Реферат: Обмены веществ, происходящие в клетках человека

Единственным источником энергии на земле является солнце. Клетки растений с помощью хлоропластов улавливают энергию солнца, превращая ее в энергию химических связей молекул синтезированных органических веществ. В растениях идет первичный синтез органических веществ из неорганических: углекислого газа и воды за счет энергии солнца. Все остальные организмы используют готовые органические вещества, расщепляют их, а выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ. Запасенная энергия расходуется в процессе пластического обмена на синтез органических веществ, специфичных для каждого организма. Часть энергии в процессе обмена веществ постоянно теряется в виде тепла, поэтому в системы живых организмов необходим постоянный приток энергии. Таким образом, солнечная энергия аккумулируется в органических веществах, а затем используется в процессе жизнедеятельности организма.

По способу питания, источнику получения органических веществ и энергии организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя энергию солнечного света. К ним относятся все растительные организмы, синезеленые водоросли (цианобактерии). К автотрофному питанию способны и хемо-синтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ: серы, железа, азота.

Гетеротрофные организмы получают готовые органические вещества от автотрофов. Источником энергии являются органические вещества, которые распадаются и окисляются в процессе диссимиляции. К ним относятся животные, грибы, многие бактерии.

Автотрофы способны усваивать неорганический углерод и другие элементы. Гетеротрофы усваивают только органические вещества, получая энергию при их расщеплении. Автотрофные и гетеротрофные организмы связаны между собой процессами обмена веществ и энергии.

Энергетический обмен

Энергетический обмен состоит из трех этапов.

Iэтап — подготовительный. На первом этапе происходит расщепление высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных в процессе реакций гидролиза, идущих при участии воды. Он протекает в пищеварительном тракте, а на клеточном уровне — в лизосомах. Вся энергия, выделяющаяся на подготовительном этапе, рассеивается в виде тепла.

Реакции подготовительного этапа:

белки + Н₂ 0—» аминокислоты + С; углеводы + Н₂ 0 —»глюкоза + ф; жиры + Н₂ 0 —> глицерин + высшие жирные + кислоты

II этап — гликолиз, бескислородное окисление. Глюкоза является ключевым веществом обмена в организме. Все остальные вещества на разных стадиях втягиваются в процессы ее превращения. Дальнейшее расщепление органических веществ рассматривается на примере обмена глюкозы.

Процесс гликолиза протекает в цитоплазме. Глюкоза расщепляется до 2 молекул пировиноградной кислоты (ПВК), которые в зависимости от типа клеток и организмов могут превращаться в молочную кислоту, спирт или другие органические вещества. При этом выделяющаяся энергия частично запасается в 2 молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Бескислородные процессы называются брожением.

Реакции гликолиза:

С₆ Н₁₂ 0₆ -+>2С₃ Н₄ 0₃ +4Н-глюкоза

ПВК2АТФ

2С₃ Н₆ 0₃ (молочная кислота) молочнокислое брожение

2С₂ Н₅ ОН + 2С0₂ (этиловый спирт) спиртовое брожение

В результате ступенчатого расщепления глюкозы образуются 2 молекулы ПВК — С₃ Н₄ 0₃ . При этом освобождаются еще 4 атома Н, которые соединяются с переносчиком НАД⁺ , и образуются 2НАД • Н + Н⁺ . Дальнейшая судьба ПВК зависит от наличия кислорода. В анаэробных условиях ПВК превращается в молочную кислоту или этанол с участием тех же двух молекул НАД • Н + Н⁺ , которые возвращают водород. Если же процесс идет в аэробных условиях, то ПВК и 2НАД • Н + Н⁺ вступают в реакции биологического окисления.

III этап — кислородный. Биологическое окисление протекает в митохондриях. Пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где преобразуется в уксусную кислоту, соединяется с ферментом-переносчиком и входит в серию циклических реакций — цикл Кребса. В результате этих реакций при участии кислорода образуются углекислый газ и вода, а на кристах митохондрий за счет выделяющейся энергии синтезируется 36 молекул АТФ.

Реакции кислородного этапа:

2С₃ Н₄ 0₃ + 60₂ + 4Н - 6С0₂ + 6Н₂ 0.

Таким образом, при расщеплении глюкозы на двух этапах образуется суммарно 38 молекул АТФ, причем основная часть — при кислородном окислении.

Процесс биологического окисления органических веществ называется дыханием.

Пластический обмен. Фотосинтез

Фотосинтез — процесс первичного синтеза органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) под действием солнечного света. Протекает у растений в хлоропластах. Выделяют две фазы фотосинтеза.

1. Световая фаза. Фотолиз воды. Синтез АТФ. Протекает на мембранах тилакоидов только при участии солнечного света. За счет энергии солнца протекают три группы реакций:

1) возбуждение хлорофилла, отрыв электронов и синтез АТФ за счет энергии возбужденных электронов;

2) фотолиз воды — расщепление молекулы воды;

3) связывание ионов водорода с переносчиком НАДФ.