Энергетический и конструктивный обмены

Каждый организм находится в тесном контакте с окружающей средой. Одни вещества он поглощает, другие выделяет, постоянно поддерживая этот обмен. Даже в спорах микроорганизмов, цистах простейших продолжаются процессы обмена, хотя и слабо выраженные.

Обмен веществ состоит из двух противоположных процессов: усвоения веществ организмом и уподобления их веществам своего тела—с одной стороны, и разрушения соединений, входящих в состав тела, и удаления продуктов распада из организма—с другой. Первый процесс связан с синтетическими реакциями, он протекает с поглощением энергии и называется ассимиляцией. Второй связан с реакциями распада, он обычно сопровождается высвобождением энергии и называется диссимиляцией. Ассимиляцию иначе называют конструктивным, или пластическим обменом, а диссимиляцию—энергетическим обменом.

Организмы, способные синтезировать необходимые им органические соединения самостоятельно, используя для этого углекислоту, называются автотрофами. К ним относятся зеленые растения и некоторые бактерии. В противоположность автотрофам организмы, строящие свое тело из готовых органических веществ, называются гетеротрофами. К ним относятся все животные, непигментированные растения (например, грибы), подавляющее большинство бактерий.

Для осуществления процессов биосинтеза и обеспечения жизнедеятельности организмам необходима энергия. Основной источник энергии на Земле—солнечная радиация. Организмы, способные превращать световую энергию в энергию химических связей АТФ, называются фотосинтетиками, или фототрофами, так как это превращение осуществляется в процессе фотосинтеза. Подавляющее большинство нефотосинтезирующих организмов добывают энергию в процессе окисления органических соединений, синтезированных фототрофами. Таким образом, фотосинтезирующие организмы обеспечивают энергией не только себя, но служат источником энергии для многих других.

Таким образом, источником энергии может служить:

1. Фотохимическая реакция для фотосинтезирующих организмов и всех гетеротрофных организмов, получающих энергию путем окисления органических соединений, синтезированных фототрофами. 2.

Химическая реакция—для некоторых бактерий. 3.

Живой организм—для внутриклеточных паразитов.

Энергия, выделившаяся при фотохимических и химических реакциях, расходуется на образование макроэргических связей (гл. II и III). Таким образом энергия запасается организмом и передается от одного организма другому, например, при поедании растений животными.

Согласно законам термодинамики, энергия заново не создается и не исчезает. Она только переходит из одной формы в другую. При превращении энергии часть ее рассеивается, и поэтому с каждым переходом количество энергии в системе сокращается. По этой причине гетеротрофы, окисляя органическое вещество, могут использовать только часть энергии, запасенной фото- и хемотрофами. Энергия может передаваться от одних организмов другим в виде потенциальной химической энергии органических веществ до тех пор, пока весь углерод органических соединений не будет окислен до СО2, т. е. пока не исчерпается весь запас их энергии.

Каждое органическое вещество можно охарактеризовать тем количеством энергии, которое в нем заключено или тем количеством кислорода, которое потребуется для полного окисления данного вещества. Для полного окисления 1 г углеводов требуется 1,2 г кислорода, 1 г белков—1,6 г, 1 г жиров—2,7 г кислорода.

Выделение энергии в окислительных процессах связано с потерей окисляемыми соединениями электронов. В зависимости от того, какой элемент или соединение является донором электрона, организмы делятся на литотрофов, использующих неорганический источник электрона, и органотрофов, использующих органические доноры электронов.