Пластический обмен (анаболизм)
Пластическим обменом или анаболизмом в биологии называют совокупность химических реакций, которая происходит в клетках живых организмов с использованием энергии и приводит к образованию органических высокомолекулярных соединений. Примерами анаболизма являются такие биологические процессы, как биосинтез белков и фотосинтез.
Что такое пластический обмен веществ
Для того, чтобы объяснить сущность понятия пластического обмена, нужно уточнить, что для каждого живого организма обмен веществ является фундаментальным процессом. Он происходит в две стадии. Первая – это синтез (анаболизм), а вторая – распад высокомолекулярных соединений (катаболизм).
Абсолютно во всех зеленых растениях происходят процессы анаболизма, при которых поглощается энергия. Они называются фотосинтезом и имеют фундаментальное значение для сохранения жизни на планете. В ходе пластического обмена происходят такие химические реакции, результатом которых является синтез нуклеотидов, моносахаридов, аминокислот, АТФ, макромолекул, а также жирных и нуклеиновых кислот.
Благодаря тому, что в живых организмах происходит пластический обмен, у них есть возможность построить необходимые им белки, жиры и углеводы, которые необходимы для регулирования синтеза новых глетов, различных органелл и межклеточного вещества.
Пластический обмен имеет важное значение для сохранения жизнедеятельности организмов за счет того, что:
- В клетки поступает необходимый строительный материал;
- Восполняется недостаток органических веществ.
Анаболизм, происходящий в клетках гетеротрофов, отличается от системы пластического обмена у автотрофов. У гетеротрофных организмов наблюдается постоянная потребность в поступлении из внешней среды различных органических веществ. Однако их количественный состав у разных представителей этой группы существенно отличается.
У автотрофов все необходимые соединения образуются на основе органики, которая синтезируются из неорганического углерода СО2. Эти процессы происходят при фото и хемосинтезе. Такие организмы не нуждаются в поступлении органических веществ извне, поскольку они способны создавать их самостоятельно.
Существуют некоторые виды бактерий, обладающие способностью синтезировать при пластическом обмене все необходимые вещества из ацетата, серы или фосфора, которые являются их простыми органическими предшественниками. Организм человека, в свою очередь, не может существовать без незаменимых аминокислот и ряда других важных органических элементов
Поскольку пластический обмен – это фундаментальный физиологический процесс, полностью представить его сущность невозможно без подробного описания системы образования молекул органических веществ.
Синтез белка при пластическом обмене в организме
Синтезом белка называют многостадийный процесс, происходящий в цитоплазме всех живых клеток. Основным составляющими белков являются 20 аминокислот. Свойства этих высокомолекулярных веществ зависят о т того, в каком порядке соединены аминокислотные остатки в молекулах.
Синтез белка в клетках происходит по матричному принципу. Процесс анаболизма, в результате которого образуется новое вещество на основе матричной молекулы с уникальными свойствами, называют матричным синтезом. Основная его особенность — это кодирование аминокислот в белке. Один из примеров такой матрицы – матричная или информационная РНК (рибонуклеиновая кислота).
Процесс синтеза белка при пластическом обмене состоит нескольких стадий, которые протекают в клетках поэтапно:
- трансляция – образование цепи из полипептидов, осуществляемое рибосомой;
- фолдинг – спонтанное формирование уникальной пространственной структуры из полипептидной цепи;
- химическая модификация белково-пептидных веществ;
- транспорт образовавшейся трехмерной структуры к месту формирования белковой молекулы.
Основная особенность трансляции заключается в том, что подбор последовательности триплетов нуклеотидов осуществляется по принципу соответствия пептидной цепочке. Процесс происходит в рибосоме, которая представляет собой органеллу, состоящую из двух субъединиц. Каждая из них состоит из рибонуклеотидной и белковой частей.
Транспорт аминокислот к рибосомам производится молекулами т – РНК. Основным их отличием является наличие антикодона на одном из участков. Кодон связывается с антикодоном по принципу комплементарности. Образовавшийся комплекс соединяется с рибосомой для того, чтобы осуществить перенос т – РНК к растущей полипептидной цепи.
Для успешной реализации этого процесса при пластическом обмене требуется очень большие энергетические затраты:
- Процесс трансляции активируется при наличии одной молекулы АТФ.
- Активация любой аминокислоты для обеспечения прикрепления к молекуле т – РНК нужны две макроэргические связи. Она сопровождается разложением АТФ до пирофосфата и АМФ.
- Для обеспечения связи аминокислоты с А-сайта рибосомы и т-РНК требуется одна молекула АТФ. Чтобы после образования пептидной связи обеспечить транслокацию рибосом необходима еще одна молекула АТФ.
- Терминация трансляции предполагает использование одной молекулы АТФ.
После завершения процесса каждая из аминокислот, содержащихся в молекуле белка, будет состоять из четырех макроэргических связей. Точность и необратимость образования полипептидной цепи при анаболизме полностью компенсирую все энергетические затраты.
Нет времени решать самому?
Наши эксперты помогут!
Контрольная
| от 300 ₽ |
Реферат
| от 500 ₽ |
Курсовая
| от 1 000 ₽ |
Синтез углеводов при пластическом обмене
Глюконеогенез или синтез углеводов – это один из самых важных процессов, протекающих при пластическом обмене веществ. Он приводит к образованию пирувата и других неуглеводных соединений, а также молекулы глюкозы.
Суммарное уравнение глюконеогенеза записывается в следующем виде:
2 Пируват + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H⁺ + 6H₂O → глюкоза + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD⁺.
Синтез глюкозы и гликогена происходит в клетках печени, а также в цитоплазме мышечных тканей. Образование жирных кислот – это многоступенчатый процесс, происходящий в ПЖК. Необходимым условием для его протекания является присутствие катализатора, который представляет собой единый полиферментный комплекс, состоящий из нескольких белковых субъединиц. На каждом этапе цикла наблюдается деление молекулы на два атома углерода.
Процесс синтеза нуклеотидов при пластическом обмене может происходить в цитоплазме любой активной клетки живого организма. Он состоит из нескольких сложных этапов, которые приводят к образованию гетероциклических азотистых оснований и нециклических молекул, и ионов, в том числе аминокислот и гидрокарбонат-ионов.
Взаимосвязь пластического и энергетического обмена
Пластические и энергетические процессы обмена в живых клетках тесно связаны между собой. При диссимиляции образуются не только жиры, белки и углеводы, которые являются «строительными» компонентами клеток, но и сложные молекулы ферментов, принимающих участие в различных энергетических процессах. Конечным продуктом является АТФ, в которой аккумулируется энергия. Молекулы образуются при окислении органических веществ.
Анаболизм – это процесс, обратный энергетическому обмену, при котором после распада веществ образуется молекула АТФ. При разрушении химических связей высвобождается энергия, использующаяся для сборки связей аденозинтрифосфата.
При изучении характеристик пластического обмена, можно понять, что он связан с обратным процессом, при котором распадается АТФ и освобождается энергия, которая в дальнейшем затрачивается на химические реакции.
Учитывая все особенности процессов, можно сказать, что пластический обмен в организме направлен на создание жизненно-важных веществ, важных для роста и развития клеток. Целесообразность отслеживания возможных нарушений анаболизма заключается в том, чтобы обеспечить сохранность здоровой клеточной системы и полноценную поддержку гомеостаза. При нарушениях пластического обмена веществ существование любой живой системы становится невозможным.
