Пластичний і енергетичний обмін речовин у клітині. Сучасна клітинна теорія

Існування живих організмів можливе лише завдяки надходженню в них поживних речовин і енергії з навколишнього середовища. Обмін речовин (метаболізм) - це сукупність процесів постійного поглинання речовин із довкілля, їхніх перетворень в організмі та виведення з нього продуктів обміну. Обмін речовин та енергії являє собою два взаємозалежних і протилежних процеси: асиміляцію та дисиміляцію.

Асиміляція - сукупність реакцій синтезу високомолекулярних органічних речовин, що супроводжується поглинанням енергії внаслідок розпаду молекул АТФ.

Дисиміляція, або енергетичний обмін, - сукупність реакцій розщеплення та окислення органічних речовин, що супроводжується виділенням енергії та нагромадженням її в синтезованих молекулах АТФ. Усі реакції обміну речовин та енергії проходять в присутності ферментів.

Організми за джерелами енергії поділяються на фототрофи, які використовують енергію світла і поділяються на фотоавтотрофи (рослини, ціанобактерії) та фотогетеротрофи (пурпурові бактерії), а також на хемотрофи (які у свою чергу поділяються на хемоавтотрофи (нітрифікуючі, залізо-, сіркобактерії) та хемогетеротрофи (тварини, гриби, паразитичні рослини).

Енергетичний обмін складається з трьох етапів:

I етап - підготовчий. На першому етапі відбувається розщеплення високомолекулярних органічних речовин на більш прості у процесі реакцій гідролізу, що відбуваються за участі води. Гідроліз проходить у травному тракті тварин, а на рівні клітин - у лізосомах. Уся енергія, що вивільняється, розсіюється у вигляді тепла.

II етап - безкисневе розщеплення (гліколіз) відбувається на рівні клітини в цитоплазмі. Глюкоза розщеплюється на 2 молекули піровиноградної кислоти (ПВК), яка залежно від типу клітин та організмів може перетворюватись на молочну кислоту, етиловий спирт або інші органічні речовини. При цьому утворюється 2 молекули АТФ, а частина енергії розсіюється у вигляді тепла. Безкисневі процеси називають бродінням.

III етап - кисневий. Цей процес проходить у мітохондріях клітини. Піровиноградна кислота надходить до мітохондрій, де перетворюється на оцтову кислоту, з’єднується з ферментом-переносником і вступає в серію циклічних реакцій - цикл Кребса. У результаті цих реакцій за участі кисню утворюються вуглекислий газ і вода, а завдяки енергії, що виділяється, на кристах мітохондрій синтезується 36 молекул АТФ.

Процес біологічного окислення органічних речовин називається диханням. Найбільш продуктивним є процес аеробного дихання.