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, определяя жизнь, указывал, что её важнейшим свойством является постоянный О. в. с окружающей внешней природой, с прекращением которого прекращается и жизнь. Т. о. , О. в. — существеннейший и непременный признак жизни. Все без исключения органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с др. органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. С метода изотопных индикаторов установлено, что интенсивный О. в. происходит в любой живой клетке.
С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям (метаболизируются) , в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции. В тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс — диссимиляция. Вещества живого организма не остаются неизменными, а более или менее быстро расщепляются с выделением энергии; их замещают вновь ассимилированные соединения, а возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма. Химические процессы, протекающие в живых клетках, характеризуются высокой степенью упорядоченности: реакции распада и синтеза определённым образом организованы во времени и пространстве, согласованы между собой и образуют целостную, тончайше отрегулированную систему, сложившуюся в результате длительной эволюции. Теснейшая взаимосвязь между процессами ассимиляции и диссимиляции проявляется в том, что последняя является не только источником энергии в организмах, но также источником исходных продуктов для синтетических реакций. В растениях обмен веществ происходит так;в результате фотосинтеза Фотосинтез — это процесс создания зеленым растением органических веществ (углеводов) из неорганических (углекислого газа и воды) под влиянием световой энергии с одновременным выделением в атмосферу кислорода. Этот процесс явился важнейшим условием возникновения и развития жизни на Земле. Лежит он в основе и всей современной жизни. Ни один организм, кроме зеленого растения, не обладает создавать органические вещества, необходимые всем живым существам, из таких простых веществ, как вода и углекислый газ, используя энергию солнечных лучей. Происходят эти удивительные превращения в основном в зеленых листьях. К. А. Тимирязев впервые установил (1871 г.) , что непосредственную и определяющую роль в процессе фотосинтеза играет хлорофилл, который4 подвергается в ходе этого процесса обратимым окислительно-восстановительным реакциям. Ч. Дарвин назвал хлорофилл самым интересным из всех созданных природой органических соединений. Образование и распад хлорофилла в живой клетке представляет собой сложный процесс обмена веществ. Фотосинтез может протекать только при определенных условиях. Фотосинтез невозможен без углекислого газа и воды. Установлена прямая зависимость энергии фотосинтеза от содержания углекислого газа в воздухе (до определенных значений).
Под усвоением веществ должно разуметь переход всех химических элементов из тех соединений, в виде которых они поступают извне, в ту форму их соединений, в которой они встречаются в растении; поэтому совершенно неверно применять термин ассимиляция или усвоение исключительно только к углероду, как это делают немецкие физиологи. Из многочисленных химических элементов, найденных в растении (около 35), существенными, т. е. такими, отсутствие которых несовместимо с нормальным ходом растительной жизни, должно считать следующие 10 [Значение одиннадцатого — хлора — еще не вполне выяснено.]. Так называемые органогены: углерод, водород, кислород, азот, представляющие основу органического вещества; затем серу и фосфор, входящие главным образом в состав белковых веществ, и, наконец, калий, магний, кальций и железо, встречающиеся в золе, но ближайшее отношение которых к органическому веществу растения нельзя считать выясненным. Высказанное положение — о необходимости этих десяти элементов для питания растения доказывается посредством так называемых искусственных культур, основная мысль которых заключается в замене сложной естественной среды искусственной — строго определенного состава — и удалении из неё, по одному, каждого из элементов в отдельности, причем нормальное или ненормальное развитие растения указывает, который из удаленных элементов следует признать существенным, который — несущественным. Самыми полными сведениями мы обладаем по отношению усвоения углерода и отчасти азота. Усвоение углерода. Элемент этот поступает в растение из воздуха, через листья, в форме угольного ангидрида — СО 2. При участии хлорофилла листа и солнечного света, угольный ангидрид разлагается с выделением О 2, а в растении (в хлорофилловом зерне) одновременно образуется углевод (крахмал или сахар). Предполагают, что одновременно с СО 2 разлагается и вода, или, что все равно, разлагается не ангидрид, а углекислота по следующей схеме: СО.О + Н 2 О = СОН 2 + О 2 или СН 2 О 3 = СH 2 O + О 2. Краткость промежутка времени между разложением углекислоты и появлением крахмала (иногда 5 минут), говорит в пользу предположения, что первым продуктом этого синтеза будет крахмал, но это нельзя считать доказанным. Так как диссоциация угольного ангидрида реакция эндотермическая, то она может совершаться не иначе, как при участии внешнего источника энергии. Этим источником является лучистая энергия солнца. Отсюда следует, что процесс усвоения углерода представляет собой не только процесс химического синтеза — превращения неорганического соединения углерода в органическое, но, в то же время, и процесс усвоения, складывания в запас, превращения в потенциальную форму, кинетической энергии солнечного луча. Этим запасом энергии пользуется отчасти само растение, но в еще большей мере животный мир. Таким образом, в этом процессе, совершающемся в хлорофилловом зерне, можно сказать, выражается космическая роль растения, как посредника между неорганическим и органическим миром, между солнцем и жизнью на земле. Роль хлорофилла, несомненно, физическая — он поглощает известные лучи света, за счет которых и происходит разложение углекислоты; но весьма вероятно, что вещество хлорофилла участвует в этой реакции и химически. Усвоение азота. Азот поступает в растения через корни, главным образом в форме азотнокислых, но может быть и аммиачных солей; сверх того, исследования последнего десятилетия показали, что некоторые растения (главным образом бобовые), снабженные особого рода желвачками на своих корнях усваивать и свободный азот. Образование этих желвачков и связанная с их присутствием усваивать свободный азот зависит от заражения корней известным бактериальным организмом (Bacterium radicicola), но где и как происходит самый процесс усвоения — еще не выяснено; достоверно только то, что при наличности почвы, не содержащей соединений азота, бактерий и зараженного ими растения, это последнее развивается нормально, не имея другого источника азота кроме свободного азота атмосферы [В самое недавнее время удалось доказать усвоение атмосферного азота чистыми культурами Bact. radicicola, т. е. без участия бобового растения.]. Неизвестно также, где и как образуются самые сложные азотистые вещества — белковые; достоверно только то, что в бесчисленных опытах искусственных культур первоначальным материалом для них служат углероды, образующиеся в хлорофилловом зерне, и азотная кислота, поступающая через корни в форме селитры. Остальные элементы поступают в растение в форме солей из почвы, но где и как происходит их усвоение — достоверно неизвестно.
