Главными метаболическими процессами являются анаболизм (ассимиляция) и катаболизм (диссимиляция).
Анаболизм, либо ассимиляция (от лат. assimilatio — уподобление), представляет собой эндотермический процесс уподобления поступающих в клетку веществ веществам самой клетки. Она есть «созидательным» метаболизмом.
Наиболее значимым моментом ассимиляции есть синтез белков и нуклеиновых кислот. Частным случаем анаболизма есть фотосинтез, что представляет собой биологический процесс, при котором органическое вещество синтезируется из воды, неорганических солей и двуокиси углерода под влиянием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез в зеленых растениях есть автотрофным типом обмена.
Катаболизм, либо диссимиляция (от лат. dissimilis — расподобление), есть экзотермическим процессом, при котором происходит распад веществ с освобождением энергии. Данный распад происходит в следствии дыхания и переваривания. Переваривание является процессом распада больших молекул на более небольшие молекулы, в то время как дыхание есть процессом окислительного катаболизма несложных Сахаров, глицерина, жирных кислот и дезаминированных аминокислот, из-за которого происходит освобождение жизненно нужной химической энергии. Эта энергия употребляется для пополнения запасов аденозинтри-фосфата (АТФ), что есть ярким донором (источником) клеточной энергии, универсальной энергетической «валютой» в биологических совокупностях. Пополнение запасов АТФ обеспечивается реакцией фосфата (Ф) с аденозиндифосфатом (АДФ), в частности:
АДФ + Ф + энергия ® АТФ
В то время, когда АТФ разлагается на АДФ и фосфат, энергия клетки освобождается и употребляется для работы в клетке. АТФ является нуклеотидом , складывающийся из остатков аденина, рибозы и трифосфата (трифосфатных групп), в то время как аденозиндифосфат (АДФ) имеет только две фосфатные группы. Достаток АТФ энергией определяется тем, что его трифосфатный компонент содержит две фос-фоангидридные связи. Энергия АТФ превышает энергию АДФ на 7000 ккал/моль. Данной энергией обеспечиваются все биосинтетические реакции в клетке в следствии гидролиза АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Итак, цикл АТФ-АДФ есть главным механизмом обмена энергии в живых совокупностях.
К живым совокупностям применимы два закона термодинамики.
В соответствии с первым законом термодинамики (законом сохранения энергии) энергия в течении химических и физических процессов не создается, не исчезает, а просто переходит из одной формы в другую, пригодную в той либо другой мере для исполнения работы, т. е. применение энергии для исполнения какой-либо работы либо переход энергии из одной формы в другую не сопровождается трансформацией (уменьшением либо повышением) общего числа энергии. Имея в виду глобальные категории, возможно заявить, что вопреки любым физическим либо химическим трансформациям во Вселенной, количество энергии в ней останется неизменным.
В соответствии со вторым законом термодинамики физические и химические процессы протекают в направлении необратимого перехода нужной энергии в хаотическую, установления равновесия и неупорядоченную форму между упорядоченным состоянием и хаотическим, неупорядоченным. По мере приближения к установлению равновесия между неупорядоченностью и упорядоченностью и к остановке процесса происходит уменьшение свободной энергии, т.е. той порции неспециализированной (нужной) энергии, которая способна создавать работу при постоянной температуре и постоянном давлении. В то время, когда количество свободной энергии значительно уменьшается, то увеличивается та часть неспециализированной внутренней энергии совокупности, которая есть мерой неупорядоченности дезорганизации и степени (случайности) и именуется энтропией. Иначе говоря энтропия имеется мера необратимого перехода нужной энергии в неупорядоченную форму. Так, естественная тенденция любой совокупности направлена на уменьшение и повышение энтропии свободной энергии, которая есть самой нужной термодинамической функцией. Живые организмы являются высокоупорядоченными совокупностями. Для них характерно содержание большого количества информации, но они бедны энтропией.
В случае если Вселенная представляет собой реакционные совокупности, под которыми знают совокупность веществ, благодаря которым протекают физические и химические процессы, с одной стороны, и внешнюю среду, с которой реакционные совокупности обмениваются информацией, иначе, то в соответствии со вторым законом термодинамики на протяжении физических процессов либо химических реакций энтропия Вселенной возрастает. Метаболизм живых организмов не сопровождается возрастанием внутренней неупорядоченности, т. е. для живых организмов не свойственны возрастные энтропии. В произвольных условиях все организмы, начиная от бактерий и заканчивая млекопитающими, сохраняют упорядоченный темперамент собственного строения. Но для самой энтропии характерно то, что она возрастает в окружающей среде, причем постоянное возрастание энтропии в окружающей среде обеспечивается существующими в среде живыми организмами. К примеру, для извлечения свободной энергии анаэробные организмы применяют глюкозу, которую они приобретают из внешней среды и окисляют молекулярным кислородом, проникающим также из среды. Наряду с этим конечные продукты окислительного метаболизма (СО2 и H2O) поступают в среду, что и сопровождается возрастанием энтропии среды, которое частично происходит из-за рассеивания тепла. Возрастание энтропии в этом случае увеличивается, помимо этого за счет возрастания количества молекул по окончании окисления (C6H12O6 + 6O2 ® 6СО2 + 6Н2О), т. е. образование из 7 молекул 12 молекул. Как видно, молекулярная неупорядоченность ведет к энтропии.
Для живых существ первичным источником энергии есть солнечная радиация, в частности видимый свет, что складывается из электромагнитных волн, видящихся в виде дискретных единиц, именуемых фотонами либо квантами света. В живом мире одни живые существа способны улавливать световую энергию, другие приобретают энергию в следствии окисления пищевых веществ.
Энергия видимого света улавливается зелеными растениями в ходе фотосинтеза, что осуществляется в хлоропластах их клеток. Благодаря фотосинтезу живые существа создают упорядоченность из неупорядоченности, а световая энергия преобразовывается в химическую энергию, запасаемую в углеводах, являющихся продуктами фотосинтеза. Так, фотосинтезирующие организмы извлекают свободную энергию из солнечного света. В следствии этого клетки зеленых растении владеют высоким содержанием свободной энергии.
Получение энергии в следствии окисления неорганических веществ происходит при хемосинтезе.
Животные организмы приобретают энергию, уже запасенную в углеводах, через пищу. Следовательно, они содействуют повышению энтропии среды. В митохондриях клеток этих организмов энергия, запасенная в углеводах, переводится в форму свободной энергии, подходящей для синтеза молекул вторых веществ, и для обеспечения механической, электрической и осмотической работы клеток. Освобождение энергии, запасенной в углеводах, осуществляется в следствии дыхания — аэробного и анаэробного. При аэробном дыхании расщепление молекул, содержащих запасенную энергию, происходит методом гликолиза и в цикле Кребса. При анаэробном дыхании действует лишь гликолиз. Так, жизнедеятельность клеток животных организмов обеспечивается по большей части энергией, источником которой помогают реакции окисления-жирных «топлива» (кислот и восстановления глюкозы), в ходе которых происходит перенос электронов от одного соединения (окисление) к второму (восстановление). С окислительно-восстановительными реакциями сопряжено фосфорилирование. Эти реакции протекают как при фотосинтезе, так и дыхании.
Организм — открытая саморегулирующая совокупность, она поддерживает и реплицирует себя при помощи применения энергии, заключенной в пище, или генерируемой Солнцем. Непрерывно поглощая вещества и энергию, жизнь не «пытается» к равновесию между неупорядоченностью и упорядоченностью, между высокой молекулярной оранизацией и дезорганизацией. Наоборот, для живых существ характерна упорядоченность как в их структуре и функциях, так и в использовании и превращении энергии. Так, сохраняя внутреннюю упорядоченность, но приобретая свободную энергию с солнечным светом либо пищей, живые оранизмы возвращают в среду эквивалентное количество энергии, но в менее нужной форме, по большей части в виде тепла, которое, рассеиваясь, уходит во Вселенную.
энергии обмена и Процессы веществ подвержены регуляции, причем существует множество регулирующих механизмов. Основным механизмом регуляции метаболизма есть контроль количества ферментов. К числу регулирующих механизмов относят кроме этого контроль скорости расщепления субстрата ферментами, и контроль каталитической активности ферментов. Метаболизм подвержен так именуемому обратному аллостерическому контролю, заключающемуся в том, что во многих биосинтетических дорогах первая реакция возможно ингибирована (подавлена) конечным продуктом. Возможно заявить, что такое ингибирование происходит по принципу обратной связи. В энергии обмена и регуляции веществ имеет значение да и то, что метаболические дороги распада и синтеза практически в любое время разобщены, причем у эукариотов это разобщение улучшается компартментализацией клеток. К примеру, местом окисления жирных кислот в клетках являются митохондрии, в то время как их синтез происходит в цитозоле. Многие реакции метаболизма подвержены некоей регуляции со стороны так именуемого энергетического статуса клетки, показателем которого есть энергетический заряд, определяемый суммой молярных фракций АТФ и АДФ. Энергетический заряд в клетке неизменно постоянен. Синтез АТФ ингибируется высоким зарядом, в то время как применение АТФ стимулируется таким же зарядом.
Анаболизм, катаболизм, метаболизм. Обучающее видео
