Енергетичний обмін - малюнок

Пластичний обмін (анаболізм) — опис процесів та етапів



Важливою частиною метаболізму є пластичний обмін. Інші назви цього явища – анаболізм, асиміляція або біосинтез. Завдяки йому, в організмі синтезуються:

  • білки;
  • складні вуглеводи;
  • ферменти;
  • гормони.

З білків і ліпідів будуються живі клітини та інші структурні одиниці організму. Це складний процес, який притаманний більшості живим істотам на планеті.

Схема анаболізму

Синтез білка

До процесів пластичного обміну (анаболізму) відносять реакції утворення білків, вуглеводів і ліпідів.

Утворення протеїнів відбувається в цитоплазмі клітин. Білкова молекула – це складне полімерне утворення. Її складовою частиною або мономером є амінокислоти. Всього описано 20 основних амінокислот. З них складаються білки більшості живих організмів.

В окремих випадках в процесі залучені модифіковані амінокислоти:

  • десмозин;
  • гамма-карбоксиглутамінова кислота;
  • селеноцистеїн.

Синтез білків заснований на принципі матриці. В організмі існують особливі матричні молекули. Вони несуть в собі інформацію про послідовність амінокислот в протеїновому ланцюжку. Найбільш часто такою матрицею служить молекула рибонуклеїнової кислоти – матрична або інформаційна РНК. З її допомогою відбувається визначення структури речовини.

Етапи анаболізму (пластичного обміну) білків:

  • Трансляція – формування поліпептидного ланцюжка.
  • Фолдінг – ланцюжок займає певне положення і структуру в тривимірному просторі.
  • Хімічне перетворення молекули.
  • Доставлення готового поліпептиду до місця призначення – органу або клітини.

У процесі трансляції послідовність амінокислот у білковому ланцюжку вибудовується відповідно до коду інформаційної РНК. У цьому беруть участь рибосоми — особливі клітинні структури, що складаються з 2 частин. У кожній частині рибосоми міститься білкова частина і рибонуклеотидна.

Амінокислоти доставляються до рибосом за допомогою транспортної РНК (скорочено тРНК). На одній з ділянок цієї молекули є так званий антикодон. Підходячи до іРНК, він зв’язується з її ділянкою — кодоном за принципом комплементарності. Молекула тРНК потрапляє у велику одиницю рибосоми, і доставлена амінокислота приєднується до білкового ланцюжку, що будується.

Синтез протеїнів вимагає великої кількості енергії. Вона використовується на наступні цілі:

  • Для активування трансляції.
  • На активацію кожної амінокислоти, що бере участь в процесі.
  • Для зв’язування комплексу тРНК + амінокислота з рибосомою.
  • Для переміщення рибосоми після приєднання нової амінокислоти до пептидного ланцюга.
  • Для завершення процесу трансляції.

Така значна витрата енергії потрібна, щоб забезпечити точність формування білкової молекули і незворотність процесу.

Пластичний обмін

Анаболізм вуглеводів

Синтез вуглеводів складається з декількох етапів. Спочатку з невуглеводних сполук формуються молекули глюкози (глюконеогенез). Потім з глюкози синтезується глікоген (процес називається гліконеогенез).

Функції синтезу глюкози в організмі людини виконують:

  • печінка;
  • нирки;
  • кишковий епітелій.

Основна сукупність хімічних реакцій відбувається в цитозолі. Частина підготовчих процесів протікає в ендоплазматичному ланцюгу клітини і мітохондріях.

Вихідною речовиною для синтезу може служити піруват. Процес характеризується витратою великої кількості енергії.

Процес гліконеогенезу протікає в клітинах печінки і м’язової тканини. Основна частина реакцій проходить в цитозолі. Синтез складається з декількох стадій:

  • Молекула глюкози піддається фосфорилюванню з використанням енергії від 1 молекули АТФ. В результаті утворюється глюкозо-6-фосфат.
  • Фосфатна група в новій молекулі попрямує з шостого атома вуглецю на перший. Утворюється глюкозо-1-фосфат.
  • Отримане з’єднання переноситься на УТФ — утворюється молекула УДФ-глюкози.
  • УДФ-глюкоза полімеризується і виходить глікоген. В процесі бере участь фермент глікогенсинтаза. При цьому молекула УДФ відділяється від моносахаридної частини.

Складові пластичного обміну

Виробництво нуклеотидів і жирних кислот

Нуклеотиди утворюються у всіх живих клітинах організму в цитоплазмі. Процес цей складний і багатоступінчастий. Подібними компонентами є іони і нециклічні молекули. В процесі синтезу утворюються гетероциклічні азотисті основи.

Жирні кислоти синтезуються в цитоплазмі адипоцитів – клітин жирової тканини. Процес складається з великої кількості хімічних реакцій. Практично всі вони протікають за допомогою єдиного каталізатора.

Цей комплекс складається з великої кількості ферментів. Синтез ліпідів – це циклічне явище. В результаті кожного циклу до молекули кислоти приєднуються 2 нових атоми вуглецю.

Обмін речовин та енергії2

Процес фотосинтезу

Цей біохімічний процес притаманний рослинному царству. Без нього життя на планеті було б неможливим.

Більша частина живих організмів, що існують на Землі, потребують кисню для нормальної життєдіяльності. Вони використовують його для дихання, а натомість виділяють в навколишнє середовище вуглекислий газ.

Атмосферний кисень надходить із зеленого листя рослин. У них містяться особливі включення – хлоропласти. Зовні кожен хлоропласт покритий подвійною мембраною. Усередині в цитоплазмі містяться гранули (тилакоїди) з власними захисними покриттями. У тилакоїдах міститься хлорофіл, що забезпечує процес фотосинтезу. Саме він надає листю і траві зелене забарвлення.

В ході реакції фотосинтезу здійснюється об’єднання 6 молекул вуглекислого газу з молекулами води. В результаті утворюється молекула глюкози. В якості побічного продукту виділяється кисень. Цей процес можливий тільки при наявності сонячного світла.

Класифікація організмів за типом живлення

Особливості хемосинтезу

Цей тип харчування, ймовірно, найбільш древній і виник раніше фотосинтезу. Схема хімічних реакцій істотно відрізняється від фотосинтезу. Енергія для хімічних процесів береться не від сонячного світла, а від окислення неорганічних речовин. Деякі види бактерій отримують запаси енергії при окисленні аміаку. Це з’єднання утворюється при гнитті органічних залишків.

Цей вид аутотрофного харчування характерний тільки для деяких представників ряду прокаріотів. Багато доядерних організми живуть в умовах, де немає кисню — на великій глибині в морях і океанах та ін.

Як і фотосинтез, хемосинтез належить до типів аутотрофного харчування.

Тобто органічні речовини, що необхідні для життя, утворюються з неорганічних вихідних компонентів. Енергія в обох випадках накопичується у вигляді молекул АТФ (аденозинтрифосфату).

Основні характеристики хемосинтезу:

  • Отримання енергії не від сонячних променів, а від хімічних реакцій окислення.
  • Використання цього типу харчування тільки деякими доядерними бактеріями.
  • Відсутність хлорофілу в клітинах.
  • Використання як вихідного матеріалу не тільки вуглекислоти, але і окису вуглецю, метанолу, оцтової і мурашиної кислоти та ін.
  • Отримання енергії в результаті окислення неорганічних молекул — сірки, заліза, водню, марганцю, азотистих сполук.

Всі організми, що використовують хемосинтез, ділять на кілька класів по субстрату для отримання енергії. Приклади представлені в таблиці.

Клас мікроорганізмів Субстрат
сіркобактерії сірчистий водень
залізобактерії солі заліза
нітрифікаційні аміак
метаноутворюючі органічні залишки

У природі хемотрофи підтримують ґрунт в родючому стані, насичуючи його корисними речовинами, необхідними для росту і розвитку рослин.

Етапи енергетичного обміну2

Взаємозв’язок пластичного і енергетичного обміну

Пластичні (анаболічні) процеси в живій клітині тісно пов’язані з енергетичним обміном. В процесі анаболізму утворюються не тільки «будівельні» компоненти:

  • жири;
  • білки;
  • прості і складні вуглеводи.

Створюються також складні молекули ферментів, що беруть участь в енергетичних процесах.

Кінцевим продуктом, в якому накопичується енергія в живих клітинах, є АТФ. Молекули утворюються в результаті окислення органічних речовин.

Пластичний обмін (анаболізм) – це в біології процес, зворотний енергетичному. Всі речовини при цьому розпадаються і утворюється молекула АТФ. Енергія, отримана в результаті хімічних зв’язків, що розпалися, використовується для складання і утримання зв’язків аденозинтрифосфату.

В ході анаболізму (пластичного обміну) відбувається зворотний процес – молекула АТФ розпадається, а звільнена при розщепленні енергія використовується для хімічних реакцій.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *