метаболізм
Будь-яка жива клітина, здійснюючи різноманітні процеси синтезу і розпаду речовин, подібна складному хімічному комбінату. Для нормального перебігу хімічних процесів між клітиною і навколишнім повинен відбуватися постійний обмін речовин і постійне перетворення енергії в клітині. Білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мікроелементи, які отримує клітина з навколишнього середовища, використовуються для синтезу необхідних з'єднань, побудови клітинних структур. Але для синтезу речовин необхідна енергія. Головним джерелом енергії для організмів на нашій планеті є Сонце.
Для хімічних реакцій, що відбуваються в клітині, характерні впорядкованість і організованість: кожна реакція відбувається в конкретно визначеному місці.
Хімічні реакції в клітці відбуваються за участю каталізаторів - ферментів, яких в клітці декілька тисяч. Вони розташовані на мембранах клітинних структур. Мембрани клітини, вистелені молекулами ферментів, є своєрідним конвеєром, на якому з винятковою точністю і високими швидкостями відбуваються хімічні реакції.
Нічого не зрозуміло?
Спробуй звернутися за допомогою до викладачів
З величезної кількості хімічних реакцій клітини насамперед заслуговують уваги два типи реакцій - реакції синтезу і реакції розщеплення.
реакції синтезу
Реакціями синтезу є такі реакції, в яких з низькомолекулярних речовин утворюються високомолекулярні, з простіших - складні.
У клітці синтезуються вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти, жири, АТФ та інші речовини. Утворилися речовини йдуть на побудову різних частин клітини - її органел, мембран. Одні речовини відкладаються про запас, інші виділяються в складі секретів. Реакції синтезу особливо інтенсивно відбуваються в молодих зростаючих клітинах. Однак і в цілком дорослих клітинах, які закінчили ріст і розвиток, постійно відбувається процес синтезу речовин, які заміщають молекули, використані в процесі життєдіяльності діяльності або зруйновані в результаті пошкодження. Так зберігається форма і хімічний склад клітин, незважаючи на безперервні їх зміни в процесі життєдіяльності.
визначення 1
Всі реакції біологічного синтезу (біосинтезу) в клітці складають пластичний обмін, або асиміляцію.
реакції розщеплення
Одночасно з процесами синтезу нових речовин в клітині постійно відбувається розпад органічних речовин. За участю ферментів вони розщеплюються до простих сполук; при цьому звільняється енергія. Запасається ця енергія найчастіше у вигляді АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти). Далі енергія АТФ використовується для різних потреб клітини, в тому числі і до реакцій біосинтезу.
Реакції розпаду протилежні реакціям синтезу. До них відносяться реакції розпаду складних речовин на більш прості, високомолекулярних речовин - на низькомолекулярні.
приклад 1
Білки розпадаються на амінокислоти, глікоген - на глюкозу, нуклеїнові кислоти - на нуклеотиди. Ці продукти розпадаються на ще більш низькомолекулярні речовини, і в кінці кінців утворюються зовсім прості сполуки - оксид вуглецю (IV) і вода.
Для більшості реакцій розщеплення характерною ознакою є звільнення енергії. Біологічна роль цих реакцій - це забезпечення клітин енергією, тому що будь-яка форма клітинної діяльності вимагає надходження енергії.
визначення 2
Сукупність реакцій розщеплення, які забезпечують клітину енергією, називають енергетичним обміном , Або диссимиляцией.
Асиміляція і дисиміляція - протилежні процеси: в першому випадку відбувається утворення речовин, у другому - руйнуються. Ці два процеси тісно взаємопов'язані між собою, оскільки саме в результаті синтезу і розпаду речовин утворюється необхідна для функціонування клітини енергія.
зауваження 1
Асиміляція і дисиміляція - дві сторони єдиного процесу обміну речовин і енергії, який отримав назву метаболізму (грец. Metabole -перетворення).
Пластичний і енергетичний обміни нерозривно пов'язані: реакції біосинтезу потребують витрат енергії, яка постачається реакціями розщеплення, а для того, щоб проходили реакції енергетичного обміну потрібен постійний біосинтез ферментів, які каталізують ці реакції, тому що в процесі життєдіяльності ферменти поступово денатуруються і втрачають активність.
За допомогою пластичного і енергетичного обміну клітини здійснюють зв'язок із зовнішнім середовищем. З навколишнього середовища всередину клітини надходять поживні речовини, які є матеріалом для реакцій енергетичного і пластичного обмінів. А назовні з клітки виділяються речовини, які вона не може використовувати.
визначення 3
Сукупність реакцій пластичного і енергетичного обмінів (асиміляції і дисиміляції), в процесі яких здійснюється зв'язок клітини з зовнішнім середовищем, називають обміном речовин і енергії (метаболізмом).
зауваження 2
Процес метаболізму - основна умова підтримки життєдіяльності клітини, функціонування, джерело її зростання і розвитку.
Роль АТФ в енергетичному обміні клітини
Прояви життєдіяльності клітини різноманітні: клітини здатні рухатися, синтезувати складні речовини, деякі можуть світитися, генерувати електрику і т.д.
На ці процеси клітина використовує енергію, яка звільняється в результаті реакцій розщеплення речовин, тобто хімічну енергію. Оскільки енергія має здатність переходити з однієї форми в іншу, хімічна енергія в клітці переходить в механічну, електричну та інші форми.
Реакцій, що супроводжуються звільненням енергії, в клітці відбувається величезна кількість, але для безпосереднього забезпечення різних видів клітинної активності використовується лише одна реакція - розщеплення АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти). Єдиним джерелом енергії для руху, біосинтезу, проходження речовин крізь мембрани, вироблення світла, електрики і т.д. є енергія реакції відщеплення від АТФ однієї молекули кислоти, тобто перехід АТФ в АДФ (аденозіндіфосфорная кислоту).
АТФ синтезується в основному в мітохондріях, але міститься вона так само і в розчинній фракції цитоплазми (гіалоплазме), хлоропластах, в ядрі.
Але запас АТФ вклетке невеликий.
приклад 2
У м'язі запасу АТФ вистачає всього на 20-30 скорочень, а м'яз не може працювати годинами.
Значить, в клітці поряд з використанням АТФ повинен відбуватися її безперервний синтез. Для поповнення витраченої АТФ використовується енергія, яка вивільняється в результаті реакцій розщеплення вуглеводів, ліпідів і інших речовин.
приклад 3
Під час посиленої, але короткочасної роботи, наприклад, під час бігу на коротку дистанцію, м'язи працюють виключно за рахунок розпаду АТФ, що міститься в них. Після завершення бігу спортсмен посилено дихає, розігрівається. У цей період інтенсивно окислюються вуглеводи та інші речовини, в результаті чого поповнюється запас АТФ.
зауваження 3
АТФ є єдиним і універсальним джерелом енергії для підтримки функціональної діяльності клітини.
Нічого не зрозуміло?