Диссимиляция: описание и виды, этапы и их характеристика

Диссимиляция

Энергетический обмен (диссимиляция)это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.
Организмы могут быть разделены на две группы по характеру диссимиляции – аэробы и анаэробы . Аэробы нуждаются в свободном кислороде для жизнедеятельности. У анаэробов в кислороде нет необходимости.

Термин « анаэробы » ввел Луи Пастер, открывший в 1861 году бактерии маслянокислого брожения. Анаэробное дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов при использовании в качестве конечного акцептора электронов не кислорода, а других веществ (например, нитратов) и относится к процессам энергетического обмена (катаболизм, диссимиляция), которые характеризуются окислением углеводов, липидов и аминокислот до низкомолекулярных соединений.

Анаэробы — обширная группа организмов, как микро, так и макроуровня, к которой относятся:
– анаэробные микроорганизмы — обширная группа прокариотов и некоторые простейшие
– макроорганизмы — грибы, водоросли, растения и некоторые животные (класс фораминиферы, большинство гельминтов (класс сосальщики, ленточные черви, круглые черви и пр.).

Помимо этого анаэробное окисление глюкозы играет важную роль в работе поперечно-полосатой мускулатуры животных и человека (особенно в состоянии тканевой гипоксии). Иными словами, человек – тоже частичный анаэроб!

Анаэробы — организмы, получающие энергию при отсутствии доступа кислорода путём субстратного фосфорилирования, конечные продукты неполного окисления субстрата при этом могут быть окислены с получением большего количества энергии в виде АТФ в присутствии конечного акцептора протонов организмами, осуществляющими окислительное фосфорилирование.

Пример анаэробной диссимиляции – брожение, то есть бескислородное ферментативное расщеп-ление органических веществ с образованием более простых органических веществ и выделением энергии. Например:

молочнокислое брожение: C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О
спиртовое брожение: C6H12O6 + 2H3PO4 + 2АДФ → 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2СО2

ЕГЭ по биологии 0121

В первом случае получается молочная кислота С3Н6О3, во втором – спирт С2Н5ОН.

Образующиеся при брожении вещества являются органическими и, следовательно, содержат еще много энергии. Видов анаэробного обмена очень много – есть бактерии, использующие энергию серных, азотных, углеродных соединений и т.д.

Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа , каждый из которых сопровождается несколькими ферментативными реакциями.

Первый этапподготовительный . В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением.

ЕГЭ по биологии 0122

Второй этапбескислородный (гликолиз) . Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы С6Н12O6 в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) С3Н4O3 и две молекулы АТФ, в которых запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2РН3O4 → 2С3Н4O3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла. В этом процессе участвует кофермент НАД.

В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением.

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата, это проявляется болью в мышцах.

Читайте также:
Головной мозг человека: строение, отделы, особенности функционирования

Третий этапкислородный , состоящий из двух последовательных процессов: а) цикла Кребса б) окислительного фосфорилирования. Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 34 молекул АТФ (32 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Окислительное фосфорилирование (клеточное дыхание) происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы – переносчики, которые транспортируют электроны к молекулярному кислороду. В ходе этой стадии часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

Диссимиляция: описание и виды, этапы и их характеристика

Видео YouTube

СТАДИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это процессы расщепления ве­ ществ с высвобождением энергии. Высвобожденная энергия преобразуется в энергию АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Энер­ге­ти­че­ский обмен – это со­во­куп­ность хи­ми­че­ских ре­ак­ций по­сте­пен­но­го рас­па­да ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, со­про­вож­да­ю­щих­ся вы­сво­бож­де­ни­ем энер­гии, часть ко­то­рой рас­хо­ду­ет­ся на син­тез АТФ. Син­те­зи­ро­ван­ная АТФ ста­но­вит­ся уни­вер­саль­ным ис­точ­ни­ком энер­гии для жиз­не­де­я­тель­но­сти ор­га­низ­мов. Она об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те ре­ак­ции фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния – при­со­еди­не­ния остат­ков фос­фор­ной кис­ло­ты к мо­ле­ку­ле АДФ. На эту ре­ак­цию рас­хо­ду­ет­ся энер­гия, ко­то­рая затем на­кап­ли­ва­ет­ся в мак­ро­эр­ги­че­ских свя­зях мо­ле­ку­лы АТФ, при рас­па­де мо­ле­ку­лы АТФ или при ее гид­ро­ли­зе до АДФ клет­ка по­лу­ча­ет около 40 кДж энер­гии.

АТФ – по­сто­ян­ный ис­точ­ник энер­гии для клет­ки, она мо­биль­но может до­став­лять хи­ми­че­скую энер­гию в любую часть клет­ки. Когда клет­ке необ­хо­ди­ма энер­гия – до­ста­точ­но гид­ро­ли­зо­вать мо­ле­ку­лу АТФ. Энер­гия вы­де­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те ре­ак­ции дис­си­ми­ля­ции (рас­щеп­ле­ния ор­га­ни­че­ских ве­ществ), в за­ви­си­мо­сти от спе­ци­фи­ки ор­га­низ­ма и усло­вий его оби­та­ния энер­ге­ти­че­ский обмен про­хо­дит в два или три этапа. Боль­шин­ство живых ор­га­низ­мов от­но­сят­ся к аэро­бам, ис­поль­зу­ю­щим для об­ме­на ве­ществ кис­ло­род, ко­то­рый по­сту­па­ет из окру­жа­ю­щей среды. Для аэро­бов энер­ге­ти­че­ский обмен про­хо­дит в три этапа:

В ор­га­низ­мах, ко­то­рые оби­та­ют в бес­кис­ло­род­ной среде и не нуж­да­ют­ся в кис­ло­ро­де для энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на – анаэ­ро­бах и аэро­бах, при недо­стат­ке кис­ло­ро­да про­хо­дят энер­ге­ти­че­ский обмен в два этапа:

Ко­ли­че­ство энер­гии, ко­то­рое вы­де­ля­ет­ся при двух­этап­ном ва­ри­ан­те на­мно­го мень­ше, чем в трех­этап­ном.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Под­го­то­ви­тель­ный этап – во время него круп­ные пи­ще­вые по­ли­мер­ные мо­ле­ку­лы рас­па­да­ют­ся на более мел­кие фраг­мен­ты. В же­лу­доч­но-ки­шеч­ном трак­те мно­го­кле­точ­ных ор­га­низ­мов он осу­ществ­ля­ет­ся пи­ще­ва­ри­тель­ны­ми фер­мен­та­ми, у од­но­кле­точ­ных – фер­мен­та­ми ли­зо­сом. По­ли­са­ха­ри­ды рас­па­да­ют­ся на ди- и мо­но­са­ха­ри­ды, белки – до ами­но­кис­лот, жиры – до гли­це­ри­на и жир­ных кис­лот. В ходе этих пре­вра­ще­ний энер­гии вы­де­ля­ет­ся мало, она рас­се­и­ва­ет­ся в виде тепла, и АТФ не об­ра­зу­ет­ся. Об­ра­зу­ю­щи­е­ся в ходе под­го­то­ви­тель­но­го этапа со­еди­не­ния-мо­но­ме­ры могут участ­во­вать в ре­ак­ци­ях пла­сти­че­ско­го об­ме­на (в даль­ней­шем из них син­те­зи­ру­ют­ся ве­ще­ства, необ­хо­ди­мые для клет­ки) или под­вер­гать­ся даль­ней­ше­му рас­щеп­ле­нию с целью по­лу­че­ния энер­гии.

Боль­шин­ство кле­ток в первую оче­редь ис­поль­зу­ют уг­ле­во­ды, жиры оста­ют­ся в пер­вом ре­зер­ве и ис­поль­зу­ют­ся по окон­ча­ния за­па­са уг­ле­во­дов. Хотя есть и ис­клю­че­ния: в клет­ках ске­лет­ных мышц при на­ли­чии жир­ных кис­лот и глю­ко­зы пред­по­чте­ние от­да­ет­ся жир­ным кис­ло­там. Белки рас­хо­ду­ют­ся в по­след­нюю оче­редь, когда запас уг­ле­во­дов и жиров будет ис­чер­пан – при дли­тель­ном го­ло­да­нии.

Читайте также:
Великобритания: географическое положение на карте, природные ресурсы и официальное название

Бес­кис­ло­род­ный этап (гли­ко­лиз) – про­ис­хо­дит в ци­то­плаз­ме кле­ток. Глав­ным ис­точ­ни­ком энер­гии в клет­ке яв­ля­ет­ся глю­ко­за. Ее бес­кис­ло­род­ное рас­щеп­ле­ние на­зы­ва­ют анаэ­роб­ным гли­ко­ли­зом. Он со­сто­ит из ряда по­сле­до­ва­тель­ных ре­ак­ций по пре­вра­ще­нию глю­ко­зы в лак­тат. Его при­сут­ствие в мыш­цах хо­ро­шо из­вест­но устав­шим спортс­ме­нам. Этот этап за­клю­ча­ет­ся в фер­мен­та­тив­ном рас­щеп­ле­нии ор­га­ни­че­ских ве­ществ, по­лу­чен­ных в ходе пер­во­го этапа. Так как глю­ко­за яв­ля­ет­ся наи­бо­лее до­ступ­ным суб­стра­том для клет­ки как про­дукт рас­щеп­ле­ния по­ли­са­ха­ри­дов, то вто­рой этап можно рас­смот­реть на при­ме­ре ее бес­кис­ло­род­но­го рас­щеп­ле­ния – гли­ко­ли­за (Рис. 1).

Рис. 1. Бес­кис­ло­род­ный этап

Гли­ко­лиз – мно­го­сту­пен­ча­тый про­цесс бес­кис­ло­род­но­го рас­щеп­ле­ния мо­ле­ку­лы глю­ко­зы, со­дер­жа­щей шесть ато­мов уг­ле­ро­да, до двух мо­ле­кул пи­ро­ви­но­град­ной кис­ло­ты (пи­ру­ват). Ре­ак­ция гли­ко­ли­за ка­та­ли­зи­ру­ет­ся мно­ги­ми фер­мен­та­ми и про­те­ка­ет в ци­то­плаз­ме клет­ки. В ходе гли­ко­ли­за при рас­щеп­ле­нии од­но­го моля глю­ко­зы вы­де­ля­ет­ся около 200 кДж энер­гии, 60 % ее рас­се­и­ва­ет­ся в виде тепла, 40 % – для син­те­зи­ро­ва­ния двух мо­ле­кул АТФ из двух мо­ле­кул АДФ. При на­ли­чии кис­ло­ро­да в среде пи­ро­ви­но­град­ная кис­ло­та из ци­то­плаз­мы пе­ре­хо­дит в ми­то­хон­дрии и участ­ву­ет в тре­тьем этапе энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на. Если кис­ло­ро­да в клет­ке нет, то пи­ро­ви­но­град­ная кис­ло­та пре­об­ра­зу­ет­ся в жи­вот­ных клет­ках или пре­вра­ща­ет­ся в мо­лоч­ную кис­ло­ту.

В мик­ро­ор­га­низ­мах, ко­то­рые су­ще­ству­ют без до­сту­па кис­ло­ро­да – по­лу­ча­ют энер­гию в про­цес­се бро­же­ния, на­чаль­ный этап ана­ло­ги­чен гли­ко­ли­зу: рас­пад глю­ко­зы до двух мо­ле­кул пи­ро­ви­но­град­ной кис­ло­ты, и далее она за­ви­сит от фер­мен­тов, ко­то­рые на­хо­дят­ся в клет­ке – пи­ро­ви­но­град­ная кис­ло­та может пре­об­ра­зо­вы­вать­ся в спирт, ук­сус­ную кис­ло­ту, про­пи­о­но­вую и мо­лоч­ную кис­ло­ту. В от­ли­чие от того, что про­ис­хо­дит в жи­вот­ных тка­нях, у мик­ро­ор­га­низ­мов этот про­цесс носит на­зва­ние мо­лоч­но­кис­ло­го бро­же­ния. Все про­дук­ты бро­же­ния ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в прак­ти­че­ской де­я­тель­но­сти че­ло­ве­ка: это вино, квас, пиво, спирт, кис­ло­мо­лоч­ные про­дук­ты. При бро­же­нии, так же как и при гли­ко­ли­зе, вы­де­ля­ет­ся всего две мо­ле­ку­лы АТФ.

Кис­ло­род­ный этап стал воз­мо­жен после на­коп­ле­ния в ат­мо­сфе­ре до­ста­точ­но­го ко­ли­че­ства мо­ле­ку­ляр­но­го кис­ло­ро­да, он про­ис­хо­дит в ми­то­хон­дри­ях кле­ток. Он очень сло­жен по срав­не­нию с гли­ко­ли­зом, это про­цесс мно­го­ста­дий­ный и идет при уча­стии боль­шо­го ко­ли­че­ства фер­мен­тов. В ре­зуль­та­те тре­тье­го этапа энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на из двух мо­ле­кул пи­ро­ви­но­град­ной кис­ло­ты фор­ми­ру­ет­ся уг­ле­кис­лый газ, вода и 36 мо­ле­кул АТФ (Рис. 2).

Рис. 2. Ми­то­хон­дрия

Две мо­ле­ку­лы АТФ за­па­са­ют­ся в ходе бес­кис­ло­род­но­го рас­щеп­ле­ния мо­ле­ку­ла­ми глю­ко­зы, по­это­му сум­мар­ный энер­ге­ти­че­ский обмен в клет­ке в слу­чае рас­па­да глю­ко­зы можно пред­ста­вить как:

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Н 3 РО 4 = 6СО 2 + 44Н 2 О + 38АТФ

В ре­зуль­та­те окис­ле­ния одной мо­ле­ку­лы глю­ко­зы ше­стью мо­ле­ку­ла­ми кис­ло­ро­да об­ра­зу­ет­ся шесть мо­ле­кул уг­ле­кис­ло­го газа и вы­де­ля­ет­ся трид­цать во­семь мо­ле­кул АТФ.

Мы видим, что в трех­этап­ном ва­ри­ан­те энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на вы­де­ля­ет­ся го­раз­до боль­ше энер­гии, чем в двух­этап­ном ва­ри­ан­те – 38 мо­ле­кул АТФ про­тив 2.

В отсутствие кислорода или при его недостатке про­ исходит брожение. Брожение является эволюционно бо­ лее ранним способом получения энергии, чем дыхание, однако оно энергетически менее выгодно, поскольку ко­ нечными продуктами брожения являются органические вещества, богатые энергией. Существует несколько видов брожения, названия которых определяются конечными продуктами: молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое и др. Так, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода протекает молочнокислое брожение, в ходе которого пировиноградная кислота восстанавли­ вается до молочной кислоты. При этом восстановленные ранее коферменты НАДН расходу­ ются на восстановление пирувата:

Энергетическая эффективность молочнокислого брожения составляет две молекулы АТФ, образованные в процессе окисления глюкозы до пирувата.

Читайте также:
Какими природными ресурсами богата Россия: карта полезных ископаемых, водный потенциал

Для многих микроорганизмов брожение является единственным способом ассимиля­ ции энергии. Большинство таких организмов живет в анаэробных условиях и погибает в присутствии кислорода, но есть и такие, которые нормально существуют и в присутствии кислорода, и без него. Например, дрожжевые грибы при спиртовом брожении окисляют пировиноградную кислоту до этилового спирта и оксида углерода (IV):

Основные сведения об энергетическом обмене в клетках

В живом организме происходят химические реакции. Они обеспечивают процессы, необходимые для поддержания нормального существования организмов. Таким образом обеспечивается постоянство внутренней среды биологических систем или гомеостаз.

Совокупность таких химических реакций называют метаболизмом.

Под метаболизмом или обменом веществ понимают процессы расщепления и синтеза. Реакции синтеза и распада лежат в основе жизнедеятельности организмов. Они обеспечивают взаимосвязь со средой обитания.

Расщепление по-другому называют диссимиляцией, а синтез — ассимиляцией.

Процессы ассимиляции и диссимиляции происходят в клетке постоянно. Это взаимозависимые процессы, которые протекают синхронно.

Для выполнения трудоемких биохимических реакций и для продолжения жизни клетке необходима энергия. Посредством метаболизма создаются нужные организму вещества, и они обеспечиваются энергией. При этом количество энергии, поступающей в организм, должно быть больше или равняться количеству расходуемой энергии.

Таким образом, процессы ассимиляции и диссимиляции поддерживают баланс друг с другом.

В процессе питания любой организм получает вещества и микроэлементы, которые он использует в процессе ассимиляции.

Ассимиляцией называют процесс формирования соединений и составных частей клетки. Такие реакции также называют анаболизмом или пластическим обменом.

Реакции синтеза проходят с расходом энергии.

Источником энергии являются соединения клетки, которые в ней были образованы. Эти соединения распадаются из-за процессов диссимиляции. В результате освобожденная энергия частично применяется при синтезе, а часть рассеивается или запасается. Такие процессы называют катаболизмом или энергетическим обменом.

Метаболизм — это обмен веществ, он складывается из:

  1. Анаболизма или пластического обмена.

Пластический обмен или ассимиляция представлен совокупностью химических реакций синтеза сложных веществ из простых.

Анаболизм: углеводы образуются из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза.

В результате пластического обмена энергия поглощается.

  1. Катаболизма или энергетического обмена.

Процессы энергетического и пластического обменов связаны между собой. Для синтетических или анаболических процессов нужна энергия. Энергия становится доступна в ходе реакций диссимиляции.

А реакции диссимиляции или расщепления — катаболизма — осуществляются при участии ферментов. Ферменты синтезируются в процессе ассимиляции.

Остановимся на энергетическом обмене.

Энергия, которая нужна большинству организмов для жизнедеятельности, получается в результате процессов окисления органических веществ.

Процессы окисления органических веществ — катаболические реакции.

Важная роль в этом процессе отводится глюкозе.

Энергетическим обменом называют процесс диссимиляции. Диссимиляция включает совокупность таких реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей.

Энергетический обмен подразумевает реакции расщепления жиров, белков, углеводов, а также нуклеиновых кислот до простых веществ. В результате этого процесса выделяется энергия.

Катаболизм: гидролиз полимеров до мономеров. Мономеры расщепляются до низкомолекулярных соединений, таких как: углекислый газ, аммиак, вода и так далее.

Выделяют три этапа диссимиляции:

  • подготовительный;
  • анаэробный;
  • аэробный.

В зависимости от среды обитания количество этапов энергетического обмена варьируется.

Если организм обитает в кислородной среде, то может быть три этапа диссимиляции. А если организм обитает в бескислородной среде — два этапа диссимиляции.

Метаболизм протекает при средней температуре, нормальном давлении и нейтральной среде. Повышение показателей приводит к ускорению реакций.

Читайте также:
Отряды класса млекопитающие: общая характеристика и главные признаки животных и зверей

Помощники метаболизма — ферменты, которые ускоряют реакции без изменения общего результата.

Описание процесса, его этапы

Энергетический обмен или диссимиляция проходит в несколько шагов.

Выделяют следующие этапы энергетического обмена:

Процесс происходит в:

  • пищеварительной системе животных и человека;
  • цитоплазме растительных клеток и простейших.

Этап осуществляется благодаря работе ферментов. Под действием ферментов сложные вещества становятся простыми. Полимеры распадаются на мономеры.

Процесс характеризуется разрывом химических связей. В результате выделяется энергия. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла.

Результатом действия ферментов считают расщепление:

  • белков на аминокислоты;
  • жиров на глицерин и жирные кислоты;
  • углеводы на простые сахара.

Органические соединения, которые образовались в процессе подготовительного этапа, подвергаются дальнейшему окислению. Или их использует клетка для синтеза собственных органических соединений.

Анаэробный этап называют бескислородным или гликолизом.

Для организмов-анаэробов этот этап энергетического обмена является последним.

Организмы-анаэробы обитают в таких условиях, где кислород отсутствует.

Процесс происходит в цитоплазме клеток.

Цитоплазмой называют органическую массу, расположенную между цитоплазматической мембраной и оболочкой ядра. Это внутренняя среда клетки, исключая ядро и вакуоли, которая ограничена плазматической мембраной.

Название предложил немецкий профессор Альберт фон Келликер в 1863 году. При этом он ввел понятия цитоплазмы в качестве синонима протоплазмы.

С этим не согласился немецкий ботаник Эдуард Страсбургер. В 1882 году он назвал так протоплазму без органелл, вакуолей и пластид.

Бескислородный этап включает дальнейшее расщепление органических веществ без участия кислорода.

Глюкоза является главным источников энергии в клетке. И примером этого этапа является гликолиз — многоступенчатое расщепление глюкозы.

Бескислородным или неполным окислением глюкозы называют гликолиз.

Гликолиз подразумевает распад молекулы глюкозы на две молекулы аденозинтрифосфорной кислоты и две молекулы пировиноградной кислоты, и воды + атомы водорода.

Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ.

АТФ является универсальным источником энергии. Молекула аденозинтрифосфорной кислоты состоит из азотистого основания или аденина, углевода или рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Ковалентные связи образуются между остатками фосфорной кислоты. Это макроэнергетические связи, которые гидролизируются, то есть взаимодействуют с водой. В процессе выделяется большое количество энергии.

Пировиноградная кислота — ПВК, пируват.

ПВК является промежуточным продуктом обмена углеводов и части аминокислот. Это простейшая кетокислота — карбоновая кислота, которая содержит карбоксильную группу и карбонильную группу. Химическое соединение является конечным продуктом метаболизма глюкозы в процессе гликолиза.

Пировиноградная кислота часто преобразуется в молочную кислоту.

В растительных клетках и дрожжевых грибах, а также у бактерий бескислородный этап проходит как спиртовое брожение.

В реакции спиртового брожения вступают углеводы, органические кислоты, спирты, аминокислоты.

На этом этапе вещества распадаются не до конечных продуктов и соединений с запасом энергии. Они переходят на следующий этап.

  1. Аэробный или этап полного кислородного расщепления — клеточное дыхание.

Аэробный этап или кислородный характерен для организмов-аэробов, которые используют для метаболизма кислород.

Аэробные организмы обитают в кислородной среде.

Этап протекает на кристах митохондрий. Там больше всего окислительных ферментов.

Митохондриями являются сферические или эллипсоидные органеллы клетки, в которых окисляются органические соединения и высвобождается энергия для генерации электрического потенциала, синтеза АТФ и термогенеза. Диаметр митохондрий составляет около 1 микрометра.

В переводе с греческого «митохондрия» означает нить + зернышко, крупинка.

Кристами называют белковые комплексы, которые расположены на внутренней мембране. Они образуют складки, похожие на гребни.

Полное окисление заключается в окислении пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды при участии кислорода.

Читайте также:
Характеристика США: экономико-географическое положение, площадь территории и население с года основания до наших дней

Каждая молекула пировиноградной кислоты, которая образовалась на бескислородном этапе, синтезирует восемнадцать молекул аденозинтрифосфорной кислоты.

Две молекулы пировиноградной кислоты дают 36 молекул аденозинтрифосфорной кислоты.

Процесс описывает цикл Кребса. Его изучает биохимия. Другое название цикла Кребса — цикл лимонной кислоты, потому что лимонная кислота образуется в качестве промежуточного продукта в цепи реакций цикла.

Когда кислорода не хватает, пировиноградная кислота подвергается анаэробному расщеплению. Тогда выделяется молочная кислота у животных и этанол у растений.

Этап состоит из трех стадий:

1 стадия: образуется ацетилкоэнзим А.

Ацетилкоэнзим А или ацетил-КоА — макроэнергетический продукт конденсации коэнзима А с уксусной кислотой.

Главной функцией ацетил-КоА является доставка атомов углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот. А трикарбоновые кислоты окисляются с выделением энергии.

Пировиноградная кислота из цитоплазмы клетки переносится в митохондрии. Там она взаимодействует с ферментами. В процессе образуются:

  1. Диоксид углерода, который выводится из клетки.
  2. Атомы водорода. Они доставляются к внутренней мембране митохондрии с помощью молекул-переносчиков.
  3. Образуется ацетилкофермент А или ацетил-КоА.

2 стадия: ацетилкоэнзим А окисляется в цикле Кребса.

Цикл Кребса или цикл лимонной кислоты представлен цепью последовательных реакций. В процессе образуется: диоксид углерода, АТФ и атомы водорода.

В результате гликолиза и цикла Кребса глюкоза расщепляется и высвобождает энергию на синтез АТФ.

3 стадия: происходит окислительное фосфорилирование в «транспортной» сети.

Окислительное фосфорилирование представляет собой процесс, при котором энергия окисления питательных веществ запасается в митохондриях клеток в виде АТФ.

Атомы водорода окисляются атомами кислорода до образования воды. Они собираются около наружной стороны внутренней мембраны митохондрии. Водород теряет электроны. Электроны переносятся по цепи молекул-переносчиков на внутреннюю сторону внутренней мембраны митохондрии. Там атомы водорода соединяются с кислородом.

Вследствие деятельности ферментов в цепи переноса электронов внутренняя мембрана внутри заряжается отрицательно, а снаружи заряжается положительно. Получается, что между поверхностями создается разность потенциалов.

Разность потенциалов достигает критического уровня. Положительные частицы водорода проходят через канал АТФазы — аденозитрифосфотазы. И на внутренней поверхности мембраны взаимодействуют с кислородом.

Энергию ионов водорода используют для преобразования аденозиндифосфорной кислоты или АДФ в АТФ.

Преобразование АДФ в АТФ называют окислительным фосфорилированием — к молекуле АДФ присоединяются остатки фосфорной кислоты.

Полученная АТФ является универсальным источником для жизнедеятельности организмов.

Функции обмена

К функциям энергетического обмена относят:

  1. Процесс обеспечения клеток энергией — катаболическая функция.
  2. Процесс обеспечения клеток необходимыми и полезными веществами — анаболическая функция.
  3. Выделение продуктов обмена.

Пояснение на примерах

Примерами энергетического обмена являются:

  • процессы дыхания;
  • гликолиз;
  • брожение.

Брожение или гликолиз могут быть:

  1. Молочнокислым.
  2. Спиртовым.

К молочнокислому брожению относят: квашение капусты, скисание молока, обработка творога и так далее.

К спиртовому брожению причисляют: производство спирта, вина, пива и используют в хлебопечении.

Процесс распада органических соединений: диссимиляция

Энергетический обмен

Диссимиляция в биологии обозначает процесс, обратный ассимиляции. Иными словами, это этап обмена веществ в организме, на котором происходит разрушение сложных органических соединений с получением более простых. Существует несколько разных определений понятия диссимиляция. Википедия трактует этот термин как утрату специфичности сложных веществ и разрушения сложных органических соединений до более простых. Синонимом этого понятия является катаболизм.

В обмене веществ в живой клетке центральное место занимают сложные реакции диссимиляции — дыхание, брожение, гликолиз. Результатом этих биологических процессов является высвобождение энергии, которая заключена в сложных молекулах. Эта энергия частично трансформируется в энергию Аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Конечными продуктами диссимиляции во всех живых клетках являются углекислый газ, аммиак и вода. Растительные клетки получили возможность частично использовать эти вещества для ассимиляции. Животные организмы выводят эти продукты распада наружу.

Это интересно: энергетический и пластический обмен — процессы в клетке.

По характеру участия кислородных молекул в реакциях катаболизма все организмы принято подразделять на аэробные, то есть протекающие с участием кислорода, и анаэробные (бескислородные).

Читайте также:
Сколько калорий в килограмме и как рассчитать норму в день для женщины и мужчины

Анаэробные организмы осуществляют процессы энергетического обмена путем брожения, а аэробные — путем дыхания.

Брожение

Брожением называется совокупность реакций распада органических молекул до более простых соединений, при которых происходит выделение энергии и синтез молекул АТФ. Среди других способов получения энергии брожение считается самым малоэффективным: из 1 моль глюкозы при молочнокислом брожении получается 2 моль АТФ.

Наиболее широко в природе распространены два вида брожения:

Регуляция диссимиляция

  1. Молочнокислое — включает в себя процесс анаэробного распада глюкозы с образованием молочной кислоты. Подобный вид брожения характерен для молочнокислых бактерий— именно они ответственны за скисание молока. В более широком смысле процесс молочнокислого брожения является одним из этапов процесса дыхания у подавляющего большинства аэробных организмов, включая и человека;
  2. Спиртовое брожение является процессом анаэробного распада глюкозы и сопровождается образованием углекислого газа и этилового спирта. В процессе этой реакции выделяется некоторое количество энергии, которое расходуется на синтез молекулы АТФ. Спиртовое брожение наиболее характерно для плодов и других частей растения, находящихся в анаэробных условиях.

Дыхание

Дыхание в контексте раскрываемого вопроса имеет более обширное значение, чем привычный процесс газообмена. В этом случае под дыханием следует понимать разновидность диссимиляции, которая реализуется в среде, содержащей молекулы кислорода.

Процесс дыхания включает в себя две части:

  1. Процесс газообмена в дыхательной системе многоклеточных организмов и в тканях;
  2. Последовательность биохимических реакций окисления, которым подвергаются органические соединения. В результате таких процессов образуются вода, аммиак и углекислый газ. Возможно образование некоторых других простых соединений — сероводорода, неорганических фосфорных соединений и пр.

Для большинства людей привычной является более узкой трактовка процесса дыхания как газообмена.

Этапы и их характеристика

Процесс диссимиляции в живых клетках состоит из нескольких этапов. Следует заметить, что в разных организмах эти этапы могут протекать по-разному.

У аэробных организмов процесс катаболизма включает в себя три основных этапа. Каждый этап протекает с участием специальных ферментативных систем.

Что такое диссимуляция

  1. Начальный этап или подготовительный. У многоклеточных организмов он осуществляется в полости пищеварительного тракта. В процессе принимают непосредственное участие пищеварительные ферменты. У одноклеточных организмов этот этап протекает при участии лизосомальных ферментов. На подготовительном этапе происходит расщепление протеинов до аминокислот. Жиры распадаются до жирных кислот и глицерина. Полисахариды расщепляются на этом этапе до моносахаридов, а нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. В биологии такой процесс принято называть пищеварительным;
  2. Второй этап катаболизма — гликолиз или бескислородный. Этот этап являет собой начальную стадию распада молекул глюкозы и накопление энергии в виде молекул Аденозинтрифосфорной кислоты. Гликолиз протекает в клеточной цитоплазме. В это время наблюдается последовательность химических реакций: одна молекула глюкозы превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (или пирувата) и две молекулы АТФ. Часть высвободившейся энергии запасается в виде АТФ, остальная рассеивается в виде тепла. В условиях недостатка кислорода в клетках растений и дрожжевых грибков молекулы пирувата расщепляются на углекислый газ и этанол (спиртовое брожение);
  3. Кислородный этап катаболизма состоит, в свою очередь, из двух последовательных фаз — цикла Кребса и окислительного фосфорилирования. Рассмотрим, какой этап диссимиляции называют кислородным. Здесь происходит окончательное расщепление пирувата до простейших составных частей — воды и углекислого газа. В ходе окисления пирувата образуется всего 36 молекул АТФ. Из них 34 молекулы образуются в результате цепи реакций цикла Кребса и оставшиеся 2 — в результате окислительного фосфорилирования. Эволюционно кислородный этап возник после того как в земной атмосфере накопилось достаточное количество молекул кислорода и появились организмы с аэробным типом обмена.
Читайте также:
Северная Америка: рельеф и климат США, водные ресурсы, животный и растительный мир

Процесс диссимуляции

В результате реакций диссимиляции получается энергия, которая в дальнейшем используется организмом для пластического обмена.

Процессы окислительного фосфорилирования происходят на внутренних митохондриальных мембранах. В этих мембранах имеются встроенные молекулы-переносчики. Их функцией является доставка электронов к атомам кислорода. Часть энергии в ходе этой реакции рассеивается в виде тепла.

В результате реакций гликолиза вырабатывается малое количество энергии, которого недостаточно для осуществления жизнедеятельности организмов с аэробным типом обмена веществ. Именно это является причиной, почему при недостатке кислорода в мышечных клетках образуется молочная кислота. Это вещество накапливается в виде лактата и вызывает боль в мышцах.

Диссимиляция

Диссимиляция (катаболизм) — совокупность процессов, при которых происходит окисление сложных органических веществ и превращение их в неорганические (воду, углекислый газ, мочевину (простое органическое вещество) и др.), сопровождающееся синтезом АТФ, которая используется организмом в процессах ассимиляции и других процессах жизнедеятельности организма.

Главной функцией процессов диссимиляции в организме является перевод энергии из «неудобной» организму формы (энергии химических связей сложных органических веществ — белков, углеводов, жиров) в «удобную» форму — макроэргические связи соединения типа АТФ и АДФ, энергия которых за счет процессов фосфорилирования легко переходит от одного соединения к другому. Это одна из биолого-экологических функций ассимиляции. Другой такой функцией является реализация круговорота веществ, когда органические вещества превращаются в неорганические, а последние вновь вступают в круговорот, участвуя в образовании органических веществ.

Перевод энергии из «неудобной» для организма формы в «удобную» происходит за счет превращения сначала АМФ в АДФ, а затем АДФ в АТФ.

Превращения аденозинфосфатов с образованием макроэргических связей выражаются схемами: АМФ + Н3РO4 → АДФ + Н2O (поглощение энергии); АДФ + Н3РO4 = АТФ + Н2O (поглощение энергии).

В результате процессов диссимиляции накапливается АТФ, которая затем используется в процессах ассимиляции, а энергия, заключенная в макроэргических связях молекул АТФ, передается на другие молекулы либо за счет процессов фосфорилирования (остаток переходит с молекулы АТФ на другие молекулы), либо за счет гидролиза АТФ и ее превращения в АДФ и фосфорную кислоту.

Организмы по характеру участия в процессах диссимиляции молекулярного кислорода делятся на анаэробные (бескислородные) и аэробные (кислородные). В анаэробных организмах диссимиляция осуществляется за счет брожения, а в аэробных — за счет дыхания в широком понимании сущности этого понятия.

Брожение — совокупность процессов разложения сложных органических веществ до более простых, сопровождающаяся выделением энергии и синтезом АТФ.

В природе наиболее распространенными видами брожения являются молочнокислое и спиртовое. Как способ «извлечения» энергии брожение — малоэффективный процесс: так, при молочнокислом брожении из 1 моль глюкозы образуется 2 моль АТФ.

1. Молочнокислое брожение — анаэробный процесс распада глюкозы до молочной кислоты. Выражается схемой:

(выделяется энергия, под действием которой синтезируется две молекулы АТФ).

Читайте также:
Канада: промышленность, состояние экономики, природные ресурсы, перспективы развития

Этот вид брожения характерен для молочнокислых бактерий, в присутствии которых происходит скисание молока.

Молочнокислое брожение является одной из стадий процесса дыхания (в широком смысле) у аэробных организмов, в том числе и у человека.

2. Спиртовое брожение — аэробный процесс распада глюкозы, сопровождающийся образованием этилового спирта и углекислого газа; протекает по схеме:

(выделяется энергия, используемая для синтеза АТФ).

Этот вид брожения происходит в плодах, в других органах растения, находящихся в анаэробной среде.

В природе наиболее широкое распространение имеет другой способ диссимиляции — дыхание, которое реализуется в окислительной среде, т. е. среде, содержащей молекулярный кислород. Процесс дыхания состоит из двух частей: газообмена и сложной последовательности биохимических процессов окисления органических соединений, конечными продуктами которых являются углекислый газ, вода, аммиак (превращается в другие вещества) и некоторые другие соединения (сероводород, неорганические соединения фосфора и др.).

В обиходе дыхание рассматривается как процесс газообмена (это понимание понятия «дыхания» в узком смысле). Так, зоологи в организмах высших животных выделяют систему органов дыхания — в этих органах осуществляется газообмен, в результате которого из организма удаляется СО2, а в организм поступает О2 (мы «дышим», т. е. выделяем углекислый газ и поглощаем молекулярный кислород).

В данном пособии дыхание рассматривается в широком смысле этого слова как совокупность процессов газообмена, перенесения газов по организму и совокупность химических процессов, при которых сложные органические вещества превращаются в неорганические, при этом энергия усваивается организмом в форме АТФ, синтезирующейся в процессе диссимиляции.

Итак, процесс дыхания в широком смысле состоит из двух фаз: газообмена и совокупности химических процессов освобождения энергии и синтеза АТФ. Кратко охарактеризуем эти фазы.

Для одноклеточных и относительно просто устроенных организмов (как растительных, так животных и грибов) газообмен протекает на всей поверхности тела: кислород поступает в клетки, а углекислый газ выделяется в окружающую среду. У высших растений роль органов дыхания играют или устьица(листья), или особо устроенные поры (чечевички) в коре многолетних органов (стебли, корни), кроме того, корни поглощают кислород и выделяют углекислый газ корневыми волосками. У высокоорганизованных многоклеточных животных имеются сложно устроенные органы дыхания — это или жабры (у водных животных), или легкие (высшие животные типа Позвоночные), или система трахей (насекомые).

Рассмотрим газообмен на примере человека — представителя типа Позвоночные. Этот процесс протекает достаточно сложно и начинается в легких, в которых в капиллярах альвеол кровь, обогащенная СO2 (венозная кровь), контактирует с воздухом, богатым кислородом (поступил в легкие во время вдоха), за счет чего в воздух легких выделяется углекислый газ, а молекулярный кислород взаимодействует с гемоглобином крови, образуя соединение алого цвета — оксигемоглобин (О2 вытесняет СО2 из его соединения с гемоглобином). В полость легких диффундирует и СО2, содержащийся в плазме крови. Возникшая артериальная кровь по венам легких поступает в левое предсердие, а из него — в левый желудочек и аорту. Далее кровь по кровеносным сосудам разносится к тканям различных органов и через капилляры в тканях углекислый газ из тканевой жидкости (в тканевую жидкость СО2 поступил из клеток) поступает в эритроциты крови, частично реагируя с оксигемоглобином, а частично растворяясь в плазме клетки. Молекулярный кислород диффундирует сначала в тканевую жидкость, а потом — в клетки. В результате охарактеризованных процессов в тканях образуется венозная кровь, которая из капилляров поступает в вены, а затем — в правое предсердие, правый желудочек, из которого через легочные артерии поступает в легкие и процесс повторяется.

Читайте также:
Сейсмические пояса Земли и страны, расположенные в опасных зонах землетрясений

2. Характеристика химических процессов окисления при диссимиляции.

Химизм «освобождения энергии», содержащейся в сложных биохимических соединениях, сложен и протекает в три этапа.

1 этап — подготовительный.

Этот этап протекает в любом организме и состоит в том, что сложные органические вещества превращаются в более простые (белки — в смесь природных альфа-аминокислот; полисахара — в моносахара; жиры — в смесь глицерина и жирных кислот). При протекании данного этапа выделяется небольшое количество энергии, которую организм практически не использует — она рассеивается.

2 этап — анаэробный.

Он представляет собой процессы брожения. Наиболее важным процессом брожения является молочнокислое брожение, которое можно изобразить схемой:

Этот этап необходим организмам для реализации их физиологических функций (совершение механической работы, перемещения организма в пространстве и т. д.). Кроме того, молочная кислота является веществом, вступающим в третий этап.

3 этап — аэробный.

Для осуществления этого этапа необходим молекулярный кислород. Он реализуется в особых органоидах клетки — митохондриях (их образно называют «энергетическими станциями клетки»). Аэробный этап представляет собой сложнейшую цепь превращений, в результате которых образуются неорганические вещества. Если превращениям подвергалась глюкоза, то схематически аэробный этап можно изобразить так:

2СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота) + 6О2 + 36 АДФ + 36 Н3Р04 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ

Две молекулы молочной кислоты взяты потому, что из одной молекулы глюкозы при молочнокислом брожении образуется две молекулы кислоты.

Итак, при полном распаде одной молекулы глюкозы до СО2 и Н2О синтезируется 38 (36+2) молекул АТФ, что соответствует 55%-му усвоению энергии, которая выделяется при полном окислении глюкозы до указанных выше продуктов.

Завершая рассмотрение процессов диссимиляции следует отметить различие в газообмене растений и животных, а для газообмена растений — различие газообмена днем и ночью. Следует помнить, что и у растений и у животных ночью газообмен одинаков — организм поглощает кислород и выделяет в среду обитания СО2. Днем газообмен у растений состоит в том, что растение на свету поглощает СО2, а выделяет в среду обитания О2 (у животных наоборот — выделяется СО2, а поглощается кислород). Из вышесказанного следует экологический вывод об особенностях жилища: в спальне не следует держать много растений (Обоснуйте почему).

Диссимиляция (в биологии)

Диссимиляция (в биологии) Диссимиляция (от лат. dissimilis ‒ несходный) в биологии, противоположная ассимиляции сторона обмена веществ , заключающаяся в разрушении органических соединений с превращением белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов (в том числе введённых в организм с пищей) в простые вещества. Ряд процессов Д. ‒ дыхание , брожение и гликолиз ‒ занимает центральное место в обмене веществ. В результате этих процессов происходит освобождение энергии, заключённой в молекулах сложных органических соединений, которая частично трансформируется в энергию аденозинфосфорных кислот (преимущественно АТФ). Основные конечные продукты Д. во всех организмах ‒ вода, углекислый газ и аммиак. У животных эти продукты по мере накопления выделяются наружу. В растительных организмах CO 2 частично, a NH 3 полностью используются для биосинтеза органических веществ, являясь, т. о., исходным материалом для ассимиляции.

Неразрывная связь Д. с ассимиляцией обеспечивает постоянное обновление тканей организма. Так, в крови человека половина существующего альбумина обменивается на новые молекулы альбумина за 10 дней; продолжительность жизни эритроцитов ‒ около 4 месяцев. Соотношение интенсивности ассимиляции и Д. изменяется в зависимости от стадии развития, возраста и физиологического состояния организма. Рост и развитие организма характеризуются преобладанием ассимиляции, что проявляется в образовании новых клеток, тканей и органов, в их росте и дифференциации, в общем увеличении массы тела. При некоторых патологических состояниях и при голодании Д. обычно преобладает над ассимиляцией, что ведёт к уменьшению массы тела.

Читайте также:
Отряды класса млекопитающие: общая характеристика и главные признаки животных и зверей

С. Е. Северин, Г. А. Соловьёва.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Полезное

Смотреть что такое “Диссимиляция (в биологии)” в других словарях:

Диссимиляция (химия) — Диссимиляция (лат. dissimilis несходный) в биологии, противоположная ассимиляции сторона обмена веществ, заключающаяся в разрушении органических соединений с превращением белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов (в том числе введённых в… … Википедия

ДИССИМИЛЯЦИЯ — (от лат. dissimilis несходный) 1) в биологии то же, что катаболизм.2) В лингвистике замена одного из двух одинаковых или сходных звуков в слове (смежных или несмежных) другим звуком, отличным или менее сходным с ним (напр., лат. februarius рус.… … Большой Энциклопедический словарь

Диссимиляция — (от лат. dis «раз» и similis «подобный»): диссимиляция в языкознании процесс, обратный ассимиляции: изменение одного из двух похожих звуков; Диссимиляция в химии и биологии утрата сложными веществами своей специфичности, разрушение сложных… … Википедия

диссимиляция — и; ж. [от лат. dissimilis несходный] Изменение, разрушающее сходство, подобие; расподобление (противоп.: ассимиляция). Процесс диссимиляции. Д. звуков. ◁ Диссимилятивный, ая, ое. Д ые явления в произношении звуков. * * * диссимиляция (от лат.… … Энциклопедический словарь

диссимиляция — (лат. dissimilis несходный; дис + similis сходный, подобный) в биологии процесс распада сложных органических соединений, входящих в состав органов и тканей живого организма, на более простые … Большой медицинский словарь

Диссимиляция — I Диссимиляция (от лат. dissimilis несходный) в биологии, противоположная ассимиляции (См. Ассимиляция) сторона обмена веществ (См. Обмен веществ), заключающаяся в разрушении органических соединений с превращением белков, нуклеиновых… … Большая советская энциклопедия

Диссимиляция — I ж. Изменение, нарушающее сходство, подобие одинаковых или сходных звуков в слове или в соседних словах; расподобление (в лингвистике). Ant: ассимиляция I II ж. Распад в организме сложных органических веществ, клеток, тканей и т.п. (в биологии) … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Диссимиляция — I ж. Изменение, нарушающее сходство, подобие одинаковых или сходных звуков в слове или в соседних словах; расподобление (в лингвистике). Ant: ассимиляция I II ж. Распад в организме сложных органических веществ, клеток, тканей и т.п. (в биологии) … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Диссимиляция — (от лат. dis приставка, означающая разделение, отрицание и assimilatio уподобление, отождествление, сходство) (в биологии) одна из сторон (расходная часть) обмена веществ; окислительно восстановительный процесс разрушения органических веществ и… … Начала современного естествознания

диссимиляция — (1 ж), Р., Д., Пр. диссимиля/ции (в биологии и лингвистике) … Орфографический словарь русского языка

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: