Метаболизм - это совокупность биохимических реак­ций и превращений энергии в клетках живых организ­мов, сопровождающихся обменом веществ между организ­мами и средой

Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катаболизмом, а реакций, приводящих к образованию новых молекул, - анаболизмом.

Превращения энергии в биохимических реакциях осуществля­ются путем переноса электронов с одного энергетического уров­ня на другой или от одного атома или молекулы - к другим. Вещество, отдающее электроны, называется донором, а принима­ющее электроны - акцептором.

Энергия органических веществ выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

Дыхание - это процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде органических веществ, пере­дается на универсальную энергонесущую молекулу аде-нозинтрифосфорной кислоты (АТФ), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

Так, например, при разложении 1 моля глюкозы выделяется 686 ккал свободной энергии (1 ккал = 4,18710³ Дж). Если бы эта энергия выделялась быстро, то большая часть ее рассеялась бы в виде теплоты. Это не принесло бы пользы клетке, а привело бы к гибельному для нее повышению температуры. Но в живых системах есть сложные механизмы, которые регулируют многочисленные хими­ческие реакции таким образом, Что энергия хранится в химических связях и затем может выделяться постепенно, по мере необходимости.

У млекопитающих, птиц и некоторых других позвоночных теплота, выделяемая при дыхании, тем или иным путем сохраня­ется, и поэтому температура их тела, как правило, выше темпе­ратуры окружающей среды. У растений скорость дыхания неве­лика, поэтому выделяемая теплота обычно не накапливается и не влияет на температуру растений.

Дыхание может происходить в аэробных (в присутствии кис­лорода) и в анаэробных (бескислородных) условиях.

Аэробное дыхание - процесс, обратный нормальному фото­синтезу, т. е. синтезированное органическое вещество (С₆Н₁₂0₆) вновь разлагается с образованием С0₂ и Н₂0 и высвобождени­ем потенциальной энергии Q, аккумулированной в этом веще­стве. Акцептором электронов является кислород:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ -> 6С0₂ + 6Н₂0 + Q₁ при этом Q_} = Q _пот = 686 ккал/моль.

В отсутствие кислорода процесс может идти не до конца. В результате незавершенного дыхания образуются органические вещества, содержащие некоторое количество энергии, которая может быть использована другими организмами.

Анаэробное дыхание протекает без участия газообразного кислорода. Акцептором электронов служит не кислород, а дру­гое вещество, например, уксусная кислота:

С₆Н₁₂0₆ + СН₃СООН -> 4С0₂ + 4СН₄ + О₂

При этом Q, < О^, а выделяющийся метан обладает некоторым запасом энергии с/, и может использоваться в качестве топлива или самопроизвольно окисляться и воспламеняться в природе: СН₄ + 20₂ -> СО₂ + 2Н₂0 + q₁

Бескислородное дыхание служит основой жизнедеятельности многих сапротрофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибков, простейших), но может встречаться и в тканях высших животных.

Брожение - это анаэробное дыхание, при котором органичес­кое вещество само служит и донором, и акцептором электронов: С₆Н₁₂0₆ -> 2С₂Н₅ОН + 2С0₂ + Q₃

При этом О_э < С?_пот, а образующийся спирт также содержит некоторое количество энергии q_v которая может быть исполь­зована другими организмами:

C₂H₅ОН + 30₂ -» 2С0₂ + ЗН₂0 + q₂.

Разложение может быть результатом не только биотических, но и абиотических процессов. Так, например, степные и лесные пожары возвращают большое количество С0₂ и других газов в атмосферу и минеральных веществ в почву. Они - важный, а иногда даже необходимый, процесс в экосистемах с такими физическими условиями, при которых микроорганизмы не успе­вают разлагать образующиеся органические остатки. Но оконча­тельное разложение отмерших растений и животных осуществляет­ся гетеротрофными микроорганизмами - редуцентами.