В биологических системах баланс сохраняется по причине существования пищевых цепей. Каждый организм занимает в них свое место, получая органические молекулы для своего роста и размножения. При этом процесс расщепления сложных веществ до элементарных, которые можно усвоить любой клетке, называется диссимиляцией. В биологии это основа существования живых организмов наряду с ассимиляцией. Диссимиляция также называется катаболизмом, видом расщепляющего метаболизма.
Этапы диссимиляции
Диссимиляцией называется комплексный процесс с участием пищеварительных систем организма, который сводится к получению пищевых компонентов, их обработке и метаболизму в клетке. Субстрат для диссимиляции в биологии — это любая сложная органическая молекула, для расщепления которой у организма имеются соответствующие ферментные системы.
Первым этапом катаболизма является подготовительный. Он включает процесс движения к пище и ее захват. В качестве пищевого сырья выступают белки, жиры и углеводы в составе живых или разлагающихся тканей. Подготовительный этап диссимиляции в биологии — это пример пищевого поведения организма и внеклеточного пищеварения. В ходе него одноклеточные организмы получают сложное органическое сырье, фагоцитируют его и расщепляют до элементарных составляющих.
В многоклеточных организмах подготовительный этап диссимиляции означает процесс движения к пище, ее получение и переваривание в пищеварительной системе, после чего элементарные питательные вещества разносятся системой кровообращения к клеткам. У растений также имеется подготовительный этап. Он заключается во всасывании продуктов гниения органики, которые позже по транспортным системам доставляются к месту внутриклеточной диссимиляции. В биологии это означает, что для роста и размножения растений требуется субстрат, разрушением которого занимаются низкоорганизованные организмы, например бактерии гниения.
Анаэробная диссимиляция
Вторым этапом диссимиляции называется безкислородный, то есть анаэробный. Он в большей степени касается углеводов и жиров, потому как аминокислоты не метаболизируются, а направляются к месту биосинтеза. Из них строятся макромолекулы белков, а потому использование аминокислот — это пример ассимиляции, то есть синтеза. Диссимиляция — это (в биологии) распад органических молекул с выделением энергии. При этом практически все организмы способны метаболизировать глюкозу — универсальный моносахарид, который является главным источником энергии для всего живого.
В ходе анаэробного гликолиза синтезируется 2 молекулы АТФ, которые запасают энергию в макроэргических связях. Этот процесс малоэффективен, а потому требует большого расхода глюкозы с образованием множества метаболитов: пирувата, или молочной кислоты, у некоторых организмов — этилового спирта. Данные вещества будут использованы в третьем этапе диссимиляции, но этанол будет утилизирован организмом без энергетической выгоды для предотвращения интоксикации. При этом жирные кислоты как продукты расщепления жиров не могут метаболизироваться облигатными анаэробами, так как требуют аэробных путей расщепления с участием ацетил-кофермента-А.
Аэробная диссимиляция
Кислородная диссимиляция в биологии — это аэробный гликолиз, процесс расщепления глюкозы с высоким энергетическим выходом. Он составляет 36 молекул АТФ, что в 18 раз более эффективно, чем бескислородный гликолиз. В организме человека проходят два этапа гликолиза, а потому общий энергетический выход при метаболизме одной молекулы глюкозы составляет уже 38 молекул АТФ. 2 молекулы образуются на этапе бескислородного гликолиза, а еще 36 при аэробном окислении в митохондриях. При этом в некоторых клетках в условиях дефицита кислорода, что наблюдается при ишемической болезни, расход метаболитов может идти только по бескислородному пути.
Метаболизм аэробов и анаэробов
Диссимиляция у анаэробных и аэробных организмов похожа. Однако анаэробы ни при каких обстоятельствах не могут участвовать в аэробном окислении. Это значит, что у них не может быть третьего этапа диссимиляции. Организмы, которые имеют ферментные системы для связывания кислорода, например, цитохромоксидазу, способны к аэробному окислению, а потому в ходе метаболизма они эффективнее получают энергию. Потому кислородная диссимиляция в биологии — это пример наиболее эффективного метаболического пути расщепления глюкозы, что позволило появиться теплокровным организмам с развитой нервной системой. При этом нервные клетки не имеют ферментов, ответственных за расщепление других метаболитов, потому способны расщеплять только глюкозу.
