Обмін речовин, або метаболізм, включає два взаємозв’язані процеси – диссимиляцию і асиміляцію. Дисиміляція в біології – це реакції розщеплення або окислення органічних сполук, що супроводжуються виділенням енергії. Також її називають катаболізмом, або енергетичним обміном.

Загальний опис

Вікіпедія визначає диссимиляцию як метаболічну деградацію органічних речовин до більш примітивних з утворенням енергії. У загальному сенсі катаболізм – це сукупність окисно-відновних реакцій, спрямованих на руйнування складних з’єднань.

Біологічна роль розщеплення – отримання енергії. Може розпадатися надійшла ззовні їжа або запаси всередині організму. Полісахариди, накопичені у формі глікогену, і жири починають розщеплюватися при відсутності їжі. Тому катаболізм називають енергетичним обміном.

Стадії

Етапи дисиміляції можуть відбуватися в присутності чи у відсутності кисню.

У зв’язку з цим виділяють два типи живих організмів:

• анаероби не використовують кисень для розпаду;
• аероби потребують кисень для розщеплення сполук.

До анаеробів належить більшість бактерій, багато з яких використовуються людиною в харчовій промисловості. Анаероби отримують енергію завдяки бродінню.

У природі найчастіше зустрічається два типи бродіння:

• молочне – розпад глюкози з утворенням молочної кислоти;
• спиртове – розпад глюкози з вивільненням вуглекислого газу і етилового спирту.

При взаємодії сполук з киснем відбувається окислення або внутрішнє дихання.

Процес дисиміляції в цьому випадку включає три стадії:

• підготовчий;
• безкисневий;
• кисневий.

У результаті повного розпаду речовин при бродінні і окисленні утворюються молекули АТФ (аденозинтрифосфату), що є універсальним «паливом», а також побічні продукти – вуглекислий газ і вода. У людини вода виводиться через нирки і шкіру, СО2 вивільняється через легені в процесі зовнішнього дихання.

На замітку! Частина АТФ вивільняється як тепло, частина бере участь у подальшої асиміляції – пластичному обміні, при якому синтезуються складні специфічні для конкретного організму речовини.

Етапи енергетичного обміну

Підготовчий

Процес біологічної дисиміляції починається в травному тракті. Їжа попадає в ротову порожнину і починає перетравлюватися. З допомогою ферментів, що знаходяться в слині, крохмаль розщеплюється. Потім оброблена їжа потрапляє у шлунок і дванадцятипалу кишку, де триває розпад при взаємодії з ферментами і водою (гідроліз).

Кожна речовина розпадається по-своєму. В таблиці наведено загальний процес катаболізму органічних сполук.

Речовина	Де відбувається	Що відбувається
Білки	У шлунку	Розпадаються до амінокислот, які відразу вбудовуються в процес анаболізму, або асиміляції. З них синтезуються складні білки, ферменти, гормони і т. д.
Жири	В клітинах печінки	Розкладаються до жирних кислот і гліцерину. Кислоти, взаємодіючи з коферментом А, утворюють ацил-КоА. Окислюючись, він формує ацетил-КоА. Це з’єднання вбудовується в клітинне дихання на стадії циклу Кребса при відсутності пірувату. Гліцерин перетворюється в фосфоглицериновый альдегід, вовлекающийся в вуглеводний обмін речовин
Вуглеводи	У ротовій порожнині	Розпадаються до глюкози, яка проходить безкисневий і кисневий етапи катаболізму.

Важливо! Розщеплення відбувається з виділенням тепла, тобто незначною кількістю енергії.

1 етап

Безкисневий

В біології важливу роль відіграють вуглеводи – основні джерела енергії для эукариотических і прокариотических клітин. Дисиміляція на даному етапі спрямована на розщеплення глюкози, утвореної на першому етапі, до піровиноградної кислоти. Процес відбувається у безкисневому середовищі в цитоплазмі клітини і називається гліколізом.

Загальна реакція:

С6Н12О6 (глюкоза) → 2СН3СОСООН (піруват) + 2АТФ

Реакція відбувається в присутності двох молекул коферменту НАД+, АДФ, фосфатів. Крім пірувату і АТФ утворюється НАДН, протон водню і вода. НАДН і водень переходять в кисневий етап.

На замітку! При подальшій відсутності кисню піруват перетворюється в молочну кислоту.

2 етап

Кисневий

З’ясуємо, який етап дисиміляції називають кисневим. Третій етап проходить у присутності кисню в мітохондріях. Процес окислення називається клітинним або внутрішнім диханням.

Окислення включає дві стадії:

• цикл Кребса протікає в матриксі мітохондрій;
• окисне фосфорилювання здійснюється на складках внутрішньої мембрани (кристах).

Від пірувату кофермент А відщеплює ацетильную групу. Утворюється ацетил-КоА з виділенням вуглекислого газу. Потім ацетил-КоА вступає в цикл Кребса, що складається з наступних реакцій:

• ацетил-КоА з’єднується з оксалоацетатом, утворюючи цитрат (лимонну кислоту);
• в результаті восьми реакцій від цитрату відщеплюється водень і вуглекислий газ, знову утворюючи оксалоацетат;
• оксалоацетат приймає ацетил-КоА, повторюючи цикл.

3 етап

В результаті одного циклу утворюється НАДН, ФАДН2, СО2, Н2О, ГДФ (гуанозиндифосфат), бере участь у синтезі АТФ.

На кристах знаходиться дихальна ланцюг, за допомогою якої здійснюється окислювальне фосфорилювання. По дихальному ланцюгу передаються протони водню та електрони, які відокремилися від НАДН і ФАДН2 в результаті окислення.

Протони водню накопичуються з зовнішньої сторони кріст, електрони – на внутрішній стороні. Протони прагнуть проникнути всередину мітохондрії, але можуть це зробити лише через спеціально вбудований білок – АТФ-синтетазу. В результаті виникає критичний рівень електричного градієнта, що рухає протони до білків. Енергія пересування використовується для синтезу АТФ, а потрапили в матрикс протони з’єднуються з киснем, утворюючи воду.

Остаточні продукти дисиміляції на кисневому етапі – шість молекул вуглекислого газу, 12 молекул води і 38 молекул АТФ.

Корисне відео: лекція за темою «Дисиміляція»

Висновок

В ході катаболізму відбувається безліч біохімічних реакцій, спрямованих на вилучення енергії з різних органічних речовин. Ось чому диссимиляцию і називають енергетичним обміном. Давати енергію можуть не тільки вуглеводи, але і жири, а також амінокислоти (в окремих випадках). Їх розщеплення призводить до утворення ацетил-КоА, який вбудовується в цикл Кребса і «запускає» клітинне дихання.