Биоэнергетических процессов в организмах

Общие закономерности осуществления

Для осуществления процессов жизнедеятельности организмов необходимо постоянное обеспечение их энергией. Если прекращается приток энергии в клетки организма, то после окисления всех веществ, способных подвергаться окислению и распаду, и живые клетки, и организм в целом погибают. В качестве первоисточников поступающей энергии организмы могут использовать две её формы – световую и химическую. Организмы, способные использовать для поддержания процессов жизнедеятельности энергию света, называют фототрофными, а другие организмы, у которых источником энергии служат химические вещества пищи, получили название хемотрофных организмов. Большинство хемотрофных организмов используют для своей жизнедеятельности химическую энергию окисления органических веществ пищи, к ним относятся человек, животные, грибы, большинство бактерий, растения - паразиты. Другие хемотрофные организмы (хемосинтезирующие) получают необходимую им энергию за счёт окисления неорганических веществ (некоторые группы бактерий). К фототрофным организмам относятся растения, сине-зелёные водоросли, зелёные и пурпурные бактерии.

У фототрофных организмов в процессе фотосинтеза световая энергия превращается в химическую энергию сложных органических веществ, которые затем включаются в реакции дыхания и подвергаются биологическому окислению. В ходе дыхания значительная часть энергии окисления органических веществ используется для образования АТФ и других макроэргических соединений, с участием которых далее уже инициируются эндергонические реакции синтеза различных веществ, необходимых для обеспечения жизненных процессов организма. Энергия окисления органических веществ, трансформируемая в химическую энергию молекул АТФ, по флоэмной системе транспортируется в любые органы и ткани растения и может быть использована в них для осуществления биосинтетических процессов, внутриклеточного переноса веществ и ионов, инициации защитных реакций организма и др. У хемотрофных организмов происходят аналогичные процессы, связанные с окислением веществ и использованием их химической энергии для синтеза АТФ и других макроэргических соединений, которые далее включаются в различные сопряжённые биосинтетические процессы.

Таким образом, мы видим, что жизнедеятельность любых организмов складывается из двух противоположных процессов – распада веществ и сопряжённого с ним синтеза макроэргических соединений и биосинтетических процессов образования сложных веществ, в которых используется энергия макроэргических соединений. Процесс распада веществ, в ходе которого происходит ферментативное расщепление молекул углеводов, жиров, белков и др. соединений до более простых веществ и дальнейшее их окисление в реакциях дыхания, получил название катаболизма. А противоположный процесс синтеза сложных веществ, который сопровождается поглощением свободной энергии, называется анаболизмом. Оба эти процесса тесно связаны между собой в обмене веществ организма. Усиление биосинтетических реакций, характерных для процесса анаболизма, всегда требует активизации катаболизма, высвобождающего химическую энергию для синтеза макроэргических соединений, которые необходимы как биоэнергетические факторы сопряжения в анаболических реакциях. Общая направленность биоэнергетических процессов у растительных организмов, включающая процессы катаболизма и анаболизма, а также синтеза макроэргических соединений и их использования в биосинтетических реакциях схематически показана на рис. 14.

Как видно из этой схемы, в осуществлении биоэнергетических процессов важную роль играют макроэргические соединения и особенно АТФ как универсальный переносчик энергии от катаболических процессов к анаболическим. В отсутствие макроэргических соединений происходит разобщение анаболических и катаболических процессов, что приводит к прекращению нормального функционирования организма.