Общая характеристика обмена веществ и энергии. Катаболизм и анаболизм – две составные части метаболизма. Макроэргические соединения. Центральная роль АТФ в энергетическом объеме

Обмен веществ и энергии – это основная функция организма. Под обменом веществ и энергии понимают совокупность процессов поступления питательных и биологически активных веществ в пищеварительный аппарат, превращения или освобождения их и всасывание продуктов превращения и освобождения веществ в кровь и лимфу, распределение, превращение и использование всосавшихся веществ в тканях органов, выделение конечных продуктов превращения и использования, вредных для организма. Выполнение любой другой функции организма связано с осуществлением обмена веществ и энергии.

Обмен веществ и энергии в организме осуществляется в три фазы: 1) поступление в организм нужных веществ, превращение и всасывание их в пищеварительном аппарате; 2) распределение, превращение и использование всосавшихся веществ; 3) выделение конечных продуктов превращения и использования веществ.

В процессе обмена веществ происходит превращение энергии. Потенциальная энергия сложных органических соединений при их расщеплении освобождается, превращаясь в механическую, электрическую и тепловую. Она используется на поддержание температуры тела, на совершение внешней работы, на процессы, связанные с ростом, развитием и жизнедеятельностью организма. Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции.

Ассимиляция – совокупность процессов, обеспечивающих образование в организме свойственных ему веществ из веществ, поступивших в организм из внешней среды.

Диссимиляция – совокупность процессов ферментативного расщепления сложных веществ. Оба процесса взаимосвязаны и возможны только при наличии другого. Интенсивность одного процесса зависит от интенсивности другого. Обмены различных веществ в организме тесно взаимосвязаны, но для облегчения понимания целесообразно рассмотреть отдельно обмен белков, жиров, углеводов, водно-солевой обмен, обмен витаминов. Каждый из них имеет свои особенности.

Процессы метаболизма делят на процессы катаболизма и анаболизма. Сравним основные особенности этих процессов.

Таким образом, катаболизм и анаболизм – это связано, взаимодополняемые процессы, объединяются через систему АТФ-АДФ, восстановлены и окисленные формы коферментов (НАДН + и НАД +), субстраты и продукты.
Путь катаболизма определенного вещества и противоположный путь синтеза этого же вещества обычно несколько отличаются. Например, распад глюкозы до молочной кислоты в мышцах состоит из 11 последовательных стадий, катализируемых специфическими ферментами. Обратный путь (синтез глюкозы из молочной кислоты) осуществляется в печени и включает 8 ферментативных стадий, общих с катаболическим путем, и 3 стадии, отличные от него. Аналогичное наблюдается при синтезе и распада жирных кислот, белков, нуклеиновых кислот. Благодаря неидентичности катаболический и анаболический пути регулируются независимо друг от друга. Противоположно направленные катаболические и анаболические пути отличаются своей локализацией в клетке, что дает им возможность проходить одновременно и использовать энергию, которая освобождается при распаде веществ, для биосинтеза в других местах клетки. Например, окисление жирных кислот происходит в митохондриях, а синтез – в цитоплазме.

Метаболизм – совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма – катаболизм и анаболизм.

Катаболизм (энергетический обмен, диссимиляция) – совокупность реакций, приводящих к образованию простых веществ из более сложных (гидролиз полимеров до мономеров и расщепление последних до низкомолекулярных соединений углекислого газа, воды, аммиака и др. веществ). Катаболические реакции идут обычно с высвобождением энергии.

Анаболизм (пластический обмен, ассимиляция) – понятие, противоположное катаболизму: совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых (образование углеводов из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, реакции матричного синтеза). Для протекания анаболических реакций требуются затраты энергии.

Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.