Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Пластичний та енергетичний обмін

Постійний обмін речовинами та енергією із зовнішнім середовищем є обов’язковою умовою існування живого. Обмін речовин включає в себе їх транспорт та перетворення. Біохімічні перетворення речовин в організмі називають метаболізмом. Найважливіші метаболічні процеси були досліджені протягом 1930-1950 рр. Вивчення метаболізму включає виявлення проміжних продуктів (метаболітів) та дослідження властивостей ферментів, які каталізують їх перетворення.

Хімічні компоненти їжі, необхідні людині (за А. Уайтом та ін., 1981)

Амінокислоти	Елементи	Вітаміни
Незамінні
Ізолейцин Лейцин Лізин Метіонін Фенілаланін Треонін Триптофан Валін	Кальцій Хлор Купрум Йод Ферум Магній Манган Фосфор Калій Натрій Цинк	Аскорбінова кислота Холін Фолієва кислота Нікотинамід Піридоксин Рибофлавін Тіамін Вітамін В12 Вітаміни A, D, Е, К
Імовірно незамінні
Аргінін Гістидин	Флуор Молібден	Біотин Пантотенова кислота

Для існування клітин кишкової палички (Е. coli) необхідні лише глюкоза й неорганічні солі, причому кількість клітин подвоюється кожні 20 хвилин, в них утворюється майже 2500 різноманітних білків і приблизно 1000 інших сполук. Заміна глюкози на сахарозу або амінокислоту обумовлює пристосування метаболізму, що теж дає можливість існувати й у цих умовах. Що більш високорозвинений організм, то більше він залежить від екзогенних факторів.

Речовини, які надходять в організм людини з їжею, зазнають попередньої обробки (розщеплення полімерів на мономери) в травному тракті, після чого всмоктуються стінками кишечника, потрапляють у кров’яне русло і розносяться до тканин. Більшість цих первинних продуктів проходить через печінку, де утилізується і в доступній для інших тканин формі надходить до них. У печінці також зазнає перетворень багато токсичних речовин, які внаслідок цього стають менш небезпечними і виводяться з організму.

Включенню речовин у метаболізм передує їх активація. Наприклад, активними формами карбонових кислот у клітинах є тіоефіри (ацил-SKoA), моносахаридів — фосфатні похідні.

Усі метаболічні процеси, що відбуваються в організмі, можна віднести до двох напрямків: анаболізму й катаболізму.

Анаболізм (асиміляція, пластичний обмін) — це ферментативні процеси синтезу високомолекулярних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів і ліпідів) з низькомолекулярних попередників. Ці процеси потребують затрати енергії переважно у вигляді нуклеозидтрифосфатів (АГФ та ін.). Вони пов’язані з відновленням метаболітів за рахунок Гідрогену, який поставляють проміжні переносники — кофермента НАД, НАДФ, ФАД.

Взаємозв'язок між анаболізмом і катаболізмом

Катаболізм (дисиміляція, енергетичний обмін) — це ферментативне розщеплення високомолекулярних речовин до низькомолекулярних продуктів. Катаболізм відбувається за рахунок окиснення, причому Гідроген відбирається від речовин, що окиснюються, за допомогою проміжних переносників — коферментів НАД, НАДФ, ФАД. Катаболізм супроводжується виділенням енергії переважно у вигляді АТФ. Процеси катаболізму можна поділити на три етапи.

I етап (підготовчий) — полягає в розщепленні полімерів їжі та клітин на мономери і протікає для більшості процесів (зокрема у травному тракті) шляхом гідролізу. На цьому етапі енергія розсіюється у вигляді тепла.

II етап (анаеробний) — відбувається на внутрішніх мембранах клітини. У цей час мономери окиснюються до спільних проміжних продуктів і вивільняють до 20 % внутрішньої енергії (n ≈ 40 %). Прикладом такого процесу є гліколіз (окиснення глюкози до молочної кислоти).

III етап (аеробне (повне) розщеплення) — відбувається в мітохондріях. Під час цього етапу вивільняється до 80 % запасу внутрішньої енергії метаболітів (n ≈ 55 %).

Анаболізм і катаболізм тісно пов’язані між собою.