Пластический обмен веществ в клетке¶

Пластический обмен (также анаболизм, ассимиляция) — совокупность биохимических реакций в живом организме, направленных на синтез сложных органических соединений из более простых, сопровождающихся потреблением энергии. Наряду с энергетическим обменом (катаболизмом) составляет основу метаболизма — обмена веществ. В ходе пластического обмена из поступающих извне или образующихся внутри клетки низкомолекулярных предшественников строятся белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды и другие компоненты клетки, обеспечивающие её рост, обновление и функционирование.

¶Общая характеристика

Пластический обмен противоположен по направлению катаболическим процессам: если катаболизм связан с расщеплением молекул и высвобождением энергии, то анаболизм — с их построением и запасанием энергии в химических связях. Оба процесса тесно взаимосвязаны и протекают одновременно: энергия, полученная при распаде одних соединений, используется для синтеза других. Совокупность реакций синтеза называют также ассимиляцией, а реакции распада — диссимиляцией.

Ключевая особенность пластического обмена — его эндергонический характер: реакции требуют затрат свободной энергии, которая черпается из молекул аденозинтрифосфата (АТФ) и других макроэргических соединений. Именно поэтому анаболизм не может протекать без сопряжённого катаболизма.

¶Основные процессы

К важнейшим процессам пластического обмена относятся:

• Биосинтез белка — происходит на рибосомах по матричному принципу; последовательность нуклеотидов матричной РНК определяет порядок аминокислот в полипептидной цепи. Включает этапы транскрипции и трансляции.
• Репликация ДНК — удвоение молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты перед делением клетки, обеспечивающее передачу наследственной информации.
• Синтез углеводов — в частности фотосинтез у растений и хемосинтез у некоторых бактерий, а также глюконеогенез у животных и человека.
• Синтез липидов — образование жирных кислот, триглицеридов, фосфолипидов и стероидов.
• Синтез нуклеиновых кислот — построение молекул ДНК и РНК из нуклеотидов.

¶Фотосинтез как пример

Наиболее масштабным примером пластического обмена в биосфере служит фотосинтез, протекающий в клетках растений, водорослей и цианобактерий. В его световой фазе энергия солнечного света преобразуется в энергию АТФ и восстановителя НАДФ·Н, а в темновой фазе (цикл Кальвина) из углекислого газа и воды синтезируются углеводы. Фотосинтез обеспечивает образование основной части органического вещества на Земле и поддерживает газовый состав атмосферы.

¶Значение в организме человека

У человека пластический обмен обеспечивает рост тканей, заживление ран, обновление клеток крови, синтез гормонов и ферментов. Наиболее интенсивно анаболические процессы идут в детском и подростковом возрасте, при беременности, а также при восстановлении после заболеваний и физических нагрузок. Регуляция этих процессов осуществляется гормонами: анаболическим действием обладают, в частности, инсулин, соматотропин, половые гормоны и гормоны щитовидной железы.

¶Регуляция и взаимосвязь с катаболизмом

Пластический и энергетический обмен образуют единый цикл превращений веществ. Продукты распада одних реакций служат исходным материалом для синтеза других. Например, аминокислоты, освобождающиеся при расщеплении белков, могут использоваться для построения новых белковых молекул; глюкоза, образовавшаяся при распаде гликогена, служит источником энергии и одновременно предшественником для синтеза ряда соединений.

Регуляция обмена веществ происходит на нескольких уровнях: на уровне клетки — через активность ферментов, на уровне организма — через нервную и эндокринную системы. Нарушение баланса между анаболизмом и катаболизмом лежит в основе ряда патологических состояний, включая ожирение, сахарный диабет, мышечную дистрофию.

¶Отличия от энергетического обмена

¶Интересные факты

• Термины «анаболизм» и «катаболизм» ввёл в научный оборот в XIX веке; учение об обмене веществ развивали такие исследователи, как Клод Бернар и Юстус фон Либих.
• Скорость обновления белков в организме человека различна: белки печени обновляются за считанные дни, а коллаген соединительной ткани — месяцами и годами.
• Анаболические стероиды — синтетические аналоги мужских половых гормонов — усиливают синтез белка, однако их немедицинское применение запрещено и наносит вред здоровью.

¶Источники

• Биология. Общая биология. Учебник для 10–11 классов.
• Большая российская энциклопедия. Статья «Обмен веществ».
• Основы биохимии. Учебные пособия по общей биологии.
• Материалы по физиологии человека и биохимии клетки.