Метаболизм, или обмен веществ, - это основа жизнедеятельности любого организма. От эффективности обменных процессов зависит здоровье и долголетие. Давайте разберемся, что такое ассимиляция и диссимиляция и почему они так важны.
Сущность обмена веществ
Метаболизм - это совокупность химических реакций, направленных на превращение веществ и энергии в организме. В его основе лежат два взаимосвязанных процесса:
- Ассимиляция (анаболизм) - синтез органических веществ из простых составляющих
- Диссимиляция (катаболизм) - расщепление сложных органических веществ до простых молекул
Таким образом, ассимиляция отвечает за построение клеточных структур, а диссимиляция обеспечивает организм энергией. Рассмотрим подробнее каждый из этих процессов.
Ассимиляция
Ассимиляция, или анаболизм - это биосинтез сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов) из более простых молекул. К примеру, белки синтезируются на рибосомах из аминокислот, полисахарид крахмал образуется из молекул глюкозы. При ассимиляции происходит накопление энергии в виде химических связей.
Ассимиляция необходима для:
- Роста и регенерации клеток и тканей
- Восстановления и обновления органов
- Выработки ферментов и гормонов
- Поддержания иммунитета
К ассимиляции относятся такие процессы как биосинтез белка, фотосинтез растений и хемосинтез некоторых бактерий.
Диссимиляция
Диссимиляция (катаболизм) - это расщепление сложных органических веществ до простых составляющих с выделением энергии. Например, при β-окислении жирных кислот образуется много энергии в виде АТФ. Разрыв химических связей при диссимиляции приводит к высвобождению энергии, которая запасается в форме макроэргических соединений.
Диссимиляция необходима для обеспечения организма энергией. Основные процессы:
- Дыхание
- Брожение
- β-окисление жирных кислот
- Гликолиз
- Цикл Кребса
Таким образом, ассимиляция и диссимиляция тесно связаны и дополняют друг друга, обеспечивая нормальный метаболизм.
Формы получения энергии
Все живые организмы нуждаются в постоянном притоке энергии для поддержания жизнедеятельности. Энергию они получают либо из солнечного света, либо из пищевых веществ.
Автотрофные организмы
Автотрофы - это организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. Они используют в качестве источника энергии солнечный свет или окисление неорганических соединений.
К автотрофам относятся:
- Растения
- Водоросли
- Цианобактерии
- Некоторые бактерии
У растений и водорослей автотрофным процессом является фотосинтез - синтез органических веществ из углекислого газа и воды с использованием энергии света. Продуктами фотосинтеза являются кислород и органические соединения (глюкоза, крахмал, целлюлоза и др.).
Гетеротрофные организмы
В отличие от автотрофов, гетеротрофы не могут синтезировать органические вещества из неорганических. Они используют готовые органические соединения, получаемые из пищи.
К гетеротрофам относятся:
- Животные
- Грибы
- Бактерии
Гетеротрофы получают энергию, расщепляя сложные органические молекулы пищи с помощью ферментов до простых (диссимиляция). Этот процесс называется дыханием или брожением. Например, при расщеплении глюкозы образуется не только энергия, но и конечные продукты - СО2 и Н2О.
Хемосинтезирующие бактерии
Некоторые виды бактерий способны осуществлять хемосинтез - синтез органических веществ из СО2 с использованием энергии окисления неорганических соединений (сероводорода, аммиака, железа и др.).
Пример реакции:
CO2 + 4H2S + O2 = CH2O + 4S + 3H2O
Хемосинтезирующие бактерии живут на дне океана у гидротермальных источников, а также используются на очистных сооружениях.
Энергетический обмен человека
Человек, как и все животные, относится к гетеротрофам. Мы получаем энергию, расщепляя сложные органические соединения, поступающие с пищей. Этот процесс происходит в несколько этапов:
- Пищеварение. На первом этапе происходит механическая и химическая обработка пищи с помощью ферментов. В результате белки расщепляются до аминокислот, жиры - до жирных кислот и глицерина, полисахариды - до моносахаридов.
- Всасывание питательных веществ. Затем продукты расщепления всасываются в кровь через кишечные ворсинки и разносятся к клеткам организма.
- Анаэробный этап. Далее начинается бескислородный этап энергетического обмена. На этом этапе глюкоза в цитоплазме клетки расщепляется до пировиноградной кислоты с образованием 2 молекул АТФ - это реакция гликолиза.
- Аэробный этап. Следующий этап энергетического обмена - кислородный или дыхательный. Пировиноградная кислота транспортируется в митохондрии, где окисляется с образованием большого количества АТФ в процессе цикла Кребса.
- Синтез АТФ. Образующиеся в ходе энергетического обмена молекулы АТФ обеспечивают клетки энергией, необходимой для биосинтеза, поддержания структур, сокращения мышц и других процессов.
