метаболізм — закономірний порядок перетворення речовин і енергії у живих системах, спрямований на їх збереження і самовідтворення; основна ознака живої матерії. Являє собою тонко відрегульовану, цілісну систему хім. реакцій в організмі, що склалася в результаті тривалої еволюції. О. р. лежить в основі всіх проявів життя — росту, розмноження, збудження, руху, пристосування до зміни умов існування тощо. Ф. Енгельс зазначав, що найважливішим моментом існування живих тіл є постійний О. р. між ними і навколишньою природою, причому з припиненням цього обміну припиняється і життя. О. р. складається з двох нерозривних, взаємозумовлених процесів — асиміляції і дисиміляції органічних та неорганічних речовин і здійснюється за допомогою безлічі хім. реакцій, кожна з яких (за деякими винятками) каталізується спец.білками — ферментами. Суттєва роль у процесах О. р. належить вітамінам, похідні яких входять до складу ферментів. У процесах перетворення речовин в організмі беруть участь також вода і мінеральні сполуки. В ході асиміляції з речовин, що надходять в організм із зовн. середовища, синтезуються сполуки, специфічні для даного організму. Ці сполуки, входячи до складу організму, не залишаються незмінними, а піддаються постійному розщепленню з виділенням енергії і виводяться з нього у вигляді т. з. кінцевих продуктів О. р. (СО2, Н2О, .NН3 та ін.). Процеси асиміляції і дисиміляції у цілком сформованих живих системах в нормі зрівноважені, при старінні в О. р. переважають процеси дисиміляції. В процесі еволюційного розвитку форм життя на Землі склалися різні типи О. р. Проте у зв'язку з єдністю походження всіх організмів осн. риси існуючих типів О. р. подібні, зокрема найсуттєвіші біохім. ланки клітинного О. р., "набір" ферментів, що беруть участь у окисленні біологічному органічних енергетично ефективних сполук тощо. Асиміляція. Залежно від способу живлення та типу О. р. усі органїзми поділяють на гетєротрофів і автотрофів. Біосинтез вуглеводів у автотрофів відбувається в осн. за рахунок фіксації вуглекислого газу, який відновлюється в процесі фото-хім. розкладу води за участю хлорофілу (див. Фотосинтез), рідше за рахунок енергії, одержуваної при окислювально-відновних реакціях (див. Хемосинтез). При цьому спочатку утворюються первинні органічні сполуки, з яких далі синтезуються тривуглецеві фосфатні сполуки. З останніх за участю ферментів синтезуються пентози і гексози. Моносахариди в свою чергу є осн. матеріалом для синтезу дисахаридів та полісахаридів, з яких можуть утворюватися й інші безазотисті речовини. Гетеротрофи одержують вуглеводи в основному з їжею у вигляді ди-і полісахаридів. Проте вони можуть синтезувати їх за рахунок ін. низькомолекулярних сполук (оцтової кислоти, деяких амінокислот та ін.). У травному тракті вуглеводи розщеплюються до моносахаридів, які всмоктуються в кров і розносяться по всіх тканинах організму. В тканинах з моносахаридів синтезується запасний полісахарид — глікоген. Див. Вуглеводний обмін. Біосинтез ліпідів (жирів та ін. жироподібних речовин) у гетєротрофів і автотрофів перебігає в принципі однаково — за рахунок тривуглецевої сполуки гліцерофосфату та оцтової к-ти. Людина і тварини одержують жири також з їжею. У травному тракті вони ферментативно розщеплюються на гліцерин та жирні кислоти (див. Жировий обмін). Біосинтез білків у автотрофів починається із засвоєння неорганічного азоту та синтезу амінокислот за рахунок аміаку і органічних к-т (див. Карбонові кислоти), які утворюються переважно в результаті дисиміляції вуглеводів. Деякі мікроорганізми здатні засвоювати молекулярний азот, перетворюючи його на амінний (див. Азотфіксуючі мікроорганізми). З'єднання синтезованих амінокислот у поліпептидні ланцюги (див. Пептиди), тобто утворення білкових молекул, відбувається на спец, субклітинних органелах — рибосомах. Інформація про первинну структуру кожного білка закодована в дезоксирибонуклеїновій кислоті (ДНК) і реалізується в клітині внаслідок процесів транскрипції і трансляції. Механізм біосинтезу білків у гетєротрофів та автотрофів принципово не відрізняється. Проте в організмі гетєротрофів деяк і амінокислоти не синтезуються (див. Незамінні амінокислоти) і надходять в організм з білками їжі. Інші (замінні) амінокислоти гетеротрофи в основному одержують з їжею, але вони можуть також синтезувати їх за рахунок амонійного азоту та окремих продуктів обміну вуглеводів і ліпідів. Див. також Білковий обмін. Біосинтез нуклеїнових кислот. Синтез рибонуклеїнових кислот (РНК) та ДНК в організмі починається з біосинтезу пентоз, деяких амінокислот (гліцин, глютамінова кислота, аспарагінова кислота) і мурашиної кислоти. При наявності цих сполук, а також СО2, NН3, АТФ (аденозитнрифосфорна к-та; див. Аденозинфосфорні кислоти) та ряду ін. факторів у клітинах утворюються т. з. пуринові й піримідинові рибо- і дезоксирибонуклеотиди (див. Нуклеотиди). Перші є матеріалом для біосинтезу РНК, а другі — ДНК.
Дисиміляція — сукупність реакцій, в результаті яких вивільнюються енергія та ряд метаболітів, необхідних для забезпечення життєдіяльності організмів. Процеси розпаду білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових к-т та ін. компонентів тіла живих організмів відрізняються від процесів біосинтезу цих речовин як за локалізацією, так і за характером метаболічних (див. Метаболізм) реакцій. Розщеплення більшості складних органічних сполук до простих відбувається в організмі від діяння специфічних гідролітичних ферментів (ліпаз, протеаз, амілаз та ін.). Утворені низькомолекулярні сполуки частково використовуються при біосинтезі специфічних структур тканин організму або окислюються до СО2, Н2О, NН3 та ін. кінцевих продуктів обміну; при цьому енергія, що виділяється, трансформується в енергію макроергічних зв'язків (див. Макроер-гічні сполуки) аденозинтрифосфорної к-ти. Найважливішими шляхами окислення вуглеводів є гліколіз та пентозофосфатний шлях (див. Пентозофосфатний цикл), в ході яких цукор окислюється до СО2 та Н2О. Розщеплення жирів в організмі відбувається за участю ліпаз і перебігає з утворенням жирних к-т і гліцерину. Продукти розщеплення жирів у свою чергу можуть легко окислюватись і в результаті ряду перетворень кінець кінцем давати СО2 та Н2О. Жирні к-ти окислюються в ланцюгу реакцій β-окислення з утворенням оцтової к-ти, яка або використовується для синтезу ряду сполук (ліпідів, ізопреноїдів тощо), або окислюється до СО2 та Н2О. Гліцерин також може перетворюватися з утворенням піровиноградної, молочної та оцтової к-т. При розпаді в організмі азотових сполук утворюються аміак та низькомолекулярні органічні к-ти. Вільний аміак, який утворюється в процесі дисиміляції білків, отруйний для організму; частина його знешкоджується шляхом зв'язування з аспарагіновою або глютаміновою к-тою з утворенням аспарагіну і глютаміну, а ін. частина виводиться з організму у вигляді амонійних солей або сечовини та сечової кислоти.Центральною ланкою процесів окислення ди- і трикарбонових к-т, що утворюються як проміжні продукти при дисиміляції білків, вуглеводів і жирів, є т. з. трикарбонових кислот цикл. Реакції цього циклу супроводяться утворенням значної кількості енергії, трансформованої в енергію макро-ергічних зв'язків АТФ (див. Окислювальне фосфорилювання). Всі біохім. реакції, що разом становлять О. р. в організмі, найщільніше пов'язані й узгоджені між собою, відзначаються чіткою просторовою локалізацією в клітині. Остання досягається завдяки існуванню складної системи мембран біологічних, на (або в) яких "прикріплена" більшість ферментів, що забезпечують послідовні перетворення окремих речовин у певних субклітинних структурах. Стабільності та регулюванню О. р. у клітині сприяє також здатність біол. мембран забезпечувати вибірковість надходження поживних речовин (див. Мембранний транспорт, Проникність біологічних мембран) у клітину. Єдність процесів О. р. в організмі в цілому забезпечується складними регуляторними механізмами, у високоорганізованих тварин і людини особливого значення набувають гормональна регуляція та нервова регуляція. Порушення процесів О. р. або механізмів їх регуляції призводить до певних захворювань або навіть до смерті організму. Глибоке і всебічне вивчення процесів О. р. є одним з першорядних завдань біохімії, фізіології, мікробіології та ряду ін. наук і значною мірою зумовлює сучас. досягнення медицини, ветеринарії, тваринництва, мікробіологічної, харч. та легкої промисловості.
Літ.: Енгельс Ф. Діалектика природи. Маркс К. і Енгельс Ф. Твори, т. 20; Гулый М. Ф. Основные метаболические циклы. К., 1968; Гулый М. Ф. Природа и биологическое значение некоторых метаболических приспособительных реакций организмов. К.1977; Ленинджер А. Биохимия. Пер. с англ. М., 1976; Мецлер Д. Биохимия, т. 1—3 Пер. с англ. М., 1980.
Д. О. Мельничук.
