Stoffwechsel und seine Typen

Es sichert die Konstanz der inneren Umgebung des Körpers unter sich ändernden Existenzbedingungen - Homöostase . Der Stoffwechsel besteht aus zwei miteinander verbundenen und einander entgegengesetzten Prozessen. Das sind Prozesse Dissimilation , bei dem der Abbau organischer Substanzen stattfindet und die freigesetzte Energie für die Synthese von ATP-Molekülen verwendet wird, und die Prozesse Assimilation, bei dem die Energie von ATP verwendet wird, um seine eigenen für den Körper notwendigen Verbindungen zu synthetisieren.

Der Prozess der Dissimilation wird auch genannt Katabolismus und Energiestoffwechsel . Und die Prozesse der Assimilation werden auch genannt Anabolismus und plastischer Stoffwechsel . Eine solche Fülle von Synonymen für denselben Begriff entstand, weil Stoffwechselreaktionen von Wissenschaftlern verschiedener Fachrichtungen untersucht wurden:

• Biochemiker,
• Physiologen,
• Zytologie,
• Genetik,
• Molekularbiologen.

Aber alle Namen und Begriffe haben Wurzeln geschlagen und werden von Wissenschaftlern aktiv verwendet.

Formen der Energieversorgung lebender Organismen

Für alle Lebewesen auf der Erde ist die Sonne die Hauptenergiequelle. Ihm ist es zu verdanken, dass Organismen ihren Energiebedarf decken.

Organismen, die organische Verbindungen aus anorganischen Verbindungen synthetisieren können, werden als Autotrophe bezeichnet. Sie werden in zwei Gruppen eingeteilt. Einige sind in der Lage, die Energie des Sonnenlichts zu nutzen. Dies sind Photosynthetics oder Phototrophe. Dies sind hauptsächlich grüne Pflanzen, Cyanobakterien (Blaualgen).

Eine andere Gruppe von Autotrophen nutzt die Energie, die bei chemischen Reaktionen freigesetzt wird. Solche Organismen werden Chemotrophe oder Chemosynthetika genannt.

Pilze, die meisten Tiere und Bakterien können organische Substanzen nicht selbst synthetisieren. Solche Organismen werden als Heterotrophe bezeichnet. Als Energiequelle dienen ihnen von Autotrophen synthetisierte organische Verbindungen. Energie wird von lebenden Organismen für chemische, mechanische, thermische und elektrische Prozesse verwendet.

Vorbereitende Phase des Energiestoffwechsels

Der Energieaustausch wird herkömmlicherweise in drei Hauptstufen unterteilt. Die erste Stufe hieß vorbereitend. In diesem Stadium werden Makromoleküle unter dem Einfluss von Enzymen in Monomere zerlegt. Bei Reaktionen wird relativ wenig Energie freigesetzt, die in Form von Wärme abgeführt wird.

Anoxisches Stadium des Energiestoffwechsels

Anoxische (anaerobe) Phase des Energiestoffwechsels tritt in Zellen auf. Die zuvor gebildeten Monomere (Glucose, Glycerin etc.) werden ohne Sauerstoffzugang mehrstufig weiter gespalten. Die Hauptsache in diesem Stadium ist der Prozess der Spaltung des Glucosemoleküls in Brenztrauben- oder Milchsäuremoleküle unter Bildung von zwei ATP-Molekülen.

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_3H_6O_3 + 2ATP + 2H_2O$

Bei dieser Reaktion (Glykolysereaktion) werden etwa 200$ kJ Energie freigesetzt. Allerdings wird nicht alles davon in Wärme umgewandelt. Ein Teil davon wird verwendet, um zwei energiereiche (makroerge) Phosphatbindungen in ATP-Molekülen zu synthetisieren. Glucose wird auch während der alkoholischen Gärung abgebaut.

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP + 2H_2O$

Neben Alkohol gibt es auch solche Arten der sauerstofffreien Gärung wie Butter- und Milchsäure.

Sauerstoffstufe des Energiestoffwechsels

In diesem Stadium werden die im sauerstofffreien Stadium gebildeten Verbindungen zu den Endreaktionsprodukten Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Der englische Biochemiker Adolph Krebs entdeckte 1937 $ die Abfolge der Umwandlungen organischer Säuren in der mitochondrialen Matrix. Ihm zu Ehren wurde die Kombination dieser Reaktionen als Krebszyklus bezeichnet.

Bemerkung 1

Die vollständige Oxidation der während des anaeroben Prozesses gebildeten Milch- oder Brenztraubensäuremoleküle zu Kohlendioxid und Wasser geht mit der Freisetzung von 2800 $ kJ Energie einher. Diese Menge reicht für die Synthese von 36 $ ATP-Molekülen (18 $ Mal mehr als in der vorherigen Stufe).

Die Gesamtgleichung für die Sauerstoffstufe des Energiestoffwechsels sieht folgendermaßen aus:

$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36ADP + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36ATP$

Zusammenfassend können wir die Gesamtgleichung des Energieaustauschs schreiben:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38ATP$

In der Endphase werden die Stoffwechselprodukte aus dem Körper entfernt.

Erinnern!

Was ist Stoffwechsel?

(aus dem Griechischen μεταβολή - „Umwandlung, Veränderung“) oder Stoffwechsel - eine Reihe chemischer Reaktionen, die in einem lebenden Organismus ablaufen, um das Leben zu erhalten. Diese Prozesse ermöglichen es Organismen zu wachsen und sich zu vermehren, ihre Strukturen zu erhalten und auf Umweltreize zu reagieren.

Aus welchen zwei miteinander verbundenen Prozessen besteht sie?

Energiestoffwechsel und Kunststoffstoffwechsel

Wo im menschlichen Körper findet der Abbau der meisten organischen Substanzen statt, die mit der Nahrung aufgenommen werden?

Zunächst im Verdauungstrakt, dann in Zellen und deren Organellen (Mitochondrien, Zytoplasma).

Überprüfen Sie Fragen und Aufgaben

1. Was ist Dissimilation? Listen Sie seine Schritte auf.

Die Gesamtheit der Spaltungsreaktionen makromolekularer Verbindungen, die mit der Freisetzung und Speicherung von Energie einhergehen, nennt man Energieaustausch oder Dissimilation. Grundsätzlich wird Energie in Form einer universellen energieintensiven Verbindung - ATP - gespeichert.

1) Vorbereitend

2) Sauerstofffreie Oxidation

3) Sauerstoffoxidation

2. Welche Rolle spielt ATP im Zellstoffwechsel?

Adenosintriphosphorsäure (ATP) ist ein Nukleotid, das aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin), Ribosezucker und drei Phosphorsäureresten besteht (Abb. 53). ATP ist das wichtigste Energiemolekül der Zelle, eine Art Energiespeicher. Alle Prozesse in lebenden Organismen, die Energieaufwand erfordern, gehen mit der Umwandlung eines ATP-Moleküls in ADP (Adenosindiphosphorsäure) einher. Wenn der Phosphorsäurerest abgespalten wird, wird eine große Energiemenge freigesetzt - 40 kJ / mol. Im ATP-Molekül gibt es zwei solcher energiereicher (sogenannter makroerger) Bindungen. Die Wiederherstellung der ATP-Struktur aus ADP und Phosphorsäure findet in Mitochondrien statt und wird von Energieabsorption begleitet.

3. Welche Zellstrukturen führen die ATP-Synthese durch?

Mitochondrien

4. Erzählen Sie uns etwas über den Energiestoffwechsel in der Zelle am Beispiel des Abbaus von Glukose.

1) Die vorbereitende Stufe des Abbaus von Kohlenhydraten geht im Verdauungstrakt zu einem einfachen Kohlenhydrat über – Glukose, dabei wird wenig Energie freigesetzt und im Körper in Form von Wärme abgeführt.

2) Die sauerstofffreie Stufe des Glukoseabbaus ist die Glykolyse (anaerobe Oxidation). Das Stadium findet im Zytoplasma in Abwesenheit von freiem Sauerstoff statt. Glukose C6H12O6 Brenztraubensäure (PVA) C3H4O3. Glukose wird unter Freisetzung von 4ATP zu PVC abgebaut. 2ATP wird dann in diesem Schritt verwendet, um PVC weiter in Milchsäure umzuwandeln. Und als Ergebnis wird in der zweiten Stufe 2ATP freigesetzt.

3) Sauerstoffoxidation – aerobe Oxidation (oder Zellatmung). Die Stufe, in deren Folge Milchsäure unter Einwirkung von molekularem Sauerstoff in die endgültigen Zersetzungsprodukte - Kohlendioxid und Wasser - gespalten wird. Kommt in Mitochondrien an der Atmungskette von Enzymen vor, die sich auf den Cristae der Mitochondrien befinden. Als Ergebnis dieser Phase werden 36 ATP freigesetzt. Somit werden in zwei Stufen - bei der vollständigen Oxidation von 1 Mol Glucose (1 Molekül) - 38 ATP (2ATP + 36ATP) freigesetzt. Die endgültige Synthese und Bereitstellung von ATP erfolgt in Mitochondrien – diese Organellen werden als Energiezentren der Zelle bezeichnet.

6. Synonyme für die Wörter „Dissimilation“ und „Assimilation“ sind die Begriffe „Katabolismus“ und „Anabolismus“. Erklären Sie die Herkunft dieser Begriffe.

Katabolismus (von griech. Καταβολή, „Herunterfallen, Zerstören“) oder Energiestoffwechsel oder Dissimilation ist ein Vorgang des metabolischen Zerfalls, Zerfalls in einfachere Stoffe (Differenzierung) oder Oxidation eines Stoffes, der meist unter Freisetzung von Energie in Form von abläuft Wärme und in Form von ATP. Anabolismus (aus dem Griechischen ἀναβολή, „Aufstieg“) ist die Bezeichnung für alle Prozesse zur Schaffung neuer Substanzen, Zellen und Gewebe des Körpers. Beispiele für Anabolismus: die Synthese von Proteinen und Hormonen im Körper, die Bildung neuer Zellen, die Ansammlung von Fetten, die Bildung neuer Muskelfasern – das alles ist Anabolismus.

Denken! Erinnern!

Denn in den Zellen sind alle organischen Verbindungen durch die Hauptmetaboliten (PVC, Acetyl-CoA) miteinander verbunden, wodurch einige organische Substanzen im Überschuss in andere umgewandelt werden können. Beispielsweise werden überschüssige Kohlenhydrate in Fette umgewandelt.

Die beim Energieaustausch freigesetzte Energie geht an die Prozesse im Kunststoffaustausch. Und die Stoffe des Kunststoffstoffwechsels werden im Energiestoffwechsel gespalten.

3. Warum wird Ihrer Meinung nach nach harter körperlicher Arbeit ein warmes Bad empfohlen, um Muskelschmerzen schnell zu lindern?

Muskelschmerzen verursachen die Ansammlung von Milchsäure während der Glykolyse, ihre Konzentration wirkt auf die Rezeptoren, reizt sie und verursacht ein brennendes Gefühl. Um diese Wirkung zu beseitigen, ist ein Blutstoß mit Sauerstoff notwendig, Sauerstoff, um Milchsäure zu den endgültigen Zersetzungsprodukten abzubauen. Eine Möglichkeit ist, ein warmes Bad zu nehmen. Gleichzeitig wärmt sich der Körper auf, die Gefäße erweitern sich und das Blut mit Sauerstoff strömt und nährt alle Muskeln, dadurch wird Milchsäure zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert, Schmerzen in den Muskeln werden gelindert.

Frage 1. Was ist Dissimilation? Listen Sie seine Schritte auf.

Dissimilation oder Energiestoffwechsel ist eine Reihe von Spaltungsreaktionen makromolekularer Verbindungen, die mit der Freisetzung und Speicherung von Energie einhergehen.

Die Dissimilation in aeroben (sauerstoffatmenden) Organismen erfolgt in drei Phasen: vorbereitend - die Aufspaltung von hochmolekularen Verbindungen in niedermolekulare ohne Energiespeicherung;

sauerstofffrei - teilweiser sauerstofffreier Abbau von Verbindungen, Energie wird in Form von ATP gespeichert;

Sauerstoff - der endgültige Abbau organischer Substanzen zu Kohlendioxid und Wasser, Energie wird auch in Form von ATP gespeichert.

Die Dissimilation in anaeroben (ohne Sauerstoff) Organismen erfolgt in zwei Phasen: vorbereitend und anoxisch. Dabei werden organische Stoffe nicht vollständig abgebaut und viel weniger Energie gespeichert.

Frage 2. Welche Rolle spielt ATP im Zellstoffwechsel?

ATP (Adenosintriphosphorsäure) ist ein Nukleotid, das aus einer stickstoffhaltigen Base (Adenin), einem Monosaccharid mit fünf Kohlenstoffatomen (Ribose) und drei Phosphorsäureresten besteht. Dies ist eine universelle makroerge Verbindung, die in einer Vielzahl von Zellen vorkommt, in der es zwei hochenergetische Bindungen zwischen Phosphorsäureresten gibt. Beim Aufbrechen einer solchen Bindung wird ein Phosphorsäurerest abgespalten und eine große Energiemenge (40 kJ/mol) freigesetzt. Dabei wird ATP in ADP umgewandelt. Kommt es zur Abspaltung des zweiten Phosphorsäurerestes, wird aus ADP AMP. Alle Prozesse in lebenden Organismen, die Energieaufwand erfordern, werden von der Umwandlung von ATP-Molekülen in ADP (oder sogar AMP) begleitet.

Frage 3. Welche Zellstrukturen führen die Synthese von ATP durch?

In eukaryotischen Zellen findet die Synthese des Großteils von ATP aus ADP und Phosphorsäure in den Mitochondrien statt und wird von der Absorption (Speicherung) von Energie begleitet. In Plastiden wird ATP als Zwischenprodukt der Lichtstufe der Photosynthese gebildet.

Frage 4. Erzählen Sie uns etwas über den Energiestoffwechsel in der Zelle am Beispiel des Abbaus von Glukose.

Der Energiestoffwechsel in aeroben Organismen erfolgt in drei Stufen.

Vorbereitend. Im Gastrointestinaltrakt und in den Lysosomen von Zellen werden unter Einwirkung von Verdauungsenzymen Polysaccharide zu Monosacchariden, insbesondere zu Glucose, abgebaut. Die dabei freigesetzte Energie wird nicht gespeichert, sondern in Form von Wärme abgeführt.

Sauerstofffrei. Als Ergebnis der Glykolyse wird ein Molekül Glucose in zwei Moleküle Brenztraubensäure gespalten:

C 6 Hi 2 0 6 -> 2C 3 H 4 0 3

Gleichzeitig werden 60 % der freigesetzten Energie in Wärme umgewandelt und 40 % in Form von ATP gespeichert. Wenn ein Glukosemolekül zerfällt, werden 2 ATP-Moleküle gebildet. Dann erfolgt die Gärung in anaeroben Organismen - Alkohol (C 2 H 5 OH - Ethylalkohol) oder Milchsäure (C 3 H 6 0 3 - Milchsäure). Bei aeroben Organismen beginnt die dritte Stufe des Energiestoffwechsels.

Sauerstoff. In diesem Stadium verbinden sich der in Brenztraubensäure enthaltene Kohlenstoff und Wasserstoff mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser. Dabei wird eine große Menge an Energie freigesetzt, die größtenteils in Form von ATP gespeichert wird. Wenn zwei Moleküle Brenztraubensäure oxidiert werden, wird Energie freigesetzt, die die Bildung von 36 ATP-Molekülen ermöglicht. Dieser Prozess findet in den Mitochondrien statt und ist in zwei mehrstufige Stadien unterteilt (den Krebszyklus und die oxidative Phosphorylierung).

Die endgültige Gleichung des Sauerstoffdissimilationspfads:

C 6 H 12 0 6 + 6O 2 + 38ADP + 38F ->

Energieaustausch(Katabolismus, Dissimilation) - eine Reihe von Reaktionen zur Spaltung organischer Substanzen, begleitet von der Freisetzung von Energie. Die beim Abbau organischer Stoffe freigesetzte Energie wird von der Zelle nicht sofort verbraucht, sondern in Form von ATP und anderen energiereichen Verbindungen gespeichert. ATP ist die universelle Energiequelle der Zelle. Die ATP-Synthese erfolgt in den Zellen aller Organismen im Rahmen der Phosphorylierung - der Zugabe von anorganischem Phosphat zu ADP.

Beim aerob Organismen (die in einer Sauerstoffumgebung leben) unterscheiden drei Stadien des Energiestoffwechsels: vorbereitende, sauerstofffreie Oxidation und Sauerstoffoxidation; beim anaerob Organismen (die in einer sauerstofffreien Umgebung leben) und aerobe Organismen mit Sauerstoffmangel - zwei Stufen: vorbereitende, sauerstofffreie Oxidation.

Vorbereitungsphase

Es besteht im enzymatischen Abbau komplexer organischer Substanzen zu einfachen: Proteinmoleküle - zu Aminosäuren, Fette - zu Glycerin und Carbonsäuren, Kohlenhydrate - zu Glukose, Nukleinsäuren - zu Nukleotiden. Der Abbau hochmolekularer organischer Verbindungen erfolgt entweder durch Enzyme des Magen-Darm-Traktes oder durch Enzyme der Lysosomen. Die gesamte freigesetzte Energie wird in Form von Wärme abgeführt. Die dabei entstehenden kleinen organischen Moleküle können als „Baustoff“ verwendet oder weiter abgebaut werden.

Anoxische Oxidation oder Glykolyse

Dieses Stadium besteht in der weiteren Aufspaltung von organischen Substanzen, die während des Vorbereitungsstadiums gebildet werden, findet im Zytoplasma der Zelle statt und benötigt keinen Sauerstoff. Die Hauptenergiequelle in der Zelle ist Glukose. Der Prozess des sauerstofffreien unvollständigen Abbaus von Glukose - Glykolyse.

Die Abgabe von Elektronen nennt man Oxidation, die Aufnahme heißt Reduktion, während der Elektronendonator oxidiert wird, wird der Akzeptor reduziert.

Es ist zu beachten, dass die biologische Oxidation in Zellen sowohl unter Beteiligung von Sauerstoff auftreten kann:

A + O 2 → AO 2,

und ohne seine Beteiligung aufgrund der Übertragung von Wasserstoffatomen von einer Substanz auf eine andere. Beispielsweise wird Stoff „A“ auf Kosten von Stoff „B“ oxidiert:

AN 2 + B → A + BH 2

oder durch Elektronentransfer wird beispielsweise Eisen zu dreiwertig oxidiert:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Die Glykolyse ist ein komplexer mehrstufiger Prozess, der zehn Reaktionen umfasst. Während dieses Prozesses findet eine Glucose-Dehydrierung statt, das Coenzym NAD + (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid) dient als Wasserstoffakzeptor. Als Ergebnis einer Kette von enzymatischen Reaktionen wird Glucose in zwei Moleküle Brenztraubensäure (PVA) umgewandelt, während insgesamt 2 ATP-Moleküle und eine reduzierte Form des Wasserstoffträgers NAD H 2 gebildet werden:

C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 H 3 RO 4 + 2 NAD + → 2 C 3 H 4 O 3 + 2 ATP + 2 H 2 O + 2 NAD H 2.

Der weitere Verbleib von PVC hängt von der Anwesenheit von Sauerstoff in der Zelle ab. Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, werden Hefe und Pflanzen einer alkoholischen Gärung unterzogen, bei der zuerst Acetaldehyd und dann Ethylalkohol gebildet wird:

1. C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 SOHN,
2. CH 3 SOHN + NAD H 2 → C 2 H 5 OH + ÜBER +.

Bei Tieren und einigen Bakterien kommt es bei Sauerstoffmangel zur Milchsäuregärung unter Bildung von Milchsäure:

C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 → C 3 H 6 O 3 + ÜBER +.

Durch die Glykolyse eines Glukosemoleküls werden 200 kJ freigesetzt, davon werden 120 kJ in Form von Wärme abgegeben und 80 % in ATP-Bindungen gespeichert.

Sauerstoffoxidation oder Atmung

Es besteht im vollständigen Abbau von Brenztraubensäure, tritt in Mitochondrien und mit der obligatorischen Anwesenheit von Sauerstoff auf.

Brenztraubensäure wird in die Mitochondrien transportiert (Aufbau und Funktionen der Mitochondrien - Vortrag Nr. 7). Hier finden Dehydrierung (Wasserstoffabspaltung) und Decarboxylierung (Kohlendioxidabspaltung) von PVC unter Bildung einer Acetylgruppe mit zwei Kohlenstoffatomen statt, die in einen Reaktionszyklus eingeht, der als Krebszyklusreaktion bezeichnet wird. Mit der Dehydrierung und Decarboxylierung ist eine weitere Oxidation verbunden. Dadurch werden für jedes zerstörte PVC-Molekül drei Moleküle CO 2 aus dem Mitochondrium entfernt; Es werden fünf Paare von Wasserstoffatomen gebildet, die mit Trägern (4NAD H 2, FAD H 2) verbunden sind, sowie ein ATP-Molekül.

Die Gesamtreaktion der Glykolyse und Zerstörung von PVC in Mitochondrien zu Wasserstoff und Kohlendioxid ist wie folgt:

C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O → 6 CO 2 + 4 ATP + 12 H 2.

Als Ergebnis der Glykolyse werden zwei ATP-Moleküle gebildet, zwei - im Krebszyklus; Als Ergebnis der Glykolyse wurden zwei Paare von Wasserstoffatomen (2NADHH2) gebildet, zehn Paare - im Krebszyklus.

Der letzte Schritt ist die Oxidation von Wasserstoffpaaren unter Beteiligung von Sauerstoff zu Wasser bei gleichzeitiger Phosphorylierung von ADP zu ATP. Wasserstoff wird auf drei große Enzymkomplexe (Flavoproteine, Coenzyme Q, Cytochrome) der Atmungskette übertragen, die sich in der inneren Membran der Mitochondrien befinden. Elektronen werden aus Wasserstoff entnommen, die schließlich mit Sauerstoff in der mitochondrialen Matrix kombiniert werden:

O 2 + e – → O 2 –.

Protonen werden in den Zwischenmembranraum der Mitochondrien, in das „Protonenreservoir“, gepumpt. Die innere Membran ist für Wasserstoffionen undurchlässig, sie ist einerseits negativ (durch O 2 -), andererseits positiv (durch H +) geladen. Wenn die Potentialdifferenz über der inneren Membran 200 mV erreicht, passieren Protonen den Kanal des ATP-Synthetase-Enzyms, ATP wird gebildet und Cytochrom-Oxidase katalysiert die Reduktion von Sauerstoff zu Wasser. Als Ergebnis der Oxidation von zwölf Paaren von Wasserstoffatomen werden also 34 ATP-Moleküle gebildet.

Alle biosynthetischen Reaktionen beinhalten die Absorption von Energie.

Die Gesamtheit der Biosynthesereaktionen wird als plastischer Austausch oder Assimilation (lat. „similis“ – ähnlich) bezeichnet. Die Bedeutung dieses Prozesses besteht darin, dass aus der äußeren Umgebung in die Zelle gelangende Nahrungsstoffe, die sich stark von der Zellsubstanz unterscheiden, durch chemische Umwandlungen zu Zellsubstanzen werden.

Spaltungsreaktionen. Komplexe Stoffe zerfallen in einfachere, hochmolekulare in niedermolekulare. Proteine ​​werden in Aminosäuren zerlegt, Stärke in Glukose. Diese Stoffe werden in noch niedermolekularere Verbindungen gespalten und am Ende entstehen ganz einfache, energiearme Stoffe – CO2 und H2O. Spaltungsreaktionen gehen in den meisten Fällen mit einer Energiefreisetzung einher. Die biologische Bedeutung dieser Reaktionen besteht darin, die Zelle mit Energie zu versorgen. Jede Form von Aktivität – Bewegung, Sekretion, Biosynthese usw. – erfordert den Aufwand an Energie.

Die Gesamtheit der Spaltungsreaktion wird als Energieaustausch der Zelle oder Dissimilation bezeichnet. Die Dissimilation ist der Assimilation direkt entgegengesetzt: Durch die Spaltung verlieren Substanzen ihre Ähnlichkeit mit den Substanzen der Zelle.

Plastik- und Energieaustausch (Assimilation und Dissimilation) sind untrennbar miteinander verbunden. Einerseits erfordern Biosynthesereaktionen den Energieaufwand, der Spaltungsreaktionen entzogen wird. Andererseits ist für die Durchführung von Energiestoffwechselreaktionen eine ständige Biosynthese von Enzymen erforderlich, die diesen Reaktionen dienen, da sie sich im Arbeitsprozess abnutzen und zerstört werden.

Die komplexen Reaktionssysteme, die den Prozess des Kunststoff- und Energieaustauschs ausmachen, sind nicht nur miteinander, sondern auch mit der äußeren Umgebung eng verbunden. Aus der äußeren Umgebung gelangen Nahrungsstoffe in die Zelle, die als Material für plastische Austauschreaktionen dienen, und bei den Spaltungsreaktionen wird die für das Funktionieren der Zelle notwendige Energie aus ihnen freigesetzt. Stoffe, die von der Zelle nicht mehr verwertet werden können, werden an die äußere Umgebung abgegeben.

Die Gesamtheit aller enzymatischen Reaktionen der Zelle, d.h. die Gesamtheit der stofflichen und energetischen Austausche (Assimilation und Dissimilation), die untereinander und mit der äußeren Umgebung verbunden sind, nennt man Stoff- und Energieaustausch, dieser Vorgang ist die Hauptbedingung für die Aufrechterhaltung des Lebens der Zelle, die Quelle ihres Wachstums, ihrer Entwicklung und ihres Funktionierens .

19. Stoffwechsel und Energie in der Zelle. Photosynthese, Chemosynthese. Der Prozess der Assimilation (Grundreaktionen). Der Stoffwechsel ist eine Einheit von Assimilation und Dissimilation. Dissimilation ist ein exothermer Prozess, d.h. der Vorgang der Energiefreisetzung durch den Abbau von Zellsubstanzen. Auch die bei der Dissimilation gebildeten Stoffe unterliegen weiteren Umwandlungen. Assimilation ist der Prozess der Assimilation von Substanzen, die in die Zelle gelangen, mit spezifischen Substanzen, die für diese Zelle charakteristisch sind. Die Assimilation ist ein endothermer Prozess, der Energie benötigt. Die Energiequelle sind zuvor synthetisierte Substanzen, die im Prozess der Dissimilation zerfallen sind. Photosynthese ist der Prozess der Umwandlung der Energie des Sonnenlichts in die Energie chemischer Verbindungen. Photosynthese- Dies ist der Prozess der Bildung organischer Substanzen (Glukose und dann Stärke) aus anorganischen Substanzen in Chloroplasten im Licht unter Freisetzung von Sauerstoff. Die Photosynthese verläuft in 2 Phasen: Licht und Schatten. Die Lichtphase verläuft im Licht. Während der Lichtphase wird Chlorophyll angeregt, indem es ein Lichtquant absorbiert. In der Lichtphase findet eine Photolyse von Wasser statt, gefolgt von der Freisetzung von Sauerstoff in die Atmosphäre. Darüber hinaus finden in der Lichtphase der Photosynthese folgende Prozesse statt: die Akkumulation von Wasserstoffprotonen, die Synthese von ATP aus ADP, die Anlagerung von H + an einen speziellen Träger NADP

GESAMTLICHTREAKTION:

Die Bildung von ATP und NADP * H, die Freisetzung von O2 in die Atmosphäre.

dunkle Phase(CO2-Fixierungszyklus, Calvin-Zyklus) findet im Stroma des Chloroplasten statt. In der Dunkelphase finden folgende Prozesse statt

ATP und NADP*H werden der Lichtreaktion entnommen

Aus der Atmosphäre - CO2

1) CO2-Fixierung

2) Bildung von Glukose

3) Stärkebildung

SCHLUSSGLEICHUNG:

6CO2 + 6H2O - (Chlorophyll, Licht) - С6H12O6 + 6O2

Chemosynthese ist die Synthese organischer Substanzen aufgrund der Energie chemischer Reaktionen. Chemosynthese wird von Bakterien durchgeführt Die Hauptreaktionen der Photosynthese: 1) Schwefeloxidation: 2H2S + O2 = 2H20 + 2S

2S + O2 + 2H2O = 2H2SO4 2) Stickstoffoxidation: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = HNO3 3) Sauerstoffoxidation 2H2 + O2 = 2H2O 4) Eisenoxidation: 4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2

20. Stoffwechsel in der Zelle. Dissimilationsprozess. Die wichtigsten Phasen des Energiestoffwechsels. Der Stoffwechsel ist eine Einheit von Assimilation und Dissimilation. während der Dissimilation auch weiteren Transformationen unterzogen werden. Assimilation ist der Prozess der Assimilation von Substanzen, die in die Zelle gelangen, mit spezifischen Substanzen, die für diese Zelle charakteristisch sind. Die Assimilation ist ein endothermer Prozess, der Energie benötigt. Die Energiequelle sind zuvor synthetisierte Substanzen, die im Prozess der Dissimilation zerfallen sind. Dissimilation ist ein exothermer Prozess, d.h. der Vorgang der Energiefreisetzung durch den Abbau von Zellsubstanzen. Gebildete Stoffe Alle Funktionen der Zelle erfordern den Aufwand an Energie, die bei der Dissimilation freigesetzt wird. Die biologische Bedeutung der Dissimilation reduziert sich nicht nur auf die Freisetzung der von der Zelle benötigten Energie, sondern oft auch auf die Zerstörung körperschädigender Substanzen.Der gesamte Prozess der Dissimilation oder des Energiestoffwechsels besteht aus 3 Stufen: vorbereitender, sauerstoff- frei und Sauerstoff. In der Vorbereitungsstufe werden die Polymere unter Einwirkung von Enzymen zu Monomeren abgebaut. Proteine ​​​​werden also in Aminosäuren, Polysaccharide - in Monosaccharide, Fette - in Glycerin und Fettsäuren zerlegt. In der Vorbereitungsphase wird wenig Energie freigesetzt und meist in Form von Wärme abgeführt. 2) Anoxisches oder anaerobes Stadium. Nehmen wir als Beispiel Glukose. Im anaeroben Stadium wird Glucose zu Milchsäure abgebaut: C6H12O6 + 2ADP + H3RO4 = 2C3H6O3 + 2H2O + 2ATP (Milchsäure) 3) Sauerstoffstadium. Auf der Sauerstoffstufe werden Stoffe zu CO2 und H2O oxidiert. Mit dem Zugang von Sauerstoff dringt Brenztraubensäure in die Mitochondrien ein und wird oxidiert: С3H6O3 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 36ATP Gesamtgleichung: C6H12O6 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 38ATP

Dissimilation ist ein Komplex chemischer Reaktionen, bei denen komplexe organische Substanzen allmählich in einfachere zerfallen. Dieser Prozess wird von der Freisetzung von Energie begleitet, von der ein erheblicher Teil für die Synthese von ATP verwendet wird.

Dissimilation in der Biologie

Dissimilation ist der entgegengesetzte Prozess der Assimilation. Als Ausgangsstoffe für den Abbau dienen Nukleinsäuren, Proteine, Fette und Kohlenhydrate. Und die Endprodukte sind Wasser, Kohlendioxid und Ammoniak. Im Körper von Tieren werden Zerfallsprodukte ausgeschieden, während sie sich allmählich ansammeln. Und in Pflanzen wird Kohlendioxid teilweise freigesetzt und Ammoniak wird vollständig im Assimilationsprozess verwendet und dient als Ausgangsmaterial für die Biosynthese organischer Verbindungen.

Das Verhältnis von Dissimilation und Assimilation ermöglicht es, dass die Gewebe des Körpers ständig aktualisiert werden. Beispielsweise wird innerhalb von 10 Tagen die Hälfte der Albuminzellen im menschlichen Blut erneuert und in 4 Monaten werden alle roten Blutkörperchen regeneriert. Das Verhältnis der Intensität zweier gegensätzlicher Stoffwechselvorgänge hängt von vielen Faktoren ab. Dies ist das Entwicklungsstadium des Organismus, das Alter und der physiologische Zustand. Im Laufe des Wachstums und der Entwicklung herrscht im Körper eine Assimilation vor, wodurch neue Zellen, Gewebe und Organe gebildet werden, deren Differenzierung erfolgt, dh das Körpergewicht steigt. Bei Vorliegen von Pathologien und während des Hungerns überwiegt der Prozess der Dissimilation die Assimilation, und der Körper nimmt an Gewicht ab.

Alle Organismen können in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Dissimilation auftritt, in zwei Gruppen eingeteilt werden. Dies sind Aerobier und Anaerobier. Erstere brauchen lebenslang freien Sauerstoff, letztere brauchen ihn nicht. Bei Anaerobiern erfolgt die Dissimilation durch Fermentation, die ein sauerstofffreier enzymatischer Abbau organischer Substanzen zu einfacheren ist. Zum Beispiel Milchsäure oder alkoholische Gärung.

Der Abbau von organischem Material in Aerobiern erfolgt in drei Schritten. Gleichzeitig laufen auf jedem von ihnen mehrere spezifische enzymatische Reaktionen ab.

Die erste Stufe ist vorbereitend. Die Hauptrolle in diesem Stadium spielen die Verdauungsenzyme, die sich im Magen-Darm-Trakt in vielzelligen Organismen befinden. In einzelligen Organismen Lysosomenenzyme. In der ersten Stufe zerfallen Proteine ​​in Aminosäuren, Fette bilden Glycerin und Fettsäuren, Polysaccharide zerfallen in Monosaccharide, Nukleinsäuren in Nukleotide.

Glykolyse

Die zweite Stufe der Dissimilation ist die Glykolyse. Es fließt ohne Sauerstoff. Die biologische Essenz der Glykolyse besteht darin, dass sie der Beginn des Abbaus und der Oxidation von Glukose ist, was zur Akkumulation von freier Energie in Form von 2 ATP-Molekülen führt. Dies geschieht im Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender Reaktionen, deren Endergebnis die Bildung von zwei Pyruvatmolekülen und der gleichen Menge ATP aus einem Glukosemolekül ist. In Form von Adenosintriphosphorsäure wird ein Teil der durch die Glykolyse freigesetzten Energie gespeichert, der Rest wird in Form von Wärme abgegeben. Chemische Reaktion der Glykolyse: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP.

Bei Sauerstoffmangel in Pflanzenzellen und Hefezellen wird Pyruvirat in zwei Substanzen gespalten: Ethylalkohol und Kohlendioxid. Das ist die alkoholische Gärung.

Die bei der Glykolyse freigesetzte Energiemenge reicht für sauerstoffatmende Organismen nicht aus. Deshalb wird im Körper von Tieren und Menschen bei starker körperlicher Anstrengung in den Muskeln Milchsäure synthetisiert, die als Energiereserve dient und sich in Form von Laktat anreichert. Ein charakteristisches Merkmal dieses Prozesses ist das Auftreten von Schmerzen in den Muskeln.

Die Dissimilation ist ein sehr komplexer Vorgang, und auch die dritte Sauerstoffstufe besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Reaktionen. Wir sprechen über den Krebszyklus und die oxidative Phosphorylierung.

Während der Sauerstoffatmung wird Pyruvirat zu den Endprodukten CO2 und H2O oxidiert. Dadurch wird Energie freigesetzt, die in Form von 36 ATP-Molekülen gespeichert ist. Dann sorgt die gleiche Energie für die Synthese organischer Substanzen im Kunststoffvolumen. Evolutionär ist die Entstehung dieses Stadiums mit der Ansammlung von molekularem Sauerstoff in der Atmosphäre und dem Auftreten aerober Organismen verbunden.

Ort der oxidativen Phosphorylierung (Zellatmung) sind die inneren Membranen der Mitochondrien, in deren Inneren sich Trägermoleküle befinden, die Elektronen zu molekularem Sauerstoff transportieren. Die in diesem Stadium erzeugte Energie wird teilweise in Form von Wärme abgeführt, während der Rest für die Bildung von ATP verwendet wird.

Dissimilation ist in der Biologie ein Energieaustausch, dessen Reaktion so aussieht: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Dissimilation ist also eine Reihe von Reaktionen, die aufgrund organischer Substanzen auftreten, die zuvor von der Zelle synthetisiert wurden, und freiem Sauerstoff, der während der Atmung aus der äußeren Umgebung kam.

Assimilation, Anabolismus(lat. Assimilo - Ich vergleiche - Vergleichen, Verschmelzen, Assimilation) - in der Biologie - die Verarbeitung und Nutzung von Stoffen aus der Umwelt durch Organismen.

Assimilation und der gegensätzliche Prozess, Dissimilation, sind untrennbar damit verbunden, liegen der wichtigsten Eigenschaft der lebenden Materie zugrunde – dem Stoffwechsel. Die Art dieser kontinuierlichen Prozesse bestimmt die Vitalität und Entwicklung des Organismus.

Durch Assimilation baut der Organismus seinen Körper auf Kosten der Umwelt; Das Wachstum eines Organismus ist möglich, wenn die Assimilation die Dissimilation überwiegt.

Wesen Assimilation läuft im Grunde auf die Synthese aller für das Leben des Organismus notwendigen Substanzen in einer bestimmten Art und Weise ab, die sich im Laufe der Evolution entwickelt hat. So werden in autotrophen Organismen während der Assimilation komplexe organische Verbindungen aus anorganischen synthetisiert, beispielsweise werden während der Photosynthese Kohlenhydrate von grünen Pflanzen aus Kohlendioxid in der Luft und im Wasser assimiliert. Bei heterotrophen Organismen, die sich ausschließlich von Stoffen pflanzlichen und tierischen Ursprungs ernähren, geht der Synthese während der Assimilation deren Spaltung und Verarbeitung voraus.

Im Laufe der Evolution erworbene Merkmale von Organismen bestimmen die Art der Assimilation, aber Änderungen der Assimilation wirken sich wiederum auf die Natur der Organismen aus und verändern ihre Vererbung.

Treffen Lichtquanten auf Chlorophyll, werden Chlorophyllmoleküle angeregt. Angeregte Elektronen passieren die Elektronenkette auf der Membran zur ATP-Synthese. Gleichzeitig findet die Aufspaltung von Wassermolekülen statt. H + -Ionen verbinden sich mit reduziertem NADP (PS1) auf Kosten von Chlorophyllelektronen; die resultierende Energie geht an die Synthese von ATP. O 2 -Ionen geben Elektronen an Chlorophyll (FS2) ab und verwandeln sich in freien Sauerstoff: H 2 O + NADP + hν → NADPH + H + + 1 / 2O 2 + 2ATP

dunkle Phase Dunkle Phase - Fixierung von C, Synthese von C 6 H 12 O 6. Die Energiequelle ist ATP. Im Stroma von Chromoplasten (wo ATP, NADPH und H + aus Thylakoiden Gran und CO 2 aus der Luft stammen) finden zyklische Reaktionen statt, die zu einer CO 2 -Fixierung, seiner Reduktion von H (aufgrund von NADPH + H +) und der Synthese von C 6 H 12 Über 6:

CO 2 + NADPH + H + + 2ATP → 2ADP + C 6 H 12 O 6

Dissimilation in der Biologie bezieht sich auf den umgekehrten Prozess der Assimilation. Mit anderen Worten, dies ist das Stadium des Stoffwechsels im Körper, in dem die Zerstörung komplexer organischer Verbindungen mit der Produktion einfacherer erfolgt. Es gibt verschiedene Definitionen des Dissimilationsbegriffs. Wikipedia interpretiert diesen Begriff als den Verlust der Spezifität komplexer Substanzen und die Zerstörung komplexer organischer Verbindungen zu einfacheren. Ein Synonym für dieses Konzept ist Katabolismus.

Im Stoffwechsel einer lebenden Zelle nehmen komplexe Dissimilationsreaktionen - Atmung, Gärung, Glykolyse - den zentralen Platz ein. Das Ergebnis dieser biologischen Prozesse ist die Freisetzung von Energie, die in komplexen Molekülen enthalten ist. Diese Energie wird teilweise in die Energie von Adenosintriphosphat (ATP) umgewandelt. Die Endprodukte der Dissimilation in allen lebenden Zellen sind Kohlendioxid, Ammoniak und Wasser. Pflanzenzellen konnten diese Stoffe teilweise zur Assimilation nutzen. Tierische Organismen tragen diese Zerfallsprodukte nach außen ab.

Je nach Art der Beteiligung von Sauerstoffmolekülen an Katabolismusreaktionen werden alle Organismen normalerweise in aerobe, dh unter Beteiligung von Sauerstoff, und anaerobe (sauerstofffreie) unterteilt.

Anaerobe Organismen führen die Prozesse des Energiestoffwechsels durch Fermentation und aerobe Organismen durch Atmung durch.

Die Fermentation ist eine Reihe von Zersetzungsreaktionen organischer Moleküle zu einfacheren Verbindungen, bei denen Energie freigesetzt und ATP-Moleküle synthetisiert werden. Die Fermentation gilt unter anderem als die ineffizienteste Art der Energiegewinnung: Aus 1 Mol Glukose werden bei der Milchsäuregärung 2 Mol ATP gewonnen.

Zwei Arten der Fermentation sind in der Natur am weitesten verbreitet:

1. Milchsäure - umfasst den Prozess des anaeroben Abbaus von Glukose unter Bildung von Milchsäure. Diese Art der Fermentation ist typisch für Milchsäurebakterien – sie sind für die Säuerung der Milch verantwortlich. Im weiteren Sinne ist der Prozess der Milchsäuregärung eine der Phasen des Atmungsprozesses in der überwiegenden Mehrheit der aeroben Organismen, einschließlich des Menschen;
2. Die alkoholische Gärung ist der Prozess des anaeroben Abbaus von Glukose und wird von der Bildung von Kohlendioxid und Ethylalkohol begleitet. Während dieser Reaktion wird eine bestimmte Menge an Energie freigesetzt, die für die Synthese eines ATP-Moleküls aufgewendet wird. Die alkoholische Gärung ist am charakteristischsten für Früchte und andere Pflanzenteile unter anaeroben Bedingungen.

Atmung im Kontext des offenbarten Problems hat eine breitere Bedeutung als der übliche Prozess des Gasaustauschs. Atmung ist dabei als eine Art Dissimilation zu verstehen, die in einer Umgebung mit Sauerstoffmolekülen stattfindet.

Der Atemvorgang besteht aus zwei Teilen:

1. Der Prozess des Gasaustauschs im Atmungssystem vielzelliger Organismen und in Geweben;
2. Die Abfolge biochemischer Oxidationsreaktionen, die organische Verbindungen durchlaufen. Als Ergebnis dieser Prozesse entstehen Wasser, Ammoniak und Kohlendioxid. Die Bildung einiger anderer einfacher Verbindungen ist möglich - Schwefelwasserstoff, anorganische Phosphorverbindungen usw.

Für die meisten Menschen ist eine engere Interpretation des Vorgangs der Atmung als Gasaustausch üblich.

Der Prozess der Dissimilation in lebenden Zellen besteht aus mehreren Stufen. Es sollte beachtet werden, dass diese Stadien in verschiedenen Organismen unterschiedlich ablaufen können.

In aeroben Organismen der Prozess des Katabolismus umfasst drei Hauptstufen. Jede Stufe verläuft unter Beteiligung spezieller enzymatischer Systeme.

1. Anfangsstadium oder vorbereitend. Bei vielzelligen Organismen wird es in der Höhle des Verdauungstraktes durchgeführt. Verdauungsenzyme sind direkt daran beteiligt. Bei einzelligen Organismen verläuft dieses Stadium unter Beteiligung lysosomaler Enzyme. In der Vorbereitungsphase werden Proteine ​​in Aminosäuren zerlegt. Fette zerfallen in Fettsäuren und Glycerin. Polysaccharide werden in diesem Stadium zu Monosacchariden und Nukleinsäuren zu Nukleotiden gespalten. In der Biologie wird ein solcher Vorgang üblicherweise Verdauung genannt;
2. Die zweite Stufe des Katabolismus ist Glykolyse oder anoxisch. Dieses Stadium ist das Anfangsstadium des Abbaus von Glukosemolekülen und der Akkumulation von Energie in Form von ATP-Molekülen. Die Glykolyse findet im Zytoplasma der Zelle statt. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Abfolge chemischer Reaktionen beobachtet: Ein Molekül Glucose wird in zwei Moleküle Brenztraubensäure (oder Pyruvat) und zwei Moleküle ATP umgewandelt. Ein Teil der freigesetzten Energie wird in Form von ATP gespeichert, der Rest wird in Form von Wärme abgegeben. Unter Sauerstoffmangel in den Zellen von Pflanzen und Hefepilzen werden Pyruvatmoleküle in Kohlendioxid und Ethanol gespalten (alkoholische Gärung);
3. Das Sauerstoffstadium des Katabolismus besteht wiederum aus zwei aufeinanderfolgenden Phasen – dem Krebszyklus und der oxidativen Phosphorylierung. Überlegen Sie, welches Dissimilationsstadium Sauerstoff genannt wird. Hier erfolgt die endgültige Aufspaltung von Pyruvat in die einfachsten Bestandteile – Wasser und Kohlendioxid. Bei der Oxidation von Pyruvat werden nur 36 ATP-Moleküle gebildet. Davon entstehen 34 Moleküle durch eine Reaktionskette des Krebszyklus und die restlichen 2 durch oxidative Phosphorylierung. Das evolutionäre Sauerstoffstadium entstand, nachdem sich eine ausreichende Anzahl von Sauerstoffmolekülen in der Erdatmosphäre angesammelt hatte und Organismen mit einem aeroben Stoffwechseltyp erschienen.

Als Folge von Dissimilationsreaktionen Es wird Energie gewonnen, die anschließend vom Körper für den plastischen Stoffwechsel verwendet wird.

Die Prozesse der oxidativen Phosphorylierung finden an den inneren Mitochondrienmembranen statt. Diese Membranen haben eingebaute Trägermoleküle. Ihre Funktion besteht darin, Elektronen an Sauerstoffatome zu liefern. Ein Teil der Energie bei dieser Reaktion wird als Wärme dissipiert.

Durch Glykolysereaktionen wird eine geringe Energiemenge erzeugt, die für die Vitalaktivität von Organismen mit aerobem Stoffwechsel nicht ausreicht. Aus diesem Grund wird in Muskelzellen bei Sauerstoffmangel Milchsäure gebildet. Diese Substanz reichert sich als Laktat an und verursacht Muskelschmerzen.