Обмен веществ с окружающей средой является фундаментальным условием существования любого живого организма. Хотя поглощение и выделение веществ — это видимая сторона процесса, истинная суть жизни заключается во внутренних клеточных превращениях, известных как метаболизм.
Две стороны метаболизма: ассимиляция и диссимиляция
В основе обмена веществ лежат два взаимосвязанных процесса: ассимиляция и диссимиляция. Ассимиляция — это созидательный процесс, в ходе которого организм усваивает питательные вещества и синтезирует уникальные для себя соединения: белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. Эти реакции требуют затрат энергии. Диссимиляция — противоположный, разрушительный процесс расщепления как поступающих, так и собственных веществ клетки. При этом высвобождается энергия, которая затем используется для жизнедеятельности, а также образуются промежуточные продукты, служащие «строительными блоками» для синтетических реакций ассимиляции.
Автотрофность растений: уникальность их обмена
Растения являются автотрофными организмами, что коренным образом отличает их метаболизм. Они обладают уникальной способностью создавать все необходимые органические вещества из неорганических — углекислого газа, воды и минеральных солей. Ключевую роль здесь играет фотосинтез — процесс преобразования солнечной энергии в химическую. Ещё одна исключительная черта растений — способность усваивать азот из почвы, переводя его в органическую форму и синтезируя аминокислоты. Некоторые из этих аминокислот (лизин, валин, лейцин и другие) являются незаменимыми и должны поступать с пищей в организм человека и животных.
Роль макро- и микроэлементов
Обмен веществ у растений не ограничивается углеродом и азотом. Например, фосфорный обмен заключается в образовании связей фосфорной кислоты с органическими молекулами. Продукты этих реакций, такие как АТФ (универсальный носитель энергии), нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и фосфолипиды (основа мембран), имеют критическое значение для жизни клетки. Не менее важны калий, кальций, магний, железо и другие элементы, а также витамины. Часть из них встраивается в органические соединения, но их главная функция — регуляторная: они управляют скоростью и направлением биохимических процессов.
Регуляция сложной системы
Метаболизм — это высокоорганизованный комплекс тысяч химических реакций. Его слаженную работу обеспечивают несколько механизмов. Ключевую роль играют ферменты — белковые катализаторы, активность которых часто зависит от витаминов и ионов металлов. Набор и количество ферментов закодированы в генетическом аппарате клетки. Клеточные мембраны выступают в роли контролёров, регулируя транспорт веществ и создавая отдельные компартменты для специфических метаболических путей. На уровне целого организма согласованность обмена обеспечивается действием фитогормонов.
Нарушения в этой отлаженной системе, вызванные болезнями, неполноценным питанием или другими факторами, приводят к сбоям метаболизма. Это может выражаться в накоплении промежуточных или чужеродных продуктов обмена. Устранение таких нарушений требует, в первую очередь, ликвидации их первопричины.