Тема 3. Принципи функціонування клітини

§ 13. Обмін речовин та енергії в клітинах. Розщеплення речовин

Поміркуйте

Як відбуваються надходження речовин, енергії та інформації в клітину?

Згадайте

Що таке система?
Які типи органічних речовин є в клітинах живих організмів?

Обмін речовин. Типи обміну

Клітина — це біологічна система, для елементів якої характерні спільний обмін речовин і перетворення енергії.

Обмін речовин — сукупність хімічних реакцій, необхідних для підтримання життя, які відбуваються всередині клітин.

Обмін речовин у клітині можна умовно поділити на два етапи: обмін із навколишнім середовищем і внутрішній обмін, або метаболізм (мал. 13.1). Під час обміну з навколишнім середовищем рослини, наприклад, поглинають воду, вуглекислий газ, мінеральні речовини тощо, а виділяють кисень, воду та інші речовини.

Мал. 13.1. Схема метаболізму

Метаболізм — комплекс хімічних реакцій, що відбувається в живих організмах.

Метаболізм можна визначити як закономірний порядок перетворення речовин та енергії в клітині, спрямований на ріст, життєдіяльність та самовідтворення власне цієї клітини. Метаболізм будь-якої клітини складається з двох типів обміну або взаємопов’язаних комплексів реакцій. Це реакції пластичного (анаболізм) та енергетичного (катаболізм) обміну (більш докладно див. таблицю про особливості пластичного й енергетичного обміну).

Особливості пластичного й енергетичного обміну

Тип обміну	Пластичний (анаболізм)	Енергетичний (катаболізм)
Що відбувається	За рахунок енергії макроергічних зв’язків відбувається синтез складних органічних сполук із більш простих попередників	Розщеплення складних органічних сполук на простіші
Які перетворення енергії відбуваються	АТФ → АДФ + Ф + енергія Молекули АТФ, які містять макроергічні зв’язки, розпадаються на молекули АДФ і ортофосфатної кислоти (Ф). При цьому виділяється енергія, яка використовується для синтезу органічних сполук	АДФ + Ф + енергія → АТФ Енергія, яка виробляється під час окиснення органічних речовин, використовується для утворення молекули АТФ із молекул АДФ і ортофосфатної кислоти
Результат	Утворення органічних молекул, потрібних для життєдіяльності клітини	Енергія, яка виділяється, запасається клітиною у формі макроергічних зв’язків низки сполук (наприклад, АТФ)

Основні етапи енергетичного обміну

Розщеплення органічних речовин у ході енергетичного обміну відбувається в кілька етапів. Воно може починатися ще за межами організму, як, наприклад, у павуків, для яких характерним є зовнішнє травлення. Але основні процеси катаболізму відбуваються в клітинах (див., зокрема, таблицю нижче).

Особливості перебігу окремих етапів енергетичного обміну

Етапи розщеплення органічних речовин	Що відбувається	Де відбувається
Підготовча стадія енергетичного обміну	Макромолекули розщеплюються до мономерів. Утворюються молекули глюкози	Навколишнє середовище, травний тракт (ротова порожнина, шлунок, кишечник)
Перший етап клітинного дихання (анаеробний). Гліколіз та бродіння	Безкисневий етап розщеплення. Молекули глюкози розщеплюються до проміжних сполук: C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ	Цитозоль
Другий етап клітинного дихання (аеробний). Кисневе розщеплення	Етап кисневого розщеплення. Проміжні сполуки окиснюються до низькомолекулярних речовин (вода, вуглекислий газ): 2C₃H₄O₃ + O₂ → 6CO₂ + 4H₂O + 36АТФ	Мітохондрії

Ключова ідея

Обмін речовин є характерною рисою всіх живих організмів. Обмін речовин усередині організмів називають метаболізмом. Розрізняють два основні типи обміну: енергетичний (катаболізм) і пластичний (анаболізм). Під час катаболізму складні органічні сполуки розщеплюються до простих. Енергія, яка при цьому виділяється, запасається у вигляді ΑΤΦ. Під час анаболізму з простих органічних речовин із витратами ΑΤΦ синтезуються складні органічні сполуки.

Перевірте свої знання

1. Які існують типи обміну речовин? 2. Що таке метаболізм? 3. Що є результатом пластичного обміну? 4. Що є результатом енергетичного обміну? 5. Порівняйте перетворення енергії, які відбуваються за пластичного й енергетичного обміну.

Зміст