Metabolismul și tipurile sale

Asigură constanța mediului intern al corpului în condițiile de existență în schimbare - homeostaziei . Metabolismul constă din două procese interdependente și reciproc opuse. Acestea sunt procese disimilare , în care are loc descompunerea substanțelor organice și energia eliberată este utilizată pentru sinteza moleculelor de ATP și procesele asimilare, în care energia ATP este folosită pentru a sintetiza proprii compuși necesari organismului.

Procesul de disimilare se mai numește catabolism și metabolism energetic . Iar procesele de asimilare se mai numesc anabolism și metabolism plastic . O astfel de abundență de sinonime pentru același concept a apărut deoarece reacțiile metabolice au fost studiate de oameni de știință de diferite specialități:

• biochimiști,
• fiziologi,
• citologie,
• genetica,
• biologi moleculari.

Dar toate numele și termenii au prins rădăcini și sunt folosiți activ de oamenii de știință.

Forme de alimentare cu energie a organismelor vii

Pentru toate organismele vii de pe Pământ, Soarele este principala sursă de energie. Datorită lui, organismele își satisfac nevoile energetice.

Organismele care pot sintetiza compuși organici din compuși anorganici sunt numite autotrofe. Ele sunt împărțite în două grupe. Unii sunt capabili să folosească energia luminii solare. Acestea sunt fotosintetice sau fototrofe. Acestea sunt în principal plante verzi, cianobacterie (alge albastru-verzi).

Un alt grup de autotrofi folosește energia care este eliberată în timpul reacțiilor chimice. Astfel de organisme sunt numite chimiotrofe sau chimiosintetice.

Ciupercile, majoritatea animalelor și bacteriilor nu pot sintetiza singure substanțele organice. Astfel de organisme sunt numite heterotrofe. Pentru ei, compușii organici sintetizați de autotrofi servesc drept sursă de energie. Energia este folosită de organismele vii pentru procese chimice, mecanice, termice și electrice.

Etapa pregătitoare a metabolismului energetic

Schimbul de energie este împărțit în mod convențional în trei etape principale. Prima etapă a fost numită pregătitoare. În această etapă, macromoleculele sunt descompuse în monomeri sub influența enzimelor. În cursul reacțiilor, se eliberează o cantitate destul de mică de energie, care este disipată sub formă de căldură.

Etapa anoxică a metabolismului energetic

Etapa anoxică (anaerobă) a metabolismului energetic are loc în celule. Monomerii care s-au format în etapa anterioară (glucoză, glicerol etc.) sunt supuși clivajului în mai multe etape fără acces la oxigen. Principalul lucru în această etapă este procesul de scindare a moleculei de glucoză în molecule de acid piruvic sau lactic cu formarea a două molecule de ATP.

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

În timpul acestei reacții (reacție de glicoliză) se eliberează aproximativ $200$ kJ de energie. Cu toate acestea, nu totul este transformat în căldură. O parte din acesta este folosită pentru a sintetiza două legături fosfat (macroergice) bogate în energie în moleculele de ATP. Glucoza este, de asemenea, descompusă în timpul fermentației alcoolice.

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

Pe lângă alcool, există și tipuri de fermentație fără oxigen precum acidul butiric și lactic.

Stadiul oxigenului al metabolismului energetic

În această etapă, compușii formați în stadiul lipsit de oxigen sunt oxidați la produsele finale de reacție - dioxid de carbon și apă. Biochimistul englez Adolph Krebs a descoperit în 1937$ secvența transformărilor acizilor organici în matricea mitocondrială. În onoarea sa, combinația acestor reacții a fost numită ciclul Krebs.

Observație 1

Oxidarea completă a moleculelor de acid lactic sau piruvic formate în timpul procesului anaerob la dioxid de carbon și apă este însoțită de eliberarea a $2800$ kJ de energie. Această sumă este suficientă pentru sinteza moleculelor de ATP de $36$ ($18$ ori mai mult decât în ​​etapa anterioară).

Ecuația generală pentru stadiul de oxigen al metabolismului energetic arată astfel:

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

Rezumând, putem scrie ecuația totală a schimbului de energie:

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

În etapa finală, produsele metabolice sunt îndepărtate din organism.

Tine minte!

Ce este metabolismul?

(din grecescul μεταβολή - „transformare, schimbare”) sau metabolism - un set de reacții chimice care au loc într-un organism viu pentru a menține viața. Aceste procese permit organismelor să crească și să se reproducă, să-și mențină structurile și să răspundă la stimulii din mediu.

Din ce două procese interconectate constă?

Metabolismul energetic și metabolismul plastic

Unde în corpul uman este descompunerea majorității substanțelor organice care vin cu alimente?

Inițial, în tractul digestiv, apoi în celule și organele lor (mitocondrii, citoplasmă).

Revizuiți întrebările și temele

1. Ce este disimilarea? Enumerați pașii acestuia.

Setul de reacții de scindare ale compușilor macromoleculari, care sunt însoțite de eliberarea și stocarea energiei, se numește schimb de energie sau disimilare. Practic, energia este stocată sub forma unui compus universal cu consum mare de energie - ATP.

1) pregătitoare

2) Oxidare fără oxigen

3) Oxidarea oxigenului

2. Care este rolul ATP-ului în metabolismul celular?

Acidul adenozin trifosforic (ATP) este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată (adenină), zahăr riboză și trei resturi de acid fosforic (Fig. 53). ATP este principala moleculă de energie a celulei, un fel de acumulator de energie. Toate procesele din organismele vii care necesită consum de energie sunt însoțite de conversia unei molecule de ATP în ADP (acid adenozin difosforic). Când reziduul de acid fosforic este separat, se eliberează o cantitate mare de energie - 40 kJ / mol. Există două astfel de legături de înaltă energie (așa-numitele macroergice) în molecula de ATP. Restaurarea structurii ATP din ADP și acid fosforic are loc în mitocondrii și este însoțită de absorbția de energie.

3. Ce structuri celulare realizează sinteza ATP?

mitocondriile

4. Povestește-ne despre metabolismul energetic din celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

1) Etapa pregătitoare a defalcării carbohidraților merge în tractul digestiv la un carbohidrat simplu - glucoză, în timp ce puțină energie este eliberată și este disipată în organism sub formă de căldură.

2) Etapa lipsită de oxigen a descompunerii glucozei este glicoliza (oxidarea anaerobă). Etapa are loc în citoplasmă în absența oxigenului liber. Glucoză C6H12O6 acid piruvic (PVA) C3H4O3. Glucoza este descompusă în PVC cu eliberarea de 4ATP. 2ATP este apoi utilizat în această etapă pentru a converti PVC-ul în acid lactic. Și ca rezultat, în a doua etapă, 2ATP este eliberat.

3) Oxidarea oxigenului - oxidare aerobă (sau respirație celulară). Etapa, în urma căreia acidul lactic este împărțit sub acțiunea oxigenului molecular până la produsele finale de descompunere - dioxid de carbon și apă. Apare în mitocondriile de pe lanțul respirator al enzimelor, care sunt situate pe cresta mitocondriilor. Ca urmare a acestei etape, sunt eliberate 36 de ATP. Astfel, în două etape - cu oxidarea completă a 1 mol de glucoză (1 moleculă), se eliberează 38 ATP (2ATP + 36ATP). Sinteza finală și furnizarea de ATP se efectuează în mitocondrii - aceste organele sunt numite centre energetice ale celulei.

6. Sinonime ale cuvintelor „disimilare” și „asimilare” sunt termenii „catabolism” și „anabolism”. Explicați originea acestor termeni.

Catabolismul (din grecescul Καταβολή, „scădere, distrugere”) sau metabolismul energetic, sau disimilarea este un proces de degradare metabolică, descompunere în substanțe mai simple (diferențiere) sau oxidare a unei substanțe, de obicei procedând cu eliberarea de energie sub formă de căldură și sub formă de ATP. Anabolismul (din grecescul ἀναβολή, „ascensiune”) este numele tuturor proceselor de creare a unor noi substanțe, celule și țesuturi ale corpului. Exemple de anabolism: sinteza proteinelor și hormonilor în organism, crearea de noi celule, acumularea de grăsimi, crearea de noi fibre musculare - totul este anabolism.

Gândi! Tine minte!

Deoarece în celule toți compușii organici sunt legați între ei prin principalii metaboliți (PVC, acetil-CoA) prin care unele substanțe organice pot fi transformate în altele în exces. De exemplu, carbohidrații în exces sunt transformați în grăsimi.

Energia care este eliberată în timpul schimbului de energie merge către procesele din schimbul plastic. Și substanțele din metabolismul plastic sunt împărțite în metabolismul energetic.

3. De ce, după părerea dumneavoastră, după o muncă fizică grea, pentru a calma rapid durerile musculare, este recomandat să faceți o baie caldă?

Durerea musculară determină acumularea de acid lactic în timpul glicolizei, concentrarea acestuia acționează asupra receptorilor, iritându-i, provocând o senzație de arsură. Pentru a elimina această acțiune, este nevoie de un jet de sânge cu oxigen, oxigen pentru a descompune acidul lactic în produșii finali de descompunere. O modalitate este să faci o baie caldă. În același timp, corpul se încălzește, vasele se extind, iar sângele cu oxigen curge și hrănește toți mușchii, astfel acidul lactic este oxidat în dioxid de carbon și apă, durerea în mușchi este ameliorată.

Întrebarea 1. Ce este disimilarea? Enumerați pașii acestuia.

Disimilarea sau metabolismul energetic este un set de reacții de scindare a compușilor macromoleculari, care sunt însoțite de eliberarea și stocarea energiei.

Disimilarea în organismele aerobe (respiratoare de oxigen) are loc în trei etape: pregătitoare - scindarea compușilor cu molecul înalt în cei cu molecul scăzut fără a stoca energie;

fără oxigen - descompunerea parțială fără oxigen a compușilor, energia este stocată sub formă de ATP;

oxigen - descompunerea finală a substanțelor organice în dioxid de carbon și apă, energia este, de asemenea, stocată sub formă de ATP.

Disimilarea la organismele anaerobe (fără utilizarea oxigenului) are loc în două etape: pregătitoare și anoxice. În acest caz, substanțele organice nu sunt complet descompuse și este stocată mult mai puțină energie.

Întrebarea 2. Care este rolul ATP-ului în metabolismul celular?

ATP (acidul adenozin trifosforic) este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată (adenină), o monozaharidă cu cinci atomi de carbon (riboză) și trei resturi de acid fosforic. Acesta este un compus universal de înaltă energie găsit într-o varietate de celule, în care există două legături de mare energie între reziduurile de acid fosforic. Când o astfel de legătură este ruptă, un reziduu de acid fosforic este scindat și o cantitate mare de energie (40 kJ/mol) este eliberată. În acest caz, ATP este convertit în ADP. Dacă există o scindare a celui de-al doilea reziduu de acid fosforic, ADP se va transforma în AMP. Toate procesele din organismele vii care necesită consum de energie sunt însoțite de conversia moleculelor de ATP în ADP (sau chiar AMP).

Întrebarea 3. Ce structuri celulare realizează sinteza ATP?

În celulele eucariote, sinteza majorității ATP din ADP și acid fosforic are loc în mitocondrii și este însoțită de absorbția (depozitarea) energiei. În plastide, ATP se formează ca un produs intermediar al etapei luminoase a fotosintezei.

Întrebarea 4. Spuneți-ne despre metabolismul energetic din celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

Metabolismul energetic în organismele aerobe are loc în trei etape.

pregătitoare. În tractul gastrointestinal și lizozomii celulelor, sub acțiunea enzimelor digestive, polizaharidele sunt descompuse în monozaharide, în special în glucoză. Energia eliberată în acest caz nu este stocată, ci disipată sub formă de căldură.

Fara oxigen. Ca rezultat al glicolizei, o moleculă de glucoză este împărțită în două molecule de acid piruvic:

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

În același timp, 60% din energia eliberată este transformată în căldură, iar 40% este stocată sub formă de ATP. Când o moleculă de glucoză se descompune, se formează 2 molecule de ATP. Apoi are loc fermentarea în organismele anaerobe - alcool (C 2 H 5 OH - alcool etilic) sau acid lactic (C 3 H 6 0 3 - acid lactic). În organismele aerobe, începe a treia etapă a metabolismului energetic.

Oxigen. În această etapă, carbonul și hidrogenul conținute în acidul piruvic se combină cu oxigenul pentru a forma dioxid de carbon și apă. Aceasta eliberează o cantitate mare de energie, cea mai mare parte din care este stocată sub formă de ATP. Când două molecule de acid piruvic sunt oxidate, se eliberează energie care permite formarea a 36 de molecule de ATP. Acest proces are loc în mitocondrii și este împărțit în două etape în mai multe etape (ciclul Krebs și fosforilarea oxidativă).

Ecuația finală a căii de disimilare a oxigenului:

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

schimb de energie(catabolism, disimilare) - un set de reacții de scindare a substanțelor organice, însoțite de eliberarea de energie. Energia eliberată în timpul descompunerii substanțelor organice nu este utilizată imediat de celulă, ci este stocată sub formă de ATP și alți compuși cu energie înaltă. ATP este sursa universală de energie a celulei. Sinteza ATP are loc în celulele tuturor organismelor în procesul de fosforilare - adăugarea de fosfat anorganic la ADP.

La aerobic organismele (care trăiesc într-un mediu cu oxigen) disting trei etape ale metabolismului energetic: oxidarea pregătitoare, fără oxigen și oxidarea oxigenului; la anaerob organisme (care trăiesc într-un mediu fără oxigen) și organisme aerobe cu lipsă de oxigen - două etape: oxidare pregătitoare, fără oxigen.

Etapa pregătitoare

Constă în descompunerea enzimatică a substanțelor organice complexe în cele simple: molecule de proteine ​​- la aminoacizi, grăsimi - la glicerol și acizi carboxilici, carbohidrați - la glucoză, acizi nucleici - la nucleotide. Descompunerea compușilor organici cu molecul mare este efectuată fie de enzimele tractului gastrointestinal, fie de enzimele de lizozomi. Toată energia eliberată este disipată sub formă de căldură. Moleculele organice mici rezultate pot fi folosite ca „material de construcție” sau pot fi defalcate în continuare.

Oxidare anoxică sau glicoliză

Această etapă constă în scindarea în continuare a substanțelor organice formate în timpul etapei pregătitoare, are loc în citoplasma celulei și nu necesită prezența oxigenului. Principala sursă de energie din celulă este glucoza. Procesul de descompunere incompletă fără oxigen a glucozei - glicoliza.

Pierderea de electroni se numește oxidare, achiziția se numește reducere, în timp ce donorul de electroni este oxidat, acceptorul este redus.

Trebuie remarcat faptul că oxidarea biologică în celule poate avea loc atât cu participarea oxigenului:

A + O 2 → AO 2,

și fără participarea sa, datorită transferului atomilor de hidrogen de la o substanță la alta. De exemplu, substanța „A” este oxidată în detrimentul substanței „B”:

AN 2 + B → A + BH 2

sau datorită transferului de electroni, de exemplu, fierul feros este oxidat la trivalent:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Glicoliza este un proces complex în mai multe etape care include zece reacții. În timpul acestui proces, are loc dehidrogenarea glucozei, coenzima NAD + (nicotinamidă adenin dinucleotidă) servește ca acceptor de hidrogen. Ca rezultat al unui lanț de reacții enzimatice, glucoza este transformată în două molecule de acid piruvic (PVA), în timp ce se formează un total de 2 molecule de ATP și o formă redusă de purtător de hidrogen NAD H 2:

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

Soarta ulterioară a PVC-ului depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă nu există oxigen, drojdia și plantele sunt supuse fermentației alcoolice, în care se formează mai întâi acetaldehida și apoi alcoolul etilic:

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

La animale și unele bacterii, cu lipsă de oxigen, fermentația acidului lactic are loc cu formarea acidului lactic:

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

Ca rezultat al glicolizei unei molecule de glucoză, se eliberează 200 kJ, dintre care 120 kJ sunt disipați sub formă de căldură și 80% sunt stocați în legături ATP.

Oxidarea oxigenului sau respirația

Constă în descompunerea completă a acidului piruvic, are loc în mitocondrii și cu prezența obligatorie a oxigenului.

Acidul piruvic este transportat în mitocondrii (structura și funcțiile mitocondriilor - prelegerea nr. 7). Aici, dehidrogenarea (eliminarea hidrogenului) și decarboxilarea (eliminarea dioxidului de carbon) PVC au loc cu formarea unei grupări acetil cu doi atomi de carbon, care intră într-un ciclu de reacții numit reacții ciclului Krebs. Există o oxidare suplimentară asociată cu dehidrogenarea și decarboxilarea. Ca rezultat, trei molecule de CO 2 sunt îndepărtate din mitocondrie pentru fiecare moleculă de PVC distrusă; se formează cinci perechi de atomi de hidrogen asociate cu purtători (4NAD H 2, FAD H 2), precum și o moleculă de ATP.

Reacția globală a glicolizei și distrugerii PVC-ului din mitocondrii la hidrogen și dioxid de carbon este următoarea:

C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 4ATP + 12H2.

Ca rezultat al glicolizei se formează două molecule de ATP, două - în ciclul Krebs; ca urmare a glicolizei s-au format două perechi de atomi de hidrogen (2NADHH2), zece perechi - în ciclul Krebs.

Ultimul pas este oxidarea perechilor de hidrogen cu participarea oxigenului la apă cu fosforilarea simultană a ADP la ATP. Hidrogenul este transferat în trei mari complexe enzimatice (flavoproteine, coenzime Q, citocromi) ale lanțului respirator situat în membrana interioară a mitocondriilor. Electronii sunt prelevați din hidrogen, care sunt în cele din urmă combinați cu oxigenul în matricea mitocondrială:

O 2 + e - → O 2 -.

Protonii sunt pompați în spațiul intermembranar al mitocondriilor, în „rezervorul de protoni”. Membrana interioară este impermeabilă la ionii de hidrogen, pe de o parte este încărcată negativ (datorită O 2 -), pe de altă parte - pozitiv (datorită H +). Când diferența de potențial prin membrana interioară atinge 200 mV, protonii trec prin canalul enzimei ATP sintetazei, se formează ATP, iar citocrom oxidaza catalizează reducerea oxigenului în apă. Deci, ca urmare a oxidării a douăsprezece perechi de atomi de hidrogen, se formează 34 de molecule de ATP.

Toate reacțiile de biosinteză implică absorbția de energie.

Totalitatea reacțiilor de biosinteză se numește schimb plastic sau asimilare (în latină „similis” – similar). Sensul acestui proces este că substanțele alimentare care intră în celulă din mediul extern, care diferă puternic de substanța celulei, devin substanțele celulei ca urmare a transformărilor chimice.

reacții de scindare. Substanțele complexe se descompun în altele mai simple, cele cu molecul mare în altele cu molecul scăzut. Proteinele sunt descompuse în aminoacizi, amidonul în glucoză. Aceste substanțe sunt împărțite în compuși cu greutate moleculară și mai mică și, în final, se formează substanțe foarte simple, sărace din punct de vedere energetic - CO2 și H2O. Reacțiile de divizare în cele mai multe cazuri sunt însoțite de eliberarea de energie. Semnificația biologică a acestor reacții este de a furniza energie celulei. Orice formă de activitate — mișcare, secreție, biosinteză etc. — necesită cheltuirea energiei.

Totalitatea reacției de clivaj se numește schimb de energie al celulei sau disimilare. Disimilarea este direct opusă asimilării: ca urmare a divizării, substanțele își pierd asemănarea cu substanțele celulei.

Schimburile plastice și energetice (asimilare și disimilare) sunt indisolubil legate. Pe de o parte, reacțiile de biosinteză necesită cheltuirea energiei, care este extrasă din reacțiile de clivaj. Pe de altă parte, pentru implementarea reacțiilor de metabolism energetic, este necesară biosinteza constantă a enzimelor care servesc acestor reacții, deoarece în procesul de lucru acestea se uzează și sunt distruse.

Sistemele complexe de reacții care alcătuiesc procesul de schimburi plastice și energetice sunt strâns legate nu numai între ele, ci și cu mediul extern. Din mediul extern intră în celulă substanțele alimentare, care servesc ca material pentru reacțiile de schimb plastic, iar în reacțiile de scindare se eliberează din ele energia necesară funcționării celulei. Substantele care nu mai pot fi folosite de celula sunt eliberate in mediul extern.

Totalitatea tuturor reacțiilor enzimatice ale celulei, adică totalitatea schimburilor plastice și energetice (asimilare și disimilare), interconectate și cu mediul extern, se numește schimb de substanțe și energie.Acest proces este condiția principală pentru menținerea vieții. a celulei, sursa creșterii, dezvoltării și funcționării acesteia.

19. Metabolismul și energia în celulă. Fotosinteza, chemosinteza. Procesul de asimilare (reacții de bază). Metabolismul este o unitate de asimilare și disimilare. Disimilarea este un proces exotermic, adică. procesul de eliberare a energiei din cauza defalcării substanțelor celulare. Substanțele formate în timpul disimilării suferă și ele transformări ulterioare. Asimilarea este procesul de asimilare a substanțelor care intră în celulă cu substanțe specifice caracteristice acestei celule. Asimilarea este un proces endotermic care necesită energie. Sursa de energie o reprezintă substanțele sintetizate anterior, care au suferit degradare în procesul de disimilare. Fotosinteză este procesul de transformare a energiei luminii solare în energia compușilor chimici. Fotosinteză- acesta este procesul de formare a substanțelor organice (glucoză, apoi amidon) din substanțe anorganice, în cloroplaste la lumină cu eliberare de oxigen. Fotosinteza se desfășoară în 2 faze: lumină și umbră. Faza de lumină continuă în lumină. În timpul fazei de lumină, clorofila este excitată prin absorbția unui cuantum de lumină. În faza de lumină are loc fotoliza apei, urmată de eliberarea de oxigen în atmosferă. În plus, în faza ușoară a fotosintezei au loc următoarele procese: acumularea de protoni de hidrogen, sinteza ATP din ADP, adăugarea de H + la un purtător special NADP

REACȚIA TOTALĂ LA LUMINĂ:

Formarea de ATP și NADP * H, eliberarea de O2 în atmosferă.

faza intunecata(ciclul de fixare a CO2, ciclul Calvin) are loc în stroma cloroplastei. Următoarele procese au loc în faza întunecată

ATP și NADP*H sunt preluate din reacția luminii

Din atmosferă - CO2

1) Fixarea CO2

2) Formarea glucozei

3) Formarea amidonului

ECUAȚIA FINALĂ:

6CO2 + 6H2O - (clorofilă, lumină) - С6H12O6 + 6O2

Chemosinteza este sinteza substanțelor organice datorită energiei reacțiilor chimice. Chemosinteza este realizată de bacterii Principalele reacții ale fotosintezei: 1) oxidarea sulfului: 2H2S + O2 = 2H20 + 2S

2S + O2 + 2H2O = 2H2SO4 2) oxidarea azotului: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = HNO3 3) oxidarea oxigenului 2H2 + O2 = 2H2O 4) oxidarea fierului: 4FeCO3 + O2O3 + O2O4 = 4FeCO3 + OOH 4CO2

20. Metabolismul în celulă. proces de disimilare. Principalele etape ale metabolismului energetic. Metabolismul este o unitate de asimilare și disimilare. în timpul disimilării, sunt, de asemenea, supuse unor transformări ulterioare. Asimilarea este procesul de asimilare a substanțelor care intră în celulă cu substanțe specifice caracteristice acestei celule. Asimilarea este un proces endotermic care necesită energie. Sursa de energie o reprezintă substanțele sintetizate anterior, care au suferit degradare în procesul de disimilare. Disimilarea este un proces exotermic, adică. procesul de eliberare a energiei din cauza defalcării substanțelor celulare. Substanțe formate Toate funcțiile îndeplinite de celulă necesită cheltuirea energiei, care este eliberată în procesul de disimilare. Semnificația biologică a disimilării se reduce nu numai la eliberarea energiei necesare celulei, ci adesea la distrugerea substanțelor dăunătoare organismului.Întregul proces de disimilare, sau metabolismul energetic, constă din 3 etape: pregătitoare, oxigen- liber și oxigen. În etapa pregătitoare, sub acțiunea enzimelor, polimerii sunt degradați în monomeri. Deci, proteinele sunt descompuse în aminoacizi, polizaharide - în monozaharide, grăsimi - în glicerol și acizi grași. În faza pregătitoare, puțină energie este eliberată și este de obicei disipată sub formă de căldură. 2) Stadiul anoxic sau anaerob. Să luăm ca exemplu glucoza. În stadiul anaerob, glucoza se descompune în acid lactic: C6H12O6 + 2ADP + H3RO4 = 2C3H6O3 + 2H2O + 2ATP (acid lactic) 3) Etapa oxigenului. În stadiul de oxigen, substanțele sunt oxidate în CO2 și H2O. Odată cu accesul oxigenului, acidul piruvic pătrunde în mitocondrii și suferă oxidare: С3H6O3 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 36ATP Ecuația totală: C6H12O6 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 38ATP

Disimilarea este un complex de reacții chimice în care are loc o degradare treptată a substanțelor organice complexe la altele mai simple. Acest proces este însoțit de eliberarea de energie, din care o parte semnificativă este utilizată în sinteza ATP.

Disimilarea în biologie

Disimilarea este procesul opus de asimilare. Acizii nucleici, proteinele, grăsimile și carbohidrații acționează ca substanțe inițiale care trebuie descompuse. Iar produsele finale sunt apa, dioxidul de carbon și amoniacul. În corpul animalelor, produsele de degradare sunt excretate pe măsură ce se acumulează treptat. Iar în plante, dioxidul de carbon este parțial eliberat, iar amoniacul este folosit în întregime în procesul de asimilare, servind drept material de pornire pentru biosinteza compușilor organici.

Relația de disimilare și asimilare permite țesuturilor corpului să fie permanent actualizate. De exemplu, în decurs de 10 zile, jumătate din celulele albuminei din sângele uman sunt reînnoite, iar în 4 luni toate celulele roșii din sânge sunt regenerate. Raportul dintre intensitatea a două procese metabolice opuse depinde de mulți factori. Acesta este stadiul de dezvoltare a organismului, vârsta și starea fiziologică. În cursul creșterii și dezvoltării, asimilarea predomină în organism, ca urmare, se formează noi celule, țesuturi și organe, are loc diferențierea lor, adică crește greutatea corporală. În prezența patologiilor și în timpul înfometării, procesul de disimilare prevalează asupra asimilării, iar corpul scade în greutate.

Toate organismele pot fi împărțite în două grupe, în funcție de condițiile în care are loc disimilarea. Aceștia sunt aerobi și anaerobi. Primii au nevoie de oxigen liber pentru viață, cei din urmă nu au nevoie de el. La anaerobi, disimilarea are loc prin fermentație, care este o descompunere enzimatică fără oxigen a substanțelor organice în altele mai simple. De exemplu, acid lactic sau fermentație alcoolică.

Descompunerea materiei organice în aerobi se realizează în trei etape. În același timp, pe fiecare dintre ele apar mai multe reacții enzimatice specifice.

Prima etapă este pregătitoare. Rolul principal în această etapă revine enzimelor digestive situate în tractul gastrointestinal în organismele pluricelulare. În organismele unicelulare, enzimele lizozomului. În prima etapă, proteinele se descompun în aminoacizi, grăsimile formează glicerol și acizi grași, polizaharidele se descompun în monozaharide, acizii nucleici în nucleotide.

glicoliza

A doua etapă de disimilare este glicoliza. Curge fără oxigen. Esența biologică a glicolizei este că este începutul defalcării și oxidării glucozei, având ca rezultat acumularea de energie liberă sub formă de 2 molecule de ATP. Acest lucru are loc în cursul mai multor reacții consecutive, al căror rezultat final este formarea a două molecule de piruvat și aceeași cantitate de ATP dintr-o moleculă de glucoză. O parte din energia eliberată ca urmare a glicolizei este stocată sub formă de acid adenozin trifosforic, restul este supusă disipării sub formă de căldură. Reacția chimică de glicoliză: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP.

În condițiile deficienței de oxigen în celulele plantelor și în celulele de drojdie, piruviratul este împărțit în două substanțe: alcool etilic și dioxid de carbon. Aceasta este fermentația alcoolică.

Cantitatea de energie eliberată în timpul glicolizei nu este suficientă pentru acele organisme care respiră oxigen. De aceea, în corpul animalelor și al omului, în timpul efortului fizic intens, acidul lactic este sintetizat în mușchi, care servește ca sursă de rezervă de energie și se acumulează sub formă de lactat. O trăsătură caracteristică a acestui proces este apariția durerii în mușchi.

Disimilarea este un proces foarte complex, iar cea de-a treia etapă a oxigenului constă și în două reacții succesive. Vorbim despre ciclul Krebs și despre fosforilarea oxidativă.

În timpul respirației cu oxigen, piruviratul este oxidat la produșii finali, care sunt CO2 și H2O. Aceasta eliberează energia stocată sub formă de 36 de molecule de ATP. Apoi aceeași energie asigură sinteza substanțelor organice în volumul plastic. Evolutiv, apariția acestei etape este asociată cu acumularea de oxigen molecular în atmosferă și apariția organismelor aerobe.

Sediul fosforilării oxidative (respirația celulară) este membranele interioare ale mitocondriilor, în interiorul cărora există molecule purtătoare care transportă electroni la oxigenul molecular. Energia generată în această etapă este parțial disipată sub formă de căldură, în timp ce restul merge la formarea ATP.

Disimilarea în biologie este un schimb de energie, a cărui reacție arată astfel: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Astfel, disimilarea este un ansamblu de reacții care apar din cauza substanțelor organice care au fost sintetizate anterior de celulă, și a oxigenului liber care a venit din mediul extern în timpul respirației.

Asimilare, anabolism(lat. Assimilo - asemăn - asemănarea, contopirea, asimilarea) - în biologie - prelucrarea și utilizarea de către organisme a substanțelor provenite din mediu.

Asimilarea și procesul opus, disimilarea, sunt indisolubil legate de aceasta, stau la baza celei mai importante proprietăți a materiei vii - metabolismul. Natura acestor procese continue determină vitalitatea și dezvoltarea organismului.

Prin asimilare, organismul își construiește corpul în detrimentul mediului; creșterea unui organism este posibilă dacă asimilarea prevalează asupra disimilației.

esență asimilarea se rezumă practic la sinteza tuturor substanțelor necesare vieții organismului într-un anumit mod, care s-a dezvoltat în procesul de evoluție. Deci, în organismele autotrofe, în timpul asimilării, compuși organici complecși sunt sintetizați din cei anorganici, de exemplu, în timpul fotosintezei, carbohidrații sunt asimilați de plantele verzi din dioxidul de carbon din aer și apă. La organismele heterotrofe care se hrănesc numai cu substanțe de origine vegetală și animală, sinteza în timpul asimilării este precedată de scindarea și prelucrarea lor.

Trăsăturile organismelor dobândite în procesul de evoluție determină natura asimilării, dar modificările în asimilare, la rândul lor, afectează natura organismelor, modificându-le ereditatea.

Când cuantele luminoase lovesc clorofila, moleculele de clorofilă sunt excitate. Electronii excitați trec prin lanțul de electroni de pe membrană pentru sinteza ATP. În același timp, are loc divizarea moleculelor de apă. Ionii H + se combină cu NADP redus (PS1) în detrimentul electronilor clorofilei; energia rezultată merge la sinteza ATP. Ionii de O 2 donează electroni clorofilei (FS2) și se transformă în oxigen liber: H 2 O + NADP + hν → NADPH + H + + 1 / 2O 2 + 2ATP

faza intunecata Faza intunecata - fixarea C, sinteza C 6 H 12 O 6. Sursa de energie este ATP. În stroma cromoplastelor (unde ATP, NADPH și H + provin din tilacoizii gran și CO 2 din aer), au loc reacții ciclice, având ca rezultat fixarea CO 2, reducerea acestuia de H (datorită NADPH + H +) și sinteza C 6 H 12 Aproximativ 6:

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

Disimilarea în biologie se referă la procesul invers de asimilare. Cu alte cuvinte, aceasta este etapa metabolismului în organism, la care are loc distrugerea compușilor organici complecși cu producerea celor mai simpli. Există mai multe definiții diferite ale conceptului de disimilare. Wikipedia interpretează acest termen ca fiind pierderea specificității substanțelor complexe și distrugerea compușilor organici complecși în compuși mai simpli. Un sinonim pentru acest concept este catabolismul.

În metabolismul într-o celulă vie, locul central este ocupat de reacții complexe de disimilare - respirație, fermentație, glicoliză. Rezultatul acestor procese biologice este eliberarea de energie, care este conținută în molecule complexe. Această energie este parțial transformată în energia adenozin trifosfat (ATP). Produșii finali de disimilare în toate celulele vii sunt dioxidul de carbon, amoniacul și apa. Celulele vegetale au putut folosi parțial aceste substanțe pentru asimilare. Organismele animale elimină aceste produse de degradare în exterior.

În funcție de natura participării moleculelor de oxigen la reacțiile de catabolism, toate organismele sunt de obicei împărțite în aerobe, adică mergând cu participarea oxigenului și anaerobe (fără oxigen).

Organismele anaerobe realizează procesele de metabolism energetic prin fermentație, iar organismele aerobe - prin respirație.

Fermentarea este un set de reacții de descompunere a moleculelor organice la compuși mai simpli, în care se eliberează energie și se sintetizează moleculele de ATP. Printre alte modalități de obținere a energiei, fermentația este considerată cea mai ineficientă: din 1 mol de glucoză în timpul fermentației acidului lactic se obțin 2 mol de ATP.

Două tipuri de fermentație sunt cel mai larg distribuite în natură:

1. Acid lactic - include procesul de descompunere anaerobă a glucozei cu formarea acidului lactic. Acest tip de fermentație este tipic pentru bacteriile de acid lactic - ele sunt responsabile pentru acrirea laptelui. Într-un sens mai larg, procesul de fermentare a acidului lactic este una dintre etapele procesului de respirație la marea majoritate a organismelor aerobe, inclusiv la om;
2. Fermentația alcoolică este procesul de descompunere anaerobă a glucozei și este însoțită de formarea de dioxid de carbon și alcool etilic. În timpul acestei reacții, este eliberată o anumită cantitate de energie, care este cheltuită pentru sinteza unei molecule de ATP. Fermentația alcoolică este cea mai caracteristică fructelor și altor părți ale plantei în condiții anaerobe.

Respirația în contextul problemei dezvăluite are un înțeles mai larg decât procesul obișnuit de schimb de gaze. În acest caz, respirația trebuie înțeleasă ca un fel de disimilare, care se realizează într-un mediu care conține molecule de oxigen.

Procesul de respirație are două părți:

1. Procesul de schimb de gaze în sistemul respirator al organismelor pluricelulare și în țesuturi;
2. Secvența reacțiilor biochimice de oxidare pe care le suferă compușii organici. În urma acestor procese, se formează apă, amoniac și dioxid de carbon. Este posibilă formarea altor compuși simpli - hidrogen sulfurat, compuși anorganici ai fosforului etc.

Pentru majoritatea oamenilor, o interpretare mai restrânsă a procesului de respirație ca schimb de gaze este obișnuită.

Procesul de disimilare în celulele vii constă în mai multe etape. Trebuie remarcat faptul că aceste etape pot decurge diferit în diferite organisme.

În organismele aerobe, procesul de catabolism cuprinde trei etape principale. Fiecare etapă continuă cu participarea unor sisteme enzimatice speciale.

1. Etapa inițială sau pregătitoare. În organismele multicelulare, se efectuează în cavitatea tractului digestiv. Enzimele digestive sunt direct implicate în proces. În organismele unicelulare, această etapă continuă cu participarea enzimelor lizozomale. În etapa pregătitoare, proteinele sunt descompuse în aminoacizi. Grăsimile se descompun în acizi grași și glicerol. Polizaharidele sunt scindate în această etapă în monozaharide, iar acizii nucleici în nucleotide. În biologie, un astfel de proces este de obicei numit digestiv;
2. A doua etapă a catabolismului este glicoliza sau anoxică. Această etapă este etapa inițială a defalcării moleculelor de glucoză și a acumulării de energie sub formă de molecule de ATP. Glicoliza are loc în citoplasma celulară. În acest moment, se observă o secvență de reacții chimice: o moleculă de glucoză este transformată în două molecule de acid piruvic (sau piruvat) și două molecule de ATP. O parte din energia eliberată este stocată sub formă de ATP, restul este disipată sub formă de căldură. În condiții de lipsă de oxigen în celulele plantelor și ciupercilor de drojdie, moleculele de piruvat sunt împărțite în dioxid de carbon și etanol (fermentație alcoolică);
3. Etapa de oxigen a catabolismului constă, la rândul său, din două faze succesive - ciclul Krebs și fosforilarea oxidativă. Luați în considerare ce stadiu de disimilare se numește oxigen. Aici, împărțirea finală a piruvatului în cei mai simpli constituenți - apă și dioxid de carbon. În timpul oxidării piruvatului, se formează doar 36 de molecule de ATP. Dintre acestea, 34 de molecule se formează ca urmare a unui lanț de reacții ale ciclului Krebs și restul de 2 ca rezultat al fosforilării oxidative. Etapa evolutivă a oxigenului a apărut după ce au apărut un număr suficient de molecule de oxigen acumulate în atmosfera pământului și au apărut organisme cu un metabolism de tip aerob.

Ca urmare a reacţiilor de disimilare se obține energie, care este ulterior folosită de organism pentru metabolismul plastic.

Procesele de fosforilare oxidativă au loc pe membranele mitocondriale interioare. Aceste membrane au molecule purtătoare încorporate. Funcția lor este de a furniza electroni atomilor de oxigen. O parte din energia din această reacție este disipată sub formă de căldură.

Ca urmare a reacțiilor de glicoliză, se produce o cantitate mică de energie, care nu este suficientă pentru activitatea vitală a organismelor cu un metabolism de tip aerob. Acesta este motivul pentru care acidul lactic se formează în celulele musculare cu lipsă de oxigen. Această substanță se acumulează sub formă de lactat și provoacă dureri musculare.