Обмін речовин (метаболізм) живої клітини складається з двох протилежно спрямованих видів реакцій – катаболічних і анаболічних (рис. 50).
Рис. 50. Зв’язок анаболізму і катаболізму: Фн – ортофосфорна кислота
Катаболізм (енергетичний обмін) – сукупність реакцій розпаду органічних сполук. Біополімери (білки, полісахариди та ліпіди), залучаються до катаболічних реакцій у три стадії (рис. 51):
Рис. 51. Спрощена схема трьох стадій катаболізму: 1 – розщеплення макромолекул на окремі молекули (мономери); 2 – розщеплення мономерів до ацетил-КоА, що супроводжується утворенням невеликої кількості АТФ; 3 – при повному окисненні ацетил-КоА до води та діоксиду вуглецю, утворюється відновлювальний потенціал, що забезпечує синтез великої кількості АТФ при переносі електронів. На першій стадії катаболізму великі молекули полімерів розпадаються на мономерні субодиниці. Цей процес, що називається травленням і відбувається поза клітинами під дією травних ферментів. На другій стадії невеликі утворені молекули надходять до клітини організму і зазнають подальшого розщеплення у цитоплазмі. При цьому велика частина всіх мономерів перетворюється на піровиноградну кислоту (піруват), а потім – на ацетилкофермент А (рис. 52).
Рис. 52. Кофермент А Остання, третя стадія катаболізму полягає у повному розщепленні ацетильної групи ацетил коферменту А до СО, та Н2О, що супроводжується утворенням АТФ з АДФ та фосфорної кислоти: АДФ + Н3РО4 = АТФ + Н2О. Третя стадія катаболізму можлива тільки за наявності вільного кисню, тобто проходить винятково в аеробних організмах, і для її здійснення необхідні біомембрани. В еукаріотичних клітинах ця стадія проходить у мітохондріях. У анаеробів, у безкисневих умовах, катаболізм закінчується перетворенням пірувату на молочну кислоту (наприклад молочнокислі бактерії) або на етиловий спирт (наприклад дріжджі) (рис. 53)
Рис. 53. Різні шляхи анаеробного дихання Такі процеси називаються бродінням (молочнокисле, спиртове), а процес перетворення простих цукрів на піруват — ґліколізом. Перевага аеробів перед анаеробами пов’язана з тим, що основна кількість енергії вивільняється з поживних речовин саме на третій стадії катаболізму, якої нема у анаеробів. Розщеплення ацетильної групи ацетилкоферменту А відбувається у мітохондріях у циклі лимонної кислоти (цикл Кребса). Реакції циклу поставляють редукційний потенціал у систему транспорту електронів, сполучену з синтезом АТФ. Таким чином мітохондрії виконують свою головну функцію — генераторів енергії у клітині. Всі описані процеси (ґліколіз, цикл лимонної кислоти, синтез АТФ та ін.) становлять основу енергетичного обміну, тобто біохімічних реакцій, що забезпечують накопичення енергії у вигляді молекул АТФ. Реакції синтезу органічних сполук, або пластичний обмін, проходять із витратою енергії. При цьому створюються необхідні для організму біополімери. Катаболізм та анаболізм постійно пов’язані між собою потоками речовин та енергії. У катаболічних і анаболічних процесах беруть участь одні й ті самі молекули, які утворюють потік речовин. Потік енергії представлений зворотним процесом синтезу — розпаду АТФ. Анаболізм (пластичний обмін) – сукупність реакцій синтезу органічних сполук. Найважливішими з анаболічних реакцій є реакції матричного синтезу. Обмін речовин виконує функції забезпечення клітини: будівельним матеріалом в результаті пластичного обміну, що забезпечує побудову клітини та оновлення її складу; енергією в результаті енергетичного обміну. Обмін речовин – зв’язок із зовнішнім середовищем. Це – основні умови підтримання життя клітини. Пластичний та енергетичний обміни тісно пов’язані.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Пластичний та енергетичний обмін» з дисципліни «Біологія клітин»
