§ 17. Синтетичні процеси в клітинах та організмах

Поміркуйте

Чим між собою відрізняються автотрофні та гетеротрофні організми?

Згадайте

У яких органелах відбувається синтез білків?
Які наслідки авітамінозу для здоров'я людини?

Основні синтетичні процеси в клітинах

Пластичний обмін — це утворення складних органічних речовин із більш простих. Різновидами пластичного обміну є процеси фотосинтезу й хемосинтезу, синтез простих органічних сполук і біополімерів (детальніше про це див. у таблиці).

Для реакцій пластичного обміну у своїх клітинах усі живі організми використовують зовнішні джерела енергії та атоми Карбону.

Різниця полягає в джерелах, із яких вони їх отримують. Автотрофи здійснюють біосинтез із неорганічних речовин (вуглекислого газу і води), використовуючи енергію світла (фототрофи) або хімічних реакцій окиснення (хемотрофи). Гетеротрофи синтезують біомолекули з готових органічних речовин, які є джерелом простих органічних сполук і енергії.

Глікогенез

У рослинах глюкоза, синтезована в реакціях фотосинтезу, полімеризується до крохмалю. Саме крохмаль є запасним полісахаридом рослин. У грибів, тварин і людини вуглеводи також запасаються, але переважно у вигляді глікогену. Це полісахарид, теж полімер глюкози. Структурно глікоген є аналогом крохмалю, але має більший ступінь розгалуженості.

Процес біосинтезу глікогену називається глікогенезом. Глікогенез стимулюється гормоном інсуліном. Полімеризація здійснюється за участю кількох ферментів, що будують прямі або розгалужені ланцюжки глікогену. У лінійних ділянках основного ланцюга залишки глюкози зв’язані 1,4-глікозидними зв’язками, тоді як точки розгалуження формуються 1,6-глікозидними зв’язками.

Синтезований глікоген накопичується переважно в клітинах печінки та м’язів.

Особливості перебігу окремих процесів анаболізму (пластичного обміну)

Процес	Що відбувається	Де відбувається
Фотосинтез	Синтез проміжних сполук із неорганічних речовин	Хлоропласти
Утворення моносахаридів амінокислот, жирних кислот тощо	Синтез мономерів із проміжних сполук	Хлоропласти, цитозоль
Утворення полімерів	Синтез білків, вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот із мономерів	Цитозоль, хлоропласти, мітохондрії, ендоплазматична сітка, ядро

Біосинтез жирних кислот і ліпідів

Жири в організмі тварин синтезуються з вуглеводів, тому найшвидше жирні кислоти і жири синтезуються після вживання вуглеводневої їжі. Найбільш активно цей процес відбувається в печінці та жировій тканині. Синтез жирних кислот і жирів називається ліпогенезом. Їхній синтез відбувається в цитоплазмі клітини. Субстратом для синтезу є ацетил-КоА. Процес циклічний: у кожному циклі до радикалу жирної кислоти, що поступово подовжується, додається два атоми Карбону. У кожному циклі використовується НАДФ Н і АТФ. Кінцевим продуктом синтезу є пальмітинова кислота, що має 16 атомів Карбону

Схожість процесів обміну в різних організмів

У клітинах рослин, тварин і грибів основні біохімічні процеси відбуваються однаково. Однаково також відбуваються процеси клітинного дихання, зокрема реакції гліколізу та циклу Кребса. В усіх організмах нуклеїнові кислоти і білки синтезуються за однією й тією ж схемою. А в процесах цього синтезу задіяні однакові комплекси ферментів. Та й процеси регуляції дуже схожі. І хоча такі біохімічні процеси не є абсолютно тотожними, але послідовність основних реакцій у всіх випадках однакова.

Наукова спільнота вважає це наслідком того, що всі еукаріотичні клітини мають спільного предка, у клітинах якого всі ці біохімічні процеси вже відбувалися.

Наслідки порушення обміну речовин

Порушення обміну речовин можуть виникати з різних причин. Наприклад, нестача вітамінів у їжі призводить до гіповітамінозів у людини, і тоді розвиваються такі захворювання, як рахіт, цинга або бері-бері. Нестача або надлишок певних хімічних елементів може призводити й до порушення обміну речовин у рослин. Найчастіше це є причиною зниження інтенсивності росту або пошкодження листків рослин (мал. 17.1).

Мал. 17.1. Наслідки нестачі елементів та сполук у метаболізмі рослин

Також порушення можуть виникати внаслідок генетичних змін — мутацій. З ними ви більш докладно ознайомитеся в наступних параграфах підручника.

Ключова ідея

Синтетичні процеси активно відбуваються в багатьох органелах клітин. Біохімічним процесом, який об'єднує їх між собою і з процесами енергетичного обміну, є цикл Кребса. Головні біохімічні процеси в клітинах різних організмів схожі. А їхнє порушення призводить до тяжких наслідків.

Перевірте свої знання

1. Де в клітинах відбувається синтез органічних речовин? 2. Яке значення для клітин має цикл трикарбонових кислот? 3. Чому нестача або надлишок вітамінів може впливати на обмін речовин у людини? 4*. Рослини здатні синтезувати всі потрібні їм амінокислоти. У багатьох тварин частина амінокислот в організмі не синтезується і повинна надходити з їжею (так звані незамінні амінокислоти). З чим це пов'язано? 5*. У чому проявляється схожість процесів у клітинах представників різних царств живих організмів? Побудуйте порівняльну таблицю.

Зміст