 |
Обмен веществ и энергии. Биологическое окисление
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Биологическая химия (от греч. bios - жизнь) – это наука о молекулярной сущности жизни. Она изучает химический состав организмов, превращение веществ и энергии, которое осуществляется в процессе их жизнедеятельности.
С методологической точки зрения биохимия условно подразделяется на статическую и динамическую. Однако обе эти части неразрывно связаны между собой – изучение механизма и путей превращения веществ невозможно без детального и глубокого знания их свойств.
Важнейшей задачей динамической биохимии является изучение обмена веществ или метаболизма клетки. Обмен веществ – это совокупность двух диаметрально противоположных, но гармонично сочетающихся процессов – синтеза (анаболизма) и распада (катаболизма) веществ. Метаболизм лежит в основе логических представлений о развитии живой материи, подчеркивает огромнейшую разницу между живой и неживой природой, обуславливает неразрывную связь организма с внешней средой.
Обмен веществ в клетке не отделим от обмена энергии. Синтез веществ организма невозможен без затраты химической энергии. Эту энергию организм черпает из среды вместе с питательными веществами. Другой характерной чертой обмена веществ является тонкая регуляция скорости протекания отдельных химических реакций. Живая клетка – это саморегулирующаяся система обмена веществ. Накопление промежуточных продуктов (метаболитов) в количествах, превышающих критический уровень, действует как сигнал, который может вызвать уменьшение скорости реакций, приводящих к образованию этих веществ.
Глубокое и всестороннее изучение обмена веществ является одной из актуальных задач в познании сущности жизни. Однако это изучение имеет и важное прикладное значение для различных отраслей народного хозяйства. В современных условиях развития животноводства на промышленной основе важными и актуальными являются проблемы своевременного контроля физиологического состояния животных, оценки их метаболического статуса, проведения необходимых лечебно-профилактических мероприятий. Успешное решение этих задач невозможно без достаточно глубоких и прочных знаний в области динамической биохимии.
|
|
|
Учебно-методическое пособие «Основы динамической биохимии» подготовлено сотрудниками кафедры химии УО «Витебская ордена «Знак Почета» государственная академия ветеринарной медицины», читающими лекционный курс по дисциплине «Органическая и биологическая химия». Оно предназначено для студентов факультета ветеринарной медицины, зооинженерного фукультета, факультета заочного обучения и написано в соответствии с программой курса по дисциплине.
В пособии рассматриваются общие вопросы обмена веществ и энергии в организме животных, переваривание и всасывание питательных веществ. Дан химизм основных путей метаболизма углеводов, липидов и белков. Большое внимание уделено биологической роли и регуляции данных процессов, а также биохимическим механизмам нарушения их протекания и развития патологий.
Изучение биохимических путей трансформации энергии в организме, ее запасания, биосинтеза и распада углеводов, липидов, белков и нуклеиновых кислот, протекающих в клетках и тканях, обеспечит более глубокое понимание процессов, лежащих в основе жизнедеятельности, роста и развития животных.
Для лучшего закрепления материала ряд вопросов проиллюстрирован рисунками, схемами и таблицами. По окончании каждой главы указаны контрольные вопросы и задания, которые студентам необходимо подготовить к практическим занятиям. В конце пособия приведен словарь основных биохимических терминов и предметный указатель.
|
|
|
Глава 1
Обмен веществ и энергии. Биологическое окисление
· Общее представление об обмене веществ и энергии.
· Стадии обмена веществ в зависимости от количества выделяемой энергии.
· Понятие о биологическом окислении. Стадии биологического окисления.
· Дыхательная цепь, сопряженная с трансформацией энергии. Окислительное фосфорилирование.
· Субстратное фосфорилирование.
· Макроэргические соединения.
· Свободное окисление.
· ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ОБМЕНЕ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ
Все многообразие живых организмов, от одноклеточных микроорганизмов до высокодифференцированных многоклеточных организмов растений, животных, человека, состоит из тех же атомов и молекул, что и объекты неживой природы. В основе процессов жизнедеятельности лежат реакции атомов и молекул, которые подчиняются всем законам физики и химии, описывающим поведение неодушевленной материи. Однако живым организмам присущ ряд особенностей:
а) сложность и высокая степень организации;
б) любая составная часть организма от отдельных химических соединений до органа имеет специальное назначение и выполняет строго определенную функцию;
в) способность живых организмов к самовоспроизведению;
г) живые организмы способны обмениваться веществом и энергией с окружающей средой для создания собственных структурных единиц.
Таким образом, обмен веществ и энергии - важнейшая особенность живой материи.
Обмен веществ - это совокупность химических процессов, которым подвергаются соединения с момента их поступления в организм и до выделения конечных продуктов обмена. Это непрерывный, самосовершающийся и саморегулируемый круговорот веществ, протекающий в процессе существования живой материи и характеризующийся ее постоянным самообновлением.
Обмен веществ состоит из двух противоположных процессов - анаболизма и катаболизма.
Анаболизм - это часть общего процесса обмена веществ, которая заключается в поглощении, накоплении и усвоении питательных веществ из окружающей среды и построении за их счет структурных единиц организма. В ходе анаболизма происходит синтез сложных веществ из более простых. Это восстановительные (редукционные) реакции, требующие затрат энергии. При этом одинаковые исходные соединения превращаются в различные конечные продукты (например, глюкоза вовлекается в организме человека и животных в синтез гликогена, липидов, глюкогенных аминокислот).
|
|
|
Катаболизм - эта та часть общего процесса обмена веществ, которая заключается в разрушении веществ, составляющих организм животных, в распаде составных частей органов, тканей, клеток и сопровождается выделением веществ из организма животных. При катаболизме происходят окислительные процессы, распад сложных веществ на более простые с выделением энергии. Одинаковые исходные вещества дают одинаковые конечные продукты обмена (например, при окислении углеводов, липидов и белков в организме человека и животных образуются СО2 и Н2О).
Процессы анаболизма и катаболизма взаимосвязаны. Например, вещества, образующиеся в ходе катаболизма (например, глюкоза, глицерин, жирные кислоты, аминокислоты) могут использоваться организмом для биосинтетических процессов. Это явление получило название амфиболизма.
В ходе обмена веществ осуществляются разнообразные процессы - физические (адсорбция, диффузия и др. ), химические (распад, синтез), физиологические (питание, всасывание и др. )
Обменные процессы в организме животных включают следующие этапы:
а) переваривание и всасывание;
б) промежуточный обмен (метаболизм ). Он происходит в клетках и тканях и заключается в осуществлении химических превращений, ведущих к синтезу и распаду химических соединений, что сопровождается образованием промежуточных и конечных продуктов обмена. Места протекания основных метаболических процессов в структурах клетки указаны на рис. 1.
в) выделение конечных продуктов из организма .
Рис. 1. Локализация основных метаболических процессов в структурах клетки.
· СТАДИИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОЛИЧЕСТВА
|
|
|
