Обмен веществ и превращения энергии. Лекция 12

1.

Лекция 12
Тема: Обмен веществ и
превращения энергии.

2.

План
1. Процесс метаболизма и его составляющие.
2. Энергетический и пластический обмен
3. Разновидности организмов по типу обмена
веществ.

3.

История изучения
метаболизма
История изучения метаболизма охватывает
несколько столетий. Исследования начинались
с
изучения
организмов
животных,
в
современной биохимии изучают отдельные
метаболические реакции. Понятие обмена
веществ впервые встречается в работах Ибн
аль-Нафиса (1213—1288), который писал, что
«тело и его части находятся в постоянном
состоянии распада и питания, так что оно
неизбежно
претерпевает
постоянные
изменения».
Первые
контролируемые
эксперименты по метаболизму у человека были
опубликованы Санторио Санторио в 1614 году в
книге итал. Ars de statica medicina.
Санторио взвешивает сам себя до и
после принятия пищи, из Ars de
statica medicina, впервые
опубликованной в 1614 году

4.

История изучения
метаболизма
В ранних исследованиях механизмы метаболических
реакций не были обнаружены и считалось, что живой
тканью управляет живая сила. В XIX веке при исследовании
ферментации сахара спирта дрожжами Луи Пастер сделал
вывод, что брожение катализируется веществами из
дрожжевых клеток, которые он назвал ферментами. Пастер
писал, что «алкогольное брожение — действие, связанное с
жизнью и организуется дрожжевыми клетками, не связано
со смертью или разложением клеток». Это открытие,
вместе с публикацией Фридриха Вёлера в 1828 году о
химическом синтезе мочевины, доказали, что органические
соединения и химические реакции, обнаруженные в
клетках, не имеют различий в принципе, как и любые
другие разделы химии.

5.

История изучения метаболизма
Открытие ферментов в начале XX века
Эдуардом Бухнером разделило изучение
метаболических реакций от изучения клеток
и дало начало развитию биохимии как науки.
Одним из успешных биохимиков начала
двадцатого века был Ханс Адольф Кребс,
который внёс огромный вклад в изучение
метаболизма. Кребс описал цикл мочевины
и позднее, работая вместе с Хансом
Корнбергом, цикл лимонной кислоты и
глиоксилатный цикл.

6.

В современных биохимических исследованиях широко используют
новые методы, такие как хроматография, рентгеноструктурный
анализ, ЯМР-спектроскопия, электронная микроскопия и метод
классической молекулярной динамики. Эти методы дают
возможность открывать и подробно изучать множество молекул и
метаболических путей в клетках.
Хроматография

7.

Процесс метаболизма и его
составляющие
Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой
происходят сотни и тысячи химических реакций.
Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных
на сохранение и самовоспроизведение биологических систем. Он включает
в себя:
поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания,
внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм,
выделение конечных продуктов обмена.

8.

Метаболизм складывается из двух одновременно
протекающих в клетке процессов:
пластического и энергетического обменов.

9.

Энергетический обмен и пластический обмен
Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет
собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой
энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются
органические вещества, необходимые клетке. Примерами
реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез
белка и репликация (самоудвоение) ДНК.
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это
совокупность реакций расщепления сложных веществ до более
простых. В результате энергетического обмена выделяется
энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами
энергетического обмена являются дыхание и брожение.
Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны,
поскольку в процессе пластического обмена синтезируются
органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в
процессе энергетического обмена органические вещества
расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет
израсходована на процессы синтеза.
Энергию организмы получают в процессе питания, а
высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в
процессе дыхания.

10.

Схема общего обмена веществ
1
2

11.

Биологическое значение метаболизма
Биологическое значение метаболизма заключается в обеспечении организма
энергией и необходимыми для жизни веществами.
В ходе процесса:
клетки снабжаются энергией;
выстраиваются клеточные структуры — своеобразные строительные блоки;
производится распад функционально активных молекул — медиаторов, гормонов,
ферментов.
Обмен веществ участвует в поддержании постоянства внутренней среды,
обеспечивает связь с внешней.

12.

Разновидности типов обмена веществ
По типу обмена веществ организмы подразделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы.
Гетеротрофы — организмы, использующие для
своей жизнедеятельности органические вещества,
синтезированные другими организмами.
Автотрофы — организмы, способные синтезировать
органические вещества из неорганических и
использующие для этого синтеза или солнечную
энергию, или энергию, выделяющуюся при
окислении неорганических веществ.