В биологии обмен веществ – это совокупность тесно связанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Целью обмена веществ является производство сложных веществ и снабжение организма энергией.

Определение

Клеточный метаболизм включает множество химических реакций, которые происходят в органеллах и необходимы для поддержания жизни.
Обмен веществ включает в себя два процесса:

  • катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – совокупность химических реакций, направленных на расщепление сложных веществ с образованием энергии;
  • анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) — реакции биосинтеза, при которых образуются сложные органические вещества с затратой энергии.

Метаболизм

Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.

Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального обмена веществ в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород и вода. Растениям необходима вода, кислород и солнечный свет.

Диссимиляция и ассимиляция – взаимосвязанные процессы, не происходящие в разрыве друг от друга. Чтобы происходил анаболизм, необходима энергия, которая выделяется в процессе катаболизма. Для расщепления (диссимиляции) необходимы ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.

Катаболизм и анаболизм

Диссимиляция может происходить как в присутствии, так и в отсутствие кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:

  • аэробы – живут только при наличии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
  • анаэробные – могут существовать при отсутствии кислорода (некоторые бактерии и грибы).

При поглощении кислорода происходит процесс окисления, и сложные вещества расщепляются на более простые. Ферментация происходит в бескислородной среде. В результате этих двух процессов выделяется большое количество энергии.

У аэробных организмов катаболизм протекает в три стадии, описанные в таблице.

Этап

Как дела

Где это происходит

Энергия

Подготовительный

Ферментативное расщепление органических соединений: белки расщепляются до аминокислот, крахмал до глюкозы, жиры до жирных кислот и глицерина

У одноклеточных — в лизосомах, у многоклеточных — в желудочно-кишечном тракте

Небольшое количество теряется в виде тепла

Бескислородный

Глюкоза расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВС). При дальнейшем отсутствии кислорода ПВС в процессе брожения расщепляется либо на этиловый спирт (спиртовое брожение), либо на молочную кислоту (молочнокислое брожение). Образование двух молекул АТФ

В цитоплазме клетки

Затраты в виде глюкозы при гликолизе

Кислород

Окисление ПВХ до углекислого газа и воды

В митохондриях

Энергетические затраты на образование молекул АТФ

Метаболизм

Рис. 2. Процесс гликолиза.

Метаболизм анаэробов включает первые два этапа.

Анаболизм наступает после подготовительного этапа. Сложные органические вещества, свойственные организму, синтезируются из более простых организмов. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-носители, пигменты, нуклеиновые кислоты и т д. Образующиеся вещества способствуют катаболизму.

В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.

Метаболизм

Рис. 3. Фотосинтез и дыхание растений.

Что мы узнали?

Обмен веществ включает энергетический и пластический обмен. В результате первого процесса образуются простые вещества, второй процесс направлен на создание сложных органических веществ, участвующих в катаболизме. Оба процесса параллельны и протекают с энергозатратами.