Метаболизм клетки: диссимиляция и ассимиляция

Виды метаболизма

Рисунок 1. Виды метаболизма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Метаболизм (обмен веществ) состоит из двух процессов:

1. Диссимиляция (энергетический обмен, катаболизм) - распад сложных веществ на простые с выделением энергии. По способу диссимиляции выделяют аэробов и анаэробов.
2. Ассимиляция (пластический обмен, анаболизм) - совокупность процессов биосинтеза, которые протекают в живом организме.

По способу ассимиляции выделяют автотрофов и гетеротрофов. Автотрофы представляют собой организмы, которые способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических, используя энергию Солнца или энергию окисления неорганических веществ. Гетеротрофы являются организмами, которые получают готовые органические вещества вместе с пищей.

Диссимиляция у аэробов

Выделяют три этапа:

1. Подготовительный этап. Протекает в пищеварительной системе или в клетке под действием ферментов лизосом. Биополимеры распадаются до мономеров с выделением тепла.
2. Бескислородный (анаэробный) этап.Проходит в матриксе цитоплазмы. Начинается гликолиз. Под действием ферментов глюкоза расщепляется до двух молекул ПВК, выделяются 4 молекулы водорода, которые присоединяются к ${НАД^+}$ и образуют ${НАД \cdot H}$. Также выделяется 2 молекулы АТФ.
3. Кислородный (аэробный) этап. Проходит в митохондриях. Идет цикл Кребса

Рисунок 2. Цикл Кребса. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Диссимиляция у анаэробов

Диссимиляция анаэробов отличается от предыдущей тем, что отсутствует кислородный этап. Энергетический обмен анаэробов называют брожением. Выделяют следующие виды брожения:

• молочнокислое: ${C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2CH_3 \! - \! CH(OH) \! - \! COOH}$;
• спиртовое: ${C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2}$;
• маслянокислое : ${C_6H_{12}O_6 \rightarrow CH_3 \! - \! CH_2 \! - \! CH_2 \! - \! COOH + 2CO_2 + 2H_2}$.

При распаде одной молекулы глюкозы выделяются две молекулы АТФ.

Рисунок 3. Диссимиляция. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Ассимиляция у автотрофов

Ассимиляция у автотрофов протекает в виде фотосинтеза и хемосинтеза.

Фотосинтез.

Рисунок 4. Фотосинтез. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Суммарное уравнение: ${6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2}$

1. Световая стадия (в тилакоидах).

   Хлорофилл поглощает энергию света и переходит в возбужденное состояние. Далее электроны с фотосистем I и II поступают на цепь переноса электронов. Свободные места в первой фотосистеме заполняются электронами из второй фотосистемы, а свободные места во второй фотосистеме - электронами в результате фотолиза воды. При движении электронов теряется энергия, которая расходуется на синтез АТФ. Электрон из первой фотосистемы присоединяется к ${НАД^+}$ и образуют ${НАД \cdot H}$. Одновременно происходит фотолиз воды, то есть ее расщепление под действием солнечного света, в результате чего образуются электроны, которые идут во вторую фотосистему, протоны и кислород.

2. Темновая стадия (в строме/матриксе хлоропластов).

   Цикл Кальвина: Молкула углекислого газа реагирует с 1,5 - рибулезодифосфатом, в результате чего образуется промежуточный продукт ${C_6}$, который разлагается водой на две молекулы ${C_3}$. После этого полученные вещества синтезируются во фруктозу, а далее - в глюкозу.

Хемосинтез.

Суть данного процесса заключается в образование органических веществ из неорганических с использованием энергии, которая была получена при окислении неорганических веществ.

• серобактерии: ${2H_2S + O_2 \rightarrow 2S + 2H_2O + Q}$, ${2S +3O_2 + 2H_2O \rightarrow 2H_2SO_4 + Q}$,
• нитрифицирующие бактерии: ${2NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2HNO_2 + 2H_2O + Q}$, ${2HNO_2 + O_2 \rightarrow 2HNO_3 + Q}$,
• водородные бактерии: ${2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O +Q}$,
• железобактерии: ${4Fe(HCO_3)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 + 8CO_2 + Q}$, ${4FeO + O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + Q}$.