Opracowała Bożena Smolik Konsultant Arleta Poręba-Konopczyńska 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 Nieorganiczne 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 To pierwiastki, występujące w bardzo małych ilościach, ale nieodzowne do funkcjonowania organizmów Są to: żelazo cynk krzem miedź mangan fluor jod bor molibden 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

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 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 węgiel 18 sole mineralne 4 wodór 10 białka 20 azot 3 tłuszcze 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 Dopływ materii substancje pokarmowe tlen i dwutlenek węgla Ubytki energii utrata ciepła Ubytki materii 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 enzymy związki proste związki złożone energia Anabolizm (z języka łacińskiego anabolismus – przyswojenie), są to wszystkie reakcje syntez. Polegają one na przemianie związków prostych w złożone i wymagają dostarczenia energii enzymy związki proste związki złożone energia 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 enzymy niskoenergetyczne + energia substrat 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. 27

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 ATP  -ruch  -biosynteza białka  -wzrost  -regeneracja 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:  -ruch  -biosynteza białka  -wzrost  -regeneracja Procesy oddychania, zachodzące w komórkach, zależą głównie od ilości tlenu oraz wysokości temperatury. ATP

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 Wyjaśnij, co to jest metabolizm. Podaj nazwy dwóch związków chemicznych, dominujących ilościowo w organizmie człowieka. Wymień dwa związki chemiczne, dostarczające najwięcej energii. Wyjaśnij dlaczego fotosynteza należy do procesów anabolicznych. 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