Катаболизм это совокупность реакций в которых происходит: катаболизм | это… Что такое катаболизм?

Содержание

«Обмен веществ. Метаболизм». 9-й класс

Цели урока:

познакомить учащихся с понятием «обмен веществ в организме», показать, что ассимиляция и диссимиляция — это два взаимосвязанных процесса;
обеспечить закрепление основных биологических понятий: пластический и энергетический обмен; анаболизм, катаболизм, метаболизм, фотосинтез, ассимиляция, диссимиляция, распад;
формировать умение выделять сущность процесса в изучаемом материале; обобщать и сравнивать, делать выводы; работать с текстом, схемами, другими источниками;
реализация творческого потенциала учащихся, развитие самостоятельности;
понимать влияние обмена веществ на сохранение и укрепление здоровья.

Элементы содержания: ассимиляция, диссимиляция, анаболизм, катаболизм, пластический обмен, энергетический обмен, метаболизм, обмен веществ.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: таблицы «Обмен веществ в организме», «Биосинтез белка», «Гликолиз».

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1) Биологический диктант (допишите незаконченное предложение)

Фронтальный опрос

По строению органоиды клетки делятся на __________ (мембранные и немембранные).
Лизосомы содержат ______ (пищеварительные ферменты).
Митохондрии являются _____________ (энергетическим центром клетки).
Рибосомы состоят из _______ (белка и РНК).
Выросты внутренней мембраны митохондрий называются ________ (кристами).
Пластиды характерны только для _______ (растительных клеток).
Лизосомы образуются в ________
(комплексе Гольджи).
ЭПС участвует во внутриклеточной _________ (транспортировке веществ).
Стопки мембран в пластидах, содержащие хлорофилл, называются ______ (гранами).
Синтез белка осуществляется при помощи ________ (рибосом).

III. Изучение нового материала

Актуализация знаний

Процесс тот имеет две стороны.
Обе они организму нужны:
За счет одного он рост прибавляет,
Энергию в клетках другой запасает.
(Обмен веществ = метаболизм;
пластический обмен = ассимиляция = анаболизм;
энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм)
Реакции синтеза в клетках идут,
… тот вид обмена зовут.
(Пластическим)
Глюкоза спешит в гликоген превращаться,
А в жир — глицерин, ну куда им деваться?
Сцепились аминокислоты в белки.
Ты этот процесс мне назвать помоги.
(Анаболизм = ассимиляция)
Распада реакций — каскад в организме!
Важен этап этот для нашей жизни:
Энергию клеткам он нашим дает,
К развитию, росту он тканей ведет.
(Катаболизм = диссимиляция)

Задание: сравните два определения, найдите, есть ли в них отличие или они сходны. Чем вы это можете объяснить?

Метаболизм — ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.

Обмен веществ — последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.

Объяснение учителя, показ презентации: Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных процессов — анаболизма и катаболизма.

Ассимиляция, или анаболизм (пластический обмен), — совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток

1. В ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул-предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.

2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственный всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и Цианобактерий).

3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.

Диссимиляция, или катаболизм (энергетический обмен), — совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот — в цитоплазме, на мембранных структурах.

3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.

Самостоятельная работа по вариантам с биологическим текстом (работа в парах)

Учащиеся каждого варианта работают с текстом, а затем формулируют ответ, дополняют его. Происходит обсуждение, в ходе которого формулируются и записываются ответы на проблемные вопросы.

1 вариант

Прочитайте текст

Пластический обмен.

Пластический обмен (ассимиляция) — это совокупность реакций анаболизма (биосинтеза), или создание сложных молекул из простых. Процессы анаболизма, происходящие в зелѐных растениях с использованием солнечной энергии, имеют планетарное значение, играя решающую роль в синтезе органических веществ из неорганических (фотосинтез). Очень интенсивно анаболизм происходит в периоды роста: у животных — в молодом возрасте, у растений — в течение вегетационного периода. В клетке постоянно синтезируются белки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов, нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии, которая освобождается при расщеплении молекулы АТФ, образовавшейся в ходе энергетического обмена.

Ответьте на вопросы.

Какие ещё термины употребляются при данном типе обмена.
Что происходит с энергией?
Что происходит с АТФ?

Подготовьте общий ответ на поставленные вопросы.

2 вариант

Прочитайте текст

Энергетический обмен.

Энергетический обмен или катаболизм — это совокупность реакций распада сложных органических соединений до более простых молекул или окисления какого-либо вещества, обычно протекающего с высвобождением энергии.

Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых. Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме и митохондриях с участием кислорода. Ряд процессов диссимиляции ‒ дыхание, брожение и гликолиз ‒ занимает центральное место в обмене веществ. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения КЛЕТКИ. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Ответьте на вопросы.

Какие ещё термины употребляются при данном типе обмена.
Что происходит с энергией?
Что происходит с АТФ?

IV. Рефлексия

Процессы	Ассимиляция	Диссимиляция
1. Что происходит с энергией?
2. Что происходит с веществами?
3. Начальные продукты процесса
4. Конечные продукты процесса
5. В каком виде используется или расходуется энергия?

V. Домашнее задание

§ 2.8, № 70, 71 в рабочей тетради.

Дополнительный материал к уроку

Особенности обмена веществ у различных организмов

Для каждого живого организма характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, зависящий от условий ѐго существования и от отношения площади поверхности тела к его массе. Это отношение тем больше, чем меньше животное. Следовательно, у крупных животных интенсивность обмена веществ ниже, чем у мелких.

Интенсивность обмена веществ у человека условно принята за единицу.
- Слон — 0,33
- Лошадь — 0,52
- Овца — 1,05
- Собака — 1,57
- Землеройка — 35,24
Если землеройка будет без пищи 7-9 часов, она погибнет!
В организме человека и животных имеет место гормональная регуляция обмена веществ, координируемая центральной нервной системой.
В растущем организме процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции, благодаря чему обеспечивается накопление веществ и роста организма. Это компенсируется усиленным питанием.
При интенсивной физической работе и в старости преобладают процессы диссимиляции. При этом происходит постепенное истощение организма и в конечном итоге гибель организма.
Во время фотосинтеза зеленые растения способны преобразовывать световую энергию Солнца в энергию химических связей органических веществ. В частности, из энергетически бедных веществ СО₂ и Н₂О они синтезируют богатые энергией углеводы и выделяют кислород.

Энергетический обмен — что это, определение и ответ

Энергетический обмен (диссимиляция, катаболизм) – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ.

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т. е. присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ (аденозиндифосфату). Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.
В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.
У большинства живых организмов – аэробов, живущих в кислородной среде, – в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный.
У анаэробов, обитающих в среде, лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Рисунок – распад и синтез АТФ

Этапы энергетического обмена

Рассмотрим энергетический обмен в многоклеточном организме (например, человеческом) и в одноклеточном (например, клетке простейшего).

Первый этап – подготовительный.

В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами.
У одноклеточных – ферментами лизосом.
На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением. Вся энергия на этом этапе рассеивается в виде тепла.

Второй этап – бескислородный (гликолиз).

С₆Н₁₂O₆ + 2АДФ + 2Ф → 2С₃Н₄O₃ + 2АТФ.

Остальная энергия рассеивается в виде тепла.

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С₃Н₆O₃), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных

Третий этап – кислородный.

Состоит из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования.
Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).
Энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене.
Эволюционно кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Окислительное фосфорилирование, или клеточное дыхание.

Происходит на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов и ферментные комплексы АТФ-синтазы.
Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

Суммарная реакция энергетического обмена:

С₆Н₁₂O₆ + 6O₂ → 6СO₂ + 6Н₂O + 38АТФ.

Бескислородный и кислородный этапы энергетического обмена

Для удобства запоминания, используйте таблицу с этапами энергетического обмена.

5.3A: Типы катаболизма — Биология LibreTexts

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 8909

Boundless (теперь LumenLearning)
Boundless

Цели обучения

Обобщить различные виды катаболизма, включенные в обмен веществ (катаболизм углеводов, белков и жиров)

Катаболизм — это совокупность метаболических процессов, которые расщепляют большие молекулы. К ним относятся расщепление и окисление молекул пищи. Целью катаболических реакций является обеспечение энергией и компонентами, необходимыми для анаболических реакций. Точная природа этих катаболических реакций различается от организма к организму; организмы можно классифицировать на основе их источников энергии и углерода, их основных пищевых групп. Органические молекулы используются органотрофами в качестве источника энергии, в то время как литотрофы используют неорганические субстраты, а фототрофы улавливают солнечный свет в качестве химической энергии.

Все эти различные формы метаболизма зависят от окислительно-восстановительных реакций, которые включают перенос электронов от восстановленных молекул-доноров, таких как органические молекулы, вода, аммиак, сероводород или ионы двухвалентного железа, к молекулам-акцепторам, таким как кислород, нитрат или сульфат. У животных в этих реакциях сложные органические молекулы расщепляются до более простых молекул, таких как углекислый газ и вода. В фотосинтезирующих организмах, таких как растения и цианобактерии, эти реакции переноса электронов не высвобождают энергию, а используются как способ хранения энергии, поглощаемой солнечным светом.

Наиболее распространенный комплекс катаболических реакций у животных можно разделить на три основных этапа. В первом большие органические молекулы, такие как белки, полисахариды или липиды, расщепляются на более мелкие компоненты вне клеток. Затем эти более мелкие молекулы поглощаются клетками и превращаются в еще более мелкие молекулы, обычно ацетил-кофермент A (ацетил-КоА) , который высвобождает некоторое количество энергии. Наконец, ацетильная группа в КоА окисляется до воды и углекислого газа в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов, высвобождая энергию, которая запасается за счет восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) в НАДН.

Макромолекулы, такие как крахмал, целлюлоза или белки, не могут быстро поглощаться клетками и должны быть разбиты на более мелкие единицы, прежде чем их можно будет использовать в клеточном метаболизме. Эти полимеры расщепляют несколько общих классов ферментов. Эти пищеварительные ферменты включают протеазы, расщепляющие белки до аминокислот, а также гликозидгидролазы, расщепляющие полисахариды до моносахаридов. Микробы выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, в то время как животные выделяют эти ферменты только из специализированных клеток в кишечнике. Аминокислоты или сахара, высвобождаемые этими внеклеточными ферментами, затем закачиваются в клетки специфическими активными транспортными белками. Упрощенная схема катаболизма углеводов, белков и жиров показана на рис. 9.0038 Рисунок: Катаболизм : Упрощенная схема катаболизма белков, углеводов и жиров

Катаболизм углеводов

Катаболизм углеводов — это расщепление углеводов на более мелкие единицы. Углеводы обычно попадают в клетки после их расщепления на моносахариды. Оказавшись внутри, основным путем распада является гликолиз, при котором сахара, такие как глюкоза и фруктоза, превращаются в пируват и образуется некоторое количество АТФ. Пируват является промежуточным звеном в нескольких метаболических путях, но большая его часть превращается в ацетил-КоА и поступает в цикл лимонной кислоты. Хотя в цикле лимонной кислоты образуется еще некоторое количество АТФ, наиболее важным продуктом является НАДН, который образуется из НАД+ при окислении ацетил-КоА. Это окисление выделяет углекислый газ в качестве побочного продукта. В анаэробных условиях в результате гликолиза образуется лактат с помощью фермента лактатдегидрогеназы, повторно окисляющего НАДН до НАД+ для повторного использования в гликолизе.

Пентозофосфатный путь

Альтернативным путем расщепления глюкозы является пентозофосфатный путь, который восстанавливает кофермент НАДФН и производит пентозные сахара, такие как рибоза, сахарный компонент нуклеиновых кислот. Жиры катаболизируются путем гидролиза до свободных жирных кислот и глицерина. Глицерин инициирует гликолиз, а жирные кислоты расщепляются путем бета-окисления с высвобождением ацетил-КоА, который затем направляется в цикл лимонной кислоты. Жирные кислоты выделяют больше энергии при окислении, чем углеводы, потому что углеводы содержат больше кислорода в своей структуре.

Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, либо окисляются до мочевины и углекислого газа в качестве источника энергии. Путь окисления начинается с удаления аминогруппы трансаминазой. Аминогруппа подается в цикл мочевины, оставляя дезаминированный углеродный скелет в виде кетокислоты. Некоторые из этих кетокислот являются промежуточными продуктами в цикле лимонной кислоты, например, при дезаминировании глутамата образуется α-кетоглутарат. Глюкогенные аминокислоты также могут быть преобразованы в глюкозу посредством глюконеогенеза.

Ключевые моменты

Целью катаболических реакций является обеспечение энергией и компонентами, необходимыми для анаболических реакций.
Микробы просто выделяют пищеварительные ферменты в окружающую среду, в то время как животные выделяют эти ферменты только из специализированных клеток в кишечнике.
Жиры катаболизируются путем гидролиза до свободных жирных кислот и глицерина.
Аминокислоты либо используются для синтеза белков и других биомолекул, либо окисляются до мочевины и углекислого газа в качестве источника энергии.
Углеводы обычно попадают в клетки после того, как они расщепляются на моносахариды, а затем перерабатываются внутри клетки посредством гликолиза.

Ключевые термины

полимер : длинная или более крупная молекула, состоящая из цепи или сети множества повторяющихся звеньев, образованных путем химического связывания множества идентичных или подобных небольших молекул, называемых мономерами. Полимер образуется в результате полимеризации, соединения многих молекул мономера.
ацетил-КоА : Ацетил-кофермент А или ацетил-КоА представляет собой важную молекулу метаболизма, используемую во многих биохимических реакциях. Его основная функция заключается в переносе атомов углерода в ацетильной группе в цикл лимонной кислоты (цикл Кребса) для окисления для производства энергии.
катаболизм : Деструктивный метаболизм, обычно включающий высвобождение энергии и расщепление материалов.

Эта страница под названием 5.3A: Types of Catabolism распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Boundless.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Раздел или Страница
Автор
Безграничный
Лицензия
CC BY-SA
Версия лицензии
4,0
Показать оглавление
нет
Теги
1. ацетил-КоА
2. катаболизм

Определение катаболизма и примеры — Биологический онлайн-словарь

Катаболизм
с. , [kəˈtæbəˌlɪzəm]
Серия разлагающих химических реакций, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы.
Изображение предоставлено: Muessig, CC BY-SA 3.0.

Содержание

Катаболизм Определение

Катаболизм — это ветвь метаболического процесса, которая расщепляет сложные большие молекулы на более мелкие с выделением энергии. Это деструктивная ветвь метаболизма, которая приводит к высвобождению энергии . Каждая живая клетка зависит от энергии для своего существования. Метаболизм – это совокупность основных видов деятельности, происходящих в живом существе для его поддержания. Катаболизм и анаболизм вместе образуют метаболизм.

Итак, возникает вопрос, что такое катаболизм и анаболизм? По существу, существуют две основные ветви метаболизма: деструктивная (или расщепляющая ) ветвь, дающая энергию, т.е. , то есть анаболизм.

Каждая живая клетка осуществляет последовательный набор реакций, которые расщепляют и производят молекулы. Эти последовательные реакции или пути известны как метаболические пути . Каждая стадия этих последовательных реакций происходит под действием определенного фермента. Ферменты действуют на молекулы, называемые субстратами , тогда как молекула, образующаяся в результате химической реакции, известна как продукт . Большинство ферментов связываются с определенным субстратом.

Ниже приведены некоторые общие черты всех метаболических реакций:

Все реакции катализируются ферментом.
Метаболические пути и реакции универсальны, и все организмы проявляют сходство в основных путях.
Во всех метаболических путях используется очень мало химических реакций.
Метаболические реакции включают коферментов . Коэнзимы являются распространенными субстратами, которые участвуют в ряде различных метаболических реакций, например, для НАДН или кофермента А.
Катаболические пути полностью отличаются от анаболических путей, что позволяет лучше контролировать метаболизм.
Ключевые регуляторные ферменты контролируют и модулируют эти метаболические реакции.
Большинство метаболических реакций происходит в специфических клеточных органеллах.

Биологическое определение:
Катаболизм — это процесс, включающий ряд химических реакций разложения, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы, обычно с выделением энергии. Например, большие молекулы, такие как полисахариды, нуклеиновые кислоты и белки, расщепляются на более мелкие единицы, такие как моносахариды, нуклеотиды и аминокислоты, соответственно . Этимология: Греческое «катаболе», что означает «бросать». Синонимы: деструктивный метаболизм. Вариант: Катаболизм. Сравните: анаболизм

Родственное слово « катаболизм ». Итак, что значит катаболический? Определение катаболизма — это то, что отмечено или способствует катаболизму, т. е. метаболическому процессу, включающему расщепление довольно сложной молекулы на более простую форму.

Стадии катаболизма

Катаболизм не является одностадийным процессом, протекающим в клетке. Важно понять, где происходит катаболизм. Часть клетки, где в первую очередь происходит катаболизм, — это митохондрии. Это многоэтапный процесс. Итак, давайте разберемся, какие бывают стадии катаболизма. Существует три основных этапа катаболизма:

Стадия 1 – Стадия пищеварения

Сложные органические молекулы, такие как белки, липиды и полисахариды, катаболизируются до более мелких компонентов или мономеров вне клеток. Эти сложные молекулы не всасываются в своем сложном состоянии, и, следовательно, для их всасывания важно, чтобы эти основные и незаменимые молекулы распадались на легко всасываемые и более мелкие мономеры .

Стадия 2 — Высвобождение энергии

Меньшие молекулы или мономеры представляют собой усваиваемую форму, поглощаются клетками и далее преобразуются в более мелкие молекулы, такие как ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) и высвобождение энергии в процессе.

Стадия 3 – накопление энергии

Наконец, ацетильная группа КоА окисляется до воды и диоксида углерода в цикле лимонной кислоты и цепи переноса электронов. В этом процессе накопленная энергия высвобождается путем восстановления кофермента никотинамидадениндинуклеотида (НАД+) в НАДН .

Стадии катаболизма. Предоставлено: библиотеки LibreTexts, CC BY-NC-SA 3.0.

Катаболизм против анаболизма

Назначение двух ветвей метаболизма, а именно., катаболизм и анаболизм , полностью противоположны друг другу. Анаболические процессы представляют собой процессы построения метаболизма, в которых простые молекулы превращаются в сложные молекулы , тогда как катаболический процесс представляет собой процессы распада, в которых сложные молекулы расщепляются на простые молекулы с высвобождением энергии . Основные различия между катаболизмом и анаболизмом перечислены в таблице ниже.

Таблица 1: Ключевые различия между катаболизмом и анаболизмом
Анаболизм	Катаболизм
Строительная или конструктивная ветвь метаболизма	Нарушение или деструктивная ветвь метаболизма
Сложные молекулы образуются из более простых	Сложные молекулы распадаются на более простые
В этом процессе сохраняется энергия.	В этом процессе высвобождается энергия
Эндергоническая реакция, т.е. поглощение тепла	Экзергоническая реакция, т.е. выделение тепла
Кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.	Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.
Это необходимо для роста, сохранения и хранения.	Это необходимо для обеспечения энергией различных основных видов деятельности живых существ.
Анаболизм не использует кислород, т. е. анаэробный	Катаболизм использует кислород, т.е. аэробный
Функционирует, даже когда тело находится в фазе отдыха или сна.	Функционально, когда тело находится в активном состоянии
Немногие предшественники образуют различные типы продуктов, т. е. дивергентные реакции	Большое количество сложных молекул упрощается до обычных типов малых и простых молекул, т.е. конвергентные реакции
К анаболическим гормонам относятся эстроген, тестостерон, гормоны роста и инсулин.	Некоторыми из катаболических гормонов являются адреналин, цитокин, глюкагон и кортизол.
Синтез полипептидов из аминокислот, гликогена из глюкозы и триглицеридов из жирных кислот является одним из анаболических процессов.	Расщепление белков до аминокислот, гликогена до глюкозы и триглицеридов до жирных кислот является одним из катаболических процессов.
Обычно происходят реакции конденсации и восстановления	Обычно происходят реакции гидролиза и окисления

Образное представление анаболических и катаболических процессов.

Источник: Мария Виктория Гонзага из Biology Online.

Метаболизм относится ко всем химическим реакциям, связанным с преобразованием одной молекулы в другую. Его можно разделить на две категории: катаболизм и анаболизм . Катаболизм относится к процессам, включающим ряд химических реакций разложения, которые расщепляют сложные молекулы на более мелкие единицы. При этом часто выделяется энергия. Таким образом, катаболизм включает деструктивные метаболические процессы. Напротив, анаболизм представляет собой конструктивный метаболизм, поскольку он включает в себя создание или синтез сложных молекул, которые в конечном итоге используются для построения тканей и органов.

Катаболические гормоны

Катаболизм – механизм нарушения обменных процессов. В катаболических процессах участвуют многочисленные незаменимые ферменты. Некоторые гормоны также обладают катаболическим действием. Это:

Адреналин : Также известный как адреналин . Этот гормон вырабатывается в надпочечниках. Он ускоряет частоту сердечных сокращений и отвечает за реакцию «бей или беги» в условиях стресса или чрезвычайной ситуации.
Кортизол: Также известен как гормон стресса. Также вырабатывается в надпочечниках и высвобождается при тревоге, нервозности. Он повышает уровень сахара в крови и кровяное давление.
Глюкагон : Этот гормон вырабатывается поджелудочной железой. Этот гормон необходим для расщепления гликогена на глюкозу. Глюкагон хранится в печени. Гипоактивные состояния или состояния, требующие энергии, такие как борьба, физические упражнения, высокий уровень стресса, печень стимулирует высвобождение гликогена
Цитокины : Использование аминокислот для различных функций организма вызывает высвобождение цитокинов. Цитокины являются своего рода коммуникационными белками между клетками.

Примеры катаболизма у эукариот

Каковы примеры катаболизма? По сути, во время катаболизма сложные молекулы, такие как белки, полисахариды и жиры, расщепляются на небольшие молекулы, такие как аминокислоты, моносахариды и жирные кислоты. Вот некоторые из основных или ключевых катаболических процессов:

Цикл лимонной кислоты
Гликолиз
Липолиз
Окислительное дезаминирование
Окислительное фосфорилирование
Распад мышечной ткани

Цикл лимонной кислоты, гликолиз, липолиз, окислительное дезаминирование и окислительное фосфорилирование являются ключевыми примерами катаболических реакций, происходящих во всех эукариотических клетках.

Цикл Кребса, названный в честь ученого сэра Ганса Кребса (1900-1981), открывшего его, также известен как цикл трикарбоновых кислот (TCA). Сэр Ганс Креб был удостоен Нобелевской премии по медицине (1937). Цикл Кребса представляет собой 8-ступенчатую циклическую реакцию, протекающую в митохондриальном матриксе эукариот и цитоплазме прокариот.

Ключевым источником энергии в цикле трикарбоновых кислот является ацетил-КоА, который окисляется до СО2 и Н3О внутри митохондриального матрикса с одновременным восстановлением НАД до НАДН и ФАД до ФАДН ₂ . НАДН и ФАДН ₂ известны как восстанавливающие эквиваленты в цикле ТСА.

3 молекулы НАДН и одна молекула обоих последовательно используются для образования АТФ в цепи переноса электронов.

При окислении NADH приводит к образованию 3 молекул АТФ, а FADH ₂ — к 2 молекулам АТФ.

Цикл ТСА представляет собой общий путь окисления углеводов, белков и жиров. Один цикл Кребса или цикл ТСА приводит к образованию семи продуктов: GTP, 3 NADH, 3FADH ₂ , 2 CO ₂ .

Его также иногда классифицируют как амфиболический путь , поскольку он является частью как катаболического, так и анаболического путей. Процесс пополнения интермедиатов цикла Кребса известен как анаплероз .

Ключевыми восемью промежуточными соединениями цикла Кребса/ЦТК являются: цитрат, изоцитрат, оксоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота).

Ключевыми ферментами, участвующими в цикле ТСА/Креба, являются яблочная дегидрогеназа, α-кетоглутаратдегидрогеназа, цитратсинтаза, фумараза, и конитаза .

Гликолиз – это катаболический процесс, происходящий во всех эукариотических клетках. Расщепление или лизис глюкозы до пировиноградная кислота в аэробных условиях, тогда как в анаэробных условиях глюкоза превращается в молочную кислоту. Анаэробный гликолиз также известен как Путь Эмбдена-Мейергофа (EMP).

Когда уровень клеточного АТФ низкий, гликолиз инициируется в цитозоле клетки. Гликолиз далее делится на две стадии:

Подготовительная фаза : Здесь одна молекула глюкозы превращается в две молекулы D-глицеральдегид-3-фосфата, который в конечном итоге превращается в фруктозо-6-дифосфат. Наконец, на стадии I фруктозо-6-дифосфат образует 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата.
Фаза получения энергии e: На этой фазе высвобождается органический фосфат для синтеза АТФ. Глицеральдегид на первой стадии окисляется и фосфорилируется с образованием 1,3-дифосфоглицерата, который в конечном итоге образует пировиноградную или молочную кислоту в зависимости от наличия кислорода. 2 АТФ образуются при анаэробном гликолизе глюкозы, в то время как аэробный гликолиз может привести к образованию до 38 молекул АТФ.

Метаболизм глюкозы по этому пути происходит во всех клетках организма. Аэробный гликолиз происходит в головном мозге, тогда как анаэробный гликолиз происходит в эритроцитах из-за отсутствия митохондрий. Этот цикл в эритроцитах также известен как 9-й.0049 Цикл рапапорта-лесозаготовки . Распад гликогена инициирует процесс гликолиза в мышцах человека. Однако клетки головного мозга не имеют запасов гликогена и, следовательно, зависят от уровня глюкозы в крови, чтобы инициировать гликолиз.

Скелетные мышцы человека подвергаются аэробному гликолизу почти в 90% случаев, а также в нормальных условиях. Однако энергичные мышечные сокращения и физические упражнения вызывают анаэробный гликолиз.

Липолиз — это расщепление триглицеридов для получения энергии. В этом процессе триацилглицерин (TAG), хранящийся в клеточных каплях липидов, подвергается гидролитическому расщеплению с образованием неэтерифицированных жирных кислот. Эти неэтерифицированные жирные кислоты впоследствии используются в качестве субстрата для производства энергии, незаменимых предшественников для синтеза липидов и мембран или медиаторов клеточных сигнальных процессов.

Липиды или триглицериды гидролизуются до свободных жирных кислот и глицерина. Образовавшийся глицерин впоследствии становится частью гликолиза, а образующиеся жирные кислоты далее расщепляются путем бета-окисления с высвобождением ацетил-КоА. Этот ацетил-Ко-А является ключевым компонентом цикла лимонной кислоты.

При окислении жирных кислот выделяется больше энергии, чем при окислении углеводов. Это потому, что углеводы содержат больше кислорода в своей структуре. Этот процесс имеет ключевое значение в энергетическом и липидном гомеостазе организма.

Основными ферментами, участвующими в процессе липолиза, являются липопротеинлипаза и гормоночувствительная липаза . Эпинефрин , глюкагон или адренокортикотропный гормон (АКТГ) являются ключевыми гормонами, стимулирующими липолиз.

Полное окисление жирных кислот, особенно триглицеридов, дает максимальное количество АТФ (энергии на грамм), поэтому жирные кислоты являются основной формой хранения топлива у большинства животных.

Катаболизм аминокислот происходит путем переаминирования и окислительного дезаминирования аминокислоты, что приводит к образованию метаболизируемой формы аминокислоты. Окислительное дезаминирование и трансаминирование являются двумя ключевыми этапами катаболизма белков или аминокислот.

Отделение аминогруппы от углеродного скелета аминокислот осуществляется в процессе трансаминирования. Перенос аминогруппы происходит между аминокислотой и α-кетокислотой, что приводит к превращению α-кетокислоты в аланин, аспартат или глутамат соответственно. Процесс переаминирования осуществляется трансаминазами или аминотрансферазами и коферментом пиридоксальфосфатом. Полученный углеродный скелет в конечном итоге используется в анаболическом процессе.

При окислительном дезаминировании удаление аминогруппы в аминокислоте приводит к образованию соответствующей кетокислоты. Эта реакция происходит в печени. Аминовая функциональная группа заменяется кетоновой группой, и в качестве побочного продукта образуется аммиак.

В конце концов, этот токсичный аммиак нейтрализуется в мочевину посредством цикла мочевины. На аминокислоту глутаминовую кислоту , конечный продукт многих реакций трансаминирования, действует фермент глутаматдегидрогеназа 9.0043 (ГДГ) вместе с коферментами НАД или НАДФ, что приводит к образованию α-кетоглутарата (α-КГ) и аммиака .

Моноаминоксидаза является другим ключевым ферментом для окислительного дезаминирования моноаминов.

В митохондриях перенос электронов от НАДН или ФАДН ₂ к О ₂ с помощью серии переносчиков электронов приводит к образованию АТФ. Этот процесс известен как окислительное фосфорилирование и является основным источником АТФ в аэробных организмах.

Более высокая скорость деградации белка по сравнению с его синтезом стимулирует распад ткани скелетных мышц. Это полностью катаболическое состояние организма. Это может произойти в случаях старения, недоедания или болезненных состояний, а именно сепсиса, рака, СПИДа, диабета и почечной недостаточности.

Длительное состояние разрушения мышечной ткани или мышечной атрофии может привести к отказу органов и может быть опасным для жизни. Аминокислоты из запасов белка, особенно в мышечной ткани, высвобождаются в кровь.

Эти аминокислоты превращаются в альфа-кетокислоты в печени. Альфа-кетокислоты превращаются в глюкозу, чтобы удовлетворить потребность в глюкозе крови.

Примеры катаболизма у прокариот

Прокариоты также нуждаются в энергии и углероде для своего существования. Большинство прокариот зависят от других организмов в отношении энергии и углерода, то есть от хемогетеротрофов. Эти потребности прокариот в углероде и энергии удовлетворяются за счет:

Углеродного обмена: Создание органических молекул из углерода внутри клеток,
Энергетический обмен: Используется для роста

В зависимости от источника углерода прокариоты можно классифицировать как

Автотрофы – используют углерод из углекислого газа. Фотоавтотрофы — производители пищи, которую они готовят с помощью света.
Гетеротрофы – используют углерод других живых организмов
Литотрофы – используют неорганические субстраты

На основании энергетического метаболизма прокариоты классифицируются как:

Фототрофные организмы : используют солнечный свет и преобразуют его в химическую энергию в клетках.
Хемотрофные организмы : используют органические или неорганические молекулы для снабжения клетки энергией.

Таким образом, все организмы можно разделить на четыре основные категории

Фотогетеротрофы : используют энергию солнечного света и преобразуют ее в химическую энергию в клетках, используя углерод других организмов. Примерами являются пурпурно-зеленые бактерии, несерные бактерии и гелиобактерии.
Хемогетеротрофы : получают энергию и углерод из органических источников. (Этот режим распространен среди эукариот, например людей.)
Фотоавтотрофы: используют солнечный свет и двуокись углерода в качестве источника углерода, т.е. цианобактерии.
Хемоавтотрофы: используют неорганические молекулы для снабжения клетки энергией и двуокись углерода в качестве источника углерода. Примерами являются прокариоты, расщепляющие сероводород и аммиак.

Примеры катаболизма у прокариот:
Азот является макроэлементом, необходимым для всех жизненных процессов и компонентов, а именно белков, нуклеиновых кислот и т. д. Прокариоты перерабатывают органические соединения окружающей среды с образованием аммиака, ионов аммония, нитратов, нитритов. , и газообразный азот многочисленными процессами. Прокариоты являются неотъемлемой частью круговорота азота. Растения с помощью прокариот фиксируют азот окружающей среды в полезную форму (аммиак). Этот процесс известен как фиксация азота. Почвенные микроорганизмы, называемые диазотрофами, включают такие бактерии, как Azotobacter и археи осуществляют азотфиксацию.
При разложении азотсодержащих органических соединений образуется аммиак. Некоторые прокариоты осуществляют нитрификацию путем анаэробного катаболизма аммиака с образованием N ₂ . В основном при нитрификации аммоний превращается в нитриты и нитраты. Nitrosomonas — почвенная бактерия, осуществляющая нитрификацию. Nitrosomonas , Nitrobacter, и Nitrospira окисляют и превращают Nh5+ в нитрит (NO ₂ −). В этом процессе реакции высвобождается энергия, которая используется бактериями. Обратный процесс также осуществляется бактериями посредством процесса, известного как денитрификация, превращая нитраты из почвы в газообразные соединения, такие как N ₂ O, NO и N ₂ .
Бактерии и грибы осуществляют разложение растений и животных и их органических соединений и образуют семейство редуцентов. Одним из основных источников углекислого газа в окружающей среде является микробное разложение мертвого материала.

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о катаболизме.
Викторина
Выберите лучший ответ.
1. Что из следующего правильно описывает катаболизм?
Метаболический процесс, при котором небольшие молекулы превращаются в более крупные вещества
Метаболический процесс, при котором сложные молекулы расщепляются
Энергоемкий метаболический процесс
2. Молекулы, на которые действуют ферменты
Катализаторы
Продукты
Субстраты
3.