Пластический обмен (анаболизм) – это совокупность химических реакций в живом организме, которая представляет собой одну сторону системы обмена веществ. Результатом такого процесса является образование высокомолекулярных соединений.
Сущность понятия пластический обмен (анаболизм)
Для любого живого организма характерен такой фундаментальный процесс как обмен веществ. Он состоит из двух сторон: синтеза (анаболизма) и распада высокомолекулярных соединений (который называется катаболизм). Процессы анаболизма, которые происходят в зеленых растениях с поглощением энергии (фотосинтез) имеют фундаментальное значение для поддержания жизни на планете. Эти химические реакции включают в себя системы синтеза аминокислот, моносахаридов, нуклеотидов, жирных кислот, АТФ, нуклеиновых кислот и макромолекул.
Результатом пластического обмена можно признать тот факт, что он дает организму возможность построить свойственные ему белки, жиры и углеводы, регулируя процесс создания новых клеток, межклеточного вещества и всевозможных органелл.
Значение пластического обмена заключается в следующем:
- клетка обеспечивается строительным материалом;
- клетка обеспечивается органическими веществами.
Существуют различия в системе пластического обмена между гетеротрофами и автотрофами. Последние строят все необходимые вещества на основе органики, получаемой из неорганического углерода CO2. Это происходит в результате фото и хемосинтеза. Они не нуждаются в поступлении органических веществ, так как создают их сами. Гетеротрофные организмы, напротив, испытывают постоянную потребность в поступлении органических веществ из внешней среды, но такая необходимость сильно варьирует у разных организмов.
Например, некоторые бактерии обладают способностью создавать комплекс необходимых веществ из простого органического предшественника ацетата или серы, фосфора. Люди, в свою, очередь не могут обходится без ряда незаменимых аминокислот и других элементов.
Для того, чтобы полностью представить сущность пластического обмена, как фундаментального физиологического процесса необходимо описать систему образования органических молекул.
Синтез белка
Этот процесс происходит в цитоплазме клетки. Белки состоят из аминокислот (всего их 20). Синтез белка подчинен матричному принципу.
Матричный синтез – это процесс анаболизма, при котором вещество создается на основе уникальной матричной молекулы, которая кодирует последовательность аминокислот в белке. Примером такой матрицы является информационная или матричная РНК (рибонуклеиновая кислота).
Этот процесс протекает в несколько этапов:
- трансляция – создание цепи, состоящей из полипептидов;
- фолдинг – создание трехмерной полипептидной структуры;
- модификация химических веществ;
- транспорт полученной структуры к месту «сборки» молекулы белка.
Трансляция характеризуется тем, что последовательность триплетов нуклеотидов (и - РНК) подбирается по принципу соответствия в пептидной цепочке с помощью такой органеллы, как рибосома. Она состоит из двух субъединиц. Они, в свою очередь, делятся на белковую и рибонуклеотидную часть. Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью молекул т – РНК. На одном из ее участков содержится триплет – антикодон, который связывается с кодоном по принципу комплементарности. Затем данный комплекс связывается с рибосомой и переносить т – РНК на растущую полипептидную цепь.
Данный процесс требует колоссальных энергетических затрат, а именно:
- для активирования процесса трансляции необходима одна молекула АТФ;
- две макроэргические связи нужны для того, чтобы активировать любую аминокислоту, которая обеспечивает прикрепление к молекуле т – РНК. При этом АТФ разлагается до АМФ и пирофосфата;
- одна молекула АТФ обеспечивает связь аминокислоты, т – РНК и А –сайта рибосомы;
- еще одна молекула АТФ позволяет обеспечить транслокацию рибосом после того, как они образуют необходимую пептидную связь;
- одна молекула АТФ требуется для терминации трансляции.
В итоге каждая аминокислота, которая находится в белковой молекуле, состоит из четырёх макроэргических связей. Такие энергетические «потребности» компенсируются точностью и необратимостью образования цепи полипептидов.
Синтез углеводов
Синтез углеводов (глюконеогенез) – это процесс создания молекулы глюкозы из негулеводных соединений (пирувата и др.).
Реакции происходят в таких органах, как печень, эпителий тонкого кишечника и почки. По сути, все эти реакции представляют собой гликолиз, осуществляемый в цитоплазме. Но при этом ряд реакций протекает в митохондриях и эндоплазматической сети.
Уравнение глюконеогенеза выглядит следующим образом:
$4$ АТФ + $2$ ГТФ + $2$ пируват + $2Н^+$ + $4 H_2O$ + $2$ НАДН = $C_6H_{12}O_6$ + АДФ + $6$ Ф + $2$ НАД+.
В свою очередь реакции синтеза гликогена из глюкозы происходят в цитоплазме мышечных тканей, а также клеток печени.
Что касается синтеза жирных кислот происходит в ПЖК. Этот процесс имеет много ступеней. Для его протекания в обязательном порядке необходим катализатор в виде единого полиферментного комплекса, представленного рядом белковых субъединиц. В ходе каждого цикла процесса синтеза жирных кислот молекула делится на 2 атома углерода.
Наконец, синтез нуклеотидов происходит в цитоплазме и реализуется любой активной клеткой организма. Этот процесс также имеет много сложных этапов, в ходе которых из нециклических молекул и ионов (аминокислоты, гидрокарбонат-ион) образуются гетероциклические азотистые основания.
Таким образом, анаболизм включает в себя систему создания всех жизненно важных веществ для любой клетки организма. При этом целесообразно отслеживать возможные нарушения анаболизма, чтобы сохранить клеточную систему здоровой и способной полноценно поддерживать собственный гомеостаз. Нарушения обмена веществ не только подрывают здоровье человека, но и делают невозможным существование любой живой системы.
