|
Метаболизм
| |
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 07:55 | Сообщение # 1 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| Метаболизм (от греч. Μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для
поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и
размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия
окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе
катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в
процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества,
как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.
Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной
жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением:
за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки
капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной
жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют
метоболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически
значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют
важную роль в метаболических процессах потому, что:
- действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;
- позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.
Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная
молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так,
например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве
источника энергии, однако этот газ ядовит для животных. Скорость обмена
веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.
Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих
видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых
существ.Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся
интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех
организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами
эукариот. Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой
эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в
истории эволюции.
®
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 07:57 | Сообщение # 2 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| 1. Ассимиляция
Особенно значительны различия в обмена веществ у представителей
разных групп организмов в начальных этапах процесса ассимиляции. Как
полагают, первичные организмы использовали для питания органического
вещества, возникшие абиогенным путём; при последующем развитии жизни у
некоторых из живых существ возникла способность к синтезу органических
веществ. По этому признаку все организмы могут быть разделены на
гетеротрофов и автотрофов. У гетеротрофов, к которым принадлежат все
животные, грибы и многие виды бактерий, Обмен веществ основан на питании
готовыми органическими веществами. Правда, они обладают способностью
усваивать некоторое, сравнительно незначительное, количество CO2,
используя его для синтеза более сложных органических веществ. Однако
этот процесс совершается гетеротрофами только за счёт использования
энергии, заключённой в химических связях органических веществ пищи.
Автотрофы (зелёные растения и некоторые бактерии) не нуждаются в готовых
органических веществах и осуществляют их первичный синтез из входящих в
их состав элементов. Некоторые из автотрофов (серобактерии,
железобактерии и нитрифицирующие бактерии) используют для этого энергию
окисления неорганических веществ. Зелёные растения образуют органические
вещества за счёт энергии солнечного света в процессе фотосинтеза —
основного источника органического вещества на Земле.
Биосинтез углеводов
В процессе фотосинтеза зелёные растения ассимилируют CO2 и образуют
углеводы, фотосинтез представляет собой цепь последовательно
совершающихся окислительно-восстановительных реакций, в которых
принимает участие хлорофилл — зелёный пигмент, способный улавливать
солнечную энергию. За счёт энергии света происходит фотохимическое
разложение воды, причём кислород выделяется в 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 — фруктозо-дифосфата,
который, в свою очередь, превращается в другие гексозы — глюкозу,
маннозу, галактозу. Конденсация фосфодиоксиацетона с рядом других
альдегидов приводит к образованию пентоз. Образовавшиеся в растениях
гексозы служат исходным материалом для синтеза сложных углеводов —
сахарозы, крахмала, инулина, целлюлозы (клетчатки) и др. Пентозы дают
начало высокомолекулярным пентозанам, участвующим в построении опорных
тканей растений. Во многих растениях гексозы могут превращаться в
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.
Животные и другие гетеротрофы получают углеводы в готовом виде с
пищей, преимущественно в виде дисахаридов и полисахаридов (сахароза,
крахмал). В пищеварительном тракте углеводы под действием ферментов
расщепляются на моносахариды, которые всасываются в кровь и разносятся
ею по всем тканям организма. В тканях из моносахаридов синтезируется
запасной полисахарид животных — гликоген.
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 07:57 | Сообщение # 3 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| Биосинтез липидов
Первичные продукты фотосинтеза, хемосинтеза и образовавшиеся из них
или поглощённые с пищей углеводы являются исходным материалом для
синтеза липидов — жиров и других жироподобных веществ. Так, например,
накопление жиров в созревающих семенах масличных растений происходит за
счёт сахаров. Некоторые микроорганизмы (например, Torulopsis lipofera)
при культивировании на растворах глюкозы за 5 часов образуют до 11% жира
на сухое вещество. Глицерин, необходимый для синтеза жиров, образуется
путём восстановления фосфоглицеринового альдегида. Высокомолекулярные
жирные кислоты — пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие, дающие
при взаимодействии с глицерином жиры, синтезируются в организме из
уксусной кислоты — продукта фотосинтеза или окисления веществ,
образовавшихся в результате распада углеводов. Животные получают жиры
также с пищей. При этом жиры в пищеварительном тракте расщепляются
липазами на глицерин и жирные кислоты и усваиваются организмом.
Биосинтез белков
У автотрофных организмов синтез белков начинается с усвоения
неорганического азота (N) и синтеза аминокислот. Некоторые
микроорганизмы в процессе азотфиксации усваивают из воздуха молекулярный
азот, который при этом превращается в аммиак (NH3). Высшие растения и
хемосинтезирующие микроорганизмы потребляют азот в виде аммонийных солей
и нитратов, причём последние предварительно подвергаются
ферментативному восстановлению до NH3. Под действием соответствующих
ферментов NH3 затем соединяется с кето- или оксикислотами, в 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 в 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 в готовом виде в
составе пищевых белков.
Аминокислоты, соединяясь друг с другом под действием соответствующих
ферментов, образуют различные белки. Белками являются все ферменты.
Некоторые структурные и сократительные белки также обладают
каталитической активностью. Так, мышечный белок миозин способен
гидролизовать аденозинтрифосфат (АТФ), поставляющий энергию, необходимую
для мышечного сокращения. Простые белки, вступая во взаимодействие с
другими веществами, дают начало сложным белкам — протеидам: соединяясь с
углеводами, белки образуют гликопротеиды, с липидами — липопротеиды, с
нуклеиновыми кислотами —нуклеопротеиды. Липопротеиды — основной
структурный компонент биологических мембран; нуклеопротеиды входят в
состав хроматина клеточных ядер, образуют клеточные белоксинтезирующие
частицы —рибосомы.
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 07:59 | Сообщение # 4 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| 2. Диссимиляция
Источником энергии, необходимой для поддержания жизни, роста, размножения, подвижности, возбудимости и других проявлений
жизнедеятельности, являются процессы окисления части тех продуктов
расщепления, которые используются клетками для синтеза структурных
компонентов.
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 в атмосфере Земли в результате фотосинтеза. Так возникло
внутриклеточное, или тканевое дыхание.
Диссимиляция углеводов
Основным источником запасённой в химических связях энергии у
большинства организмов являются углеводы. Расщепление полисахаридов в
организме начинается с их ферментативного гидролиза. Например, у
растений при прорастании семян запасённый в 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 в результате расщепления гликогена.
Глюкоза подвергается дальнейшим превращениям в процессах брожения или
гликолиза, в результате которых образуется пировиноградная кислота.
Последняя, в зависимости от типа обмена веществ данного организма,
сложившегося в процессе исторического развития, может далее подвергаться
разнообразным превращениям. При различных видах брожений и при
гликолизе в мышцах пировиноградная кислота подвергается анаэробным
превращениям. В аэробных условиях — в процессе дыхания — она может
подвергаться окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной
кислоты, а также служить источником образования других органических
кислот: щавелево-уксусной, лимонной, цис-аконитовой, изолимонной,
щавелево-янтарной, 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.
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 07:59 | Сообщение # 5 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| Диссимиляция жиров
Диссимиляция жиров также начинается с их гидролитического расщепления
липазами с образованием свободных жирных кислот и глицерина; эти
вещества могут далее легко окисляться, давая, в конечном счёте, CO2 и
H2O. Окисление жирных кислот идёт главным образом путём b-окисления, то
есть таким образом, что от молекулы жирной кислоты отщепляются два
углеродных атома, дающих остаток уксусной кислоты, и образуется новая
жирная кислота, которая может подвергнуться дальнейшему b-окислению.
Получающиеся остатки уксусной кислоты либо используются для синтеза
различных соединений (например, ароматических соединений, изопреноидов и
другие), либо окисляются до CO2 и H2O.
Диссимиляция белков
Диссимиляция белков начинается с их гидролитического расщепления протеолитическими ферментами, в результате чего образуются
низкомолекулярные пептиды и свободные аминокислоты. Такого рода
вторичное образование аминокислот происходит, например, весьма
интенсивно при прорастании семян, когда белки, содержащиеся в эндосперме
или в семядолях семени, гидролизуются с образованием свободных
аминокислот, частично используемых на построение тканей развивающегося
растения, а частично подвергающихся окислительному распаду.
Происходящий в процессе диссимиляции окислительный распад аминокислот
осуществляется путём дезаминирования и приводит к образованию
соответствующих кето- или оксикислот. Эти последние либо подвергаются
дальнейшему окислению до CO2 и H2O, либо используются на синтез
различных соединений, в том числе новых аминокислот. У человека и
животных особенно интенсивный распад аминокислот идёт в печени.
Образующийся при дезаминировании аминокислот свободный МН3 ядовит для
организма; он связывается с кислотами или же превращается в мочевину,
мочевую кислоту, аспарагин или глутамин. У животных аммонийные соли,
мочевина и мочевая кислота выводятся из организма, у растений же
аспарагин, глутамин и мочевина используются в организме в качестве
запасных источников азота. Образование мочевины при окислительной
диссимиляции аминокислот осуществляется в основном с помощью
орнитинового цикла, который тесно связан с др. превращениями белков и
аминокислот в организме. Диссимиляция аминокислот может происходить
также путём их декарбоксилирования, при котором из аминокислоты
образуются CO2 и какой-либо амин или же новая аминокислота (например,
при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин — физиологически
активное вещество, а при декарбоксилировании аспарагиновой кислоты —
новая аминокислота — (a- или b-аланин). Амины могут подвергаться
метилированию, образуя различные бетаины и такие важные соединения, как,
например, холин. Растения используют амины (наряду с некоторыми
аминокислотами) для биосинтеза алкалоидов.
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 08:00 | Сообщение # 6 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| 3. Связь обмена углеводов, липидов, белков и других соединений
Все биохимические процессы, совершающиеся в организме, тесно связаны друг с другом. Взаимосвязь обмена белков с
окислительно-восстановительными процессами осуществляется различным
образом. Отдельные биохимические реакции, лежащие в основе процесса
дыхания, происходят благодаря каталитическому действию соответствующих
ферментов, то есть белков. Вместе с тем сами продукты расщепления
белков — аминокислоты могут подвергаться различным
окислительно-восстановительным превращениям — декарбоксилированию,
дезаминированию и другим.
Так, продукты дезаминирования аспарагиновой и глутаминовой кислот —
щавелево-уксусная и a-кетоглутаровая кислоты — являются вместе с тем
важнейшими звеньями окислительных превращений углеводов, происходящих в
процессе дыхания. Пировиноградная кислота — важнейший промежуточный
продукт, образующийся при брожении и дыхании,— также тесно связана с
белковым обменом: взаимодействуя с NH3 и соответствующим ферментом, она
даёт важную аминокислоту a-аланин. Теснейшая связь процессов брожения и
дыхания с обменом липидов в организме проявляется в том, что
фосфоглицериновый альдегид, образующийся на первых этапах диссимиляции
углеводов, является исходным веществом для синтеза глицерина. С другой
стороны, в результате окисления пировиноградной кислоты получаются
остатки уксусной кислоты, из которых синтезируются высокомолекулярные
жирные кислоты и разнообразные изопреноиды (терпены, каротиноиды,
стероиды).
|
| |
|
|
| Юрий | Дата: Среда, 25.06.2014, 08:00 | Сообщение # 7 |
|
Земля
Группа: admin
Сообщений: 1694
Статус: Offline
| 4. Роль витаминов и минеральных веществ в обмене веществ
В превращениях веществ в организме важное место занимают витамины, вода и различные минеральные соединения. Витамины участвуют в
многочисленных ферментативных реакциях в составе коферментов. Так,
производное витамина B1 — тиаминпирофосфат — служит коферментом при
окислительном декарбоксилировании (a-кетокислот, в том числе
пировиноградной кислоты; фосфорнокислый эфир витамина B6—
пиридоксальфосфат — необходим для каталитического переаминирования,
декарбоксилирования и других реакций обмена аминокислот. Производное
витамина А входит в 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 в наборе тех или иных поступающих с пищей
витаминов, которые необходимы для нормального обмен веществ.
Важную роль в минеральном обмене играют Na, К, Ca, Р, а также
микроэлементы и другие неорганические вещества. Na и К участвуют в
биоэлектрических и осмотических явлениях в клетках и тканях, в
механизмах проницаемости биологических мембран; Ca и Р — основные
компоненты костей и зубов; Fe входит в состав дыхательных пигментов
—гемоглобина и миоглобина, а также ряда ферментов. Для активности
последних необходимы и другие микроэлементы (Cu, Mn, Mo, Zn).
Решающую роль в энергетических механизмах обмена веществ играют
эфиры фосфорной кислоты и прежде всего аденозинфосфорные кислоты,
которые воспринимают и накапливают энергию, выделяющуюся в организме в
процессах гликолиза, окисления, фотосинтеза. Эти и некоторые другие
богатые энергией соединения передают заключённую в их химических связях
энергию для использования её в процессе механической, осмотической и др.
видов работы или же для осуществления синтетических реакций, идущих с
потреблением энергии.
|
| |
|
|
|
