Что такое «метаболизм» (обмен веществ) и почему важно его определять? Метаболизм в биологии Значение слова обмен веществ в биологии

Обмен веществ - это совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие и процессы жизнедеятельности.
Питание - это поддержание жизни и здоровья человека с помощью пищи, для поддержания нормального течения физиологических процессов жизнедеятельности, здоровья и работоспособности.
Дыхание - это совокупность процессов, обеспечивающих поступление из атмосферного воздуха в организм кислорода, использование его в биологическом окислении органических веществ и удаление из организма углекислого газа.
Движение - это процесс изменения положения тела и его частей.
Раздражимость - это свойство живых организмов реагировать на различные воздействия.
Размножение - это свойство живых организмов воспроизводить себе подобных с целью продления рода.
Рост - это увеличение массы организма, органа или участка ткани за счет увеличения количества и размеров клеток и неклеточных образований.
Органические вещества - это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.
Белки - это высокомолекулярные органические вещества, состоящие из аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.
Жиры - это смеси сложных эфиров, образованных трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами.
Углеводы - это обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов.
Нуклеиновые кислоты - это соединения, состоящие из остатков фосфорной кислоты, пуриновых и пиримидиновых оснований и углевода.
Азот - это важнейший компонент белков и нуклеиновых кислот.
Кислород - это жизненно важный элемент, с помощью которого организмы дышат.
Мембрана - это оболочка клетки.
Хромосома - это нитевидная структура клеточного ядра, несущая генетическую информацию в виде генов, которая становится видной при делении клетки.
Хроматида - это структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате удвоения хромосомы.
Митоз - это непрямое деление, основной способ деления эукариотных клеток.
Мейоз - это особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого происходит переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное.
Ткань- это система клеток и межклеточного вещества, объединённых общим происхождением, строением и выполняемыми функциями.
Межклеточное вещество - это составная часть соединительной ткани позвоночных и многих беспозвоночных животных, включающая соединительнотканные волокна и аморфное основное вещество, выполняющая механическую, опорную, защитную и трофическую функции.
Орган - это часть организма, представляющая собой эволюционно сложившийся комплекс тканей, объединенный общей функцией, структурной организацией и развитием.
Побег - это один из основных вегетативных органов высших растений, состоящий из стебля с расположенными на нём листьями и почками.
Корень - один из основных органов растений, служащий для укрепления в почве, поглощения воды, минеральных веществ, синтеза органических соединений, а также для выделения некоторых продуктов обмена.
Лист - это важный орган растения, в котором происходят фотосинтез, газообмен и испарение.
Стебель - это удлинённый побег высших растений, служащий механической осью, также выполняет роль проводящей и опорной базы для листьев, почек, цветков.
Цветок - орган размножения покрытосеменных (цветковых) растений.
Плод - видоизменённый в процессе двойного оплодотворения цветок.
Семя - это особая многоклеточная структура сложного строения, служащая для размножения и расселения семенных растений.
Завязь - это нижняя расширенная часть пестика в цветке, по опылении образующая плод.
Тычинка - это репродуктивный орган цветка покрытосеменных растений, в котором образуются пыльцевые зёрна.
Пыльца - это скопление пыльцевых зёрен семенных растений.
Зародыш - это то,что представляет из себя организм на ранней стадии его развития.
Эндосперм - это запасающая ткань семени растений, в которой откладываются питательные вещества.
Гормон - это группа биологически активных веществ, выделяемых железами внутренней секреции

Обязательным условием существования любого живого организма является постоянное поступление питательных веществ и выведение конечных продуктов распада.

Что такое обмен веществ в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, - это особый набор химических реакций, которые протекают в любом живом организме для поддержания его деятельности и жизни. Такие реакции дают организму возможность развиваться, расти и размножаться, при этом сохраняя свою структуру и отвечая на раздражители окружающей среды.

Обмен веществ принято разделять на два этапа: катаболизм и анаболизм. На первой стадии все сложные вещества расщепляются и становятся более простыми. На втором же вместе с затратами энергии синтезируются нуклеиновые кислоты, липиды и белки.

Самую важную роль в процессе метаболизма играют ферменты, которые являются активными биологическими катализаторами. Они способны снизить энергию активации физической реакции и регулировать обменные пути.

Метаболические цепи и компоненты абсолютно идентичны для многих видов, что является доказательством единства происхождения всех живых существ. Такое сходство показывает сравнительно раннее появление эволюции в истории развития организмов.

Классификация по типу обмена веществ

Что такое обмен веществ в биологии, подробно описано в данной статье. Все живые организмы, существующие на планете Земля, можно разделить на восемь групп, руководствуясь при этом источником углерода, энергии и окисляемого субстрата.

Живые организмы в качестве источника питания могут использовать энергию химических реакций или света. В качестве окисляемого субстрата могут быть как органические, так и неорганические вещества. Источником углерода является углекислый газ или органика.

Существуют такие микроорганизмы, которые, находясь в разных условия существования, используют метаболизм разного типа. Это зависит от влажности, освещения и других факторов.

Многоклеточные организмы могут характеризоваться тем, что один и тот же организм может иметь клетки с разным типом метаболических процессов.

Катаболизм

Биология обмен веществ и энергии рассматривает через такое понятие, как "катаболизм". Данным термином называют метаболические процессы, во время которых крупные частицы жиров, аминокислот и углеводов расщепляются. Во время катаболизма появляются простые молекулы, участвующие в реакциях биосинтеза. Именно благодаря данным процессам организм способен мобилизовать энергию, превращая ее в доступную форму.

У организмов, которые живут благодаря фотосинтезу (цианобактерии и растения), реакция переноса электрона не высвобождает энергию, а накапливает, благодаря солнечному свету.

У животных реакции катаболизма связаны с расщеплением сложных элементов до более простых. Такими веществами являются нитраты и кислород.

Катаболизм у животных делится на три этапа:

1. Расщепление сложных веществ до более простых.
2. Расщепление простых молекул до еще более простых.
3. Высвобождение энергии.

Анаболизм

Обмен веществ (биология 8 класса рассматривает данное понятие) характеризуется и анаболизмом - совокупностью метаболических процессов биосинтеза с затратой энергии. Сложные молекулы, которые являются энергетической основой клеточных структур, последовательно образуются из самых простых предшественников.

Сначала синтезируются аминокислоты, нуклеотиды и моносахариды. Затем вышеперечисленные элементы становятся активными формами благодаря энергии АТР. И на последнем этапе все активные мономеры объединяются в сложные структуры, такие как белки, липиды и полисахариды.

Стоит обратить внимание, что не все живые организмы синтезируют активные молекулы. Биология (обмен веществ подробно описан в данной статье) выделяет такие организмы, как автотрофы, хемотрофы и гетеротрофы. Они получают энергию из альтернативных источников.

Энергия, получаемая из солнечного света

Что такое обмен веществ в биологии? Процесс, благодаря которому существует все живое на Земле, и отличающий живые организмы от неживой материи.

Энергией солнечного света питаются некоторые простейшие, растения и цианобактерии. У данных представителей обмен веществ происходит благодаря фотосинтезу - процессу поглощения кислорода и выделению углекислого газа.

Пищеварение

Такие молекулы, как крахмал, белки и целлюлоза, расщепляются еще до того, как они используются клетками. В процессе пищеварения принимают участие особые ферменты, которые расщепляют белки до аминокислот, и полисахариды - до моносахаридов.

Животные могут выделять такие ферменты только из специальных клеток. А вот микроорганизмы такие вещества выделяют в окружающее пространство. Все вещества, которые вырабатываются благодаря внеклеточным ферментам, поступают в организм с помощью «активного транспорта».

Контроль и регуляция

Что такое обмен веществ в биологии, вы можете прочитать в данной статье. Каждый организм характеризуется гомеостазом - постоянством внутренней среды организма. Наличие такого условия очень важно для любого организма. Так как все их окружает среда, которая постоянно меняется, для поддержания оптимальных условий внутри клеток все реакции метаболизма должны правильно и точно регулироваться. Хороший обмен веществ дает возможность живым организмам постоянно контактировать с окружающей средой и отвечать на ее изменения.

Исторические сведения

Что такое обмен веществ в биологии? Определение находится в начале статьи. Понятие «метаболизм» первый раз употребил Теодор Шванн в сороковых годах девятнадцатого века.

Изучением метаболизма ученые занимаются уже несколько веков, и начиналось все с попыток изучить организмы животных. А вот термин «обмен веществ» впервые употребил Ибн-аль-Нафиса, который считал, что все тело постоянно находится в состоянии питания и распада, поэтому для него характерны постоянные изменения.

Урок биологии «Обмен веществ» откроет всю суть данного понятия и опишет примеры, которые помогут увеличить глубину знаний.

Первый контролируемый опыт по изучению обмена веществ был получен Санторио Санторио в 1614 году. Он описывал свое состояние до и после приема пищи, работы, питья воды и сна. Он был первым, кто заметил, что большая часть употребленной пищи утрачивалась во время процесса «незаметного испарения».

В начальных исследованиях обменные реакции были не обнаружены, и ученые считали, что живой тканью управляет живая сила.

В двадцатом веке Эдуард Бухнер ввел понятие ферментов. С этих пор изучение обмена веществ начиналось с изучения клеток. В этот период биохимия стала наукой.

Что такое обмен веществ в биологии? Определение можно дать следующее - это особый набор биохимических реакций, поддерживающих существование организма.

Минералы

В метаболизме очень большую роль играют неорганические вещества. Все органические соединения состоят из большого количества фосфора, кислорода, углерода и азота.

Большинство неорганических соединений позволяют контролировать уровень давления внутри клеток. Также их концентрация положительно влияет на функционирование мышечных и нервных клеток.

Переходные металлы (железо и цинк) регулируют активность транспортных белков и ферментов. Все неорганические микроэлементы усваиваются благодаря транспортным белкам и никогда не пребывают в свободном состоянии.

И превращение энергии. Энергетический обмен

Вспомните!

Что такое метаболизм?

Из каких двух взаимосвязанных процессов он состоит?

Где в организме человека происходит расщепление большей части органических веществ, поступающих с пищей?

Итак, в процессе энергетического обмена расщепляются органические соединения и запасается энергия, а во время пластического обмена расходуется энергия и синтезируются органические вещества. Реакции энергетического и пластического обмена находятся в неразрывной связи, образуя в совокупности единый процесс – обмен веществ и энергии, или метаболизм. Метаболизм непрерывно осуществляется во всех клетках, тканях и органах, поддерживая постоянство внутренней среды организма – гомеостаз.

Энергетический обмен. Большинству организмов на нашей планете для жизнедеятельности необходим кислород. Такие организмы называют аэробными. Энергетический обмен у аэробов происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный. При наличии кислорода органические вещества в процессе дыхания полностью окисляются до углекислого газа и воды, в результате чего запасается большое количество энергии.

Анаэробные организмы способны обходиться без кислорода. Для некоторых из них кислород вообще губителен, поэтому они живут там, где кислорода нет совсем, как, например, возбудитель столбняка. Другие, так называемые факультативные анаэробы, могут существовать как без кислорода, так и в его присутствии. Энергетический обмен у анаэробных организмов происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный, поэтому органические вещества окисляются не полностью и энергии запасается гораздо меньше.

Рассмотрим более подробно три этапа энергетического обмена (рис. 49).

Подготовительный этап. Этот этап осуществляется в желудочно-кишечном тракте и в лизосомах клеток. Здесь высокомолекулярные соединения под действием пищеварительных ферментов распадаются до более простых, низкомолекулярных: белки – до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов, жиры – до глицерина и жирных кислот. Энергия, которая выделяется при этих реакциях, не запасается, а рассеивается в виде тепла. Низкомолекулярные вещества, образующиеся на подготовительном этапе, могут использоваться организмом для синтеза своих собственных органических соединений, т. е. вступать в пластический обмен или расщепляться дальше с целью запасания энергии.

Рис. 49. Этапы энергетического обмена

Бескислородный этап. Второй этап протекает в цитоплазме клеток, где происходит дальнейшее расщепление простых органических веществ. Аминокислоты, образованные на первом этапе, организм не использует на следующих этапах диссимиляции, потому что они необходимы ему в качестве материала для синтеза собственных белковых молекул. Поэтому для получения энергии очень редко расходуются белки, только в том случае, когда остальные резервы (углеводы и жиры) уже исчерпаны. Обычно самым доступным источником энергии в клетке является глюкоза.

Сложный многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы на втором этапе энергетического обмена называют гликолизом (от греч. glycos – сладкий и lysis – расщепление).

В результате гликолиза глюкоза расщепляется до более простых органических соединений (глюкоза С 6 Н 12 О 6 ? пировиноградная кислота С 3 Н 4 О 3). При этом выделяется энергия, 60 % которой рассеивается в виде тепла, а 40 % используется для синтеза АТФ. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ и две молекулы пировиноградной кислоты. Таким образом, на втором этапе диссимиляции организм начинает запасать энергию.

Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислород есть, то пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит ее полное окисление до СО 2 и Н 2 О и осуществляется третий, кислородный этап энергетического обмена (см. ниже).

При отсутствии кислорода происходит так называемое анаэробное дыхание, которое часто называют брожением. В клетках дрожжей в процессе спиртового брожения пировиноградная кислота (ПВК) превращается в этиловый спирт (ПВК? Этиловый спирт + СО 2).

При молочнокислом брожении из ПВК образуется молочная кислота. Этот процесс может происходить не только у молочнокислых бактерий. При напряженной физической работе в клетках мышечной ткани человека возникает нехватка кислорода, в результате чего образуется молочная кислота, накопление которой вызывает чувство усталости, боль и иногда даже судороги.

Кислородный этап. На третьем этапе продукты, образовавшиеся при бескислородном расщеплении глюкозы, окисляются до углекислого газа и воды. При этом освобождается большое количество энергии, значительная часть которой используется для синтеза АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях и называется клеточным дыханием. В ходе клеточного дыхания при окислении двух молекул ПВК выделяется энергия, запасаемая организмом в виде 36 молекул АТФ.

Итак, в процессе энергетического обмена при полном окислении одной молекулы глюкозы до углекислого газа и воды образуется 38 молекул АТФ (2 молекулы – в процессе гликолиза и 36 – в процессе клеточного дыхания в митохондриях):

С 6 Н 12 О 6 + 6О 2 + 38АДФ + 38Ф? 6СО 2 + 6Н 2 О + 38АТФ

В анаэробных условиях эффективность энергетического обмена значительно ниже – всего 2 молекулы АТФ. Продукты брожения (этиловый спирт, молочная кислота, масляная кислота) в своих химических связях сохраняют еще много энергии, т. е. более выгодным в энергетическом отношении является кислородный путь диссимиляции. Но исторически брожение – более древний процесс. Он мог осуществляться еще тогда, когда в атмосфере древней Земли отсутствовал свободный кислород.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое диссимиляция? Перечислите ее этапы.

2. В чем заключается роль АТФ в обмене веществ в клетке?

3. Какие структуры клетки осуществляют синтез АТФ?

4. Расскажите об энергетическом обмене в клетке на примере расщепления глюкозы.

Обмен веществ (метаболизм) - это совокупность химических реакций, участвующих в поддержании жизнедеятельности клеток и организмов.

Существует два типа метаболизма:

1. Катаболизм - это совокупность процессов, которые в результате ферментации сложных органических веществ приводят к получению более простых веществ (жирных кислот, аминокислот, моносахаридов).
2. Анаболизм - создание организмом новых веществ, тканей и клеток из более простых веществ, полученных в результате катаболизма (клеточных белков, фосфолипидов мембран, полисахаридов).

В результате катаболизма образуются не только новые, более простые вещества, но также и энергия, которая затем используется для анаболизма. Когда баланс между двумя этими процессами нарушается, организм погибает.

Классификация

В зависимости от типа метаболизма, все организмы подразделяются на следующие группы:

1. Если источником углерода для организма являются органические соединения, речь идет о гетеротрофах.
2. Если источником углерода для организма являются неорганические соединения - это автотрофы.
3. Если в процессе фотосинтеза растения или бактерии получают энергию из солнечного света, они являются фототрофами.
4. Если в процессе фотосинтеза растения или бактерии получают энергию из первичных молекул, то это хемотрофы.
5. Бактерии, получающие энергию из органических соединений, называются органотрофами.
6. Бактерии, получающие энергию из неорганических соединений, называются литотрофами.

Правильное питание подразумевает потребление всех необходимых организму веществ: углевода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы и порядка 20 других неорганических элементов. Если организм не получает достаточного количества питательных веществ, происходит сбой в организме, при котором начинают неправильно функционировать вначале отдельные клетки, а потом целые органы.

Базовые питательные вещества, получаемые с пищей

• Углеводы участвуют в построении клеточных структур, создают запас питательных веществ в организме, участвуют в формировании иммунитета и выполняют энергетическую функцию. Человек получает углеводы из крахмала, сахара и клетчатки.
• Белки - главный строительный материал тканей. Белки необходимы организму, так как в них содержатся аминокислоты, получаемы в результате расщепления протеинов. Протеины содержатся в яйцах, молоке, фруктах, овощах, сое и злаках.
• Жиры - участвуют в формировании клеточных структур, образуют жизненно важную защитную подушку и изоляцию вокруг внутренних органов, помогают поглощать жирорастворимые витамины и обеспечивают резервный запас энергии.
• Минералы и витамины являются частью метаболических путей организма. Витамины являются важными органическими соединениями, которые человеческий организм не может синтезировать самостоятельно и, следовательно, необходимо следить, чтобы они поступали в достаточном количестве с пищей.

Кратко обрисовать, что такое обмен веществ, можно в трех этапах:

1. Расщепление сложных веществ до более простых под воздействием ферментов в пищеварительной системе и всасывание их в кровь.
2. Транспортировка полученных питательных веществ к клеткам и тканям.
3. Избавление от побочных продуктов метаболизма через пот, мочу, кал, с выдыхаемым воздухом и т.д.

В биологии метаболизм - это совокупность тесно взаимосвязанных процессов, обеспечивающих связь живых организмов с окружающей средой. Цель метаболизма - создание сложных веществ и снабжение организма энергией.

Определение

Метаболизм клетки включает множество химических реакций, происходящих в органеллах и необходимых для поддержания жизни.
Обмен веществ включает два процесса:

• катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) - совокупность химических реакций, направленных на распад сложных веществ с образованием энергии;
• анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) - реакции биосинтеза, при которых с затратой энергии образуются сложные органические вещества.

Рис. 1. Катаболизм и анаболизм.

Оба процесса происходят одновременно и находятся в равновесии. Вещества, участвующие в анаболизме и катаболизме, поступают из внешней среды. Для нормального протекания метаболизма в животной клетке необходимы белки, жиры, углеводы, кислород, вода. В растения должны поступать вода, кислород и солнечный свет.

Диссимиляция и ассимиляция - взаимосвязанные процессы, не происходящие в разрыве друг от друга. Чтобы происходил анаболизм, необходима энергия, которая выделяется в процессе катаболизма. Для расщепления (диссимиляции) необходимы ферменты, которые синтезируются в процессе ассимиляции.

Диссимиляция может происходить в присутствии или в отсутствии кислорода.
По отношению к кислороду все организмы делятся на два типа:

• аэробы - живут только в присутствии кислорода (животные, растения, некоторые грибы);
• анаэробы - могут существовать в отсутствии кислорода (некоторые бактерии и грибы).

При поглощении кислорода происходит процесс окисления, и сложные вещества распадаются на более простые. В бескислородной среде происходит брожение. В результате двух этих процессов высвобождается большое количество энергии.

Для аэробных организмов катаболизм проходит в три этапа, описанных в таблице.

Рис. 2. Процесс гликолиза.

Метаболизм анаэробов включает два первых этапа.

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

Анаболизм происходит после подготовительного этапа. Из более простых организмов синтезируются сложные органические вещества, характерные для организма. Например, из аминокислот образуются ферменты, белки-переносчики, пигменты, нуклеиновые кислоты и т.д. Образованные вещества способствуют катаболизму.

В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание - катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.