Краткое содержание: Параграф § 7 / Биология 9 класс Часть 1

Обмен веществ как основа жизни

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — это совокупность всех химических реакций в организме, обеспечивающих его жизнедеятельность. Это основной признак живых организмов. Метаболизм состоит из двух взаимосвязанных процессов: анаболизма (пластического обмена) и катаболизма (энергетического обмена).

Анаболизм (Пластический обмен)

Анаболизм — это совокупность реакций синтеза сложных органических веществ из более простых, требующих затрат энергии, которую организм получает из катаболизма. В результате анаболизма происходит образование белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот и других клеточных компонентов.

Катаболизм (Энергетический обмен)

Катаболизм — это совокупность реакций распада сложных органических веществ на более простые с высвобождением энергии, которая запасается в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Основной процесс катаболизма — клеточное дыхание.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

АТФ — универсальный биологический аккумулятор и переносчик энергии в клетке. Она состоит из азотистого основания аденина, моносахарида рибозы и трех остатков фосфорной кислоты, соединенных макроэргическими связями. При гидролизе АТФ высвобождается энергия:

• При отщеплении одного остатка: \( АТФ + H_{2}O \rightarrow АДФ + H_{3}PO_{4} + 40 кДж \)
• При отщеплении двух остатков: \( АТФ + 2H_{2}O \rightarrow АМФ + 2H_{3}PO_{4} + 80 кДж \)

Обратный процесс синтеза АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты требует затрат не менее \( 40 кДж \) энергии: \( АДФ + H_{3}PO_{4} + 40 кДж \rightarrow АТФ + H_{2}O \). В организме человека ежедневно синтезируется и распадается около \( 500 \) циклов АТФ.

Клеточное дыхание (Энергетический обмен)

Клеточное дыхание — это окисление органических соединений с высвобождением энергии, запасаемой в АТФ. Оно включает три основных этапа:

1. Подготовительный этап: Распад крупных органических молекул (белков, жиров, углеводов) в пищеварительной системе или лизосомах до более простых (аминокислот, глицерина, жирных кислот, моносахаридов) с выделением теплоты.
2. Бескислородный этап (Гликолиз): Происходит в цитоплазме. Молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (пирувата). Образуется 2 молекулы АТФ. Уравнение гликолиза: \( C_{6}H_{12}O_{6} + 2АДФ + 2H_{3}PO_{4} + 2НАД^{+} \rightarrow 2С_{3}Н_{4}О_{3} + 2АТФ + 2НАД \cdot H + H^{+} \).
3. Кислородный этап (Аэробное дыхание): Происходит в митохондриях. Пируват окисляется до \( CO_{2} \) и \( H_{2}O \). Синтезируется 36 молекул АТФ. Общий энергетический эффект полного окисления одной молекулы глюкозы составляет \( 38 \) молекул АТФ.

Особенности обмена веществ у разных организмов

Организмы делятся на аэробные (использующие кислород) и анаэробные (не использующие кислород) по способу получения энергии. У анаэробных организмов (и многих клеток человека при недостатке кислорода) после гликолиза происходит брожение (например, спиртовое или молочнокислое), которое высвобождает гораздо меньше энергии, чем кислородный этап.

Роль витаминов

Витамины не являются строительным материалом, но необходимы как коферменты (активаторы) для многих ферментативных реакций обмена веществ, включая клеточное дыхание, обеспечивая его нормальное протекание.

Нарушения обмена веществ

Нарушения обмена веществ могут быть вызваны внешними факторами (неправильное питание, недостаток витаминов, инфекции, стресс) или внутренними (генетические нарушения синтеза ферментов, гормонов). Они приводят к накоплению промежуточных или токсичных продуктов, что может стать причиной различных заболеваний.

Регуляция обмена веществ

Обмен веществ у высокоразвитых животных и человека регулируется нервной и гормональной системами, обеспечивая гомеостаз.