Пластичний обмін: характеристика, функції, етапи

Метаболізм, тобто сукупність всіх хімічних реакцій, що відбуваються в організмі, включає енергетичний і пластичний обмін. Перший - це реакції, створені задля отримання енергії внаслідок розщеплення складних органічних сполук більш прості. Він ще називається катаболізмом. Пластичний обмін називають ще анаболізмом. Він має на увазі реакції, за допомогою яких організм синтезує необхідні йому складні хімічні речовини з найпростіших з використанням енергії. Таким чином, виходить, що, видобувши енергію в процесі катаболізму, частина її організм витрачає на синтез нових органічних речовин.

Енергетичний обмін: особливості та етапи

Цей вид обміну речовин здійснюється у три стадії: підготовча, анаеробне бродіння, або гліколіз, та клітинне дихання. Розглянемо їх докладніше:

1. Підготовча проходить у шлунково-кишковому тракті, де за допомогою шлункового соку та ферментів білки розщеплюються на амінокислоти, ліпіди — на вищі кислоти та гліцерин, а вуглеводи — на простіші за структурою моносахариди. Інші два етапи здійснюються у клітинах організму.
2. Енергетичний обмін у клітині має дві стадії - анаеробну, для якої кисень не потрібен, та аеробну, під час якої для здійснення хімічних реакцій використовується кисень. Перший із цих двох етапів — гліколіз - Проходить у цитоплазмі, де під впливом ферментів, що містяться в лізосомах (спеціальних органоїдах клітини) відбувається розщеплення глюкози на більш прості речовини, наприклад, етиловий спирт, піровиноградна та молочна кислота.При реакції, у результаті якої утворюється спирт, виділяється вуглекислий газ. У всіх трьох варіантах розщеплення клітина отримує 2 АТФ однією використану молекулу глюкози. Реакція, в якій в результаті розпаду моносахариду виходить етиловий спирт, використовується в основному дріжджами та бактеріями. А процес, внаслідок якого виділяється молочна кислота, – кисломолочними бактеріями. Та реакція, після якої залишається піровиноградна кислота, здійснюється у тваринних клітинах. Властивості бактерій розщеплювати глюкозу до етилового спирту, вуглекислого газу та молочної кислоти широко використовують у харчовій промисловості.

Пластичний обмін – це що? Які в нього особливості?

Розглянувши процес катаболізму, можна перейти до опису анаболізму, який є важливим складником обміну речовин. Внаслідок цього процесу утворюються речовини, з яких побудована клітина і весь організм в цілому, які можуть служити як гормони або ферменти і т.д. буд. Пластичний обмін (він біосинтез, або анаболізм) відбувається, на відміну від катаболізму, виключно в клітині. Він включає три різновиди: фотосинтез, хемосинтез і біосинтез білків. Перший використовується лише рослинами та деякими фотосинтезуючими бактеріями. Такі організми називаються автотрофами, оскільки самі виробляють собі органічні сполуки з неорганічних. Другий використовується певними бактеріями, зокрема і анаеробними, життя яких не потрібно кисень. Форми життя, які використовують хемосинтез, називаються хемотрофами. Тварини та гриби відносяться до гетеротрофів - істот, які отримують органічні речовини з інших організмів.

Фотосинтез

Це процес, який, по суті, є основою життя планети Земля. Всім відомо, що рослини забирають з атмосфери вуглекислий газ і віддають кисень, але давайте детальніше розглянемо, що відбувається під час фотосинтезу. Цей процес здійснюється за допомогою реакції, яка передбачає утворення глюкози та кисню з вуглекислого газу та води. Дуже важливий чинник – наявність сонячної енергії. Під час такої хімічної взаємодії із шести молекул вуглекислого газу та води утворюється шість молекул кисню та одна – глюкози.

Де відбувається цей процес?

Місцем проведення подібного роду реакції є зелене листя рослин, а точніше хлоропласти, які містяться в їхніх клітинах. У цих органелах міститься хлорофіл, завдяки якому відбувається фотосинтез. Ця речовина також забезпечує зелений колір листків. Хлоропласт оточений двома мембранами, а в його цитоплазмі розташовані грани - стоси з тилакоїдів, які мають власну мембрану та містять хлорофіл.

Хемосинтез

Хемосинтез - це також пластичний обмін. тільки характерний він для мікроорганізмів, у тому числі і сірчаних, нітрифікуючих та залізобактерій. Вони використовують енергію, одержану в процесі окислення певних речовин, для відновлення вуглекислого газу до органічних сполук. Речовинами ж, які окислюються даними бактеріями в процесі енергетичного обміну, є сірководень для перших, аміак для других та закис заліза для останніх.

Біосинтез білків

Обмін білків в організмі має на увазі розщеплення тих, які були вжиті в їжу, на амінокислоти та побудову з останніх своїх власних білків, властивих саме цій живій істоті.Пластичний обмін - це з інтез білків клітиною, він включає два основні процеси: транскрипцію і трансляцію.

Транскрипція

Це слово багатьом відоме з уроків англійської мови, однак у біології цей термін має зовсім інше значення. Транскрипція – це процес синтезу інформаційної РНК за допомогою ДНК за принципом комплементарності. Здійснюється він у ядрі клітини та налічує три стадії: утворення первинного транскрипту, процесинг та сплайсинг.

Трансляція

Цей термін означає перенесення зашифрованої на іРНК інформації про структуру білка на поліпептид, що синтезується. Місцем для цього процесу служить цитоплазма клітини, саме, рибосома — спеціальний органоїд, що відповідає за синтез білків. Це органела овальної форми, що складається з двох частин, які з'єднуються у присутності іРНК.

Трансляція відбувається у чотири етапи. На першій стадії амінокислоти активуються спеціальним ферментом під назвою аміноацил Т-РНК-синтетазу. Для цього використовується АТФ. Згодом утворюється аміноациладенілат. Далі слідує процес приєднання активованої амінокислоти до транспортної РНК, при цьому виділяється АМФ (аденозинмонофосфат). Потім, третьому етапі, утворений комплекс з'єднується з рибосомою. Далі відбувається включення амінокислот до структури білка в певному порядку, після чого тРНК вивільняється.

Пластичний обмін

Сукупність реакцій біологічного синтезу називають пластичним обміном. Назва цього виду обміну відбиває його сутність: із простих речовин, що надходять ззовні, утворюються складні речовини клітини.

Пластичний обмін (асиміляція) - це сукупність хімічних реакцій в організмі, спрямованих на утворення та оновлення структурних частин клітин та тканин, що йдуть із витратою енергії.

Генетичний код

Все розмаїття білків у природі визначається різною послідовністю у тому структурі 20 «чарівних» амінокислот.
Відомо, що існує всього 4 види нуклеотидів, які відрізняються один від одного лише азотистими основами. Можуть містити тімін або аденін, цитозин або гуанін. Кожній амінокислоті в білковому ланцюжку відповідає

ДНК комбінація їх трьох нуклеотидів триплет. Ця залежність між основами та амінокислотами називається генетичним кодом. Тільки код, що складається з трьох послідовно розташованих підстав, може забезпечити включення до білкових молекул всіх 20 амінокислот. У такий код входить 64 різних триплети - можливі поєднання трьох з чотирьох азотистих основ (рис. 40).

Мал. 40. Генетичний код

Властивості генетичного коду

Одна з основних властивостей коду - його специфічність. Немає випадків, коли той самий триплет відповідав би більш ніж одній амінокислоті. Наприклад, триплет ГЦА може кодувати лише амінокислоту аргінін.

Код універсальний всім живих організмів і будь-коли перекривається, т. е. триплети передаються як інформації завжди цілком.

Деякі амінокислоти кодуються кількома триплетами. Ця надмірність коду має значення для підвищення надійності передачі генетичної інформації. Наприклад, амінокислоті аргініну можуть відповідати триплети ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ і т. д. Зрозуміло, що випадкова заміна третього нуклеотиду в цих триплетах ніяк не позначиться на структурі білка, що синтезується.

У кожній молекулі ДНК, що складається з мільйонів нуклеотидних пар, записано інформацію про послідовність амінокислот у сотнях різних білків. Яким чином ділянка молекули ДНК, яка несе інформацію про структуру одного білка, відмежовується від інших ділянок? Існують триплети, функцією яких є запуск синтезу полінуклеотидного ланцюжка, і триплети, які припиняють синтез, тобто служать «знаки пунктуації».

Транскрипція

Для того, щоб синтезувався білок, інформація про послідовність амінокислот у його первинній структурі повинна бути доставлена ​​до рибосом. Цей процес включає два етапи: транскрипцію та трансляцію. Транскрипція (буквально – переписування) інформації відбувається шляхом синтезу на одному з ланцюгів молекули ДНК одноланцюгової молекули РНК, послідовність нуклеотидів якої точно відповідає (комплементарна) послідовності нуклеотидів ланцюга ДНК. Існують спеціальні механізми «розпізнавання» початкової точки синтезу, вибору ланцюга ДНК, з якого зчитується інформація, а також механізми завершення процесу. Так утворюється мРНК (іРНК), яка несе інформацію про структуру одного білка (рис. 41).

Трансляція - Це наступний етап біосинтезу білка - Переведення послідовності нуклеотидів в молекулі мРНК в послідовність амінокислот.

У прокаріотичних організмів (бактерій і синьо-зелених водоростей), що не мають оформленого ядра, рибосоми можуть зв'язуватися з новоствореною синтезованою молекулою мРНК відразу після її відділення від ДНК або навіть до повного завершення її синтезу. У ядерних організмів мРНК спочатку має бути доставлена ​​через ядерну оболонку до цитоплазми. Перенесення здійснюється спеціальними білками, які утворюють комплекс із молекулою РНК.Крім транспорту мРНК до рибосом, ці білки захищають її від ушкоджуючої дії цитоплазматичних ферментів.

Мал. 41. Транскрипція

У цитоплазмі однією з кінців мРНК вступає рибосома і починає синтез полипептидной (білкової) ланцюга. Рибосома рухається молекулою мРНК не плавно, а переривчасто, триплет за триплетом (рис. 42). У міру переміщення рибосоми молекулою мРНК до поліпептидного ланцюжка одна за одною прилаштовуються амінокислоти, що відповідають триплетам мРНК. Точна відповідність амінокислоти коду триплету мРНК забезпечується тРНК. Для кожної амінокислоти існує своя тРНК, один із триплетів якої комплементарний строго певному триплету мРНК. Так само кожній амінокислоті відповідає свій фермент, що приєднує її до тРНК.

Після завершення синтезу поліпептидний ланцюжок відокремлюється від матриці - молекули мРНК. Молекула мРНК може бути використана для синтезу поліпептидів багаторазово, як і рибосома.

Мал. 42. Трансляція

Вражаюча складність системи біосинтезу та її висока енергоємність забезпечують високу точність та впорядкованість синтезу поліпептидів.

Одна з найважливіших форм пластичного обміну – біосинтез білка. Процес включає два етапи: транскрипцію і трансляцію. Інформація, записана у вигляді триплетів на ДНК, перетворюється на послідовність амінокислотних ланок за участю рибосом.

1. У чому полягає суть пластичного обміну? Дайте визначення асиміляції.
2. Що таке генетичний код? Перелічіть основні властивості генетичного коду.
3. Де і яким чином у клітині синтезуються рибонуклеїнові кислоти?
4. Як відбувається синтез білка? Розкажіть, де здійснюється синтез білка.

1. Чому залежить довжина мРНК?
2. Яке значення має така властивість генетичного коду, як надмірність?
3. Про що свідчить універсальність генетичного коду?

• Неклітинні форми життя - віруси
• Клітинна теорія будови організмів
• Розподіл клітин
• Ядро
• Еукаріотична клітина
• Прокаріотична клітина
• Вуглеводи. Ліпіди. Нуклеїнові кислоти
• Органічні речовини, що входять до складу клітини. Білки
• Неорганічні речовини, що входять до складу клітини

Пластичний та енергетичний обмін

Метаболізм включає пластичний та енергетичний обмін. У процесі розпаду складних речовин утворюється енергія, яка витрачається на побудову та роботу всього організму (зростання тканин, скорочення м'язів, підтримання тепла). Обидва процеси тісно взаємопов'язані і невіддільні один від одного.

Процес обміну

Взаємозв'язок між середовищем та живим організмом здійснюється за допомогою метаболізму чи обміну речовин. Для життєдіяльності необхідно, щоб усередину організму з їжею та повітрям надходили органічні та неорганічні речовини – білки, жири, вуглеводи, солі, кисень, вітаміни. Всі ці речовини беруть участь у низці хімічних реакцій. У таблиці енергетичного та пластичного обміну описані особливості двох процесів.

Характеристика

Енергетичний обмін (окислення, дисиміляція, катаболізм, клітинне дихання)

Направлений на розщеплення органічних речовин, що надійшли із зовнішнього середовища або утворених під час пластичного обміну, до простих сполук. У процесі розщеплення виділяється енергія як молекули АТФ (аденозинтрифосфата), необхідний синтезу речовин

Пластичний обмін (біосинтез, асиміляція, анаболізм)

Полягає у синтезі специфічних органічних речовин із витратою енергії АТФ. Утворені речовини беруть участь у процесах, що відбуваються в організмі, є резервним запасом енергії та будівельним матеріалом

Коротко загальний процес метаболізму можна поділити на три етапи:

• ферментативний(підготовчий) – за участю ферментів розщеплюються білки, жири, вуглеводи, що надійшли із зовнішнього середовища, до більш простих сполук;
• метаболічний(основний) – розщеплені речовини переносяться струмом крові до кожної клітини організму, де відбувається утворення енергії у вигляді молекул АТФ та синтез речовин (клітинний метаболізм);
• видільний(заключний) - продукти розпаду (вуглекислий газ, вода, аміак) виводяться з організму за допомогою крові через органи виділення і легені.

Показником здоров'я є баланс між пластичним та енергетичним обміном. У період інтенсивного зростання (наприклад, підлітковий період) може спостерігатись переважання анаболізму над катаболізмом.

Обмін білків, жирів, вуглеводів

Щодня в організмі відбуваються складні процеси пластичного та енергетичного обміну. Щоб організм зміг використати білки, жири, вуглеводи, вони мають пройти складний шлях. У таблиці описані процеси та функції речовин.

Види обміну

Процеси

Значення

Катаболізм – розщеплення до амінокислот, анаболізм – синтез спеціалізованих білків у цитоплазмі клітини

Білки входять до складу ферментів, гормонів, антитіл. Є основним будівельним матеріалом організму. Кінцевими продуктами розщеплення амінокислот є вода, вуглекислий газ, аміак

Катаболізм – розпад глікогену (глікогеноліз), а потім глюкози (глікоз). Анаболізм - синтез глікогену (глікогеногенез)

Глюкоза є основним джерелом енергії, при надлишку запасається як глікогену. Регулює нормальну роботу мозку. Кінцеві продукти розщеплення – вуглекислий газ, вода

Катаболізм – розпад до жирних кислот та гліцерину (ліполіз), анаболізм – утворення жирних кислот (ліпогенез)

Жири є джерелом енергії. Входять до складу клітинних мембран. Кінцеві продукти розпаду – вуглекислий газ, вода

Важливу роль метаболізмі грають вітаміни – органічні сполуки, що у синтезі ферментів-каталізаторів метаболізму. Вони, таким чином, впливають на обмін речовин, є антиоксидантами, сприяють транспортуванню речовин у клітину та утворенню сигнальних молекул, що реагують на зміну навколишнього середовища.

які читають разом з цією