Биокатализаторами химических реакций в организме человека являются гормоны

Ферменты – биологические катализаторы. Значение ферментов

В природе существуют особые вещества белковой природы, одинаково успешно функционирующие как в живой клетке, так и за её пределами. Это ферменты. С их помощью организм переваривает пищу, выращивает и разрушает клетки, благодаря им эффективно работают все системы нашего организма и, в первую очередь, центральная нервная система. Без ферментов в мире не существовало бы йогурта, кефира, сыра, брынзы, кваса, готовых каш, детского питания. Из чего состоят и как устроены эти биокатализаторы, недавно ставшие верными помощниками биотехнологов, как их отличают друг от друга, как они облегчают нашу жизнь, об этом вы узнаете из этого урока.

Определение ферментов

Ферменты – это белковые молекулы, которые синтезируются живыми клетками. В каждой клетке насчитывается более сотни различных ферментов. Роль ферментов в клетке колоссальна. С их помощью химические реакции идут с высокой скоростью, при температуре, подходящей для данного организма.

То есть ферменты – это биологические катализаторы, которые облегчают протекание химической реакции и за счет этого увеличивают её скорость. Как катализаторы они не изменяют направление реакции и не расходуются в процессе реакции.

Ферментыбиокатализаторы – вещества, увеличивающие скорость химических реакций.

Без ферментов все реакции в живых организмах протекали бы очень медленно и не могли бы поддерживать его жизнеспособность.

Наглядный пример работы ферментов – сладковатый вкус во рту, который появляется при пережевывании продуктов, содержащих крахмал (например, риса или картофеля). Появление сладкого вкуса связано с работой фермента амилазы, которая присутствует в слюне и расщепляет крахмал (рис. 1). Крахмал является полисахаридом, и сам по себе безвкусный, но продукты расщепления крахмала (моносахариды) с меньшей молекулярной массой (декстрины, мальтоза, глюкоза) сладкие на вкус.

Рис. 1. Механизм действия амилазы

Все ферменты – глобулярные белки с третичной или четвертичной структурой. Ферменты могут быть простыми, состоящими только из белка, и сложными.

Сложные ферменты состоят из белковой и небелковой части (белковая часть – апофермент, а добавочная небелковая – кофермент). В качестве кофермента могут выступать витамины – E, K, B групп (рис. 2).

Рис. 2. Классификация ферментов по их составу

Фермент взаимодействует с субстратом, не всей молекулой, а отдельной её частью – т. н. активным центром.

Механизм действия ферментов

Фермент взаимодействует с субстратом и образует короткоживущий фермент-субстратный комплекс. По завершении реакции, фермент-субстратный комплекс распадается на продукты и фермент. Фермент в итоге не изменяется: по окончании реакции он остается таким же, каким был до неё, и может теперь взаимодействовать с новой молекулой субстрата (рис. 3).

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

источник

Биокатализаторами химических реакций в организме человека являются гормоны

Организм человека получает необходимые для жизнедеятельности строительный материал и энергию в процессе

В процессе пластического обмена веществ образуются вещества нашего организма — белки, жиры, углеводы.

Кислород, поступающий в организм человека в процессе дыхания, способствует

Кислород необходим для энергетического обмена, в котором он участвует в окислении глюкозы и образовании АТФ.

Какие вещества в организме человека определяют интенсивность и направление химических процессов, составляющих основу обмена веществ

Ферменты участвуют во всех реакциях организма, ускоряют все процессы.

Наибольшее количество углеводов человек потребляет, используя в пищу

Хлеб и картофель состоит из крахмала.

Испарение пота и расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи

Испарение воды с поверхности тела человека охлаждает организм, а кровеносные сосуды расширяясь отдают избыток тепла в окружающую среду.

Реакции синтеза органических веществ в клетках чело века и других организмов, расщепления пищи в пищеварительном канале ускоряются благодаря действию

Все вещества нашего организма расщепляются под действием ферментов.

Липиды в организме человека образуются из

Липиды — это жиры, которые состоят из глицерина и жирных кислот.

При окислении жиров в клетках тела образуются

Молекулы жиров состоят из углерода, кислорода и водорода. При окислении из них образуется вода и углекислый газ.

Вещества, содержащие азот, образуются при биологи ческом окислении

В состав белков входят аминокислоты, при их разложении образуются вещества, содержащие азот.

Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается при

Энергия освобождается в результате окисления глюкозы, органического вещества.

Организм человека для своего существования использует, главным образом энергию

Солнечная энергия преобразуется в ходе фотосинтеза в химическую энергию восстановленных органических молекул, которая используется гетеротрофами для покрытия своих энергетических потребностей. Химическая энергия, получаемая гетеротрофами, особенно высшими организмами, из окружающей среды, частично превращается непосредственно в тепло (поддержание постоянной температуры тела), а частично — в другие формы энергии, связанные с выполнением различного рода работы: механической (мышечное сокращение), электрической (проведение нервного импульса), химической (биосинтетические процессы, протекающие с поглощением энергии), работы, связанной с переносом веществ через биологические мембраны (железы, кишечник, почки и др. ).

В каком отделе головного мозга находится центр регуляции постоянства внутренней среды организма?

Гипоталамус контролирует деятельности эндокринной системы человека, регулирует все функции организма, кроме ритма сердца, кровяного давления и спонтанных дыхательных движений

Энергия, необходимая для процессов жизнедеятельности человека, освобождается при

Энергетический обмен (распад, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.

Какие из перечисленных соединений, входящих в состав клеток организма человека, включают азот?

Азот в организме один из основных биогенных элементов, входящих в состав важнейших веществ живых клеток — белков и нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты: ДНК, РНК, АТФ

Биокатализаторами химических реакций в организме человека являются

источник

Как называются биологические катализаторы? Ферменты как биологические катализаторы

Человеческий организм называют биохимической фабрикой совершенно не зря. Ведь каждую минуту в нем происходят тысячи, десятки и сотни тысяч процессов окисления, расщепления, восстановления и прочих реакций. Что позволяет им протекать с такой огромной скоростью, обеспечивая каждую клетку энергией, питанием и кислородом?

Понятие о катализаторах

Как в неорганической, так и в органической химии очень широко используются специальные вещества, способные ускорять протекание химических реакций в несколько тысяч, а иногда и миллионов раз. Название этих соединений — «катализаторы». В неорганической химии это оксиды металлов, платина, серебро, никель и другие.

Их главное действие — образование временных комплексов с участниками реакции, за счет понижения энергии активации процесс осуществляется в несколько раз быстрее. После этого комплекс распадается, и из сферы можно вывести катализатор в том же количественном и качественном составе, что и до начала процесса.

Существует два варианта каталитических реакций:

  • гомогенные — ускоритель и участники в одном агрегатном состоянии;
  • гетерогенные — ускоритель и участники в разных состояниях, есть граница раздела фаз.

Кроме того, есть и противоположные по действию соединения — ингибиторы. Они направлены на замедление необходимых реакций. Так, например, они позволяют снизить количество времени на формирование коррозии.

Биологические катализаторы по своей природе отличаются от неорганических, да и свойства их несколько специфичны. Поэтому в живых системах катализ другой.

Ферменты — что это?

Доказано, что если бы действие специальных веществ, ускоряющих обозначенные процессы, не осуществлялось внутри живых систем, то обычное яблоко в желудке переваривалось бы около двух дней. За такое количество времени начались бы процессы разложения и интоксикация продуктами гниения. Однако этого не происходит, и фрукт полностью перерабатывается уже за полтора часа. Осуществляют это биологические катализаторы, которые в большом количестве присутствуют в составе каждого организма. Но что они собой представляют и на чем основано такое действие?

Биологические катализаторы белковой природы — это ферменты. Их основа — сложные структурная организация, обладающая рядом специфичных свойств. Проще говоря, это уникальные белки, способные снижать энергию активации процессов в живых организмах и осуществлять их со скоростью, превышающей обычные значения в несколько миллионов раз.

Можно привести множество примеров подобных молекул:

  • каталаза;
  • амилаза;
  • оксиредуктаза;
  • глюкозооксидаза;
  • липаза;
  • инвертаза;
  • лизоцим;
  • протеаза и другие.

Таким образом, можно сделать вывод: ферменты — биологические катализаторы белковой природы, которые действуют как сильные ускорители, позволяя осуществлять тысячи процессов в живых организмах с очень высокой скоростью. На их действии основано пищеварение, окисление, восстановление.

Сходства неорганических и белковых катализаторов

Ферменты как биологические катализаторы имеют ряд свойств, схожих с неорганическими. К таковым можно отнести следующие:

  1. Ускоряют только термодинамически возможные реакции.
  2. Не влияют на смещение химического равновесия в равновесных системах, а одинаково ускоряют как прямой, так и обратный процесс.
  3. В итоге в сфере реакции остаются только продукты, катализатор в их число не входит.

Однако, помимо схожести, существуют еще и отличительные особенности ферментов.

Различия в зависимости от природы

Биологические катализаторы имеют несколько специфических особенностей:

  1. Высокая степень избирательности. То есть один белок способен активизировать только какую-то определенную реакцию или группу схожих. Чаще всего работает схема «фермент — субстрат одного процесса».
  2. Чрезвычайно высокая степень активности, ведь некоторые виды белков способны ускорять реакции в миллионы раз.
  3. Ферменты сильно зависят от условий среды. Проявляют активность только в определенном интервале температур. Также сильно влияет рН среды. Существует кривая, показывающая значения минимума, максимума и оптимума по показателям для каждого фермента.
  4. Существуют специальные соединения, называемые эффекторами, которые способны угнетать природу биологических катализаторов либо, наоборот, положительно влиять на них.
  5. Субстрат, на котором работает фермент, должен быть строго специфичен. Существует теория, которая носит название ключа и замка. Она описывает механизм действия фермента на субстрате. Катализатор, подобно ключу, встраивается в субстрат своим активным центром, и начинается реакция.
  6. После процесса фермент частично либо полностью разрушается.

Таким образом, очевидно, что значение белковых катализаторов крайне велико для живых организмов. Однако действие их подчиняется определенным правилам и ограничивается рамками условий окружающей среды.

Изучение катализа в школе

В рамках школьной программы катализаторы изучаются как на химии, так и на биологии. На уроках химии они изучаются с точки зрения веществ, позволяющих осуществлять промышленные синтезы, получать большое количество разнообразных продуктов. На уроках биологии рассматриваются именно биологические катализаторы. 9 класс подразумевает изучение молекулярной биологии и основ биохимии. Поэтому именно на данной ступени образования учащиеся и получают основы знаний о ферментах как действующих веществах в организмах живых существ.

На уроках проводятся опыты, подтверждающие химическую активность данных веществ в определенных температурных интервалах и рН среды:

  • исследование действия перекиси водорода как катализатора на сырую и вареную морковь;
  • воздействие на мясо (обработанное термически и сырое), картофель и прочие продукты.

Ферменты в организме человека

Каждый школьник, достаточно образованный и перешедший рубеж среднего звена образования, знает, как называются биологические катализаторы. Ферменты в организме имеют строго специфическую специализацию. Поэтому для каждого процесса можно назвать свое катализирующее вещество.

Так, все ферменты организма можно разделить на несколько групп:

  • оксидоредуктазы, например, каталаза или алкогольдегидрогеназа;
  • трансферазы — кеназа;
  • гидролазы, важные для пищеварения: пепсин, амилаза, липопротеинлипаза, эстераза и другие;
  • лигазы, например, ДНК-полимераза;
  • изомеразы;
  • лиазы.

Так как все эти соединения имеют белковую природу, а также комплекс витаминов в составе, то повышение температуры тела чревато денатурацией структуры, а следовательно, прекращением всех биохимических реакций. В этом случае организм близок к смерти. Поэтому высокую температуру тела обязательно сбивают во время болезни.

Использование белковых катализаторов в промышленности

Часто ферменты используются в разных отраслях промышленности:

На полках магазинов можно видеть чистящие средства и стиральные порошки с содержанием энзимов — это и есть ферменты, улучшающие качество стирки белья.

Для чего нужны биологические катализаторы?

Переоценить их значение сложно. Ведь они не только позволяют живым организмам жить, дышать, питаться, осуществлять процессы метаболизма, но и дают нам возможность уничтожать промышленные отходы, получать лекарства, защищать и оберегать свое здоровье и состояние окружающей среды.

источник

Биокатализаторами химических реакций в организме человека являются гормоны

Ор­га­низм че­ло­ве­ка по­лу­ча­ет не­об­хо­ди­мые для жиз­не­де­я­тель­но­сти стро­и­тель­ный ма­те­ри­ал и энер­гию в про­цес­се

Кис­ло­род, по­сту­па­ю­щий в ор­га­низм че­ло­ве­ка в про­цес­се ды­ха­ния, спо­соб­ству­ет

Какие ве­ще­ства в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка опре­де­ля­ют ин­тен­сив­ность и на­прав­ле­ние хи­ми­че­ских про­цес­сов, со­став­ля­ю­щих ос­но­ву об­ме­на ве­ществ

Наи­боль­шее ко­ли­че­ство уг­ле­во­дов че­ло­век по­треб­ля­ет, ис­поль­зуя в пищу

Ис­па­ре­ние пота и рас­ши­ре­ние кро­ве­нос­ных со­су­дов, рас­по­ло­жен­ных близ­ко к по­верх­но­сти кожи

Ре­ак­ции син­те­за ор­га­ни­че­ских ве­ществ в клет­ках чело века и дру­гих ор­га­низ­мов, рас­щеп­ле­ния пищи в пи­ще­ва­ри­тель­ном ка­на­ле уско­ря­ют­ся бла­го­да­ря дей­ствию

Ли­пи­ды в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка об­ра­зу­ют­ся из

При окислении жиров в клетках тела образуются

Вещества, содержащие азот, образуются при биологи ческом окислении

Энергия, необходимая для мышечного сокращения, освобождается при

Ор­га­низм че­ло­ве­ка для сво­е­го су­ще­ство­ва­ния ис­поль­зу­ет, глав­ным об­ра­зом энер­гию

В каком от­де­ле го­лов­но­го мозга на­хо­дит­ся центр ре­гу­ля­ции по­сто­ян­ства внут­рен­ней среды ор­га­низ­ма?

Энер­гия, не­об­хо­ди­мая для про­цес­сов жиз­не­де­я­тель­но­сти че­ло­ве­ка, осво­бож­да­ет­ся при

Какие из пе­ре­чис­лен­ных со­еди­не­ний, вхо­дя­щих в со­став кле­ток ор­га­низ­ма че­ло­ве­ка, вклю­ча­ют азот?

Био­ка­та­ли­за­то­ра­ми хи­ми­че­ских ре­ак­ций в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка яв­ля­ют­ся

В ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка ко­неч­ны­ми про­дук­та­ми окис­ле­ния ор­га­ни­че­ских ве­ществ, не со­дер­жа­щих азота, яв­ля­ют­ся

Пла­цен­тар­ный ба­рьер раз­де­ля­ет

Какая си­сте­ма ре­гу­ли­ру­ет кон­цен­тра­цию глю­ко­зы в крови че­ло­ве­ка?

Ге­ма­то­эн­це­фа­ли­че­ский ба­рьер раз­де­ля­ет

Объём крови в теле взрос­ло­го че­ло­ве­ка в сред­нем со­став­ля­ет

Наибольшее ко­ли­че­ство энергии осво­бож­да­ет­ся в клет­ках человека при окислении

Тканевая жид­кость в ор­га­низ­ме мле­ко­пи­та­ю­щих вы­пол­ня­ет в ос­нов­ном функцию

При на­ру­ше­ни­ях функ­ций почек в ор­га­низ­ме накапливаются

В про­цес­се об­ме­на ве­ществ белки окон­ча­тель­но рас­па­да­ют­ся до

В каком от­де­ле го­лов­но­го мозга на­хо­дит­ся центр ре­гу­ля­ции по­сто­ян­ства со­ста­ва крови?

Эритроциты крови че­ло­ве­ка пе­ре­но­сят кис­ло­род и уг­ле­кис­лый газ, так как в ци­то­плаз­ме эрит­ро­ци­тов содержится

Наи­боль­шей энер­гоёмко­стью об­ла­да­ют

Энергетический обмен по­став­ля­ет для ре­ак­ций пла­сти­че­ско­го обмена

Пластический обмен обес­пе­чи­ва­ет био­хи­ми­че­ские ре­ак­ции энер­ге­ти­че­ско­го обмена

источник

тестов по теме «Белки»

55. Какие вещества синтезируются в клетках человека из аминокислот
А) фосфолипиды Б) углеводы В) витамины Г) белки

81. Мономерами молекул каких органических веществ являются аминокислоты
А) белков Б) углеводов В) ДНК Г) липидов

109. В основе образования пептидных связей между аминокислотами в молекуле белка лежит
А) принцип комплементарности
Б) нерастворимость аминокислот в воде
В) растворимость аминокислот в воде
Г) наличие в них карбоксильной и аминной групп

163. Ферментативную функцию в клетке выполняют
А) белки
Б) липиды
В) углеводы
Г) нуклеиновые кислоты

250. Синтез каких простых органических веществ в лаборатории подтвердил возможность абиогенного возникновения белков
А) аминокислот
Б) сахаров
В) жиров
Г) жирных кислот

364. Назовите молекулу, входящую в состав клетки и имеющую карбоксильную и амино- группы
А) Глюкоза
Б) ДНК
В) Аминокислота
Г) Клетчатка

439. Водородные связи между СО- и NН-группами в молекуле белка придают ей форму спирали, характерную для структуры
А) первичной
Б) вторичной
В) третичной
Г) четвертичной

490. Вторичная структура белка, имеющая форму спирали, удерживается связями
А) пептидными
Б) ионными
В) водородными
Г) ковалентными

550. Органические вещества, ускоряющие процессы обмена веществ, —
А) аминокислоты
Б) моносахариды
В) ферменты
Г) липиды

945. Какие связи определяют первичную структуру молекул белка
А) гидрофобные между радикалами аминокислот
Б) водородные между полипептидными нитями
В) пептидные между аминокислотами
Г) водородные между -NH- и -СО- группами

984. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи
А) водородные
Б) пептидные
В) гидрофобные
Г) дисульфидные

1075. Четвертичная структура молекулы белка образуется в результате взаимодействия
А) участков одной белковой молекулы по типу связей S-S
Б) нескольких полипептидных нитей, образующих клубок
В) участков одной белковой молекулы за счет водородных связей
Г) белковой глобулы с мембраной клетки

1290. Вторичная структура молекулы белка имеет форму
А) спирали
Б) двойной спирали
В) клубка
Г) нити

1291. Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов
А) регуляторную
Б) сигнальную
В) защитную
Г) ферментативную

1293. Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химические реакции в клетке
А) гормональную
Б) сигнальную
В) ферментативную
Г) информационную

1312. Ускоряют химические реакции в клетке
А) ферменты
Б) пигменты
В) витамины
Г) гормоны

2063. Первичная структура белка образована связью
А) водородной
Б) макроэргической
В) пептидной
Г) ионной

2065. Основная функция ферментов в организме
А) каталитическая
Б) защитная
В) запасающая
Г) транспортная

2088. По своей природе ферменты относятся к
А) нуклеиновым кислотам
Б) белкам
В) липидам
Г) углеводам

2144. Разрушение структуры молекулы белка — это
А) денатурация
Б) трансляция
В) редупликация
Г) ренатурация

2367. Скорость химических реакций в клетке изменяют белки, выполняющие функцию
А) сигнальную
Б) гуморальную
В) каталитическую
Г) информационную

2420. Биокатализаторами химических реакций в организме человека являются
А) гормоны
Б) углеводы
В) ферменты
Г) витамины

2483. Защитную функцию в организме выполняют белки, которые
А) осуществляют иммунные реакции
Б) способны к сокращению
В) осуществляют транспорт кислорода
Г) ускоряют реакции обмена веществ

2504. Последовательность и число аминокислот в полипептидной цепи – это
А) первичная структура ДНК
Б) первичная структура белка
В) вторичная структура ДНК
Г) вторичная структура белка

2526. Схема строения какой молекулы изображена на рисунке?А) вторичная структура белка Б) вторичная структура ДНК В) третичная структура белка Г) четвертичная структура ДНК

2562. Ферментативную, строительную, транспортную, защитную функции в клетке выполняют молекулы
А) липидов
Б) углеводов
В) ДНК
Г) белков

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9121 — | 7289 — или читать все.

85.95.179.227 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

источник

Тема 7. Общее понятие об обмене веществ и энергии в организме

1. Понятие «обмен веществ и энергии», «анаболизм», катаболизм. Взаимосвязь процессов анаболизма и катаболизма. Понятие о промежуточном, внешнем, пластическом и функциональном обменах. Возрастные изменения обмена веществ.

2. Основные этапы преобразования энергии в организме. Окисление – основной путь освобождения энергии. Типы окислительных реакций в организме: прямое присоединение кислорода, отщепление водорода, перенос электронов. Понятие об аэробном и анаэробном биологическом окислении.

3. Макроэргические связи, накопление энергии биологического окисления в макроэргические соединения, их роль в организме. Особая роль АТФ в энергетическом обмене.

Жизнь – особая форма существования и движения материи, принципиально отличная от других форм. Одним из признаков живой материи является обмен веществ и энергии.

Обмен веществ – это непрерывный, саморегулируемый, самосовершающийся круговорот веществ, протекающий в живой материи и сопровождающийся ее постоянным самообновлением.

Обмен веществ – сложная цепь биохимических реакций, заключающаяся в усвоении веществ из окружающей среды, сложных превращениях их в организме и выделении в окружающую среду продуктов расщепления этих веществ.

Обмен веществ представляет собой сочетание многих разнообразных процессов, среди которых выделяют: катаболизм (диссимиляция), анаболизм (ассимиляция).

Катаболизм – это совокупность процессов распада веществ, составляющих живой организм, распад элементов живого тела на более простые вещества, выделяемые в окружающую среду как конечные продукты жизнедеятельности. Такими конечными веществами являются углекислый газ, вода, аммиак, мочевина и др.; сопровождается выделением энергии.

Анаболизм – это процессы синтеза сложных молекул из более простых, сопровождающиеся поглощением энергии.

Катаболизм и анаболизм – это две теснейшим образом взаимосвязанные стороны процесса обмена веществ. Катаболизм сопровождается освобождением энергии, которая аккумулируется в виде молекул АТФ. При анаболических процессах происходит потребление энергии, которая освобождается при распаде АТФ до АДФ и фосфорной кислоты или АМФ и пирофосфорной кислоты. Таким образом, АТФ является сопрягающим энергетическим звеном катаболизма и анаболизма. Кроме АТФ связующим звеном могут служить специфические метаболические пути или циклы, примером которого является цикл Кребса. Такие пути называют амфиболические.

Взаимосвязь катаболизма и анаболизма показана на схеме:

Белки Углеводы Липиды

АДФ + Н3РО4

В обмене веществ принято выделять:

Внешний обмен – это внеклеточное превращение веществ на путях поступления и выделения. В качестве примера можно привести процессы гидролиза углеводов, белков, липидов в желудочно-кишечном тракте.

Промежуточный обмен, или метаболизм – это процессы преобразования компонентов пищи после их переваривания и всасывания (т.е. индивидуальных химических соединений) при их распаде и синтезе на уровне клетки в процессе жизнедеятельности организма. Вещества, образующиеся в ходе химических реакций, называются метаболитами.

Пластический обмен – комплекс химических реакций, приводящих к синтезу специфических для организма веществ: структурных веществ, ферментов, гормонов, различных секретов, запасных источников энергии.

Функциональный обмен – это комплекс реакций, обеспечивающих функциональную активность клетки, органа, ткани. Например, реакции, обеспечивающие мышечное сокращение, работу сердца, печени, почек, легких.

Энергетический обмен организма – это комплекс химических реакций, в процессе которых за счет энергии, освобождающейся при распаде углеводов, жиров, продуктов белкового обмена, происходит ресинтез (новообразование) АТФ, распавшихся в процессе энергетического обеспечения функциональной или пластической деятельности клеток.

Между пластическим и функциональным обменами существуют конкурентные отношения за обладание определенными веществами, например, АТФ. Если клетки проявляют функциональную активность, поток энергии направляется на ее обеспечение, реакции пластического обмена в это время заметно угнетаются из-за дефицита энергии. Так, при напряженной мышечной работе в организме резко замедляются все процессы синтеза, за исключением синтеза некоторых гормонов, некоторого количества углеводов. после прекращения или снижения функциональной активности процессы пластического обмена усиливаются.

Соотношение процессов катаболизма и анаболизма, скорость протекания изменяются как на протяжении жизни организма, так и в течение определенных периодов времени.

Молодой растущий организм характеризуется заметным преобладание синтеза веществ над распадом. За счет синтеза структурных белков, ферментов, липидов обеспечивается деление клеток и, как следствие, рост организма, увеличение объема тканей и органов.

К 17-19 годам в организме устанавливается динамическое равновесие между двумя сторонами обмена веществ. К старости начинают преобладать процессы катаболизма, что приводит к уменьшению содержания важнейших для жизнедеятельности веществ, уменьшению количества клеток в важнейших органах и тканях (головном мозгу, сердце, внутренних органах, мышцах). Данные изменения приводят к снижению функциональных возможностей органов, деятельности организма в целом.

Процессы жизнедеятельности связаны с постоянными затратами энергии. Источником энергии для всех видов биологической работы служит потенциальная химическая энергия, заключенная в молекулах пищевых веществ, она высвобождается в процессе обмена веществ и при помощи специальных молекулярных устройств преобразуется в различные другие виды энергии. В живом организме потенциальная энергия представлена в форме химической энергии связей между атомами в молекулах биоогранических соединений. Например, количество потенциальной энергии, заключенной в молекуле глюкозы в связях между атомами С, Н и О, составляет около 285 кДж/моль вещества.

Чтобы высвободить энергию, заключенную в молекулах веществ пищи, последние должны быть подвергнуты ряду специфических превращений в процессе метаболизма.

Процессы преобразования энергии в живых организмах подчиняются законам термодинамики (раздел физики). Который для рассмотрения данных вопросов использует величины: энтальпия, энтропия, кинетическая энергия, свободная энергия. Условно, преобразование энергии можно трактовать следующим образом:

Свободная энергия – та часть энергии системы, которая может быть использована на выполнение работы.

В совокупности всех метаболических реакций, связанных с преобразованием энергии в организме следует выделять:

1. Первичную энергопоставляющую реакцию, где наблюдается небольшое изменение свободной энергии (такие реакции выполняют роль биологического генератора энергии).

2. Реакцию или серию реакций, где выделившаяся свободная энергия связывается в промежуточном соединении, способном к дальнейшему переносу энергии (энергетическое сопряжение).

3. Реакцию синтеза стабильного макроэргического соединения, аккумулирующего свободную энергию, которая освобождается в ходе метаболических превращений (в большинстве случаев такой аккумулятор АТФ).

4. Реакции, связанные с использованием энергии макроэргических соединений для синтеза сложных биоорганических соединений и для выполнения различного рода биологической работы.

Окисление углеводов, жиров, белков 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Фосфоенолпиро-виноградная кислота АТФ КрФ Биосинтез белков, жиров, углеводов и др. орг веществ Секреция Мышечное сокращение
Энергопоставляющие реакции Энергетическое сопряжение Аккумуляция энергии Использование энергии

Освобождение энергии связано с окислительными процессами. А.Л. Лавуазье в Х VIII веке установил, что при горении органических веществ происходит окисление, т.е. соединение углерода и водорода с кислородом с образованием углекислого газа и воды. В организме окисление органических веществ отличается от процессов горения по своему химизму и условиям протекания (сравнительно низкой температуре тела в присутствии воды, которая вне организма препятствует горению). Процесс получил название тканевое дыхание.

Окислительные реакции связаны с перераспределением электронов с внешних слоев атомов или ионов. Процесс отдачи электронов трактуется как процесс окисления и частица (атом, ион) является донатором электронов, окисляемым веществом. Вещества, принимающие электроны, являются акцепторами электронов, восстанавливаемым веществом. Процесс присоединения электронов называется восстановлением. Окислительные реакции являются окислительно-восстановительными, для их осуществления всегда необходимо наличие системы донатор-акцептор.

При отсутствии какого-либо компонента системы окислительные процессы невозможны.

Окислительные процессы в организме протекают несколькими типами:

1. Присоединение кислорода.

Происходит при образовании воды из водорода и кислорода. В результате взаимодействия двух атомов Н, отдающих электроны (окисляются) атому кислорода (восстанавливается):

2 Н° + О° 2Н + + О 2– Н2О + 56, 7 ккал

2. Отщепление водорода. В начале ХХ века академик В.И. Палладин доказал, что процесс окисления веществ в организме заключается не в соединении с О, а в отнятии водорода. Кислород является акцептором водорода:

СН3 – С – ОН + ½ О СН3 – С – Н + Н2О

Вдыхаемый организмом кислород, используется как акцептор водорода и входит в состав образующейся воды. Углекислый газ образуется за счет тех атомов кислорода, которые входят в состав окисляемого вещества. Однако, даже в наиболее богатых кислородом органических веществ – углеводы – кислорода содержится меньше, чем в образующихся конечных продуктах окисления глюкозы:

С6 Н12 О6 + 6О2 6 СО2 + 6 Н2О

Видно, что для образования 6 молекул СО2 необходимы атомы О.

Присоединение кислорода происходит не в виде молекулярного, а виде воды (она в уравнении не показана).

Взаимодействие водорода с кислородом осуществляется благодаря функционированию ферментной системы: цепи переносчиков. Ферменты, катализирующие отнятие Н (дегидрогеназы), ферменты, катализирующие присоединение Н к О (оксидазы), имеют белковую природу и сложное строение.

При транспортировки атома Н по цепи переносчиков происходит освобождение Q. Причем некоторые ферменты могут переносить атом Н (Н + – протон, ядро; ē – электрон), другие – только ē.

В виде схемы это можно показать так:

H +

Н (Н + е — ) Н + е — 2е — 2е — 2е — 2е — 2е —

S НАД ФАД b c a1 a3 1/2O2 H2O

Н (Н + е — ) Н + е —

Процессы окисления могут происходить как с участием кислорода (аэробно), так и без его участия (анаэробно). Существует немало организмов (многие бактерии, паразитические черви и др.), которые черпают энергию только из процессов анаэробного окисления и гибнут в присутствии кислорода.

У большинства животных и человека преобладают процессы аэробного окисления. Без кислорода человек жить не может. Однако, многие окислительное реакции в организме человека могут протекать анаэробно (гликолиз – анаэробное окисление углеводов в мышцах). Данный процесс резко усиливается при интенсивной мышечной деятельности и способствует выполнению работы мышц при недостатке снабжения кислородом.

Окислительные процессы сопровождаются освобождением энергии, которая запасается в макроэргических связях. Макроэргическими веществами являются:

׀ ׀ ׀

источник