Обмен веществ — основа существования клетки

 

Вспомните

 

  что представляют собой клеточные органоиды;

 

  какую функцию выполняют органоиды в клетке.

 

    Понятие об обмене веществ. Для изучения клетки её обычно фиксируют, окрашивают и рассматривают под микроскопом уже неживой объект. Поэтому возникает впечатление, что структурные части клетки неподвижны, статичны, а это далеко не так. В живой клетке всё находится в движении — цитоплазма, увлекаемые ею органоиды и включения. Активно работают рибосомы и митохондрии, происходит множество химических превращений. Во всех этих процессах жизнедеятельности накапливается, тратится и преобразуется энергия. Из окружающей среды в клетку поступают различные вещества, а из клетки в окружающую среду удаляются ненужные продукты обмена — происходит обмен веществ, или метаболизм (греч. metabole — «превращение»).

 

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность биохимических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих процессы её жизнедеятельности.

 

    Обмен веществ складывается из ассимиляции и диссимиляции.

 

    Ассимиляция (лат. assimilatio — «слияние», «усвоение») — совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клетки. Поэтому ассимиляцию ещё называют пластическим обменом. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойствен всем организмам) и синтез углеводов (из неорганических веществ у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).

 

    Пластический обмен особенно интенсивно происходит в периоды роста организмов: в молодом возрасте у животных — при формировании потомства, а у растений — в течение вегетационного периода.

 

Ассимиляция является созидательным этапом обмена веществ. Он осуществляется всегда с потреблением энергии при участии ферментов.

 

   В процессе ассимиляции накопление энергии происходит главным образом при образовании энергоёмких химических связей в сложных моле-

 

   Диссимиляция — совокупность реакций, в которых происходит распад крупных органических молекул до простых соединений с одновременным высвобождением энергии. При разрыве химических связей молекул органических соединений энергия высвобождается и запасается главным образом в виде молекул АТФ.

 

Диссимиляция обеспечивает энергией все биохимические процессы в клетке, поэтому её называют также энергетическим обменом.

 

   В процессе эволюции клетки живых организмов выработали регуляторные системы, обеспечивающие упорядоченность и согласованность метаболических реакций. Это и позволяет им адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

 

   Энергетика клетки. Аденозинтрифосфорная кислота, или АТФ, — это нуклеотид — сложное органическое соединение, содержащее аденин, рибозу и трифосфат (три остатка фосфорной кислоты):

 

    Молекула АТФ очень энергоёмка. Она является универсальным переносчиком и накопителем энергии. Энергия заключена в двух химических связях между тремя остатками фосфорной кислоты.

 

    Отделение от АТФ одного концевого фосфата (Ф), т. е. остатка фосфорной кислоты, сопровождается высвобождением 30-40 кДж/моль, тогда как при разрыве иных химических связей энергии высвобождается в 3~4 раза меньше. Образовавшаяся при этом молекула аденозиндифосфата (АДФ), имеющая два фосфатных остатка, может быстро восстановиться до АТФ или, при необходимости, отдав один концевой фосфат, превратиться в аденозинмонофосфат (АМФ);

 

    Превращения АТФ в АДФ и обратно служат основным механизмом поддержания энергетического баланса клетки. Присоединение фосфорных остатков к АМФ и АДФ сопровождается накоплением (аккумуляцией) энергии, а их отщепление от АТФ и АДФ приводит к выделению энергии.

Благодаря богатым энергией химическим связям в молекулах АТФ клетка способна накапливать энергию и расходовать её на процессы своей жизнедеятельности и жизнедеятельности всего организма.

   Синтез АТФ у эукариот происходит в мембранах митохондрий и хло- ропластов и в цитоплазме, а у прокариот — в цитоплазме и особых выростах клеточной мембраны — мезосомах.

 

1. Поясните, в каком виде энергия накапливается в клетках.

2. Что произойдёт с клеткой, если в её метаболизме будет превалировать ассимиляция? диссимиляция?

3. Клетка — это биосистема. Охарактеризуйте процессы, которые обеспечивают её целостность.