Principalele procese metabolice sunt anabolismul (asimilarea) și catabolismul (disimilarea).
Anabolismul sau asimilarea (din asimilația latină) este un proces endotermic de asimilare a substanțelor care intră în celulă în substanțele celulei în sine. Este un metabolism "creativ".
Cel mai important punct de asimilare este sinteza proteinelor și acizilor nucleici. Un caz special de anabolism este fotosinteza, care este un proces biologic în care o substanță organică este sintetizată din apă, dioxid de carbon și săruri anorganice sub influența energiei radiative a soarelui. Fotosinteza în plantele verzi este un tip de metabolism autotrofic.
Catabolismul sau disimilarea (din latina disimilis - dezinfestare) este un proces exotermic în care substanțele se descompun cu eliberarea de energie. Această descompunere se produce ca rezultat al digestiei și al respirației. Digestia este un proces de degradare a moleculelor mari în molecule mai mici, în timp ce respirația este un proces de catabolism oxidativ de zaharuri simple, glicerol, acizi grași și aminoacizi dezaminat, care are ca rezultat eliberarea energiei chimice vitale. Această energie este utilizată pentru a umple rezervele de adenozin trifosfat (ATP), care este un donator direct (sursă) de energie celulară, o "monedă" de energie universală în sistemele biologice. Reumplerea magazine ATP este furnizat un fosfat de reacție (F) din adenozin difosfat (ADP), și anume:
ADP + F + energie ® ATP
Când ATP se descompune în ADP și fosfat, energia celulei este eliberată și folosită pentru a funcționa în celulă. ATP-ul este un resturi de nucleotide constând din adenină, riboză și trifosfat (grupe trifosfat), în timp ce adenozin difosfat (ADP) are doar două grupări fosfat. Bogăția energiei ATP este determinată de faptul că componenta trifosfat conține două legături fosfor-anhidridă. Energia ATP depaseste energia ADP cu 7000 kcal / mol. Această energie furnizează toate reacțiile biosintetice din celulă ca rezultat al hidrolizei ATP la ADP și fosfat anorganic. Astfel, ciclul ATP-ADP este mecanismul principal al schimbului de energie în sistemele vii.
Două legi ale termodinamicii sunt aplicabile sistemelor vii.
Dacă universul este un sistem reacționară, care se referă la setul de substanțe, prin care curg procesele fizice și chimice pe de o parte, și mediul, cu care sistemul reacționar de schimb de informații, pe de altă parte, în conformitate cu a doua lege a termodinamicii în fizica procese sau reacții chimice, entropia universului crește. Metabolismul organismelor vii nu este însoțit de o creștere a tulburărilor interne, adică organismele de vârstă nu sunt caracterizate de entropii legate de vârstă. În toate condițiile, toate organismele, de la bacterii la mamifere, păstrează caracterul ordonat al structurii lor. Cu toate acestea, pentru entropia însăși, este caracteristică faptul că aceasta crește în mediul înconjurător, iar creșterea continuă a entropiei în mediu este asigurată de organismele vii existente în mediul înconjurător. De exemplu, pentru a extrage energie liberă, organismele anaerobe utilizează glucoza, pe care o primesc din mediul înconjurător și se oxidează cu oxigen molecular, care pătrunde și în mediu. În acest caz, produsele finale ale metabolismului oxidativ (CO2 și H2O) intră în mediu, care este însoțit de o creștere a entropiei mediului, care se datorează parțial disipării căldurii. Creșterea entropiei este crescută în acest caz, în plus, prin creșterea numărului de molecule după oxidare (C6 H12 O6 + 6O2 ® 6SO2 + 6N2 O) t. E. Formarea moleculelor 12 7 molecule. După cum se poate observa, tulburarea moleculară conduce la entropie.
Pentru ființele vii, sursa principală de energie este radiația solară, în special lumina vizibilă, care constă în unde electromagnetice, care se manifestă sub forma unor unități discrete numite fotoni sau cuante de lumină. Într-o lume vie, unele ființe vii captează energia luminoasă, altele primesc energie ca urmare a oxidării nutrienților.
Producția de energie ca urmare a oxidării substanțelor anorganice are loc în timpul chemosintezei.
Organismele de animale primesc energie deja stocată în carbohidrați, prin alimente. În consecință, ele contribuie la o creștere a entropiei mediului. Mitocondriile celulelor acestor organisme energie stocate în carbohidrați, traduse în formă de energie liberă adecvată pentru sinteza moleculelor de alte substanțe, precum și pentru a furniza celule de lucru mecanice, electrice și osmotice. Eliberarea energiei stocate în carbohidrați se realizează ca rezultat al respirației - aerobic și anaerob. În respirația aerobă, scindarea moleculelor care conțin energie stocată are loc prin glicoliză și în ciclul Krebs. Când respirația anaerobă acționează numai asupra glicolizei. Astfel, funcțiile vitale ale celulelor organismelor vii sunt furnizate în sursa principală de energie din care sunt reacției de oxidare-reducere „combustibil“ (glucoză și acizi grași), în care electronii sunt transferate dintr-un compus (oxidare) la altul (de recuperare). Reacțiile de oxidare-reducere implică fosforilarea. Aceste reacții apar atât în fotosinteză, cât și în respirație.
Organismul este un sistem deschis de auto-reglementare, susține și se repetă prin utilizarea energiei conținute în alimente sau generată de Soare. absorbind continuu de materie și energie, viața nu este „angajat“ la echilibrul dintre ordonat și dezordonate, între oranizatsiey moleculară ridicată și dezorganizare. Dimpotrivă, ordinea este caracteristică ființelor vii atât în structura și funcțiile lor, cât și în transformarea și folosirea energiei. Astfel, menținerea ordinii interne, dar producând energia liberă de lumină solară sau alimente, oranizmy vii reciclate la mediu este echivalentă cu cantitatea de energie, ci într-o formă mai puțin utilă, în principal sub formă de căldură, care este împrăștiată, merge în univers.
Procesele de metabolizare și energie sunt supuse reglementării și există multe mecanisme de reglementare. Principalul mecanism pentru reglarea metabolismului este controlul numărului de enzime. Printre mecanismele de reglementare se numără controlul vitezei de degradare a substratului de către enzime, precum și monitorizarea activității catalitice a enzimelor. Metabolismul este supus așa-numitului control alosteric invers, care constă în faptul că în multe căi de biosinteză prima reacție poate fi inhibată (suprimată) de produsul final. Se poate spune că o astfel de inhibare are loc pe principiul feedback-ului. În reglarea metabolismului și a energiei, este de asemenea important ca căile metabolice de sinteză și dezintegrare să fie aproape întotdeauna dezbinate, iar în eucariote această dezintegrare este sporită prin compartimentarea celulelor. De exemplu, locul oxidării acizilor grași în celule este mitocondria, în timp ce sinteza lor are loc în citozol. Multe reacții metabolice sunt supuse unei anumite reglementări din partea așa-numitului statut energetic al celulei, indicele căruia este sarcina energetică, determinată de suma fracțiilor molare ale ATP și ADP. Încărcarea energiei din celulă este întotdeauna constantă. Sinteza ATP este inhibată de o încărcare ridicată, în timp ce utilizarea ATP este stimulată de aceeași încărcare.