Рост, развитие, умственная и физическая деятельность возможны благодаря обмену веществ и энергии в клетке. Преобразование веществ в энергию является главным условием живых организмов, начиная одноклеточными растениями и заканчивая человеком.
Анаболизм и катаболизм
Обмен веществ или метаболизм – совокупность сложных химических реакций, происходящих в каждой клетке живого организма. Основное свойство обмена веществ и энергии – обеспечение взаимодействия внешней среды с организмом для поддержания жизни и нормального функционирования тканей и органов. Все жизненно необходимые вещества (вода, кислород, органические соединения) поступают из внешней среды. Без их доступа обмен веществ нарушается или прекращается, что приводит к гибели живого организма.
Метаболизм включает два тесно взаимосвязанных противоположных процесса:
- катаболизм или диссимиляция;
- анаболизм или ассимиляция.
Катаболизм или энергетический обмен – процесс распада сложных веществ (сахаров, жиров) на более простые. В результате образуется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат), которая является универсальным источником энергии. Часть образованных молекул АТФ участвует в синтезе различных веществ, часть – рассеивается в виде тепла.
Рис. 1. Формула АТФ.
Примеры катаболизма:
- расщепление этанола;
- гликолиз – превращение глюкозы в кислоту, а затем – в воду и углекислый газ;
- внутриклеточное дыхание (окисление).
Анаболизм или пластический обмен включает сложные химические реакции, в результате которых образуются высокомолекулярные вещества, необходимые для постройки и обновления организма (белки, жиры, углеводы).
Для проведения таких реакций нужна энергия, т.е. анаболизм происходит с участием АТФ.
Анаболизм можно наблюдать в виде:
- роста волос и ногтей;
- образование мышц;
- заживление ран, срастание костей и т.д.
Фотосинтез является анаболизмом, но вместо АТФ используется энергия солнечных лучей.
Рис. 2. Процесс фотосинтеза в клетке.
В результате катаболизма (распада) образуются простые вещества, которые могут соединяться при анаболизме (постройке) и вновь разрушаться при катаболизме с высвобождением АТФ. Хорошим примером являются жиры, которые образуются при ассимиляции, откладываются в тканях и расщепляются для получения энергии. Соотношение образованной и потраченной энергии называется энергетическим балансом. Анаболизм и катаболизм должны происходить параллельно без преобладания одного из процессов.
Этапы
Прежде чем пища превратится в энергию, она должна пройти долгий путь по желудочно-кишечному тракту, попасть в кровь и достигнуть каждой клетки, где начнётся метаболизм. Весь процесс делится на три стадии, которые описаны в таблице.
| Этапы | Где происходит | Результат |
| Подготовительный | Желудочно-кишечный тракт | Вещества, поступившие с пищей, расщепляются на молекулы и всасываются в кровь. Белки расщепляются до аминокислот, углеводы – до глюкозы, жиры – до жирных кислот и глицерина. Происходит незначительное выделение энергии |
| Основной | Органеллы (функциональные структуры) клеток | Химические реакции анаболизма и катаболизма. Происходит образование АТФ и синтез специфичных для определённых тканей белков, обмен жиров и углеводов |
| Заключительный | Клетки | Образование и выведение конечных продуктов распада – воды и углекислого газа. Выведение происходит через почки, кишечник, лёгкие, потовые железы |
Рис. 3. Схема обмена веществ.
На протяжении всего метаболизма задействованы катализаторы – ферменты, которые ускоряют синтез или распад. Ферменты действуют избирательно: каждый вид участвует в строго определённых реакциях. Например, амилаза помогает расщепить крахмал в ротовой полости.
Регуляцию обмена веществ осуществляет гипоталамус, где находятся центры теплообмена, ощущений голода, жажды, насыщения. Нейроны гипоталамуса реагируют на уровень глюкозы, изменение давления, температуры и т.д. В соответствии с полученной информацией гипоталамус корректирует метаболизм.
Что мы узнали?
Кратко узнали об основных стадиях и этапах метаболизма, взаимодействии и примерах катаболизма и анаболизма, о значении ферментов для метаболизма и центре контроля всех внутриклеточных процессов.
Предыдущая
