Белки - это высоко молекулярные полимерные азотсодержащие вещества, мономерами которых являются аминокислоты. Белки занимают ведущее место среди органических элементов, на их долю приходится более 50 % сухой массы клетки. Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков - актина и миозина. Белки в обмене веществ занимают особое место. Они входят в состав цитоплазмы, гемоглобина, плазмы крови, многих гормонов, иммунных тел, поддерживают постоянство водно-солевой среды организма, обеспечивают его рост. Ферменты, обязательно участвующие во всех этапах обмена веществ, являются белками. Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение) обеспечивается деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков - актина и миозина.
Совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии в организме человека и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой. Обеспечивает пластические и энергетические потребности организма. Обмен веществ
Это достигается за счет извлечения Q из поступающих в организм питательных веществ и преобразование её в формы макроэргических (АТФ и другие молекулы) и восстановленных (НАДФ – Н-никотин- амид-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их Q используется для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а так же компонентов клеточных мембран и органелл клетки для выполнения механической, химической, осмотической и электрической работ, транспорта ионов.
Обмен веществ Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) Совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а так же непрерывный ресинтез макроэргов и накопление энергетических субстратов. накопление энергии совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клетки, органов, тканей до простых веществ, с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза, и до конечных продуктов распада с образованием макроэргических и восстановленных соединений. выделение энергии
Обмен веществ начинается с момента всасывания моносахаридов (углеводы); глицерин и жирные кислоты (жиры); аминокислоты (белки). Обмен веществ начинается с момента всасывания моносахаридов (углеводы); глицерин и жирные кислоты (жиры); аминокислоты (белки).
На их долю приходится 50% сухой массы клетки Расщепляются до аминокислот (заменимых и не заменимых). В белке – 16% азота. 6,25 г белка при распаде образуют 1 грамм азота. N-баланс («+» и «-» баланс). Распад белка в организме происходит непрерывно. На 1 кг массы тела человек в сутки полному разрушению подлежит 0,028-0,075 г азота. За сутки выделяется 3,77 г азота (3,77г (N) х 6,25г = 23г белка (коэф. Изнашивания по Рубнеру).
– входят в состав гормонов, катализаторов, ферментов, структур клетки. Белки строят мембраны белково-липидных комплексов, входят в состав хромосомнного аппарата, органоидов клетки, микротрубочек. Вся совокупность обмена веществ в организме (дыхание, пищеварение, выделение) обеспечиваются деятельностью ферментов, которые являются белками. Все двигательные функции организма обеспечиваются взаимодействием сократительных белков – актина и миозина. Пластическое значение
Не велико по сравнению с углеводами и жирами. Белки - 1г – 17,6 кДж Из 20 входящих в состав аминокислот 10 незаменимых: лейцин, изолейцин, валин, метионин, лизин, треонин, фенилаланин, триптофан, гистидин, аргинин. Наиболее биологически ценны белки мяса, яиц, рыбы, икры, молока. Энергетическое значение.
В белке – 16% азота. Его организм усваивает только в составе пищи. 6,25 г белка при распаде образуют 1 грамм азота. Коэффициент изнашивания по Рубнеру. На 1 кг массы тела человек в сутки полному разрушению подлежит 0,028-0,075 г азота. За сутки выделяется 3,77 г азота 3,77г (N) х 6,25г = 23г белка у здорового человека количество синтезированного N =N распавшегося. N-баланс («+» и «-» баланс). Распад белка в организме происходит непрерывно. Азотистый баланс.
– приводит к угнетению кроветворения и синтеза иммуноглобулинов, к развитию анемии и иммунодефицита, расстройству репродуктивной функции. У детей нарушается рост, в любом возрасте - снижение мышечной ткани и печени, нарушение секреции гормонов. Снижение поступления в организм и нарушение всасывания железа
Белка – вызывает активацию обмена аминокислот и энергетического обмена, повышение образования мочевины и увеличение нагрузки на почечные структуры с последующим их функциональным истощением. В результате накопления в кишечнике продуктов неполного расщепления и гниения белков возможно развитие интоксикации. Белковый минимум – г (у некоторых категорий до 50г и больше) в сутки. Избыточное поступление с пищей
Регуляция Диссимиляция Ассимиляция Гормоны: соматотропный во время роста организма – увеличение массы всех органов и тканей. У взрослого человека – рост синтеза за счет проницаемости клеточных мембран для аминокислот, усиления синтеза РНК в ядре клетки. Тироксин и трийодтиронин – в определенных концентрациях стимулируют синтез белка и благодаря этому активизировать рост, развитие и дифференциацию тканей и органов. В печени – глюкокортикоиды – стимулируют синтез белка Гормоны надпочечников – глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортикостерон) усиливают распад в тканях, особенно в мышечной и лимфоидной, а в печени наоборот, стимулируют синтез белка.
Часть жировых компонентов тела может быть синтезирована из углеводов. : входят в состав клеточных мембран.. : их теплотворная способность более чем в 2 раза больше чем у углеводов и белков. 1г жира при расщеплении дает 38,9 кДж Пластическое значение Энергетическое значение.
Жир всасывается из кишечника, поступает преимущественно в лимфу и в меньшем количестве непосредственно в кровь. Организм получает липиды в основном в виде т.н. нейтрального жира, который расщепляется в организме на глицерин и жирные кислоты. С пищей поступает и незначительное количество свободных жирных кислот. Незаменимые ненасыщенные жирные кислоты: линолевая, линоленовая, арахидоновая – не образуются в организме человека.
Поступление с пищей – 30% калорийности суточного рациона. В пожилом возрасте до 25%. Увеличение потребления жира – возрастает масса тела- повышение риска развития СС и обменных заболеваний, а также рака кишечника, молочной и предстательной желез. Избыток растительного масла – повышение риска различных онкологических заболеваний (кроме оливкового масла).
Регуляция Диссимиляция Ассимиляция ЦНС: гипоталамус – при разрушении вентромедиальных ядер – длительное повышение аппетита и усиление отложение жира Парасимпатическое влияние Гормоны: глюкокортикоиды (корковый слой надпочечников) ЦНС: гипоталамус: раздражение вентромедиальных ядер – потеря аппетита и исхудание. Симпатическое влияние Гормоны: адреналин и норадреналин (мозговой слой надпочечников); соматотропный, тироксин (щитовидная ж.), половые гормоны,
Могут синтезироваться в организме из аминокислот и жира. Но существует минимум углеводов в пищевом рационе – 150 г. В норме поступление в сутки г.
Основное топливо для большинства организмов. Основная роль определяется энергетической функцией. Поступает в основном в виде растительного полисахарида – крахмала и животного полисахарида – гликогена. Глюкоза крови является непосредственным источником энергии в организме. Уровень глюкозы в крови составляет 3,3-5,5 ммоль/л (60-100мг%). Снижение уровня глюкозы в крови – гипогликемия. Снижение уровня до 2,2-1,7 ммоль/л (4,-30 мг%) – «гипогликемическая кома». Введение в кровь глюкозы быстро устраняет данные расстройства. Энергетическое значение. 1г – 17,6 кДж
Из глюкозы в клетках печени синтезируется гликоген – резервный, отложенный про запас углевод. Пищевая гипергликемия (алиментарная) –после приема пищи с быстро всасывающимися углеводами. В результате глюкозурия – выделение глюкозы с мочой при уровне глюкозы в крови выше8,9-10,0 ммоль/л (мг%). Для сохранения относительного постоянства в крови происходит расщепление гликогена в печении поступление ее в кровь.
Мозг-12%, кишечник-9%, мышцы-7%, почки – 5%. Распад углеводов в организме животных происходит как бескислородным путем до молочной кислоты (анаэробный гликолиз), так и путем окисления продуктов распада углеводов до СО 2 и Н 2 О. Захват глюкозы из притекающей крови:
Избыточное потребление углеводов – способствует повышению липогенеза и ожирению. Постоянный избыток дисахаридов и глюкозы, быстровсасываю- щихся в кишечнике, создают высокую нагрузку на эндокринные клетки поджелудочной железы, секретирующих инсулин, что может способствовать их истощению и развитию сахарного диабета.
Диссимиляция Ассимиляция Гормоны. Инсулин – гормон поджелудочной железы (β- к-ки островковой ткани) – усиление синтеза гликогена в печени и мышцах и повышение потребления глюкозы тканями организма) ЦНС - «сахарный укол» - укол продолговатого мозга в области дна IV желудочка. - раздражение гипоталамуса – гл. звено – кора ГМ -стресс
Регуляция Диссимиляция Гормоны: глюкагон (альфа клетки островковой ткани поджелудочной железы); адреналин – мозгового слоя надпочечников; глюкокортикоиды – корковый слой надпочечников; соматотропный гормон гипофиза; тироксин и трийодтиронин – щитовидная железа. Из-за однонаправленности их влияния по отношению к эффектам инсулина эти гормоны часто объединяют понтяием « контринсулярные гормоны »
Теплообразование в организме имеет 2-х фазный характер. При окислении белков, жиров и углеводов одна часть энергии используется для синтеза АТФ, другая превращается в теплоту. Теплота, выделяющаяся непосредственно при окислении питательных веществ, получила назв. Первичной теплоты. На этом этапе большая часть энергии превращается в тепло (первичная теплота), а меньшая используется на синтез АТФ и вновь аккумулируется в ее химических макроэргических связях.
Так, при окислении углеводов 22,7% энергии химической связи глюкозы в процессе окисления используется на синтез АТФ, а 77,3% в форме первичной теплоты рассеивается в тканях. Аккумулированная в АТФ энергия используется в дальнейшем для механической работы, химических, транспортных, электрических процессов и в конечном итоге тоже превращается в теплоту, обозначаемую вторичной теплотой. Следовательно, к-во тепла, образовавшегося в организме, становится мерой суммарной энергии химических связей, образовавшаяся в организме, может быть выражена в единицах тепла – калориях или джоулях.
– энерготраты организма в стандартных условиях, идущие на поддержание минимально необходимого для жизни клеток уровня окислительных процессов и с деятельности постоянно работающих органов и систем (дыхательной мускулатуры, сердца, почек, печени). – выражают в количеством тепла в килоджоулях (килокалориях) на 1 кг массы тела или на 1 м 2 поверхности тела за 1 ч или за одни сутки. Для среднестатистического мужчины= 4,19 кДж (1 ккал) на 1 кг массы тела в час, или 7117 кДж (1700 ккал) в сутки. У женщин той же массы (70 кг) на 10% ниже. Величина основного обмена зависит от многих факторов, но особенно сильно она изменяется при некоторых эндокринных заболеваниях. Например, резкое повышение величины основного обмена наблюдается при гиперфункции щитовидной железы, а при гипофункции этой железы, он понижен. К снижению величины основного обмена приводит недостаточность функции гипофиза и половых желез.
– совокупность основного обмена и энергетических трат организма, обеспечивающих его жизнедеятельность в условиях терморегуляционной (в условиях охлаждения до300%), эмоциональной (40-90%), пищевой и рабочей нагрузок. * I группа - работники умственного труда ккал; * II группа - работники механизированного труда и сферы обслуживания ккал; * III группа - работники умеренно тяжелого труда, связанного со значительными физическими усилиями ккал; * IV группа - работники тяжелого, немеханизированного труда ккал; * V группа - работники очень тяжелого физического труда ккал; Питание – процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения организмом пищевых веществ, необходимых для компенсации энерготрат, построения и восстановления клеток и тканей тела, осуществления и регуляции функций организма.
Коэффициент полезного действия – отношение механической энергии ко всей энергии, затраченной на работу, выраженное в процентах. При физическом труде человека = от 16 до 25%. Коэффициент физической активности – степень энергетических затрат при различной физической активности = отношение общих энерготрат на все виды деятельности за сутки к величине основного обмена. По этому принципу разделены мужчины на 5 групп, а женщины на 4 группы.
1. Пища должна обеспечивать достаточное поступление в организм энергии с учетом возраста, пола, физиологического состояния и вида труда. 2. Пища должна содержать оптимальное к-во и соотношение различных компонентов для процессов синтеза в организме (пластическая роль питательных в-в).
Соотношение белков, жиров, углеводов = 1: 1,2: 4,5. Белков г, столько жиров, 400 г углеводов. Доля сахаров не должна превышать 10-12% углеводов суточного рациона, что соответствует г. *У грудных детей за счет жиров – 50% энерготрат, углеводов 40%, белков – 10%. У взрослых – основное – углеводы. С лет снижают калорийность на 15%, В 70 лет – на 30%. Соотношение 1,0:0,8:3,5. Высокая потребность в витаминах и минеральных элементах. Ежедневно витамина С по 0,5 г 3 раза в стуки, молочно-растительная пища, балластные в-ва, оптимальная кулинарная обработка пищи.
3. Пищевой рацион должен быть адекватно распределен в течение суток. Разделение суточного рациона на 3-5 приемов пищи с интервалами времени 4-5 часов 3-х разовое питание завтрак – 30%, обед – 45%, ужин25%. Ужинать за 3 часа до сна. Прием пищи не
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
Гомеостаз (Постоянство внутренней среды) Нарушение гомеостаза ведет к повреждению и гибели клеток. Все реакции, протекающие в клетке, направлены на поддержание гомеостаза. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины и микроэлементы используются клетками для синтеза необходимых им веществ и построения клеточных структур. Для построения клеточных структур необходимо затрачивать энергию.
3 слайд
Описание слайда:
Метаболизм в клетках Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) распад, расщепление органических веществ синтез органических веществ С поглощением энергии С выделением энергии
4 слайд
Описание слайда:
Стадии метаболизма: Подготовительная стадия: переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам Обмен веществ и энергии в клетках Заключительная стадия: удаление продуктов распада
5 слайд
Описание слайда:
Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы Каждый фермент обладает специфичность, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение. Ферменты – белки, при кипячении разрушаются и теряют свои ферментативные свойства.
6 слайд
Описание слайда:
Принцип действия ферментов Фермент и субстрат должны подходить друг к другу «как ключ к замку» фермент Субстрат- вещество на которое действует фермент
7 слайд
Описание слайда:
Ферменты Простые. Сложные Белковый компонент Белковый компонент Небелковая часть (кофермент: ионы металлов или витамины) +
8 слайд
Описание слайда:
Активность ферментов - Зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. - При повышении температуры активность ферментов увеличивается (при высоких температурах белок денатурируется). - Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна (в кислой, в слабокислой, в щелочной или слабощелочной среде): в кислой среде активны ферменты желудочного сока в слабощелочной - ферменты кишечного сока в щелочной - фермент поджелудочной железы Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.
9 слайд
Описание слайда:
Сказ о дележе наследства Умирал старый араб. Все его богатство состояло из 17 прекрасных белых верблюдов. Он собрал своих сыновей и объявил им свою последнюю волю: «Мой старший сын, опора семьи, должен получить после моей смерти половину верблюдов. Среднему сыну я завещаю треть всех верблюдов. Но и мой младший, любимый сын должен получить свою долю - одну девятую часть стада». Сказав это, старый араб умер. Похоронив отца, три брата стали делить верблюдов. Но исполнить волю отца они не смогли: невозможно было разделить 17 верблюдов ни пополам, ни на три части, ни на девять частей. Но тут через пустыню проходил дервиш. Бедный, как все ученые, он вел с собой черного облезлого верблюда, нагруженного книгами. Братья обратились к нему за помощью. И дервиш сказал: «Выполнить волю вашего отца очень просто. Я дарю вам моего верблюда, а вы попробуйте разделить наследство». У братьев оказалось 18 верблюдов, и все разрешилось. Старший сын получил половину верблюдов – 9, средний – треть стада – 6 и младший сын получил свою долю – двух верблюдов. Но 9, 6 и 2 дают 17, и после дележа оказался лишний верблюд - старый облезлый верблюд ученого. И дервиш сказал: «Отдайте мне назад моего верблюда за то, что я помог разделить вам наследство, а то мне придется самому тащить книги через пустыню». Вот этот черный верблюд и подобен ферменту. Он сделал возможным такой процесс, который без него был бы немыслим, а сам остался без изменений. Это действительно основное свойство ферментов, да и вообще всякого катализатора. Ферменты – это прежде всего катализаторы.
10 слайд
Описание слайда:
Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) Часть поступивших в клетку органических веществ окисляется кислородом до конечных продуктов распада – СО2 и Н2О, аммиак NH3, мочевина При этом выделяется энергия! 1 г углеводов – 17,17 кДж 1 г жиров – 38,92 кДж 1г белков – 17,17 кДж
11 слайд
Описание слайда:
12 слайд
Описание слайда:
Энергетический обмен Это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа, каждый из которых сопровождается несколькими ферментативными реакциями.
13 слайд
Описание слайда:
Первый этап – подготовительный В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. Сложные углеводы (крахмал, целлюлоза) простые углеводы (глюкоза, фруктоза) Жиры глицерин и жирные кислоты Белки аминокислоты Этот процесс называется пищеварением.
14 слайд
Описание слайда:
Второй этап – бескислородный (гликолиз). Постепенное расщепление и окисление глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла. В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением.
15 слайд
Описание слайда:
Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для дыхания. Вот почему в мышцах при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.
16 слайд
Описание слайда:
Третий этап – кислородный Состоит из двух последовательных процессов: цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса окислительного фосфорилирования. При кислородном дыхании пируват окисляется до СО2 и Н2О, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.
Комсомольский-на –Амуре филиал ГБОУ ХГМК
Обмен веществ и энергии
Метаболизм
Подготовила: Кокшарова Н.У.
Стадии метаболизма:
- Подготовительная стадия: переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам
- Обмен веществ и энергии в клетках
- Заключительная стадия: удаление продуктов распада
Подготовительная стадия (пищеварительный тракт)
- Сложные углеводы (крахмал, целлюлоза) простые углеводы (глюкоза, фруктоза)
- Жиры глицерин и жирные кислоты
- Белки аминокислоты
Метаболизм в клетках
Энергетический
обмен
(катаболизм,
диссимиляция)
Пластический
обмен
(анаболизм,
ассимиляция)
- распад, расщепление
органических веществ
- синтез органических
Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция)
- Поступившие в клетку аминокислоты, простые углеводы, глицерин и жирные кислоты «строят» новые молекулы белков, углеводов и жиров, свойственные данному организму
- Они идут на строительство утраченных частей клеток, создание новых клеток
- За счёт пластического обмена происходит рост, деление, развитие клеток и всего организма
Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм)
- Часть поступивших в клетку органических веществ окисляется кислородом до конечных продуктов распада – СО 2 и Н 2 О, аммиак NH 3 , мочевина
- При этом выделяется энергия!
- 1 г углеводов – 17,17 кДж
- 1 г жиров – 38,92 кДж
- 1г белков – 17,17 кДж
Заключительная стадия обмена:
- Конечные продукты обмена - углекислый газ СО 2 , аммиак NH 3 , вода Н 2 О, мочевина - попадают в кровь и выводятся из организма лёгкими и почками
- Время задержки дыхания после спокойного выдоха –
- Время задержки дыхания после 20 приседаний –
- Время задержки дыхания после двухминутного отдыха -
Функциональная проба с максимальной задержкой дыхания
Задержка дыхания (с)
Здоровые
тренированные
приседаний
Здоровые нетренированные
С отклонениями в здоровье
После отдыха
от первой фазы
от первой фазы
первой фазы
от первой фазы
30% и менее
от первой фазы
от первой
Витамины (vita - жизнь)
- Биологически активные вещества, синтезирующиеся в организме или поступающие с пищей, которые в малых количествах необходимы для нормального обмена веществ и жизнедеятельности организма
- Гиповитаминоз – нехватка витамина
- Гипервитаминоз – избыток витамина
- Авитаминоз – отсутствие витамина в организме
Витамины
Жирорастворимые
Водорастворимые
Витамины
Витамин
Функции
Проявление гипо- или авитаминоза
Необходим для нормального роста и развития эпителиальной ткани, улучшает зрение в сумерках
Куриная слепота- нарушение сумеречного зрения. Кожа становится сухой
Источники получения
Участвует в кальциевом обмене. Необходим для образования костей и зубов
Печень трески, окуня, сливочное масло, морковь, помидоры, абрикосы
Рахит – деформация костей, нарушения нервной системы, раздражительность, слабость
Рыбий жир, яичный желток, сливочное масло, молоко. Синтезируется в коже под действием УФ лучей
Влияют на работу мышечной и нервной системы
С (аскорбиновая кислота)
Участвует в обменных процессах, образовании здоровой кожи,
укреплении сосудов
При недостатке В 1 – бери-бери
(судороги и паралич)
Хлеб, фрукты, пивные дрожжи, мясо, печень, молоко
Цинга – набухают и кровоточат дёсны, выпадают зубы, слабость, головокружения, подверженность инфекциям
Овощи, фрукты, ягоды, квашеная капуста
Процесс обмена веществ
Это комплекс химических реакций живых организмов, протекающих в определенном порядке.
Обмен веществ – постоянный процесс живой клетки.
Выдающийся русский физиолог И.М.Сеченов писал: «Организм не может существовать без окружающей среды, дающей ему энергию».
Катаболизм (реакция расщепления) - это процесс расщепления органических веществ, богатых энергией.
Анаболизм (реакция синтеза) – это синтез различных макромолекул, с использованием энергии простых веществ, образованных при реакции катаболизма, а именно аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, азотистых оснований и АТФ с НАДФ∙Н
Схема обмена веществ в клетке
Макромолекулы клетки: белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты
Питательные вещества – источники энергии: углеводы, жиры, белки
Химическая энергия: АТФ, НАДФ
Анаболизм
Катаболизм
Новые молекулы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты, азотистые основания
Энергетически бедные вещества распада: CO 2 , H 2 O, NH 2
Энергетический обмен клетки, или дыхание организма.
Синтез АТФ. Дыхание и горение .
При соединении веществ с кислородом идет процесс окисления , при расщеплении – процесс восстановления . Такие реакции живых организмов называют биологическим окислением.
АТФ. Дыхание и горение.
Если горение органических веществ при участии кислорода происходит в природе, то процесс дыхания живых организмов осуществляется в митохондриях . Энергия процесса горения выделяется в виде тепла . Энергия, образованная при дыхании, используется на поддержание жизнедеятельности и сохранение активности организма.
Дыхание можно описать так:
C 6 H 12 O 6 +6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O+2881 кДж/моль
Процесс гликолиза
Процесс расщепления глюкозы с помощью ферментов, сопровождающейся выделением части накопленной в молекуле глюкозы энергии, называется гликолизом.
Процесс расщепления глюкозы делится на три этапа:
- Гликолиз
- Преобразование лимонной кислоты
- Цепь переноса электронов
Гликолиз, состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного, кислородного.
Подготовительный этап гликолиза
Здесь органические вещества, богатые энергией, под воздействием специальных ферментов расщепляются до простых веществ. Например, происходит расщепление полисахаридов до моносахаридов, жиров – до жирных кислот и глицерина, нуклеиновых кислот –до нуклеотидов, белков –до аминокислот.
Бескислородный этап гликолиза .
Состоит из 13 последовательных реакций, протекающих под воздействием ферментов. Исходный продукт реакции – 1моль C6H12O6 (глюкоза), в итоге реакции образуются 2 моля C 3 H 6 O 3 (молочной кислоты) и 2 моля АТФ. В данной реакции кислород вообще не участвует, поэтому этот этап и называется бескислородным . Обратите внимание на уравнение реакции:
C6H12O6+2H3PO4+2 АДФ → 2C3H6O3+2 АТФ +2H2O
В результате реакции образуется 200 кДж энергии, из них 40%, или 80кДж, запасается в двух молекулах АТФ, 120 кДж энергии, или 60%, сохраняется в клетке.
Кислородный этап гликолиза
Данная реакция от бескислородного расщепления отличается участием кислорода и полным расщеплением глюкозы с образованием конечных продуктов CO2 и H2O . В качестве начального продукта реакции участвуют 2 моля C3H6O3 (молочная кислота); в итоге синтезируются 36 молей АТФ.
2C3H6O3+6O2+36H3PO4+36 АДФ → 6CO2+36 АТФ +42H2O
Значит, основной источник энергии образуется в процессе кислородного этапа гликолиза (2600кДж)
Из 2600 кДж энергии, полученной в результате аэробного процесса гликолиза, на химические связи АТФ используется 1440 кДЖ, или 54%.
Суммарное уравнение реакции бескислородного и кислородного расщепления глюкозы выглядит так:
C6H12O6+6O2+38H3PO4+38 АДФ → 6CO3+38 АТФ +44H2O
Образованная в процессе бескислородного и кислородного расщепления энергия 80 кДж+1440кДж=1520кДж, или55%, сохраняется в виде потенциальной энергии, используется на жизненные процессы клетки, а 45% используется в виде энергии тепла.
- Энергия выделяется в процессе горения и дыхания. Реакция сгорания протекает в природе, а реакция дыхания – в митохондриях клетки.
- Энергия, используемая на жизненные процессы клетки, запасается в виде АТФ.
- Молекула АТФ синтезируется при кислородном и бескислородном расщеплении глюкозы.
- Энергия, образованная в процессе гликолиза, сохраняется на 55% в виде потенциальной энергии, а 45% переходит в энергию тепла.
Фотосинтез
Фотосинтез протекает в хлоропластах растений. В них содержится пигмент хлорофилл , придающий зеленый цвет растениям. Пигмент хлорофилл, поглощая синие и красные лучи, отражается зеленым цветом и придает соответствующую окраску растениям.
Фотосинтез имеет две фазы – световую и темновую . В световой фазе с помощью энергии солнечного света протекают реакции со ложным механизмом. К ним относятся: синтез АТФ, образование НАДФ∙Н, фотолиз воды
Фотосинтез играет важную роль в превращении энергии солнца в виде АТФ в энергию химических связей, что можно увидеть на схеме:
Фотосинтез
Энергия солнца АТФ Органическое вещество
Рост, развитие, движение и т.д.
В процессе фотосинтеза растения сохраняют энергию солнца в виде органических соединений, при дыхании молекулы питательных веществ расщепляются, высвобождая энергию. Эти явления дают энергию, необходимую для синтеза АТФ.
Темновая фаза фотосинтеза
В темновой фазе фотосинтеза большое значение имеет СО2 (оксид углерода). Моносахариды, дисахариды и полисахариды синтезируются с использованием энергии АТФ, НАДФ∙Н. Поскольку при синтезе данных органических веществ световая энергия не используется данных органических веществ световая энергия не используется, этот процесс называется темновой фазой фотосинтеза.
В темновой фазе в качестве начального продукта реакции участвует пятиуглеродный углевод (С 5). Образование трехуглеродного соединения (С 3) называют С 3 – циклом, или циклом Кальвина .
За открытие данного цикла американский биохимик М.Кальвин был удостоен Нобелевской премии.
В биосинтезе белка – сложном, многоступенчатом процессе – участвуют ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты.
Система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом
Транскрипция (буквально «переписывание») протекает как реакция матричного синтеза. На цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности синтезируется цепь иРНК, которая по своей нуклеотидной последовательности точно копирует (комплементарна) последовательность нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК, причем тимину в ДНК соответствует урацил в РНК.
ТРАНСЛЯЦИЯ
Следующий этап в биосинтезе белка – трансляция (лат. «передача») – это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот в полипептидной цепочке.
- Сохранение постоянства внутреннего состояния.
- Одно из важнейших свойств организма.
- Обмен веществ и энергии осуществляется на всех уровнях организма.
