Метаболизм. Энергообмен

1. Пластический и энергетический обмены
Для нормального протекания химических процессов необходим постоянный обмен веществами между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке.
Часть получаемых извне белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов – строительный материал, они расходуются клетками на синтез необходимых им соединений, построение клеточных структур.
Но большая часть органических веществ пищи является энергетическим материалом, разрушаясь до конечных продуктов, они обеспечивают организм энергией.

Из поступающих в клетку компонентов пищи под действием биологических катализаторов — ферментов синтезируются новые молекулы для замены израсходованных веществ, для построения органоидов.
Весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции или пластического обмена.
1. Пластический и энергетический обмены

Наряду с процессами синтеза новых веществ в клетках происходит постоянный распад сложных органических веществ до более простых, при этом высвобождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Далее энергия АТФ используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций биосинтеза.
Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровождающихся выделением энергии, получила название диссимиляции.
1. Пластический и энергетический обмены

Ассимиляция и диссимиляция — противоположные процессы обмена веществ и энергии, получившего название метаболизма (от греч. metabole — превращение): в первом случае вещества образуются, во втором — разрушаются. Но они тесно взаимосвязаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будут синтезироваться и запасаться сложные вещества, то нечему будет распадаться, когда потребуется энергия. А если вещества не будут распадаться, то где взять энергию для синтеза необходимых веществ?
1. Пластический и энергетический обмены

Подведем итоги:
Меньшая часть получаемых извне белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов организмом является:
Строительным материалом..
Большая часть органических веществ, получаемых организмом, является:
Энергетическим материалом.
Пластический обмен:
Совокупность реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции, или пластического обмена.
Энергетический обмен:
Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровождающихся выделением энергии, получила название диссимиляции.
Метаболизм:
Обмен веществ и энергии (от греч. metabole — превращение), состоит из реакций ассимиляции, когда вещества образуются, и диссимиляции, когда вещества разрушаются.

АТФ обеспечивает энергией все функции клетки: механическую работу, биосинтез веществ, деление и т. д. В среднем содержание АТФ в клетке составляет около 0,05% ее массы, но в тех клетках, где затраты АТФ велики (например, в клетках печени, поперечно-полосатых мышц), ее содержание может доходить до 0,5%.
Синтез АТФ в клетках происходит главным образом в митохондриях. Как вы помните, на синтез 1 молекулы АТФ из АДФ необходимо затратить 40 кДж.
2. Энергетический обмен

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа. Первый этап — подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. 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.
2. Энергетический обмен

Второй этап — неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образовавшиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода.
Разберем этот этап на примере гликолиза — ферментативного расщепления глюкозы. Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:
2. Энергетический обмен

Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, при недостатке кислорода превращается в молочную кислоту (С3Н6О3).
Высвободившейся при гликолизе энергии достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ.
Только 40% выделившейся энергии запасается клеткой в виде АТФ, а остальные 60% — рассеиваются в виде тепла. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.
2. Энергетический обмен

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:
Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и две молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет две молекулы АТФ.
2. Энергетический обмен

2. Энергетический обмен
Третий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образовавшиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов — СО2 и Н2О. Этот этап можно представить себе в следующем виде:
Таким образом, окисление двух молекул трехуглеродной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы, до СО2 и Н2О приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.

2. Энергетический обмен
Клеточное дыхание происходит на кристах митохондрий. Коэффициент полезного действия этого процесса выше, чем у гликолиза, и составляет приблизительно 55%. В результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

Подведем итоги:
На подготовительном этапе:
Крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты. 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..
При гликолизе в животных клетках при разрушении молекулы глюкозы образуется:
2 молекулы пировиноградной кислоты, которые при недостатке кислорода превращаются в 2 молекулы молочной кислоты. При этом образуется еще 2 молекулы АТФ.
При гликолизе в растительных и грибных клетках при разрушении молекулы глюкозы образуется :
2 молекулы пировиноградной кислоты, которые при недостатке кислорода превращаются в 2 молекулы этилового спирта. При этом образуется еще 2 молекулы АТФ.
лучами.