращений веществ остатки и продукты жизнедеятельности (продукты распада) выводятся из организма (с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом).

 

Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ в организме — это не просто постоянный ток веществ через его основные структуры, а совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Все реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.

 

 

Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием (затратой) энергии.

В процессах энергетического обмена (диссимиляции, или катаболизма, или биологического окисления) происходит разрушение (распад) полученных с пищей питательных веществ до простых соединений с высвобождением энергии, запасённой в химических связях органических молекул пищи.

В здоровом организме оба процесса строго сбалансированы (хотя в период быстрого роста ассимиляция может временно преобладать над диссимиляцией).

Основными видами обмена веществ являются белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмены.

www.yaklass.ru

Обмен веществ и энергии в организме

Здоровье и здоровый образ жизни

Обмен веществ и энергии в организме

Обмен веществ — это совокупность процессов поступления веществ в организм, использования их организмом в процессах ана­болизма и катаболизма и выделения продуктов распада в окружаю­щую среду. Понятие питание включает совокупность процессов поступления пищевых веществ в желудочно-кишечный тракт, их переваривания и всасывания продуктов гидролиза в кровь.

Ассимиляция - совокупность процессов, обеспечивающих по­ступление веществ в организм и использование их для синтеза кле­точных структур и секретов клеток.

Анаболизм - заключительная часть ассимиляции, совокуп­ность внутриклеточных процессов, обеспечивающих синтез струк­тур и секретов клеток организма. Исходными продуктами анабо­лизма являются: мономеры (аминокислоты, моносахариды, жирные кислоты, моноглицериды, нуклеотиды), а также вода, минеральные соли и витамины; конечными - полимеры: специфические белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты организма. Анаболизм обес­печивает восстановление (обновление) распавшихся в процессе ка­таболизма клеточных структур, восстановление энергетического потенциала, рост развивающегося организма.

Диссимиляция (катаболизм) представляет собой совокупность процессов распада клеточных структур и соединений организма с освобождением энергии, необходимой для деятельности всех орга­нов и систем организма, синтеза структур и секретов клеток, под­держания на оптимальном уровне температуры тела. Исходными продуктами диссимиляции (катаболизма) являются белки, жиры и углеводы клеток организма; конечными - углекислый газ, вода и аммиак, который затем преобразуется в мочевину и другие азотсо­держащие вещества.

У здорового взрослого человека наблюдается равновесие меж­ду ассимиляцией и диссимиляцией. В период роста, при беремен­ности, при интенсивной физической нагрузке, в период выздоров­ления или выхода из состояния голодания ассимиляция преобладает над диссимиляцией. В старости, при истощающих за­болеваниях, при голодании диссимиляция больше ассимиляции.

Источником пластического и энергетического материала яв­ляется пища - в ней содержатся питательные вещества, которы­ми являются продукты гидролиза белков, жиров и углеводов, а также вода, минеральные соли и витамины. Продукты гидролиза являются пластическим и энергетическим материалом, а витами­ны, соли и вода - только пластическим (структурными элемента­ми, обеспечивающими синтез клеточных структур и соединений организма).

Конечными продуктами гидролиза белков в пищеварительном тракте являются аминокислоты, нуклеотиды, углеводов - моноса­хариды, жиров - жирные кислоты, глицерол. При гидролизе обра­зуются мономеры, практически не потерявшие своей энергетиче­ской ценности (освобождается лишь около 1 % заключенной в пище энергии), а при диссимиляции вещества расщепляются до конеч­ных продуктов с выделением большого количества энергии.

Долю питательных веществ, поступивших из пищеварительно­го тракта во внутреннюю среду организма (около 90%), называют усвояемостью питательных веществ.

Обмен белков

Роль белков в организме весьма разнообразна.

1. Пластическая функция белков - они необходимы для синте­за клеточных структур (рост организма, восстановление повреж­денных структурных элементов), для синтеза биологически актив­ных веществ - гормонов, ферментов. Белок - это первооснова жизни, 50% сухого вещества клетки составляют белки. Азот со­держится только в белках, их нельзя заменить углеводами или жи­рами.

2. Энергетическая роль белков второстепенная - белки при сба­лансированном питании поставляют около 15% энергии организму.

3. Транспорт гормонов, липидов, холестерина, минеральных веществ.

4. Защитная функция белков (иммунные белки плазмы крови, антитела).

5. Создают онкотическое давление).

6. Являются компонентами буферных систем крови.

Биологическая ценность различных белков определяется на­бором аминокислот, содержащихся в их составе. Белки, не содер­жащие хотя бы одной незаменимой аминокислоты, называют не­полноценными, так как это ведет к нарушению синтеза белков. Животные белки считаются полноценными для организма, так как они по аминокислотному составу ближе к белкам человека и со­держат полный набор незаменимых аминокислот. Растительные белки являются неполноценными, так как они не содержат полно­го набора аминокислот. Незаменимые аминокислоты те, которые не синтезируются в организме. К ним относятся следующие амин-кислоты: аргинин, валин, гистидин, изолейцин, лейцин, метеонин, треонин, триптофан, фенилаланин.

 

Потребность организма в белках. При оценке расхода белка организмом и потребности в белках различают следующие вариан­ты. Коэффициент изнашивания - количество белка, распадаю­щегося в организме за сутки при безбелковой диете, но достаточ­ной по калорийности за счет жиров и углеводов (белковое голодание). Он равен около 20 г белка в сутки. Белковый минимум - минимальное количество белка пищи, при котором возмож­но поддержание азотистого равновесия. Он равен в условиях по­коя около 40 г белка в сутки. Белковый оптимум - это количест­во белка пищи, которое полностью обеспечивает потребности организма, хорошее самочувствие, высокую работоспособ­ность, достаточную сопротивляемость неблагоприятным воздейст­виям на организм. Он равен около 90 г в сутки, но не менее 1 г/кг массы в сутки. При недостаточном поступлении белков в ор­ганизм развиваются снижение умственной и физической работо­способности, недостаточность защитных функций организма, могут развиваться отеки и атрофия мышц. В пищевом рационе должно быть 55-60% животных белков от общего количества белков.

Приход белка в организм определяют следующим образом. В навеске пищевого продукта биохимическим методом определя­ют содержание азота в граммах, умножают результат на 6,25, так как белок на 16% состоит из азота, затем пересчитывают на общий вес продукта и вычитают 10%, т. е. количество белка, не усвоен­ного в пищеварительном тракте. Для определения суточного рас­хода белка организмом определяют в суточной моче содержание азота в граммах и также умножают результат на 6, 25.

В процессе обмена белков могут наблюдаться азотистое равно­весие, положительный или отрицательный азотистый баланс. Азо-' тистым равновесием называют состояние азотистого обмена, при котором количество поступившего в организм азота равно количест­ву азота, выводимого с мочой. При увеличении содержания белка в пище азотистое равновесие вскоре установится на новом, но более высоком уровне. Положительным азотистым балансом называ­ют состояние азотистого обмена, при котором количество поступив­шего в организм азота больше выводимого с мочой. Он наблюдается в период роста организма, после голодания, при беременности, при физической тренировке, сопровождающейся ростом мышечной мас­сы, при выздоровлении после истощающей болезни. Под отрица­тельным азотистым балансом понимают состояние азотистого баланса, при котором количество поступившего в организм азота меньше выводимого с мочой. Он наблюдается при голодании, при не­достатке количества или биологической ценности белка пищи, при истощающих заболеваниях, в старости.

Регуляция обмена белка. Гормон щитовидной железы тирок­син (Т3) усиливает синтез белков; высокие концентрации Т3, наоборот, подавляют синтез белка; гормон роста, инсулин, тестос­терон, эстроген стимулируют синтез белка в организме. Глюкокор-тикоиды усиливают распад белков, особенно в мышечной и лимфо-идной тканях, но стимулируют синтез белков в печени.

Обмен жиров

Функции жиров. Жиры в организме выполняют энергетиче­скую, пластическую, защитную функции, роль депо. Пластическая роль жиров заключается в том, что из жиров образуются элементы клеточных структур, ряд биологически активных веществ, напри­мер, гормоны, простагландины, витамины А и Д. Защитная функ­ция жиров: предохраняют кожу от высыхания и от действия во­ды, защищают организм от механических воздействий, от переохлаждения. Роль депо жиров заключается в том, что они со­ставляют резерв энергии и воды. При окислении 100 г жира обра­зуется 110 г воды и освобождается 930 ккал энергии. Жиры синте­зируются из жирных кислот и глицерина, из аминокислот и моносахаридов.

Биологическая ценность жиров, поступающих в организм, за­висит от наличия в них заменимых и особенно незаменимых жир­ных кислот, от соотношения жиров животного и растительного происхождения, содержания витаминов А, Д, Е. Линолевая и линоленовая кислоты являются незаменимыми, так как они не синтезируются в организме человека из других органических соединений. Они составляют около 1% от общего количества жиров. Заменимые жирные кислоты (насыщенные) - олеиновая, пальметиновая, стеариновая и другие - синтезируются в организ­ме. Оптимальный вариант соотношения в пищевом рационе жиров животного и растительного происхождения следующее - 70% жи­вотных жиров, 30% - растительных. При этом около 30% энерго­трат организма должно покрываться за счет жиров.

Потребность организма в жирах составляет около 110г в сутки. При недостатке жира в организме развиваются примерно те же нарушения, что и при недостаточном поступлении незаменимых жирных кислот: наблюдаются поражения кожи и волос, наруше­ние синтеза простагландинов, страдают все функции организма. При недостаточном поступлении в организм только незаменимых жирных кислот развиваются такие же нарушения, а также гипер-холестеринемия, что способствует развитию атеросклероза.

При избыточном поступлении жиров в организм развиваются ожирение, атеросклероз (преждевременно). Ожирение является фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений (инфаркт миокарда, инсульт и др.), ведет к снижению продолжительности жизни.

Регуляция обмена жиров. Адреналин, норадреналин, тирок­син, гормон роста, глюкагон, глюкокортикоиды мобилизуют жиры из жировых депо в организме. Поэтому при физических нагрузках и стрессовых состояниях в результате выброса в кровь адаптивных гормонов (катехоламинов, глюкокортикоидов) расход жиров орга­низмом возрастает.

Обмен углеводов

Роль углеводов в организме. Они выполняют преимуществен­но энергетическую, а также пластическую функцию. Клетчатка улучшает двигательную и секреторную функции желудочно-кишеч­ного тракта, способствует выведению из организма холестерина пи­щи. Пластическая роль углеводов заключается в том, что они вхо­дят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), ряда коферментов (НАД, НАДФ, флавопротеинов), некоторых гормонов, ферментов, витаминов; являются структурным элементом клеточных мембран, разных структур соединительной ткани; из углеводов синтезиру­ются заменимые амино- и жирные кислоты.

svastour.ru

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ - это... Что такое ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ?

обме́н веще́ств и эне́ргии, метаболизм, совокупность превращений веществ и энергии в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Ф. Энгельс, определяя жизнь, указывал, что её важнейшее свойство — постоянный обмен веществ с окружающей природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. О. в. и э. — специфический и непременный признак жизни. Значение О. в. и э. заключается в восстановлении распадающихся в организме и теряемых им веществ, необходимых для построения всех его структурных элементов, и в обеспечении жизненных функций организма энергией. Образующаяся в процессе обмена веществ энергия используется для поддержания температуры тела, совершения работы, роста и развития организма и обеспечения структуры и функции всех клеточных элементов. Таким образом, обмен веществ и превращение энергии неразрывно связаны между собой и составляют единое целое. О. в. и э. включает два основных, непрерывно связанных между собой процесса — ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Ассимиляция — совокупность химических реакций, приводящих к использованию и переработке веществ, поступающих в организм из внешней среды, и образованию из них сложных химических соединений, входящих в состав цитоплазмы клеток и тканей; связана с потреблением энергии. Диссимиляция заключается в распаде веществ, входящих в состав клеток и поступивших извне, на более простые соединения, которые затем выделяются в окружающую среду как продукты жизнедеятельности. Биохимические реакции О. в. и э. происходят в субклеточных структурах в определённой последовательности и осуществляются с помощью ферментов.

О. в. и э. включает 3 этапа:
1) превращение пищевых веществ в пищеварительных органах (см. Пищеварение) и всасывание;
2) промежуточный обмен, включающий процессы ассимиляции и диссимиляции веществ в тканях организма;
3) образование и выделение конечных продуктов обмена из организма с мочой, калом, выдыхаемым воздухом и т. д. Количество энергии, выделяемой на каждом этапе О. в. и э., различно. На 1-м этапе происходит расщепление составных частей пищи — белков до аминокислот, углеводов до глюкозы, липидов до свободных жирных кислот и глицерина; выделение энергии происходит в незначительных количествах — 0,6% энергии белков и углеводов, около 1% энергии липидов. 2-й этап — окисление веществ, образовавшихся на 1-м этапе, до ацетилкоэнзима-A, α-кетоглутаровой и щавелевоуксусной кислот. При этом освобождается 1/3 всей энергии, заключённой в питательных веществах. 3-й этап сопровождается окислением ацетилкоэнзима-A в цикле трикарбоновых кислот до конечных продуктов обмена — CO2 и H2O. Этот этап характеризуется освобождением 1/3 всей энергии питательных веществ. 40% энергии, образовавшейся в процессе обмена веществ, превращается в теплоту и свыше 60% используется для синтеза макроэргических соединений. Соотношение между количеством энергии, поступившей с питательными веществами корма, и количеством энергии, отдаваемой во внешнюю среду, называется энергетическим балансом организма. Определение этого баланса имеет большое теоретическое и практическое значение, особенно для расчёта кормовых рационов. Коэфф. полезного действия реакций О. в. и э. выражается количеством энергии, которое при данной температуре может быть превращено в работу. Для каждого организма характерен так называемый основной обмен, под которым подразумевают то минимальное количество энергии, которое необходимо при полном покое организма. Основной обмен определяют для оценки типа О. в. и э. и физиологических норм кормления.

Приспособление уровня обменных процессов к нуждам организма осуществляется регуляторными системами, которые включают автоматическую регуляцию на уровне внутренней среды клетки при помощи механизмов субклеточных структур (важную роль в О. в. и э. клетки играют биологические мембраны), эндокринную (см. Гормоны) и нервную регуляции (см. Нейрогуморальная регуляция).

Важное место в О. в. и э. занимают витамины, минеральные вещества, в том числе микроэлементы. Витамины участвуют в ферментативных реакциях в составе коферментов, например производное витамина B1 — тиаминпирофосфат — служит коферментом при окислительном декарбоксилировании α-кетокислот. Важную роль в минеральном обмене играют Na, K, Ca, P и другие неорганические соединения. Fe входит в состав гемоглобина и миоглобина. Для активности ферментов необходимы микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn и др.). Контроль за ходом О. в. и э. лежит в основе ранней биохимической диагностики многих болезней сельскохозяйственных животных. Разработано большое количество методов исследования, которые позволяют проводить анализ микроколичества биологических субстратов с применением экспресс-методов и быстродействующей автоматической аппаратуры. См. также Азотистый обмен, Жировой обмен, Углеводный обмен.

Литература:
Топарская В. Н., Физиология и патология углеводного, липидного и белкового обмена, М., 1970;
Комаров Ф. И., Коровкин Б. Ф., Меньшиков В. В., Биохимические исследования в клинике, Л., 1976;
Држевецкая И. А., Основы физиологии обмена веществ и эндокринной системы, М., 1977.

Ветеринарный энциклопедический словарь. — М.: "Советская Энциклопедия". Главный редактор В.П. Шишков. 1981.

veterinary.academic.ru

1. Гомеостаз. Метаболизм. Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен)

Для нормальной жизнедеятельности клетки и всего многоклеточного организма необходимо постоянство внутренней среды, получившее название гомеостаза.

Гомеостаз — постоянство внутренней среды биологических систем.

Гомеостаз поддерживается реакциями обмена веществ, которые подразделяются на ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Все реакции, протекающие в клетке, направлены на поддержание гомеостаза, для этого необходимы вещества и энергия.

Вся совокупность реакций биосинтеза веществ и их последующей сборки в более крупные структуры, идущих с затратой энергии, называется ассимиляцией, анаболизмом или пластическим обменом.

К пластическому обмену относятся фотосинтез, биосинтез белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов. Особенно интенсивно процессы ассимиляции происходят в растущих клетках развивающегося организма.

 

Для осуществления пластического обмена необходима энергия. Клетка получает её из реакций распада запасённых или полученных извне органических соединений. При участии ферментов эти вещества разлагаются на более простые соединения; при этом высвобождается энергия, часть которой выделяется в виде тепла, а часть запасается в виде молекул АТФ. В случае необходимости энергия АТФ используется для компенсации энергетических затрат клетки, например для обеспечения процессов ассимиляции.

Совокупность реакций распада веществ, сопровождающихся запасанием энергии, называется диссимиляцией, катаболизмом или энергетическим обменом.

Ассимиляция и диссимиляция — противоположные процессы: в первом случае происходит образование веществ, на что тратится энергия, а во втором — распад веществ с образованием и запасанием энергии.


Ассимиляция и диссимиляция —  две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке, который называется метаболизм.

Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме.

Ассимиляция и диссимиляция всегда строго сбалансированы и скоординированы, а нарушение этого баланса приводит к развитию какого-либо заболевания как отдельных клеток, так и целого организма, или даже к их гибели.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

www.yaklass.ru

2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ (аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота).

Все энергетические затраты любой клетки обеспечиваются за счёт универсального энергетического вещества — АТФ.

 

АТФ синтезируется в результате реакции фосфорилирования, то есть присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата):

 

АДФ + h4PO4+ 40 кДж = АТФ + h3O.


Энергия запасается в форме энергии химических связей АТФ.  Химические связи АТФ, при разрыве которых выделяется много энергии, называются макроэргическими.


При распаде АТФ до АДФ клетка за счёт разрыва макроэргической связи получит приблизительно \(40\) кДж энергии.


Энергия для синтеза АТФ из АДФ  выделяется в процессе диссимиляции.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.

В зависимости от среды обитания организма, диссимиляция может проходить в два или в три этапа.


Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа: подготовительныйбескислородный и кислородный.

 

В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений.

 


 

У анаэробных организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде (а также у аэробных организмов при недостатке кислорода), диссимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный.

 

В двухэтапном энергетическом обмене энергии запасается гораздо меньше, чем в трёхэтапном.

Первый этап — подготовительный

Подготовительный этап заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов — до моносахаридов, липидов — до глицерина и жирных кислот, белков — до аминокислот.

Этот процесс называется пищеварением. У многоклеточных организмов он осуществляется в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных ферментов. У одноклеточных организмов — происходит под действием ферментов лизосом.

 

В ходе биохимических реакций, происходящих на этом этапе, энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ  не образуется.

Второй этап — бескислородный (гликолиз)

Второй (бескислородный) этап заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.

Биологический смысл второго этапа заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде \(2\) молекул АТФ.

Процесс бескислородного расщепления глюкозы называется гликолиз.

Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

 

Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы C6h22O6 в две молекулы пировиноградной кислоты — ПВК C3h5O3 и две молекулы АТФ (в виде которой запасается примерно \(40\) % энергии, выделившейся при гликолизе). Остальная энергия (около \(60\) %) рассеивается в виде тепла.

 

C6h22O6 + h4PO4+ 2АДФ = C3h5O3+2АТФ +2h3O.


Получившаяся пировиноградная кислота при недостатке кислорода в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов, превращается в молочную кислоту C3H6O3.

 

HOOC−CO−Ch4пировиноградная кислота→НАД⋅H+H+лактатдегидрогеназаHOOC−CHOH−Ch4молочная кислота.

В мышцах человека при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота и появляется боль. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.


При недостатке кислорода в клетках растений, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей), вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: пировиноградная кислота распадается на этиловый спирт C2H5OH и углекислый газ CO2:

 

C6h22O6+2h4PO4+2АДФ=2C2H5OH+2CO2+2АТФ+2h3O.

Третий этап — кислородный

В результате гликолиза глюкоза распадается не до конечных продуктов (CO2 и h3O), а до богатых энергией соединений (молочная кислота, этиловый спирт) которые, окисляясь дальше, могут дать её в больших количествах. Поэтому у аэробных организмов после гликолиза (или спиртового брожения) следует третий, завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание.

 

Этот этап происходит на кристах митохондрий.


Третий этап, так же как и гликолиз, является многостадийным и состоит из двух последовательных процессов — цикла Кребса и окислительного фосфорилирования.

Третий (кислородный) этап заключается в том, что при кислородном дыхании ПВК окисляется до окончательных продуктов — углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде  \(36\) молекул АТФ  (\(2\) молекулы в цикле Кребса и \(34\) молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).

Этот этап можно представить себе в следующем виде:

 

2C3h5O3+6O2+36h4PO4+36АДФ=6CO2+42h3O+36АТФ.


Вспомним, что ещё две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы (на втором, бескислородном, этапе). Таким образом, в результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется \(38\) молекул АТФ.


Суммарная реакция энергетического обмена:

  

C6h22O6+6O2=6CO2+6h3O+38АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

www.yaklass.ru

Обмен веществ и энергии

Основные понятия

Определение 1

Обмен веществ и энергии, или метаболизм – физиологические процессы обеспечения организма необходимыми для его нормального функционирования соединениями, их превращение, получение энергии и выведения во внешнюю среду ненужных соединений произошедших реакций.

В узком смысле, метаболизм – это пути превращений определенного соединения или соединений в организме.

Метаболизм состоит из двух процессов:

  • Пластический обмен, анаболизм, ассимиляция, или синтез. Это поступление в организм через пищеварительную систему воды, белков, жиров, углеводов, минеральных солей, витаминов, через дыхательную систему, кожу - кислорода для построения мембран, клеточных структур и их обновления. Анаболические реакции – это реакции, участвующие в синтезе новых молекул, протекают с поглощением энергии.
  • Энергетический обмен, катаболизм, диссимиляция, или распад. Это процессы выведения из организма отработанных продуктов, осуществляется через органы пищеварительного тракта, легкие, почки, кожу. Катаболические реакции – это реакции распада, протекающие с выделением энергии. Во время процессов энергетического обмена часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть запасается в определенных органических веществах в виде макроэргических связей. Универсальным химическим аккумулятором энергии является АТФ – аденозинтрифосфорная кислота.

Все реакции анаболизма и катаболизма протекают с помощью энзимов (ферментов) – биологических катализаторов.

В процессе обмена веществ постоянно образуются, обновляются, расщепляются клеточные структуры, появляются и разрушаются разнообразные химические соединения. Все это сопровождается превращениями энергии: потенциальная энергия веществ, освобождаемая при расщеплении, переходит в кинетическую энергию, представленную, главным образом тепловой и механической энергиями, частично – электрической энергией.

Поступление в организм различных веществ из внешней среды необходимо для:

  1. Возмещения энергозатрат.
  2. Удовлетворения потребностей роста
  3. Сохранения массы тела.

При этом количество питательных веществ, их соотношение и свойства должны согласовываться с условиями жизни и общим состоянием организма.

Все реакции пластического и энергетического обмена протекают совместно, переходя друг в друга в организме в течение всей жизни. В раннем возрасте преобладают реакции анаболизма, когда наблюдается интенсивный рост и развитие организма. По мере старения в организме начинают преобладать процессы катаболизма, синтез новых веществ постепенно угнетается.

Виды обмена веществ

Основными веществами, поступающими в организм человека, являются вода, минеральные соли, органические вещества: белки, витамины, углеводы и жиры. Для каждого вещества характерен свой путь метаболизма.

Существуют следующие виды обмена веществ:

  • обмен воды и минеральных солей;
  • обмен белков;
  • обмен жиров;
  • обмен углеводов.

Замечание 1

Большинство витаминов входят в состав ферментов, поэтому они выполняют в основном функцию катализаторов биохимических процессов.

Регуляция обмена веществ

Под регуляцией обмена веществ рассматривается регуляция почти всех функций организма: пищеварения, кровообращения, дыхания, выделения и др.

Основную роль в регуляции обмена веществ играет эндокринная система. Гормоны оказывают воздействие на скорость протекания биохимических процессов непосредственно в клетке. При совокупном их воздействии на отдельные клетки происходит изменение в функционировании организма в целом. К примеру,

  • гормон гипофиза - соматотропный гормон проявляет выраженное анаболическое действие, он повышает синтез пластических веществ, ускоряет рост;
  • катехоламины надпочечников усиливают энергообразование через окислительные процессы;
  • тироксин и трийодтиронин – гормоны щитовидной железы – активируют разрушение углеводов и жиров, стимулируют образование белка из аминокислот.

В регуляции обмена веществ принимает участие нервная система – гипоталамус, который включает центры жажды, голода и насыщения, терморегуляции. Регуляция осуществляется через вегетативную нервную систему.

Замечание 2

Гипоталамус и гипофиз координируют функционирование почти всех желез внутренней секреции.

spravochnick.ru

Конспект "Обмен веществ и превращения энергии"

«Обмен веществ и превращения энергии. Ферменты»

Раздел ЕГЭ: 2.5.  Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.



Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой происходят сотни и тысячи химических реакций. Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных на сохранение и самовоспроизведение биологических систем. Он включает в себя:

  • поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания,
  • внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм,
  • выделение конечных продуктов обмена.

Метаболизм складывается из двух одновременно протекающих в клетке процессов: пластического и энергетического обменов.


Энергетический обмен и пластический обмен

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются органические вещества, необходимые клетке. Примерами реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез белка и репликация (самоудвоение) ДНК.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных веществ до более простых. В результате энергетического обмена выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны, поскольку в процессе пластического обмена синтезируются органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет израсходована на процессы синтеза.

Энергию организмы получают в процессе питания, а высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в процессе дыхания.

Схема общего обмена веществ


Ферменты

Протекание химических реакций в живых организмах обеспечивается благодаря биологическим катализаторам белковой природы — ферментам, или энзимам. Как и другие катализаторы, ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда и вообще делают их возможными, но не изменяют при этом ни природы, ни свойств конечного продукта (продуктов) реакции и не изменяются сами. Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая — кофактор (кофермент). Примерами ферментов являются амилаза слюны, расщепляющая полисахариды при длительном пережевывании, и пепсин, обеспечивающий переваривание белков в желудке.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия, а также возможностью регуляции действия за счет изменения условий протекания реакции либо взаимодействия с ними различных веществ. К тому же и условия, в которых протекает ферментный катализ, существенно отличаются от тех, при которых идет неферментный: оптимальной для функционирования ферментов в организме человека является температура 37° С, а давление должно быть близким к атмосферному.

Механизм действия ферментов заключается в снижении энергии активации веществ (субстратов), вступающих в реакцию, за счет образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.


Это конспект для 10-11 классов по теме «Обмен веществ и превращения энергии. Ферменты».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 2.5:

uchitel.pro

что такое обмен веществ и энергии?

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение») , или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что: действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции; позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток. Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных. [1] Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма. Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ. [2] Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами эукариот. [3] Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции. [4][5]

в организм поступают одни вещества (питание) и выводятся ненужные (выведение)

touch.otvet.mail.ru

ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ — Студопедия

Обмен веществ в организме. Пластическая rf энергетическая роль

питательных веществ

Постоянный обмен веществ и энергии между организмом и окружающей средой является необходимым условием его существования и отражает их

единство. Сущность этого обмена заключается в том, что поступающие в организм питательные вещества, после пищеварительных превращений, используются как пластический материал. Энергия, образующаяся при этом восполняет энергозатраты организма. Синтез сложных специфичных для организма веществ из простых соединений, всасывающихся в кровь, называется ассимиляцией или анаболизмом. Распад веществ организма до конечных продуктов, сопровождающийся выделением энергии называется диссимиляцией или катаболизмом. Эти процессы неразрывно связаны. Ассимиляция обеспечивает аккумуляцию энергии, а энергия выделяющаяся при диссимиляции необходима для синтеза веществ. Анаболизм и катаболизм объединены в единый процесс с помощью АТФ и НАДФ. Посредством их энергия, образующаяся в результате диссимиляции, передается для процессов ассимиляции.

Белки в основном являются пластическим материалом. Они входят в состав клеточных мембран, органелл. Белковые молекулы постоянно обновляются. Но это обновление происходит не только за счет белков пищи, но и посредством реутилизации собственных белков. Однако из 20 аминокислот, образующих белки, 10 являются незаменимыми. Т.е. они не могут образовываться -в организме. Конечными продуктами распада белков являются такие азотсодержащие соединения, как мочевина, мочевая кислота, креатинин. Поэтому состояние белкового обмена можно отгенить по азотистому балансу. Это соотношение количества азота поступающего с белками пищи и выделенного из организма с азотсодержащими продуктами обмена. В 100 г белке содержится около 16 г азота. Следовательно выделение 1 г азота свидетельствует о распаде в организме 6,25 г белка. Если количество выделяемого азота равно количеству поглощенного организмом имеет место азотистое равновесие. Если поступившего азота больше, чем выделенного, это называется положительным азотистым балансом. В организме происходит задержка или ретенция азота. Положительный азотистый баланс наблюдается при росте организма, при выздоровлении после тяжелых заболевания и после длительного голодания. Когда количество азота, выделенного организмом больше, чем поступившего, имеет место отрицательный азотистый баланс. Его возникновение объясняется преимущественным распадом собственных белков организма. Он возникает при голодании, отсутствии в пище незаменимых аминокислот, нарушениях переваривания и всасывания белка, тяжелых заболеваниях. Количество белка, которое полностью обеспечивает потребности организма называется белковым • оптимумом. Минимальное, обеспечивающее лишь сохранение азотистого баланса - белковым минимумом. ВОЗ рекомендует потребление белка не менее 0,75 г на кг веса в сутки. Энергетическая роль белков относительно небольшая.


Жирами организма являются триглицериды, фосфолипиды. и стерины. Основная их роль энергетическая. При окислении липидов выделяется наибольшее количество энергии, поэтому около половины энергозатрат организма обеспечивается липидами. Они также являются .аккумулятором энергии в организме, потому что откладываются в жировых депо и -используются по мере необходимости. Жир депо составляют около 15% веса тела. Жиры имеют определенную пластическую роль, так как фосфолипиды, холестерин, жирные кислоты входят в состав клеточных мембран и-органелл. Кроме того, они покрывают внутренние органы. Например околопочечный жир способствует фиксации почек и предохранению их от механических воздействий. Липиды являются и источниками эндогенной воды. При окислении 100 г жира образуется около 100 г воды. Особую функцию выполняет бурый жир, располагающийся вдоль крупных сосудов и между лопаток. Содержащийся в его жировых клетках полипептид, при охлаждении организма, тормозит ресинтез АТФ за счет липидов. В результате резко усиливается теплопродукция. Большое значение имеют незаменимые жирные кислоты - линолевая, линоленовая и арахидоновая. Без них невозможен синтез фосфолипидов клеток, образование простагландинов и т.д. При их отсутствии задерживается рост и развитие организма.

Углеводы в основном играют энергетическую роль, так как служат основным источником энергии для клеток. Например, энергетические потребности нейронов покрываются исключительно глюкозой. Они аккумулируются в виде гликогена в печени и мышцах. Углеводы имеют определенное пластическое значение, так как глюкоза необходима для образования иуклеотидов и синтеза некоторых аминокислот.

Ч Методы измерения энергетический баланса организма

Соотношение между количеством энергии, поступившей с пищей, и энергии, выделенной во внешнюю среду называется энергетическим балансом организма Существует 2 метода определения выделяемой организмом энергии.

1 .Прямая калориметрия. Ее принцип основан на том, что все виды энергии в конечном итоге переходят в тепловую. Поэтому при прямой калориметрии определяют количество тепла, выделяемого организмом в окружающую среду за единицу времени. Для этого используют специальные камеры с хорошей теплоизоляцией и системой тегшоообменных труб, по которым циркулирует и нагревается вода.

2.Непрямая калориметрия. Она заключается в определении соотношения выделенного углекислого газа и поглощенного кислорода за единицу времени. Это полный газовый анализ.. Данное соотношение называется дыхательным коэффициентом (ДК).

Vcoj

studopedia.ru

Значение обмена веществ, его основные этапы. Понятие о межуточном обмене. Ферменты, их свойства. Витамины. Регуляция обмена веществ. — Студопедия

 

Обменом веществ (метаболизмом) и энергии, называют совокупность химических и физических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой. Суть обмена веществ заключается в поступлении в организм из внешней среды различных веществ, усвоении и использовании их в процессе жизнедеятельности и выделении образующихся продуктов обмена во внешнюю среду. Обмен веществ и энергии – специфическое свойство живого организма.

Назначение обмена веществ и энергии заключается в обеспечении организма химическими веществами, необходимыми для построения всех его структурных элементов и восстановления распадающихся в организме веществ.

Второе важнейшее биологическое назначение обмена веществ – обеспечение всех жизненных функций организма энергией.

Различают две стороны обмена веществ: анаболизм и катаболизм. Анаболизм– совокупность реакции обмена веществ, ведущих к построению тканей организма, образованию в них сложных органических веществ. Анаболизм основан наассимиляции – процессе использования организмом внешних по отношению к нему веществ и синтезу свойственных ему сложных органических соединений.Катаболизм –совокупность реакций обмена веществ, приводящих к распаду веществ в живом организме, в его основе лежитдиссимиляция– процесс разрушения органических веществ.

Процессы ассимиляции и диссимиляции неразрывно связаны: диссимиляция способствует ассимиляторным процессам, а ассимиляция сопровождается усилением диссимиляции (в работающей мышце происходит распад гликогена до молочной кислоты и высвобождение энергии, в ходе распада образуются фосфорные эфиры глюкозы, т.е. благодаря диссимиляции идут процессы диссимиляции).


В течении жизни наблюдаются разные количественные соотношения ассимиляторных и диссимиляторных процессов: в растущем организме преобладает ассимиляция; у взрослого устанавливается относительное равновесия анаболизма и катаболизма; в старческий период ассимиляция отстает от диссимиляции. Усиление любой деятельности организма, особенно мышечной, усиливает диссимиляторные процессы.

Основные этапы обмена веществ и их биологическое значение

Процессы обмена белков, жиров и углеводов имеют свои характерные особенности. Но существуют и принципиально общие закономерности, позволяющие выделить три этапа обмена веществ:


- переработку пищевых продуктов в органах пищеварения;

- межуточный обмен веществ;

- образование конечных продуктов метаболизма.

1 этап– это последовательное расщепление химических компонентов пищи в желудочно-кишечном тракте до низкомолекулярных структур и всасывание образовавшихся простых химических продуктов в кровь или лимфу.

Расщепление белков, жиров и углеводов происходит под влиянием специфических ферментов. Белки расщепляются пептидазами до аминокислот, жиры – липазами до глицерина и жирных кислот, сложные углеводы – амилазами до моносахаридов. Перечисленные вещества легко всасываются в кровь или лимфу, разносятся током к крови, к печени и тканям, где подвергаются дальнейшим превращениям.

Энергетическая ценность этого этапа ничтожна, но его значение заключается в образовании простейших веществ, которые в дальнейшем служит энергетическим источником.

2 этап – межуточный обмен веществ объединяет превращения аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот. Процессы обмена углеводов, жиров и белков взаимосвязаны на стадии ключевых продуктов метаболизма (пировиноградная кислота, ацетилкоэнзим А) и имеют общий конечный путь – окислительный распад конечных продуктов углеводов, жиров, ацетилкоэнзима, который называется цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Процессы межуточного обмена веществ приводит к синтезу видоспецефических белков, жиров и углеводов и их комплексов нуклеопротеидов, фосфолипидов и др., т.е. к образованию составных частей организма. Процессы межуточного обмена являются основными источниками энергии. Основная часть энергии (2\3) высвобождается в результате окисления в цикле Кребса.

Сохранение энергии осуществляется путем ее превращения в энергию особых химических соединений – макроэргов. В организме человека и животных функцию макроэргов выполняет аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Именно АТФ аккумулирует 60-70% всей энергии. 30-40% энергии выделяется при окислении белков, жиров и углеводов и превращается в тепловую энергию и выделяется из организма во внешнюю среду в процессе теплоотдачи.

3 этапобмена заключается в образовании и выделений конечных продуктов обмена. Азотосодержащие продукты выделяются с мочой, калом и через кожу. Углерод выделяется главным образом в виде СО2через легкие и частично с мочой и калом. Выделение водорода происходит преимущественно в виде воды через легкие и кожу.

Общие принципы регуляции обмена веществ

В процессе жизнедеятельности живой организм постоянно меняет интенсивность обменных процессов, приспосабливаясь к условиям существования. В основе подобного приспособления лежит регуляция обмена веществ, сущность которой заключается в воздействии на скорость биохимических реакций, протекающих в клетках (основное изменение касается активности ферментов).

Различают три уровня регуляции обмена веществ:

- автоматическую регуляцию на уровне клетки;

- нервную и гуморальную регуляции метаболизма;

Автоматическая регуляция на уровне клетки (саморегуляция)

В каждой клетке есть специализированные ультраструктурные элементы взаимодействие которых обеспечивает внутриклеточный метаболизм. В митохондриях образуется АТФ, окисление пировиноградной кислоты, жирных кислот. В лизосомах находятся гидролитические ферменты с активностью в кислой среде. В рибосомах происходит синтез белка.

В основе саморегуляции клетки лежит принцип обратной связи, т. е. концентрация вещества в клетке регулирует активность химического процесса, влияя на активность и синтез ферментов (например, фосфорилаза печени катализирует процесс и распада и синтеза гликогена печени в зависимости от концентрации глюкозы, при избыточном присутствии глюкозы активизируется процесс синтеза гликогена).

Переваривание и усвоение пищевых продуктов происходит при участии ферментов. Синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, липидов, гормонов и других веществ в тканях организма представляет собой также совокупность ферментативных реакций. Впрочем, и любое функциональное проявление живого организма - дыхание, мышечное сокращение, нервно-психическая деятельность, размножение и т.д. - тоже непосредственно связаны с действием соответствующих ферментных систем. Иными словами, без ферментов нет жизни. Их значение для человеческого организма не ограничивается рамками нормальной физиологии. В основе многих заболеваний человека лежат нарушения ферментативных процессов.

Витамины могут быть отнесены к группе биологически активных соединений, оказывающих свое действие на обмен веществ в ничтожных концентрациях. Это органические соединения различной химической структуры, которые необходимы для нормального функционирования практически всех процессов в организме. Они повышают устойчивость организма к различным экстремальным факторам и инфекционным заболеваниям, способствуют обезвреживанию и выведению токсических веществ и т.д.

 

studopedia.ru

Тема 7. Общее понятие об обмене веществ и энергии в организме — Студопедия

План

1. Понятие «обмен веществ и энергии», «анаболизм», катаболизм. Взаимосвязь процессов анаболизма и катаболизма. Понятие о промежуточном, внешнем, пластическом и функциональном обменах. Возрастные изменения обмена веществ.

2. Основные этапы преобразования энергии в организме. Окисление – основной путь освобождения энергии. Типы окислительных реакций в организме: прямое присоединение кислорода, отщепление водорода, перенос электронов. Понятие об аэробном и анаэробном биологическом окислении.

3. Макроэргические связи, накопление энергии биологического окисления в макроэргические соединения, их роль в организме. Особая роль АТФ в энергетическом обмене.

1-й вопрос

Жизнь – особая форма существования и движения материи, принципиально отличная от других форм. Одним из признаков живой материи является обмен веществ и энергии.

Обмен веществ – это непрерывный, саморегулируемый, самосовершающийся круговорот веществ, протекающий в живой материи и сопровождающийся ее постоянным самообновлением.

Обмен веществ – сложная цепь биохимических реакций, заключающаяся в усвоении веществ из окружающей среды, сложных превращениях их в организме и выделении в окружающую среду продуктов расщепления этих веществ.

Обмен веществ представляет собой сочетание многих разнообразных процессов, среди которых выделяют: катаболизм (диссимиляция), анаболизм (ассимиляция).

Катаболизм – это совокупность процессов распада веществ, составляющих живой организм, распад элементов живого тела на более простые вещества, выделяемые в окружающую среду как конечные продукты жизнедеятельности. Такими конечными веществами являются углекислый газ, вода, аммиак, мочевина и др.; сопровождается выделением энергии.


Анаболизм – это процессы синтеза сложных молекул из более простых, сопровождающиеся поглощением энергии.

Катаболизм и анаболизм – это две теснейшим образом взаимосвязанные стороны процесса обмена веществ. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, которая аккумулируется в виде молекул АТФ. При анаболических процессах происходит потребление энергии, которая освобождается при распаде АТФ до АДФ и фосфорной кислоты или АМФ и пирофосфорной кислоты. Таким образом, АТФ является сопрягающим энергетическим звеном катаболизма и анаболизма. Кроме АТФ связующим звеном могут служить специфические метаболические пути или циклы, примером которого является цикл Кребса. Такие пути называют амфиболические.


Взаимосвязь катаболизма и анаболизма показана на схеме:

Белки Углеводы Липиды

АДФ + Н3РО4

АТФ

Продукты Продукты

катаболических анаболических

процессов процессов

Цикл Кребса

СО2 Н2О

В обмене веществ принято выделять:

Внешний обмен – это внеклеточное превращение веществ на путях поступления и выделения. В качестве примера можно привести процессы гидролиза углеводов, белков, липидов в желудочно-кишечном тракте.

Промежуточный обмен, или метаболизм – это процессы преобразования компонентов пищи после их переваривания и всасывания (т.е. индивидуальных химических соединений) при их распаде и синтезе на уровне клетки в процессе жизнедеятельности организма. Вещества, образующиеся в ходе химических реакций, называются метаболитами.

Пластический обмен – комплекс химических реакций, приводящих к синтезу специфических для организма веществ: структурных веществ, ферментов, гормонов, различных секретов, запасных источников энергии.

Функциональный обмен – это комплекс реакций, обеспечивающих функциональную активность клетки, органа, ткани. Например, реакции, обеспечивающие мышечное сокращение, работу сердца, печени, почек, легких.

Энергетический обмен организма – это комплекс химических реакций, в процессе которых за счет энергии, освобождающейся при распаде углеводов, жиров, продуктов белкового обмена, происходит ресинтез (новообразование) АТФ, распавшихся в процессе энергетического обеспечения функциональной или пластической деятельности клеток.

Между пластическим и функциональным обменами существуют конкурентные отношения за обладание определенными веществами, например, АТФ. Если клетки проявляют функциональную активность, поток энергии направляется на ее обеспечение, реакции пластического обмена в это время заметно угнетаются из-за дефицита энергии. Так, при напряженной мышечной работе в организме резко замедляются все процессы синтеза, за исключением синтеза некоторых гормонов, некоторого количества углеводов. после прекращения или снижения функциональной активности процессы пластического обмена усиливаются.

Соотношение процессов катаболизма и анаболизма, скорость протекания изменяются как на протяжении жизни организма, так и в течение определенных периодов времени.

Молодой растущий организм характеризуется заметным преобладание синтеза веществ над распадом. За счет синтеза структурных белков, ферментов, липидов обеспечивается деление клеток и, как следствие, рост организма, увеличение объема тканей и органов.

К 17-19 годам в организме устанавливается динамическое равновесие между двумя сторонами обмена веществ. К старости начинают преобладать процессы катаболизма, что приводит к уменьшению содержания важнейших для жизнедеятельности веществ, уменьшению количества клеток в важнейших органах и тканях (головном мозгу, сердце, внутренних органах, мышцах). Данные изменения приводят к снижению функциональных возможностей органов, деятельности организма в целом.

Процессы жизнедеятельности связаны с постоянными затратами энергии. Источником энергии для всех видов биологической работы служит потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах пищевых веществ, она высвобождается в процессе обмена веществ и при помощи специальных молекулярных устройств преобразуется в различные другие виды энергии. В живом организме потенциальная энергия представлена в форме химической энергии связей между атомами в молекулах биоогранических соединений. Например, количество потенциальной энергии, заключенной в молекуле глюкозы в связях между атомами С, Н и О, составляет около 285 кДж/моль вещества.

2-й вопрос

Чтобы высвободить энергию, заключенную в молекулах веществ пищи, последние должны быть подвергнуты ряду специфических превращений в процессе метаболизма.

Процессы преобразования энергии в живых организмах подчиняются законам термодинамики (раздел физики). Который для рассмотрения данных вопросов использует величины: энтальпия, энтропия, кинетическая энергия, свободная энергия. Условно, преобразование энергии можно трактовать следующим образом:

Свободная энергия – та часть энергии системы, которая может быть использована на выполнение работы.

В совокупности всех метаболических реакций, связанных с преобразованием энергии в организме следует выделять:

1. Первичную энергопоставляющую реакцию, где наблюдается небольшое изменение свободной энергии (такие реакции выполняют роль биологического генератора энергии).

2. Реакцию или серию реакций, где выделившаяся свободная энергия связывается в промежуточном соединении, способном к дальнейшему переносу энергии (энергетическое сопряжение).

3. Реакцию синтеза стабильного макроэргического соединения, аккумулирующего свободную энергию, которая освобождается в ходе метаболических превращений (в большинстве случаев такой аккумулятор АТФ).

4. Реакции, связанные с использованием энергии макроэргических соединений для синтеза сложных биоорганических соединений и для выполнения различного рода биологической работы.

Окисление углеводов, жиров, белков   1,3-дифосфоглицериновая кислота. Фосфоенолпиро-виноградная кислота АТФ КрФ Биосинтез белков, жиров, углеводов и др. орг веществ Секреция Мышечное сокращение
Энергопоставляющие реакции   Энергетическое сопряжение   Аккумуляция энергии   Использование энергии

Освобождение энергии связано с окислительными процессами. А.Л. Лавуазье в Х VIII веке установил, что при горении органических веществ происходит окисление, т.е. соединение углерода и водорода с кислородом с образованием углекислого газа и воды. В организме окисление органических веществ отличается от процессов горения по своему химизму и условиям протекания (сравнительно низкой температуре тела в присутствии воды, которая вне организма препятствует горению). Процесс получил название тканевое дыхание.

Окислительные реакции связаны с перераспределением электронов с внешних слоев атомов или ионов. Процесс отдачи электронов трактуется как процесс окисления и частица (атом, ион) является донатором электронов, окисляемым веществом. Вещества, принимающие электроны, являются акцепторами электронов, восстанавливаемым веществом. Процесс присоединения электронов называется восстановлением. Окислительные реакции являются окислительно-восстановительными, для их осуществления всегда необходимо наличие системы донатор-акцептор.

При отсутствии какого-либо компонента системы окислительные процессы невозможны.

Окислительные процессы в организме протекают несколькими типами:

1. Присоединение кислорода.

Происходит при образовании воды из водорода и кислорода. В результате взаимодействия двух атомов Н, отдающих электроны (окисляются) атому кислорода (восстанавливается):

2 Н° + О° 2Н + + О2– Н2О + 56, 7 ккал

2. Отщепление водорода. В начале ХХ века академик В.И. Палладин доказал, что процесс окисления веществ в организме заключается не в соединении с О, а в отнятии водорода. Кислород является акцептором водорода:

Н

׀ О

СН3 – С – ОН + ½ О СН3 – С – Н + Н2О

׀

Н

Вдыхаемый организмом кислород, используется как акцептор водорода и входит в состав образующейся воды. Углекислый газ образуется за счет тех атомов кислорода, которые входят в состав окисляемого вещества. Однако, даже в наиболее богатых кислородом органических веществ – углеводы – кислорода содержится меньше, чем в образующихся конечных продуктах окисления глюкозы:

С6 Н12 О6 + 6О2 6 СО2 + 6 Н2О

Видно, что для образования 6 молекул СО2 необходимы атомы О.

Присоединение кислорода происходит не в виде молекулярного, а виде воды (она в уравнении не показана).

2. Перенос электронов.

Взаимодействие водорода с кислородом осуществляется благодаря функционированию ферментной системы: цепи переносчиков. Ферменты, катализирующие отнятие Н (дегидрогеназы), ферменты, катализирующие присоединение Н к О (оксидазы), имеют белковую природу и сложное строение.

При транспортировки атома Н по цепи переносчиков происходит освобождение Q. Причем некоторые ферменты могут переносить атом Н (Н+ – протон, ядро; ē – электрон), другие – только ē.

В виде схемы это можно показать так:

H+

Н (Н+е-) Н+е-- - - - -

S НАД ФАД b c a1 a3 1/2O2 H2O

Н (Н+е-) Н+е-

H+

Процессы окисления могут происходить как с участием кислорода (аэробно), так и без его участия (анаэробно). Существует немало организмов (многие бактерии, паразитические черви и др.), которые черпают энергию только из процессов анаэробного окисления и гибнут в присутствии кислорода.

У большинства животных и человека преобладают процессы аэробного окисления. Без кислорода человек жить не может. Однако, многие окислительное реакции в организме человека могут протекать анаэробно (гликолиз – анаэробное окисление углеводов в мышцах). Данный процесс резко усиливается при интенсивной мышечной деятельности и способствует выполнению работы мышц при недостатке снабжения кислородом.

3-й вопрос

Окислительные процессы сопровождаются освобождением энергии, которая запасается в макроэргических связях. Макроэргическими веществами являются:

а) NН О

׀׀ ׀׀

СООН – СН2 – N – С – N – О ~ Р – ОН Креатинфосфат ( КрФ)

׀ ׀ ׀

Н СН3 ОН

б) О О

׀׀ ׀׀

С – О ~ Р – ОН

׀ ׀

СН – ОН ОН 1,3 - дифосфоглицериновая

׀

С Н2 – О ~ Р – ОН кислота

/׀׀

ОН О

О

в) //

СН3 – С ~ ацетилфосфат

г)

О

׀׀

С – ОН ОН

׀ ׀

С Н – О ~ Р – ОН фосфоэнолпировиноградная кислота (фосфо-ен ПВК)

׀ ׀׀

СН2 ОН О

д) АДФ и АТФ аденозинфосфаты

Различаются нуклеотиды по количеству Ф(н): НМФ (нуклеозидмонофосфаты), НДФ (нуклеозиддифосфаты), НТФ(нуклеозидтрифосфаты.

                                                O       O       O    
                                                ||       ||       ||    
                                        CH2 O P O ~ P O ~ P OH
                                                |       |       |    
                                                OH       OH       OH    

Формула АТФ

Нуклеозидтрифосфаты (НТФ) – самые распространенные макроэргические соединения живой клетки. За счет реакций взаимного перехода АДФ и Ф(н) образуется АТФ и Н2О. Процесс идет при поглощении энергии и фермента:

АДФ + Ф(н) АТФ + Н2О

Обратный процесс идет с разрывом макроэргической связи, и в клетку выходит энергия.

Нуклеозидтрифосфаты (НТФ) – сырье для биосинтеза нуклеиновых кислот.

Нуклеозидмонофосфаты (НМФ) – структурные звенья нуклеиновых кислот.

Нуклеозидмонофосфаты (НМФ) входят в состав ферментов (это коферменты ДКФ).

Нуклеозиддифосфаты (НДФ) – участники синтеза ди- и полисахарадов.

АТФ играет наиболее важную роль в энергетическом обмене. Молекула АТФ состоит из органического основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, связи между первым и вторым, вторым и третьим остатками фосфорной кислоты являются макроэргическими (в отличие от ковалентных связей они обозначаются волнистой линией ~). Вещества, несущие в своем составе макроэргические связи – макроэргические соединения.

При гидролизе АФТ высвобождается энергия. Гидролиз АТФ возможен двумя путями:

АТФ + Н2 О АДФ + Н3 Р О4 + 32,5 кДж.

АТФ + Н2 О АМФ + Н4 Р2 О7 + 34,7 кДж.

studopedia.ru


Смотрите также

Женские новости :)