Головна
Реферати » Реферати по біології » Обмін речовин і енергії в живих організмах

Обмін речовин і енергії в живих організмах

Пермська Державна Медична Академія

Кафедра біологічної хімії

Обмін речовин і енергії в живих організмах.

Виконала: студентка (курсу стомат. Факультету

102 групи

Бояршинова Анна Андріївна

Перевірив викладач:

Поносов Віктор Леонідович

Перм, 2001р.

| |

Обмін речовин.

В живих організмах будь-який процес супроводжується передачею енергії.
Енергію визначають як здатність здійснювати роботу. Спеціальний розділ фізики, який вивчає властивості і перетворення енергії в різних системах, називається термодинамікою . Під термодинамічної системою розуміють сукупність об'єктів, умовно виділених з навколишнього простору.
Обмін речовин і енергії - це сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів перетворення речовин і енергії в живих організмах, а також обмін речовинами і енергією між організмом і навколишнім середовищем.
Обмін речовин у живих організмів полягає в надходженні із зовнішнього середовища різних речовин, у перетворенні і використанні їх у процесах життєдіяльності та у виділенні утворюються продуктів розпаду в навколишнє середовище.
Все відбуваються в організмі перетворення речовини і енергії об'єднані загальною назвою - метаболізм (обмін речовин). На клітинному рівні ці перетворення здійснюються через складні послідовності реакцій, звані шляхами метаболізму, і можуть включати тисячі різноманітних реакцій. Ці реакції протікають не хаотично, а в строго визначеної послідовності і регулюються безліччю генетичних і хімічних механізмів. Метаболізм можна розділити на два взаємопов'язаних, але різноспрямованих процесу: анаболізм (асиміляція) і катаболізм
(дисиміляція).
Анаболизм - це сукупність процесів біосинтезу органічних речовин
(компонентів клітини та інших структур органів і тканин). Він забезпечує зростання, розвиток, оновлення біологічних структур, а також накопичення енергії (синтез макроергів). Анаболизм полягає в хімічній модифікації і перебудові що надходять з їжею молекул в інші більш складні біологічні молекули. Наприклад, включення амінокислот у синтезовані кліткою білки відповідно до інструкції, що міститься в генетичному матеріалі даної клітини.
Катаболізм - це сукупність процесів розщеплення складних молекул до більш простих речовин з використанням частини з них у якості субстратів для біосинтезу і розщепленням іншої частини до кінцевих продуктів метаболізму з утворенням енергії. До кінцевих продуктів метаболізму відносяться вода (у людини приблизно 350 мл на день), двоокис вуглецю
(близько 230 мл / хв), окис вуглецю (0,007 мл / хв), сечовина (близько 30 г / день), а також інші речовини, що містять азот (приблизно б г / день).
Катаболізм забезпечує вилучення хімічної енергії з містяться в їжі молекул і використання цієї енергії на забезпечення необхідних функцій. Наприклад, утворення вільних амінокислот в результаті розщеплення вступників з їжею білків і подальше окислення цих амінокислот в клітці з утворенням СО2, і Н2О, що супроводжується вивільненням енергії.
Процеси анаболізму і катаболізму знаходяться в організмі в стані динамічної рівноваги. Переважання анаболічних процесів над катаболічних призводить до зростання, накопичення маси тканин, а переважання катаболічних процесів веде до часткового руйнування тканинних структур.
Стан рівноважного або нерівноважного співвідношення анаболізму і катаболізму залежить від віку (у дитячому віці переважає анаболізм, у дорослих зазвичай спостерігається рівновага, в старечому віці переважає катаболізм), стану здоров'я, виконуваної організмом фізичної або психоемоційного навантаження.

Цикл Кребса.

Цикл трикарбонових кислот вперше був відкритий англійським біохіміком
Кребсом. Він першим постулював значення даного циклу, який джерелом якого є гликолитическому перетворення вуглеводів. Надалі було показоно, що цикл Кребса є тим центром, де сходяться практично всі метаболічні шляхи. Таким чином, цикл Кребса - загальний кінцевий шлях окислення ацетильних груп, в які перетворюється в процесі катаболізму велика частина органічних молекул, що грають роль «клітинного палива» - вуглеводів, жирних кислот і амінокислот.

Утворився в результаті гліколізу в циклі Ембдена-Меергофа ацетил-
КоА (продукт окислювального декарбоксилювання пірувату) окислюється до води і вуглекислого газу в циклі Кребса (лімоннокіслий цикл). Цей процес здійснюється послідовними ферментативними реакціями, в результаті яких вивільняється енергія (схема 6). Повний розпад однієї молекули глюкози дає 38 молекул АТФ, причому 24 з них утворюються в циклі Кребса.
Ферменти цього циклу локалізуються в матриксі мітохондрій (в стінці внутрішньої мембрани). Поступив в цикл Кребса ацетил-КоА є кінцевим продуктом катаболізму не тільки вуглеводів, але також ліпідів і таких амінокислот, як фенілаланін, тирозин, лейцин і ізолейцин.

Схема 6. Цикл Кребса (лімоннокіслий цикл).

Крім того, існує прямий шлях окислення глюкози - гексозомонофосфатний
(пентозний) цикл, який переважає в еритроцитах статевих залозах, корі надниркових залоз, печінки. Хоча окислювання в гексозомонофосфатном циклі складає всього 2% від обміну вуглеводів (при цукровому діабеті може збільшуватися до 6%), для організму значення цього циклу дуже велике.
Особливість цього процесу - утворення пентоз, накопичення NADPH (2) - коферменту дегідрогеназ, що беруть участь в синтезі нуклеїнових кислот, холестерину, жирних кислот, активировании фолієвої кислоти та освіті
АТФ. Гексозомонофосфатний цикл забезпечує також процеси гідроксилювання, необхідні для синтезу біогенних амінів (катехоламіни, серотонін) та стероїдних гормонів кори надниркових залоз. Послідовна ланцюг реакцій пентозного циклу (схема 7) призводить до утворення рибулозо-5-фосфату, який йде на побудову нуклеотидів або серією зворотних реакцій перетворюється в гексозофосфат з використанням їх в гликолитическом циклі.

Біологічного окислення

Катаболізм органічних речовин в тканинах супроводжується споживанням кисню і виділенням СО2. Цей процес називають тканинним диханням.
Кисень в цьому процесі використовується як акцептор водню від окислюваних
(дегідріруемих) речовин (субстратів), в результаті чого синтезується вода.
Процес окислення можна представити таким рівнянням: SH2 + 1/2 O2? S
+ H2O. Окислювані різні органічні речовини (S - субстрати), являють собою метаболіти катаболізму, їх дегидрирование є екзоергіческім процесом. Енергія, що звільняється в ході реакцій окиснення, або повністю розсіюється у вигляді тепла, або частково витрачається на фосфорилирование ADP з утворенням АТР. Організм перетворює близько 40% енергії, що виділяється при окисленні, в енергію макроергічних зв'язків АТР.
Більшість організмів в біосфері використовує цей спосіб або дуже схожий з ним (в якості термінального акцептора водню може бути не кисень, а іншу сполуку) як основне джерело енергії, необхідний для синтезу внутрішньоклітинної АТР. Таким шляхом клітина перетворює хімічну енергію поживних речовин, що надійшли ззовні, в утилізованих метаболічну енергію. Реакція дегідрірованія і спосіб перетворення виділилася енергії шляхом синтезу АТР - це енергетично пов'язані реакції. Цілком весь зв'язаний процес називається окислювальним фосфорилюванням ADP:

Окислювальне фосфорилювання ADP

Ланцюг транспорту електронів - ЦТЕ
Зазначене вище рівняння для окислительно-відновної реакції являє собою узагальнену форму, так як змальовує процес окислення субстратів як пряме дегидрирование, причому кисень виступає в ролі безпосереднього акцептора водню. Насправді кисень бере участь в транспорті електронів іншим чином. Існують проміжні переносники при транспорті електронів від вихідного донора електронів SH2 до термінального акцептору - О2. Повний процес являє собою ланцюг послідовних окислювально-відновних реакцій, в ході яких відбувається взаємодія між переносниками. Кожен проміжний переносник спочатку виступає в ролі акцептора електронів і протонів і з окисленого стану переходить у відновлену форму. Потім він передає електрон наступного переносники і знову повертається в окислене стан. На останній стадії переносник передає електрони кисню, який потім відновлюється до води. Сукупність послідовних окислювально-відновних реакцій називається ланцюгом переносу
(транспорту) електронів, або дихальної ланцюгом:


Перенесення електронів і протонів за участю проміжних переносників. SH2 - вихідний донор протонів і електронів; P - проміжні переносники; E1,

E2, E3, E4 - ферменти окисно-відновних реакцій
Проміжними переносниками в дихальної ланцюга у вищих організмів є коферменти: NAD + (нікотинамід-аденіндінуклеотід), FAD і FMN
(флавінаденіндінуклеотід і флавинмононуклеотид), кофермент Q (CoQ), сімейство гемсодержащих білків - цитохромів (що позначаються як цитохроми b,
С1, С, А, А3 ) і білки, що містять негеміновое залізо. Всі учасники цього ланцюга розділені на чотири окисно-відновні системи, пов'язані убихинона (CoQ) і цитохромом С. Процес починається з перенесення протонів і електронів від окисляемого субстрату на коферменти NAD + або FAD. Це визначається тим, чи є дегидрогеназа, що каталізує першу стадію,
NAD - залежною або FAD - залежною. Якщо процес починається з NAD +, то наступним переносником буде FMN.

Послідовність проміжних переносників протонів і електронів в дихальної ланцюга
Тип що бере участь дегідрогенази залежить від природи субстрату. Але яким би не був вихідний субстрат, електрони і протони від флавинов переносяться до коферменту Q, а далі шляху електронів і протонів розходяться. Електрони за допомогою системи цитохромів досягають кисню, який потім, приєднуючи протони, перетворюється на воду. Щоб розібратися в системі транспорту електронів, необхідно познайомитися з окремими її учасниками. NAD - залежна дегидрогеназа каталізує реакції окислення безпосередньо субстрату (первинна дегидрогеназа). NAD + є коферментом і виконує роль акцептора водню:

Коферменти дегидрогеназ
Символ 2Н + означає два електрони і два протона, зазвичай переносяться у вигляді гідрид іона. В цьому випадку замість термінів «донор електронів» і «акцептор електронів» іноді використовують терміни «донор або акцептор водню» . FAD - залежна дегидрогеназа також виконує функцію первинної дегідрогенази.
Коферментом є FAD, який є акцептором водню від субстрату. NADH - дегидрогеназа каталізує окислення NADH і відновлення убихинона (CoQ). Переносником водню є кофермент -
FMN (комплекс 1). В процесі реакції водень спочатку приєднується до FMN, з'єднаному з ферментом, а потім передається на убіхінон. Флавіновие коферменти (FAD і FMN) міцно пов'язані з ферментом як простетичноїгрупи, тому ферменти, до складу яких вони входять, називаються флавопротеїни. Флавінмононуклеотид (FMN), або рибофлавін фосфат, нерозривно пов'язаний з білковою

Сторінки: 1 2