Пластический обмен. Синтез белка

Общие представления об обмене веществ и энергии в клетке. Метаболический аппарат клетки и органоиды этого аппарата.

Живые организмы и составляющие их клетки являются открытыми системами и характеризуются постоянным обменом веществом и энергией с окружающим миром. Они постоянно получают для своих процессов энергию извне. Это может быть энергия Солнца или химических соединений. При этом энергия запасается в виде энергоемких соединений (типа молекул АТФ) и используется затем для производства разных видов работы в клетке. В процессе использования этой запасенной энергии часть ее выделяется в окружающую среду в виде тепла или в виде продуктов метаболизма.

В живых системах действуют оба фундаментальных закона термодинамики. Первый закон – закон сохранения энергии – в приложении к биологическим объектам говорит, что энергия может переходить из одной формы в другую, но ее общее количество в системе остается неизменным. Второй закон термодинамики – закон энтропии – в приложении к биологическим системам означает, что они являются системами, которые стремятся, используя различные источники энергии, поддерживать свою структурно-функциональную целостность и организацию. Чем выше упорядоченность системы, тем ниже энтропия, чем сильнее деструктивные процессы в клетке или организме (на любом уровне – от организма до биохимических реакций) – тем энтропия (хаос, распад) выше. Организм и клетка все время вынуждены запасать энергию, которая тратится на работу и рассеивается в виде тепла, на поддержание своей целостности и стабильности.

Для этой цели в клетке существует сложный метаболический аппарат обмена веществ и энергии.

Метаболизм – сложная цепь превращений веществ в клетке и организме с момента их поступления в организм до момента удаления продуктов распада и выделения тепла.

Существует два вида обменных реакций:

Пластический обмен (анаболизм) – цепь химических реакций в клетках, направленных на образование и обновление частей клеток и органов. При этом идет постоянный синтез сложных химических соединений клетки из более простых. Все процессы анаболизма идут с затратой энергии.

Энергетический обмен (катаболизм) - процессы, обеспечивающие клетки и организм энергией. К нему относятся такие реакции как: фотосинтез, хемосинтез, дыхание (окислительное фосфорилирование), гликолиз, разные виды брожения.

Белки являются важнейшими соединениями в живых организмах. Образуются они из аминокислот, которые помимо участия в синтезе белка, входят в цикл синтеза нуклеиновых кислот и могут быть источником энергии в реакциях энергетического обмена.

Живые организмы не запасают аминокислоты и белки впрок и поэтому необходимо постоянное их поступление в клетки извне или синтез внутри клетки.

Аминокислоты из пищи всасываются пищеварительными клетками многоклеточного организма и используются для синтеза новых белков. Источником аминокислот могут служить и собственные белки клетки, которые постоянно подвергаются распаду (катаболизму) с освобождением аминокислот. Расщепляют белки специальные ферменты – протеазы. Средняя продолжительность жизни белковой молекулы в организме человека – 80 суток, а могут быть и минуты – например у инсулина!

Аминокислоты также могут быть синтезированы в клетке из компонентов других органических соединений. Но живые организмы по-разному способны к синтезу аминокислот. Грибы, например, могут синтезировать в своих клетках все аминокислоты,а в организме человека целый ряд аминокислот не синтезируется и они постоянно должны поступать из пищи. Такие аминокислоты получили название незаменимых Их восемь – Валин, Лейцин, Изолейцин, Лизин, Метионин, Треонин, Фенилаланин, Триптофан.