Превращение энергии в организме: энергетический и пластический обмены

Превращение энергии в организме человека

Обмен веществ и превращение энергии — важные для человеческого организма процессы.

С поглощением энергии в организме человека происходит образование необходимой для поддержания жизнедеятельности организма энергии (она образуется в результате распада органических веществ). В первую очередь — жиров и углеводов (в меньшей степени белков).

Когда химические связи в молекулах разрушаются, между атомами выделяется энергия. Около половины этой энергии расходуется как тепло. Другая половина энергии превращается в АТФ — аденозинтрифосфорную кислоту.

Энергетический обмен

Какие превращения энергии можно наблюдать? Есть два варианта: энергетический и пластический обмен.

Энергетический обмен состоит из 3 этапов:

1. Подготовительного.
2. Бескислородного (гликолиз, анаэробное дыхание).
3. Кислородного (аэробное дыхание).

Протекание подготовительного этапа связано с цитоплазмой клеток, а у человека этот этап протекает в желудочно-кишечном тракте. Происходит расщепление больших органических молекул на мономеры — под действием ферментов. В ходе этого осуществляется выделение незначительного количества тепла.

Анаэробное расщепление представляет собой процесс образования и накопления энергии в макроэргических связях молекулы АТФ без наличия кислорода.

В процессе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы до молочной или пировиноградной кислоты. Выделяется энергия, одна часть которой используется для синтеза АТФ, а другая — рассеивается в виде тепла.

Гликолиз является энергетически малоэффективным процессом. Это объясняется тем, что в макроэргических связях может накапливаться только 34-40% энергии. Вещества полностью не распадаются: в конечных продуктах очень много энергии в химических связях.

Под тканевым дыханием понимают обмен газов, происходящий в клетках в ходе окисления питательных веществ.

Происходит окисление пировиноградной и молочной кислоты до конечных продуктов, таких как вода и углекислый газ. Процесс окисления представляет собой отщепление от кислоты водорода. Водород, в свою очередь, переносится на ферменты мембраны митохондрий — это называется дыхательной транспортной цепью. Клетки поглощают кислород из кровеносных капилляров. Вода образуется путем взаимодействия водорода и кислорода.

Много энергии выделяется током протонов водорода: она используется для синтеза АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты.

Кислородный этап также включает определенные процессы:

• реакции цикла Кребса;
• реакции, которые протекают на дыхательной транспортной цепи.

Энергию, накопленную в АТФ, организм использует для:

• синтеза органических веществ, нужных организму, а также для формирования клеточных структур и органелл;
• осуществления главных жизненных процессов в клетке: деления, транспорта веществ и др;
• поддержания постоянной температуры в организме.

Пластический обмен

Пластический обмен состоит из:

• биосинтеза белков;
• биосинтеза углеводов;
• биосинтеза липидов;
• биосинтеза нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).

Биосинтез белков включает 3 этапа:

1. Транскрипцию или синтез предшественника информационной РНК (иРНК) — про-иРНК. Под действием фермента РНК-полимеразы происходит разъединение двойной цепи ДНК. На одной из цепей ДНК происходит синтез про-иРНК — по принципу комплиментарности. Позже она переходит в активную форму иРНК.
2. Трансляцию, которая представляет собой перенос последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислотных остатков молекулы белка. Осуществляется трансляция в функциональном центре рибосомы.
3. Обособление белковой молекулы и транспортировка ее в клетке.

Что касается биосинтеза углеводов в клетках гетеротрофных организмов, то он происходит в небольшом количестве на основе других органических соединений.

Биосинтез липидов. Жиры — запасная форма липидов. Около 90% запасаемой в жирах энергии — это жирные кислоты. Их биосинтез осуществляется в цитоплазме клеток при участии ферментов. Процесс биосинтеза может продолжаться также в митохондриях.

Если говорить о биосинтезе нуклеиновых кислот, то при их расщеплении большая часть азотистых оснований используется для синтеза нуклеотидов. В результате отщепления кислорода от рибозы происходит образование дезоксирибонуклеотидов или предшественников ДНК.

Биосинтез ДНК строится на репликации, то есть на способности молекул ДНК самоудваиваться. Синтез всех видов РНК на молекуле ДНК осуществляется по принципу комплиментарности — с помощью РНК-полимеразы.

Транскрипция — это синтез молекулы РНК на молекуле ДНК.