Энергия, которая требуется для поддержания жизнедеятельности организма, образуется в результате распада органических веществ, главным образом, углеводов и жиров, и, в меньшей мере, белков. Во время разрушения химических связей в молекулах между атомами выделяется энергия, из которой примерно половина растрачивается в виде тепла, а другая половина переходит в АТФ (аденозинтрифосфорную кислоту).
Энергетический обмен
Энергетический обмен включает три этапа:
- Подготовительный этап.
- Бескислородный этап (анаэробное дыхание, гликолиз).
- Кислородный этап (аэробное дыхание).
Подготовительный этап протекает в цитоплазме клеток, у человека - в желудочно – кишечном тракте. Большие органические молекулы под воздействием ферментов расщепляются на мономеры. При этом выделяется незначительное количество тепла.
Статья: Превращение энергии в организме человека
Бескислородный этап происходит в клетках.
Анаэробное расщепление – это процесс образования и накопления энергии в макроэргических связях молекулы АТФ без доступа кислорода.
При гликолизе расщепляются молекулы глюкозы до пировиноградной или молочной кислоты и выделяется энергия, часть которой идет на синтез АТФ, а часть рассеивается в виде тепла. Гликолиз – процесс энергетически малоэффективный, потому что в макроэргических связях может накапливаться всего лишь 35-40% энергии. Полного распада веществ не происходит и конечные продукты содержат много энергии в химических связях.
Кислородный этап протекает в митохондриях.
Тканевое дыхание – обмен газов, который происходит в клетках в процессе окисления питательных веществ.
Пировиноградная и молочная кислоты окисляются до конечных продуктов: воды и углекислого газа. Окисление происходит с отщеплением от кислот водорода, который переносится на ферменты мембраны митохондрий – дыхательная транспортная цепь. Кислород клетки поглощают из кровеносных капилляров. В результате взаимодействия водорода с кислородом образуется вода. Ток протонов водорода выделяет много энергии, используемой для синтеза АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты. Окисление одной молекулы глюкозы дает 38 молекул АТФ.
В кислородном этапе выделяют следующие процессы:
- Реакции цикла Кребса.
- Реакции, протекающие на дыхательной транспортной цепи.
Накопленная в АТФ энергия используется организмом для
- синтеза необходимых организму органических веществ, образования клеточных структур и органелл;
- реализации главных жизненных процессов в клетке (деление клетки, транспорт веществ и др.);
- поддержание температурного постоянства организма.
Пластический обмен
Пластический обмен – это совокупность процессов синтеза необходимых для организма соединений, из веществ, которые поступили в клетку, протекающих с поглощением энергии.
Пластический обмен включает
- биосинтез белков;
- биосинтез углеводов;
- биосинтез липидов;
- биосинтез нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).
Биосинтез белков состоит из этапов:
- Транскрипция – синтез предшественника информационной РНК (иРНК) – про-иРНК. Двойная цепь ДНК разъединяется в результате действия фермента РНК-полимеразы. На одной из цепей ДНК синтезируется про-иРНК по принципу комплиментарности, которая позже переходит в активную форму иРНК.
- Трансляция – перенос последовательности нуклеотидовв молекуле иРНК в последовательность аминокислотных остатков молекулы белка. Трансляция проходит в функциональном центре рибосомы.
- Обособление белковой молекулы и ее транспорт в клетке.
Биосинтез углеводов в клетках гетеротрофных организмов происходит в небольшом количестве из других органических соединений.
Биосинтез липидов. В организме запасной формой липидов являются жиры. 90% энергии, которая запасается в жирах, приходится на жирные кислоты. Биосинтез жирных кислот происходит в цитоплазме клеток при помощи ферментов, процесс может продолжаться в митохондриях. Жиры синтезируются в печени, клетках кишечного эпителия, подкожной клетчатке и др. органах.
Биосинтез нуклеиновых кислот. При расщеплении нуклеиновых кислот большая часть азотистых оснований используется для синтеза нуклеотидов. Дезоксирибонуклеотиды, предшественники ДНК, образуются в результате отщепления кислорода от рибозы. В основе биосинтеза ДНК лежит репликация – способность молекул ДНК к самоудвоению. Все виды РНК синтезируются на молекуле ДНК по принципу комплиментарности при помощи РНК-полимеразы. Транскрипция – синтез молекулы РНК на молекуле ДНК.
