![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Диссимиляция ⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 9
Диссимиляция (катаболизм) — совокупность процессов, при которых происходит окисление сложных органических веществ и превращение их в неорганические (воду, углекислый газ, мочевину (простое органическое вещество) и др.), сопровождающееся синтезом АТФ, которая используется организмом в процессах ассимиляции и других процессах жизнедеятельности организма. Главной функцией процессов диссимиляции в организме является перевод энергии из «неудобной» организму формы (энергии химических связей сложных органических веществ — белков, углеводов, жиров) в «удобную» форму — макроэргические связи соединения типа АТФ и АДФ, энергия которых за счет процессов фосфорилирования легко переходит от одного соединения к другому. Это одна из биолого-экологических функций ассимиляции. Другой такой функцией является реализация круговорота веществ, когда органические вещества превращаются в неорганические, а последние вновь вступают в круговорот, участвуя в образовании органических веществ. Перевод энергии из «неудобной» для организма формы в «удобную» происходит за счет превращения сначала АМФ в АДФ, а затем АДФ в АТФ. Превращения аденозинфосфатов с образованием макроэргических связей выражаются схемами: АМФ + Н3РO4 → АДФ + Н2O (поглощение энергии); АДФ + Н3РO4 = АТФ + Н2O (поглощение энергии). В результате процессов диссимиляции накапливается АТФ, которая затем используется в процессах ассимиляции, а энергия, заключенная в макроэргических связях молекул АТФ, передается на другие молекулы либо за счет процессов фосфорилирования (остаток переходит с молекулы АТФ на другие молекулы), либо за счет гидролиза АТФ и ее превращения в АДФ и фосфорную кислоту. Организмы по характеру участия в процессах диссимиляции молекулярного кислорода делятся на анаэробные (бескислородные) и аэробные (кислородные). В анаэробных организмах диссимиляция осуществляется за счет брожения, а в аэробных — за счет дыхания в широком понимании сущности этого понятия. Брожение — совокупность процессов разложения сложных органических веществ до более простых, сопровождающаяся выделением энергии и синтезом АТФ. В природе наиболее распространенными видами брожения являются молочнокислое и спиртовое. Как способ «извлечения» энергии брожение — малоэффективный процесс: так, при молочнокислом брожении из 1 моль глюкозы образуется 2 моль АТФ. 1. Молочнокислое брожение — анаэробный процесс распада глюкозы до молочной кислоты. Выражается схемой:
С6Н12O6 (глюкоза) → 2СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота)
(выделяется энергия, под действием которой синтезируется две молекулы АТФ). Этот вид брожения характерен для молочнокислых бактерий, в присутствии которых происходит скисание молока. Молочнокислое брожение является одной из стадий процесса дыхания (в широком смысле) у аэробных организмов, в том числе и у человека. 2. Спиртовое брожение — аэробный процесс распада глюкозы, сопровождающийся образованием этилового спирта и углекислого газа; протекает по схеме:
С6Н12О6 (глюкоза) → 2СО2 + 2С2Н5ОН (этиловый спирт)
(выделяется энергия, используемая для синтеза АТФ). Этот вид брожения происходит в плодах, в других органах растения, находящихся в анаэробной среде. В природе наиболее широкое распространение имеет другой способ диссимиляции — дыхание, которое реализуется в окислительной среде, т. е. среде, содержащей молекулярный кислород. Процесс дыхания состоит из двух частей: газообмена и сложной последовательности биохимических процессов окисления органических соединений, конечными продуктами которых являются углекислый газ, вода, аммиак (превращается в другие вещества) и некоторые другие соединения (сероводород, неорганические соединения фосфора и др.). В обиходе дыхание рассматривается как процесс газообмена (это понимание понятия «дыхания» в узком смысле). Так, зоологи в организмах высших животных выделяют систему органов дыхания — в этих органах осуществляется газообмен, в результате которого из организма удаляется СО2, а в организм поступает О2 (мы «дышим», т. е. выделяем углекислый газ и поглощаем молекулярный кислород). В данном пособии дыхание рассматривается в широком смысле этого слова как совокупность процессов газообмена, перенесения газов по организму и совокупность химических процессов, при которых сложные органические вещества превращаются в неорганические, при этом энергия усваивается организмом в форме АТФ, синтезирующейся в процессе диссимиляции. Итак, процесс дыхания в широком смысле состоит из двух фаз: газообмена и совокупности химических процессов освобождения энергии и синтеза АТФ. Кратко охарактеризуем эти фазы. 1. Газообмен. Для одноклеточных и относительно просто устроенных организмов (как растительных, так животных и грибов) газообмен протекает на всей поверхности тела: кислород поступает в клетки, а углекислый газ выделяется в окружающую среду. У высших растений роль органов дыхания играют или устьица(листья), или особо устроенные поры (чечевички) в коре многолетних органов (стебли, корни), кроме того, корни поглощают кислород и выделяют углекислый газ корневыми волосками. У высокоорганизованных многоклеточных животных имеются сложно устроенные органы дыхания — это или жабры (у водных животных), или легкие (высшие животные типа Позвоночные), или система трахей (насекомые). Рассмотрим газообмен на примере человека — представителя типа Позвоночные. Этот процесс протекает достаточно сложно и начинается в легких, в которых в капиллярах альвеол кровь, обогащенная СO2 (венозная кровь), контактирует с воздухом, богатым кислородом (поступил в легкие во время вдоха), за счет чего в воздух легких выделяется углекислый газ, а молекулярный кислород взаимодействует с гемоглобином крови, образуя соединение алого цвета — оксигемоглобин (О2 вытесняет СО2 из его соединения с гемоглобином). В полость легких диффундирует и СО2, содержащийся в плазме крови. Возникшая артериальная кровь по венам легких поступает в левое предсердие, а из него — в левый желудочек и аорту. Далее кровь по кровеносным сосудам разносится к тканям различных органов и через капилляры в тканях углекислый газ из тканевой жидкости (в тканевую жидкость СО2 поступил из клеток) поступает в эритроциты крови, частично реагируя с оксигемоглобином, а частично растворяясь в плазме клетки. Молекулярный кислород диффундирует сначала в тканевую жидкость, а потом — в клетки. В результате охарактеризованных процессов в тканях образуется венозная кровь, которая из капилляров поступает в вены, а затем — в правое предсердие, правый желудочек, из которого через легочные артерии поступает в легкие и процесс повторяется. 2. Характеристика химических процессов окисления при диссимиляции. Химизм «освобождения энергии», содержащейся в сложных биохимических соединениях, сложен и протекает в три этапа. 1 этап — подготовительный. Этот этап протекает в любом организме и состоит в том, что сложные органические вещества превращаются в более простые (белки — в смесь природных альфа-аминокислот; полисахара — в моносахара; жиры — в смесь глицерина и жирных кислот). При протекании данного этапа выделяется небольшое количество энергии, которую организм практически не использует — она рассеивается. 2 этап — анаэробный. Он представляет собой процессы брожения. Наиболее важным процессом брожения является молочнокислое брожение, которое можно изобразить схемой:
С6Н12О6 (глюкоза) + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2 АТФ + 2Н2О + СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота)
Этот этап необходим организмам для реализации их физиологических функций (совершение механической работы, перемещения организма в пространстве и т. д.). Кроме того, молочная кислота является веществом, вступающим в третий этап. 3 этап — аэробный. Для осуществления этого этапа необходим молекулярный кислород. Он реализуется в особых органоидах клетки — митохондриях (их образно называют «энергетическими станциями клетки»). Аэробный этап представляет собой сложнейшую цепь превращений, в результате которых образуются неорганические вещества. Если превращениям подвергалась глюкоза, то схематически аэробный этап можно изобразить так:
2СН3СН(ОН)СООН (молочная кислота) + 6О2 + 36 АДФ + 36 Н3Р04 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ
Две молекулы молочной кислоты взяты потому, что из одной молекулы глюкозы при молочнокислом брожении образуется две молекулы кислоты. Итак, при полном распаде одной молекулы глюкозы до СО2 и Н2О синтезируется 38 (36+2) молекул АТФ, что соответствует 55%-му усвоению энергии, которая выделяется при полном окислении глюкозы до указанных выше продуктов. Завершая рассмотрение процессов диссимиляции следует отметить различие в газообмене растений и животных, а для газообмена растений — различие газообмена днем и ночью. Следует помнить, что и у растений и у животных ночью газообмен одинаков — организм поглощает кислород и выделяет в среду обитания СО2. Днем газообмен у растений состоит в том, что растение на свету поглощает СО2, а выделяет в среду обитания О2 (у животных наоборот — выделяется СО2, а поглощается кислород). Из вышесказанного следует экологический вывод об особенностях жилища: в спальне не следует держать много растений. 51)Химизм дыхания и брожения. Химизм процесса брожения Брожение — это внутренний окислительно-восстановительный процесс, при котором акцептором электронов служит органическая молекула и при котором.суммарная степень окисления образующих- ся продуктов не отличается от степени окисления сбраживаемого вещества. 1.У высших растений был найден весь набор ферментов, ко- торый катализирует отдельные этапы процесса брожения. 2. При временном попадании в условия анаэробиоза высшие растения опре- деленное время существуют за счет энергии, выделяющейся в про- цессе брожения. Правда, поскольку процесс брожения энергетически значительно менее эффективен, в анаэробных условиях рост расте- ний приостанавливается. Кроме того, продукты брожения, в частнос- ти спирт, ядовиты, и их накопление приводит к гибели растения. 3. При добавлении к клеткам факультативных анаэробов (дрож- жи) полусброженных Сахаров интенсивность дыхания у них резко возрастает, следовательно, полусброженные продукты являются лучшим субстратом дыхания по сравнению с неизмененными саха- рами. В настоящее время общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование иировииоградной кис- лоты. В аэробных условиях пировиноградная кислота распадается до CO2 и воды (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразует- ся в различные органические соединения (брожение). Организм об- ладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот. Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Это явление ока- залось характерным для всех факультативных анаэробных организ- мов, включая и высшие растения, и получило название эффекта Пас- тера. Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целе- сообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значи- тельно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. 52) Ответ в 51J 53)Роль белков, жиров, углеводов в питании человека. Организм человека состоит из белков (19, 6 %), жиров (14, 7 углеводов (1 %), минеральных веществ (4, 9 %), воды (58, 8-67 %). Белки - сложные органические соединения, наиболее важные органические вещества живых организмов. Они являются пластическим материалом для строительства клеток, тканей и органов тела человека. Белки - основа гормонов, ферментов, антител. Они выполняют сложные функции (размножение, иммунитет, пищеварение, рост), регулируют витаминный и минеральный обмены. Жиры - это триглицириды. В их состав входят насыщенные жирные кислоты (пальмитиновая, стеариновая) и ненасыщенные жирные кислоты (олеиновая, линоленовая, арахидоновая). Химический сое триглицеридов, то есть содержание в них тех или иных жирных кислот определяет- их физико-химические свойства. Энергетическая ценно! 1 г жира составляет 9 ккал. Большое значение имеет температура плавления жиров. Преобладание в жире насыщенных жирных кислот повышает температуру плавления, но снижает усвояемость жиров организмом человека, в то время как преобладание ненасыщенных жирных кислот значительно ее снижает, но повышает усвояемость жиров организмом человека. Углеводы используются организмом либо как прямой источник тепла (глюкозо–6–фосфат), либо как энергетический резерв (гликоген). Биологическая роль углеводов для человека определяется их энергетической ценностью. Процессы превращения углеводов обеспечивают 60% суммарного энергообмена. Вода – сок жизни. Вода не просто там содержится, а играет важнейшую роль в жизнедеятельности организма. Определенное и постоянное содержание воды – вот необходимое условие существования человека. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и усвоения пищи, кроветворения. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание температуры тела. Вода выводит из организма продукты жизнедеятельности и вредные вещества. Витамины - высокоактивные биологические вещества, отвечающие за определенные жизненные процессы. Поступая в организм в повышенной концентрации, они могут активизировать соответствующие процессы. 54)Роль биохимических процессов в пищевой промышленности. Биохимические процессы при производстве продуктов питания протекают при участии ферментов и ферментативных препаратов. Практическое значение: 1) лежат в основе технологии получения хлеба, хлебобулочных изделий, вина, пива, чая, аминокислот, органических кислот, витаминов и антибиотиков; 2) играют важную роль при хранении пищевого сырья и готовой продукции (зерна, плодов, овощей, жира и др.). Факторы, влияющие на скорость биохимических процессов: 1) природа субстрата и его атакуемость – под атакуемостью понимают его податливость действию фермента, которая зависит от структуры субстрата; 2) концентрация фермента и реагирующих веществ – чем выше концентрация фермента, тем быстрее идут реакции; 3) температура и реакция среды – с повышением температуры активность ферментов возрастает, достигает максимума, а затем снижается. Для ферментов растительного происхождения оптимальная температура 40-50°С. Полное прекращение «жизни» ферментов при температуре около 100°С. Каждый фермент имеет свое оптимальное значение рН. Одни активны в кислой, другие в щелочной или нейтральной. рН для действия ферментов зависит от субстрата (так, при действии папаина на желатин рН=5, 0, на денатурированный яичный белок рН=7, 5). 4) присутствие активаторов и ингибиторов – активаторы увеличивают скорость процессов, ингибиторы (соли тяжелый металлов – свинец, ртуть, олово) – снижают. Ферменты (энзимы) – органические катализаторы белковой природы, обладающие специфичностью к субстрату. По строению ферменты делятся на следующие группы: 1 группа – однокомпонентные, состоящие только из белка; 2 группа – двухкомпонентные, состоящие из белковой части и других компонентов (витаминов, минеральных веществ и др.). Свойства ферментов: а) высокая каталитическая активность, т. е. они ускоряют процесс в 108-1011 раз; б) избирательность действий (например, инвертаза разлагает сахарозу, но не действует на мальтозу); в) лабильность. К основным ферментам пищевых продуктов относят следующие: – оксиредуктазы, – трансферазы, – гидролазы, – лиазы, – изомеразы, – липазы и др. Кроме ферментов, при производстве пищевых продуктов используют ферментные препараты. Ферментные препараты (ФП) – это препараты, вырабатываемые из растительного и животного сырья, а также из культур микроорганизмов (грибов, бактерий, дрожжей). Ферментные препараты растительного происхождения получают из папайи, ананаса, инжира. Ферментные препараты животного происхождения получают из органов и тканей животных. Ферментные препараты получают в виде порошков или жидких концентратов. Ферментные препараты, сочетающие свойства нескольких ферментов, – это мультиэнзимные комплексы (МЭК). Ферментные препараты в пищевой промышленности улучшают процессы, качество продуктов, экономят сырье, увеличивают выход продукта. Роль ферментов при производстве и хранении пищевых продуктов: 1) оксиредуктазы и лиазы при хранении растительного сырья регулируют окислительно-восстановительный процесс – дыхание.
Интенсивность дыхания зависит от температуры и влажности сырья, снижение этих параметров приводит к увеличению срока хранения сырья (например, сухое зерно может храниться 4-5 лет; плоды и овощи хранятся неделю, поэтому снижают температуру их хранения и часть кислорода заменяют инертными газами (СО2, N2 и др.)); 2) полифенолксидаза в присутствии кислорода действует на дубильные вещества и полифенолы и образуют темноокрашенные соединения – меланины. Положительное значение процесса – это участие в ферментации чая и обработке какао-бобов для снижения их горько-вяжущего вкуса и т. д. Отрицательное значение процесса – потемнение мякиша хлеба при выпечке и сушке макарон из-за того, что в производство попала мука из дефектного зерна; потемнение срезов яблок, грибов, картофеля. Способы предотвращения потемнения: сульфитация, бланширование, обработка паром; 3) аскорбинатоксидазы – окисляют аскорбиновую кислоту при сушке фруктов и овощей, снижают пищевую ценность; 4) липазы – гидролизуют распад жира с образованием глицерина и свободных жирных кислот (при хранении крупы и муки, особенно овсяной, идет их прогоркание; чтобы этого избежать, зерно перед помолом обрабатывают паром); 5) протеолитические ферменты (протеиназы, пептитазы) – катализируют расщепление пептидной связи белков и полипептидов до аминокислот (применяют, чтобы снизить мутность пива и вина; улучшают развариваемость круп и бобовых, качество хлеба); 6) пектолитические ферменты (полисахариды) гидролизуют пектиновые вещества (протопектин, пектин, пектиновую кислоту) (применяют при обработке плодов, ягод и овощей для ускорения сокоотдачи, снижении вязкости со- ков, облегчение их осветления и фильтрования и т. д.).
|