Значение питательных веществ

Во всех живущих ныне организмах, от самых примитивных до самого сложного - человеческого организма, - обмен веществ и энергии - основа жизни.

В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс созидания, образования сложных веществ. Одновременно с этим происходит распад, разрушение сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.

Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д.

Рост, обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организм непрерывно поступают кислород и питательные вещества. Питательные вещества - тот строительный, пластический материал, из которого строится живое.

Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как сердце, желудочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а также для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию организм получает при распаде веществ клеток в процессе обмена веществ.

Таким образом, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим, строительным материалом, но и источником энергии, так необходимой для жизни.

Под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.

Ассимиляция и диссимиляция

Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. В результате процесса ассимиляции сравнительно простые продукты пищеварения, поступая в клетки, подвергаются химическим превращениям с участием ферментов и уподобляются необходимым организму веществам. Диссимиляция - распад сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма. Часть продуктов распада вновь используется организмом, часть выводится из организма наружу.

Процесс диссимиляции также идет при участии ферментов. Во время диссимиляции высвобождается энергия. Именно за счет этой энергии строятся новые клетки, обновляются старые, функционирует сердце человека, совершается умственная и физическая работа.

Процессы ассимиляции и диссимиляции неотделимы друг от друга. При усилении процесса ассимиляции, особенно при росте молодого организма, усиливается и процесс диссимиляции.

Превращение веществ

Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные белки, жиры и углеводы расщепляются до более простых, способных всосаться через слизистую оболочку кишечника и стать строительным материалом в процессе ассимиляции. В пищеварительном тракте при переваривании высвобождается незначительное количество энергии. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь и лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают основные изменения. Образовавшиеся сложные органические вещества входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Энергия, освободившаяся при распаде веществ клеток, используется для жизнедеятельности организма. Не использованные организмом продукты обмена различных органов и тканей выделяются из него.

Роль ферментов во внутриклеточном обмене

Основные процессы превращения веществ совершаются внутри клеток нашего тела. Эти процессы лежат в основе внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки. Благодаря их деятельности с веществами клетки происходят сложные превращения, разрываются внутримолекулярные химические связи в них, что приводит к высвобождению энергии. Особое значение здесь приобретают реакции окисления и восстановления. Конечные продукты процессов окисления в клетке - углекислый газ и вода. При участии специальных ферментов осуществляются и другие типы химических реакций в клетке.

Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, для поддержания процессов жизнедеятельности организма. Основным аккумулятором и переносчиком энергии, используемой при многих синтетических процессах, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). В молекуле АТФ содержатся три остатка фосфорной кислоты. АТФ используется во всех реакциях обмена, требующих затраты энергии. В молекуле АТФ при этом разрывается химическая связь с одним или двумя остатками фосфорной кислоты, освобождая запасенную энергию (отщепление одного остатка фосфорной кислоты приводит к освобождению около 42 000 дж на 1 грамм-молекулу).

Клетка как структурная и функциональная единица живого представляет собой открытою систему, т.е. постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой.

Под клеточным обменом веществ понимают непрерывное поступление веществ в клетку из внешней среды, химическое превращение этих веществ и выделение конечных продуктов химических реакций.

Функции клеточного обмена веществ:

1. Обеспечение клетки строительным материалом, необходимым для образования клеточных структур;

2. Снабжение клетки энергией, которая используется на процессы жизнедеятельности (синтез веществ, транспорт веществ и др.);

3. Сохранение относительного постоянства состава и физико-химических свойств клеток;

4. Самообновление клеток и тканей.

Различают внешний обмен – поглощение и выделение веществ, и внутренний обмен – химическое превращение этих веществ в клетке.

Внутренний обмен, или метаболизм , представляет собой совокупность двух противоположных реакций: анаболический и катаболический.

Анаболические реакции – это реакции синтеза сложных органических веществ из более простых. Протекают они с затратами энергии, обеспечивая постоянство состава клеток и тканей организма. Совокупность этих реакций носит название ассимиляции или пластического обмена . Примером ассимиляции может быть биосинтез белка, синтез углеводов из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, синтез нуклеотидов, ДНК, РНК, полисахаридов, липидов и других соединений.

Катаболические реакции – это реакции расщепления сложных органических веществ (жиров, белков и углеводов) до более простых с выделением энергии, значительная часть которой идет на образование АТФ. Эти реакции часто называют энергетическим обменом , или диссимиляцией.

Совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции составляют основу жизнедеятельности клетки, а, следовательно, ткани, органа и организма вцелом.

энергетический

АТФ-расходуется

АТФ образуется

АТФ (АДЕНОЗИНТРИФОСФАТ)

Ассимиляция и диссимиляция являются противоположными сторонами единого процесса обмена веществ и неразрывно связаны между собой. Так, все реакции биосинтеза нуждаются в энергии, которая выделяется при диссимиляции. Для осуществления реакций энергетического обмена необходимы органические вещества и ферменты, образующиеся в ходе пластического обмена (см. рис. 5.1.)

Рис. 5.1. Обмен веществ и АТФ в клетке

АТФ + Н 2 О ↔ АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж

Не всегда процессы ассимиляции находятся в соответствии с процессами диссимиляции. В период интенсивного роста и развития организма процессы ассимиляции преобладают. Напротив, при старении, интенсивной физической работе, недостатке питательных веществ процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции.

Различают автотрофную и гетеротрофную ассимиляцию. При гетеротрофной ассимиляции (животные, грибы) источником энергии служат вещества пищи (химическая энергия), при автотрофной ассимиляции – энергия света используемая для фотосинтеза (рис.5.2.)

Рис.5.2. Обмен веществ и энергии у автотрофных и гетеротрофных клеток

Из рис. 5.2. видно, что существование жизни на Земле зависит от энергии Солнца и сложных ее преобразований в авто- и гетеротрофных клетках организмов. В упрощенном виде поток энергии в живой природе можно представить так:

1. Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → АТФ → различные формы работы.

2. Энергия Солнца → автотрофы → органические вещества → гетеротрофы → АТФ → различные формы работы

Автотрофы – сами синтезируют органические вещества с неорганических.

Гетеротрофы – употребляют готовые органические вещества, синтезированные другими организмами.

Поток энергии в клетке

В основе потока энергии в клетке лежат процессы питания организмов и клеточного дыхания.

1. Питание – процесс приобретения вещества и энергии живыми организмами.

2. Клеточное дыхание – процесс, с помощью которого живые организмы высвобождают энергию из богатых ею органических веществ при их ферментативном расщеплении (диссимиляции) до более простых. Клеточное дыхание может быть аэробным и анаэробным.

3. Аэробное дыхание – получение энергии происходит при участии кислорода в процессе расщепления органических веществ. Его еще называют кислородным (аэробным) этапом энергетического обмена.

Анаэробное дыхание – получение энергии из пищи без использования свободного атмосферного кислорода. В общем виде поток энергии в клетке можно представить следующим образом (рис 5.3.)

ПИЩА

САХАР, ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, АМИНО-КИСЛОТЫ

КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ

АТФ

СО 2 , Н 2 О, NH 3

ХИМИЧЕСКАЯ, МЕХАНИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ОСМОТИЧЕСКАЯ РАБОТА

АДФ + Н 3 РО 4

Рис.5.3. Поток энергии в клетке

Химическая работа : биосинтез в клетке белков, нуклеиновых кислот, жиров, полисахаридов.

Механическая работа : сокращение мышечных волокон, биение ресничек, расхождение хромосом при митозе.

Электрическая работа – поддержание разности потенциалов на мембране клетки.

Осмотическая работа – поддержание градиентов вещества в клетке и окружающей ее среде.

"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)

Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы метаболизма

Вопрос 1. Почему Солнце - главнейший источник энергии на Земле?
Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы синтеза и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комбинату. Для нормального протекания этих химических процессов необходим постоянный обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы расходуются клетками на синтез необходимых им соединений, построение клеточных структур. Однако для синтеза веществ необходима энергия. Главный источник энергии для живых организмов - Солнце.

Вопрос 2. Почему ассимиляция невозможна без диссимиляции, и наоборот?
Из поступающих в клетку компонентов пищи под действием биологических катализаторов, ферментов, синтезируются новые молекулы для замены израсходованных веществ, для построения органоидов. Весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции, или пластического обмена.
Очевидно, что синтез каких-либо веществ невозможен без затрат энергии. Особенно интенсивно реакции ассимиляции происходят в растущей, развивающейся клетке. Важнейшими из таких реакций являются синтез белка и фотосинтез. Как же клетка получает энергию для реакций биосинтеза? Наряду с процессами синтеза новых веществ в клетках происходит постоянный распад запасенных при ассимиляции сложных органических веществ. При участии ферментов эти молекулы распадаются до более простых соединений; при этом высвобождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Далее энергия АТФ используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций биосинтеза. Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровождающихся выделением энергии, получила название диссимиляции.
Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы: в первом случае вещества образуются, во втором - разрушаются. Но они тесно взаимосвязаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будут синтезироваться и запасаться сложные вещества, то нечему будет распадаться, когда потребуется энергия. А если вещества не будут распадаться, то где взять энергию для синтеза необходимых веществ?
Таким образом, ассимиляция и диссимиляция - это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии, получившего название метаболизма (гр. metabole - превращение).

Вопрос 3. Могли бы какие-либо живые существа выжить на Земле, если бы Солнце погасло?
Солнце является источником энергии для растений, которые благодаря хлорофиллу синтезируют органические вещества. Животные, грибы и бактерии используют эту органику для получения энергии АТФ, затрачиваемой ими для синтеза необходимых соединений, построения клеток. Без солнечной энергии они не смогли бы существовать. Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из СО 2 и Н 2 O. Этот процесс носит название хемосинтеза.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С.Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза . Нитрифицирующие бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты. Другие виды бактерий способны использовать энергию многих других реакций окисления-восстановления (серобактерии, железобактерии и др.). Микроорганизмы, обмен веществ которых не зависит от солнечной энергии, вполне могли бы выжить, если бы Солнце погасло.

"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)

Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы метаболизма

Вопрос 1. Почему Солнце - главнейший источник энергии на Земле?
Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы синтеза и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комбинату. Для нормального протекания этих химических процессов необходим постоянный обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы расходуются клетками на синтез необходимых им соединений, построение клеточных структур. Однако для синтеза веществ необходима энергия. Главный источник энергии для живых организмов - Солнце.

Вопрос 2. Почему ассимиляция невозможна без диссимиляции, и наоборот?
Из поступающих в клетку компонентов пищи под действием биологических катализаторов, ферментов, синтезируются новые молекулы для замены израсходованных веществ, для построения органоидов. Весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции, или пластического обмена.
Очевидно, что синтез каких-либо веществ невозможен без затрат энергии. Особенно интенсивно реакции ассимиляции происходят в растущей, развивающейся клетке. Важнейшими из таких реакций являются синтез белка и фотосинтез. Как же клетка получает энергию для реакций биосинтеза? Наряду с процессами синтеза новых веществ в клетках происходит постоянный распад запасенных при ассимиляции сложных органических веществ. При участии ферментов эти молекулы распадаются до более простых соединений; при этом высвобождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Далее энергия АТФ используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций биосинтеза. Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровождающихся выделением энергии, получила название диссимиляции.
Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы: в первом случае вещества образуются, во втором - разрушаются. Но они тесно взаимосвязаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будут синтезироваться и запасаться сложные вещества, то нечему будет распадаться, когда потребуется энергия. А если вещества не будут распадаться, то где взять энергию для синтеза необходимых веществ?
Таким образом, ассимиляция и диссимиляция - это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии, получившего название метаболизма (гр. metabole - превращение).

Вопрос 3. Могли бы какие-либо живые существа выжить на Земле, если бы Солнце погасло?
Солнце является источником энергии для растений, которые благодаря хлорофиллу синтезируют органические вещества. Животные, грибы и бактерии используют эту органику для получения энергии АТФ, затрачиваемой ими для синтеза необходимых соединений, построения клеток. Без солнечной энергии они не смогли бы существовать. Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из СО 2 и Н 2 O. Этот процесс носит название хемосинтеза.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С.Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза . Нитрифицирующие бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты. Другие виды бактерий способны использовать энергию многих других реакций окисления-восстановления (серобактерии, железобактерии и др.). Микроорганизмы, обмен веществ которых не зависит от солнечной энергии, вполне могли бы выжить, если бы Солнце погасло.

Синтез веществ, идущий в клетке, называют биологическим синтезомили сокращенно биосинтезом.

Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии.

Совокупность реакций биосинтеза называют пластическим обменом или ассимиляцией(лат. "симилис" - сходный). Смысл этого процесса состоит в том, что поступающие в клетку из внешней среды пищевые вещества, резко отличающиеся от вещества клетки, в результате химических превращений становятся веществами клетки.

Реакции расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные - на низкомолекулярные. Белки распадаются на аминокислоты, крахмал - на глюкозу. Эти вещества расщепляются на еще более низкомолекулярные соединения, и в конце концов образуется совсем простые, бедные энергией вещества - СО 2 и Н 2 О. Реакции расщепления в большинстве случаев сопровождаются выделением энергии. Биологическое значение этих реакций состоит в обеспечении клетки энергией. Любая форма активности - движение, секреция, биосинтез и др. - нуждается в затрате энергии.

Совокупность реакции расщепления называют энергетическим обменом клетки или диссимиляцией. Диссимиляция прямо противоположна ассимиляции: в результате расщепления вещества утрачивают сходство с веществами клетки.

Пластический и энергетический обмены (ассимиляция и диссимиляция) находятся между собой в неразрывной связи. С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как в процессе работы они изнашиваются и разрушаются.

Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой. Из внешней среды в клетку поступают пищевые вещества, которые служат материалом для реакций пластического обмена, а в реакциях расщепления из них освобождается энергия, необходимая для функционирования клетки. Во внешнюю среду выделяются вещества, которые клеткой больше не могут быть использованы.

Совокупность всех ферментативных реакций клетки, т. е. совокупность пластического и энергетического обменов (ассимиляции и диссимиляции), связанных между собой и с внешней средой, называютобменом веществ и энергии.Этот процесс является основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.

18 Аденозиндифосфат (адф) и аденозинтрифосфат (атф), их строение, локализация и роль в энергетическом обмене клетки.

19. Обмен веществ и энергии в клетке. Фотосинтез, хемосинтез. Процесс ассимиляции (основные реакции). Обмен веществ представляет собой единство ассимиляции и диссимиляции. Диссимиляция представляет собой экзотермический процесс, т.е. процесс освобождения энергии за счет распада веществ клетки. Вещества, образующиеся при диссимиляции, также подвергаются дальнейшим преобразованиям. Ассимиляция – процесс уподобления веществ, поступающих в клетку, специфическим веществам, характерным для данной клетки. Ассимиляция – эндотермический процесс, требующий затраты энергии. Источником энергии являются ранее синтезированные вещества, подвергшиеся распаду в процессе диссимиляции. Фотосинтез -это процесс превращения энергии солнечного света в энергию химических соединений. Фотосинтез -это процесс образования органических веществ(глюкозы,а затем крахмала)из неорганических веществ, в хлоропластах на свету с выделением кислорода. Протекает фотосинтез в 2 фазы: световая и теневая. Световая фаза протекает на свету. Во время световой фазы происходит возбуждение хлорофилла путем поглощения кванта света. В световой фазе происходит фотолиз воды с последующим выделением кислорода в атмосферу. Кроме того, в световой фазе фотосинтеза протекают следующие процессы: накопление протонов водорода, синтез АТФ из АДФ, присоединение H+ к специальному переносчику НАДФ

ИТОГ СВЕТОВОЙ РЕАКЦИИ:

Образование АТФ и НАДФ*H, выделение O2 в атмосферу.

Темновая фаза (цикл фиксации CO2, цикл Кальвина) протекает в строме хлоропласта. В темновой фазе происходит следующие процессы

Из световой реакции берется АТФ и НАДФ*H

Из атмосферы - CO2

1)Фиксация CO2

2)Образование глюкозы

3)Образование крахмала

ИТОГОВОЕ УРАВНЕНИЕ:

6CO2+6H2O---(хлорофилл,свет)-С6H12O6+6O2

Хемосинтез – синтез органических веществ за счет энергии химических реакций. Хемосинтез осуществляется бактериями Основные реакции фотосинтеза: 1) окисление серы: 2H2S + O2 = 2H20 + 2S

2S + O2 + 2H2O = 2H2SO4 2) окисление азота: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = HNO3 3) окисление кислорода 2H2 + O2 = 2H2O 4) окисление железа: 4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2

20. Обмен веществ в клетке. Процесс диссимиляции. Основные этапы энергетического обмена. Обмен веществ представляет собой единство ассимиляции и диссимиляции. при диссимиляции, также подвергаются дальнейшим преобразованиям. Ассимиляция – процесс уподобления веществ, поступающих в клетку, специфическим веществам, характерным для данной клетки. Ассимиляция – эндотермический процесс, требующий затраты энергии. Источником энергии являются ранее синтезированные вещества, подвергшиеся распаду в процессе диссимиляции. Диссимиляция представляет собой экзотермический процесс, т.е. процесс освобождения энергии за счет распада веществ клетки. Вещества, образующиеся Все функции, выполняемы клеткой, требуют затрат энергии, которая освобождается в процессе диссимиляции. Биологическое значение диссимиляции сводится не только к освобождению энергии, потребной клетке, но нередко и к разрушению веществ, вредных для организма Весь процесс диссимиляции, или энергетического обмена, состоит из 3 этапов: подготовительный, бескислородный и кислородный. В подготовительном этапе под действием ферментов происходит расщепление полимеров до мономеров. Так, белки расщепляются до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов, жиры – до глицерина и жирных кислот. В подготовительном этапе выделяется мало энергии и рассеивается обычно в виде тепла. 2) Бескислородный или анаэробный этап. Разберем на примере глюкозы. В анаэробном этапе происходит распад глюкозы до молочной кислоты: С6H12O6 + 2АДФ + Н3РО4 = 2C3H6O3 + 2Н2О + 2АТФ (молочная к-та) 3) Кислородный этап. При кислородном этапе вещества окисляются до СО2 и Н2О. При доступе кислорода пировиноградная кислота проникает в митохондрии и подвергается окислению: С3H6O3+6O2-6CO2+6H2O+36АТФ Суммарное уравнение: C6H12O6+6O2-6CO2+6H2O+38АТФ

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства