Катаболизм

Катаболизм, также энергетический обмен, или диссимиляция - процесс метаболического распада сложных веществ на более простые или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с освобождением энергии в виде тепла и в виде молекулы АТФ, универсального источника энергии всех биохимических процессов. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до простых.
Примерами катаболизма являются:
гликолиз - превращение глюкозы в молочную кислоту либо пировиноградную кислоту и далее в процессе клеточного дыхания - в углекислый газ СO 2 и воду H 2 O.
превращение этанола через стадии ацетальдегида этаналя, СH 3 СHO и уксусной кислоты этановой кислоты, CH3COOH в углекислый газ СO 2 и воду H 2 O.
Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных катаболических процессов в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами. Например:
глюкокортикоиды повышают интенсивность катаболизма белков и аминокислот, одновременно тормозя катаболизм глюкозы
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 ⟶ 6 CO 2 + 6 H 2 O + Q {\displaystyle {\ce,
инсулин, напротив, ускоряет катаболизм глюкозы и тормозит катаболизм белков.
Катаболизм является противоположностью анаболизма - процессу синтеза или ресинтеза новых, более сложных, соединений из более простых, протекающему с расходованием, затратой энергии АТФ. Соотношение катаболических и анаболических процессов в клетке регулируется гормонами. Например, адреналин или глюкокортикоиды сдвигают баланс обмена веществ в клетке в сторону преобладания катаболизма, а инсулин, соматотропин, тестостерон - в сторону преобладания анаболизма.

image

1.1. Обмен веществ и энергии Пластический и энергетический обмены
Питательные вещества - это любое вещество, пригодное для еды и питья живым организмам для пополнения запасов энергии и необходимых ингредиентов для нормального течения химических реакций обмена веществ: белков, жиров, углеводов, витаминов, минералов и микроэлементов.
Метаболизм - это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией. Выделяют две составные части метаболизма - катаболизм и анаболизм.
Катаболизм энергетический обмен - процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества дифференциация или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ.
Анаболизм пластический обмен - совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование клеток и тканей. За счет анаболизма происходит рост, развитие и деление каждой клетки.
Обмен веществ между организмом и окружающей средой - необходимое условие существования живых существ, это один из основных признаков живого. Из внешней среды организм получает кислород, органические вещества, минеральные соли, воду. Во внешнюю среду отдаёт конечные продукты распада: углекислый газ, излишки воды, минеральных солей, мочевину, соли мочевой кислоты и некоторые другие вещества.
У человека в течение жизни почти все клетки организма сменяются несколько раз. Кровь за год полностью обновляется 3 раза, за сутки меняется 450 миллиардов эритроцитов, до 30 миллиардов лейкоцитов, 1/75 всех костных клеток скелета, до 50 % эпителиальных клеток желудка и кишечника.
Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается ею в виде высокоэнергетических соединений, как правило, в виде АТФ. АТФ - нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.
В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:
АДФ+Н 2 О- АМФ+Н 3 РО 4 +Q2,
АТФ+Н 2 О - АДФ+Н 3 РО 4 +Q1,
АМФ+Н 2 О- аденин+рибоза+Н 3 РО 4 +Q3,
где АТФ-аденозинтрифосфорная кислота; АДФ-аденозиндифосфорная кислота; АМФ-аденонмонофосфорная кислота; Q1 = Q2 = 30.6 кДж.
Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование - присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ АДФ+Ф- АТФ. В результате превращений эти вещества попадают в клетки. Здесь они расщепляются глюкоза - до воды и углекислого газа. Высвобожденная энергия используется клетками для поддержания своей жизнедеятельности. Этот процесс называется энергетическим обменом. Пластический и энергетический обмены происходят одновременно и неразрывно связаны друг с другом, но не всегда являются уравновешенными. Чаще всего это связано с возрастом человека.

2. Этапы диссимиляции I этап, подготовительный
Сложные органические соединения распадаются на простые под действием пищеварительных ферментов, при этом выделяется только тепловая энергия.
Крахмал → глюкоза
Белки → аминокислоты
Жиры → глицерин и жирные кислоты
II этап, гликолиз бескислородный
Осуществляется в цитоплазме, с мембранами не связан. В нём участвуют ферменты; расщеплению подвергается глюкоза и происходит образование двух молекул пировиноградной кислоты CH 3 COCOOH. 60 % энергии рассеивается в виде тепла, а 40 % - используется для синтеза 2 молекул АТФ. Кислород не участвует.
C 6 H 12 O 6 ⟶ 2 CH 3 COCOOH + 2 А Т Ф {\displaystyle {\ce III этап, клеточное дыхание кислородный
Осуществляется в митохондриях, связан с матриксом митохондрий и внутренней мембраной. В нём участвуют ферменты, кислород. Расщеплению подвергается молочная кислота. СО 2 выделяется из митохондрий в окружающую среду. Атом водорода включается в цепь реакций, конечный результат которых - синтез АТФ.