Этапы диссимиляции: что это такое в биологии

Обмен веществ, или метаболизм, включает два взаимосвязанных процесса – диссимиляцию и ассимиляцию. Диссимиляция в биологии – это реакции расщепления или окисления органических соединений, сопровождающиеся выделением энергии. Также ее называют катаболизмом, или энергетическим обменом.

Общее описание

Википедия определяет диссимиляцию как метаболическую деградацию органических веществ до более примитивных с образованием энергии. В общем смысле катаболизм – это совокупность окислительно-восстановительных реакций, направленных на разрушение сложных соединений.

Биологическая роль расщепления – получение энергии. Может распадаться поступившая извне пища или запасы внутри организма. Полисахариды, накопленные в форме гликогена, и жиры начинают расщепляться при отсутствии пищи. Поэтому катаболизм называют энергетическим обменом.

Это интересно! Уроки биологии: что такое фотосинтез

Стадии

Этапы диссимиляции могут происходить в присутствии или в отсутствии кислорода.

В связи с этим выделяют два типа живых организмов:

• анаэробы не используют кислород для распада;
• аэробы нуждаются в кислороде для расщепления соединений.

К анаэробам относится большинство бактерий, многие из которых используются человеком в пищевой промышленности. Анаэробы получают энергию благодаря брожению.

В природе чаще всего встречается два типа брожения:

• молочное – распад глюкозы с созданием молочной кислоты;
• спиртовое – распад глюкозы с высвобождением углекислого газа и этилового спирта.

Это интересно! Из чего состоит нуклеотид и что это такое

При взаимодействии соединений с кислородом происходит окисление или внутреннее дыхание.

Процесс диссимиляции в этом случае включает три стадии:

• подготовительный;
• бескислородный;
• кислородный.

В итоге полного распада веществ при брожении и окислении образуются молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), являющиеся универсальным «топливом», а также побочные продукты – углекислый газ и вода. У человека вода выводится через почки и кожу, СО2 высвобождается через легкие в процессе внешнего дыхания.

На заметку! Часть АТФ высвобождается как тепло, часть участвует в дальнейшей ассимиляции – пластическом обмене, при котором синтезируются сложные специфичные для конкретного организма вещества.

Этапы энергетического обмена

Подготовительный

Процесс биологической диссимиляции начинается в пищеварительном тракте. Пища попадает в ротовую полость и начинает перевариваться. С помощью ферментов, находящихся в слюне, расщепляется крахмал. Затем обработанная пища попадает в желудок и двенадцатиперстную кишку, где продолжается распад при взаимодействии с ферментами и водой (гидролиз).

Каждое вещество распадается по-своему. В таблице приведен общий процесс катаболизма органических соединений.

Это интересно! Каково значение гомеостаза и что это такое

Важно! Расщепление происходит с выделением тепла, т.е. незначительным количеством энергии.

1 этап

Бескислородный

В биологии важную роль играют углеводы – основные источники энергии для эукариотических и прокариотических клеток. Диссимиляция на данном этапе направлена на расщепление глюкозы, образованной на первом этапе, до пировиноградной кислоты. Процесс происходит в бескислородной среде в цитоплазме клетки и называется гликолизом.

Общая реакция:

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

Реакция происходит в присутствии двух молекул кофермента НАД+, АДФ, фосфатов. Помимо пирувата и АТФ образуется НАДН, протон водорода и вода. НАДН и водород переходят в кислородный этап.

На заметку! При дальнейшем отсутствии кислорода пируват превращается в молочную кислоту.

2 этап

Кислородный

Выясним, какой этап диссимиляции называют кислородным. Третий этап проходит в присутствии кислорода в митохондриях. Процесс окисления называется клеточным или внутренним дыханием.

Окисление включает две стадии:

• цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий;
• окислительное фосфорилирование осуществляется на складках внутренней мембраны (кристах).

От пирувата кофермент А отщепляет ацетильную группу. Образуется ацетил-КоА с выделением углекислого газа. Затем ацетил-КоА вступает в цикл Кребса, состоящий из последующих реакций:

• ацетил-КоА соединяется с оксалоацетатом, образуя цитрат (лимонную кислоту);
• в результате восьми реакций от цитрата отщепляется водород и углекислый газ, снова образуя оксалоацетат;
• оксалоацетат принимает ацетил-КоА, повторяя цикл.

Это интересно! Как устроены органеллы: строение и функции органоидов растительной клетки и животной

3 этап

В результате одного цикла образуется НАДН, ФАДН2, СО2, Н2О, ГДФ (гуанозиндифосфат), участвующий в синтезе АТФ.

На кристах находится дыхательная цепь, с помощью которой осуществляется окислительное фосфорилирование. По дыхательной цепи передаются протоны водорода и электроны, отделившиеся от НАДН и ФАДН2 в результате окисления.

Протоны водорода накапливаются с внешней стороны крист, электроны – на внутренней стороне. Протоны стремятся проникнуть внутрь митохондрии, но могут это сделать только через специально встроенный белок – АТФ-синтетазу. В результате возникает критический уровень электрического градиента, двигающий протоны к белкам. Энергия передвижения используется для синтеза АТФ, а попавшие в матрикс протоны соединяются с кислородом, образуя воду.

Окончательные продукты диссимиляции на кислородном этапе – шесть молекул углекислого газа, 12 молекул воды и 38 молекул АТФ.

Полезное видео: лекция по теме «Диссимиляция»

Вывод

В ходе катаболизма происходит множество биохимических реакций, направленных на извлечение энергии из разных органических веществ. Вот почему диссимиляцию и называют энергетическим обменом. Давать энергию могут не только углеводы, но и жиры, а также аминокислоты (в редких случаях). Их расщепление приводит к образованию ацетил-КоА, который встраивается в цикл Кребса и «запускает» клеточное дыхание.