§ 29. Пластический и энергетический обмен

Определения и обозначения

Пластический обмен — синтез сложных веществ из более простых с затратой энергии. Благодаря ему клетка создаёт собственные белки, жиры и углеводы, а также другие необходимые соединения. Этот процесс нужен для роста, восстановления и обновления клеточных структур.

Энергетический обмен — расщепление органических веществ до более простых, при котором высвобождается энергия. Она нужна клетке для синтеза веществ, движения и других процессов. Поэтому энергетический обмен обеспечивает работу клетки.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота, молекула, в которой энергия временно запасается и переносится. Когда клетке нужна энергия, АТФ передаёт её для выполнения работы. Так она связывает получение энергии с её использованием.

Обмен веществ и превращение энергии — совокупность взаимосвязанных процессов поступления, преобразования и использования веществ и энергии. Веществам, поступившим в организм, клетка придаёт нужную форму, а энергию получает и направляет на свои задачи. Без обмена организм не смог бы расти, обновляться и поддерживать жизнедеятельность.

Как это устроено

Пластический и энергетический обмен происходят в клетках одновременно, потому что клетке нужно и создавать вещества, и получать энергию для работы. При распаде органических соединений часть энергии запасается в АТФ. Затем клетка использует её, в частности, при синтезе новых молекул. Поэтому процессы не существуют независимо друг от друга.

Во время пластического обмена из небольших молекул образуются более сложные: например, из аминокислот клетка собирает белки. Для такого соединения частей и образования нужной структуры требуется энергия. Синтез позволяет клетке строить новые компоненты и заменять изношенные. Так обеспечиваются рост организма и обновление клеток.

При энергетическом обмене органические вещества расщепляются, а высвободившаяся энергия используется клеткой. Некоторая её часть запасается в молекулах АТФ, а часть рассеивается в виде тепла. Тепло не исчезает бесследно, но уже не может быть использовано клеткой так же, как энергия АТФ. Поэтому расщепление веществ даёт клетке доступную энергию для дальнейшей работы.

Энергетический обмен проходит в несколько этапов, которые отличаются местом и результатом. На подготовительном этапе крупные органические вещества расщепляются на более простые: пищеварительные ферменты действуют в пищеварительной системе, а внутри клеток — в лизосомах; энергия преимущественно рассеивается как тепло. Затем в цитоплазме происходит бескислородное расщепление глюкозы: оно неполное и даёт небольшое количество АТФ. На кислородном этапе в митохондриях глюкоза расщепляется полностью до углекислого газа и воды, поэтому энергии выделяется значительно больше.

АТФ передаёт энергию от энергетического обмена к процессам, в которых она нужна. Например, при распаде веществ энергия запасается в АТФ, а затем расходуется на синтез белка или перемещение вещества через клеточную мембрану. Она также обеспечивает движение клетки и её частей. Таким образом, АТФ служит переносчиком энергии, а не создаёт её.

Сравнение пластического и энергетического обмена

Сравнивай процессы по тому, что происходит с веществами и энергией: это помогает не путать синтез с распадом. Последняя строка показывает, как процессы связаны через АТФ. В клетке оба вида обмена дополняют друг друга.

Разбор задач

Клетка синтезирует белок из аминокислот. Определите, к какому виду обмена относится процесс и почему.

Нужно определить, соединяются вещества или расщепляются. Аминокислоты — более простые молекулы, а белок состоит из множества соединённых аминокислот. Значит, клетка строит сложное вещество из более простых.

1. Находим исходные вещества: аминокислоты.
2. Определяем результат: из них образуется белок.
3. Сопоставляем с определением пластического обмена — синтезом сложных веществ с затратой энергии.

Ответ: это пластический обмен, потому что клетка синтезирует сложный белок из более простых молекул — аминокислот. Для синтеза требуется энергия.

При расщеплении глюкозы клетка получает энергию и запасает её в АТФ. Определите вид обмена и объясните, что происходит с энергией.

В условии говорится о расщеплении, а не о создании вещества. Глюкоза — органическое вещество, при распаде которого высвобождается энергия. Часть этой энергии клетка сохраняет в молекулах АТФ.

1. Определяем, что происходит с глюкозой: она расщепляется.
2. Связываем распад органических веществ с энергетическим обменом.
3. Прослеживаем энергию: она высвобождается, часть запасается в АТФ, часть рассеивается как тепло.

Ответ: это энергетический обмен. Энергия высвобождается при расщеплении глюкозы; часть временно запасается в АТФ и может быть использована клеткой.

Клетка использовала энергию АТФ для образования новых молекул. Объясните, как в этой ситуации связаны энергетический и пластический обмен.

Здесь важно проследить путь энергии, а не только назвать процесс образования молекул. Сначала энергия должна быть получена, например, при расщеплении органических веществ. Затем АТФ переносит её к синтезу, который относится к пластическому обмену.

1. При энергетическом обмене органические вещества расщепляются и высвобождают энергию.
2. Часть энергии запасается и переносится молекулами АТФ.
3. Клетка расходует энергию АТФ на образование новых молекул.

Ответ: энергетический обмен обеспечивает клетку энергией, а пластический использует её для синтеза. АТФ связывает эти процессы, передавая энергию к месту её использования.

Типичные ошибки

Считать пластический обмен только ростом организма — ошибка: он также нужен для обновления клеток и синтеза необходимых соединений. Такое упрощение возникает, если помнить лишь о росте как заметном результате. Проверь себя вопросом: может ли клетка заменить изношенные части без синтеза? Нет, значит, пластический обмен нужен и для обновления.

Представлять, что при энергетическом обмене энергия возникает из ничего, неверно: она высвобождается при расщеплении органических веществ. Такую ошибку допускают, когда замечают только результат — клетка получила энергию. Проверь рассуждение: укажи, из какого процесса она появилась; если источника нет, объяснение неполное.

Считать АТФ самостоятельным источником энергии — неточно: она временно запасает и переносит энергию, полученную при обмене веществ. Путаница возникает потому, что клетка непосредственно расходует энергию АТФ. Чтобы проверить себя, спроси, откуда энергия сначала поступила в эту молекулу: её высвободил распад органических веществ.

Полагать, что пластический и энергетический обмен идут независимо, тоже неправильно. Их разделяют по направлению процессов, но синтезу нужна энергия, получаемая при распаде веществ и передаваемая через АТФ. Проверь себя, проследив цепочку «распад — АТФ — синтез»: если она связывает процессы, значит, обмены взаимозависимы.

Связь с другими темами

Чтобы понять обмен веществ, нужно знать строение клетки и представлять, какую роль играют белки, жиры и углеводы. Эти органические вещества служат материалом для построения клеточных структур или участвуют в получении энергии. Тема связывает клеточные процессы с питанием и дыханием человека. Она пригодится при изучении роста, развития и обмена веществ в организме.

Что запомнить

• Пластический обмен — синтез веществ с затратой энергии.
• Энергетический обмен — расщепление веществ с высвобождением энергии.
• Оба вида обмена происходят в клетках и взаимосвязаны.
• Энергия энергетического обмена запасается и переносится с помощью АТФ.
• Энергия АТФ расходуется, в частности, на синтез веществ и работу клетки.
• При преобразованиях часть энергии рассеивается в виде тепла.