Загальна характеристика ОБМІНУ РЕЧОВИН.
Обов'язковою умовою життя є обмін речовин між живим організмом і навколишнім середовищем. З зовнішнього середовища в організм надходять джерела енергії, будівельний матеріал для різних синтезів, вітаміни, мінеральні речовини, вода і кисень. З організму зовні видаляються кінцеві продукти хімічних процесів, що протікають в організмі: вуглекислий газ, вода і аміак (у формі сечовини).
Обмінні процеси, що протікають в організмі, можна умовно розділити на два етапи: травлення і метаболізм.
В процесі травлення харчові речовини, як правило, високомолекулярні і для організму чужорідні, під дією травних ферментів розщеплюються і перетворюються, в кінцевому підсумку, в прості сполуки - універсальні для всіх живих організмів. Так, наприклад, будь-які харчові білки розпадаються на амінокислоти 20 видів, точно такі ж як і амінокислоти самого організму. З вуглеводів їжі утворюється універсальний моносахарид - глюкоза. Тому кінцеві продукти травлення можуть вводитися у внутрішнє середовище організму і використовуватися клітинами для різноманітних цілей.
Метаболізм - це сукупність хімічних реакцій, що протікають у внутрішньому середовищі організму, тобто в його клітинах. В даний час відомі десятки тисяч хімічних реакцій, що становлять метаболізм.
У свою чергу, метаболізм ділиться на катаболізм і анаболізм.
Подкатаболізмом розуміються хімічні реакції, за рахунок яких великі молекули піддаються розщепленню і перетворюються в молекули меншого розміру. Кінцевими продуктами катаболізму є такі найпростіші речовини як CO2, H2 O і NH3.
Для катаболізму характерні наступні закономірності:
· У процесі катаболізму переважають реакції окислення.
· Катаболізм протікає зі споживанням кисню.
· У процесі катаболізму звільняється енергія, приблизно половина якої акумулюється в формі хімічної енергії аденозинтрифосфату (АТФ). Інша частина енергії виділяється у вигляді тепла.
Анаболизм включає різноманітні реакції синтезу.
Анаболизм характеризується наступними особливостями:
· Для анаболізму типові реакції відновлення.
· У процесі анаболізму відбувається споживання водню. зазвичай
використовуються атоми водню, відщеплюється від глюкози і переносяться коферментом НАДФ (в формі НАДФhН2) (див. гл. 5);
· Анаболизм протікає зі споживанням енергії, джерелом якої є АТФ.
Основне призначення метаболізму:
· Одночасне протікання реакцій катаболізму і анаболізму призводить до оновлення хімічного складу організму, що є обов'язковою умовою його життєдіяльності.
· У разі переважання анаболізму над катаболизмом відбувається накопичення хімічних речовин в організмі і, в першу чергу, білків. Накопичення білків в організмі - обов'язкова умова його зростання і розвитку.
· Забезпечення енергією (у формі молекул АТФ) всіх потреб організму.
Будова і біологічна роль АТФ.
АТФ (АТФ) є нуклеотидом. До складу молекули АТФ входять азотисті основи - аденін, вуглевод -рібоза і три залишку фосфорної кислоти (аденін, пов'язаний з рибозой, називається аденозином).
Особливістю молекули АТФ є те, що другий і третій залишки фосфорної кислоти приєднуються зв'язком, багатою енергією. Такий зв'язок називається високоенергетичної або макроергічним і позначається знаком
. Сполуки, що мають макроергічні зв'язку, позначаються терміном «макроергів».
Структурна формула АТФ має наступний вигляд:
N N СH2 O - P - O
У спрощеному вигляді будова АТФ можна відобразити схемою:
При використанні АТФ як джерело енергії зазвичай відбувається відщеплення шляхом гідролізу останнього залишку фосфорної кислоти:
У фізіологічних умовах, тобто при тих умовах, які є в живій клітині (температура, рН, осмотичний тиск, концентрація реагуючих речовин і ін.). розщеплення благаючи АТФ (506 г) супроводжується виділенням 12 ккал або 50 кДж [1] енергії
Головними споживачами енергії АТФ в організмі є:
· Транспорт молекул і іонів через мембрани (наприклад, всмоктування речовин з кишечника, утворення сечі в нирках, формування і передача нервового імпульсу і ін.).
Таким чином, біологічна роль АТФ полягає в тому, що ця речовина є універсальним акумулятором енергії, свого роду енергетичної «валютою» клітини.
Основним постачальником АТФ є тканинне дихання - завершальний етап катаболізму, що протікає в мітохондріях всіх клітин, крім червоних клітин крові (еритроцитів).