Метаболизм клетки: диссимиляция и ассимиляция

фото: НейроХолст

Определение - Преобразование веществ, поступающих в организм извне, наряду с образованием сложных биохимических реакций, называется метаболизмом.

Конечным результатом этих процессов становится образование сложных органических соединений. Превращение простых элементов в сложные, а также их усвоение и распад — последовательные и взаимосвязанные процессы, которые обеспечивают нормальное существование живого организма.

Функции метаболизма

Внутриклеточный обмен и метаболизм играют ключевую роль в поддержании жизнедеятельности организма по ряду признаков:

• снабжение организма энергией;
• преобразование питательных веществ в строительный материал для биосинтеза макромолекул;
• выработка макромолекул и молекулярных структур для создания новых связей;
• синтез и разрушение молекулярной формулы со специфическими функциями.

Проще говоря, обмен веществ включает три компонента: выработку энергии из питания, создание ресурса для образования новых молекулярных структур и органических соединений, выведение метаболитов и продуктов распада из организма.

Этапы и метаболический путь

Определение: Согласованные процессы по месту, времени и интенсивности, а также последовательные этапы преобразования одних соединений в другие называются метаболическими путями.

Ученые выделяют несколько ключевых этапов этого процесса:

1. В результате гидролиза происходит распад макромолекул липидов, белков и углеводов на мономеры — простые вещества. Образуется не более 3% энергии.
2. Процесс преобразования углеводов, жиров, отчасти и протеинов во многом схож. Исходом универсализации становится выделение ацетилкофермента — промежуточного продукта обмена и большого количества энергии.
3. В завершение метаболического пути происходит аэробное окисление и образование конечных метаболитов: мочевины, H2O, CO2, аммиак, билирубин, мочевая кислота и другие. На третьем этапе высвобождается более 2/3 потенциальной энергии. Именно на этом нутрициологии и диетологи акцентируют внимание людей, стремящихся к похудению.

Важно, что электролиты и другие ионы обеспечивают постоянство внутренней среды и не подвергаются изменениям. Вода же обеспечивает эвакуацию конечных метаболитов через почки, кожу, слизистые и органы дыхания.

Базовые процессы

Среди всех метаболических путей, которые протекают в организме, важно выделить разнонаправленные процессы: катаболизм и анаболизм. Согласованность в течении обмена обеспечена многообразными и сложными регуляторными механизмами.

 Анаболизм и ассимиляция

Определение: Под анаболизмом (ассимиляцией) следует понимать создание сложной молекулярной формулы из более простой. Этот процесс направлен на создание новых компонентов клеток и тканевых структур. Анаболические процессы обязательно протекают с затратой свободной энергии.

Ассимиляция близка по смыслу к анаболизму, но наука дифференцирует анаболизм как важнейший этап ассимиляции — синтез питательных веществ из пищи. 

Во время анаболизма образуется белок, гликоген и другие важные вещества, которые помогают наращивать мышечную массу, восстанавливать ткани. Стимуляция регенерации происходит, благодаря синтезу гормона роста. Анаболический процесс регулируется инсулином, тестостероном и гормоном роста.

Функциональное значение процесса:

• рост и развитие ткани за счет синтеза белка;
• энергетический обмен — преобразование пищи и кислорода в энергию;
• укрепление иммунитета — синтез анаболических гормонов усиливает иммунный ответ и защищает организма от негативных факторов.

Таким образом, ассимиляция характеризуется процессами, в результате которых происходит усвоение питательных веществ для создания энергии, обновления и роста тканей.

Внутриклеточный катаболизм

Определение: Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) — процесс распада сложных веществ до простых фракций и их окисление с целью высвобождения энергии.

Термин катаболизм тоже отождествляют с диссимиляцией, как при сравнении анаболизма и ассимиляции. Но катаболический процесс — этап диссимиляции, то есть преобразования веществ до конечных продуктов обмена. В результате катаболизма организм реализует следующие задачи:

• выделяет энергию для обеспечения жизнедеятельности организма;
• продуцирует глюкозу, аминокислоты, гормоны для полноценной работы;
• инициирует эвакуацию старых, поврежденных и лишних клеток, в том числе раковых;
• поддерживает стабильность гликемического индекса;
• стимулирует мышечную активность и движение.

Процесс диссимиляции представляет собой преобразование жиров, белков и углеводов в простые соединения. Продукты диссимиляции повторно используются клетками для осуществления анаболических и катаболических процессов.

Взаимосвязь диссимиляции и ассимиляции

Несмотря на то, что диссимиляция и ассимиляция являются противоположно направленными процессами, они неразрывно связаны и не существуют отдельно. Связь прослеживается на углеродном и энергетическом уровнях:

1. Через источники углерода. Молекулы углерода, которые выделяются в результате катаболизма, используются для реализации анаболического процесса. К примеру, углерод, выделенный в результате гликолиза, важен для синтеза аминокислот, которые используются для синтеза белков.
2. На уровне энергообмена. Когда в процессе катаболизма образуется энергия, она используется для создания новых молекулярных единиц при анаболизме. Так, если катаболической энергии больше, чем требуется для реализации анаболических процессов, то происходит запас энергии в жировой ткани и мышцах.

Анаболизм и катаболизм находятся в равновесном состоянии, поскольку две фазы обмена попеременно превалируют друг над другом. Если преобладает ассимиляция, то происходит рост тканевой массы, если же диссимиляция — выделяется энергия за счет разрушения ткани.

В результате анализа обоих процессов, диссимиляция предоставляет энергию для ассимиляции, чтобы создавать новые молекулярные связи и поддерживать стабильную работу всего организма.