Принципы обмена веществ
Мы едим, пьем воду и дышим. Таким способом наш организм получает из внешней среды необходимые вещества, из которых в дальнейшем строятся клетки-кирпичики наших тканей. Из внешней среды в организм поступают и вещества, из которых получается энергия, необходимая для поддержания всей жизнедеятельности.
Что такое обмен веществ
Обмен веществ или метаболизм - это признак, который отличает все живое от неживого. В процессе обмена поступившие в организм вещества путем химических изменений превращаются в собственные вещества тканей и в конечные продукты, которые выводятся из организма. При этих химических превращениях выделяется и поглощается энергия. Метаболизм - это процесс, в котором участвует множество ферментных систем и который обеспечен сложнейшей регуляцией на разных уровнях.
Клеточный метаболизм выполняет четыре основные функции:
- извлечение энергии из окружающей среды и преобразование ее в энергию высокоэргических соединений (природных веществ, содержащих богатые энергией связи, при распаде которых выделяется энергия, которая расходуется на процессы жизнедеятельности), например, в аденозинтрифосфорную кислоту;
- образование из полученных с пищей веществ (или получение в готовом виде) промежуточных соединений, из которых в дальнейшем будут строиться клетки;
- строение (синтез) из промежуточных соединений белков, жиров и углеводов, являющихся компонентами клеток человека;
- строение и разрушение особых биомолекул, которые участвуют в выполнении отдельных функций клетки.
Основные химические вещества, участвующие в обмене веществ - это углерод и азот.
Обмен углерода
Для получения органических соединений, необходимых клеткам, нужен углерод. Из атомов углерода состоит скелет молекул белков, углеводов, жиров, витаминов, гормонов и ферментов. Все клетки организма по способу получения углерода можно разделить на две большие группы:
- аутотрофные - их еще называют «сами себя питающие» - это клетки растений, они получают углерод из окружающей среды в виде его двуокиси (CO2), из этого углерода они строят все необходимые для них углеродсодержащие соединения;
- гетеротрофные - «питающиеся за счет других» - это клетки животных и человека, они получают углерод из сравнительно сложных органических соединений, таких, например, как глюкоза.
Как клетки получают энергию для обеспечения своей работы
Для того, чтобы поддерживать обмен веществ в рабочем состоянии нужна энергия. Разные клетки получают энергию разными способами. Растительные клетки пользуются энергией солнечного света (фотосинтез), животные живут за счет химической энергии, получающейся при химических (окислительно-восстановительных) реакциях.
Связь всех живых организмов друг с другом
Питание всех живых организмов взаимосвязано. Так, растения, являясь фотосинтезирующими организмами, образуют из содержащейся в атмосфере двуокиси углерода (СО2) органические вещества (например, глюкозу) и выделяют в атмосферу кислород. Животные используют глюкозу и кислород для своего обмена веществ и в качестве конечного продукта обмена возвращают в атмосферу СО2, так необходимый растениям.
Солнечная энергия в растениях преобразуется в химическую энергию, которая используется клетками животных для покрытия своих энергетических затрат. С помощью этой энергии работают все клетки: сокращаются мышцы, выполняют свою функцию внутренние органы. Из этого ясно, что для постоянного и бесперебойного получения энергии необходим постоянный приток энергии от Солнца. Без энергии Солнца жизнь на Земле невозможна.
Кругооборот азота
Другим не менее важным для живых организмов элементом, чем углерод, является азот. Он необходим для синтеза белков. Главным резервом азота на Земле служит атмосфера. Но животные не могут использовать азот непосредственно из атмосферы. Азот из атмосферы могут получать лишь особые азотсодержащие бактерии. Эти бактерии, а также продукты распада тканей животных попадают в почву, распадаются до нитритов и нитратов, которые попадают в растения, где из них образуются аминокислоты, которые потом поступают в организм животных и являются кирпичиками для строения белка.
