Описание процессов пластического и энергетического обмена в клетке: этапы, различия и примеры

Пластический и энергетический обмен

Метаболизм включает пластический и энергетический обмен. В процессе распада сложных веществ образуется энергия, которая тратится на построение и работу всего организма (рост тканей, сокращение мышц, поддержание тепла). Оба процесса тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга.

Процесс обмена

Взаимосвязь между средой и живым организмом осуществляется посредством метаболизма или обмена веществ. Для жизнедеятельности необходимо, чтобы внутрь организма с пищей и воздухом поступали органические и неорганические вещества – белки, жиры, углеводы, соли, кислород, витамины. Все эти вещества участвуют в ряде химических реакций. В таблице энергетического и пластического обмена описаны особенности двух процессов.

Обмен

Характеристика

Энергетический обмен (окисление, диссимиляция, катаболизм, клеточное дыхание)

Направлен на расщепление органических веществ, поступивших из внешней среды или образованных в ходе пластического обмена, до простых соединений. В ходе расщепления выделяется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), необходимый для синтеза веществ

Пластический обмен (биосинтез, ассимиляция, анаболизм)

Заключается в синтезе специфических органических веществ с затратой энергии АТФ. Образованные вещества участвуют в процессах, происходящих в организме, являются резервным запасом энергии и строительным материалом

Кратко общий процесс метаболизма можно разделить на три этапа:

  • ферментативный(подготовительный) – при участии ферментов расщепляются поступившие из внешней среды белки, жиры, углеводы до более простых соединений;
  • метаболический(основной) – расщеплённые вещества переносятся током крови к каждой клетке организма, где происходит образование энергии в виде молекул АТФ и синтез веществ (клеточный метаболизм);
  • выделительный(заключительный) – продукты распада (углекислый газ, вода, аммиак) выводятся из организма посредством крови через выделительные органы и лёгкие.

Показателем здоровья является баланс между пластическим и энергетическим обменом. В период интенсивного роста (например, подростковый период) может наблюдаться преобладание анаболизма над катаболизмом.

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

Обмен белков, жиров, углеводов

Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.

Важную роль в метаболизме играют витамины – органические соединения, участвующие в синтезе ферментов-катализаторов метаболизма. Они, таким образом, влияют на обмен веществ, являются антиоксидантами, способствуют транспортировке веществ в клетку и образованию сигнальных молекул, реагирующих на изменение окружающей среды.

Описание процессов пластического и энергетического обмена в клетке: этапы, различия и примеры

«Обмен веществ и превращения энергии. Ферменты»

Раздел ЕГЭ: 2.5. Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.

Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой происходят сотни и тысячи химических реакций. Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных на сохранение и самовоспроизведение биологических систем. Он включает в себя:

  • поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания,
  • внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм,
  • выделение конечных продуктов обмена.
Читайте также:
Положение материка Северная Америка: координаты, крайние точки, история открытия

Метаболизм складывается из двух одновременно протекающих в клетке процессов: пластического и энергетического обменов.

Метаболизм

Энергетический обмен и пластический обмен

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются органические вещества, необходимые клетке. Примерами реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез белка и репликация (самоудвоение) ДНК.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных веществ до более простых. В результате энергетического обмена выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны, поскольку в процессе пластического обмена синтезируются органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет израсходована на процессы синтеза.

Энергию организмы получают в процессе питания, а высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в процессе дыхания.

Схема общего обмена веществ

превращения энергии

Ферменты

Протекание химических реакций в живых организмах обеспечивается благодаря биологическим катализаторам белковой природы — ферментам, или энзимам. Как и другие катализаторы, ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда и вообще делают их возможными, но не изменяют при этом ни природы, ни свойств конечного продукта (продуктов) реакции и не изменяются сами. Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая — кофактор (кофермент). Примерами ферментов являются амилаза слюны, расщепляющая полисахариды при длительном пережевывании, и пепсин, обеспечивающий переваривание белков в желудке.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия, а также возможностью регуляции действия за счет изменения условий протекания реакции либо взаимодействия с ними различных веществ. К тому же и условия, в которых протекает ферментный катализ, существенно отличаются от тех, при которых идет неферментный: оптимальной для функционирования ферментов в организме человека является температура 37° С, а давление должно быть близким к атмосферному.

Механизм действия ферментов заключается в снижении энергии активации веществ (субстратов), вступающих в реакцию, за счет образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

Это конспект для 10-11 классов по теме «Обмен веществ и превращения энергии. Ферменты».
Читайте также другие конспекты, относящиеся к разделу ЕГЭ 2.5:

Пластический обмен – характеристика процессов и этапов

Важной частью метаболизма является пластический обмен. Другие названия этого явления — анаболизм, ассимиляция или биосинтез. Благодаря ему, в организме синтезируются белки, сложные углеводы, ферменты и гормоны. Из белков и липидов строятся живые клетки и другие структурные единицы организма. Это сложный процесс, который присущ большинству живых существ на планете.

  • Синтез белка
  • Анаболизм углеводов
  • Производство нуклеотидов и жирных кислот
  • Процесс фотосинтеза
  • Особенности хемосинтеза
  • Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

Виды пластического обмена в организме

Синтез белка

К процессам пластического обмена относят реакции образования белков, углеводов и липидов.

Образование протеинов происходит в цитоплазме клеток. Белковая молекула — сложное полимерное образование. Её составной частью или мономером являются аминокислоты. Всего описано 20 основных аминокислот. Из них состоят белки большинства живых организмов. В отдельных случаях в процессе задействованы модифицированные аминокислоты:

  • десмозин;
  • гамма-карбоксиглутаминовая кислота;
  • селеноцистеин.

Синтез белков основан на принципе матрицы. В организме существуют особые матричные молекулы. Они несут в себе информацию о последовательности аминокислот в протеиновой цепочке. Наиболее часто такой матрицей служит молекула рибонуклеиновой кислоты — матричная или информационная РНК. С её помощью происходит определение структуры вещества.

Читайте также:
Представители пауков: общая характеристика класса паукообразных, ядовитые виды

Этапы пластического обмена белков:

Синтез белков, углеводов, жирных кислот, нуклеотидов

  1. Трансляция — формирование полипептидной цепочки.
  2. Фолдинг — цепочка занимает определённое положение и структуру в трёхмерном пространстве.
  3. Химическое преобразование молекулы.
  4. Доставка готового полипептида к месту назначения — органу или клетке.

В процессе трансляции последовательность аминокислот в белковой цепочке выстраивается в соответствии с кодом информационной РНК. В этом участвуют рибосомы — особые клеточные структуры, состоящие из 2 частей. В каждой части рибосомы содержится белковая часть и рибонуклеотидная.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортной РНК (сокращённо тРНК). На одном из участков этой молекулы имеется так называемый антикодон. Подходя к иРНК, он связывается с её участком — кодоном по принципу комплементарности. Молекула тРНК попадает в большую единицу рибосомы, и доставленная аминокислота присоединяется к строящейся белковой цепочке.

Синтез протеинов требует большого количества энергии. Она используется на следующие цели:

  1. Для активирования трансляции.
  2. На активацию каждой аминокислоты, участвующей в процессе.
  3. Для связывания комплекса тРНК + аминокислота с рибосомой.
  4. Для перемещения рибосомы после присоединения новой аминокислоты к пептидной цепи.
  5. Для завершения процесса трансляции.

Такой значительный расход энергии нужен, чтобы обеспечить точность формирования белковой молекулы и необратимость процесса.

Анаболизм углеводов

Синтез углеводов состоит из нескольких этапов. Вначале из неуглеводных соединений формируются молекулы глюкозы (глюконеогенез). Затем из глюкозы синтезируется гликоген (процесс называется гликонеогенез).

Функции синтеза глюкозы в организме человека выполняют:

  • печень;
  • почки;
  • кишечный эпителий.

Основная совокупность химических реакций происходит в цитозоле. Часть подготовительных процессов протекает в эндоплазматической цепи клетки и митохондриях.

Исходным веществом для синтеза может служить пируват. Процесс характеризуется расходом большого количества энергии.

Процесс гликонеогенеза протекает в клетках печени и мышечной ткани. Основная часть реакций проходит в цитозоле. Синтез состоит из нескольких стадий:

Реакции и этапы пластического обмена в организме

  • Молекула глюкозы подвергается фосфорилированию с использованием энергии от 1 молекулы АТФ. В результат получается глюкозо-6-фосфат.
  • Фосфатная группа в новой молекуле направится с шестого атома углерода на первый. Образуется глюкозо-1-фосфат.
  • Полученное соединение переносится на УТФ — получается молекула УДФ-глюкозы.
  • УДФ-глюкоза полимеризуется и получается гликоген. В процессе участвует фермент гликогенсинтаза. При этом молекула УДФ отделяется от моносахаридной части.

Производство нуклеотидов и жирных кислот

Сходство и различия фотосинтеза и хемосинтеза

Нуклеотиды образуются во всех живых клетках организма в цитоплазме. Процесс этот сложный и многоступенчатый. И сходными компонентами являются ионы и нециклические молекулы. В процессе синтеза получаются гетероциклические азотистые основания.

Жирные кислоты синтезируются в цитоплазме адипоцитов — клеток жировой ткани. Процесс состоит из большого количества химических реакций. Практически все они протекают с помощью единого катализатора. Этот комплекс состоит из большого количества ферментов. Синтез липидов — циклическое явление. В результате каждого цикла к молекуле кислоты присоединяются 2 новых атома углерода.

Процесс фотосинтеза

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

Этот биохимический процесс присущ растительному царству. Без него жизнь на планете оказалась бы невозможной. Больше половины живых организмов, существующих на Земле, нуждаются в кислороде для нормальной жизнедеятельности. Они используют его для дыхания, а взамен выделяют в окружающую среду углекислый газ.

Атмосферный кислород поступает из зелёных листьев растений. В них содержатся особые включения — хлоропласты. Снаружи каждый хлоропласт покрыт двойной мембраной. Внутри в цитоплазме содержатся гранулы (тилакоиды) с собственными защитными покрытиями. В тилакоидах и содержится хлорофилл, обеспечивающий процесс фотосинтеза. Именно он придаёт листьям и траве зелёную окраску.

В ходе реакции фотосинтеза осуществляется объединение 6 молекул углекислого газа с молекулами воды. В результате образуется молекула глюкозы. В качестве побочного продукта выделяется кислород. Этот процесс возможен только в присуствии солнечного света.

Особенности хемосинтеза

Пластический обмен: этапы и реакции биосинтеза веществ в живой клетке

Этот тип питания, вероятно, наиболее древний и возник раньше фотосинтеза. Схема химических реакций существенно отличается от фотосинтеза. Энергия для химических процессов берётся не от солнечного света, а от окисления неорганических веществ. Некоторые виды бактерий получают запасы энергии при окислении аммиака. Это соединение образуется при гниении органических остатков.

Читайте также:
Племена Африки: самые дикие аборигены, которые живут, как животные, их традиции и обычаи

Этот вид аутотрофного питания характерен только для некоторых представителей ряда прокариот. Многие доядерные организмы живут в условиях, где нет кислорода — на большой глубине в морях и океанах и пр.

Стадии метаболизма

Как и фотосинтез, хемосинтез относится к типам аутотрофного питания. То есть органические вещества, необходимые для жизни, образуются из неорганических исходных компонентов. Энергия в обоих случаях накапливается в виде молекул АТФ (аденозинтрифосфата).

Основные характеристики хемосинтеза:

Основные характеристики хемосинтеза

  • Получение энергии не от солнечных лучей, а от химических реакций окисления.
  • Использование этого типа питания только некоторыми доядерными бактериями.
  • Отсутствие хлорофилла в клетках.
  • Использование в качестве исходного материала не только углекислоты, но и окиси углерода, метанола, уксусной и муравьиной кислоты и пр.
  • Получение энергии в результате окисления неорганических молекул — серы, железа, водорода, марганца, азотистых соединений.

Все организмы, использующие хемосинтез, делят на несколько классов по субстрату для получения энергии. Примеры представлены в таблице.

Класс микроорганизмов Субстрат
серобактерии сернистый водород
железобактерии соли железа
нитрифицирующие аммиак
метанобразующие органические остатки

В природе хемотрофы поддерживают почвы в плодородном состоянии, насыщая их полезными веществами, необходимыми для роста и развития растений.

Взаимосвязь пластического и энергетического обмена

Взаимосвязь пластического и энергетического обмен

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.

Процессы пластического и энергетического обмена в клетке

Энергетический обмен общая схема

Работа всех систем в организме непрерывна. В нём постоянно протекают сложные химические реакции, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность. Одним из самых важных процессов является обмен веществ и энергии, то есть метаболизм.

Именно благодаря ему, клетки сохраняют постоянство состава, растут, функционируют, а также обновляются. Процесс этот непростой и состоит из двух видов обмена — пластического и энергетического, которые, в свою очередь, имеют несколько стадий.

  • Энергетический обмен
  • Подготовительный этап
  • Анаэробное дыхание
  • Аэробное дыхание
  • Пластический обмен
  • Фотосинтез
  • Хемосинтез
  • Биосинтез белков

В организме непрерывно происходит как расщепление сложных веществ на более простые, так и синтез необходимых соединений из различных элементов. В результате первого типа реакций, который называется энергетическим обменом, или катаболизмом, тело человека получает необходимую для нормального функционирования энергию. Но её часть расходуется на создание новых соединений, которые нужны для жизнедеятельности. Такой процесс носит название пластического обмена, или анаболизма.

Это интересно: сколько ног у осьминога, каким образом он передвигается?

Энергетический обмен

Катаболизм и анаболизм

Катаболизм, называемый также диссимиляцией, происходит вплоть до того момента, пока все питательные вещества, поступившие в организм, не расщепятся до углекислого газа, воды или других простых соединений, которые уже нельзя использовать.

Читайте также:
Австралия: реки и другие водные объекты, основные течения, проблемы экологии

Этот процесс аналогичен горению, ведь в его результате выделяются те же вещества. Но он происходит с куда большей скоростью и не нуждается в высоких температурах. Кроме того, важным отличием является то, что энергия не переходит в тепловую, чтобы безвозвратно рассеяться, а запасается для дальнейших нужд организма. Это делает процесс невероятно эффективным и уникальным.

Распад веществ для получения организмом энергии — это то, что характеризует энергетический обмен в клетке. Происходит он в несколько стадий:

  • подготовительная,
  • неполная (анаэробное дыхание),
  • аэробное дыхание.

Каждая из этих стадий имеет свои особенности и играет важную роль в метаболизме в целом. Далее будет более подробно рассказано про каждую из них.

Это интересно: цитоплазма функции, химический состав и строение.

Подготовительный этап

Единственная из стадий, которая протекает в желудочно-кишечном тракте. Она заключается в пищеварении, то есть распаде сложных органических соединений на простые. Распад у сложных организмов осуществляется под действием пищеварительных ферментов, а у одноклеточных — с помощью лизосом. При этом белки распадаются на аминокислоты, жиры — на алифатические карбоновые кислоты и глицерин, углеводы — на сахариды, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды.

Белковый обмен

  • Обмен белков. Когда белки попадают в организм в составе пищи, они распадаются до аминокислот, которых в организме человека около 20 видов. Часть аминокислот распадается далее до диоксида углерода, который устраняется с дыханием, а также воды и аммиака. Последний с помощью печени превращается в мочевину и выводится из организма вместе с водой. Энергия, которая выделяется при таком распаде, также запасается организмом, но обычно до этой стадии не доходит, поскольку не распавшиеся аминокислоты используются для построения новых белков, необходимых человеку. Особенно полезны в этом смысле животные белки, поскольку растительные проигрывают им по своей ценности.

Это интересно: сколько хромосом у картошки?

Обмен жиров в организме

  • Обмен углеводов. Углеводы — очень важные элементы питания человека. Именно их распад обеспечивает организм самым большим количеством энергии. Она необходима не только для физической, но и для умственной работы. Особый вклад в работу мозга делает глюкоза, попадающая в кровь. Снижение её количества в 2 раза приводит к гибели организма. 150 г — необходимая ежесуточная доза для нормальной работы мозга и мышц, но, конечно, не стоит употреблять слишком много углеводов, поскольку избыток откладывается в организме, что выражается в жировых отложениях.
  • Обмен жиров. Разложение растительных и животных жиров до жирных кислот и глицерина, а затем и до воды с углекислым газом обеспечивает организм ещё большей энергией, чем распад углеводов. Липиды также поступают в кровь и обогащают внутренние органы (например, печень, почки), но не подходят для мозговых процессов, вот почему углеводы считаются лучшим источником энергии. Кроме того, избыток липидов также приводит к ожирению, поэтому не стоит употреблять их в количестве, превышающем 80 г в сутки.
  • Обмен нуклеиновых кислот. Нуклеопротеиды играют важную роль в хранении наследственной информации, а также контроле метаболизма и его скорости, но не делают в организм какого-либо существенного энергетического вклада. Они распадаются на полипептиды, которые в дальнейшем повторяют процессы, происходящие при обмене белков, описанные выше. Нуклеиновые кислоты распадаются до мононуклеотидов, из которых организм будет строить новые соединения.
  • Обмен воды и минералов. Вода — основная составляющая человеческого организма. Её потери необходимо ежедневно компенсировать, выпивая чистую воду и употребляя пищу, богатую этой жидкостью. Вместе с водой и едой в организм поступают макро-, микро- и ультрамикроэлементы.
Читайте также:
Объект и субъект деятельности: определения понятий, разница между ними

При всех этих процессах дополнительно выделяется энергия в виде тепла, но не в самых больших количествах. Далее процессы происходят на клеточном уровне.

Это интересно: почему некоторые органоиды клетки называют немембранными?

Анаэробное дыхание

Анаэробный гликолиз

Эта стадия называется также гликолизом применительно к царству животных, или брожением, если имеются в виду растения и микроорганизмы. Весь процесс происходит в цитоплазме клеток за счёт работы ферментов.

Он продолжает предыдущую стадию тем, что из моносахарида, коим является глюкоза, выделяются ещё более простые вещества — спирт и углекислый газ, а также кислоты.

Этот вид обмена универсален для всех организмов и используется даже в повседневной жизни. Поскольку он протекает и в бактериях, его широко применяют в пищевой промышленности: дрожжи производят этиловый спирт, кисломолочные бактерии — молочную кислоту, а животные клетки — пировиноградную. В некоторых микроорганизмах выделяется ацетон и этановая кислота.

При этом также выделяется энергия, часть которой запасается в двух молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), и некоторое количество рассеивается с выделением тепла. Но двух молекул АТФ недостаточно для полноценной работы организма, поэтому за анаэробным этапом последует кислородное расщепление.

Аэробное дыхание

Клеточное дыхание

Другие названия этого этапа — клеточное дыхание, или кислородное расщепление. Как видно из названия, процесс невозможен без кислорода, который выступает в роли окислителя продуктов распада глюкозы. Помимо кислорода, в работе участвует фосфорная кислота и аденозиндифосфат (АДФ). Под действием ферментов они без повышения температуры моментально сжигают органические вещества до углекислого газа и воды.

Благодаря окислению из одной молекулы вещества (образовавшиеся на предыдущем этапе молочная, пировиноградная кислоты и так далее) клетка получает 18 АТФ, каждая из которых служит мощным источником энергии. Этот этап происходит в митохондриях клетки и является самым важным во всём энергетическом обмене, так как обеспечивает клетку большим количеством АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен (ассимиляция) -это совокупность реакций синтеза

Пластический обмен ещё называется анаболизмом, ассимиляцией и биосинтезом. Он является не менее важной составляющей метаболизма, ведь именно пластический обмен в клетке характеризуется синтезом новых веществ, что обеспечивает образование ферментов, гормонов, а также белков, липидов и других веществ, участвующих в построении клеток, межклеточного пространства и других составляющих организма. Так же, как и энергетический обмен, он является сложным и протекает во многих организмах. Далее будут приведены примеры и процессы пластического обмена.

  • Фотосинтез, который свойственен растениям, а также некоторым бактериям. Они называются автотрофами, поскольку способны самостоятельно синтезировать необходимые для жизни органические вещества из неорганических соединений.
  • Хемосинтез протекает у бактерий, называемых хемотрофами. И они также могут обеспечивать себя необходимыми органическими соединениями. Для их жизнедеятельности не нужен кислород, они используют диоксид углерода.
  • Биосинтез белков осуществляется в живых организмах. К ним относятся и гетеротрофы, которые, в отличие от двух предыдущих упоминаемых форм, неспособны самостоятельно обеспечивать себя органическими веществами, а поэтому получают их с помощью других организмов.

Остановимся на этих процессах более подробно.

Фотосинтез

Фотосинтез

Процесс, без которого не была бы возможна жизнь на Земле. Многим формам жизни для дыхания нужен кислород взамен выдыхаемого ими в воздух углекислого газа. Этим важным веществом нас обеспечивают растения, в зелёных листьях которых содержатся хлоропласты. Их окружает пара мембран, поскольку внутри хлоропласта в цитоплазме содержатся ценные граны с собственными защитными оболочками. В этих стопках тилакоидов, в свою очередь, присутствует хлорофилл, отвечающий за цвет растения, но главное — делающий процесс фотосинтеза возможным.

Осуществляется он посредством соединения шести молекул углекислого газа с водой, в результате чего образуется глюкоза. Побочным продуктом реакции является жизненно необходимый кислород. Процесс возможен только на свету, при использовании солнечной энергии.

Читайте также:
Население стран Европы: численность, плотность и национальный состав

Хемосинтез

Хемосинтез протекает у микроорганизмов, также способных к самостоятельному преобразованию неорганических соединений в органические. К ним относятся:

Хемосинтез - формула реакции

  • железобактерии (окисляют соли железа),
  • водородные (молекулы водорода),
  • серные (сернистый водород),
  • нитрифицирующие (аммиак из гниющих остатков растений),
  • тионовые (молекулы серы, а также её соединения в виде солей).

Окисление углекислого газа происходит без участия кислорода, с использованием запасённой ранее энергии. Из диоксида углерода синтезируются органические вещества, необходимые для жизнедеятельности.

Биосинтез белков

Сложный процесс, направленный на разложение попадающих в организм белков на составляющие, из которых впоследствии синтезируются собственные уникальные белки. Состоит из двух стадий.

Транскрипция — процесс, состоящий из трёх этапов (образование транскрипта, процессинг, сплайсинг), которые происходят в ядре клетки. Они направлены на создание информационной РНК (иРНК) из ДНК. В результате новый полимер полностью копирует небольшой участок нити ДНК с той разницей, что тимину в нём эквивалентен урацил.

Трансляция — перенос информации с синтезированной на предыдущем этапе молекулы РНК на строящийся полипептид с указаниями о его будущей структуре. Процесс происходит на рибосомах, расположенных в цитоплазме клетки. Они имеют овальную форму и состоят из частей, которые могут соединяться только при наличии иРНК. Сам перенос информации осуществляется в несколько этапов.

Обмен веществ и превращение энергии

  1. Под действием ферментов и при участии АТФ аминокислоты проходят активацию с образованием аминоациладенилата.
  2. Аминоксилота связывается с транспортной РНК (тРНК) с выделением аденозинмонофосфата (АМФ).
  3. Образованный на предыдущем этапе комплекс объединяется с рибосомой.
  4. Аминокислоты подставляются в структуры пептида и освобождают тРНК.

Итак, все вещества, поступающие в живой организм, распределяются в нём так, чтобы приносить ему пользу. Сложные распадаются с выделением энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности (например, выполнение физической или умственной работы человеком), запасаемой в АТФ. А из простых веществ организм синтезирует новые соединения с использованием энергии, накопившейся в универсальном источнике — молекуле той самой АТФ. При этом энергия не расходуется безвозвратно — она запасается в новых соединениях.

Диссимиляция и ассимиляция в корне отличаются друг от друга, но при этом они неразрывно связаны. Ведь именно катаболизм даёт энергию, без которой невозможен анаболизм, то есть синтез необходимых организму веществ. Вот почему эти два процесса являются очень важными.

Пластический и энергетический обмен: отличие процессов и значение

Пластический и энергетический обмен

Биология

При метаболизме происходят следующие процессы: пластический и энергетический обмен. При распаде сложных веществ получается энергия, которая необходима для построения и работы животного организма, человека. В биологии и анатомии рассматриваемые явления тесно взаимосвязаны между собой. С их помощью осуществляется рост тканей, сокращение мускулатуры, поддержка тепла.

Отличительные характеристики

Взаимосвязь между организмом и окружающей средой осуществляется через обмен веществ либо метаболизм. Чтобы обеспечить жизнедеятельность, необходимо постоянное поступление внутрь организма пищи, воздуха, неорганических и органических веществ. К последним элементам относятся:

  • жиры;
  • белки;
  • соли;
  • углеводы;
  • кислород;
  • витамины.

Их значение для человека и животных связано с проведением химических реакций.

Таблица: сравнительные характеристики энергетического и пластического обмена

Энергетический обмен

Название процесса Функции
Энергетический (катаболизм, окисление, диссимиляция) Расщепляет органические компоненты, которые поступают из внешней среды либо образовались в ходе пластического обмена. В результате реакции выделяется энергия — молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), которые синтезируют вещества.
Пластический (биосинтез, анаболизм, ассимиляция) При синтезе специфических веществ органического класса затрачивается энергия. Полученные компоненты называются строительным материалом и энергетическим запасом.

Энергетический обмен (катаболизм) отличается от пластического тем, что направлен на получение энергии в результате расщепления сложных компонентов на простые. В обратном направлении происходит пластический процесс (анаболизм). Он связан с синтезом сложных веществ из простых. Для его проведения требуется энергия.

Кратко про этапы катаболизма:

  • подготовительный;
  • анаэробное брожение (гликолиз);
  • дыхание на уровне клеток.
Читайте также:
Во сколько лет ломается голос у мальчиков и растет борода: переходный возраст у подростков

На первом этапе желудочный сок и ферменты расщепляют белки на аминокислоты, а липиды на глицерин и высшие кислоты. Из углеводов получаются простые структуры (моносахариды). Следующие 2 этапы осуществляются внутри организма. Для анаэробной реакции, в отличие от аэробной, кислород не нужен.

При гликолизе расщепляется глюкоза на простые компоненты, включая молочную кислоту и этиловый спирт. Процесс характеризуется выделением углекислого газа. Реакция протекает в специальных структурах клетки. Она сопровождается получением АТФ.

Реакция, при которой происходит распад моносахарида до этилового спирта, применяется бактериями, дрожжами. Если после процесса остается пировиноградная кислота, тогда он протекает в животных клетках. Свойства бактерий, которые можно направить на расщепление глюкозы до молочной кислоты, используются в пищевой промышленности.

Клеточное дыхание

Последняя стадия энергетического обмена протекает в митохондриях. Для нее характерно клеточное дыхание. Для выполнения реакции необходим кислород. При сжигании органических веществ вырабатываются природные катализаторы — ферменты. Другой процесс, который протекает в митохондриях — сжигание пировиноградной кислоты, что приводит к высвобождению энергии.

В результате пластического обмена образуются вещества, необходимые для построения клеток и организма. Для него характерны 3 разновидности:

  • фотосинтез;
  • хемосинтез;
  • биосинтез.

Первое явление характерно для растений и бактерий фотосинтезирующей группы (автотрофы). Они способы для себя вырабатывать органические вещества из неорганических. Второй процесс протекает в бактериях и не требует кислород.

Организмы, которые выбирают хемосинтез, называются хемотрофами. Грибы и животные относятся к гетеротрофам. Существа получают органические компоненты из иных организмов.

Этапы фотосинтеза и хемосинтеза

Явление считается основой жизни на Земле. Растительные организмы забирают из атмосферы углекислый газ, отдавая кислород. В основе процесса находится образование глюкозы с кислородом из углекислого газа и воды. Фактор, обеспечивающий протекание реакции — наличие солнечной энергии.

Этапы фотосинтеза

При таком химическом воздействии из 6 молекул углекислого газа и воды образуются молекулы кислорода и глюкоза. Место проведения процесса — зеленые листья растений (хлоропласты). В состав органелл входит хлорофилл. Он обеспечивает фотосинтез, придавая листьям зеленый оттенок. Вокруг хлоропласта предусмотрены 2 мембраны, а в цитоплазме граны.

В микроорганизмах, железобактериях протекает пластический обмен — хемосинтез. Для него требуется энергия, которая получается при окислении некоторых компонентов. Вещество, окисляющее бактерии, является сероводородом.

Транскрипция и трансляция

При обмене белков наблюдается расщепление тех веществ, которые находились в пище, на аминокислоты. Их последних формируются личные белки. Для пластического обмена характерен и синтез белков, который включает в себя следующие процессы:

Транскрипция и трансляция

  1. Транскрипция.
  2. Трансляция.

В первом случае синтезируется информационная РНК путем комплементарности. Явление протекает в ядре в 3 стадиях: образование первого транскрипта, процессинг (обработка информации), сплайсинг (сращивание). При трансляции переносится зашифрованная информация о структуре белка на синтезирующийся полипептид.

Процесс протекает в цитоплазме клетки — рибосоме (органоид, отвечающий за синтез белков). Для органа характерна овальная форма, состоящая из 2 частей. Они соединяются под воздействием иРНК. Трансляция состоит из 4 этапов. Предварительно активируются аминокислоты под влиянием специального фермента. На первой стадии рибосома может выбрать АТФ.

На следующем этапе формируется аминоациладенилат. К транспортной РНК присоединяются активированные аминокислоты. На 3-й стадии аминокислоты с РНК соединяются с рибосомой. На последнем этапе аминокислота входит в структуру белка, при этом высвобождается транспортная РНК. При воспалительных, инфекционных или онкологических реакциях нарушается работа всего организма, включая обменные процессы. Для постановки диагноза проводятся лабораторные исследования.

Читайте также:
Определить, что является основными последствиями осевого вращения Земли

Процессы пластического и энергетического обмена в клетке

Энергетический обмен общая схема

Работа всех систем в организме непрерывна. В нём постоянно протекают сложные химические реакции, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность. Одним из самых важных процессов является обмен веществ и энергии, то есть метаболизм.

Именно благодаря ему, клетки сохраняют постоянство состава, растут, функционируют, а также обновляются. Процесс этот непростой и состоит из двух видов обмена — пластического и энергетического, которые, в свою очередь, имеют несколько стадий.

В организме непрерывно происходит как расщепление сложных веществ на более простые, так и синтез необходимых соединений из различных элементов. В результате первого типа реакций, который называется энергетическим обменом, или катаболизмом, тело человека получает необходимую для нормального функционирования энергию. Но её часть расходуется на создание новых соединений, которые нужны для жизнедеятельности. Такой процесс носит название пластического обмена, или анаболизма.

Энергетический обмен

Катаболизм и анаболизм

Катаболизм, называемый также диссимиляцией, происходит вплоть до того момента, пока все питательные вещества, поступившие в организм, не расщепятся до углекислого газа, воды или других простых соединений, которые уже нельзя использовать.

Этот процесс аналогичен горению, ведь в его результате выделяются те же вещества. Но он происходит с куда большей скоростью и не нуждается в высоких температурах. Кроме того, важным отличием является то, что энергия не переходит в тепловую, чтобы безвозвратно рассеяться, а запасается для дальнейших нужд организма. Это делает процесс невероятно эффективным и уникальным.

Распад веществ для получения организмом энергии — это то, что характеризует энергетический обмен в клетке. Происходит он в несколько стадий:

  • подготовительная;
  • неполная (анаэробное дыхание);
  • аэробное дыхание.

Каждая из этих стадий имеет свои особенности и играет важную роль в метаболизме в целом. Далее будет более подробно рассказано про каждую из них.

Подготовительный этап

Единственная из стадий, которая протекает в желудочно-кишечном тракте. Она заключается в пищеварении, то есть распаде сложных органических соединений на простые. Распад у сложных организмов осуществляется под действием пищеварительных ферментов, а у одноклеточных — с помощью лизосом. При этом белки распадаются на аминокислоты, жиры — на алифатические карбоновые кислоты и глицерин, углеводы — на сахариды, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды.

Белковый обмен

  • Обмен белков. Когда белки попадают в организм в составе пищи, они распадаются до аминокислот, которых в организме человека около 20 видов. Часть аминокислот распадается далее до диоксида углерода, который устраняется с дыханием, а также воды и аммиака. Последний с помощью печени превращается в мочевину и выводится из организма вместе с водой. Энергия, которая выделяется при таком распаде, также запасается организмом, но обычно до этой стадии не доходит, поскольку не распавшиеся аминокислоты используются для построения новых белков, необходимых человеку. Особенно полезны в этом смысле животные белки, поскольку растительные проигрывают им по своей ценности.

Обмен жиров в организме

  • Обмен углеводов. Углеводы — очень важные элементы питания человека. Именно их распад обеспечивает организм самым большим количеством энергии. Она необходима не только для физической, но и для умственной работы. Особый вклад в работу мозга делает глюкоза, попадающая в кровь. Снижение её количества в 2 раза приводит к гибели организма. 150 г — необходимая ежесуточная доза для нормальной работы мозга и мышц, но, конечно, не стоит употреблять слишком много углеводов, поскольку избыток откладывается в организме, что выражается в жировых отложениях.
  • Обмен жиров. Разложение растительных и животных жиров до жирных кислот и глицерина, а затем и до воды с углекислым газом обеспечивает организм ещё большей энергией, чем распад углеводов. Липиды также поступают в кровь и обогащают внутренние органы (например, печень, почки), но не подходят для мозговых процессов, вот почему углеводы считаются лучшим источником энергии. Кроме того, избыток липидов также приводит к ожирению, поэтому не стоит употреблять их в количестве, превышающем 80 г в сутки.
  • Обмен нуклеиновых кислот. Нуклеопротеиды играют важную роль в хранении наследственной информации, а также контроле метаболизма и его скорости, но не делают в организм какого-либо существенного энергетического вклада. Они распадаются на полипептиды, которые в дальнейшем повторяют процессы, происходящие при обмене белков, описанные выше. Нуклеиновые кислоты распадаются до мононуклеотидов, из которых организм будет строить новые соединения.
  • Обмен воды и минералов. Вода — основная составляющая человеческого организма. Её потери необходимо ежедневно компенсировать, выпивая чистую воду и употребляя пищу, богатую этой жидкостью. Вместе с водой и едой в организм поступают макро-, микро- и ультрамикроэлементы.
Читайте также:
Как сформулировать и доказать утверждения о свойствах параллелограмма, теоремы о признаках данной фигуры

При всех этих процессах дополнительно выделяется энергия в виде тепла, но не в самых больших количествах. Далее процессы происходят на клеточном уровне.

Анаэробное дыхание

Анаэробный гликолиз

Эта стадия называется также гликолизом применительно к царству животных, или брожением, если имеются в виду растения и микроорганизмы. Весь процесс происходит в цитоплазме клеток за счёт работы ферментов.

Он продолжает предыдущую стадию тем, что из моносахарида, коим является глюкоза, выделяются ещё более простые вещества — спирт и углекислый газ, а также кислоты.

Этот вид обмена универсален для всех организмов и используется даже в повседневной жизни. Поскольку он протекает и в бактериях, его широко применяют в пищевой промышленности: дрожжи производят этиловый спирт, кисломолочные бактерии — молочную кислоту, а животные клетки — пировиноградную. В некоторых микроорганизмах выделяется ацетон и этановая кислота.

При этом также выделяется энергия, часть которой запасается в двух молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), и некоторое количество рассеивается с выделением тепла. Но двух молекул АТФ недостаточно для полноценной работы организма, поэтому за анаэробным этапом последует кислородное расщепление.

Аэробное дыхание

Клеточное дыхание

Другие названия этого этапа — клеточное дыхание, или кислородное расщепление. Как видно из названия, процесс невозможен без кислорода, который выступает в роли окислителя продуктов распада глюкозы. Помимо кислорода, в работе участвует фосфорная кислота и аденозиндифосфат (АДФ). Под действием ферментов они без повышения температуры моментально сжигают органические вещества до углекислого газа и воды.

Благодаря окислению из одной молекулы вещества (образовавшиеся на предыдущем этапе молочная, пировиноградная кислоты и так далее) клетка получает 18 АТФ, каждая из которых служит мощным источником энергии. Этот этап происходит в митохондриях клетки и является самым важным во всём энергетическом обмене, так как обеспечивает клетку большим количеством АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен (ассимиляция) -это совокупность реакций синтеза

Пластический обмен ещё называется анаболизмом, ассимиляцией и биосинтезом. Он является не менее важной составляющей метаболизма, ведь именно пластический обмен в клетке характеризуется синтезом новых веществ, что обеспечивает образование ферментов, гормонов, а также белков, липидов и других веществ, участвующих в построении клеток, межклеточного пространства и других составляющих организма. Так же, как и энергетический обмен, он является сложным и протекает во многих организмах. Далее будут приведены примеры и процессы пластического обмена.

    , который свойственен растениям, а также некоторым бактериям. Они называются автотрофами, поскольку способны самостоятельно синтезировать необходимые для жизни органические вещества из неорганических соединений.
  • Хемосинтез протекает у бактерий, называемых хемотрофами. И они также могут обеспечивать себя необходимыми органическими соединениями. Для их жизнедеятельности не нужен кислород, они используют диоксид углерода.
  • Биосинтез белков осуществляется в живых организмах. К ним относятся и гетеротрофы, которые, в отличие от двух предыдущих упоминаемых форм, неспособны самостоятельно обеспечивать себя органическими веществами, а поэтому получают их с помощью других организмов.
Читайте также:
Во сколько лет ломается голос у мальчиков и растет борода: переходный возраст у подростков

Остановимся на этих процессах более подробно.

Фотосинтез

Процесс, без которого не была бы возможна жизнь на Земле. Многим формам жизни для дыхания нужен кислород взамен выдыхаемого ими в воздух углекислого газа. Этим важным веществом нас обеспечивают растения, в зелёных листьях которых содержатся хлоропласты. Их окружает пара мембран, поскольку внутри хлоропласта в цитоплазме содержатся ценные граны с собственными защитными оболочками. В этих стопках тилакоидов, в свою очередь, присутствует хлорофилл, отвечающий за цвет растения, но главное — делающий процесс фотосинтеза возможным.

Осуществляется он посредством соединения шести молекул углекислого газа с водой, в результате чего образуется глюкоза. Побочным продуктом реакции является жизненно необходимый кислород. Процесс возможен только на свету, при использовании солнечной энергии.

Хемосинтез

Хемосинтез протекает у микроорганизмов, также способных к самостоятельному преобразованию неорганических соединений в органические. К ним относятся:

Хемосинтез - формула реакции

  • железобактерии (окисляют соли железа);
  • водородные (молекулы водорода);
  • серные (сернистый водород);
  • нитрифицирующие (аммиак из гниющих остатков растений);
  • тионовые (молекулы серы, а также её соединения в виде солей).

Окисление углекислого газа происходит без участия кислорода, с использованием запасённой ранее энергии. Из диоксида углерода синтезируются органические вещества, необходимые для жизнедеятельности.

Биосинтез белков

Сложный процесс, направленный на разложение попадающих в организм белков на составляющие, из которых впоследствии синтезируются собственные уникальные белки. Состоит из двух стадий.

Транскрипция — процесс, состоящий из трёх этапов (образование транскрипта, процессинг, сплайсинг), которые происходят в ядре клетки. Они направлены на создание информационной РНК (иРНК) из ДНК. В результате новый полимер полностью копирует небольшой участок нити ДНК с той разницей, что тимину в нём эквивалентен урацил.

Трансляция — перенос информации с синтезированной на предыдущем этапе молекулы РНК на строящийся полипептид с указаниями о его будущей структуре. Процесс происходит на рибосомах, расположенных в цитоплазме клетки. Они имеют овальную форму и состоят из частей, которые могут соединяться только при наличии иРНК. Сам перенос информации осуществляется в несколько этапов.

Обмен веществ и превращение энергии

  1. Под действием ферментов и при участии АТФ аминокислоты проходят активацию с образованием аминоациладенилата.
  2. Аминоксилота связывается с транспортной РНК (тРНК) с выделением аденозинмонофосфата (АМФ).
  3. Образованный на предыдущем этапе комплекс объединяется с рибосомой.
  4. Аминокислоты подставляются в структуры пептида и освобождают тРНК.

Итак, все вещества, поступающие в живой организм, распределяются в нём так, чтобы приносить ему пользу. Сложные распадаются с выделением энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности (например, выполнение физической или умственной работы человеком), запасаемой в АТФ. А из простых веществ организм синтезирует новые соединения с использованием энергии, накопившейся в универсальном источнике — молекуле той самой АТФ. При этом энергия не расходуется безвозвратно — она запасается в новых соединениях.

Диссимиляция и ассимиляция в корне отличаются друг от друга, но при этом они неразрывно связаны. Ведь именно катаболизм даёт энергию, без которой невозможен анаболизм, то есть синтез необходимых организму веществ. Вот почему эти два процесса являются очень важными.

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: :???: :?: :!: