Обмен органических веществ в клетке

В любой живой клетке постоянно происходят сложнейшие химические и физические реакции Они необходимы для того, чтобы обеспечить постоянство внутренней среды как самой клетке, так и многоклеточном организме, находящемся под воздействием меняющихся внешних факторов Поддержание постоянства внутренней среды биологических систем получило название гомеостаза Если гомеостаз не может быть достигнут, то клетки и организм целом повреждаются или даже гибнут Для поддержания гомеостаза клетка осуществляет сложные и многообразные реакции синтеза и расщепления веществ, а также реакции превращения энергии Так, получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины и микроэлементы используются клетками для образования необходимых им химических соединений и клеточных структур Вся совокупность реакций биосинтеза веществ и их последующей сборки более крупные структуры называется ассимиляцией или анаболизмом, или пластическим обменом Примером такого рода процессов может служить образование белка. При большом количестве углеводов пище их избыток превращается жиры и откладывается организме человека. Органические вещества пищи белки, жиры, углеводы пищеварение Простые органические молекулы аминокислоты, жирные кислоты, моносахара биологические синтезы Макромолекулы тела белки, жиры, углеводы. Хемосинтез также представляет собой процесс синтеза органических соединении из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, а за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др Наибольшее значение имеют нитрифицирующие, железо и серобактерии. Сила, с которой вода поступает внутрь клетки, называется сосущей силой. По мере поступления воды вакуоль, ее объем увеличивается, вода разбавляет клеточный сок, и клеточные стенки начинают испытывать давление Клеточная стенка обладает определенной эластичностью и может растягиваться. С увеличением объема вакуоли цитоплазма прижимается к клеточной стенке и возникает тургорное давление на клеточную стенку Р Одновременно со стороны клеточной стенки возникает равное по величине противодавление клеточной стенки на протопласт Противодавление клеточной стенки называется потенциалом давления. Если растение находится условиях достаточной увлажненности почвы и воздуха, то клетки находятся состоянии полного тургора Когда клетка полностью насыщена водой тургесцентна, то ее сосущая сила равна нулю S 0, а тургорное давление равно потенциальному осмотическому давлению. Клетки могут быстро восстановить тургор, если растение получит достаточное количество воды или ночное время, когда растение получает достаточное количество воды из почвы А также при поливе.

Если поместить клетку гипертонический раствор с более низким водным потенциалом, то вода начинает выходить из клетки путем осмоса через плазматическую мембрану Сначала вода будет выходить из цитоплазмы, затем через тонопласт из вакуоли Живое содержимое клетки протопласт при этом сморщивается и отстает от клеточной стенки Происходит процесс плазмолиза Пространство между клеточной стенкой и протопластом заполняет наружный раствор Такая клетка называетсяплазмолизированной Вода будет выходить из клетки до тех пор, пока водный потенциал протопласта не станет равен водному потенциалу окружающего раствора, после чего клетка перестает сморщиваться Этот процесс обратим и клетка не получает повреждений. Обмен веществ и энергии клетке Фотосинтез, хемосинтез Процесс ассимиляции основные реакции. Ассимиляция пластический обмен совокупность реакций биологического синтеза Из простых веществ, поступающих клетку извне, образуются вещества, характерные для данной клетки Синтез веществ клетке происходит с использованием энергии, заключенной молекулах. Диссимиляция энергетический обмен совокупность реакций расщепления веществ При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Фотосинтез и хемосинтез две формы пластического обмена Фотосинтез процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Основное вещество, участвующее многоступенчатом процессе фотосинтеза хлорофилл Именно оно трансформирует солнечную энергию химическую. Чтобы чтото построить, надо затратить энергию этот процесс идет с поглощением энергии. Это процесс, при котором сложные вещества разлагаются на простые, энергия при этом выделяется. Пластический и энергетический обмены ассимиляция и диссимиляция находятся между собой неразрывной связи С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как процессе работы они изнашиваются и разрушаются Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой. Первый этап подготовительный Пища поступает организм животных и человека виде сложных высокомолекулярных соединений Прежде чем поступить клетки и ткани, эти вещества должны разрушиться до низкомолекулярных, более доступных для клеточного усвоения веществ На первом этапе происходит гидролитическое расщепление органических веществ, идущее при участии воды Оно протекает под действием ферментов пищеварительном тракте многоклеточных животных, пищеварительных вакуолях одноклеточных, а на клеточном уровне лизосомах Реакции подготовительного этапа. Под клеточным жизненным циклом понимают существование клетки от момента ее появления результате деления до другого деления или до гибели клетки.

Обмен воды и минеральных солей Кроме органических веществ организму необходимы вода и минеральные соли, при участии которых протекают процессы метаболизма Вода важнейший компонент всех видов клеток, основа межклеточной жидкости, плазмы и лимфы она составляет около 65 70 массы тела человека В клетках вода является растворителем ряда неорганических и органических соединений, участником многих видов химических реакций, которые происходят водных растворах Ежесуточно организм человека теряет большое количество воды с выводимой мочой, потом и выдыхаемым воздухом Поэтому человек восполняет потери воды процессе питья, а также получает ее с пищей Некоторое количество воды образуется при расщеплении веществ пищи первую очередь жиров Суточная потребность человека воде составляет примерно 2, 5 3, однако зависимости от условий внешней среды она может меняться. В витаминах нуждаются все живые клетки, но лишь некоторые организмы способны сами их синтезировать Так, ряд бактерий и дрожжей производят все витамины из простых химических соединений Такой же способностью обладает и большинство высших растений. Анионы йода играют важную роль гуморальной регуляции функций организма, так как они входят состав гормонов щитовид ной железы Хлор является основным анионом внутри и внеклеточ ной жидкостей организма Он играет роль процессах передачи не рвного импульса, синаптической передаче, образовании соляной кислоты желудочного сока Цинк, медь, магний, кобальт, железо вхо дят состав многих ферментов. При недостатке поступления какоголибо из этих химических элементов возникают заболевания, сопровождающиеся тяжелыми нарушениями обмена веществ. В сутки человек должен потреблять 400 500 углеводов Таким образом, они являются основным компонентом питании человека по массе. Обмен жиров Жиры состоят из глицерина и высших карбоно вых кислот Они являются гидрофобными соединениями, пло хо растворяются воде После обработки пищи ротовой полости и желудке химус содержит их виде крупных скоплений, капель В таком состоянии они не могут быть подвержены действию фер ментов пищеварительных соков Желчные кислоты, содержащиеся желчи, эмульгируют жиры, образуют из них более мелкие кап ли После этого начинают действовать липазы кишечного и панк реатического соков Они последовательно отщепляют от глицери на остатки жирных кислот В результате образуются три молекулы высших карбоновых кислот и одна молекула глицерина Они пере носятся из просвета кишечника эпителий ворсинок тонкой киш ки Там образуются молекулы липидов, свойственные данному организму После синтеза собственных, специфичных для организ ма, жиров они переходят из клеток эпителия преимущественно лим фатический млечный капилляр ворсинки тонкой кишки С током лимфы, минуя печень, липиды попадают кровь и далее направ ляются ко всем клеткам и тканям Наибольшее количество липи дов содержится жировой ткани до 90 Основные запасы жира находятся организме подкожной жировой клетчатке и клетча точных пространствах брюшной полости. Все витамины подразделяют на жирорастворимые и водорас творимые Жирорастворимые витамины поступают организм с жи рами пищи, без которых невозможно их всасывание К ним относят витамины A, D, Е, К Водорастворимые витамины это витамины группы. Витамин С аскорбиновая кис лота, противоцинготный витамин, участвует образовании ос новного белка соединительной ткани коллагена Он необходим для укрепления стенок сосудов, формирования здоровой кожи, укрепля ет мембраны клеток Витамин С увеличивает устойчивость организ ма к инфекциям При его недостатке возникает заболевание цин га У больных цингой поражаются кровеносные сосуды, стенка их значительно ослабевает, результате часто возникают небольшие кровоизлияния, появляется кровоточивость десен выпадают зубы Снижается также сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, плохо заживают раны Витамин содержится свежих фруктах, ягодах и овощах Особенно им богаты шиповник, черная смородина, клюква, цитрусовые Суточная потребность витамине С составляет 50 100. Основной обмен Это минимальный уровень энерготрат, кото рый необходим для поддержания жизненных функций организма условиях полного физического и эмоционального покоя Таким об разом, данный показатель характеризует количество энергии, необ ходимой только для функционирования внутренних органов серд ца, легких, почек, печени и др и поддержания необходимой темпе ратуры тела Измеряется он утренние часы с помощью специаль ных приборов калориметров Испытуемый должен находиться лежачем положении Измерение проводят натощак, при максималь ном расслаблении мышц, при этом внешняя температура поддержи вается на уровне 22 С Приборы фиксируют выделяемое организмом тепло Это так называемый метод прямой калориметрии Было уста новлено, что величина основного обмена для взрослого мужчины составляет примерно 4, 2 кДж на 1 кг массы тела час, 7200 кДж сутки для человека массой 72 кг Величина основного обмена у женщин несколько ниже Этот показатель уменьшается с возрастом. Обмен энергии между организмом и окружающей средой Че ловек относится к гомойотермным теплокровным животным, он характеризуется поддержанием постоянной температуры тела с допустимыми небольшими ее колебаниями Уровень обмена веществ теплокровных существ значительно выше холоднокровных Поддер жание постоянной температуры тела происходит за счет строгого баланса процессов образования тепла организмом человека тепло продукция и его обмена с внешней средой теплоотдача При этом образование тепла происходит так называемом ядре человечес кого организма, к которому относят внутренние органы и мышцы Теплообмен обеспечивает оболочка, которая включает кожу, сли зистую оболочку полости рта и глотки, глазного яблока и дыхатель ных путей Температура тела человека неравномерна разных его участках Так, температурном ядре внутренние органы она, как правило, выше чем на поверхности кожи Нормальной температурой подмышечной впадине считаются значения 36, 1 37, 1 С Особая роль принадлежит внутренним средам организма, обеспечивающим теплообмен между ядром и оболочкой Таким образом, терморегу ляция обеспечивается следующими процессами теплопродукцией ядре, теплообменом между ядром и оболочкой обеспечи вается преимущественно кровью и лимфой и теплоотдачей во вне шнюю среду.

Первые три механизма теплоотдачи становятся неэффективными при выравнивании температуры тела и температуры окружающей среды В этих условиях основным способом отдачи тепла является испарение пота с поверхности кожи и влаги с поверхности слизи стых оболочек Количество испаряемой воды условиях тяжелой физической работы и высокой температуры может доходить до. При охлаждении происходит сокращение гладких мышечных кле ток, образующих мышцу, поднимающую волос Стержень волоса приподнимается, и происходит выделение тепла В то же время эта мышца вызывает некоторое сжатие кожи и лежащих ее верхних слоях кровеносных сосудов Возникает гусиная кожа Эти процес сы сопровождаются снижением теплоотдачи. Терморегуляция Центр терморегуляции находится гипоталаму се промежуточном мозге По проводящим путям к нему поступа ют импульсы от терморецепторов специализированных нервных окончаний, способных воспринимать изменения температуры раз личных участков тела человека Термочувствительные клетки цент ра терморегуляции способны различать разницу температуры 0, 01 С Регуляция теплообмена осуществляется центром терморегу ляции посредством воздействия на эндокринную и вегетативную си стемы Увеличение теплопродукции наблюдается результате возра стания окислительных процессов активируются катаболические процессы и повышения мышечной активности Это происходит через возбуждение соматических нервных волокон Под влиянием гормонов и нервных импульсов изменяется деятельность сердца и со судов, что приводит к адекватным изменениям теплообмене меж ду ядром и оболочкой, а также теплообмене с внешней средой Аналогичным способом регулируются процессы удаления тепла из оболочки во внешнюю среду путем конвекции, излучения, теплопроведения и испарения. Обмен веществ и энергии основное свойство живого В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно с этим их распад с выделением энергии и образованием простых низкомолекулярных веществ диоксида углерода, воды, аммиака и др Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией или пластическим обменом В ходе ассимиляции обновляются органоиды клетки и накапливается запас энергии Распад структурных элементов клетки сопровождается выделением заключенной химических связях энергии, а конечные продукты распада, вредные для организма, выводятся за пределы клетки и затем из организма. Обмен жиров Жиры входят состав растительной и животной пищи Часть синтезированного организме жира откладывается запас, другая часть поступает клетку, где вместе с жироподобными веществами липоидами служит пластическим материалом, из которого строятся мембраны клеток и органоидов Жиры важный источник энергии При их окислении выделяются диоксид углерода, вода и освобождается энергия Расщепление 1 жиров сопровождается выделением 38, 9 кДж энергии Жиры могут синтезироваться организме человека из углеводов и белков Суточная потребность них для взрослого человека.

Витамины группы В B 1 В 2 В 6 B 12 и др регулируют многие ферментативные реакции обмена веществ, особенно обмена белков, аминокислот, нуклеиновых кислот При их недостатке нарушаются функции нервной системы например, болезнь берибери, желудочнокишечного тракта поносы, кроветворных органов злокачественное малокровие и др Эти витамины содержатся печени млекопитающих и некоторых рыб, почках, петрушке. Как известно, макро и микроэлементы, или минералы, как их теперь называют на западный манер, играют очень важную и существенную роль человеческом организме Ввиду этой важности некоторые несложные и практически применимые факты о них должен знать не только специалист, но и любой человек, желающий сам заботиться о своем здоровье. Дефицит Са спазмы мыщц рук и ног, судороги тетания мышц ног и спины, размягчение костей, остеопороз, разрушение зубов, депрессия. Играет важную роль регуляции нервномышечной активности сердца, укрепляет нормальный сердечный ритм, необходим для метаболизма кальция и витамина С, участвует превращении углеводов энергию Всего организме содержится около 20 Mg, основном костях и внутри клеток. В виде фосфата занимает одно из центральных мест процессах обмена веществ и энергии, входит состав костей и зубов, является частью многих биологических веществ. Микроэлементами называются такие химические элементы, содержание которых организме человека менее 0 001 Около двадцати из них являются жизненно необходимыми. В организме у железа три важнейшие функции обуславливает транспорт и депонирование кислорода входит состав гемоглобина и миоглобина, входит состав ферментов энергетического обмена и формирует активные центры многих других ферментов Также предупреждает ожирение и защищает хороший цвет кожи Всего организме содержится 35. Необходима для абсорбции и утилизации железа, участвует формировании эритроцитов, синтезе соединительной ткани, формировании и укреплении костей, передаче нервных импульсов Обладает противовоспалительными свойствами Требуется для регуляции гормональных механизмов Всего организме содержится до 80.

Дефицит Cu общая слабость, угнетение дыхания, кожные язвы, нарушения сердечнососудистой системы, скелета, соединительной ткани, поражение центральной нервной системы, возможна гиперхолестеринемия. Избыток Zn быстро выводится из организма, но возможен небольшой токсический эффект. Обмен веществ метаболизм это совокупность всех химических реакций, которые происходят организме Все эти реакции делятся на 2 группы. Установите соответствие между процессами и составляющими частями метаболизма 1 анаболизм ассимиляция, 2 катаболизм диссимиляция Запишите цифры 1 и 2 правильном порядке А брожение Б гликолиз В дыхание Г синтез белка Д фотосинтез Е хемосинтез. Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом качестве источника энергии Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма. В процессе фотосинтеза зелёные растения ассимилируют CO2 и образуют углеводы, фотосинтез представляет собой цепь последовательно совершающихся окислительновосстановительных реакций, которых принимает участие хлорофилл зелёный пигмент, способный улавливать солнечную энергию За счёт энергии света происходит фотохимическое разложение воды, причём кислород выделяется атмосферу, а водород используется для восстановления CO2 На сравнительно ранних этапах фотосинтеза образуется фосфоглицериновая кислота, которая, подвергаясь восстановлению, даёт трёхуглеродные сахара триозы Две триозы фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон под действием фермента альдолазы конденсируются с образованием гексозы фруктозодифосфата, который, свою очередь, превращается другие гексозы глюкозу, маннозу, галактозу Конденсация фосфодиоксиацетона с рядом других альдегидов приводит к образованию пентоз Образовавшиеся растениях гексозы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов сахарозы, крахмала, инулина, целлюлозы клетчатки и др Пентозы дают начало высокомолекулярным пентозанам, участвующим построении опорных тканей растений Во многих растениях гексозы могут превращаться полифенолы, фенолкарбоновые кислоты и другие соединения ароматического ряда В результате полимеризации и конденсации из этих соединений образуются дубильные вещества, антоцианы, флавоноиды и другие сложные соединения. У автотрофных организмов синтез белков начинается с усвоения неорганического азота N и синтеза аминокислот Некоторые микроорганизмы процессе азотфиксации усваивают из воздуха молекулярный азот, который при этом превращается аммиак NH3 Высшие растения и хемосинтезирующие микроорганизмы потребляют азот виде аммонийных солей и нитратов, причём последние предварительно подвергаются ферментативному восстановлению до NH3 Под действием соответствующих ферментов NH3 затем соединяется с кето или оксикислотами, результате чего образуются аминокислоты например, пировиноградная кислота и NH3 дают одну из наиболее важных аминокислот аланин Образовавшиеся аминокислоты могут далее подвергаться переаминированию и другим превращениям, давая все др аминокислоты, входящие состав белков. Гетеротрофные организмы также способны синтезировать аминокислоты из аммиачных солей и углеводов, однако животные и человек получают основную массу аминокислот с белками пищи Ряд аминокислот гетеротрофные организмы синтезировать не могут и должны получать их готовом виде составе пищевых белков. Наиболее древним и поэтому наиболее общим для всех организмов является процесс анаэробного расщепления органических веществ, осуществляющийся без участия кислорода Позднее этот первоначальный механизм получения энергии живыми клетками дополнился окислением образующихся промежуточных продуктов кислородом воздуха, который появился атмосфере Земли результате фотосинтеза Так возникло внутриклеточное, или тканевое дыхание. Основным источником запасённой химических связях энергии у большинства организмов являются углеводы Расщепление полисахаридов организме начинается с их ферментативного гидролиза Например, у растений при прорастании семян запасённый них крахмал гидролизуется амилазами, у животных поглощённый с пищей крахмал гидролизуется под действием амилаз слюны и поджелудочной железы, образуя мальтозу Мальтоза далее гидролизуется с образованием глюкозы В животном организме глюкоза образуется также результате расщепления гликогена Глюкоза подвергается дальнейшим превращениям процессах брожения или гликолиза, результате которых образуется пировиноградная кислота Последняя, зависимости от типа обмена веществ данного организма, сложившегося процессе исторического развития, может далее подвергаться разнообразным превращениям При различных видах брожений и при гликолизе мышцах пировиноградная кислота подвергается анаэробным превращениям В аэробных условиях процессе дыхания она может подвергаться окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты, а также служить источником образования других органических кислот щавелевоуксусной, лимонной, цисаконитовой, изолимонной, щавелевоянтарной, кетоглутаровой, янтарной, фумаровой и яблочной Их взаимные ферментативные превращения, приводящие к полному окислению пировиноградной кислоты до CO2 и H2O, называются трикарбоновых кислот циклом, или циклом Кребса.

Важнейшую роль регуляции обмена веществ и энергии клетках играют белковолипидные биологические мембраны, окружающие протоплазму и находящиеся ней ядро, митохондрии, пластиды и другие субклеточные структуры Поступление различных веществ клетку и выход их из неё регулируются проницаемостью биологических мембран Значительная часть ферментов связана с мембранами, которые они как бы вмонтированы В результате взаимодействия того или иного фермента с липидами и другими компонентами мембраны конформация его молекулы, а следовательно, и его свойства как катализатора будут иными, чем гомогенном растворе, Это обстоятельство имеет огромное значение для регулирования ферментативных процессов и обмена веществ целом. Нарушения обменов веществ выражаются недостаточном или избыточном накоплении веществ, участвующих обмене, изменении их взаимодействия и характера превращений, накоплении промежуточных продуктов обмена веществ, неполном или избыточном выделении продуктов и образовании веществ, не свойственных нормальному обмену Так, диабет сахарный характеризуется недостаточным усвоением углеводов и нарушением их перехода жир при ожирении происходит избыточное превращение углеводов жир подагра связана с нарушением выделения из организма мочевой кислоты Избыточное выделение с мочой мочекислых, фосфорнокислых и щавелевокислых солей может привести к выпадению этих солей осадок и к развитию почечнокаменной болезни Недостаточное выделение ряда конечных продуктов белкового обмена вследствие некоторых заболеваний почек приводит к уремии Накопление крови и тканях ряда промежуточных продуктов обмена веществ молочной, пировиноградной, ацетоуксусной кислот наблюдается при нарушении окислительных процессов, расстройствах питания и авитаминозах нарушение минерального обмена может привести к сдвигам кислотнощелочного равновесия Расстройство обмена холестерина лежит основе атеросклероза и некоторых видов желчнокаменной болезни К серьёзным расстройствам обмена веществ следует отнести нарушение усвоения белка при тиреотоксикозе, хроническом нагноении, некоторых инфекциях нарушение усвоения воды при диабете несахарном, солей извести и фосфора при рахите, остеомаляции и других заболеваниях костной ткани, солей натрия при аддисоновой болезни. Диагностика нарушений обмена веществ основывается на исследовании газообмена, соотношения между количеством того или иного поступающего организм вещества и выделением его, определении химических составных частей крови, мочи и других выделений Для изучения нарушений обмена веществ вводят изотопные индикаторы например, радиоактивный йод главным образом 131I при тиреотоксикозе. Липиды входят состав биологических мембран, например, плазматических мембран, являются компонентами коферментов и источниками энергии Липиды являются гидрофобными или амфифильными биологическими молекулами, растворимыми органических растворителях таких, как бензол или хлороформ Жиры большая группа соединений, состав которых входят жирные кислоты и глицерин Молекула трёхатомного спирта глицерина, образующая три сложные эфирные связи с тремя молекулами жирных кислот, называется триглицеридом Наряду с остатками жирных кислот, состав сложных липидов может входить, например, сфингозин сфинголипиды, гидрофильные группы фосфатов фосфолипидах Стероиды, например холестерол, представляют собой ещё один большой класс липидов. Сахара могут существовать кольцевой или линейной форме виде альдегидов или кетонов, имеют несколько гидроксильных групп Углеводы являются наиболее распространёнными биологическими молекулами Углеводы выполняют следующие функции хранение и транспортировка энергии крахмал, гликоген, структурная целлюлозарастений, хитин у животных Наиболее распространенными мономерами сахаров являются гексозы глюкоза, фруктоза и галактоза Моносахариды входят состав более сложных линейных или разветвленных полисахаридов. Нуклеозиды продукты присоединения азотистых оснований к сахару рибозе Примерами азотистых оснований являются гетероциклические азотсодержащие соединения производные пуринов и пиримидинов Некоторые нуклеотиды также выступают качестве коферментов реакциях переноса функциональных групп. Катаболизм у животных может быть разделён на три основных этапа Вопервых, крупные органические молекулы, такие как белки, полисахариды и липиды расщепляются до более мелких компонентов вне клеток Далее эти небольшие молекулы попадают клетки и превращается ещё более мелкие молекулы, например, ацетилКоА В свою очередь, ацетильная группа кофермента А окисляется до воды и углекислого газа цикле Кребса и дыхательной цепи, высвобождая при этом энергию, которая запасается форме. Такие макромолекулы, как крахмал, целлюлоза или белки, должны расщепляться до более мелких единиц прежде, чем они могут быть использованы клетками Несколько классов ферментов принимают участие деградации протеазы, которые расщепляют белки до пептидов и аминокислот, гликозидазы, которые расщепляют полисахариды до олиго и моносахаридов. Микроорганизмы выделяют гидролитические ферменты пространство вокруг себя, чем отличаются от животных, которые выделяют такие ферменты только из специализированных железистых клеток Аминокислоты и моносахариды, образующиеся результате активности внеклеточных ферментов, затем поступают клетки с помощью активного транспорта. Многие организмы запасают питательные вещества форме липидов и жиров, однако, позвоночные не имеют ферментов, катализирующих превращение ацетилКоА продукта метаболизма жирных кислот пируват субстрат глюконеогенеза После длительного голодания позвоночные начинают синтезировать кетоновые тела из жирных кислот, которые могут заменять глюкозу таких тканях, как головной мозг У растений и бактерий, данная метаболическая проблема решается использованием глиоксилатного цикла, который обходит этап декарбоксилирования цикле лимонной кислоты и позволяет превращать ацетилКоА оксалоацетат, и далее использовать для синтеза глюкозы.

Полисахариды выполняют структурные и метаболические функции, а также могут быть соединены с липидами гликолипиды и белками гликопротеиды при помощи ферментов олигосахаридтрансфераз. Жирные кислоты образуются синтазами жирных кислот из ацетилКоА Углеродный скелет жирных кислот удлиняется цикле реакций, которых сначала присоединяется ацетильная группа, далее карбонильная группа восстанавливается до гидроксильной, затем происходит дегидратация и последующее восстановление Ферменты биосинтеза жирных кислот классифицируют на две группы у животных и грибов все реакции синтеза жирных кислот осуществляются одним многофункциональным белком I типа, пластидах растений и у бактерий каждый этап катализируют отдельные ферменты II типа. Связанной с этим проблемой для аэробных организмов является оксидативный стресс В процессе окислительного фосфорилирования и образования дисульфидных связейпри укладке белка образуются активные формы кислорода, например пероксид водорода Эти повреждающие оксиданты удаляются антиоксидантами, например глутатионом и ферментами каталазой и пероксидазами. Классически, метаболизм изучается упрощённым подходом, который фокусируется на одном метаболическом пути Особенно ценно использование меченых атомов на организменном, тканевом и клеточном уровнях, которые определяют пути от предшественников до конечных продуктов путём выявления радиоактивно меченых промежуточных продуктов Ферменты, которые катализируют эти химические реакции, могут затем быть выделены для исследования их кинетики и ответа на ингибиторы Параллельный подход заключается выявлении небольших молекул клетки или ткани полный набор этих молекул называется метаболом В целом, эти исследования дают хорошее представление о структуре и функциях простых путей метаболизма, но недостаточны применении к более сложных системам, например полной метаболизм клетки. Основная технологическая основа этой информации метаболическая инженерия Здесь организмы, например дрожжи, растения или бактерии, генетически модифицируются, чтобы сделать их более эффективными биотехнологии и помочь производстве лекарств, например антибиотиков или промышленных химических веществ, таких как 1, 3пропандиола и шикимовой кислоты Эти генетические модификации обычно направлены на уменьшение количества энергии, используемой для производства продукции, повышения урожайности и снижения производственных отходов. Использование материалов без активной гиперссылки запрещено ссылка должна быть без использования noindex и rel nofollow Если обнаружили у нас своё фото без указания автора, то свяжитесь с нами Информация, размещенная на сайте и на странице Обмен веществ метаболизм том числе, является мнениями авторов и необязательно является истинной Сайт может содержать материалы тексты, картинки, не предназначенные для лиц младше 18ти. В клетках обнаружено около 60 элементов периодической системы Менделеева, встречающихся и неживой природе Это одно из доказательств общности живой и неживой природы В живых организмах наиболее распространены водород, кислород, углерод и азот, которые составляют около 98 массы клеток Такое обусловлено особенностями химических свойств водорода, кислорода, углерода и азота, вследствие чего они оказались наиболее подходящими для образования молекул, выполняющих биологические функции Эти четыре элемента способны образовывать очень прочные ковалентные связи посредством спаривания электронов, принадлежащих двум атомам Ковалентно связанные атомы углерода могут формировать каркасы бесчисленного множества различных органических молекул Поскольку атомы углерода легко образуют ковалентные связи с кислородом, водородом, азотом, а также с серой, органические молекулы достигают исключительной сложности и разнообразия строения. Функции белков клетке чрезвычайно многообразны Одна из важнейших строительная функция белки участвуют образовании всех клеточных мембран и органоидов клетки, а также внутриклеточных структур Исключительно важное значение имеет ферментативная каталитическая роль белков Ферменты ускоряют химические реакции, протекающие клетке, 10ки и 100ни миллионов раз Двигательная функция обеспечивается специальными сократительными белками Эти белки участвуют во всех видах движений, к которым способны клетки и организмы мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных, движение листьев у растений и др Транспортная функция белков заключается присоединении химических элементов например, гемоглобин присоединяет О или биологически активных веществ гормонов и переносе их к тканям и органам тела Защитная функция выражается форме выработки особых белков, называемых антителами, ответ на проникновение организм чужеродных белков или клеток Антитела связывают и обезвреживают чужеродные вещества Белки играют немаловажную роль как источники энергии При полном расщеплении 1г белков выделяется 17, 6. Жиры представляют собой соединения жирных высокомолекулярных кислот и трехатомного спирта глицерина Жиры не растворяются воде они гидрофобны В клетке всегда есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые липоидами. Некоторые бактерии, лишенные хлорофилла, способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию химических реакций неорганических веществ Преобразование энергии химических реакций химическую энергию синтезируемых органических соединений называется хемосинтезом К группе автотрофов хемосинтетиков хемотрофов относят нитрифицирующие бактерии Некоторые из них используют энергию окисления аммиака азотистую кислоту, другие энергию окисления азотистой кислоты азотную Известны хемосинтетики, извлекающие энергию из окисления двухвалентного железа трехвалентное или из окисления сероводорода до серной кислоты Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы форму, пригодную для усвоения растениями, хемосинтезирующие бактерии играют важную роль круговороте веществ природе. Клетка покрыта наружной мембраной, внутреннее содержимое клетки называется цитоплазмой В цитоплазме находится ядро Важнейшие органоиды эндоплазматическая сеть, рибосомы, комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды, клеточный центр.

Эукариоты истинно ядерные, имеют четко оформленное ядро и все основные структурные компоненты клетки К эукариотам относятся растения, животные, грибы Эукариотная клетка имеет сложное строение Она состоит из трех неразрывно связанных частей. Вещества поступают клетку различными путями диффузно низкомолекулярные ионы осмосом вода активным транспортом через специальные белковые каналы с затратой энергии с помощью эндоцитоза крупные частицы. Лизосомы шарообразные тельца, содержащие гидролитические ферменты, которые расщепляют высокомолекулярные вещества, обеспечивают внутриклеточное переваривание. Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли мембранные тельца, заполненные клеточным соком и питательными веществами. Кроме перечисленных некоторые клетки имеют специфические органоиды реснички и жгутики, которые обеспечивают движение, преимущественно одноклеточных организмов Имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов ресничный эпителий Реснички и жгутики представляют собой выросты цитоплазмы, окруженные клеточной мембраной Внутри выростов находятся микротрубочки, сокращение которых приводит движение клетку. Автотрофные организмы синтезируют органические вещества процессе фотосинтеза из неорганических углекислого газа, воды, минеральных солей, используя энергию солнечного света К ним относятся все растительные организмы, синезеленые водоросли цианобактерии К автотрофному питанию способны и хемосинтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ серы, железа, азота. Схематично уравнение темновой фазы можно представить следующим образом.

Фотосинтез синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света Суммарное уравнение фотосинтеза. Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света. Питание клетки происходит результате ряда сложных химических реакций, ходе которых вещества, поступившие клетку из внешней среды углекислый газ, минеральные соли, вода, входят состав тела самой клетки виде белков, сахаров, жиров, масел, азотных и фосфорных соединений. Фотосинтетики это автотрофы которые используют энергию солнечного света растения, цианобактерии, простейшие. Фотосистема 2 содержит хлорофилл а2 который воспринимает квант света длиной 680 нанометров. Метофаза здесь на экваторе клетки биваленты образуют метофазную пластинку через центромеры которых также проходят нити веретена деления. Гаметогенез это образование половых клеток, которые протекают половых железахгенадах яичники, семянники. В пестике из первичной женской клетки путем мейоза формируется 1 мегаспора и 3 клетки отмирают Получившаяся мегаспора еще делится на 2 клетки, 1 занимает центральное место завизи, а 2 опускается вниз.

Затем клетки морулы продолжают делиться и образуется бластула это зародыш, состоящий из нескольких сотен клеток, расположенных 1 слой, Бластула имеет полость и размер ее такой же как у зиготы. Затем между эКтодермой и эНтодермой симметрично с двух концов от первичного рта формируется 3 зародышевый лист мезодерма. Здесь отсутствует куколка и метаморфоз происходит течении стадии личинки. Минеральные соли нужны нашему организму так же, как белки, углеводы, жиры и вода Минеральные соли входят состав всех клеток человеческого организма и являются важными участниками процесса обмена веществ. Магний Мg Магний содержится шпинате, помидорах, сельдерее, орехах, инжире и отрубях Соли магния, так же как и соли кальция, формируют костную ткань. Второй этап бескислородный, или анаэробный Он называется также анаэробным дыханием гликолизом или брожением Гликолиз происходит клетках животных Он характеризуется ступенчатостью, участием более десятка различных ферментов и образованием большого числа промежуточных продуктов. Автотрофные организмы автотрофы это организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества с использованием энергии солнца фототрофы или энергии, освобождающейся при химических реакциях хемотрофы К автотрофам относятся наземные зеленые растения, водоросли, фототрофные бактерии, источником энергии для которых является свет, а так же некоторые бактерии, использующие окисление неорганических веществ. Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи. Все без исключения органы и ткани организмов находятся состоянии непрерывного химического взаимодействия с др органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой С помощью метода изотопных индикаторов См Изотопные индикаторы установлено, что интенсивный О происходит любой живой клетке. Источником энергии, необходимой для поддержания жизни, роста, размножения, подвижности, возбудимости и др проявлений жизнедеятельности, являются процессы окисления части тех продуктов расщепления, которые используются клетками для синтеза структурных компонентов.

Диссимиляция углеводов Основным источником запасённой химических связях энергии у большинства организмов являются углеводы Расщепление полисахаридов организме начинается с их ферментативного гидролиза Например, у растений при прорастании семян запасённый них крахмал гидролизуется амилазами См Амилазы, у животных поглощённый с пищей крахмал гидролизуется под действием амилаз слюны и поджелудочной железы, образуя мальтозу Мальтоза далее гидролизуется с образованием глюкозы В животном организме глюкоза образуется также результате расщепления гликогена Глюкоза подвергается дальнейшим превращениям процессах брожения или гликолиза, результате которых образуется пировиноградная кислота Последняя, зависимости от типа О данного организма, сложившегося процессе исторического развития, может далее подвергаться разнообразным превращениям При различных видах брожений и при гликолизе мышцах пировиноградная кислота подвергается анаэробным превращениям В аэробных условиях процессе дыхания она может подвергаться окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты, а также служить источником образования др органических кислот щавелевоуксусной, лимонной, цисаконитовой, изолимонной, щавелевоянтарной, кетоглутаровой, янтарной, фумаровой и яблочной Их взаимные ферментативные превращения, приводящие к полному окислению пировиноградной кислоты до CO 2 и H 2 O, называются Трикарбоновых кислот цикл ом, или циклом Кребса. Диссимиляция жиров также начинается с их гидролитического расщепления липазами См Липазы с образованием свободных жирных кислот и глицерина эти вещества могут далее легко окисляться, давая, конечном счёте, CO 2 и H 2 O Окисление жирных кислот идёт главным образом путём βокисления, таким образом, что от молекулы жирной кислоты отщепляются два углеродных атома, дающих остаток уксусной кислоты, и образуется новая жирная кислота, которая может подвергнуться дальнейшему βокислению Получающиеся остатки уксусной кислоты либо используются для синтеза различных соединений например, ароматических соединений, изопреноидов и др, либо окисляются до CO 2 и H 2 O См также Жировой обмен Липиды. Так, продукты дезаминирования аспарагиновой и глутаминовой кислот щавелевоуксусная и αкетоглутаровая кислоты являются вместе с тем важнейшими звеньями окислительных превращений углеводов, происходящих процессе дыхания Пировиноградная кислота важнейший промежуточный продукт, образующийся при брожении и дыхании, также тесно связана с белковым обменом взаимодействуя с NH 3 и соответствующим ферментом, она даёт важную аминокислоту αаланин Теснейшая связь процессов брожения и дыхания с обменом липидов организме проявляется том, что фосфоглицериновый альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции углеводов, является исходным веществом для синтеза глицерина С др стороны, результате окисления пировиноградной кислоты получаются остатки уксусной кислоты, из которых синтезируются высокомолекулярные жирные кислоты и разнообразные изопреноиды Терпены Каротиноиды Стероиды Т о процессы брожения и дыхания приводят к образованию соединений, необходимых для синтеза жиров и др веществ. В превращениях веществ организме важное место занимают Витамины вода и различные минеральные соединения Витамины участвуют многочисленных ферментативных реакциях составе коферментов См Коферменты Так, производное витамина B 1 тиаминпирофосфат служит коферментом при окислительном декарбоксилировании αкетокислот, том числе пировиноградной кислоты фосфорнокислый эфир витамина B 6 пиридоксальфосфат необходим для каталитического переаминирования, декарбоксилирования и др реакций обмена аминокислот Производное витамина А входит состав зрительного пигмента Функции ряда витаминов например, аскорбиновой кислоты окончательно не выяснены Разные виды организмов различаются как способностью к биосинтезу витаминов, так и своими потребностями наборе тех или иных поступающих с пищей витаминов, которые необходимы для нормального. Важнейшую роль регуляции обмена веществ и энергии клетках играют белковолипидные Биологические мембраны окружающие протоплазму и находящиеся ней ядро, митохондрии, пластиды и др субклеточные структуры Поступление различных веществ клетку и выход их из неё регулируются проницаемостью биологических мембран См Проницаемость биологических мембран Значительная часть ферментов связана с мембранами, которые они как бы вмонтированы В результате взаимодействия того или иного фермента с липидами и др компонентами мембраны конформация его молекулы, а следовательно, и его свойства как катализатора будут иными, чем гомогенном растворе, Это обстоятельство имеет огромное значение для регулирования ферментативных процессов и О в целом.

Нарушения О выражаются недостаточном или избыточном накоплении веществ, участвующих обмене, изменении их взаимодействия и характера превращений, накоплении промежуточных продуктов О в неполном или избыточном выделении продуктов О и образовании веществ, не свойственных нормальному обмену Так, Диабет сахарный характеризуется недостаточным усвоением углеводов и нарушением их перехода жир при ожирении См Ожирение происходит избыточное превращение углеводов жир Подагра связана с нарушением выделения из организма мочевой кислоты Избыточное выделение с мочой мочекислых, фосфорнокислых и щавелевокислых солей может привести к выпадению этих солей осадок и к развитию почечнокаменной болезни См Почечнокаменная болезнь Недостаточное выделение ряда конечных продуктов белкового обмена вследствие некоторых заболеваний почек приводит к уремии См Уремия Накопление крови и тканях ряда промежуточных продуктов О молочной, пировиноградной, ацетоуксусной кислот наблюдается при нарушении окислительных процессов, расстройствах питания и авитаминозах нарушение минерального обмена может привести к сдвигам кислотнощелочного равновесия См Кислотнощелочное равновесие Расстройство обмена холестерина лежит основе Атеросклероз а и некоторых видов желчнокаменной болезни См Желчнокаменная болезнь К серьёзным расстройствам О следует отнести нарушение усвоения белка при тиреотоксикозе, хроническом нагноении, некоторых инфекциях нарушение усвоения воды при диабете несахарном См Диабет несахарный, солей извести и фосфора при Рахит, остеомаляции См Остеомаляция и др заболеваниях костной ткани, солей натрия при аддисоновой болезни См Аддисонова болезнь.

 

© Copyright 2017-2018 - academy-schools-7.ru