Реферат Курсовая Конспект
І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ - раздел Биология, ЗАГАЛЬНА БІОЛОГІЯ Обмін Речовин — Загальна Властивість, Характерна Для Всіх Живих Орг...
|
Обмін речовин — загальна властивість, характерна для всіх живих організмів.
Загальнобіологічна суть обміну речовин як специфічної властивості живої матерії полягає в тому, що всі живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні сполуки та хімічні елементи, використовують їх у своїй життєдіяльності і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну у вигляді простіших органічних і неорганічних сполук. Обмін речовин можна схарактеризувати як комплекс біохімічних і фізіологічних процесів, які забезпечують життєдіяльність організмів у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фізіологічних процесів, що вивчається на рівні цілісного вищого організму, охоплює акти дихання, живлення, травлення, всмоктування, а також виділення продуктів обміну органами і системами (шкіра, легені, видільна система, травний апарат).
Пластичний і енергетичний обмін. Біохімічні процеси, які вивчаються на рівні тканин і клітин, охоплюють хімічні перетворення і видозміни структур білків, жирів і вуглеводів, що надходять в організм у вигляді їжі. Всі ці процеси відбуваються за участю великої кількості ферментів, які забезпечують певну послідовність обмінних реакцій у часі, місце і швидкість перебігу їх. Одночасно з процесом розкладання складних органічних сполук на простіші у клітині відбуваються також процеси синтезу складних органічних сполук (біологічний синтез, або біосинтез). Цим терміном позначають усі біохімічні процеси, які відбуваються в живих організмах і супроводжуються утворенням із простих, низькомолекулярних речовин складних високомолекулярних сполук (нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів). Основні хімічні сполуки (амінокислоти, нуклеотиди тощо) синтезуються в клітині із глюкози та аміаку в результаті перебігу кількох сотень послідовних хімічних реакцій. Кожний етап у цій послідовності реакцій здійснюється специфічним ферментом. Отже, глюкоза — це джерело енергії в клітині й основна хімічна сполука для синтезу найважливіших органічних речовин. Процеси розщеплення і синтезу в клітині узгоджені так, що близько половини вуглецевих атомів входить до складу різних хімічних сполук, а решта окиснюеться до вуглекислого газу.
Сукупність усіх реакцій біосинтезу прийнято називати асиміляцією (анаболізмом) (лат. assimilatio — уподібнення), або пластичним обміном. Усі реакції пластичного обміну відбуваються з поглинанням енергії (ендотермічні). Протилежний процес — розщеплення й окиснення органічних сполук у клітині — має назву дисиміляції (катаболізму) (лат. dissimilatio — робити несхожим), або енергетичного обміну. Всі реакції енергетичного обміну відбуваються з виділенням енергії (екзотермічні).
Реакції, які відбуваються під час асиміляції і дисиміляції, хоча й протилежні, однак у живих організмах тісно взаємозв'язані і невіддільні одні від одних. Вони становлять дві сторони єдиного процесу обміну речовин.
Обмін речовин І енергії в клітині (сукупність пластичного та енергетичного обмінів) — це основна умова підтримання життя клітини, основа її функціонування й розвитку.
Етапи енергетичного обміну. Для життєдіяльності клітини, її функціонування, росту, розмноження, синтезу органічних сполук необхідна енергія. Основним джерелом отримання енергії клітиною є глюкоза. Якщо у клітину потрапляє не глюкоза, а якийсь інший вуглевод, то він перетворюється на глюкозу або на одну із проміжних сполук, які утворюються в процесі розщеплення глюкози, а далі ці речовини розщеплюються подібно до глюкози. У цьому процесі високомолекулярні органічні сполуки перетворюються на прості органічні і неорганічні. Процес енергетичного обміну дуже складний. Схематично він може бути зведений до двох етапів.
Як відомо, в процесі травлення складні органічні сполу-розщеплюються в травному каналі на простіші:— на гліцерин і жирні кислоти, полісахариди — на моносахариди, білки — на амінокислоти. Всмоктуючись, вони надходять до внутрішнього середовища організму. Цей процес іноді розглядають як підготовчий етап енергетичного обміну речовин в організмі. Він супроводжується виділенням дорівняно невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді теплоти.
На першому етапі енергетичного обміну речовини, які утворилися під час підготовчого етапу, включаються в подальший процес розщеплення без участі кисню. Це складний, багатоступінчастий процес, який відбувається на внутрішньоклітинних мембранах, де є відповідні ферменти. Речовини переміщуються по цих ферментах, як по конвеєру. Розглянемо це на прикладі розщеплення глюкози, яке має спеціальну назву — гліколіз. У процесі гліколізу кисень участі не бере, тому його називають без кисневим розщепленням. Реакція гліколізу в клітині відбувається за участю фосфорної кислоти та АДФ. Сумарне рівняння має такий вигляд:
СвНі206 + 2Н3РО4 + 2АДФ -» 2С8НвО3 +
+ 2АТФ + 2Н2О + 200 кДж.
80 кДж (акумулюється 120 кДж (розсіюється
в АТФ) у вигляді теплоти)
Але видно з рівняння, в процесі гліколізу в АТФ акумулюється близько 40 % енергії (80 кДж із 200). Процес гліколізу відбувається у клітинах тваринних організмів, молочнокислих бактерій, а також у деяких грибів. У клітинах більшості рослин без кисневе розщеплення речовин відбувається шляхом спиртового бродіння. Багато стадій цього процесу аналогічні гліколізу, але кінцевими продуктами його замість молочної кислоти є вуглекислий газ і етиловий спирт (С2Н5ОН).
Другий етап енергетичного обміну — повне, або кисневе, розщеплення. Основною умовою етапу є надходження в клітину достатньої кількості кисню. Як і гліколіз, кисневе розщеплення — це низка послідовних реакцій, кожну з яких каналізує певний фермент. Усі ці процеси відбуваються на мембранах мітохондрій. Проміжні реакції розщеплення молочної кислоти до кінцевих продуктів (СО2 і Н2О) відбуваються з виділенням енергії. Поступовість кисневого розщеплення і виділення енергії надзвичайно важлива для акумулювання енергії в АТФ. У цьому процесі також беруть участь фосфорна кислота та АДФ.
Сумарне рівняння кисневого розщеплення можна запи-ги так:
Отже, на другому етапі енергетичного обміну в АТФ акумулюється близько 55 % виділеної енергії (1440 кДж із 2600).
Порівняння без кисневого і кисневого етапів дає змогу побачити, що останній значно ефективніший. Кількість виділеної й акумульованої енергії значно більша, ніж у разі без кисневого розщеплення. Обидва ці процеси розщеплення зумовлюють акумуляцію 1520 кДж енергії, яка зосереджується в 38 молекулах АТФ.
Приклад розв'язування задач із цього розділу див. у додатку.
Синтезована в мітохондріях (або хлоропластах) АТФ по каналах ендоплазматичної сітки надходить у рибосоми та інші ділянки клітини. Там АТФ перетворюється на АДФ, віддаючи акумульовану енергію на синтез білків, ліпідів, вуглеводів, ДНК, скорочення м'язів, поділ клітин та інші потреби організму. Цим самим АТФ здійснює функцію транспорту енергії в організмі. Цей процес можна проілюструвати такою схемою:
Автотрофні та гетеротрофні організми. В процесі історичного розвитку (філогенезу) у кожного виду живих організмів виробився власний, особливий тип обміну речовин. За характером живлення і використання енергії в процесі обміну речовин усі організми поділяють на дві групи. 42
Організми першої групи — автотрофи (гр. autos
caм , trophe — живити) — здатні синтезувати органічні речовини з неорганічного вуглецю (СО2), використовуючи для нього енергію Сонця (фото синтезуючі організми) або енергію екзотермічних реакцій окиснення неорганічних речовин (хемосинтезуючі). До фото синтезуючих автотрофів належать усі зелені рослини, тобто організми, які містять хлорофіл. До хемосинтезуючих автотрофів належить невелика кількість видів бактерій (наприклад, нітрифікуючи бактерії, залізо і сіркобактерії; див, "Бактерії").
Друга група — гетеротрофи — для синтезу власних органічних сполук використовують вуглець у формі інших органічних сполук, які для них є як джерелом енергії, так і будівельним матеріалом. До таких організмів належать усі тварини, гриби, більшість бактерій та деякі рослини. Якщо гетеротрофи отримують готові органічні речовини від живих організмів, то їх вважають хижаками або паразитами, а якщо вони використовують речовини відмерлих організмів, — то сапрофітами. До гетеротрофних відносять і організми, які живляться за рахунок інших, але не паразитують на них, а перебувають з ними у взаємовигідних відносинах (мутуалізм).
Фотосинтез, його світлова і темнова стадії. Фотосинтезом називають процес синтезу органічних сполук з неорганічних (СО2 та Н2О), який відбувається з використанням променистої енергії Сонця за участю хлорофілу.
Цей складний і багатоступінчастий процес (мал. 9) розпочинається з поглинання квантів світла молекулою хлорофілу. Зелений колір його зумовлений поглинанням переважно червоних і фіолетових променів сонячного спектра. З моменту поглинання сонячного світла хлорофілом розпочинається світлова стадія фотосинтезу.
АТФ
Світлова стадія Темнова стадія
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Автори А О Слюсарєв О В Самсонов В М Мухін Є Є Федосова А П... Редакція літератури з природничих наук Редактори Я А Серебрякова Л Є Канівєць...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов