Метаболизм: ассимиляция и диссимиляция. Ферменты (автотрофы)

Метаболизм — совокупность реакций обмена веществ и энергии. Ассимиляция (пластический обмен, анаболизм) — синтез сложных веществ с затратой АТФ: фотосинтез, биосинтез белка, репликация. Диссимиляция (энергетический обмен, катаболизм) — распад веществ с выделением энергии, запасаемой в АТФ: дыхание, брожение. Обе стороны неразрывны: продукты одной — исходные вещества другой.

Превращения АТФ в обмене веществ. АТФ связывает две стороны метаболизма: энергия, освобождённая при распаде веществ, запасается при синтезе АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, а при гидролизе АТФ до АДФ и фосфата (≈ 40 кДж/моль) расходуется на синтезы, активный транспорт, движение, проведение импульса, теплообразование. Цикл «АТФ ⇄ АДФ» оборачивается непрерывно, а соотношение этих веществ служит сигналом: накопление АДФ ускоряет гликолиз и дыхание, избыток АТФ их тормозит.

Типы обмена по источнику углерода и энергии: автотрофы синтезируют органику из CO₂ (фототрофы — за счёт света, хемотрофы — за счёт окисления неорганических веществ); гетеротрофы используют готовую органику (животные, грибы, большинство бактерий: сапротрофы, паразиты, симбионты); миксотрофы — эвглена зелёная, росянка. По отношению к кислороду: аэробы (нужен O₂) и анаэробы (облигатные — гибнут в O₂: столбнячная палочка; факультативные — дрожжи, кишечная палочка).

Ферментативный характер метаболизма. Практически каждую реакцию обмена катализирует свой фермент, и набор ферментов определяет, какие превращения возможны в клетке. Реакции складываются в метаболические пути — цепочки, где продукт одной реакции служит субстратом следующей (гликолиз — десять реакций, у каждой свой фермент); разные пути разнесены по органоидам: гидролиз — в лизосомах, цикл Кребса — в матриксе митохондрий. Синтез ферментов задают гены, поэтому мутация в гене фермента выключает целую реакцию (при фенилкетонурии фенилаланин не превращается в тирозин и накапливается).