Чем пластический обмен отличается от энергетического?

Энергетический обмен

Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.

Энергетический обмен

Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:

Подготовительный этап

Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.

Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.

Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

Кислородный этап (аэробный)

Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.

Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

АТФ + H₂O = АДФ + H₃PO₄ + E
АДФ + H₂O = АМФ + H₃PO₄ + E
АМФ + H₂O = аденин + рибоза + H₃PO₄ + E

Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Пластический и энергетический обмен: отличие процессов и значение

При метаболизме происходят следующие процессы: пластический и энергетический обмен. При распаде сложных веществ получается энергия, которая необходима для построения и работы животного организма, человека. В биологии и анатомии рассматриваемые явления тесно взаимосвязаны между собой. С их помощью осуществляется рост тканей, сокращение мускулатуры, поддержка тепла.

Отличительные характеристики
Этапы фотосинтеза и хемосинтеза
Транскрипция и трансляция

Отличительные характеристики

Взаимосвязь между организмом и окружающей средой осуществляется через обмен веществ либо метаболизм. Чтобы обеспечить жизнедеятельность, необходимо постоянное поступление внутрь организма пищи, воздуха, неорганических и органических веществ. К последним элементам относятся:

жиры;
белки;
соли;
углеводы;
кислород;
витамины.

Их значение для человека и животных связано с проведением химических реакций.

Таблица: сравнительные характеристики энергетического и пластического обмена

Название процесса	Функции
Энергетический (катаболизм, окисление, диссимиляция)	Расщепляет органические компоненты, которые поступают из внешней среды либо образовались в ходе пластического обмена. В результате реакции выделяется энергия — молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), которые синтезируют вещества.
Пластический (биосинтез, анаболизм, ассимиляция)	При синтезе специфических веществ органического класса затрачивается энергия. Полученные компоненты называются строительным материалом и энергетическим запасом.

Энергетический обмен (катаболизм) отличается от пластического тем, что направлен на получение энергии в результате расщепления сложных компонентов на простые. В обратном направлении происходит пластический процесс (анаболизм). Он связан с синтезом сложных веществ из простых. Для его проведения требуется энергия.

Кратко про этапы катаболизма:

подготовительный;
анаэробное брожение (гликолиз);
дыхание на уровне клеток.

На первом этапе желудочный сок и ферменты расщепляют белки на аминокислоты, а липиды на глицерин и высшие кислоты. Из углеводов получаются простые структуры (моносахариды). Следующие 2 этапы осуществляются внутри организма. Для анаэробной реакции, в отличие от аэробной, кислород не нужен.

При гликолизе расщепляется глюкоза на простые компоненты, включая молочную кислоту и этиловый спирт. Процесс характеризуется выделением углекислого газа. Реакция протекает в специальных структурах клетки. Она сопровождается получением АТФ.

Реакция, при которой происходит распад моносахарида до этилового спирта, применяется бактериями, дрожжами. Если после процесса остается пировиноградная кислота, тогда он протекает в животных клетках. Свойства бактерий, которые можно направить на расщепление глюкозы до молочной кислоты, используются в пищевой промышленности.

Последняя стадия энергетического обмена протекает в митохондриях. Для нее характерно клеточное дыхание. Для выполнения реакции необходим кислород. При сжигании органических веществ вырабатываются природные катализаторы — ферменты. Другой процесс, который протекает в митохондриях — сжигание пировиноградной кислоты, что приводит к высвобождению энергии.

В результате пластического обмена образуются вещества, необходимые для построения клеток и организма. Для него характерны 3 разновидности:

фотосинтез;
хемосинтез;
биосинтез.

Первое явление характерно для растений и бактерий фотосинтезирующей группы (автотрофы). Они способы для себя вырабатывать органические вещества из неорганических. Второй процесс протекает в бактериях и не требует кислород.

Организмы, которые выбирают хемосинтез, называются хемотрофами. Грибы и животные относятся к гетеротрофам. Существа получают органические компоненты из иных организмов.

Этапы фотосинтеза и хемосинтеза

Явление считается основой жизни на Земле. Растительные организмы забирают из атмосферы углекислый газ, отдавая кислород. В основе процесса находится образование глюкозы с кислородом из углекислого газа и воды. Фактор, обеспечивающий протекание реакции — наличие солнечной энергии.

При таком химическом воздействии из 6 молекул углекислого газа и воды образуются молекулы кислорода и глюкоза. Место проведения процесса — зеленые листья растений (хлоропласты). В состав органелл входит хлорофилл. Он обеспечивает фотосинтез, придавая листьям зеленый оттенок. Вокруг хлоропласта предусмотрены 2 мембраны, а в цитоплазме граны.

В микроорганизмах, железобактериях протекает пластический обмен — хемосинтез. Для него требуется энергия, которая получается при окислении некоторых компонентов. Вещество, окисляющее бактерии, является сероводородом.

Транскрипция и трансляция

При обмене белков наблюдается расщепление тех веществ, которые находились в пище, на аминокислоты. Их последних формируются личные белки. Для пластического обмена характерен и синтез белков, который включает в себя следующие процессы:

Транскрипция.
Трансляция.

В первом случае синтезируется информационная РНК путем комплементарности. Явление протекает в ядре в 3 стадиях: образование первого транскрипта, процессинг (обработка информации), сплайсинг (сращивание). При трансляции переносится зашифрованная информация о структуре белка на синтезирующийся полипептид.

Процесс протекает в цитоплазме клетки — рибосоме (органоид, отвечающий за синтез белков). Для органа характерна овальная форма, состоящая из 2 частей. Они соединяются под воздействием иРНК. Трансляция состоит из 4 этапов. Предварительно активируются аминокислоты под влиянием специального фермента. На первой стадии рибосома может выбрать АТФ.

На следующем этапе формируется аминоациладенилат. К транспортной РНК присоединяются активированные аминокислоты. На 3-й стадии аминокислоты с РНК соединяются с рибосомой. На последнем этапе аминокислота входит в структуру белка, при этом высвобождается транспортная РНК. При воспалительных, инфекционных или онкологических реакциях нарушается работа всего организма, включая обменные процессы. Для постановки диагноза проводятся лабораторные исследования.

Пластический и энергетический обмен

Процесс обмена

Взаимосвязь между средой и живым организмом осуществляется посредством метаболизма или обмена веществ. Для жизнедеятельности необходимо, чтобы внутрь организма с пищей и воздухом поступали органические и неорганические вещества – белки, жиры, углеводы, соли, кислород, витамины. Все эти вещества участвуют в ряде химических реакций. В таблице энергетического и пластического обмена описаны особенности двух процессов.

Обмен

Характеристика

Энергетический обмен (окисление, диссимиляция, катаболизм, клеточное дыхание)

Направлен на расщепление органических веществ, поступивших из внешней среды или образованных в ходе пластического обмена, до простых соединений. В ходе расщепления выделяется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), необходимый для синтеза веществ

Пластический обмен (биосинтез, ассимиляция, анаболизм)

Заключается в синтезе специфических органических веществ с затратой энергии АТФ. Образованные вещества участвуют в процессах, происходящих в организме, являются резервным запасом энергии и строительным материалом

Рис. 1. Пластический и энергетический обмен.

Кратко общий процесс метаболизма можно разделить на три этапа:

ферментативный(подготовительный) – при участии ферментов расщепляются поступившие из внешней среды белки, жиры, углеводы до более простых соединений;
метаболический(основной) – расщеплённые вещества переносятся током крови к каждой клетке организма, где происходит образование энергии в виде молекул АТФ и синтез веществ (клеточный метаболизм);
выделительный(заключительный) – продукты распада (углекислый газ, вода, аммиак) выводятся из организма посредством крови через выделительные органы и лёгкие.

Рис. 2. Процесс метаболизма.

Показателем здоровья является баланс между пластическим и энергетическим обменом. В период интенсивного роста (например, подростковый период) может наблюдаться преобладание анаболизма над катаболизмом.

Обмен белков, жиров, углеводов

Каждый день в организме происходят сложные процессы пластического и энергетического обмена. Чтобы организм смог использовать белки, жиры, углеводы, они должны пройти сложный путь. В таблице описаны процессы и функции веществ.

Виды обмена

Процессы

Значение

Катаболизм – расщепление до аминокислот, анаболизм – синтез специализированных белков в цитоплазме клетки

Белки входят в состав ферментов, гормонов, антител. Являются основным строительным материалом организма. Конечными продуктами расщепления аминокислот являются вода, углекислый газ, аммиак

Катаболизм – распад гликогена (гликогенолиз), а затем глюкозы (гликолиз). Анаболизм – синтез гликогена (гликогеногенез)

Глюкоза является главным источником энергии, при избытке запасается в виде гликогена. Регулирует нормальную работу мозга. Конечные продукты расщепления – углекислый газ, вода

Катаболизм – распад до жирных кислот и глицерина (липолиз), анаболизм – образование жирных кислот (липогенез)

Жиры являются источником энергии. Входят в состав клеточных мембран. Конечные продукты распада – углекислый газ, вода

Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.

Важную роль в метаболизме играют витамины – органические соединения, участвующие в синтезе ферментов-катализаторов метаболизма. Они, таким образом, влияют на обмен веществ, являются антиоксидантами, способствуют транспортировке веществ в клетку и образованию сигнальных молекул, реагирующих на изменение окружающей среды.

Что мы узнали?

Из темы урока узнали о ходе метаболизма, чем пластический обмен отличается от энергетического. При энергетическом обмене происходит расщепление (окисление) сложных веществ до более простых с высвобождением энергии. При пластическом обмене образовавшиеся вещества вступают в реакции с затратой энергии для образования сложных веществ, необходимых организму. Синтезируемые вещества могут запасаться в виде жиров и гликогена в животном организме, а так же ввиде крахмала в растительном организме, при недостатке энергии – запасные органические вещества расщепляются.

Пластический и энергетический обмен – процессы и их отличия в таблице

Метаболизм включает пластический и энергетический обмен. В процессе распада сложных веществ образуется энергия, которая тратится на построение и работу всего организма (рост тканей, сокращение мышц, поддержание тепла). Оба процесса тесно взаимосвязаны и неотделимы друг от друга.

Процесс обмена

Обмен

Характеристика

Энергетический обмен (окисление, диссимиляция, катаболизм)

Направлен на расщепление органических веществ, поступивших из внешней среды или образованных в ходе пластического обмена, до простых соединений. В ходе расщепления выделяется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), участвующей в синтезе веществ

Пластический обмен (биосинтез, ассимиляция, анаболизм)

Заключается в синтезе специфических органических веществ с затратой энергии. Образованные вещества участвуют в процессах, происходящих в организме, являются резервным запасом энергии и строительным материалом

Рис. 1. Пластический и энергетический обмен.

Кратко общий процесс метаболизма можно разделить на три этапа:

ферментативный(подготовительный) – при участии ферментов расщепляются поступившие из внешней среды белки, жиры, углеводы до более простых соединений;
метаболический(основной) – расщеплённые вещества переносятся током крови к каждой клетке организма, где происходит образование энергии в виде молекул АТФ и синтез веществ (клеточный метаболизм);
выделительный(заключительный) – продукты распада (углекислый газ, вода, аммиак) выводятся из организма посредством крови через выделительные органы и лёгкие.

Рис. 2. Процесс метаболизма.

Обмен белков, жиров, углеводов

Виды обмена

Процессы

Значение

Катаболизм – расщепление до аминокислот, анаболизм – синтез специализированных белков в цитоплазме клетки

Рис. 3. Обмен белков, жиров, углеводов.

Важную роль в метаболизме играют витамины – органические соединения, участвующие во многих химических реакциях организма. Они являются катализаторами, антиоксидантами, способствуют транспортировке веществ в клетку и образованию сигнальных молекул, реагирующих на изменение окружающей среды.

Что мы узнали?

Из темы урока узнали о ходе метаболизма, чем пластический обмен отличается от энергетического. При энергетическом обмене происходит расщепление (окисление) сложных веществ до более простых с высвобождением энергии. При пластическом обмене образовавшиеся вещества вступают в реакции с затратой энергии для образования сложных веществ, необходимых организму. Синтезируемые вещества могут запасаться в виде жиров и гликогена, а при недостатке энергии – расщепляться.

4. Клетка как биологическая система (множественный выбор)

Формат ответа: цифра или несколько цифр, слово или несколько слов. Вопросы на соответствие «буква» — «цифра» должны записываться как несколько цифр. Между словами и цифрами не должно быть пробелов или других знаков.

Примеры ответов: 7 или здесьисейчас или 3514

Пластический и энергетический обмен

Клетки каких организмов не могут поглощать крупные частицы пищи путем фагоцитоза?