Обмен веществ (метаболизм) — совокупность химических реакций биосинтеза и распада, лежащих в основе жизнедеятельности организма и обеспечивающих его взаимосвязь со средой обитания. По способу получения энергии организмы делятся на автотрофы (способны к самостоятельному синтезу органических веществ) и гетеротрофы (не могут синтезировать органические вещества, поэтому получают их извне в виде пищи, с готовыми жирами, углеводами, белками).
Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — совокупность реакций синтеза, направленных на образование структурных частей клеток и тканей (синтез углеводов в ходе фотосинтеза, хемосинтез, биосинтез белка, липидов, нуклеиновых кислот и других веществ).
Фотосинтез — процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей органических веществ, протекающий в зелёных листьях растений. Различают световую и темновую фазы.
Световая фаза начинается с поглощения кванта света молекулой хлорофилла, один из электронов молекулы переходит на более высокий энергетический уровень, где присоединяется к иону водорода (Н+) и восстанавливает его до протона. Протон присоединяется к НАДФ (переносчик водорода) и восстанавливает его до НАДФ-Н + Н+. Хлорофилл, утративший электрон, отрывает его от молекулы воды. Происходит фотолиз (расщепление) воды, в результате которого высвобождается кислород. Выделившаяся энергия идёт на синтез АТФ.
Темновая фаза — в строме хлоропластов без поглощения света. Приводит к восстановлению СО2 до уровня органических веществ при участии продуктов световой фазы. СО2 из атмосферы связывается с акцептором (рибулозодифосфат), в результате образуется нестойкое вещество (С6), распадающееся на две молекулы фосфороглицериновой кислоты. Последняя восстанавливается с помощью НАДФ-Н + Н+ и АТФ. В итоге через ряд промежуточных реакций образуются углеводы (моно-, ди- и полисахариды) и другие органические соединения.
Хемосинтез — в отличие от фотосинтеза источником энергии является не свет, а процесс окисления некоторых неорганических соединений. Характерен для бактерий: серобактерии разрушают и выветривают горные породы вследствие образования ими серной кислоты, используются в процессах очищения промышленных сточных вод; железобактерии вырабатывают Fe(OH)3, который образует болотную железную руду; водородные бактерии используются для получения пищевого белка и др.
Энергетический обмен (диссимиляция, или катаболизм) — совокупность реакций распада (гликолиз, брожение, дыхание), сопровождается выделением энергии. Включает подготовительный, анаэробный и аэробный этапы.
Подготовительный протекает в цитоплазме клеток растений, в пищеварительном тракте животных. Питательные вещества под влиянием пищеварительных ферментов расщепляются до мономеров: белки — до аминокислот, углеводы — до моносахаридов и др. В результате образуется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла. Синтез АТФ не происходит.
Клеточное дыхание — высвобождение энергии органических кислот в присутствии кислорода. Проходит в два этапа.
Анаэробный протекает в цитоплазме клеток. Мономеры, после первого этапа, подвергаются дальнейшему ферментативному расщеплению без участия кислорода с образованием энергии (гликолиз). В реакции гликолиза молекула гексозы (С6) расщепляется на две молекулы пировиноградной кис лоты (С3) с освобождением двух молекул АТФ и атомов водорода.
Аэробный — протекает в митохондриях (с О2). Происходит полное окисление пировиноградной кислоты до СО2 и Н2О с высвобождением 36 молекул АТФ. Проходит в три стадии: окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты; цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса); электронтранспортная цепь.
Брожение — метаболический распад молекул веществ без участия кислорода.
Типы брожения:
- спиртовое (дрожжи и некоторые бактерии), из молекулы глюкозы получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы СО2;
- молочнокислое (молочнокислые бактерии), лактоза преобразуется в молочную кислоту;
- уксуснокислое (многие бактерии) — прямой результат бактериальной ферментации;
- маслянокислое (бактерии рода Клостридиум), образуется масляная кислота.
