Posted in 
Tags: Все живые организмы с клеточным строением можно охарактеризовать как открытые системы. В процессе своей жизнедеятельности они должны постоянно обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Энергия необходима живым клеткам для биосинтеза сложных органических веществ, выполнения различных видов движения, размножения, осморегуляции, выведения продуктов обмена и т.д.
Существует такое предположение, что в процессе эволюции первыми появившимися на нашей планете организмами были такие, которые использовали в качестве источников энергии уже готовые органические вещества, накопленные в Мировом океане за счет абиогенного синтеза. Такие организмы называются гетеротрофными. В то время атмосфера Земли практически не содержала кислорода,
поэтому эти организмы могли получать энергию из органических веществ, используя различные окислительно-восстановительные реакции, и запасать ее в виде АТФ и НАДН. Эти реакции протекали в анаэробных (т.е. бескислородных) условиях. Для построения присущих им органических веществ они также использовали готовые органические вещества в качестве строительных блоков. Поэтому более строго их следует называть хемоорганотрофы — организмы, использующие в качестве источника углерода и электронов (восстановительных эквивалентов) готовые органические вещества и получающие энергию (АТФ) в окислительно-восстановительных реакциях. Позднее появились организмы, которые стали использовать солнечный свет в качестве источника энергии для синтеза АТФ (фотоорганотрофы), а потом и углекислый газ, как источник углерода (фотолитотрофы) — фотосинтезирующие бактерии, растения (низшие и высшие). Такие организмы часто называют фотосинтетиками, а фотолитотрофов называют автотрофами, подчеркивая, что они способны синтезировать органические вещества из неорганических (углекислого газа). Отдельную группу автотрофных организмов составляют хемосинтетики (хемолитотрофы) — организмы, использующие для получения АТФ и восстановительных эквивалентов энергию, получаемую при окислении неорганических веществ.
Накопление в природе органического вещества в результате деятельности автотрофов стимулировало дальнейший расцвет его потребителей — гетеротрофов.В атмосфере стал появляться молекулярный кислород, являющийся мощнейшим окислителем. Кислород образовывался при фотосинтезе, как побочный продукт. Благодаря наличию кислорода появилась возможность более эффективно и полно использовать энергию, запасенную в органических веществах. Таким образом возникли аэробные организмы, способные полностью окислять сложные органические вещества до воды и углекислого газа с помощью кислорода. Однако, вплоть до настоящего времени сохранились и миксотрофные организмы , сочетающие свойства автотрофов, т.е. имеющих способность к фотосинтезу, и гетеротрофов, питающихся готовыми органическими веществами. К ним относятся, например, хламидомонада или эвглена зеленая.
Итак, для получения энергии живые организмы (как гетеротрофы, так и автотрофы — например, зеленые растения в темноте или их нефотосинтезирующие клетки) разлагают и окисляют органические соединения. Совокупность биохимических реакций разложения сложных веществ до более простых, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии в форме АТФ (универсального богатого энергией соединения), назвали энергетическим обменом (катаболизмом, или диссимиляцией).
Наряду с реакциями энергетического обмена в клетках постоянно протекают процессы, в которых синтезируются сложные органические вещества, присущие данному организму, низкомолекулярные (аминокислоты, сахара, витамины, органические кислоты, нуклеотиды, липиды) и биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты). Все эти вещества необходимы клетке для построения различных клеточных структур и выполнения разнообразных функций. Для синтеза этих веществ клетки используют углекислый газ, который получают из внешней среды (автотрофы), либо более сложные органические соединения (гетеротрофы), а также энергию и восстановительные эквиваленты, накопленные в процессе энергетического обмена. Совокупность биосинтетических процессов, протекающих в живых организмах с затратой энергии (а часто и восстановительных эквивалентов), называют пластическим обменом (анаболизмом или ассимиляцией).
Энергетический и пластический обмен, протекающие в клетках, тесно взаимосвязаные процессы. Они происходят одновременно и постоянно. Так, многие промежуточные продукты, которые образуются в процессе реакций энергетического обмена, используются в реакциях биосинтеза в качестве исходных соединений. А энергия, запасенная в виде макроэргических связей АТФ в ходе диссимиляции, постоянно используется в процессах синтеза. Поэтому пластический и энергетический обмен нельзя рассматривать в отрыве друг от друга: это две стороны одного процесса — обмена веществ (метаболизма), постоянно протекающего во всех живых системах и составляющего биохимическую основу жизни.