Ассимиляция и диссимиляция реферат

Обновлено: 02.07.2024

Процесс обмена веществ и энергии, происходящий в живых организмах — это метаболизм.

За счет метаболизма сохраняется постоянство внутренней среды организма во внешних условиях, которые постоянно меняются. Это постоянство получило название гомеостаз.

Обмен веществ — это два взаимосвязанных и взаимопротивоположных процесса: диссимиляция и ассимиляция.

Первый процесс — диссимиляция. Это энергетический обмен, в ходе которого органические вещества расщепляются, а выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ.

Второй процесс — это ассимиляция в биологии. Ассимиляция — это процесс или энергетический обмен, в ходе которого энергия АТФ применяется для синтеза собственных соединений, необходимых организму.

Принципиальное различие между ними заключается в том, что в первом случае энергия высвобождается (в результате распада органических веществ получается CO₂, H₂O, АТФ), а при ассимиляции (в биологии) энергия затрачивается (так происходит синтез углеводов, жиров, белков, ДНК, РНК, АТФ и др).

Примеры процессов диссимиляции в биологии — дыхание, брожение, гликолиз. Примеры процессов ассимиляции в биологии — фотосинтез, биосинтез белков, углеводов.

Процессы диссимиляции в биологии еще называют катаболизмом и энергетическим обменом. Процессы ассимиляции в биологии также называют анаболизмом и пластическим обменом.

Одно и то же понятие называется по-разному по одной просто причине: реакции обмена веществ изучались учеными различных специальностей:

физиологи;
генетики,
биохимики;
цитологи;
молекулярные биологи и др.

Интересно, что все названия закрепились в научном дискурсе и активно используются. Это объясняет, к примеру, почему ассимиляция называется пластическим обменом. Поэтому ассимиляция в биологии это и анаболизм, а диссимиляция в биологии — это еще и катаболизм.

Формы поступления энергии в живые организмы

Солнце — основной источник энергии для всех живых существ на планете. С его помощью живые организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.

Есть организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических — это автотрофы. Все автотрофы можно поделить на 2 группы:

Фотосинтетики и фототрофы, которые используют энергию солнечного света. Среди представителей — зеленые растения, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
Хемотрофы или хемосинтетики, которые используют энергию, высвобождаемую во время химических реакций.

Органические вещества самостоятельно не могут синтезировать грибы, а также большинство животных и бактерий. Все эти организмы получили называние гетеротрофы. В качестве источника энергии они используют органические соединения, которые синтезируют автотрофы.

Живым организмам нужна энергия для разнообразных процессов: химических, тепловых, электрических и механических.

Этапы энергетического обмена

Энергетический обмен в биологии состоит из нескольких последовательных этапов. Ниже рассмотрим основные этапы обмена веществ, и какие процессы происходят на этапах энергетического обмена.

Первый этап энергетического обмена в клетке — подготовительный.

Подготовительный этап энергетического обмена — это этап, на котором происходит расщепление макромолекул до мономеров под воздействием ферментов. Реакции сопровождаются выделением небольшого количество энергии, рассеиваемой в виде тепла.

Далее следует второй этап энергетического обмена — бескислородный этап энергетического обмена, который происходит в клетках. Образованные на предыдущем этапе мономеры (глюкоза, глицерин и др) расщепляются дальше без доступа кислорода. На этом этапе наиболее важным является расщепление молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты, которое сопровождается образованием двух молекул АТФ.

Уравнение выглядит следующим образом:

Это реакция гликолиза, в ходе которой происходит выделение примерно 200 кДж энергии. Но она не вся трансформируется в тепло. Часть этой энергии идет на синтез двух фосфатных связей в молекулах АТФ, богатых на энергию (макроэргических).

В ходе спиртового брожения происходит расщепление и глюкозы.

Помимо спиртового есть еще и следующие виды бескислородного брожения — маслянокислое и молочнокислое.

Следующий этап энергетического обмена веществ — кислородный этап энергетического обмена. На кислородном этапе происходит окисление образованных на предыдущем этапе соединений до конечных продуктов реакции — воды и углекислого газа.

В 1937 году английский биохимик Адольф Кребс описал последовательность превращений органических кислоты в матриксе митохондрий. Совокупность этих реакций получила название цикла Кребса.

Образованные в ходе анаэробного процесса молекулы молочной или пировиноградной кислоты в результате полного окисления до углекислого газа и воды выделяют 2800 кДж энергии. Такого количество энергии достаточно для синтеза 36 молекул АТФ. Это в 18 раз больше, чем на предыдущем этапе.

Суммарное уравнение кислородного этапа можно представить следующим образом:

Суммарное же уравнение энергетического обмена имеет вид:

Завершающей стадий этапов энергетического обмена является выведение из организма продуктов метаболизма.

Мы рассмотрели, что такое энергетический обмен, изучили кратко энергетический обмен и этапы обмена веществ.

Совокупность процессов превращения материи в живом организме, сопровождающихся постоянным ее обновлением, называется обменном веществ или метаболизмом.

Важнейшими свойствами живых организмов являются способность, к самовоспроизведению и теснейшая взаимосвязь их с окружающей средой. Любой организм может существовать только при условии постоянного притока питательных веществ из внешней среды и выделения в нее продуктов жизнедеятельности.

Питательные вещества, поглощаемые клеткой, в результате сложных биохимических реакций превращаются в специфические клеточные компоненты. Совокупность биохимических процессов поглощения, усвоения питательных веществ и создания за их счет структурных элементов клетки называется конструктивным обменом или анаболизмом. Конструктивные процессы идут с поглощением энергии. Энергию, необходимую для процессов биосинтеза других клеточных функций, таких, как движение, осморегуляция и т. д., клетка получает за счет потока окислительных реакций, совокупность которых представляет собой энергетический обмен, или катаболизм
В организме человека непрерывно протекают сложные процессы обмена веществ.

Обмен веществ или метаболизм, это совокупность всех химических изменений и всех видов превращений веществ и энергии, обеспечивающих развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптацию к изменениям внешних условий.

Основу обмена веществ составляют процессы катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (от греч. katabole – сбрасывание, разрушение) – совокупность протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ, включая и пищевые. В процессе катаболизма, который называют также диссимиляцией, происходит освобождение энергии, заключенной в химических связях крупных органических молекул, и запасание ее в форме богатых энергией связей АТФ. К катаболическим процессам относятся клеточное дыхание, гликолиз, брожение. Основные конечные продукты катаболизма – вода, углекислый газ, аммиак, мочевина, молочная кислота, которые выводятся из организма через кожу, легкие и почки.

Анаболизм (от греч. anabole – подъем) – совокупность химических процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей. Процессы анаболизма, которые называют также ассимиляцией, составляют противоположную катаболизму сторону обмена веществ, и заключаются в синтезе сложных молекул из более простых с использованием энергии, высвободившейся в первой фазе метаболизма.

Посредником между организмом и внешней средой является кровь, которая принимает продукты распада, а также несет к тканям вещества, необходимые для осуществления процессов ассимиляции.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны между собой и составляют сущность жизни. Однако между ними далеко не всегда наблюдается равновесие. Так, при процессах роста преобладают процессы ассимиляции; при голодании, тяжелых заболеваниях, интенсивном физическом и умственном труде процессы диссимиляции могут быть значительно выше процессов ассимиляции. При правильном соотношении процессов ассимиляции и диссимиляции в организме взрослого человека наблюдается относительное равновесие в обмене веществ, что выражается в постоянстве веса. Снижение веса свидетельствует о недостатке веществ в организмоме и, наоборот, прибавка в весе говорит о преобладании процессов синтеза над процессами распада.

Процессы распада и синтеза осуществляются путем последовательных химических реакций с участием соответствующих ферментов. С рождением человека для каждого из нас характерен генетически обусловленный обмен веществ. В процессе жизни обмен веществ регулируется гормонально, координирует же эту деятельность центральная нервная система.

Обмен веществ и питание нельзя рассматривать отдельно. Не вызывает сомнений, что фактор питания сыграл важную роль в эволюции человека. Питание относится к числу наиболее древних связей между организмом и окружающей средой. Пища, которую наш предок в течение тысячелетий получал из окружающей среды, формировала современный обмен веществ каждого из нас. Изменение структуры питания – это непрерывный процесс, который продолжается и в наше время, однако изучению последствий этого процесса в специальной литературе внимания уделяется явно недостаточно.

Говоря о питании как факторе коррекции форм и веса тела, рассматривают, как правило, его химический состав и количество заключенной в нем энергии. Однако организм усваивает не всю энергию, заключенную в пищевых продуктах. Мы видим вокруг себя сотни примеров, когда люди с приблизительно схожим по калорийности рационом питания и с приблизительно равным суточным расходом энергии, имеющие к тому же одинаковый вес, в течение нескольких лет могут существенным образом изменить в противоположные стороны свои формы и вес тела. При направленном питании желающие увеличить свой вес принимают большое количество высококалорийной пищи, однако вес увеличивается не у всех; многие питаются низкокалорийной пищей в небольших объемах, а вес уменьшается на относительно небольшую величину или остается на прежнем уровне. Конечно, если приход энергии (в абсолютных величинах) будет меньше ее расхода, вес начнет снижаться, т.к. процессы обмена веществ в организме подчиняются закону массы и энергии. Энерготраты организма человека выражаются в килокалориях (ккал). Этой же единицей обозначается и энергетическая ценность пищи.

Калорийность - это энергетическая ценность пищевых продуктов; каждый грамм белка и каждый грамм углеводов при сгорании в организме (окислении) образуют тепло, равное 4,1 ккал, а грамм жира – 9,3 ккал.

Энерготраты человека делят на две группы: нерегулируемые и регулируемые.

К нерегулируемым энерготратам относят расход энергии на основной обмен и на процессы пищеварения.

В процессе пищеварения при приеме белков основной обмен повышается на 30-40%, жиров – 4-14%, углеводов – на 4-6%. При смешанном питании с оптимальным количеством потребляемых продуктов основной обмен повышается в среднем на 10-15%.

Регулируемые энерготраты – это расход энергии при различных видах деятельности. Они особенно велики при длительном сокращении больших групп мышц в условиях аэробного энергообеспечения. В некоторых видах спорта на выносливость высококвалифицированные спортсмены способны тратить энергии больше, чем может усвоить их организм, что стало объективной причиной ограничения величин тренировочных нагрузок.

Обмен белков в организме . Белки – сложные органические соединения. В организме они синтезируются из аминокислот. Аминокислоты характеризуются наличием в них аминогруппы (NH₂). В состав белковых молекул входят также углерод и некоторые другие вещества. Функции белков в организме многочисленны: раздражимость и сократимость мышц, пищеварительные процессы и др. Белки поступают в организм с пищевыми продуктами. Разные продукты содержат соответствующее количество белков. Синтез белков в организме возможен только из аминокислот, причем, для образования белков нужны определенные аминокислоты. Некоторые из них организм может синтезировать сам, но 10 аминокислот он образовывать не в состоянии, поэтому они называются незаменимыми. В белках животного происхождения, поступающих в составе пищи, содержатся все необходимые организму аминокислоты. Их называют полноценными. Белки растительного происхождения – неполноценные, т.к. не содержат всех аминокислот, необходимых для синтеза белков.

В организме человека белки, как было отмечено выше, в запас не откладываются. При избыточном поступлении аминокислот после отщепления от них аминогрупп образуются углеводы и жиры. Потребность взрослого человека в белках в среднем составляет 100 г в сутки, причем, соотношение животных и растительных белков в среднем должно составлять 55:45. При больших физических нагрузках, а также при высокой температуре окружающей среды потребности организма в белках возрастают до 120-170 г.

Конечными продуктами расщепления белков являются аммиак, мочевая кислота, мочевина, которые удаляются из организма главным образом через почки.

Обмен углеводов в организме . Углеводы построены из трех химических элементов: углерода, водорода и кислорода. В обычных условиях человек в сутки потребляет 400-800 г углеводов. При переваривании пищи углеводы превращаются в глюкозу, которая затем всасывается кровью и разносится по всему телу. Однако, благодаря взаимодействию гормонов инсулина и адреналина, концентрация глюкозы в крови удерживается на относительно постоянном уровне. Из глюкозы при содействии инсулина образуется гликоген, который откладывается в мышцах и печени.

Функции углеводов в организме многообразны, но основная их роль – источник энергии. При физической работе именно гликоген расщепляется первым. Запасы гликогена в организме относительно невелики. Поступающий с пищей избыток углеводов служит организму материалом для синтеза белков. Повысить же запасы гликогена можно, систематически занимаясь аэробными упражнениями. Постоянно истощая углеводные запасы, мы усилим процессы их синтеза в восстановительном периоде, превысив исходный уровень гликогена.

Конечные продукты расщепления углеводов – вода и углекислый газ – удаляются из организма с выдыхаемым воздухом, с потом и мочей.

Обмен липидов в организме. Липиды - это большие группы жиров и жироподобных веществ различного химического строения. Они не растворяются в воде. Количество липидов в организме в норме составляет 10-20% от массы тела, при нарушении обмена веществ – до 50%.

Кроме названных, в организме постоянно происходит обмен воды и минеральных солей, значимую роль в обмене веществ играют витамины.

Заключение.

Таким образом конструктивные и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. У большинства прокариот они тесно связаны между собой. Метаболизм прокариот, как энергетический, так и конструктивный, отличается чрезвычайным разнообразием, которое является результатом способности этих форм жизни использовать в качестве источников энергии и исходных субстратов для построения веществ тела самый широкий набор органических и неорганических соединений.

Энергетический метаболизм в целом сопряжен с биосинтетическими и другими энергозависимыми процессами, происходящими в клетке, для протекания которых он поставляет энергию, восстановитель и необходимые промежуточные метаболиты. Сопряженность двух типов клеточного метаболизма не исключает некоторого изменения их относительных масштабов в зависимости от конкретных условий.

Энергетические процессы прокариот по своему объему (масштабности) значительно превосходят процессы биосинтетические, и протекание их приводит к существенным изменениям в окружающей среде. Разнообразны и необычны в этом отношении возможности прокариот, способы их энергетического существования. Все это вместе взятое сосредоточило внимание исследователей в первую очередь на изучении энергетического метаболизма прокариот.

Процесс превращения внешних веществ в энергию и совокупность реакций, в результате которых образуются сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности организма, называется метаболизмом или обменом веществ. Основные процессы метаболизма – ассимиляция и диссимиляция, тесно взаимосвязанные между собой.

Метаболизм

Обмен веществ происходит на клеточном уровне, но начинается с процесса пищеварения и дыхания. В обмене веществ участвуют органические соединения и кислород.

Питательные вещества поступают с пищей в желудочно-кишечный тракт, и уже в ротовой полости начинают расщепляться. В результате пищеварения молекулы веществ попадают через кишечные ворсинки в кровь и разносятся каждой клетке. Кислород поступает в лёгкие при дыхании и также разносится кровяным потоком.

Ассимиляция и диссимиляция в метаболизме – два взаимосвязанных процесса, идущих параллельно:

ассимиляция или анаболизм – совокупность процессов синтеза органических веществ с затратой энергии;
диссимиляция или катаболизм – процесс распада или окисления, в результате которого образуются более простые органические и неорганические вещества и энергия.

Диссимиляция называется энергетическим обменом, т.к. главная цель процесса – получение энергии. Ассимиляция называется пластическим обменом, т.к. высвободившаяся в результате диссимиляции энергия идёт на постройку организма.

которые читают вместе с этой

Клеточный обмен

Происходящие в клетке процессы ассимиляции и диссимиляции веществ играют важную роль для всего организма. Получение энергии из поступающих веществ происходит в цитоплазме и митохондриях. В ходе диссимиляции образуются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат).

Это универсальный источник энергии, который участвует в дальнейших процессах обмена веществ. Ход катаболизма на примере расщепления крахмала описан в таблице.

Диссимиляция

Где происходит

Результат

Пищеварительный тракт многоклеточных животных
Одномембранные органоиды – лизосомы в любой эукариотной клетке
Пищеварительные вакуоли одноклеточных животных

Расщепление поступивших в организм белков, жиров, углеводов до более простых соединений:

– белки – до аминокислот;

– жиры – до жирных кислот и глицерина;

– сложные углеводы (крахмал) – до глюкозы. На этой стадии вся энергия рассеивается в виде тепла.

Бескислородное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты с образованием энергии. Большая часть (60 %) энергии рассеивается в виде тепла, оставшаяся часть (40 %) используется для образования двух молекул АТФ. В дальнейшем без доступа кислорода пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту

Расщепление пировиноградной кислоты с участием кислорода. Образуется вода и углекислый газ – – конечные продукты распада и 36 молекул АТФ. И на этой стадии примерно 55 % энергии рассеивается в виде тепла, и примерно 45 % переходит в энергию химических связей АТФ

В состав АТФ входят:

АТФ является макроэргическим соединением и при гидролизе (взаимодействии с водой) высвобождает значительное количество энергии, которая идёт на восстановление и развитие организма, поддержание температуры тела, а также участвует в химических реакциях в процессе ассимиляции. Из более простых веществ в ходе анаболизма синтезируются сложные вещества, характерные для данного организма.

Примеры ассимиляции:

Процессы обмена веществ регулируются гормонами. Например, адреналин сдвигает обмен веществ в сторону диссимиляции, а инсулин – в сторону ассимиляции.
Все реакции метаболизма катализируются специфическими ферментами.

Автотрофы и гетеротрофы

Все живые организмы в зависимости от способа питания делятся на автотрофов и гетеротрофов. К автотрофам относятся растения и некоторые бактерии, которые синтезируют органические вещества из неорганических. Такие организмы самостоятельно создают все необходимые для жизнедеятельности вещества.

В растениях процесс ассимиляции называется фотосинтезом. В качестве источника энергии для синтеза органических веществ используется солнечный свет. Это основной источник энергии!

Гетеротрофы – организмы, использующие для получения энергии и поддержания жизнедеятельности готовые органические соединения. К гетеротрофам относятся все животные, грибы, большинство бактерий и растения-паразиты. Органические вещества с пищей поступают в организм, где начинаются процессы анаболизма и катаболизма для высвобождения энергии и получения необходимых веществ.

Рис. 3. Сравнение автотрофов и гетеротрофов.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса биологии узнали о главных процессах, составляющих метаболизм, – ассимиляции (анаболизме) и диссимиляции (катаболизме). В результате катаболизма образуются простые органические вещества, из которых в процессе ассимиляции синтезируются сложные вещества, необходимые организму.

ГОСТ

Обмен веществ и его типы

Обмен веществ и энергии в живых организмах называется метаболизмом.

Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма в изменяющихся условиях существования – гомеостаз. Обмен веществ слагается из двух взаимосвязанных и взаимопротивоположных процессов. Это процессы диссимиляции, в которых происходит расщепление органических веществ и выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ, и процессы ассимиляции, в которых энергия АТФ используется для синтеза собственных, необходимых организму соединений.

Процессы диссимиляции называют, также, катаболизмом и энергетическим обменом. А процессы ассимиляции носят еще названия анаболизма и пластического обмена. Такое обилие синонимов одного и того же понятия возникло потому, что реакции обмена веществ изучали ученые различных специальностей:

биохимики,
физиологи,
цитологии,
генетики,
молекулярные биологи.

Но все названия и термины прижились и активно используются учеными.

Формы поступления энергии в живые организмы

Готовые работы на аналогичную тему

Для всех живых организмов Земли Солнце является основным источником энергии. Именно благодаря ему организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.

Организмы, которые могут синтезировать органические соединения из неорганических, называются автотрофами. Они разделяются на две группы. Одни способны использовать энергию солнечного света. Это – фотосинтетики или фототрофы. В основном это - зеленые растения, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

Другая группа автотрофов использует энергию, которая освобождается во время химических реакций. Такие организмы называются хемотрофами или хемосинтетиками.

Грибы, большая часть животных и бактерий не могут сами синтезировать органические вещества. Такие организмы называются гетеротрофами. Для них источником энергии служат органические соединения, синтезированные автотрофами. Энергия используется живыми организмами для химических, механических, тепловых и электрических процессов.

Подготовительный этап энергетического обмена

Энергетический обмен принято условно разделять на три основных этапа. Первый этап назвали подготовительным. На этом этапе макромолекулы под воздействием ферментов расщепляются до мономеров. В ходе реакций происходит выделение довольно незначительного количества энергии, которое рассеивается в виде тепла.

Бескислородный этап энергетического обмена

Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена происходит в клетках. Мономеры, которые образовались на предыдущем этапе (глюкоза, глицерин и т.п.), подвергаются дальнейшему многоступенчатому расщеплению без доступа кислорода. Главным на этом этапе является процесс расщепления молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты с образованием двух молекул АТФ.

$C_6H_O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_3H_6O_3 + 2АТФ + 2H_2O$

В ходе этой реакции (реакция гликолиза) выделяется около $200$ кДж энергии. Однако она не вся превращается в тепло. Часть ее используется для синтеза двух, богатых на энергию (макроэргических), фосфатных связей в молекулах АТФ. Глюкоза также расщепляется в ходе спиртового брожения.

$C_6H_O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2АТФ + 2H_2O$

Кроме спиртового существуют еще такие виды бескислородного брожения, как маслянокислое и молочнокислое.

Кислородный этап энергетического обмена

На этом этапе соединения, образованные на бескислородном этапе, окисляются до конечных продуктов реакции – углекислого газа и воды. Английский биохимик Адольф Кребс в $1937$ году открыл последовательность превращений органических кислот в матриксе митохондрий. В его честь совокупность этих реакций назвали циклом Кребса.

Полное окисление молекул молочной или пировиноградной кислоты, образованных в ходе анаэробного процесса, до углекислого газа и воды сопровождается выделением $2800$ кДЖ энергии. Этого количества хватит на синтез $36$ молекул АТФ (в $18$ раз больше, чем на предыдущем этапе).

Суммарное уравнение кислородного этапа энергетического обмена выглядит так:

$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36АДФ + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36АТФ$

Подводя общий итог, можно записать суммарное уравнение энергетического обмена:

$C_6H_O_6 + 6O_2 + 38АДФ + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38АТФ$

На завершающей стадии происходит выведение продуктов метаболизма из организма.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 09 02 2022

Маргарита Андреевна Белоцерковская

Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.

Читайте также: