Метаболизм

Вернуться к теме "Метаболизм"

Обя­за­тель­ным усло­ви­ем су­ще­ство­ва­ния лю­бо­го ор­га­низ­ма яв­ля­ет­ся по­сто­ян­ный при­ток пи­та­тель­ных ве­ществ и по­сто­ян­ное вы­де­ле­ние ко­неч­ных про­дук­тов хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­ис­хо­дя­щих в клет­ках. В любой живой клет­ке по­сто­ян­но про­ис­хо­дят слож­ней­шие хи­ми­че­ские и фи­зи­че­ские ре­ак­ции, необ­хо­ди­мые для того, чтобы обес­пе­чить по­сто­ян­ство усло­вий внут­рен­ней среды как в самой клет­ке, так и в мно­го­кле­точ­ном ор­га­низ­ме, на­хо­дя­щем­ся под воз­дей­стви­ем по­сто­ян­но ме­ня­ю­щих­ся внеш­них фак­то­ров. 

По­сто­ян­ство внут­рен­ней среды био­ло­ги­че­ских си­стем по­лу­чи­ло на­зва­ние го­мео­ста­за. Если го­мео­стаз на­ру­ша­ет­ся, это ведет к тому, что клет­ки и ор­га­низм в целом по­вре­жда­ют­ся или даже могут по­гиб­нуть, то есть функ­ция го­мео­ста­ти­че­ских ме­ха­низ­мов за­клю­ча­ет­ся в том, что они под­дер­жи­ва­ют неза­ви­си­мость ор­га­низ­ма от внеш­ней среды в той мере, в какой эти ме­ха­низ­мы эф­фек­тив­ны. Все ре­ак­ции, про­те­ка­ю­щие в клет­ке, на­прав­ле­ны на под­дер­жа­ние го­мео­ста­за, а для этого необ­хо­ди­мы ве­ще­ства и энер­гия. Таким об­ра­зом, клет­ка осу­ществ­ля­ет слож­ные и мно­го­об­раз­ные ре­ак­ции син­те­за необ­хо­ди­мых ве­ществ и, на­о­бо­рот, рас­па­да ненуж­ных, а также ре­ак­ции пре­вра­ще­ния энер­гии.

По­лу­ча­е­мы извне белки, жиры, уг­ле­во­ды, ви­та­ми­ны и мик­ро­эле­мен­ты необ­хо­ди­мы клет­ке для син­те­за или стро­и­тель­ства нуж­ных им ве­ществ и по­стро­е­ния кле­точ­ных струк­тур. Для этих про­цес­сов необ­хо­ди­ма энер­гия. Вся со­во­куп­ность ре­ак­ций био­син­те­за ве­ществ и их по­сле­ду­ю­щей сбор­ки в более круп­ные струк­ту­ры на­зы­ва­ет­ся ас­си­ми­ля­ци­ей, или ана­бо­лиз­мом, еще одно на­зва­ние этого на­бо­ра ре­ак­ций – пла­сти­че­ский обмен.

Осо­бен­но ин­тен­сив­но про­цес­сы ас­си­ми­ля­ции про­ис­хо­дят в рас­ту­щих клет­ках раз­ви­ва­ю­ще­го­ся ор­га­низ­ма. Важ­ней­шим при­ме­ром та­ко­го рода про­цес­сов может слу­жить био­син­тез белка. В клет­ках по­сто­ян­но рас­па­да­ют­ся ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, либо по­лу­чен­ные извне с пищей, либо за­па­сен­ные «на чер­ный день». При рас­па­де этих мо­ле­кул вы­де­ля­ет­ся энер­гия, часть ко­то­рой те­ря­ет­ся, рас­се­и­ва­ясь с теп­лом, а часть за­па­са­ет­ся в виде мо­ле­кул АТФ. В слу­чае необ­хо­ди­мо­сти энер­гия АТФ ис­поль­зу­ет­ся для энер­ге­ти­че­ских за­трат клет­ки, в част­но­сти для обес­пе­че­ния про­цес­сов ас­си­ми­ля­ции.

Со­во­куп­ность ре­ак­ций рас­па­да ве­ществ, со­про­вож­да­ю­щих­ся вы­де­ле­ни­ем и за­па­са­ни­ем энер­гии, на­зы­ва­ет­ся дис­си­ми­ля­ци­ей, или ка­та­бо­лиз­мом. Еще одно на­зва­ние этих ре­ак­ций – энер­ге­ти­че­ский обмен.

Ас­си­ми­ля­ция и дис­си­ми­ля­ция – про­ти­во­по­лож­ные про­цес­сы: в пер­вом слу­чае про­ис­хо­дит об­ра­зо­ва­ние ве­ществ, на что тра­тит­ся энер­гия, а во вто­ром – рас­пад ве­ществ с вы­де­ле­ни­ем и за­па­са­ни­ем энер­гии. Эти про­цес­сы невоз­мож­ны друг без друга, так как если не син­те­зи­ро­вать и не за­па­сать ор­га­ни­че­ские ве­ще­ства, то и рас­па­дать­ся будет нече­му. А если пре­кра­тят­ся ре­ак­ции рас­па­да, то не будет син­те­зи­ро­вать­ся АТФ, что при­ве­дет к невоз­мож­но­сти син­те­за ве­ществ из-за нехват­ки энер­гии. Таким об­ра­зом, ре­ак­ции ас­си­ми­ля­ции и дис­си­ми­ля­ции – это две сто­ро­ны еди­но­го про­цес­са об­ме­на ве­ществ и энер­гии в клет­ке, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся ме­та­бо­лизм.

Ре­ак­ции ме­та­бо­лиз­ма в живых клет­ках про­те­ка­ют при уме­рен­ной тем­пе­ра­ту­ре, нор­маль­ном дав­ле­нии и незна­чи­тель­ном ко­ле­ба­нии кис­лот­но­сти. Вне живых ор­га­низ­мов при таких усло­ви­ях все хи­ми­че­ские ре­ак­ции ас­си­ми­ля­ции и дис­си­ми­ля­ции или во­об­ще не могли бы про­те­кать, или про­те­ка­ли бы мед­лен­но. Од­на­ко в живых ор­га­низ­мах эти ре­ак­ции про­хо­дят очень быст­ро, это обу­слов­ли­ва­ет­ся уча­сти­ем в них фер­мен­тов. Бел­ки-фер­мен­ты ка­та­ли­зи­ру­ют все био­хи­ми­че­ские про­цес­сы, про­те­ка­ю­щие в ор­га­низ­ме, и могут ра­бо­тать в таких мяг­ких усло­ви­ях.

Так как ак­тив­ность фер­мен­тов очень вы­со­ка, то для обес­пе­че­ния нор­маль­ной ско­ро­сти ме­та­бо­ли­че­ских про­цес­сов тре­бу­ет­ся очень малое ко­ли­че­ство мо­ле­кул фер­мен­тов. Но по­сколь­ку фер­мен­ты дей­ству­ют из­би­ра­тель­но, клет­ке необ­хо­ди­мо очень много видов фер­мен­тов. На­при­мер, фер­мент ами­ла­за ка­та­ли­зи­ру­ет рас­пад в ро­то­вой по­ло­сти крах­ма­ла: без этого фер­мен­та ре­ак­ция не идет. Фер­мент уре­аза ка­та­ли­зи­ру­ет рас­щеп­ле­ние мо­че­ви­ны до ам­ми­а­ка и уголь­ной кис­ло­ты, но не дей­ству­ет на дру­гие род­ствен­ные мо­че­вине со­еди­не­ния.