Ассимиляция и диссимиляция: обмен веществ и его типы, формы поступления энергии в живые организмы, этапы энергетического обмена

Ассимиляция и диссимиляция

Обмен веществ и его типы

За счет метаболизма сохраняется постоянство внутренней среды организма во внешних условиях, которые постоянно меняются. Это постоянство получило название гомеостаз.

Обмен веществ — это два взаимосвязанных и взаимопротивоположных процесса: диссимиляция и ассимиляция.

Первый процесс — диссимиляция. Это энергетический обмен, в ходе которого органические вещества расщепляются, а выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ.

Второй процесс — это ассимиляция в биологии. Ассимиляция — это процесс или энергетический обмен, в ходе которого энергия АТФ применяется для синтеза собственных соединений, необходимых организму.

Принципиальное различие между ними заключается в том, что в первом случае энергия высвобождается (в результате распада органических веществ получается CO₂, H₂O, АТФ), а при ассимиляции (в биологии) энергия затрачивается (так происходит синтез углеводов, жиров, белков, ДНК, РНК, АТФ и др).

Одно и то же понятие называется по-разному по одной просто причине: реакции обмена веществ изучались учеными различных специальностей:

• физиологи;
• генетики,
• биохимики;
• цитологи;
• молекулярные биологи и др.

Интересно, что все названия закрепились в научном дискурсе и активно используются. Это объясняет, к примеру, почему ассимиляция называется пластическим обменом. Поэтому ассимиляция в биологии это и анаболизм, а диссимиляция в биологии — это еще и катаболизм.

Формы поступления энергии в живые организмы

Солнце — основной источник энергии для всех живых существ на планете. С его помощью живые организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.

Есть организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических — это автотрофы. Все автотрофы можно поделить на 2 группы:

1. Фотосинтетики и фототрофы, которые используют энергию солнечного света. Среди представителей — зеленые растения, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
2. Хемотрофы или хемосинтетики, которые используют энергию, высвобождаемую во время химических реакций.

Органические вещества самостоятельно не могут синтезировать грибы, а также большинство животных и бактерий. Все эти организмы получили называние гетеротрофы. В качестве источника энергии они используют органические соединения, которые синтезируют автотрофы.

Этапы энергетического обмена

Энергетический обмен в биологии состоит из нескольких последовательных этапов. Ниже рассмотрим основные этапы обмена веществ, и какие процессы происходят на этапах энергетического обмена.

Первый этап энергетического обмена в клетке — подготовительный.

Подготовительный этап энергетического обмена — это этап, на котором происходит расщепление макромолекул до мономеров под воздействием ферментов. Реакции сопровождаются выделением небольшого количество энергии, рассеиваемой в виде тепла.

Далее следует второй этап энергетического обмена — бескислородный этап энергетического обмена, который происходит в клетках. Образованные на предыдущем этапе мономеры (глюкоза, глицерин и др) расщепляются дальше без доступа кислорода. На этом этапе наиболее важным является расщепление молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты, которое сопровождается образованием двух молекул АТФ.

Уравнение выглядит следующим образом:

C₆H₁₂O₆+2H₃PO₄+2АДФ → 2C₃H₆O₃+2АТФ+2H₂O

Это реакция гликолиза, в ходе которой происходит выделение примерно 200 кДж энергии. Но она не вся трансформируется в тепло. Часть этой энергии идет на синтез двух фосфатных связей в молекулах АТФ, богатых на энергию (макроэргических).

В ходе спиртового брожения происходит расщепление и глюкозы.

C₆H₁₂O₆+2H₃PO₄+2АДФ → 2C₃H₅OH+2CO₂+2АТФ+2H₂O

Помимо спиртового есть еще и следующие виды бескислородного брожения — маслянокислое и молочнокислое.

Следующий этап энергетического обмена веществ — кислородный этап энергетического обмена. На кислородном этапе происходит окисление образованных на предыдущем этапе соединений до конечных продуктов реакции — воды и углекислого газа.

В 1937 году английский биохимик Адольф Кребс описал последовательность превращений органических кислоты в матриксе митохондрий. Совокупность этих реакций получила название цикла Кребса.

Образованные в ходе анаэробного процесса молекулы молочной или пировиноградной кислоты в результате полного окисления до углекислого газа и воды выделяют 2800 кДж энергии. Такого количество энергии достаточно для синтеза 36 молекул АТФ. Это в 18 раз больше, чем на предыдущем этапе.

Суммарное уравнение кислородного этапа можно представить следующим образом:

2C₃H₆O₃+6O₂+36АДФ+36H₃PO₄ → 6CO₂+42H₂O+36АТФ

Суммарное же уравнение энергетического обмена имеет вид:

C₆H₁₂O₆++6O₂+38АДФ+38H₃PO₄ → 6CO₂+44H₂O+38АТФ

Мы рассмотрели, что такое энергетический обмен, изучили кратко энергетический обмен и этапы обмена веществ.