что такое ассимиляция в биологии
Ассимиляция в биологии
Ассимиляция в биологии (латинский assimilatio уподобление, отождествление) — процесс усвоения организмом веществ, поступающих в него из окружающей среды, в результате которого эти вещества становятся составной частью живых структур или откладываются в организме в виде запасов. Ассимиляция и диссимиляция обеспечивают непрерывное обновление органического вещества на протяжении всей жизни организма. Интенсивность ассимиляции и ее соотношение с диссимиляцией варьируют как у различных организмов, так и на протяжении жизни одной особи. Наиболее интенсивно ассимиляция происходит в периоды роста: у животных — в молодом возрасте, у растений — в течение вегетативного периода.
Ассимиляция у растений. В состав веществ, образующих биомассу растений и участвующих в процессах жизнедеятельности, входят многие химические элементы, прежде всего C, O, Η, N, P, S, К, Mg, Ca, и микроэлементы: Fe, Cu, Mo, Mn, B, Co, Zn и др. Растения усваивают их из окружающей среды в составе молекул неорганических или органических веществ, или в виде ионов минеральных солей, подвергают разнообразным превращениям и вовлекают их в процессы жизнедеятельности.
По способу ассимиляции основных элементов (прежде всего углерода) растения делят на две группы: гетеротрофные и аутотрофные (см. Аутотрофные организмы, Гетеротрофные организмы).
Гетеротрофные растения могут усваивать углерод только в составе органических веществ и получать энергию при частичном (брожение) или полном (дыхание) их окислении. Это большинство бактерий, грибов, лишенные хлорофилла высшие растения-паразиты.
Аутотрофные растения поглощают углерод в виде углекислого газа. В этом случае для полной ассимиляции углерода требуется его включение в состав молекул синтезируемых органических веществ с превращением в восстановленную форму. Для этого необходимы затраты энергий из внешних источников и специальные механизмы ее использования. Аутотрофные растения имеют такие механизмы. Гетеротрофы, не обладая такими механизмами, вынуждены питаться готовыми органическими соединениями, содержащими энергию, необходимую для жизнедеятельности.
Фотоаутотрофные зеленые растения осуществляют процесс синтеза органических соединений при помощи энергии света, поглощаемой зеленым пигментом — хлорофиллом (см. Фотосинтез). Сущность фотосинтеза заключается в восстановлении углерода углекислоты при помощи водорода, получаемого из воды. Первая стадия фотосинтеза — окисление воды при помощи энергии света. При этом кислород выделяется из воды, а обогащенные энергией электроны и протоны водорода используются для образования богатых энергией химических соединений (см. Высокоэргические соединения). Находящаяся в них энергия участвует в последующих реакциях, протекающих в темноте. При этом на заключительной стадии осуществляется сложный восстановительный пентозофосфатный цикл (цикл Кальвина), в результате чего образуются, во-первых, конечные продукты фотосинтеза (углеводы) и, во-вторых, регенерирует акцептор CO2 — рибулезодифосфат. Продуктами фотосинтеза являются также органические кислоты, аминокислоты, белки, липиды и пигменты (в частности, хлорофилл). В разных условиях и при различных состояниях растений состав продуктов фотосинтеза меняется, что свидетельствует о его важной регуляторной роли в процессах жизнедеятельности.
Источником углерода для наземных растений служит углекислый газ атмосферного воздуха. Водные растения используют растворенный углекислый газ и карбонаты. В период интенсивного фотосинтеза и роста наземные растения на площади в 1 га могут ассимилировать в течение суток более 160 кг углерода, образуя при этом до 600—700 кг органических веществ и связывая около 800—1600 тысяч килокалорий энергии солнечного света. За период вегетации это составляет 2500 — 6000 кг углерода, 6000—15 000 кг органических веществ и 24—60 млн. килокалорий энергии. Зеленые растения земного шара ассимилируют ежегодно примерно 40 млрд. тони углерода, образуя около 100 млрд. тонн органических веществ, связывая примерно 400 X 1015 ккал энергии и выделяя в атмосферу 120 млрд. тонн кислорода.
Некоторые зеленые и пурпурные бактерии также усваивают углерод при помощи энергии света, но используют для восстановления углекислоты не воду, а сероводород, водород и другие соединения. При этом свободный кислород не выделяется. Такой способ ассимиляции углерода называется фоторедукцией.
Вещества, лишенные окисленных атомов углерода (углеводороды), для большинства организмов плохой или вообще непригодный питательный материал. Однако ряд микроорганизмов способен использовать и эти соединения. На этом основано промышленное получение кормовой и пищевой белковой биомассы в результате произрастания культуры микроорганизмов на некоторых фракциях переработки нефти и природных горючих газов. При ассимиляции углерода в виде готовых органических веществ гетеротрофные организмы обычно большую их часть подвергают полному окислению, черпая из этого нужную им энергию. Поэтому жизнедеятельность гетеротрофных организмов связана с убылью общих запасов органических веществ. Для поддержания жизни на Земле необходимо систематическое пополнение этих запасов, что и осуществляют аутотрофные организмы.
Сера усваивается высшими растениями в окисленном состоянии в виде анионов SO4-, но подвергается восстановлению и вводится в ряд органических соединений в виде дисульфидных (—S—S—) или сульфгидрильных (—S—H) групп. Такие соединения играют важную роль в окислительно-восстановительных реакциях.
Фосфор ассимилируется в виде солей ортофосфорной кислоты и входит в состав ряда сложных белков, фосфолипидов, нуклеиновых кислот и др. Образуя фосфорные эфиры с рядом органических соединений, фосфорная кислота играет исключительно важную роль в обмене и превращении веществ: активирует их (например, углеводы), обеспечивает перенос энергии с дыхательного цикла на осуществление биосинтезов и других жизненных процессов.
Калий, кальций, магний усваиваются в виде ионов солей и выполняют самые разнообразные функции: входят в состав некоторых важных соединений (например, Mg — в состав хлорофиллов или некоторых ферментов), играют роль специфических катализаторов некоторых процессов, поддерживают определенный режим внутриклеточной среды и состояние биоколлоидов и мембран, нейтрализуют некоторые органические кислоты (например, щавелевую кислоту) и т. д.
Библиография: Кондратьева E. Н. Фотосинтезирующие бактерии, М., 1963, библиогр.; Кретович В. Л. Основы биохимии растений, М., 1971; Мишустин E. Н. и Шильникова В. К. Биологическая фиксация атмосферного азота, М., 1968; Ничипорович А. А. Световое и углеродное питание растений — фотосинтез, М., 1955; Прянишников Д. Н. Азот в жизни растений и в земледелии СССР, М.— Л., 1945; Рабинович Е. Фотосинтез, пер. с англ., т. 1—3, М., 1951—1959.
Ассимиляция (биология)
Ассимиля́ция (уподобление) — совокупность процессов анаболизма (биосинтеза) в живом организме, в ходе которых различные вещества включаются в его состав.Синтез высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов). Невозможна без энергии
В ходе ассимиляции простые вещества (сложные первоначально расщепляются до простых), неспецифические для какого-либо организма, превращаются в сложные, характерные для данного вида соединения (усваиваются).
Ассимиляция уравновешивается суммой процессов диссимиляции (распада).
См. также
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Ассимиляция (биология)» в других словарях:
Ассимиляция — Термин ассимиляция (лат. assimilatio уподобление) употребляется в нескольких областях знания: Ассимиляция (биология) совокупность процессов синтеза в живом организме. Ассимиляция (лингвистика) уподобление артикуляции одного … Википедия
Ассимиляция (значения) — Термин ассимиляция (лат. assimilatio уподобление) употребляется в нескольких областях знания: Ассимиляция (биология) совокупность процессов синтеза в живом организме. Ассимиляция (лингвистика) уподобление артикуляции одного звука артикуляции… … Википедия
Азотистый обмен почвы — Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Азотистый обмен почвы это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества… … Википедия
Круговорот азота — Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Круговорот азота био … Википедия
Пластический обмен — Анаболизм (от греч. ἀναβολή, «подъём») совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей. Анаболизм взаимосвязан с противоположным процессом… … Википедия
Ассимиляты — стабильные органические соединения, которые являются конечными продуктами в процессе фотосинтетической фиксации и восстановления углекислот в растениях. Ассимиляты обладают способностью концентрироваться в фотосинтезирующих тканях растений.… … Википедия
Обмен веществ — или метаболизм, лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Ф. Энгельс,… … Большая советская энциклопедия
Тимирязев, Климент Аркадьевич — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Тимирязев. Климент Аркадьевич Тимирязев Климент Аркадьевич Тимирязев … Википедия
Ассимиляция и диссимиляция: обмен веществ и его типы, формы поступления энергии в живые организмы, этапы энергетического обмена
Ассимиляция и диссимиляция
Обмен веществ и его типы
Процесс обмена веществ и энергии, происходящий в живых организмах — это метаболизм.
За счет метаболизма сохраняется постоянство внутренней среды организма во внешних условиях, которые постоянно меняются. Это постоянство получило название гомеостаз.
Обмен веществ — это два взаимосвязанных и взаимопротивоположных процесса: диссимиляция и ассимиляция.
Первый процесс — диссимиляция. Это энергетический обмен, в ходе которого органические вещества расщепляются, а выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ.
Второй процесс — это ассимиляция в биологии. Ассимиляция — это процесс или энергетический обмен, в ходе которого энергия АТФ применяется для синтеза собственных соединений, необходимых организму.
Принципиальное различие между ними заключается в том, что в первом случае энергия высвобождается (в результате распада органических веществ получается CO₂, H₂O, АТФ), а при ассимиляции (в биологии) энергия затрачивается (так происходит синтез углеводов, жиров, белков, ДНК, РНК, АТФ и др).
Примеры процессов диссимиляции в биологии — дыхание, брожение, гликолиз. Примеры процессов ассимиляции в биологии — фотосинтез, биосинтез белков, углеводов.
Процессы диссимиляции в биологии еще называют катаболизмом и энергетическим обменом. Процессы ассимиляции в биологии также называют анаболизмом и пластическим обменом.
Одно и то же понятие называется по-разному по одной просто причине: реакции обмена веществ изучались учеными различных специальностей:
Интересно, что все названия закрепились в научном дискурсе и активно используются. Это объясняет, к примеру, почему ассимиляция называется пластическим обменом. Поэтому ассимиляция в биологии это и анаболизм, а диссимиляция в биологии — это еще и катаболизм.
Формы поступления энергии в живые организмы
Солнце — основной источник энергии для всех живых существ на планете. С его помощью живые организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.
Есть организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических — это автотрофы. Все автотрофы можно поделить на 2 группы:
Живым организмам нужна энергия для разнообразных процессов: химических, тепловых, электрических и механических.
Этапы энергетического обмена
Энергетический обмен в биологии состоит из нескольких последовательных этапов. Ниже рассмотрим основные этапы обмена веществ, и какие процессы происходят на этапах энергетического обмена.
Первый этап энергетического обмена в клетке — подготовительный.
Подготовительный этап энергетического обмена — это этап, на котором происходит расщепление макромолекул до мономеров под воздействием ферментов. Реакции сопровождаются выделением небольшого количество энергии, рассеиваемой в виде тепла.
Далее следует второй этап энергетического обмена — бескислородный этап энергетического обмена, который происходит в клетках. Образованные на предыдущем этапе мономеры (глюкоза, глицерин и др) расщепляются дальше без доступа кислорода. На этом этапе наиболее важным является расщепление молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты, которое сопровождается образованием двух молекул АТФ.
Уравнение выглядит следующим образом:
Это реакция гликолиза, в ходе которой происходит выделение примерно 200 кДж энергии. Но она не вся трансформируется в тепло. Часть этой энергии идет на синтез двух фосфатных связей в молекулах АТФ, богатых на энергию (макроэргических).
В ходе спиртового брожения происходит расщепление и глюкозы.
Помимо спиртового есть еще и следующие виды бескислородного брожения — маслянокислое и молочнокислое.
Следующий этап энергетического обмена веществ — кислородный этап энергетического обмена. На кислородном этапе происходит окисление образованных на предыдущем этапе соединений до конечных продуктов реакции — воды и углекислого газа.
В 1937 году английский биохимик Адольф Кребс описал последовательность превращений органических кислоты в матриксе митохондрий. Совокупность этих реакций получила название цикла Кребса.
Образованные в ходе анаэробного процесса молекулы молочной или пировиноградной кислоты в результате полного окисления до углекислого газа и воды выделяют 2800 кДж энергии. Такого количество энергии достаточно для синтеза 36 молекул АТФ. Это в 18 раз больше, чем на предыдущем этапе.
Суммарное уравнение кислородного этапа можно представить следующим образом:
Суммарное же уравнение энергетического обмена имеет вид:
Завершающей стадий этапов энергетического обмена является выведение из организма продуктов метаболизма.
Мы рассмотрели, что такое энергетический обмен, изучили кратко энергетический обмен и этапы обмена веществ.
Ассимиляция (биология)
Содержание
Ассимиляция углерода
Ассимиляция углерода (или ассимиляция углерода) является наиболее важным процессом ассимиляции.
Требуемая световая энергия составляет 2872 кДж / моль при стандартных термодинамических условиях.
Ассимиляция фосфатов в растениях
Ассимиляция серы в растениях
Ассимиляция азота в растениях
Ассимиляция нитратов
Обобщено в формулах:
Ассимиляция аммония
В пластидах глутаматаммонийлигаза катализирует включение аммонийного азота в форме амидогруппы в аминокислоту глутаминовую кислоту (глутамат), которая продуцирует глутамин. На втором этапе глутаматсинтаза переносит эту амидогруппу в виде аминогруппы на 2-оксоглутарат, создавая две молекулы глутаминовой кислоты:
НАДН используется в качестве донора электронов для синтеза глутаминовой кислоты в пластидах корня и ферредоксина в хлоропластах листьев. Аммоний также может ассимилироваться через глутаматдегидрогеназу:
Донором электронов для этой реакции является НАДН в митохондриях и НАДФН в хлоропластах.
Пример реакций трансаминирования представлен аспартатаминотрансферазой :
Глутамат + оксалоацетат → аспартат + 2-оксоглутарат
Образующийся здесь аспартат (аминокислота) является субстратом для аспарагинсинтетазы :
Аспартат + глутамин + АТФ → аспарагин + глутамат + АМФ + PP i
Экспрессия генов аспарагинсинтетазы снижается под действием света и углеводов. Следовательно, регуляция этого фермента дополняет регуляцию ферментов синтеза глутамина и глутамата (глутамин или глутаматсинтаза). Следовательно, если имеется достаточная доступность энергии (много света, высокие концентрации углеводов), синтез относительно богатых углеродом веществ глутамина и глутамата является благоприятным; При нехватке энергии (слабый свет, низкие концентрации углеводов) преобладает синтез низкоуглеродистого аспарагина с целью хранения и транспортировки азота.
Энергетический обмен
Обмен веществ
Энергетический обмен
Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).
Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.
Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.
Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).
Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.
Пластический обмен
АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.
В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.