§17. Ассимиляция и диссимиляция — две стороны обмена веществ

Определения и обозначения

Обмен веществ и энергии, или метаболизм, — совокупность процессов поступления, преобразования и использования веществ и энергии организмом. Благодаря ему клетки получают сырьё для построения своих частей и энергию для работы. Без непрерывного обмена невозможно поддерживать жизненные процессы.

Ассимиляция, или пластический обмен, — образование сложных веществ из более простых с затратой энергии. Например, клетка соединяет аминокислоты в белки. Синтез собственных веществ позволяет организму расти, развиваться и заменять повреждённые или изношенные клеточные компоненты.

Диссимиляция, или энергетический обмен, — расщепление сложных веществ до более простых, при котором высвобождается энергия. Часть её клетка запасает в молекулах АТФ, а часть рассеивается. Запас энергии можно использовать тогда, когда клетке требуется выполнить работу.

АТФ — универсальный переносчик энергии в клетке. При диссимиляции энергия запасается в АТФ, а при её использовании становится доступной для процессов ассимиляции и других клеточных работ. Так АТФ связывает получение энергии с её расходованием.

Как это устроено

Метаболизм включает ассимиляцию и диссимиляцию, потому что клетке одновременно нужны и строительные материалы, и энергия. Ассимиляция создаёт молекулы и клеточные структуры, а диссимиляция высвобождает энергию, необходимую для этих затрат. Если рассматривать только один процесс, нельзя объяснить, как клетка и строит вещества, и обеспечивает свою работу.

Исходные вещества для ассимиляции поступают в клетку из внешней среды или образуются в результате превращений внутри организма. Затем клетка использует их для синтеза собственных соединений. Это необходимо не только растущему организму: у взрослого организма тоже постоянно обновляются клетки и заменяются повреждённые молекулы.

При диссимиляции сложные вещества распадаются на более простые, а при их окислении высвобождается энергия. Окисление — химическое превращение, при котором вещество отдаёт электроны; в клетке оно может идти с участием кислорода или без него. Энергия не исчезает целиком в виде тепла: часть её передаётся АТФ, но запасается не вся.

АТФ связывает распад веществ с клеточной работой: при её образовании энергия диссимиляции становится доступной для последующего использования. Клетка расходует её на синтез новых молекул, движение и другие процессы. Поэтому энергетический обмен обеспечивает пластический, хотя сами процессы направлены в противоположные стороны.

Соотношение ассимиляции и диссимиляции меняется в зависимости от состояния организма и условий жизни. Например, при росте особенно важен синтез новых веществ, а при интенсивной работе возрастает потребность в энергии. Но оба процесса не сменяют друг друга строго по очереди: они могут протекать одновременно и вместе поддерживают непрерывность обмена.

Сравнение ассимиляции и диссимиляции

Чтобы определить тип процесса, сначала посмотрите, что происходит с веществами: соединяются ли они в более сложные или распадаются на простые. Затем проверьте направление энергетических изменений. Ассимиляция требует энергии, а при диссимиляции она высвобождается и частично запасается в АТФ.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому процессу относится образование белка из аминокислот в клетке, и укажите, требуется ли для него энергия. Нужно установить, как меняются исходные вещества, а затем определить энергетическую сторону реакции.

1. Аминокислоты — сравнительно простые исходные молекулы, а белок — сложная молекула, составленная из них.
2. Значит, происходит синтез сложного вещества из простых, то есть ассимиляция.
3. На соединение аминокислот и образование белковой молекулы клетка затрачивает энергию.

Ответ: образование белка из аминокислот относится к ассимиляции и требует энергии.

Задача 2. При расщеплении глюкозы в клетке образуются более простые вещества и синтезируется АТФ. Определите тип обмена и объясните, куда может быть направлена энергия АТФ. Сначала оцените направление превращений, затем проследите судьбу энергии.

1. Глюкоза расщепляется на более простые вещества, поэтому это диссимиляция.
2. При процессе высвобождается энергия, часть которой запасается в молекулах АТФ.
3. Клетка может использовать энергию АТФ для синтеза веществ, движения и других видов работы.

Ответ: это диссимиляция; энергия АТФ может быть направлена, например, на ассимиляцию или движение клетки.

Задача 3. В клетке одновременно идёт синтез новых белков и расщепление части органических веществ. Объясните, почему процессы не противоречат друг другу и как они связаны. Важно сопоставить направление превращений и потребность синтеза в энергии.

1. Образование белков из аминокислот — ассимиляция, а расщепление органических веществ — диссимиляция.
2. Для синтеза белков нужна энергия, и её источник — в том числе расщепление веществ при диссимиляции.
3. Часть высвобождаемой энергии запасается в АТФ и затем расходуется клеткой на синтез.

Ответ: процессы не противоречат друг другу: они могут идти одновременно, а диссимиляция обеспечивает энергией ассимиляцию.

Типичные ошибки

Ошибка — считать ассимиляцию только поступлением веществ извне. Так думают, потому что часто начинают объяснение обмена с питания, но поступившие вещества ещё нужно преобразовать и использовать для синтеза собственных соединений. Проверьте себя: если образуются новые вещества организма, речь идёт об ассимиляции.

Ошибка — считать, что вся энергия диссимиляции сразу превращается в тепло. Энергия действительно частично рассеивается, но часть запасается в АТФ. Чтобы проверить рассуждение, спросите, откуда клетка получает энергию для последующей работы: это помогает не упускать роль АТФ.

Ошибка — полагать, что ассимиляция и диссимиляция идут строго по очереди. Возможно, так кажется из-за противоположного направления превращений, однако клетке одновременно нужны и синтез, и энергия. Если оба процесса описывают разные задачи клетки, они могут происходить в одно время.

Ошибка — путать процессы по направлению превращений. Ассимиляция строит сложные вещества из более простых, а диссимиляция расщепляет сложные вещества. Для самопроверки проследите, что происходит с молекулами: они становятся сложнее или распадаются на более простые?

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о строении клетки, органических веществах и химических реакциях: именно в клетке происходят превращения веществ. Ассимиляция поможет разобраться в фотосинтезе и хемосинтезе, а диссимиляция — в клеточном дыхании. Представления об АТФ, ферментах и обмене веществ у разных организмов позволяют объяснить, как клетка получает энергию и управляет её использованием.

Что запомнить

• Метаболизм включает ассимиляцию и диссимиляцию.
• При ассимиляции из простых веществ образуются более сложные.
• Процессы ассимиляции требуют затрат энергии.
• При диссимиляции сложные вещества расщепляются.
• Часть энергии диссимиляции запасается в АТФ.
• Энергия АТФ используется, в частности, для процессов ассимиляции.
• Ассимиляция и диссимиляция взаимосвязаны и могут идти одновременно.