Что такое обмен веществ ассимиляция и диссимиляция
Энергетический обмен
Обмен веществ
Энергетический обмен
Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).
Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.
Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.
Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).
Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.
Пластический обмен
АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.
В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
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
Процесс обмена веществ и энергии, происходящий в живых организмах — это метаболизм.
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).
Примеры процессов диссимиляции в биологии — дыхание, брожение, гликолиз. Примеры процессов ассимиляции в биологии — фотосинтез, биосинтез белков, углеводов.
Процессы диссимиляции в биологии еще называют катаболизмом и энергетическим обменом. Процессы ассимиляции в биологии также называют анаболизмом и пластическим обменом.
Одно и то же понятие называется по-разному по одной просто причине: реакции обмена веществ изучались учеными различных специальностей:
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:
Живым организмам нужна энергия для разнообразных процессов: химических, тепловых, электрических и механических.
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:
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.
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:
Суммарное же уравнение энергетического обмена имеет вид:
Завершающей стадий этапов энергетического обмена является выведение из организма продуктов метаболизма.
Мы рассмотрели, что такое энергетический обмен, изучили кратко энергетический обмен и этапы обмена веществ.
ЛЕКЦИЯ НА ТЕМУ «Ассимиляция, диссимиляция.»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его на пластический ( анаболизм ) и энергетический обмены ( катаболизм ), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.
Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:
Анаболизм ( ассимиляция ) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.
Катаболизм ( диссимиляция ) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.
Ферментами катализируются все биохимические реакции. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».
Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется. Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока. Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.
Энергетический обмен в клетке (диссимиляция)
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.
Второй этап – бескислородный ( гликолиз ). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления 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.
Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, 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.
Окислительное фосфорилирование или клеточное дыхание происходит, на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов. В ходе этой стадии освобождается большая часть метаболической энергии. Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.
Суммарная реакция энергетического обмена:
С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.
Фотосинтез и хемосинтез
Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
«Световая фаза» – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.
Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:
1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ • Н
2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ • Н;
Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складках внутренней мембраны хлоропластов. Из тилакоидов формируются граны – стопки мембран.
Так как в экзаменационных работах спрашивают не о механизмах фотосинтеза, а о результатах этого процесса, то мы и перейдем к ним.
Результатами световых реакций являются: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ • Н. Таким образом свет нужен только для синтеза АТФ и НАДФ-Н.
«Темновая фаза» – процесс преобразования СО2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ • Н.
Результатом темновых реакций являются превращения углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.
Суммарное уравнение фотосинтеза — 
кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;
фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;
фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.
Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:
1) окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями:
NH3 → HNQ2 → HNO3 + Q;
2)превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:
3)окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями
H2S + O2 = 2H2O + 2S + Q,
H2S + O2 = 2H2SO4 + Q.
Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.
Роль хемосинтеза. Бактерии – хемосинтетики, разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.
Ассимиляция и диссимиляция
Всего получено оценок: 674.
Всего получено оценок: 674.
Процесс превращения внешних веществ в энергию и совокупность реакций, в результате которых образуются сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности организма, называется метаболизмом или обменом веществ. Основные процессы метаболизма – ассимиляция и диссимиляция, тесно взаимосвязанные между собой.
Метаболизм
Обмен веществ происходит на клеточном уровне, но начинается с процесса пищеварения и дыхания. В обмене веществ участвуют органические соединения и кислород.
Питательные вещества поступают с пищей в желудочно-кишечный тракт, и уже в ротовой полости начинают расщепляться. В результате пищеварения молекулы веществ попадают через кишечные ворсинки в кровь и разносятся каждой клетке. Кислород поступает в лёгкие при дыхании и также разносится кровяным потоком.
Ассимиляция и диссимиляция в метаболизме – два взаимосвязанных процесса, идущих параллельно:
Диссимиляция называется энергетическим обменом, т.к. главная цель процесса – получение энергии. Ассимиляция называется пластическим обменом, т.к. высвободившаяся в результате диссимиляции энергия идёт на постройку организма.
которые читают вместе с этой
Клеточный обмен
Происходящие в клетке процессы ассимиляции и диссимиляции веществ играют важную роль для всего организма. Получение энергии из поступающих веществ происходит в цитоплазме и митохондриях. В ходе диссимиляции образуются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат).
Диссимиляция
Где происходит
Результат
Пищеварительный тракт многоклеточных животных
Одномембранные органоиды – лизосомы в любой эукариотной клетке
Пищеварительные вакуоли одноклеточных животных
Расщепление поступивших в организм белков, жиров, углеводов до более простых соединений:
– белки – до аминокислот;
– жиры – до жирных кислот и глицерина;
– сложные углеводы (крахмал) – до глюкозы. На этой стадии вся энергия рассеивается в виде тепла.
Бескислородное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием энергии. Большая часть (60 %) энергии рассеивается в виде тепла, оставшаяся часть (40 %) используется для образования двух молекул АТФ. В дальнейшем без доступа кислорода пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту
Расщепление пировиноградной кислоты с участием кислорода. Образуется вода и углекислый газ – – конечные продукты распада и 36 молекул АТФ. И на этой стадии примерно 55 % энергии рассеивается в виде тепла, и примерно 45 % переходит в энергию химических связей АТФ
В состав АТФ входят:
АТФ является макроэргическим соединением и при гидролизе (взаимодействии с водой) высвобождает значительное количество энергии, которая идёт на восстановление и развитие организма, поддержание температуры тела, а также участвует в химических реакциях в процессе ассимиляции. Из более простых веществ в ходе анаболизма синтезируются сложные вещества, характерные для данного организма.
Примеры ассимиляции:
Процессы обмена веществ регулируются гормонами. Например, адреналин сдвигает обмен веществ в сторону диссимиляции, а инсулин – в сторону ассимиляции.
Все реакции метаболизма катализируются специфическими ферментами.
Автотрофы и гетеротрофы
Все живые организмы в зависимости от способа питания делятся на автотрофов и гетеротрофов. К автотрофам относятся растения и некоторые бактерии, которые синтезируют органические вещества из неорганических. Такие организмы самостоятельно создают все необходимые для жизнедеятельности вещества.
В растениях процесс ассимиляции называется фотосинтезом. В качестве источника энергии для синтеза органических веществ используется солнечный свет. Это основной источник энергии!
Рис. 3. Сравнение автотрофов и гетеротрофов.
Что мы узнали?
Из урока 9 класса биологии узнали о главных процессах, составляющих метаболизм, – ассимиляции (анаболизме) и диссимиляции (катаболизме). В результате катаболизма образуются простые органические вещества, из которых в процессе ассимиляции синтезируются сложные вещества, необходимые организму.
Что такое обмен веществ ассимиляция и диссимиляция
Связь живой природы с неживой. Молекулы белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот, характерных для живых организмов, как вы знаете, имеют очень сложное строение. Но все образующие их элементы входят и в состав различных веществ неживой природы (рис. 102). Это понятно, ведь органические соединения строятся из неорганических в зеленых растениях под действием энергии Солнца. Животные и человек используют органические соединения, образованные растениями.
Рис. 102
В течение всей жизни организм получает вещества из окружающей среды и отдает в нее продукты жизнедеятельности.
Обмен веществ между организмом и окружающей средой. Изменения веществ в организме обусловливают все жизненные процессы, протекающие в нашем теле. Белки, жиры и углеводы поступают в него с пищей и расщепляются в органах пищеварения. Продукты расщепления приносятся кровью к клеткам и усваиваются ими. Кислород, проникший из воздуха через легкие в кровь, принимает участие в процессах окисления, совершающихся в клетках. Эти процессы связаны с превращением энергии.
Образующиеся углекислый газ, вода, мочевина и другие вещества удаляются из организма через легкие, почки, кожу. Энергия после цепи превращений в нашем теле переходит в энергию движения молекул. Избыток тепла организм отдает в окружающую среду.
Таким образом, между организмом и окружающей его средой непрерывно происходит обмен веществ и энергии. С его прекращением прекращается и жизнь. В этой цепи сложнейших превращений вещества и энергии в организме различают две стороны: ассимиляцию и диссимиляцию.
Именно при диссимиляции происходят превращения энергии и перенос ее к участкам клеток, где она расходуется. Диссимиляция обусловливает различные виды деятельности наших органов, в том числе и процессы ассимиляции.
Процессы ассимиляции и диссимиляции неотделимы один от другого. В самом деле, непрерывный распад и окисление органических соединений возможны лишь тогда, когда количество этих веществ в клетках все время пополняется. Значит, диссимиляция не может происходить без ассимиляции. Ассимиляция без диссимиляции тоже невозможна. Так, при образовании белков в клетке между молекулами аминокислот возникают химические связи. На образование этих связей расходуется значительная часть энергии, освобождающейся в клетке при диссимиляции.
Определение количества энергии, расходуемой организмом. Во время деятельности организма, например при физической работе, в нем происходит ряд сложных превращений энергии. В результате он нагревается. Но наше тело постоянно отдает избыток тепла в окружающую среду через всю поверхность кожи. Этим свойством организма пользуются для того, чтобы узнать, сколько энергии человек затрачивает в сутки.
Испытуемого помещают в специальную камеру с двойными стенками из теплоизолирующего материала, устроенную по принципу калориметра (рис. 103). Чтобы человек в камере мог нормально дышать, в нее подают воздух, а углекислый газ улавливают специальными поглотителями. В верхней части камеры находится система извитых труб, через которые протекает вода. Температура воды, поступающей в эту систему и вытекающей из нее, измеряется термометрами. Зная общее количество воды, прошедшей через трубы в течение суток, и разность температур поступившей и удалившейся из них воды, нетрудно определить суточный расход энергии человеческого организма, выраженный в тех или иных единицах измерения, например килоджоулях.
Рис. 103
■ Обмен веществ и энергии. Ассимиляция. Диссимиляция.