КАЧЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
• Процессы катаболизма и анаболизма представлены химическими реакциями, объединенными в метаболические циклы и каскады (химические превращения), структура которых отличается упорядоченностью во времени и пространстве (прежде всего, речь идет об объеме клетки). Итогом метаболического цикла является определенный биологически значимый результат — на рибосоме из аминокислот образуется полипептид. Упорядоченность различных составляющих обмена веществ достигается благодаря структурированности (компартментации) объема клетки. Правило компартментации распространяется на оба типа клеточной организации — прокариотический и эукариотический, хотя способы его реализации различны. Различна также эволюционная и экологическая стратегия про- и эукариот.
Основополагающий вопрос: Почему обмен веществ (метаболизм) считают необходимым и достаточным условием и признаком жизни? 3
Сущность метаболизма: Сущность метаболизма заключается в преобразовании веществ и энергии. Основу метаболизма составляют взаимосвязанные процессы анаболизма и катаболизма, направленные на непрерывное обновление живого материала и обеспечение его необходимой энергией. Метаболизм Анаболизм Катаболизм 4
Что такое анаболизм? АНАБОЛИЗМ (от греч. anabole — подъем) или ассимиляция – совокупность химических процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей, заключается в синтезе сложных молекул из более простых с накоплением энергии. Наиболее важный процесс анаболизма, имеющий планетарное значение, — фотосинтез. Биосинтез – реакции образования органических веществ в живой клетке. Совокупность реакций биосинтеза называется пластическим обменом. «Пластикос» по гречески означает скульптурный. Так же как скульптор из глины создает изваяние, так и клетка строит свое тело из веществ, полученных в процессе биосинтеза. 6
Что такое катаболизм? КАТАБОЛИЗМ (от греч. katabole — разрушение) или диссимиляция – совокупность протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ (в т. ч. пищевых). В процессе катаболизма происходит освобождение энергии, заключенной в химических связях крупных органических молекул, и запасание ее в форме богатых энергией фосфатных связей аденозинтрифосфата (АТФ). Катаболические процессы — дыхание, гликолиз, брожение. Основные конечные продукты катаболизма — вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, молочная кислота. Совокупность реакций расщепления называется энергетическим обменом клетки. 7
Сравним анаболизм и катаболизм ПРИЗНАКИ ДЛЯ СРАВНЕНИЯ АНАБОЛИЗМ КАТАБОЛИЗМ ЗАДАЧА ПРОЦЕССА Обеспечение клетки строительным материалом и энергоносителями Обеспечение клетки энергией ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ Из простых синтезируются более сложные Сложные распадаются до простых ЭНЕРГИЯ затрачивается Освобождается АТФ Расходуется Образуется, накапливается 8
Белки пищи Пищеварительный канал Фермент пепсин в желудке Фермент трипсин в тонком кишечнике Клетка Аминокислоты Кровь • 1 г белка при расщеплении дает 17, 6 к. Дж Синтез видоспецифических белков (миозин, козеин и др. ) Органоиды клеток тела, мембраны, ферменты
Липиды пищи Пищеварительный канал Жирные кислоты, глицерин Лимфа. Кровь • 1 г жира при расщеплении дает 38, 9 к. Дж Фермент липаза в 12 перстной кишке Фермент лецитиназа, липаза в тонком кишечнике Клетка Синтетические процессы Жировое депо (сальник, подкожная клетчатка)
Углеводы пищи Пищеварительный канал Глюкоза Кровь Печень (гликоген) Мышцы Глюкоза • 1 г углевода при расщеплении дает 17, 6 к. Дж Фермент птиалин, мальтаза в ротовой полости Фермент амилаза в тонком кишечнике Клетка Окисление с выделением энергии
Выводы: 1. Анаболические и катаболические процессы осуществляются путем последовательных химических реакций с участием ферментов. 2. Анаболизм и катаболизм – противоположные процессы. 3. Анаболизм и катаболизм – взаимосвязанные процессы. Связь эта состоит в том, что с одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез ферментов и веществ-энергоносителей. 4. Совокупность пластического и энергетического обменов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой, называют обменом веществ. 5. Обмен веществ или метаболизм – важнейшее условие и необходимый признак жизни. С прекращением обмена веществ прекращается и сама жизнь! 12
Функции обмена веществ: 1. Наиважнейшей функцией процесса обмена веществ является поддержание постоянства внутренней среды клеток и организма (гомеостаз) в непрерывно меняющихся условиях существования. 2. Обеспечение развития, жизнедеятельности и самовоспроизведения организмов, их связь с окружающей средой и адаптации к изменениям внешних условий. 13
Особенности обмена веществ у различных организмов Для каждого живого организма характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, зависящий от условий ёго существования и от отношения площади поверхности тела к его массе. Это отношение тем больше, чем меньше животное. Следовательно, у крупных животных интенсивность обмена веществ ниже, чем у мелких. Интенсивность обмена веществ у человека условно принята за единицу. 14
Различие в интенсивности обмена веществ у разных организмов. Слон – 0, 33 Лошадь – 0, 52 Овца – 1, 05 Собака – 1, 57 Землеройка – 35, 24 Если землеройка будет без пищи 7 – 9 часов, она погибнет! 15
Биологическое обеспечение обмена веществ: • Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, зависящий от условий его существования. • Интенсивность и направленность обмена веществ в клетке обеспечивается путем сложной регуляции синтеза и активности ферментов, а также в результате изменения проницаемости биологических мембран. • В организме человека и животных имеет место гормональная регуляция обмена веществ, координируемая центральной нервной системой. • Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена веществ; генетически обусловленные нарушения обмена веществ служат причиной многих наследственных болезней. 16
Живым формам присущ особый способ взаимодействия с окружающей средой — обмен веществ (метаболизм). • Живым формам присущ особый способ взаимодействия с окружающей средой — обмен веществ (метаболизм). Его содержание составляют процессы анаболизма (ассимиляция, пластический обмен) и катаболизма (диссимиляция, энергетический обмен). • По типу обмена веществ земные живые существа подразделяются на аутотрофные и гетеротрофные организмы. В «экономике» природы гетеротрофам отведена роль консументов и деструкторов (редуцентов). • Для осуществления обмена, с одной стороны, необходим приток веществ извне, а с другой, — неутилизируемые продукты обмена должны выделяться во внешнюю среду. При этом поток веществ через организм неразрывно связан с потоком энергии. Таким образом, организм или клетка в вещественно-энергетическом плане относительно окружающей или внеклеточной среды являются открытыми системами.
Обмен веществ между организмом и внешней средой как основное условие жизни и сохранения гомеостаза
Одним из характерных свойств живых объектов является их способность противостоять росту энтропии • В соответствии со вторым законом термодинамики, в энергетически изолированных системах количество энтропии (величина, обратная упорядоченности) с течением времени нарастает. Одним из характерных свойств живых объектов является их способность противостоять росту энтропии, поддерживая присущую им организацию (структуру). Образование элементов и сборка из них внутриклеточных структур (анаболизм), происходят с уменьшением энтропии. Однако параллельно осуществляется окисление пищевых веществ (катаболизм), источником которых является внешняя среда, что сопровождается адекватным увеличением ее энтропии. Поэтому для полноразмерной биологической системы — «организм и среда его обитания» — изменение энтропии в целом положительно.
Второй закон термодинамики, являясь важнейшим законом природы, определяет направление, по которому протекают термодинамические процессы, устанавливает возможные пределы превращения теплоты в работу при круговых процессах, позволяет дать строгое определение таких понятий, как энтропия, температура и т. д. Второй закон связан с понятием энтропии, являющейся мерой хаоса (или мерой порядка). Второй закон термодинамики гласит, что для вселенной в целом энтропия возрастает.
• Связь живых форм со средой обитания — еще одно непременное свойство жизни. Если речь идет о многоклеточных живых формах, то сказанное приобретает дополнение “обязательная взаимосвязь клеток с околоклеточной или межклеточной средой, представляющей, по существу, наряду с кровью и лимфой, внутреннюю среду многоклеточного организма”. • Свойство высших многоклеточных живых существ сохранять постоянство внутренней среды, несмотря на колебания показателей окружающей среды, соответствует биологическому понятию гомеостаза.
Генетический гомеостаз на молекулярногенетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. Механизмы онтогенетического (организменного) гомеостаза закреплены в исторически сложившемся генотипе. На популяционновидовом уровне генетический гомеостаз - это способность популяции поддерживать относительную стабильность и целостность наследственного материала, которые обеспечиваются процессами редукционного деления и свободным скрещиванием особей, что способствует сохранению генетического равновесия частот аллелей.
Физиологический гомеостаз связан с формированием и непрестанным поддержанием в клетке специфических физико-химических условий. Постоянство внутренней среды многоклеточных организмов поддерживается системами дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения и регулируется нервной и эндокринной системами.
Структурный гомеостаз основывается на механизмах регенерации, обеспечивающих морфологическое постоянство и целостность биологической системы на разных уровнях организации. Это выражается в восстановлении внутриклеточных и органных структур, путем деления и гипертрофии.
Механизмы репарации на примере пострадиационного восстановления структуры ДНК
Трансплантация как возможность восстановления структурного и физиологического гомеостаза
Скачать презентацию КАЧЕСТВЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ Процессы
Lektsia_4_BIR.ppt