Обмен это в биологии: Что такое обмен веществ в биологии: определение – Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез. Реакции матричного синтеза.

Что такое обмен веществ в биологии: определение

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление питательных веществ и выведение конечных продуктов распада.

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, – это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Обмен веществ принято разделять на два этапа: катаболизм и анаболизм. На первой стадии все сложные вещества расщепляются и становятся более простыми. На втором же вместе с затратами энергии синтезируются нуклеиновые кислоты, липиды и белки.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными биологическими катализаторами. Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Метаболические цепи и компоненты абсолютно идентичны для многих видов, что является доказательством единства происхождения всех живых существ. Такое сходство показывает сравнительно раннее появление эволюции в истории развития организмов.

Классификация по типу обмена веществ

Что такое обмен веществ в биологии, подробно описано в данной статье. Все живые организмы, существующие на планете Земля, можно разделить на восемь групп, руководствуясь при этом источником углерода, энергии и окисляемого субстрата.

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и неорганические вещества. Источником углерода является углекислый газ или органика.

Существуют такие микроорганизмы, которые, находясь в разных условия существования, используют метаболизм разного типа. Это зависит от влажности, освещения и других факторов.

Многоклеточные организмы могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как «катаболизм». Данным термином называют метаболические процессы, во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

У организмов, которые живут благодаря фотосинтезу (цианобактерии и растения), реакция переноса электрона не высвобождает энергию, а накапливает, благодаря солнечному свету.

У животных реакции катаболизма связаны с расщеплением сложных элементов до более простых. Такими веществами являются нитраты и кислород.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

1. Расщепление сложных веществ до более простых.
2. Расщепление простых молекул до еще более простых.
3. Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом – совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Сначала синтезируются аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Затем вышеперечисленные элементы становятся активными формами благодаря энергии АТР. И на последнем этапе все активные мономеры объединяются в сложные структуры, такие как белки, липиды и полисахариды.

Стоит обратить внимание, что не все живые организмы синтезируют активные молекулы. Биология (обмен веществ подробно описан в данной статье) выделяет такие организмы, как автотрофы, хемотрофы и гетеротрофы. Они получают энергию из альтернативных источников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Что такое обмен веществ в биологии? Процесс, благодаря которому существует все живое на Земле, и отличающий живые организмы от неживой материи.

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу – процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Такие молекулы, как крахмал, белки и целлюлоза, расщепляются еще до того, как они используются клетками. В процессе пищеварения принимают участие особые ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, и полисахариды — до моносахаридов.

Животные могут выделять такие ферменты только из специальных клеток. А вот микроорганизмы такие вещества выделяют в окружающее пространство. Все вещества, которые вырабатываются благодаря внеклеточным ферментам, поступают в организм с помощью «активного транспорта».

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом – постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Что такое обмен веществ в биологии? Определение находится в начале статьи. Понятие «метаболизм» первый раз употребил Теодор Шванн в сороковых годах девятнадцатого века.

Изучением метаболизма ученые занимаются уже несколько веков, и начиналось все с попыток изучить организмы животных. А вот термин «обмен веществ» впервые употребил Ибн-аль-Нафиса, который считал, что все тело постоянно находится в состоянии питания и распада, поэтому для него характерны постоянные изменения.

Урок биологии «Обмен веществ» откроет всю суть данного понятия и опишет примеры, которые помогут увеличить глубину знаний.

Первый контролируемый опыт по изучению обмена веществ был получен Санторио Санторио в 1614 году. Он описывал свое состояние до и после приема пищи, работы, питья воды и сна. Он был первым, кто заметил, что большая часть употребленной пищи утрачивалась во время процесса «незаметного испарения».

В начальных исследованиях обменные реакции были не обнаружены, и ученые считали, что живой тканью управляет живая сила.

В двадцатом веке Эдуард Бухнер ввел понятие ферментов. С этих пор изучение обмена веществ начиналось с изучения клеток. В этот период биохимия стала наукой.

Что такое обмен веществ в биологии? Определение можно дать следующее — это особый набор биохимических реакций, поддерживающих существование организма.

Минералы

В метаболизме очень большую роль играют неорганические вещества. Все органические соединения состоят из большого количества фосфора, кислорода, углерода и азота.

Большинство неорганических соединений позволяют контролировать уровень давления внутри клеток. Также их концентрация положительно влияет на функционирование мышечных и нервных клеток.

Переходные металлы (железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.

Энергетический обмен, подготовка к ЕГЭ по биологии

Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.

Энергетический обмен

Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:

• Подготовительный этап

Осуществляется в ферментами, в результате действия которых, сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.

Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.


• Бескислородный этап (анаэробный) — гликолиз

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

• Кислородный этап (аэробный)

Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

• АТФ + H₂O = АДФ + H
  3PO₄ + E
• АДФ + H₂O = АМФ + H₃PO₄ + E
• АМФ + H₂O = аденин + рибоза + H₃PO₄ + E

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к

Беллевичу Юрию.

2. Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)

Универсальным источником энергии во всех клетках служит АТФ (аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота).

Все энергетические затраты любой клетки обеспечиваются за счёт универсального энергетического вещества — АТФ.

 

АТФ синтезируется в результате реакции фосфорилирования, то есть присоединения одного остатка фосфорной кислоты к молекуле АДФ (аденозиндифосфата):

 

АДФ + h4PO4+ 40 кДж = АТФ + h3O.

Энергия запасается в форме энергии химических связей АТФ.  Химические связи АТФ, при разрыве которых выделяется много энергии, называются макроэргическими.

При распаде АТФ до АДФ клетка за счёт разрыва макроэргической связи получит приблизительно \(40\) кДж энергии.

Энергия для синтеза АТФ из АДФ  выделяется в процессе диссимиляции.

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) — это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.

В зависимости от среды обитания организма, диссимиляция может проходить в два или в три этапа.

Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.

 

В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений.

 

 

У анаэробных организмов, обитающих в бескислородной среде и не нуждающихся в кислороде (а также у аэробных организмов при недостатке кислорода), диссимиляция происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный.

 

В двухэтапном энергетическом обмене энергии запасается гораздо меньше, чем в трёхэтапном.

Первый этап — подготовительный

Подготовительный этап заключается в распаде крупных органических молекул до более простых: полисахаридов — до моносахаридов, липидов — до глицерина и жирных кислот, белков — до аминокислот.

Этот процесс называется пищеварением. У многоклеточных организмов он осуществляется в желудочно-кишечном тракте с помощью пищеварительных ферментов. У одноклеточных организмов — происходит под действием ферментов лизосом.

 

В ходе биохимических реакций, происходящих на этом этапе, энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ  не образуется.

Второй этап — бескислородный (гликолиз)

Второй (бескислородный) этап заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.

Биологический смысл второго этапа заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде \(2\) молекул АТФ.

Процесс бескислородного расщепления глюкозы называется гликолиз.

Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.

 

Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы C6h22O6 в две молекулы пировиноградной кислоты — ПВК C3h5O3 и две молекулы АТФ (в виде которой запасается примерно \(40\) % энергии, выделившейся при гликолизе). Остальная энергия (около \(60\) %) рассеивается в виде тепла.

 

C6h22O6 + h4PO4+ 2АДФ = C3h5O3+2АТФ +2h3O.

Получившаяся пировиноградная кислота при недостатке кислорода в клетках животных, а также клетках многих грибов и микроорганизмов, превращается в молочную кислоту C3H6O3.

 

HOOC−CO−Ch4пировиноградная кислота→НАД⋅H+H+лактатдегидрогеназаHOOC−CHOH−Ch4молочная кислота.

В мышцах человека при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота и появляется боль. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.

При недостатке кислорода в клетках растений, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей), вместо гликолиза происходит спиртовое брожение: пировиноградная кислота распадается на этиловый спирт C2H5OH и углекислый газ CO2:

 

C6h22O6+2h4PO4+2АДФ=2C2H5OH+2CO2+2АТФ+2h3O.

Третий этап — кислородный

В результате гликолиза глюкоза распадается не до конечных продуктов (CO2 и h3O), а до богатых энергией соединений (молочная кислота, этиловый спирт) которые, окисляясь дальше, могут дать её в больших количествах. Поэтому у аэробных организмов после гликолиза (или спиртового брожения) следует третий, завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание.

 

Этот этап происходит на кристах митохондрий.

Третий этап, так же как и гликолиз, является многостадийным и состоит из двух последовательных процессов — цикла Кребса и окислительного фосфорилирования.

Третий (кислородный) этап заключается в том, что при кислородном дыхании ПВК окисляется до окончательных продуктов — углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде  \(36\) молекул АТФ  (\(2\) молекулы в цикле Кребса и \(34\) молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).

Этот этап можно представить себе в следующем виде:

 

2C3h5O3+6O2+36h4PO4+36АДФ=6CO2+42h3O+36АТФ.

Вспомним, что ещё две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы (на втором, бескислородном, этапе). Таким образом, в результате полного расщепления одной молекулы глюкозы образуется \(38\) молекул АТФ.

Суммарная реакция энергетического обмена:

  

C6h22O6+6O2=6CO2+6h3O+38АТФ.

Для получения энергии в клетках, кроме глюкозы, могут быть использованы и другие вещества: липиды, белки. Однако ведущая роль в энергетическом обмене у большинства организмов принадлежит сахарам.

Источники:

Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. 9 класс // ДРОФА.
Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Биология. Общая биология (базовый уровень) 10–11 класс // ДРОФА.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

6. Регуляция обмена веществ. Нарушения обмена веществ

Регуляция обмена веществ

Обменные процессы в организме происходят под действием ферментов и регулируются нервно-гуморальным путём.

Почти все железы внутренней секреции принимают участие в регуляции обмена веществ:

• щитовидная железа регулирует окислительные процессы, влияя на рост и развитие организма;
• надпочечники регулируют углеводный, жировой и белковый обмен (способствуют превращению белков в углеводы), регулируют обмен воды и солей.

 

Нарушения регуляции обмена веществ вызывают различные заболевания.

Заболевания, связанные с нарушением обмена веществ

Каждый человек имеет оптимальный вес, который определяется его ростом, полом и возрастом. Однако неправильное питание может стать причиной изменения веса человека. Человек худеет или поправляется в зависимости от того, какой процесс обмена (пластический или энергетический) преобладает.

Одним из самых распространённых симптомов нарушения обмена веществ и одновременно заболеванием является ожирение. Ожирение делится на степени (по количеству жировой ткани) и на типы (в зависимости от причин, приведших к его развитию).

 

 

Ожирение ведёт к повышенному риску возникновения сахарного диабета (заболевания, связанного с нарушением углеводного обмена и дисфункцией поджелудочной железы), гипертонической болезни и других заболеваний (метаболический синдром), связанных с наличием избыточного веса.

 

 

Особенную опасность представляет собой ожирение, затрагивающее внутренние органы. Например, ожирение печени (признаки ожирения печени могут напоминать симптомы отравления).

 

 

Дистрофия — заболевание, связанное с недостаточным поступлением в организм питательных веществ (особенно белка). Когда использованы все запасы органических веществ, начинают разрушаться собственные белки организма.

 

 

Анорексия — серьёзное психическое расстройство (желание худеть), и которое некоторые психиатры считают проявлением одной из форм шизофрении. Обычно эта болезнь наблюдается у молодых людей в возрасте от \(12\) до \(30\) лет. Чаще болезнь поражает девочек, чем мальчиков. Больные худеют настолько, что происходят нарушения всех систем органов.

 

 

Ещё одно заболевание — булимия — характеризуется приступами обжорства, во время которых человек съедает во много раз больше еды, чем обычно, а затем вызывает рвоту, чтобы воспрепятствовать набору лишнего веса. Булимия может привести к серьёзным осложнениям: от неврастении до острой сердечной недостаточности.

 

Нарушения обмена веществ в организме могут стать причиной отложения солей и образования камней в почках и мочевыводящих путях.

Источники:

Любимова З. В., Маринова К. В. Биология. Человек и его здоровье. 8 класс. — М.: Владос.

Лернер Г. И. Биология: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ: АСТ, Астрель.

http://med36.com/ill/1145

http://900igr.net/prezentatsii/biologija/Obmen-veschestv-v-organizme/012-Funktsii-belkov-zhirov-i-uglevodov.html

Пластический обмен ℹ️ характеристика процессов биосинтеза веществ в клетке, этапы и стадии, виды, значение для организма, примеры

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.

Этапы пластического обмена белков:

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:

• 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

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

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

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.

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.

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:

• 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

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.

Обмен веществ и энергии в клетке . Видеоурок. Биология 9 Класс

Тема урока: «Обмен веществ – основа существования клетки». На нем мы рассмотрим такие понятия, как обмен веществ, диссимиляция, ассимиляция.

Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. Клетка постоянно находится в движении – цитоплазма перемещается, увлекая за собой органоиды и включения, активно работают рибосомы и митохондрии, совершается множество химических превращений. Все живые организмы, существующие на Земле, представляют собой открытые системы, характеризующиеся способностью активно обмениваться с окружающей средой веществами и энергией. Из окружающей среды в клетку поступают различные вещества, а из клетки в окружающую среду удаляются ненужные продукты обмена – происходит обмен веществ, или метаболизм (Рис. 1).

Рис. 1. Обмен веществ клетки с окружающей средой (Источник)

Питательные вещества используются организмами в качестве источника атомов химических элементов (прежде всего атомов углерода), из которых строятся либо обновляются все структуры. В организм, кроме питательных веществ, поступают также вода, кислород, минеральные соли.

Поступившие в клетки органические вещества (или синтезированные в ходе фотосинтеза) расщепляются на строительные блоки – мономеры и направляются во все клетки организма (Рис. 2). Часть молекул этих веществ расходуется на синтез специфических органических веществ, присущих данному организму. В клетках синтезируются белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и так далее).

Другая часть низкомолекулярных органических соединений, поступивших в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена энергия, предназначенная непосредственно для выполнения работы.

Рис. 2. Распределение органических веществ (Источник)

Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела (у птиц и млекопитающих) и для других целей.

Обмен веществ (метаболизм) – совокупность биохимических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих процессы ее жизнедеятельности.

В ходе превращения веществ в клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.

В зависимости от общей направленности процессов выделяют катаболизм и анаболизм.

Анаболизм (ассимиляция) – совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток, этот процесс имеет второе название – пластический обмен.

Фотосинтез: 6Н₂О + 6СО₂ → С₆Н₁₂О₆ + 6СО₂ ↑

Сюда можно отнести, например, фиксацию азота и биосинтез белка, синтез углеводов из углекислого газа и воды в ходе фотосинтеза, синтез полисахаридов, липидов, нуклеотидов, ДНК, РНК и других веществ. Анаболизм является созидательным этапом обмена веществ, он всегда осуществляется с потреблением энергии и с участием ферментов.

Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций, в которых происходит распад крупных органических молекул до простых соединений с одновременным высвобождением энергии.

Катаболизм обеспечивает энергией все процессы, протекающие в клетке, и имеет второе название – энергетический обмен.

Дыхание: С₆Н₁₂О₆ + 6СО₂ → 6Н₂О + 6СО₂ + АТФ

При разрыве химических связей молекул органические соединения энергии высвобождаются и запасаются главным образом в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты – АТФ, универсального источника энергии у всех живых организмов (Рис. 3).

Рис. 3. Строение молекулы АТФ (Источник)

По своей химической природе АТФ является мононуклеотидом и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных между собой макроэргическими связями. Выделение энергии в клетке происходит при отделении одного из фосфорных остатков от молекулы АТФ, разрыв этой связи высвобождает 7,3 килокалории, тогда как при разрыве химических связей других соединений энергии выделяется в три-четыре раза меньше. При этом образуется молекула аденозиндифосфата – АДФ, с двумя фосфорными остатками. Она легко может восстановиться до АТФ, присоединив один остаток фосфорной кислоты или отдать еще один фосфорный остаток и превратиться в аденозинмонофосфат – АМФ (Рис. 4).

Рис. 4. Выработка энергии в клетке (Источник)

Переход АТФ в АДФ и обратно – это основной механизм выработки энергии в клетке. Отщепление от АТФ и АДФ фосфорного остатка приводит к выделению энергии, а присоединение к АМФ и АДФ фосфорного остатка приводит к накоплению энергии.

Мы рассмотрели два основных процесса обмена веществ в клетке, оба вида обмена составляют основу жизнедеятельности любой клетки, а следовательно, и любого организма и тесно связаны между собой.

 

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

 

Домашнее задание

1. Дать определение метаболизму.
2. Какие виды обмена составляют основу жизнедеятельности любой клетки?
3. Что является источником энергии у всех живых организмов?

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал Biofile.ru (Источник).
2. Интернет-портал Yaklass.ru (Источник).
3. Интернет-портал 5fan.ru (Источник).

метаболизм — Биологический энциклопедический словарь

(от греч. Metabole — перемена, превращение), 1) то же, что обмен веществ. 2) В более узком смысле М.— промежуточный обмен, охватывающий всю совокупность реакций, гл. обр. ферментативных, протекающих в клетках и обеспечивающих как расщепление сложных соединений, так и их синтез и взаимопревращение. Напр., продукт распада углеводов (пируват) после окисления (ацетил-КоА) используется на синтез жирных к-т, нек-рые аминокислоты, образовавшиеся при распаде белков, служат материалом для глюконеогенеза и т. д. Определ. последовательность ферментативных превращений к.-л. вещества в клетке наз. метаболическим путём, а образующиеся промежуточные продукты — метаболитами. Реакции М., приводящие к биосинтезу сложных соединений из более простых, наз. анаболическими, а их совокупность — анаболизмом. Эти реакции, как правило, идут с использованием энергии, обеспечивающей возможность их течения и наз. эндергоническими; в условиях равновесия концентрация продуктов реакции всегда меньше концентрации веществ, вступающих в реакцию. Ферментативные расщепления сложных соединений на более простые составляют совокупность процессов катаболизма (гидролиз, окисление). При этих реакциях (они наз. экзергоническими) запас свободной энергии системы уменьшается. В условиях равновесия концентрация продуктов реакции больше концентрации исходных веществ. Обе стороны М.— анаболизм и катаболизм — тесно взаимосвязаны во времени и пространстве. Выяснение отд. звеньев М. у разных классов растений, животных и микроорганизмов обнаружило принципиальную общность осн. путей биохимич. превращений в живой природе.

Источник: Биологический энциклопедический словарь на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. Метаболизм — (от греч. metabole — перемена, превращение) совокупность химических реакций, протекающих в живых клетках и обеспечивающих организм веществами и энергией для его жизнедеятельности, роста, размножения. В наиболее употребительном значении термин «М. Большая советская энциклопедия
2. метаболизм — орф. метаболизм, -а Орфографический словарь Лопатина
3. метаболизм — То же, что обмен веществ. Биология. Современная энциклопедия
4. метаболизм — Обме’н веще’ств – совокупность процессов катаболизма и анаболизма, обеспечивающих развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с внешней средой. Микробиология. Словарь терминов
5. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ -а; м. [от греч. metabolē — перемена, превращение] Биол. Совокупность химических превращений веществ и энергии в организме; обмен веществ. Толковый словарь Кузнецова
6. метаболизм — сущ., кол-во синонимов: 3 обмен 55 обмен веществ 1 стиль 95 Словарь синонимов русского языка
7. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ, см. в ст. обмен веществ и энергии. Ветеринарный энциклопедический словарь
8. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ — см. обмен веществ. (Терминология спорта. Толковый словарь спортивных терминов, 2001) Словарь спортивных терминов
9. метаболизм — метаболизм I м. Обмен веществ и энергии, совокупность процессов химических превращений веществ и энергии в живых организмах и обмен веществами и энергией между организмами и окружающей средой. II… Толковый словарь Ефремовой
10. МЕТАБОЛИЗМ — МЕТАБОЛИЗМ (обмен веществ), химические и физические процессы и изменения, постоянно происходящие в живом организме. Они включают расщепление органического вещества (КАТАБОЛИЗМ), приводящее к освобождению энергии… Научно-технический словарь
11. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ — процесс обмена веществ в организме, совокупность процессов ассимиляции и диссимиляции. Ботаника. Словарь терминов
12. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ, то же, что обмен веществ. Химическая энциклопедия
13. метаболизм — МЕТАБОЛИЗМ а, м. métabolisme m. <�гр. metabole перемена. 1. Обмен веществ в организмах, совокупность процессов, составляющих анаболизм и катаболизм. СИС 1954. 2. Течение в архитектуре сер. Словарь галлицизмов русского языка
14. метаболизм — Метаболизм — обмен веществ в организмах. Толковый словарь по почвоведению
15. метаболизм — Мета/бол/и́зм/. Морфемно-орфографический словарь
16. Метаболизм — Направление в архитектуре и градостроительстве, развивающееся с 1960-х гг. (японские архитекторы Кензо Танге, Кийонори Кикутаке и др.). Архитектурный словарь
17. Метаболизм — (греч. metabole изменение, превращение) см. Обмен веществ. Медицинская энциклопедия
18. метаболизм — [<�гр. перемена] – обмен веществ, совокупность процессов, охватывающих как усвоение пищевых веществ и построение из них живых веществ (анаболизм), так и распад этих веществ в организме (катаболизм)/ Большой словарь иностранных слов
19. МЕТАБОЛИЗМ — МЕТАБОЛИЗМ — направление в архитектуре и градостроительстве, развивающееся с 1960-х гг. (японские архитекторы Кэндзо Тангэ, Киенори Кикутакэ и др.). Большой энциклопедический словарь
20. метаболизм — Метаболизм, метаболизмы, метаболизма, метаболизмов, метаболизму, метаболизмам, метаболизм, метаболизмы, метаболизмом, метаболизмами, метаболизме, метаболизмах Грамматический словарь Зализняка