Клетка как открытая система. Ассимиляция и диссимиляция
КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ, ИХ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (МЕТАБОЛИЗМ) И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ
Клетка как структурная и функциональная единица живого представляет собой открытою систему, т.е. постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой.
Под клеточным обменом веществ понимают непрерывное поступление веществ в клетку из внешней среды, химическое превращение этих веществ и выделение конечных продуктов химических реакций.
Функции клеточного обмена веществ:
1. Обеспечение клетки строительным материалом, необходимым для образования клеточных структур;
2. Снабжение клетки энергией, которая используется на процессы жизнедеятельности (синтез веществ, транспорт веществ и др.);
3. Сохранение относительного постоянства состава и физико-химических свойств клеток;
4. Самообновление клеток и тканей.
Различают внешний обмен– поглощение и выделение веществ, и внутренний обмен – химическое превращение этих веществ в клетке.
Внутренний обмен, или метаболизм, представляет собой совокупность двух противоположных реакций: анаболический и катаболический.
Анаболические реакции – это реакции синтеза сложных органических веществ из более простых. Протекают они с затратами энергии, обеспечивая постоянство состава клеток и тканей организма. Совокупность этих реакций носит название ассимиляции или пластического обмена. Примером ассимиляции может быть биосинтез белка, синтез углеводов из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, синтез нуклеотидов, ДНК, РНК, полисахаридов, липидов и других соединений.
Катаболические реакции – это реакции расщепления сложных органических веществ (жиров, белков и углеводов) до более простых с выделением энергии, значительная часть которой идет на образование АТФ. Эти реакции часто называют энергетическим обменом, или диссимиляцией.
Совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции составляют основу жизнедеятельности клетки, а, следовательно, ткани, органа и организма вцелом.
| Обмен веществ |
| поглощается |
| энергия |
| выделяется |
| Из простых синтезируются более сложные |
| Химические соединения |
| Сложные распадаются до простых |
| Обеспечение клетки строительным материалом. |
| задача |
| Обеспечения клетки энергии |
| пластический |
| энергетический |
| АТФ-расходуется |
| АТФ образуется |
| АТФ (АДЕНОЗИНТРИФОСФАТ) |
Рис. 5.1. Обмен веществ и АТФ в клетке
АТФ + Н2О ↔ АДФ + Н3РО4 + 40 кДж
Не всегда процессы ассимиляции находятся в соответствии с процессами диссимиляции. В период интенсивного роста и развития организма процессы ассимиляции преобладают. Напротив, при старении, интенсивной физической работе, недостатке питательных веществ процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции.
Различают автотрофную и гетеротрофную ассимиляцию. При гетеротрофной ассимиляции (животные, грибы) источником энергии служат вещества пищи (химическая энергия), при автотрофной ассимиляции – энергия света используемая для фотосинтеза (рис.5.2.)
Рис.5.2. Обмен веществ и энергии у автотрофных и гетеротрофных клеток
Из рис. 5.2. видно, что существование жизни на Земле зависит от энергии Солнца и сложных ее преобразований в авто- и гетеротрофных клетках организмов. В упрощенном виде поток энергии в живой природе можно представить так:
1. Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → АТФ → различные формы работы.
2. Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → гетеротрофы → АТФ → различные формы работы
Автотрофы – сами синтезируют органические вещества с неорганических.
Гетеротрофы – употребляют готовые органические вещества, синтезированные другими организмами.