Зат алмасу

Зат алмасу немесе метаболизм деп тірі ағзада өтетін барлық химиялық реакциялардың жиынын айтамыз. Зат алмасу нәтижесінде ағзаға қажет заттар түзіледі және энергия бөлінеді. Ағза мен сыртқы орта арасында әрқашан зат және энергия алмасуы үздіксіз жүріп отырады. Күрделі қоректік заттар ас қорыту мүшелерінде қорытылып құрылысы жай заттарға айналған соң ащы ішектен қанға және лимфаға өтеді. Қан және лимфа ағыны арқылы ұлпаларға жеткізіледі. Әр мүшенің жасушалары өзіне тән және өсіп-өнуіне қажетті қарапайым заттарды түзеді. Қоректік заттардың ыдырауынан пайда болған энергияны жасушалар әр-түрлі физиологиялық үрдістер үшін жұмсайды. Артық түскен заттарды өзіне қор етіп жинайды (мысалы, гликоген, май). Ал жасушалардың тіршілік етуі нәтижесінде түзілген керексіз заттар өкпе, тері ішек арқылы сыртқа шығарылып отырады.

Жасушадағы метаболизм

Зат алмасу (метаболизм) – жасушаның тіршілігін қамтамасыз ететін, организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы. Бұл организмнің тіршілік қабілетін сақтау және сыртқы ортамен қарым-қатынасын, организмге қоректік заттардың еніп, олармен ферменттер әсерінен ыдырауын, пайда болған жай заттардың жасушалар мен мүшелерге тасымалданып, олардың тотығуын, энергия бөлініп шығуын, жасуша құрамындағы түзілістердің биосинтезделуін және қорытылған өнімдердің организмнен бөлініп шығуын қамтамасыз етеді.

Жасушадағы қандай да болса, бір заттың белгілі бір тәртіппен ферменттік айналуға түсуін –метаболизмдік жол, ал осы кезде пайда болатын аралық өнім – метаболиттер деп аталады.

Катаболизм мен анаболизм

Зат алмасу өзара тығыз байланысқан екі қарама-қарсы құбылыстан тұрады: 1) Ассимиляция немесе пластикалық алмасу 2) Диссимиляция немесе энергетикалық алмасу Ассимиляция деп жай заттардан күрделі қосылыстардың түзілу реакцияларының жиынтығын айтамыз. Бұл реакциялар энергияны қажет етеді. Пластикалық алмасу нәтижесінде жасушалардың құрамы жаңарады. Ал диссимиляцияда күрделі заттар ыдырап энергия бөлінеді. Бөлінген энергия ағзаның тіршілігін сақтап, ой және дене еңбектерін орындаға жұмсалады.

Жасушадағы қандай да болса, бір заттың белгілі бір тәртіппен ферменттік айналуға түсуін – метаболизмдік жол, ал осы кезде пайда болатын аралық өнім – метаболиттер деп аталады. Метаболизмнің қарапайым молекулалардан күрделі құрылымдық заттардың түзілу реакциясы – анаболизм, ал бұған қарама-қарсы өтіп жататын процесті катаболизм дейді. Жасыл өсімдіктерде фотосинтез нәтижесінде түрлі көмірсулар түзіледі. Жануарлар әдетте осы көмірсулармен қоректенеді. Қарапайым қанттар қанмен жануарлар денесіне таралып, күрделі полисахарид – гликогенге айналады. Метаболизм нәтижесінде көмірсулар (пируват) органикалық қышқылға, одан әрі майға, көмірсудан пайда болған органикалық қышқылдар аммиак азотымен реакцияласу нәтижесінде амин қышқылына, май, ақуыздар метаболизм нәтижесінде ыдырап, соңында несеп зәрі, аммиак, көмірқышқыл газы, т.б. қарапайым заттарға айналады.

Адам мен жануарлар организміндегі метаболизм процесін реттеуде жүйке жүйесінің атқаратын (әсіресе, үлкен ми сыңарлары қыртысының) маңызы зор. Организмнің дамуы, өсуі, т.б. Метаболизм заңдылықтарына бағынады. Адамда метаболизм процесінің ауытқуы байқалса, адам ауруға шалдығады. Мысалы, диабет, семіздік, бүйрекке тас байлану, атеросклероз, т.б. Метаболизм екі қарама-қарсы реакциялар топтарынан тұрады: катоболизм және анаболизм.

Анабализм немесе биосинтез кезінде қарапайым ізашар молекулалардан нуклеин қышқылдары және т.б. жасушаның макромолекулалары синтезделеді. Биосинтез молекулалардың көлемі өсіп күрделенгендіктен, оған энергия жұмсалады. Ол энергияның көзі АТФ-ның АДФ мен бейорганикалық фосфатқа дейін ыдырауынан пайда болады. Жасушаның кейбір бөлшектеріне НАДФ-Н-дан бөлінетін энергияға бай атомдары пайдаланылады. Катаболизм және анабализм реакциялары жасушада бір уақытта жүреді, бірақ олардың жылдамдығы бір-біріне тәуелсіз реттеледі.

Метаболизм түрі бойынша микроағзалардың жіктелуі

Микроорганизмдерде қоректік заттарды қабылдайтын арнаулы орган болмайды. Сондықтан олар қоректік заттарды барлық денесі арқылы қабылдайды да, олар клеткадағы керексіз заттарды сыртқа бөліп те үлгереді. Бұл екі процестің екеуі де өте тез жүреді. Қоректік заттарды қабылдау осмос құбылысына байланысты. Өйткені бактериялар клеткасының қабығы жартылай өткізгіш келеді де белгілі қоректік заттарды қажетті мөлшерде ғана өткізіп тұрады. Микробтар клеткасында болатын заттар ерітіндісі оған белгілі мөлшерде кысым туғызады. Оны осмос қысымы деп атайды. Оның шамасы клеткадағы еріген заттың концентрациясына тығыз байланысты. Егер еріген заттың концентрациясы неғұрлым артық болса, қысым да соғұрлым арта түседі. Клеткада жүретін биохимиялық процестердің нәтижесінде жиналған заттар осмос қысымының әсерінен клеткадан сыртқа бөлініп шығып отырады. Ортада су көп болғанда цитоплазма ісініп, клетка кабығын кереді. Мұны тургор құбылысы деп атайды. Клетка шамадан тыс ісінсе, жарылып кетуі де ықтимал.

Әдетте микробтар клеткасы үшін оттегі, сутегі, көміртегі, азот, минерал заттары т. б. қажет. Оттегі мен сутегінің негізгі көзі — су, ал көміртегінің сіңірілу тәсілдеріне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді.

Автотрофты организмдер — көміртегін ауадағы көмір қышқыл газынан сіңіреді. Сол ортадағы түрлі минерал заттардың тотығуынан бөлінетін энергия автотрофты организмдердің көміртегін сіңіруіне көмектеседі. Сондықтан бұл құбылысты фотосинтезге керісінше, хемосинтез деп атайды. Автотрофты микроорганизмдерге С. Н. Виноградский ашқан нитрификациялаушы бактериялар, темір бактериялары, күкірт бактериялары жатады.

Гетеретрофты организмдерге — көміртегін дайын органикалық қосылыстардан алатын микроорганизмдер жатады. Бұларға шіріту бактериялары, әр түрлі ашу процесін қоздырушылар және ауру туғызушы микробтар жатады. Сонымен қатар олар зат алмасу процесінде түзілетін көмір қышқылын да пайдалана алады, сөйтіп, бұл микроорганизмдердің табиғаттағы елі қалдықтарды ыдыратудағы ролі үлкен.

Катаболизм немесе энергетикалық метаболизм, бейорганикалық және органикалық қосылыстардың тотығу реакцияларының жиынтығы. Қоректік заттардың ыдырауы энергия бөлінумен жүреді. Катаболизм жолында ірі полимерлі молекулалар алдымен кішкене фрагменттер мономерлерге ыдырайды, одан әрі органикалық қышқылдарға және фосфорлы эфирлерге айналады. Катаболизм (грекше katabole – сыртқа шығару, ыдырау), организмде тіршілік әрекеті процесінде пайдаланылған энергияны босата отырып, қажетсіз заттарды денеден сыртқа шығарып тастау. Клетка мен тінде болатын тотығу процесі ферменттерінің қатысуымен үздіксіз жүретін құбылыс. Ондағы белок, май, көмірсу сияқты күрделі органикалық заттар тотығу әсерінен ыдырайды. Осы процестен пайда болған энергия тіршіліктің қажетіне жұмсалады.

Катабализм (ыдырау реакциясы) кезінде күрделі органикалық молекулалар жай молекулаларға дейін ыдырайды. Жасушаға түскен көмірсулар, ақуыздар мен майлар, сонымен қатар жасушаның өзінде жиналған қоректік заттар бірнеше реакциялардан кейін сүт қышқылы, СО₂ және амиакқа дейін ыдырайды. Катабализм реакциясы кезіндегі энергияның бір бөлігі еркін энергия түрінде, яғни жоғары энергетикалық қосылыс - аденозинтрифосфат (АТФ) түрінде сақталады. Ал екінші бөлігі энергияға бай коферменттердің сутегі атомдарында никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ - Н) түрінде сақталады.

Анаболизм, биосинтез немесе конструктивті метаболизм, клетканың қор заттары және құрылымдық элементтерінің биосинтез реакцияларының жиынтығы. Анаболизм кезінде клеткалық заттардың қарапайым молекулалардан синтезі энергия жұтылуымен жүзеге асады. Анаболизм жолында ең алдымен клетканың негізгі компоненттері, одан кейін полимерлі макромолекулалар синтезделеді. Клеткада анаболизм және катаболиз процестері бір уақытта жүреді, бір-бірімен тығыз байланысты процестер. Метаболизм нәтижесінде көмірсулар (пируват) органикалық қышқылға, одан әрі майға, көмірсудан пайда болған органикалық қышқылдар аммиак азотымен реакцияласу нәтижесінде амин қышқылына, май, белоктар метаболизм нәтижесінде ыдырап, соңында аммиак, көмірқышқыл газы, т.б. қарапайым заттарға айналады

Микроорганизмдерге энергияны қажет:

• қоректік заттарды цитоплазмалық мембрана арқылы тасымалдауға;
• қоректік заттардан негізгі клеткалық компоненттерді синтездеуге;
• көбею мен клетка қозғалысына.

Көмірсулардың катаболизмі

Микроорганизмдердің басым көпшілігі үшін көмірсулар энергия және көміртегі көзі болып табылады. Олар ыдырағанда энергия түзіледі. Көмірсулардың ең оңай сіңірілетіні – глюкоза, ал одан күрделілері, алдымен глюкозаға дейін ыдырайды. Сондықтан көмірсулардың ыдырау жолдары глюкозадан бастап қарастырылады. Бактерияларды көмірсулар ыдырауының 3 жолы белгілі:

• Гликолиз (ФЕФ);
• Пентозафосфат (ПФ);
• Энтнер-Дудоров (КДФГ);
• Биологиялық тотығу.

Прокариоттарда қоректену типтерінің яғни энергия алу жолдары алуантүрлі болғанымен олардың барлығы әртүрлі заттарды тотықтыру процесіне негізделеді. Тотығу- атомдар мен молекулалардың электрон жоғалту процесі. Тотықсыздану – электрондардың атом немесе молекулаға қосылу процесі. Ал жалпы тотығу-тотықсыздану реакциясы деп электронның бір молекуладан екінші молекулаға өтуін айтамыз. Электрон беретін зат донор, қосып алатын зат акцептор деп аталады. Тотығу-тотықсыздану процестері микроорганизмдердің негізгі энергия беретін процестері – тыныс алу мен ашудың негізін құрайды. Бұл реакцияларды биологиялық тотығу дейді.

Адам мен жануарлар ағзасындағы жасушаларда энергиямен қамтамассыз ететін негізгі зат - АТФ (Аденозинтрифосфат). Ол жасушаның органелласы митохондрияда синтезделеді. Бұл өте күрделі процесс - митохондрия матриксінде электрондар мен протондардың арнайы цитохромоксидазалар арқылы тасымалданып 5 комплекстен өткен соң оттек молекуласын белсендіріп протонға қосылдыру арқылы су түзілуіне әкеледі. Протондардың канал бойымен өткенде бөлетін энергиясы АТФ-синтаза ферментін белсендіріп ол АТФ синтезін жүргізеді. Бұл процесстің жанама атауы - жасуша тыныс алуы немесе биототығу. Қазіргі кезде бұл цитохромоксидазалар мен Митчеллдің хемиосмостық теориясының біріктірілген нұсқасы түрінде қолдану қабылдаған. Тыныс алғанда қабылданған оттек жасушадағы биототығу реакцияларына осы жолмен қатысып су молекуласын түзеді. Бір тәулікте, 70 кг салмақтағы адамға жуық шамамен 62 кг АТФ қалыпты жағдайда қажет деп есептеледі. Ол ауадағы оттекті жұту арқылы қажетті мерзімде ілезде қажетті мөлшерде АТФ түрінде түзіледі.

Катабализм мен анабализм арасындағы энергия алмасуы

Катабалистік жол АТФ және НАДФ - Н түрінде химиялық энергия бөледі. Анабализм кезінде ол энергия қарапайым молекулалардан макромолекулалар құрастыруға жұмсалады. Анабализм немесе биосинтез кезіңде қарапайым ізашар молекулалардан нуклеин қышқылдары және т.б. жасушаның макромолекулалары синтезделеді. Биосинтез молекулалардың көлемі өсіп күрделенгендіктен, оған энергия жұмсалады. Ол энергияның кезі АТФ-ның АДФ мен бейорганикалық фосфатқа дейін ыдырауынан пайда болады. Жасушаның кейбір бөлшектеріне НАДФ - Н-дан бөлінетін энергияға бай атомдары пайдаланылады. Катабализм және анабализм реакциялары жасушада бір уақытта жүреді, бірақ олардың жылдамдығы бір-біріне тәуелсіз реттеледі.