Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Топ:
Определение места расположения распределительного центра: Фирма реализует продукцию на рынках сбыта и имеет постоянных поставщиков в разных регионах. Увеличение объема продаж...
Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования...
Интересное:
Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления...
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Средства для ингаляционного наркоза: Наркоз наступает в результате вдыхания (ингаляции) средств, которое осуществляют или с помощью маски...
Дисциплины:
2017-06-26 | 263 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
В ЖИВОМ ОРГАНИЗМЕ
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
Под обменом веществ (метаболизмом) понимают строго упорядоченную систему биохимических и физиологических процессов, которые обеспечивают поступление питательных и других веществ в организм, их усвоение, превращение внутри клеток, а также выведение образовавшихся продуктов обмена во внешнюю среду. Обмен веществ обеспечивает процессы роста и размножения, самообновление всех клеточных структур, энергообеспечение, постоянство внутренней среды, приспособление к факторам среды. Поэтому при прекращении обмена веществ нарушается или прекращается жизнедеятельность организма.
В обмене веществ выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса —катаболизм и анаболизм.
Катаболизм (диссимиляция) — это процессы распада в клетках организма сложных веществ до более простых или до низкомолекулярных конечных продуктов распада (СО2, Н2О, NH3 и мн. др.) и выведения последних из организма. Катаболические реакции сопровождаются выделением свободной энергии, которая заключена в сложных молекулах органических веществ. Часть этой энергии превращается в химическую форму энергии (АТФ, НАДН . Н+ и др.) и запасается в клетках организма. Большая часть энергии рассеивается в виде тепла.
Анаболизм (ассимиляция) — это процессы синтеза сложных химических веществ из простых молекул. В процессе анаболизма образуются нуклеиновые кислоты, белки и другие макромолекулы организма. К ним относятся реакции распада питательных веществ при пищеварении, так как они обеспечивают поступление в клетки строительного материала (молекул-предшественников) и энергии, которые необходимы для процессов анаболизма. Анаболические реакции протекают с использованием химической энергии в виде АТФ или НАДН . Н+.
|
Анаболизм и катаболизм — разнонаправленные процессы, протекающие независимо друг от друга. Однако они тесно взаимосвязаны между собой. Катаболические процессы поставляют метаболиты и энергию для процессов анаболизма. Анаболические реакции накапливают (запасают) сложные питательные вещества и энергию, что создает возможность дальнейших реакций катаболизма.
Организм человека и животных получает энергию из внешней среды с растительной и животной пищей. Первичным же источником энергии для всех живых организмов является энергия Солнца. Солнечная энергия накапливается зелеными растениями в органических веществах в процессе их фотосинтеза.
Зеленый пигмент растений хлорофилл способен аккумулировать кванты энергии солнечного света (hv) при синтезе органических веществ из углекислого газа и воды: hv + хлорофилл
6СО2 + 6Н2О ¾¾¾¾¾® C6H12O6 + 6O2.
В организме животных энергия химических связей органических веществ извлекается только в процессе их катаболического распада и окисления. При этом высвобождается свободная энергия.
Распад питательных веществ и высвобождение из них свободной энергии происходит постепенно в несколько этапов. Под свободной энергией понимают ту часть химической энергии питательных веществ, которая в организме может использоваться для выполнения полезной работы при постоянной температуре и постоянном давлении.
Свободная энергия в клетках не может использоваться непосредственно в процессах жизнедеятельности. Она в большей степени аккумулируется в химических связях высокоэнергетических (макроэргических) соединений, в основном в молекулах АТФ. Только энергия макроэргических соединений может использоваться клетками для обеспечения многих ее функций. Эта энергия способна превращаться в другие формы энергии.
|
Изменение свободной энергии (DG) в биохимии принято выражать в джоулях (Дж) на 1 моль вещества.
Таким образом, аккумуляторами и носителями свободной энергии в клетках организма являются высокоэнергетические соединения. В центре энергетического обмена клетки находятся адениннуклеотиды — АТФ и АДФ.
К высокоэнергетическим относят вещества, имеющие химические связи, при гидролизе которых выделяется более 21 кДж/моль свободной энергии. Такие химические связи, как и сами вещества, еще называют макроэргическими и обозначаются значком «~» (тильда).
Как правило, макроэргическими являются фосфорорганические соединения. Кроме АТФ к ним относятся также УТФ, ЦТФ, ГТФ, ТТФ, креатинфосфат, некоторые тиоэфиры (например, ацил-SКоА), фосфоенолпируват, 1,3-дифосфоглицерат и некоторые другие (рисунок 4.1).
Высвобождаемая при их гидролизе свободная энергия используется для переноса фосфата (~РО32-) на молекулу другого вещества, свободная энергия которого ниже. Реакция присоединения фосфата называется фосфорилированием.
Одной из центральных проблем биоэнергетики биохимических процессов является биосинтез АТФ путем фосфорилирования АДФ.
Фосфорилирование АДФ является эндергоническим процессом и требует источника энергии.
Зеленые растения и некоторые микроорганизмы способны трансформировать энергию солнечного света в химическую энергию, которая расходуется на фосфорилирование АДФ в световой фазе фотосинтеза. Этот процесс получил название фотосинтетического фосфорилирования.
|
|
|
|
Рисунок 4.1 - Примеры макроэргических соединений
Трансформация энергии окисления органических молекул в связи АТФ в аэробных условиях происходит преимущественно путем окислительного фосфорилирования. При этом свободная энергия, необходимая для фосфорилирования генерируется в дыхательной цепи митохондрий.
Для субстратного фосфорилирования, в отличие от окислительного, донором активной фосфатной группировки, необходимой для регенерации АТФ из АДФ, служат интермедиаты процессов гликолиза и цикла трикарбоновых кислот.
Несмотря на множество путей получения АТФ клеткой, она быстро расходуется, так как легко отдает свой высокоэнергетический фосфат другим веществам, т.е. выступает в качестве донора фосфатных групп. Практически все реакции энергетического обмена в клетках организма протекают посредством образования и распада молекул АТФ.
|
В клетках организма химическая форма энергии АТФ преобразуется в другие формы энергии: кинетическую (механическую), электрическую, осмотическую, тепловую (рисунок 4.2).
Выделяемая в реакциях биологического окисления энергия может рассеиваться в виде теплоты или улавливаться в процессе синтеза макроэргических соединений. Поэтому выделяют свободное и сопряженное окисление.
Свободное окисление не связано с переходом энергии биологического окисления в энергию макроэргических соединений. Выделяющаяся энергия рассеивается в виде теплоты. Этот вид энергообразования в клетках важен для теплорегуляции и детоксикации вредных продуктов обмена веществ (микросомальное окисление).
Сопряженное окисление связано с переходом свободной энергии, выделяющейся в процессе биологического окисления, в доступную для использования форму энергии — макроэргические связи АТФ или другие виды энергии, например, ионный градиент.
DmН+ - протонный электрохимический потенциал, ФФн - пирофосфат
Рисунок 4.2 - Взаимозаменяемость различных видов энергии при
|
|
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...
История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!