Wyjaśnij, co to jest metabolizm. Podaj nazwy dwóch związków

1.27. Co to jest metabolizm?
Opracowała Bożena Smolik
Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska
 W naszych komórkach występują związki organiczne
i nieorganiczne, które ulegają nieustannym przemianom.
 Każdy organizm można porównać do fabryki, w której
jednocześnie zachodzą różnorodne reakcje chemiczne.
 Wszystkie reakcje chemiczne, zachodzące w organizmie,
związane są z przemianami energii i materii.
 Procesy przemiany materii i energii, zachodzące
w komórkach, nazywamy metabolizmem.

Warunkiem dopływu substancji dla przemian zachodzących
w komórkach jest pobieranie pokarmu ze środowiska w procesie
odżywiania się organizmów.

Pokarm zwierząt i człowieka zawiera złożone, nie zawsze
rozpuszczalne w wodzie substancje. Dlatego muszą one być
rozkładane (trawione) na prostsze, rozpuszczalne w wodzie.

Białka są trawione do aminokwasów, skrobia do glukozy,
tłuszcze do glicerolu i kwasów tłuszczowych.

Pokarm roślin stanowią związki nieorganiczne, które przy
dopływie energii słonecznej są zamieniane w związki organiczne
podczas procesu fotosyntezy.

Z tych prostych związków organicznych każdy organizm
syntetyzuje w swoich komórkach swoiste białka oraz cukrowce
i tłuszczowce, z których buduje nowe struktury własnych
komórek.

Energię do budowy tych związków czerpie organizm z procesu
oddychania.
Z jakich substancji zbudowane
jest ciało człowieka?
Co jest głównym składnikiem
organizmów?
 Organizmy zbudowane są z
różnych substancji
chemicznych. Te substancje
można podzielić na organiczne
i nieorganiczne.
 Nazwa „związki organiczne”
wzięła się stąd, że występują
one niemal wyłącznie w
organizmach.
 Związki nieorganiczne budują
głównie nieożywioną część
przyrody- skorupę ziemską.
Substancje chemiczne
Organiczne
-
Białka
Węglowodany (cukry)
Tłuszcze
Kwasy nukleinowe
Nieorganiczne
–
–
Budują głównie skorupę
ziemską.
Są to woda i sole
mineralne.
Wszystkie związki chemiczne zbudowane
są z pierwiastków chemicznych
Mikroelementy
Makroelementy

To pierwiastki, występujące w
organizmach w znacznych ilościach
i są niezbędne do ich
funkcjonowania

To pierwiastki, występujące w
bardzo małych ilościach, ale
nieodzowne do funkcjonowania
organizmów

Są to :

Są to:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
węgiel
wodór
tlen
azot
fosfor
siarka
potas
sód
magnez
–
–
–
–
–
–
–
–
–
żelazo
cynk
krzem
miedź
mangan
fluor
jod
bor
molibden
Funkcje wybranych
makroelementów
Węgiel, wodór, tlen
Są składnikami wody, białek, tłuszczów, cukrów
kwasów nukleinowych.
Azot
Składnik białek, kwasów nukleinowych, witamin,
Hormonów.
Fosfor
Składnik kwasów nukleinowych, wchodzi w skład kości.
Siarka
Jest składnikiem enzymów i niektórych aminokwasów.
Potas i sód
Wpływają na stan uwodnienia cytoplazmy, warunkują
przewodzenie bodźców.
Magnez
Wchodzi w skład cząsteczki chlorofilu i kości.
Funkcje wybranych
mikroelementów
żelazo
Składnik niektórych białek, np. hemoglobiny, który wiąże się
nietrwale z tlenem i roznosi go po całym organizmie.
miedź
Składnik enzymów kontrolujących proces oddychania.
Cynk
Ma wpływ na przyspieszenie regeneracji naskórka.
krzem
Jest składnikiem ścian komórkowych np. u skrzypów i traw.
jod
Odpowiedzialny za prawidłowe działanie gruczołu dokrewnegotarczycy.
fluor
Niezbędny w procesie tworzenia szkliwa zębów, zapobiega
powstawaniu próchnicy.
Woda
 Jest głównym składnikiem każdego organizmu – stanowi
średnio 70-80% zawartości żywej komórki.
 Jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania organizmu.
 Jest rozpuszczalnikiem wielu związków chemicznych.
 Jest środowiskiem wszystkich reakcji zachodzących
w organizmie.
 Jest substratem wielu reakcji chemicznych.
 Ilość wody w komórce zmienia się wraz z wiekiem komórki
i tempem czynności życiowych.
 Niedobór wody powoduje zwolnienie procesów życiowych
w komórce, a nawet jej zamieranie.
 Biologiczna funkcja wody ma związek z jej fizycznymi
właściwościami.
Sole mineralne

Spełniają w organizmach rolę
substancji regulujących
przemianę materii.

Są materiałem budulcowym.
Węglan wapnia stanowi główny
składnik muszli mięczaków,
skorupek otwornic i kości
kręgowców. Tlenek krzemu
(krzemionka) wchodzi w skład
pancerzyka okrzemek, a także
ścian komórkowych skrzypów.

Chlorek sodu jest składnikiem
wszystkich płynów ustrojowych.
W czasie wysiłku fizycznego i w
wysokich temperaturach
konieczne jest uzupełnianie
utraconego chlorku sodu poprzez
picie wód mineralnych.
Związki organiczne
 Związki organiczne podczas spalania uwalniają energię
w postaci ciepła.
 Głównym składnikiem związków organicznych jest węgiel
(C).
 Jedną z istotnych jego właściwości jest możliwość łączenia
się w długie łańcuchy.
 Te, wraz z atomami wodoru (H), tlenu (O),i często azotu
(N) lub fosforu (P) tworzą różne rodzaje związków
organicznych.
Białka
 Składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu, azotu, siarki
i fosforu.
 Pierwiastki te tworzą 20 rodzajów aminokwasów.
 Aminokwasy tworzą łańcuchy peptydowe, a ich kolejność
decyduje o właściwościach cząsteczki białka.
 Ulegają denaturacji pod wpływem temperatury (60o C)
i niektórych substancji chemicznych, tracąc
nieodwracalnie swoje właściwości.
 W okresie głodu organizm zaczyna czerpać energię
z rozkładanych białek, co powoduje zniszczenie struktury
organizmu, a w konsekwencji jego śmierć.
Znaczenie białek
 białka strukturalne – budują elementy
komórek, np. błony komórkowe.
 białka odpornościowe – występują
w płynach ustrojowych (przeciwciała).
 białka enzymatyczne – są odpowiedzialne
za prawidłowy przebieg wszystkich
procesów metabolicznych.
 białka zapasowe – są magazynowane,
głównie w nasionach roślin strączkowych.
Węglowodany (cukry)
 Składają się głownie z węgla, wodoru i tlenu.
 Mogą być zbudowane z pojedynczych cząsteczek
(np.glukoza), dwóch cząsteczek (np. sacharoza)
albo z wielu cząsteczek, tworzących proste lub
rozgałęzione łańcuchy.
 Im dłuższy łańcuch, tym cukier słabiej rozpuszcza
się w wodzie.
Funkcje węglowodanów
 Energetyczna- czyli węglowodany są źródłem
energii.
 Zapasowa – w postaci skrobi u roślin, a glikogenu
u zwierząt.
 Budulcowa – celuloza jest głównym składnikiem
ścian komórkowych u roślin, a chityna u grzybów.
 Transportowa – u roślin transportową formą
cukru jest sacharoza, a u zwierząt i ludzi glukoza.
Tłuszcze
To związki glicerolu i kwasów tłuszczowych
 Są najbardziej skoncentrowanym źródłem energii.
 Nie rozpuszczają się w wodzie, tylko w rozpuszczalnikach
organicznych.
 Pełnią funkcję:
–
zapasową – w nasionach i owocach lub w tkance
tłuszczowej u zwierząt,
–
ochronną np. woski, pokrywające liście i owoce,
–
budulcową- wraz z białkami budują błony komórkowe,
–
regulatorową (hormony sterydowe, witaminy A i D),
–
termoizolacyjną np. foki, wieloryby.
Skład chemiczny ciała człowieka
Pierwiastki [%]
Związki chemiczne [%]
tlen
65
woda
65
węgiel
18
sole mineralne
4
wodór
10
białka
20
azot
3
tłuszcze
10
wapń
1,5
cukry
1
potas
+ (mniej niż 1)
fosfor
+
sód
+
siarka
+
magnez
+
Nasz organizm intensywnie
przetwarza materię i energię
Dopływ energii
–
–
z pokarmu
ciepło z otoczenia
Ubytki energii
–
Ubytki materii
–
Dopływ materii
–
–
–
–
substancje pokarmowe
tlen i dwutlenek węgla
utrata ciepła
niestrawione resztki
pokarmowe
szkodliwe produkty
przemiany materii
tlen, dwutlenek
węgla, para wodna
Metabolizm i jego kierunki
Metabolizm to:
 całokształt reakcji biochemicznych, zachodzących
w komórkach organizmu,
 związany z przepływem materii, energii i informacji,
 zapewniający organizmowi: wzrost, ruch, rozmnażanie,
wrażliwość roślin, pobudliwość nerwową zwierząt.
Metabolizm = anabolizm + katabolizm
 Wszystkie przekształcenia związków jednych w drugie,
jak również ich utlenianie w procesie oddychania,
nazywamy metabolizmem.
 Na całokształt przemiany materii składają się dwa,
w zasadzie przeciwstawne procesy: anabolizm
i katabolizm.
 Zachodzą one w komórce jednocześnie, ale z różną
intensywnością.
Anabolizm
 Anabolizm (z języka łacińskiego anabolismus – przyswojenie),
są to wszystkie reakcje syntez. Polegają one na przemianie
związków prostych w złożone i wymagają dostarczenia
energii
związki proste
enzymy
energia
związki złożone
 Produkty powstałe w tego typu reakcjach mają większy
zasób energii niż proste, wyjściowe substraty
Proces anaboliczny
 Przykładem reakcji
anabolicznej jest proces
fotosyntezy lub
chemosyntezy.
 W obu procesach pobrana
energia służy do produkcji
związków organicznych i
jest w nich magazynowana.
Katabolizm
 Katabolizm obejmuje reakcje rozkładu złożonych
związków organicznych na produkty proste, zawierające
mniejszy zapas energii niż substraty.
 Wyzwolona w tych procesach energia jest kumulowana
w uniwersalnym przenośniku energii – ATP
wysokoenergetyczny
substrat
enzymy
niskoenergetyczne + energia
produkty
 Podstawowym procesem katabolicznym jest oddychanie.
Oddychanie komórkowe jest
procesem katabolicznym

Organizmy, aby żyć, potrzebują energii.

Zwierzęta wykorzystują energię do ruchu, wzrostu, pobierania
pokarmu, wydalania, ogrzewania organizmu.

Rośliny również potrzebują energii do wzrostu, pobierania soli
mineralnych z gleby, transportu cukrów wyprodukowanych w
liściach.
Energia jest uwalniana w każdej komórce organizmu
podczas procesu oddychania komórkowego,
na który składa się wiele reakcji chemicznych.
Oddychanie
wewnątrzkomórkowe

Reakcje oddychania wewnątrzkomórkowego zachodzą w:
–
–
cytoplazmie ,
mitochondriach.

W CYTOPLAZMIE cząsteczki glukozy rozkładane są przez enzymy
stopniowo, bez udziału tlenu, do specjalnej substancji pośredniej,
która może wniknąć do mitochondriów.

W MITOCHONDRIACH znajdują się liczne enzymy, które przy
udziale tlenu stopniowo utleniają związek pośredni do produktów
końcowych.
Oddychanie tlenowe

Oddychanie tlenowe w komórkach polega na łączeniu się
związków węgla (organicznych) z tlenem, co w chemii jest
nazywane reakcją spalania lub utlenianiem.

W procesie tym powstaje energia niezbędna do życia,
magazynowana w wysokoenergetycznych związkach ATP.

Substratami tej reakcji chemicznej są związki organiczne i tlen.

Produktami dwutlenek węgla, woda i ENERGIA.
glukoza + tlen  dwutlenek węgla + woda + ENERGIA
Czy pamiętasz nazwę struktur komórkowych,
w których zachodzi ten proces?
ATP

Podczas kolejnych reakcji utleniania wydzielają się niewielkie porcje
energii. Większość stanowi energia cieplna, potrzebna na przykład
do ogrzewania organizmu. Pozostała część uwalnianej energii
wiązana jest w związku chemicznym- ATP (adenozynotrifosforan).

ATP magazynuje porcje energii w swoich wiązaniach chemicznych
i przekazuje ją do innych procesów zachodzących w organizmie - jest
uniwersalnym akumulatorem i przenośnikiem energii:
ATP





-ruch
-biosynteza białka
-wzrost
-regeneracja
Procesy oddychania, zachodzące w komórkach, zależą głównie od
ilości tlenu oraz wysokości temperatury.
Enzymy
 Procesy anaboliczne i kataboliczne zachodzą w komórkach
jednocześnie.
 Przebieg tych procesów regulowany jest przez enzymy.
 Enzymy są tworami białkowymi, mającymi zdolność , pod
wpływem innych jeszcze substancji, do przyspieszania lub
hamowania zachodzących reakcji.
 Enzymy same nie zużywają się w trakcie reakcji
chemicznych, lecz, jako substancje białkowe, czułe są na
temperaturę i inne czynniki otoczenia.
Tempo przemian


Szybkość przemian metabolicznych w naszym organizmie jest
ogólnie wysoka, ale może być różna u różnych osób, jak również
zmieniać się u tej samej osoby.
Zależy między innymi od:
–
–
–
–
–



aktywności fizycznej danej osoby,
warunków otoczenia (temperatura),
sytuacji stresowej,
wieku,
uwarunkowań genetycznych.
U organizmów dorosłych intensywność anabolizmu i katabolizmu
jest mniej więcej jednakowa, A=K.
Procesy kataboliczne dominują nad procesami syntez u
organizmów starzejących się (A<K) i odwrotnie u młodych (A>K).
Metabolizm jest kontrolowany i regulowany przez jądro
komórkowe, u organizmów tkankowych przez układ nerwowy
i hormonalny.
Chudy czy gruby?
Osoby o szybkiej przemianie materii
nawet spożywając duże ilości pokarmu
nie przybywają na wadze, ponieważ
rozkład substancji pokarmowych
w komórkach ich ciała jest tak szybki,
że nie dochodzi do odkładania się
tłuszczu. Osoby o powolnej przemianie
materii łatwo przybierają na wadze
Zadania
1.
Wyjaśnij, co to jest metabolizm.
2.
Podaj nazwy dwóch związków chemicznych,
dominujących ilościowo w organizmie
człowieka.
3.
Wymień dwa związki chemiczne, dostarczające
najwięcej energii.
4.
Wyjaśnij dlaczego fotosynteza należy do
procesów anabolicznych.
5.
Wymień trzy czynniki, wpływające na
intensywność metabolizmu.
Źródła



W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 1, Operon,2003
K.Stępczak, Biologia, WSiP, 1993
B.Gulewicz, Biologia , ABC, 1998