Обмену веществ сопутствует обмен энергии. Каждое органическое соединение живой материи обладает определенным запасом энергии, которая заключена в химических связях между атомами. При разрыве химической связи происходит изменение уровня свободной энергии соединения. Если изменение уровня свободной энергии соединения при разрыве химической связи составляет более 25 кДж/моль, такая связь называется макроэргической. Не следует путать свободную энергию соединения с энергией связи, под которой понимается энергия, необходимая для разрыва связи между двумя атомами в любой молекуле. Соединения, содержащие макроэргические связи, называются макроэргическими.
Стандартная свободная энергия гидролиза (ΔG°) некоторых органических соединений
|
Соединение |
- ΔG°, кДж/моль |
|
Фосфоенолпировиноградная кислота |
61,7 |
|
Карбамоилфосфат |
51,5 |
|
1,3 - Дифосфоглицериновая кислота |
49,1 |
|
Креатинфосфат |
40,1 |
|
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) |
32,5 |
|
Аденозиндифосфорная кислота (АДФ) |
28,3 |
|
Глюкозо - 1 - фосфат |
20,8 |
|
Фруктозо - 6 - фосфат |
15,8 |
|
Глюкозо - 6 - фосфат |
13,8 |
Рассмотрим структурные формулы двух соединений, которые играют важную роль в энергообеспечении мышечной работы - АТФ и креатинфосфата:
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)
Креатинфосфат (Кф)
Ключевым веществом в энергетическом обмене является АТФ, так как, с одной стороны, она возникает из других макроэргических соединений в ходе некоторых реакций, а с другой, существует много процессов, в ходе которых синтезируются макроэргические соединения при участии АТФ. АТФ является главным используемым непосредственно донором свободной энергии. В клетках организма АТФ расходуется после ее образования в течение 1 мин. Оборот АТФ очень высок. Например, человек в покое расходует около 40 кг АТФ за 24 ч, а в период интенсивной работы скорость использования АТФ достигает 0,5 кг за 1 минуту.
Однако АТФ - главное макроэргическое вещество организма - не является соединением, наиболее "богатым" энергией, а находится в середине энергетической шкалы.
Освобождение энергии фосфатной связи АТФ возможно двумя путями. Первый путь - это отщепление концевого фосфата, в результате образуется АДФ и фосфорная кислота:
АТФ → АДФ + Н3РО4
Другой путь освобождения энергии фосфатной связи АТФ - пирофосфатное расщепление:
АТФ → АМФ + Н4Р2О7
Пирофосфатное расщепление в биологических процессах встречается реже. Примером может служить образование аминоациладенилатов и ацил-КоА.
Основными функциями метаболизма являются:
- Распад структурных компонентов клетки;
- Аккумуляция энергии, извлекаемой при распаде химических веществ;
- Использование энергии для синтеза необходимых молекулярных компонентов и совершения работы.
Молодой растущий организм характеризуется преобладанием анаболических процессов над катаболическими. Это и понятно. Анаболические процессы обеспечивают рост организма, увеличение объема тканей и органов. Различия в средней скорости синтеза и распада веществ наиболее выражены сразу после рождения. К 17 - 19 годам в организме устанавливается динамическое равновесие между этими двумя фазами метаболизма. С этого возраста рост организма практически прекращается. К пожилому возрасту начинают преобладать катаболические процессы, что приводит к уменьшению содержания в организме ряда важнейших для жизнедеятельности веществ. Следствием этого является снижение силы мышц и функциональных возможностей внутренних органов.
Окружающая среда воздействует на организм порой разрушающе. В организме есть механизмы, способные поддерживать его в нормальном состоянии. Поддержание постоянного внутреннего состояния организма называется гомеостазом и является следствием.