Главная | Обратная связь

Обмін речовин як основна функція життя

Обмін речовин і енергії — основа процесів життєдіяльності організму. У всіх організмів, від найпримітивніших до найскладнішого — людського організму, обмін речовин і енергії — основа життя.

В організмі людини, в його органах, тканинах, клітинах іде безперервний процес творення, утворення складних речовин із простіших. Одночасно з цим відбувається розпад, окислення складних органічних речовин, які входять до складу клітин організму.

Робота органів супроводжується безперервним оновленням їх: одні клітини гинуть, інші їх заміняють. У дорослої людини протягом доби гине і замінюється 1/2о клітин шкірного епітелію, половина всіх клітин епітелію травного каналу, близько 25 г крові і т. п.

Ріст, оновлення клітин організму можливі тільки в тому разі, якщо в організм безперервно надходять кисень і поживні речовини. Поживні речовини — той будівельний пластичний матеріал, із якого будується організм.

Для побудови нових клітин організму, безперервного оновлення їх, для роботи таких органів, як серце, травна система, дихальний апарат, нирки тощо, а також для здійснення людиною роботи потрібна енергія. Цю енергію людина дістає при розпаді і окисленні в процесі обміну речовин.

Таким чином, поживні речовини, які надходять в організм, є не тільки пластичним будівельним матеріалом, а й джерелом енергії, необхідної для життя.

Під обміном речовин розуміють сукупність змін, яких зазнають речовини від моменту їхнього надходження в травний канал до утворення кінцевих .продуктів розпаду, що виділяються з організму.

Анаболізм і катаболізм.

Процеси обміну речовин, або метаболізм, добре погоджені один з одним, відбуваються у певній послідовності. Сукупність реакцій біологічного синтезу, які потребують затрат енергії, називають анаболізмом. До анаболічних процесів належить біологічний синтез білків, жирів, ліпоїдів, нуклеїнових кислот. Внаслідок цих реакцій порівняно прості речовини, надходячи в клітини, за участю ферментів перетворюються в речовини самого організму. Анаболізм створює основу для безперервного оновлення структур, які зносилися.

Енергія для анаболічних процесів постачається реакціями катаболізму, при яких відбувається розщеплення молекул складних органічних речовин із вивільненням енергії. Кінцеві продукти катаболізму — вода, вуглекислий газ, аміак, сечовина, сечова кислота та ін.— не придатні для дальшого біологічного окислення в клітині і видаляються із організму.

Процеси анаболізму і катаболізму нерозривно зв'язані. Катаболічні процеси постачають для анаболізму енергію і вихідні речовини; анаболічні процеси приводять до побудови структур, які йдуть на відновлення відмираючих клітин, формування нових тканин у зв'язку з процесами росту організму, для синтезу гормонів, ферментів та інших сполук, необхідних для життєдіяльності клітини, а також постачають для реакцій катаболізму макромолекули, які підлягають розщепленню.

Всі процеси метаболізму каталізуються і регулюються ферментами — речовинами білкової природи. Ферменти — це ті біологічні каталізатори, які «запускають» реакції в клітинах організму,

Перетворення речовин.

Хімічні перетворення харчових речовин починаються в травному каналі. Тут складні речовини їжі розщеплюються до простіших, які можуть всмоктуватися в крові лімфу. Речовини, які надійшли в результаті всмоктування в кров або лімфу, приносяться до клітини, де і зазнають основних змін. Складні органічні речовини, які при цьому утворилися, входять до складу клітин і беруть участь у здійсненні їхніх функцій Перетворення речовин, які відбуваються всередині клітин, становлять суть внутрішньоклітинного, або проміжного, обміну. Вирішальна роль у внутрішньоклітинному обміні належить численним ферментам клітини. Завдяки їхній діяльності з речовинами клітини відбуваються складні перетворення, розриваються внутрішньомолекулярні хімічні зв'язки в них, що приводить до вивільнення енергії.

Особливого значення тут набувають реакції окислення і відновлення. З участю спеціальних ферментів здійснюються також інші типи хімічних реакцій у клітині, зокрема реакції перенесення залишка фосфорної кислоти (фосфорилювання), аміногрупи NH2 (переамінування), групи метилу СНз (трансметилювання) та ін. Енергії, яка вивільняється при цих реакціях, використовується для побудови нових речовин у клітині, на підтримання життєдіяльності організму.

Кінцеві продукти внутрішньоклітинного обміну частково йдуть на побудову нових речовин клітини, а речовини, які не використовуються клітиною, виводяться із організму в результаті діяльності органів виділення.

АТФ.

Основним акумулятором і переносником енергії, що використовуються при синтетичних процесах, є аденозинтрифосфорна кислота (АТФ). У складі молекули АТФ є азотиста основа (аденін), цукор (рибоза) і фосфорна кислота (три залишки фосфорної кислоти).

Під впливом фермента АТФ-ази в молекулі АТФ розриваються зв'язки між фосфором і киснем і приєднується одна (а інколи дві) молекули води. Це супроводжується відщепленням одної (а інколи і двох) молекули фосфорної кислоти. Відщеплення кожної із двох кінцевих фосфатних груп у молекулі АТФ відбувається з виділенням великої кількості енергії. Внаслідок цього два кінцеві фосфатні зв'язки в молекулі АТФ дістали назву багатих на енергію зв'язків, або макроергічних. Завдяки макроергічним фосфатним зв'язкам жива клітина має зручну форму зберігання енергії; а у разі потреби ця енергія швидко вивільняється і використовується для життєдіяльності організму.

Генетичний код

Генетичний код — набір правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), що надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

У ДНК використовується чотири нуклеотиди — аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тімін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються буквами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тіміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».

Для синтезу білків в природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білка, що також у значній мірі визначає всю будову білка, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептідного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам і кодонам, зображені на малюнку.

Властивості генетичного коду

1. Триплетність — значущою одиницею коду є поєднання трьох нуклеотидів (кодон).

2. Безперервність — між кодонами немає розділових знаків, тобто інформація прочитується безперервно.

3. Дискретність — один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.

4. Специфічність — у переважній більшості випадків певний кодон відповідає тільки одній амінокислоті.

5. Виродженість (надмірність) — одній і тій же амінокислоті може відповідати декілька кодонів.

6. Універсальність — «стандартний» генетичний код працює однаково в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy).