КЛЕТКА

 

Основные реакции тканевого обмена

 

 

В клетках постоянно осуществляется метаболизм (греч. metabole - перемена, превращение), или обмен веществ, который представляет собой совокупность процессов ассимиляции (реакций биосинтеза сложных биологических молекул из более простых) и диссимиляции (реакций расщепления). В результате диссимиляции освобождается энергия, заключенная в химических связях пищевых веществ. Эта энергия используется клеткой для осуществления различной работы, в том числе и ассимиляции. У всех известных на Земле живых организмов энергетические процессы весьма сходны. Все события, протекающие в живых организмах, подчиняются законам термодинамики.

 

Живая система нуждается в постоянном притоке энергии извне. Энергия Вселенной поступает на Землю в виде солнечной энергии, доступной живым системам, несущим в себе закодированную информацию. Эти системы обладают механизмами связывания, превращения, запасания и использования энергии, благодаря чему возможна жизнедеятельность организмов, то есть их выживание, а также размножение. Наряду с этим существует группа прокариот, способных получать необходимую для синтеза органических веществ энергию в ходе химических реакций неорганических веществ (более подробно об этом рассказано в разделе, посвященном микроорганизмам).

 

Энергия солнечного света используется живыми организмами на Земле только благодаря фотосинтезу, в ходе которого происходит восприятие энергии электронами хлорофилла и последующее ее преобразование в энергию химических связей глюкозы и других органических соединений. При этом С02 фиксируется и выделяется 02. Реакция выглядит следующим образом:

энергия солнечного света + С02 + H2O ^ ^ органические вещества + 02.

 

Все организмы, не способные к фотосинтезу, получают энергию за счет потребления зеленых растений (непосредственно или опосредованно). Работа любых механизмов, основанных на потреблении органических веществ, обеспечивается видоизмененной солнечной энергией. И даже в основе каждого нашего движения (будь то биение сердца или движение глаз) лежит луч света, который когда-то упал на зеленый лист и дал энергию электрону, видоизмененную впоследствии в химическую связь. Таким образом, возбужденным энергией солнечного света электрон хлорофилла является материальной основой всех энергетических процессов, происходящих в живы1х системах, поскольку любой из этих процессов осуществляется благодаря энергии, которую возбужденный электрон отдает, возвращаясь на свой исходный стационарный уровень. Ниже мы подробно рассмотрим возможные направления движения такого электрона.

 

В природе происходит постоянный круговорот углерода, азота и кислорода, который связывает между собой различные живые организмы. В процессе катаболизма поступающие в организм пищевые вещества расщепляются до аминокислот, простых сахаров, жирных кислот и глицерина.

 

Совокупность биохимических реакций, результатом которых является утилизация энергии химических связей органических веществ, называется дыханием. Если этот процесс идет без участия молекулярного кислорода, то это анаэробное ды1хание, если с участием - аэробное ды1хание. Анаэробное дыхание гораздо менее эффективно, чем аэробное, - при расщеплении молекулы глюкозы в процессе анаэробного дыхания выделяется 27 ккал, тогда как при аэробном дыхании - 674 ккал.

 

В результате окисления биологических молекул клетка получает энергию, необходимую для ее жизнедеятельности. Это окисление осуществляется в последовательной цепи катализируемых ферментами реакций, сопряженных с образованием макроэргического соединения - аденозинтрифосфата (АТР). Ковалентные связи, при гидролизе которых выделяется более 30 КДж/моль энергии, называются макроэргическими. АТР - нуклеотид, состоящий из адени- на, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. АТР является универсальным переносчиком и основным аккумулятором энергии в клетке, которая заключена в высокоэнергетических связях между тремя остатками фосфорной кислоты.

 

При отщеплении от АТР одной фосфатной группы образуется ADP (аденозиндифосфорная кислота) и фосфат и выделяется свободная энергия, которая используется клеткой для осуществления работы - биосинтез, активный транспорт веществ через биологические мембраны, движение и передача генетической информации. Отщепляющийся неорганический фосфат (Pi) используется для фосфорилирования сахаров, жирных кислот, аминокислот и других продуктов.

 

АТР является анионом с высоким зарядом (химически высокостабильным), его энергия не рассеивается в виде тепла; благодаря малым размерам молекула АТР легко диффундирует в различные клеточные компартменты; средняя продолжительность «жизни» молекулы АТР около 1/3 с. Все эти свойства делают его универсальной формой запасания химической энергии в клетке. Наряду с АТР клетка запасает гуанозинтрифосфат (GTP), который участвует в процессах биосинтеза белка и РНК; уридинтри- фосфат (UTP), участвующий в синтезе пептидогликана клеточной стенки и полисахаридов, различных видов РНК; цитидинт- рифосфат (СТР), участвующий в синтезе липидов и РНК.

В процессах анаболизма происходит биосинтез молекул, который обеспечивается энергией за счет гидролиза АТР, иными словами, анаболизм и катаболизм сопряжены. Биологическое окисление лежит в основе освобождения энергии, заключенной в пищевых веществах.

 

 

 

 Смотрите также:

 

Важнейшая часть процесса фотосинтеза — усвоение углекислого...

Путь углерода и темновые реакции при фотосинтезе.
При этом углерод освобождается от связей с одним атомом кислорода, а его место занимает водород.
Образование этих веществ может осуществляться путем ответвлений от основного лути...

 

Круговороты углекислоты и воды в глобальном масштабе...

... не только аэробные, но и анаэробные организмы и они принимают огромное участие в мировом круговороте органогенов, углерода, кислорода, водорода и азота. ...

 

Азот. Кроме трех основных элементов жизни углерода...

Животным легко достаются и кислород, и водород: они дышат воздухом и пьют воду. Углерод и азот в их организм могут попасть только с пищей.
Это был чрезвычайно ценный продукт, который использовался в основном для приготовления пороха.