Обмен веществ и энергии клетки

В реакциях, обычно протекающих в М. участвует более 70 ферментов и коферментов. Единственным сырьем, кот. требуется для их работы, явл. фосфат и АДФ, конечными продуктами – АТФ, угл. газ и вода.

Совокупность хим. реакций, протекающих в живой клетке, обозначается обменом вещ-в или метаболизмом, оба эти термина образно подчеркивают характерные черты хим. стороны жизненного процесса – его динамичность, непрерывность, его связь с внешней средой. В клетке одновременно протекает громадное число реакций. В М. работает система дыхания и фосфорилирования.

В метаболизме выделяются две противоположные реакции.

Анаболизм. Из простых вещ-в обр-ся более сложные, из низкомолекулярных – высокомолекулярные. Синтетические процессы особенно интенсивно идут и в молодой клетке и во взрослой, для синтеза пришедших в негодность структур.

Анаболизм, или пластический обмен, или ассимиляция. В результате складываются синтетические вещества.

Катаболизм. Реакции расщепления. В большинстве случаев сопровождаются выделением энергии, и в этом заключается биологический смысл данных реакций.

Диссимиляция, энергетический обмен.

Анаболизм и катаболизм находятся в непрерывной связи друг с другом. Реакции биосинтеза требуют затрат энергии, кот. обр-ся в результате энергетического обмена. В процессе диссимиляции производятся продукты, кот. затем используются при анаболизме.

Если реакция сопровождается выделением энергии, то она наз-ся экзэргоническими. Продукты реакции содержат меньше энергии, чем исходные.

Если реакция сопровождается поглощением энергии, эти реакции наз-ся эндэргоническими. Образовавшиеся продукты имеют больше энергии, чем исходные продукты.

Самопроизвольно могут идти только экзэргонические реакции, т.е. реакции, при кот. энергия системы уменьшается. Самопроизвольное течение эндергонических реакций невозможно.

В биологии способность мобилизовать внешнюю энергию для осуществления эндэргонических реакций обнаруживают только зеленые растения. Они преобразуют световую энергию в энергию хим. связей. Животные не способны к синтезу сложных орг. соединений за счет световой или какой-нибудь другой энергии.

Было обнаружено, что основным условием для осуществления любой эндэргонической реакции является параллельное и одновременное с ней протекание некоторой определенной экзэргонической реакции. Обе реакции связаны, сопряжены. Этот принцип наз-ся принципом сопряжения. Энергия экзэргонического участника сопряженной реакции, не переходя в тепло или какой-нибудь другой вид энергии, прямо трансформируется в энергию эндэргонического участника.

При функционировании клетки в ней прежде всех других реакций происходит расщепление АТФ. Любая функция сопряжена с экзэргонической реакцией распада АТФ. Одновременно или сразу после распада АТФ должно происходить восстановление ее содержания. Здесь выясняется смысл других многочисленных экзэргонических реакций – их энергия используется для восстановления разрушенной АТФ.

Существование АТФ как универсального источника энергии создает единый клеточный фонд энергии и делает возможным перераспределение и транспортировку энергии из одних участков клетки в другие. В связи с этим синтез АТФ может происходить в одном месте клетки, а расходоваться в другом месте и в другое время.

Осн. масса АТФ синтезируется в клетке в М. Энергия для этого синтеза доставляется сопряженными с ним экзэргоническими реакциями окисления орг. молекул. Небольшая часть АТФ синтезируется, помимо М., также в цитоплазме и ядре клетки, здесь энергию для синтеза АТФ доставляют экзэргонические реакции бескислородного расщепления.

В растительной клетке синтез АТФ происходит, как в животной клетке, в М., но в 20-30 раз большее количество ее синтезируется в хлоропластах – структурах, содержащих хлорофилл, здесь синтез АТФ происходит за счет световой энергии солнца.

Любая эндэргоническая реакция клетки (все реакции биосинтеза) осуществляется путем сопряжения ее с синхронно протекающей экзэргонической реакцией и что реакция распада АТФ является обычным участником сопряженного процесса.

Осуществление биосинтеза является одной из важнейших функций клетки. Также АТФ участвует в процессе механической работы сократительных реакций протоплазмы. Происходит прямое взаимодействие АТФ с сократительными белками.