Обмен веществ – основа существования клетки
Обмен веществ и энергии (метаболизм) – это совокупность биохимических реакций, протекающих в клетке и обеспечивающих процессы ее жизнедеятельности.
В живой клетке постоянно осуществляется обмен веществ – метаболизм. Метаболизм включает два взаимосвязанных процесса: ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Совокупностью их химических реакций обеспечивается биосинтез новых соединений, необходимых для жизни клетки, и распад (расщепление) уже имеющихся или поступающих веществ для обеспечения клетки энергией.
Биосинтез важнейших органических веществ и клеточное дыхание осуществляются в клетке с помощью ферментов. Энергию клетки получают или непосредственно путем поглощения света (при фотосинтезе), или путем расщепления имеющихся органических соединений при клеточном дыхании (при катаболизме).
Анаболизм (греч. anabole – "подъем"), или ассимиляция (лат. assimilatio – "слияние", "усвоение"), – совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток. Поэтому анаболизм еще называют пластическим обменом. В ходе анаболизма происходит биосинтез сложных молекул из более мелких молекул–предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды. Энергия на эти процессы вырабатывается в ходе катаболизма. Важнейшими процессами анаболизма являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойствен всем организмам) и синтез углеводов (у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).
Анаболизм является созидательным этапом обмена веществ. Он осуществляется всегда с потреблением энергии при участии ферментов.
Фотосинтез
Суммарное уравнение:
6CO2 + 6H2O свет С6H12O6 + 6O2↑
1. Световая фаза:
2H2O свет O2↑ + 4H+
2H2O + 4НАДФ∙ + АДФ + Ф → O2↑ + 4НАДФ∙H+ + АТФ
2. Темновая фаза:
12 НАДФ∙H+ + 6CO2 + 3АТФ → С6H12O6 + 12 НАДФ∙ + 3АДФ + 3Ф + 3O2↑
В процессе анаболизма с образованием сложных молекул идет накопление энергии, главным образом, в виде химических связей. Поступление этой энергии в большинстве случаев обеспечивается реакциями биологического окисления веществ клетки – реакциями катаболизма.
Катаболизм (греч. katabole – "сбрасывание", "разрушение"), или диссимиляция, – совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии. Этот процесс осуществляется под «управлением» ферментов, синтезируемых при анаболизме. При разрыве химических связей молекул органических соединений энергия высвобождается и запасается, главным образом, в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), т.е. аденозинтрифосфата. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.
Аденозинтрифосфорная кислота, или АТФ, – это нуклеотид, содержащий аденин, рибозу и трифосфат (три остатка фосфорной кислоты).
Схема структуры молекулы АТФ
| Азотистое основание аденин | Моносахарид рибоза | Остатки фосфорной кислоты | Название |
| Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) | ||
| Аденозиндифосфорная кислота (АДФ) | ||
| Аденозинмонофосфорная кислота (АМФ) |