Związki organiczne - LOGIM.EDU.GORZOW.PL

2.27 Anabolizm i katabolizm
Opracowała Bożena Smolik
Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska
anabolizm
synteza zw. organicznych,
np. fotosynteza
METABOLIZM
katabolizm
procesy rozpadu
np.: oddychanie
metabolizm = anabolizm + katabolizm
 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.
Nasz organizm intensywnie
przetwarza materię i energię
Dopływ energii
– z pokarmu
– ciepło z otoczenia
Ubytki energii
–
utrata ciepła
Ubytki materii
–
Dopływ materii
–
– substancje pokarmowe
– tlen i dwutlenek węgla
–
niestrawione resztki
pokarmowe
szkodliwe produkty
przemiany materii
tlen, dwutlenek węgla,
para wodna
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 przede wszystkim woda i
sole mineralne.
Wszystkie związki chemiczne zbudowane są z
pierwiastków chemicznych
Makroelementy
 To pierwiastki, występujące w
organizmach w znacznych
ilościach i są niezbędne do ich
funkcjonowania.
 Są to:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
węgiel
wodór
tlen
azot
fosfor
siarka
potas
sód
magnez
Mikroelementy
 To pierwiastki, występujące w
bardzo małych ilościach, ale
nieodzowne do funkcjonowania
organizmów.
 Są to:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
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 dokrewnego-tarczycy.
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 przez 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 głownie w nasionach
roślin strączkowych.
Węglowodany
 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.
 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 musza być one 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.
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.
Istnieją dwa kierunki przemian metabolicznych: anaboliczny
i kataboliczny
Anabolizm
 Anabolizm obejmuje reakcje syntezy złożonych związków organicznych
ze związków prostych.
 Reakcje te wymagają nakładów energii, w wyniku czego w produktach
syntezy nagromadzona jest większa ilość energii niż w substratach.
energia
substrat 1
+
substrat 2
produkt
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
Substrat
produkt 1
+
produkt 2
+ ATP
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, 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 jadro komórkowe. U organizmów
tkankowych przez układ nerwowy i hormonalny.
 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.
Wykaż przeciwstawność procesów anabolizmu i katabolizmu.
2.
Podaj dwa przykłady procesów anabolicznych.
3.
Podaj nazwę związku, będącego akumulatorem energii
w organizmie.
4.
W jakim okresie życia człowieka jest największa intensywność
przemian metabolicznych?
5.
Wyjaśnij, na czym polega funkcja enzymów.
Źródła
 W.Lewiński,J.Prokop, Biologia 1, Operon,2003
 K.Stępczak, Biologia, WSiP, 1993
 B.Gulewicz, Biologia , ABC, 1998