11.Характеристика процесів обміну речовин і енергії.

Постійний обмін речовиною та енергією із зовнішнім середовищем є обов’язковою умовою існування живого. Обмін речовин включає в себе їх транспорт та перетворення. Біохімічні перетворення речовин в організмі називають метаболізмом. Найважливіші метаболічні шляхи були досліджені протягом 1930-1950 р. р. Вивчення метаболізму включає виявлення проміжних продуктів – метаболітів та дослідження властивостей ферментів, які каталізують їх перетворення.Найпростіші організми - бактерії мало залежать від якості джерел живлення. Для існування клітин кишкової палички (Е. сolі) необхідні лише глюкоза і неорганічні солі, причому кількість клітин подвоюється кожні 20 хвилин, і в них утворюється біля 2500 різноманітних білків і біля 1000 видів інших неорганічних сполук. Заміна глюкози на інше поживне середовище - сахарозу, або амінокислоту викликає пристосування метаболізму, яке дозволяє так само плідно існувати і в цих умовах. Чим більше високорозвинений організм, тим більше він залежить від екзогенних факторів. Перелік компонентів їжі, необхідних для повноцінного існування людини. Речовини, які попадають в організм людини з їжею, проходять попередню обробку (розщеплення полімерів на мономери) в травному тракті, після чого всмоктуються стінками травного тракту, попадають в кров’яне русло і розносяться до тканин. Переважна більшість цих первинних продуктів попадає в печінку, де утилізується і в доступній для інших тканин формі поступає в них. В печінці також зазнає перетворень багато токсичних речовин, які внаслідок цього стають менш небезпечними і виводяться з організму.Включенню речовин в метаболізм передує їх активація. Наприклад, активними формами карбонових кислот в клітинах є тіоефіри (ацил-SКоА), моносахаридів – фосфатні похідні.Всі метаболічні процеси, що відбуваються в організмі, можна віднести до двох напрямків: анаболізму і катаболізмуАнаболізм (асиміляція, пластичний обмін)- це ферментативні процеси синтезу високомолекулярних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів і ліпідів) з низькомолекулярних попередників. Ці процеси потребують затрати енергії, переважно у вигляді нуклеозидтрифосфатів (ATФ та ін.). Вони пов’язані з відновленням метаболітів за рахунок гідрогену, який поставляють проміжні переносники - коферменти НАД, НАДФ, ФАД.Катаболізм (дисиміляція, енергетичний обмін)- це ферментативне розщеплення високомолекулярних речовин до низькомолекулярних продуктів. Катаболізм відбувається за рахунок окиснення, причому гідроген відбирається від речовин, що окиснюються, за допомогою проміжних переносників - коферментів НАД, НАДФ, ФАД. Катаболізм супроводжується виділенням енергії переважно у вигляді АТФ. Процеси катаболізму можна поділити на три етапи. І – підготовчий полягає в розщепленні полімерів їжі і клітин на мономери і протікає для більшості процесів, зокрема у травному тракті, шляхом гідролізу. На цьому етапі енергія розсіюється у вигляді тепла. ІІ етап – анаеробний – відбувається на внутрішніх мембранах клітини. В ньому мономери окиснюються до спільних проміжних продуктів і вивільняють при цьому до 20% запасу внутрішньої енергії (? ? 40%). Прикладом такого процесу є гліколіз (перетворення глюкози до молочної кислоти). ІІІ етап – аеробне (повне) розщеплення відбувається в мітохондріях. При ньому вивільняється до 80% запасу внутрішньої енергії метаболітів (? ? 55%).Катаболізм і анаболізм тісно пов’язані між собою: ІІІ етап каболізму можна вважати спільним для катаболізму і анаболізму - амфіболічними або центральними шляхами. Вони виконують подвійну функцію, тобто можуть як поставляти метаболіти, спільні для різних метаболічних шляхів (оцтова (ацетил-КоА), піровиноградна і ?-кетоглутарова кислоти, 3-фосфогліцериновий альдегід), для анаболізму, так і завершувати катаболізм до кінцевих простих продуктів, які виводяться з організму (вуглекислота, вода і сечовина або аміак). Центральними шляхами є цикл трикарбонових кислот та цикл сечовини.В організмі одночасно відбуваються різні катаболічні та анаболічні процеси, їх узгодженість забезпечує постійність внутрішнього стану організму, яка протидіє різноманітним впливам зовнішнього середовища. Така постійність внутрішнього середовища організму називається гомеостазом. Доросла людина протягом близько 40 років зберігає постійну масу тіла, його склад, хоч за цей час вживає близько б т твердої їжі і 37850 л води. Гомеостаз - це динамічний стан. При дії зовнішніх факторів (зміні температури, кислотності, умов харчування та ін.) відбувається зрушення різних молекулярних процесів, спрямоване на протидію зовнішньому фактору і встановлення гомеостазу на новому рівні. В основі такої здатності до пристосування лежить висока чутливість регуляторних механізмів метаболічних шляхів.Вважають, що стан біосистем більш влучно характеризувати терміном “енантіостаз”, тобто “постійність функції”, оскільки адаптація організму до виконання певної функції забезпечується за рахунок змін хімічного складу. Наприклад, постійність функціонування біомембран за різних температур забезпечується шляхом змін її жирнокислотного складу.Таким чином, живі організми - це відкриті системи, які постійно обмінюються речовиною і енергією з оточуючим середовищем. Завдяки цьому вони підтримують високо впорядкований стан внутрішнього середовища на певному стаціонарному рівні.