У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бес- кислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.
Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.
Выделяют две составные части метаболизма — катаболизм и анаболизм.
Составные части метаболизма
Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.
Роль ФТФ в метаболизме
Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам.
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.
Катаболизм – распад гликогена (гликогенолиз), а затем глюкозы (гликолиз). Анаболизм – синтез гликогена (гликогеногенез)
Обмен белков, жиров, углеводов
Каждый день в организме происходят сложные процессы пластического и энергетического обмена. Чтобы организм смог использовать белки, жиры, углеводы, они должны пройти сложный путь. В таблице описаны процессы и функции веществ.
Виды обмена
Процессы
Значение
Катаболизм – расщепление до аминокислот, анаболизм – синтез специализированных белков в цитоплазме клетки
Белки входят в состав ферментов, гормонов, антител. Являются основным строительным материалом организма. Конечными продуктами расщепления аминокислот являются вода, углекислый газ, аммиак
Катаболизм – распад гликогена (гликогенолиз), а затем глюкозы (гликолиз). Анаболизм – синтез гликогена (гликогеногенез)
Глюкоза является главным источником энергии, при избытке запасается в виде гликогена. Регулирует нормальную работу мозга. Конечные продукты расщепления – углекислый газ, вода
Катаболизм – распад до жирных кислот и глицерина (липолиз), анаболизм – образование жирных кислот (липогенез)
Жиры являются источником энергии. Входят в состав клеточных мембран. Конечные продукты распада – углекислый газ, вода
Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.
Важную роль в метаболизме играют витамины – органические соединения, участвующие во многих химических реакциях организма. Они являются катализаторами, антиоксидантами, способствуют транспортировке веществ в клетку и образованию сигнальных молекул, реагирующих на изменение окружающей среды.
В чем суть пищеварения? Очень просто: полимеры: белки, жиры и углеводы расщепляются до мономеров:
Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм
Пластический обмен (анаболизм, или ассимиляция) – это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых из простых органических и неорганических веществ образуются более сложные вещества. Пластический обмен протекает с затратой высокоорганизованной энергии (например, в виде АТФ)
Чтобы что-то построить, надо затратить энергию — этот процесс идет с поглощением энергии.
Глюконеогенез — это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных соединений, например, из пирувата. Реакции глюконеогенеза у человека происходят в клетках печени, почек и эпителия тонкого кишечника.
Гликогеногенез — это процесс синтеза гликогена из глюкозы. Реакции гликогеногенеза осуществляются в клетках мышечной ткани и в клетках печени
Синтез жирных кислот осуществляется в цитоплазме жировой ткани
Синтез нуклеотидов осуществляется в цитоплазме всех активных клеток организма
Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм
Энергетический обмен (катаболизм, или диссимиляция) – это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых происходит окисление сложных органических веществ. В результате энергетического обмена образуются более простые органические или неорганические вещества, и выделяется высокоорганизованная энергия (например, в виде АТФ) .
В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример — дыхание. При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия.
Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма — обмена веществ в клетке — можно записать так:
катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке = метаболизм
Энергетический обмен = Диссимиляция = Катаболизм
Этот процесс идет в несколько этапов и нам нужно рассмотреть как он проходит а различных организмах.
Организмов будет всего 2 — многоклеточный (человек, например) и одноклеточный (растительный и животный).
И запомните, сочетание букв АТФ (аденинтрифосфорная кислота) — означает “энергию”. Просто эта энергия заключена в молекуле.
Обмен веществ в клетке
Этапы диссимиляции:
1 этап — подготовительный
Давайте проследим путь пищи от начала и до конца… Итак, пища поступила в организм. А что у нас за пища? Точнее, из чего она состоит? Из белков, жиров и углеводов.
Пища начинает перевариваться.
В чем суть пищеварения? Очень просто: полимеры: белки, жиры и углеводы расщепляются до мономеров:
- Белки → до аминокислот
- жиры → до глицерина и жирных кислот
- углеводы (полисахариды) → до моносахаридов
Такое расщепление возможно с помощью ферментов (био-катализаторов)
- У многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте;
- у одноклеточных — в их “мини-желудочках” — лизосомах (пищеварительных вакуолях)
2 этап — бескислородный — гликолиз
Глюкоза, полученная в предыдущем этапе, превращается в пировиноградную кислоту (ПВК) и выделяется энергия (“+” — это выделение энергии, “-” — поглощение).
Происходит этот процесс уже в цитоплазме клеток (как много-, так и одноклеточных организмов).
3 этап — кислородный = Цикл Кребса + окислительное фосфорилирование
Здесь мы не будем детально разбирать цикл Кребса и фосфорилирование — это будет отдельная подробная тема в формате ЕГЭ…
Сама суть этого процесса в том, что в митохондриях (на кристах) ( а если митохондроий нет, то и процесс этот отсутствет, т.е. у анаэробов кислородного этапа нет) кислота превращается уже до конца: до CO2 (то, что мы выдыхаем) и H2O:
Общее уравнение диссимиляции:
Взаимосвязь пластического и энергетического обмена:
- Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
- Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.
Пластический и энергетический обмен – это сопряженные (взаимосвязанные) процессы.
Реакции метаболизма рано или поздно завершаются превращением всей исходной энергии в тепло.
Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.
Обмен белков, жиров, углеводов
Каждый день в организме происходят сложные процессы пластического и энергетического обмена. Чтобы организм смог использовать белки, жиры, углеводы, они должны пройти сложный путь. В таблице описаны процессы и функции веществ.
Виды обмена
Процессы
Значение
Катаболизм – расщепление до аминокислот, анаболизм – синтез специализированных белков в цитоплазме клетки
Белки входят в состав ферментов, гормонов, антител. Являются основным строительным материалом организма. Конечными продуктами расщепления аминокислот являются вода, углекислый газ, аммиак
Катаболизм – распад гликогена (гликогенолиз), а затем глюкозы (гликолиз). Анаболизм – синтез гликогена (гликогеногенез)
Глюкоза является главным источником энергии, при избытке запасается в виде гликогена. Регулирует нормальную работу мозга. Конечные продукты расщепления – углекислый газ, вода
Катаболизм – распад до жирных кислот и глицерина (липолиз), анаболизм – образование жирных кислот (липогенез)
Жиры являются источником энергии. Входят в состав клеточных мембран. Конечные продукты распада – углекислый газ, вода
Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.
Важную роль в метаболизме играют витамины – органические соединения, участвующие во многих химических реакциях организма. Они являются катализаторами, антиоксидантами, способствуют транспортировке веществ в клетку и образованию сигнальных молекул, реагирующих на изменение окружающей среды.
5. Митохондрии — «силовые станции» клетки
Раздел. Обмен веществ.
Задания для самостоятельного выполнения.
1.Подготовить сообщения и презентации на темы:
-«Роль вирусов в жизни человека»
— «Вирус герпеса: невидимый враг»,
-«ВИЧ: вирус иммунодефицита человека»;
используя различные (печатные, электронные) источники информации.
Форма контроля самостоятельной работы:
— Защита презентации и сообщений
— Проверка рабочей тетради
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Как устроены вирусы.
2. Чем отличаются простые вирусы от сложных.
3. Каков принцип взаимодействия вируса с клеткой.
4. Как вирус проникает в клетку.
5. В чем проявляется действие вирусов на клетку.
6. Почему вирусы называют внеклеточной формой жизни.
Основные понятия и термины по теме:гомеостаз, метаболизм, пластический обмен (анаболизм, ассимиляция), фотосинтез,
автотрофы, хемотрофы, гетеротрофы, световая фаза, темновая фаза, метаболизм,диссимиляция, брожение, подготовительный этап, кислородный этап.
План изучения темы:
1. Метаболизм- основа существования живых организмов.
2. Пластический обмен: фотосинтез как автотрофный тип обмена веществ
3. Энергетический обмен
4. Этапы энергетического обмена
5. Митохондрии — «силовые станции» клетки
Краткое изложение теоретических вопросов:
2. Пластический обмен ( анаболизм, ассимиляция) –этосовокупность реакций биологического синтеза. Все процессы метаболизма идут под контролем наследственного аппарата. Фотосинтез — особый тип обмена веществ, происходящий в клетках растений и ряда бактерий, содержащих хлорофилл и хлоропласты. Фотосинтез — процесс образования органических веществ в хлоропластах из углекислого газа и воды с использованием энергии солнечного света.
Суммарное уравнение фотосинтеза:
Выделяют 2 стадии:
Световая стадия — образуются высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФН, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород. В общем, роль световых реакций фотосинтеза заключается в том, что в световую фазу синтезируются молекула АТФ и молекулы-переносчики протонов, то есть НАДФ Н2.Происходит в гранах хлоропластов.
Темновая фаза— с участием АТФ и НАДФН происходит восстановление CO2 до глюкозы (C6H12O6). Хотя свет не требуется для осуществления данного процесса, он участвует в его регуляции. Происходит в строме хлоропластов.
Лабораторные работы/ Практические занятия«не предусмотрено»
Этапы пластического обмена белков:
Взаимосвязь пластического и энергетического обмена
Пластические процессы в живой клетке тесно связаны с энергетическим обменом. В процессе анаболизма образуются не только «строительные» компоненты — жиры, белки, простые и сложные углеводы. Создаются также сложные молекулы ферментов, участвующих в энергетических процессах.
Конечным продуктом, в котором накапливается энергия в живых клетках, является АТФ. Образуются молекулы в результате окисления органических веществ.
Пластический обмен — это в биологии процесс, обратный энергетическому. Все вещества при этом распадаются и образуется молекула АТФ. Энергия, полученная в результате распавшихся химических связей, используется для сборки и удержания связей аденозинтрифосфата. В ходе пластического обмена происходит обратный процесс — молекула АТФ распадается, освобождённая при расщеплении энергия используется для химических реакций.
Пластическим обменом (анаболизм или ассимиляция) — это совокупность реакций, способствующих построению клетки и обновлению ее состава.
Метаболизм — это обмен веществ и превращение энергии в клетке, сложная цепь превращений веществ в организме начиная с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. В процессе обмена организм получает вещества для построения клеток и энергию для жизненных процессов. Поэтому выделяются два вида обмена: пластический и энергетический.
Пластическим обменом (анаболизм или ассимиляция) — это совокупность реакций, способствующих построению клетки и обновлению ее состава.
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.
Метаболизм его процессы катаболизм и анаболизм таблица
Катаболизм — это совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических веществ (белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот), поступающих с пищей или запасенных в самом организме. Метаболические процессы, которые разрушают простые вещества в сложные молекулы. Конечные продукты распада CO2 и H2O.
Анаболизм — это совокупность химических процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей. При этом идет синтез сложных молекул (белков, жиров, углеводов) из более простых с накоплением энергии.
— Освобождает энергию АТФ
— Потенциальная энергия, превращенная в кинетическую энергию
— Требуется энергия от распада АТФ, окисления неорганических веществ, солнечного света
— Кинетическая энергия, превращенная в потенциальную энергию
u041fu0440u0438 u0444u043eu0442u043eu0441u0438u043du0442u0435u0437u0435 u0438u0437 u0443u0433u043bu0435u043au0438u0441u043bu043eu0433u043e u0433u0430u0437u0430 u0438 u0432u043eu0434u044b u0441u0438u043du0442u0435u0437u0438u0440u0443u0435u0442u0441u044f u0433u043bu044eu043au043eu0437u0430.n
u041fu0440u0438 u0444u043eu0442u043eu0441u0438u043du0442u0435u0437u0435 u0438u0437 u0443u0433u043bu0435u043au0438u0441u043bu043eu0433u043e u0433u0430u0437u0430 u0438 u0432u043eu0434u044b u0441u0438u043du0442u0435u0437u0438u0440u0443u0435u0442u0441u044f u0433u043bu044eu043au043eu0437u0430.n
u0412u0437u0430u0438u043cu043eu0441u0432u044fu0437u044c u043fu043bu0430u0441u0442u0438u0447u0435u0441u043au043eu0433u043e u0438 u044du043du0435u0440u0433u0435u0442u0438u0447u0435u0441u043au043eu0433u043e u043eu0431u043cu0435u043du0430n
- Пластический обмен характеризуется образованием сложных органических веществ из более простых. Этот процесс энергозатратен для организма, происходит расход энергии.
- Энергетический обмен характеризуется распадом сложных органических веществ до более простых. В ходе этого процесса происходит выделение энергии.
Разновидности
Метаболизм бывает двух видов:
- Пластический обмен характеризуется образованием сложных органических веществ из более простых. Этот процесс энергозатратен для организма, происходит расход энергии.
- Энергетический обмен характеризуется распадом сложных органических веществ до более простых. В ходе этого процесса происходит выделение энергии.
В детстве, при активном росте у людей преобладает процесс анаболизма.
Во взрослом возрасте два этих процесса уравновешены. В старости в организме преобладает катаболизм.
Независимо от возраста нарушение соотношений между энергетическим и пластическим обменом наблюдаются при болезнях.
Пластический и энергетический обмен тесно связаны между собой. Так, пластический обмен обеспечивает клетки организма белками-ферментами, необходимыми для энергетического обмена.
Совокупность процессов, приводящих к усвоению веществ и накоплению энергии, называется пластическим обменом (от греч. «пластика» — лепить). Это — точное название: ведь из питательных веществ, поступающих в клетки, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органоидов, межклеточного вещества.
В организме человека, в каждой его клетке, происходят сложные химические превращения, образуются одни вещества, разрушаются другие. Для одних процессов необходима энергия, в ходе других она, наоборот, выделяется.
Проявлением жизненных процессов, протекающих в клетках, является обмен веществ между организмом и окружающей средой. Из внешней среды организм получает кислород, органические вещества, минеральные соли, воду. Во внешнюю среду отдает конечные продукты обмена веществ: углекислый газ, излишек воды, минеральных солей, а также мочевину, соли мочевой кислоты и некоторые другие вещества.
В процессе этого обмена наш организм получает необходимую для жизни энергию, заключенную в органических веществах (продуктах животного и растительного происхождения). Часть образующейся энергии организм отдает в окружающее пространство: она рассеивается в виде тепла.
Обмен веществ между организмом и окружающей средой — необходимое условие существования живых организмов, это один из основных признаков живого.
Совокупность процессов, приводящих к усвоению веществ и накоплению энергии, называется пластическим обменом (от греч. «пластика» — лепить). Это — точное название: ведь из питательных веществ, поступающих в клетки, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органоидов, межклеточного вещества.
За счет пластического обмена происходит рост, развитие и деление каждой клетки. Ученые подсчитали, что в течение жизни почти все клетки нашего организма сменяются несколько раз. За год кровь полностью обновляется три раза, за сутки заменяется 450 млрд эритроцитов, до 30 млрд лейкоцитов, 1/75 всех костных клеток скелета, до 50% эпителиальных клеток желудка и кишечника.
Этот процесс, в ходе которого происходит распад части поступающих в клетки органических веществ с выделением энергии, называется энергетическим обменом.
Процессы пластического и энергетического обменов происходят одновременно, они тесно взаимосвязаны. Это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии.
Оба вида обмена взаимосвязаны, но не всегда уравновешены. Здесь основное значение имеет возраст человека. В молодом возрасте преобладает пластический обмен: человек растет, развивается. А вот у людей пожилого возраста, наоборот, начинает преобладать энергетический обмен.
Главная функция пищевых аминокислот — пластическая, т. е. из них строятся все белки нашего организма. Гораздо реже белки используются как источник энергии: при распаде I г белков выделяется 17,6 кДж энергии.
Удаляется вода из организма через почки (около 1 л в сутки), кожу (0,8 л в сутки), с парами воздуха через легкие (0,5 л в сутки), с калом (0,15 л в сутки).
- Надо сказать, что многие элементы, ранее считавшиеся ядовитыми, необходимы человеку для нормальной жизни, но в очень маленьких количествах. К ним относятся, например, медь, цинк, селен, хром, кобальт.
- Отложения жира в подкожной клетчатке организм использует с трудом. Таким образом, получается, что это не столько запас «на черный день», сколько свалка лишнего жира. Для того чтобы потерять 1 кг жира, человек должен пройти около 120 км.
Проверьте свои знания
- Какие процессы происходят в клетке?
- Что является внешним проявлением жизненных процессов?
- Что получает организм из внешней среды?
- Какие вещества организм выделяет во внешнюю среду?
- Что называется пластическим обменом?
- Что происходит в организме за счет пластического обмена?
- В чем суть энергетического обмена?
- Какова биологическая роль энергетического обмена?
- Что называется обменом веществ и энергии?
Подумайте
Почему пластический и энергетический обмены неразрывно связаны между собой и являются двумя сторонами единого процесса обмена веществ и энергии?
Обмен веществ и энергии — один из основных признаков живого. В процессе пластического обмена организм усваивает вещества и накапливает энергию. В процессе энергетического обмена органические вещества в организме распадаются с выделением энергии. Процессы пластического и энергетического обменов происходят одновременно и являются двумя сторонами единого процесса обмена веществ и энергии.
Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами.
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме:
1.анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.
2.катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.
Анаболизм и катаболизм связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.
Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию.
Зеленые растения – автотрофы – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода.
Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами.
Особая группа организмов – миксотрофы – питаются смешанным способом – это растения росянка, венерина мухоловка (среди растений есть даже гетеротроф – раффлезия); одноклеточное животное эвглена зеленая.
Ферменты – это специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций.
Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.
Ферментами катализируются все биохимические реакции.