Энергетический обмен в клетке.

Организм – единое целое. Понятие обмена веществ.

2. Энергетический обмен в клетке.

3. Фотосинтез и хемосинт

Организм – единое целое. Понятие обмена веществ.

Обязательным условием существования любого организма является постоянный приток питательных веществ и постоянное выделение конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках. В любой живой клетке постоянно происходят сложнейшие химические и физические реакции, необходимые для того, чтобы обеспечить постоянство условий внутренней среды как в самой клетке, так и в многоклеточном организме, находящемся под воздействием постоянно меняющихся внешних факторов. Мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные условия для развития и роста организмов, впервые высказал французский ученый Клод Бернар в 1857 году.

Клод Бернар поражался способности организмов регулировать в узких границах физиологические параметры, такие как температура и содержание воды в организме. Представление о саморегуляции как основе физиологической стабильности Бернар резюмировал в своем классическом утверждении, что постоянство внутренней среды является обязательным условием свободной жизни.

Американский физиолог Уолтер Кэннон (Рис. 1) в 1932 году ввел понятие гомеостаз для определения механизмов, обеспечивающих поддержание постоянства внутренней среды.

Постоянство внутренней среды биологических систем получило название гомеостаза. Если гомеостаз нарушается, это ведет к тому, что клетки и организм в целом повреждаются или даже могут погибнуть, то есть функция гомеостатических механизмов заключается в том, что они поддерживают независимость организма от внешней среды в той мере, в какой эти механизмы эффективны. Все реакции, протекающие в клетке, направлены на поддержание гомеостаза, а для этого необходимы вещества и энергия. Таким образом, клетка осуществляет сложные и многообразные реакции синтеза необходимых веществ и, наоборот, распада ненужных, а также реакции превращения энергии.

Получаемы извне белки, жиры, углеводы, витамины и микроэлементы необходимы клетке для синтеза или строительства нужных им веществ и построения клеточных структур.

 

Рис.1. Синтез и распад веществ в клетке

Для этих процессов необходима энергия. Вся совокупность реакций биосинтеза веществ и их последующей сборки в более крупные структуры называется ассимиляцией, или анаболизмом, еще одно название этого набора реакций – пластический обмен.

Совокупность реакций распада веществ, сопровождающихся выделением и запасанием энергии, называетсядиссимиляцией, или катаболизмом. Еще одно название этих реакций – энергетический обмен.

Ассимиляция и диссимиляция – противоположные процессы: в первом случае происходит образование веществ, на что тратится энергия, а во втором – распад веществ с выделением и запасанием энергии. Эти процессы невозможны друг без друга, так как если не синтезировать и не запасать органические вещества, то и распадаться будет нечему. А если прекратятся реакции распада, то не будет синтезироваться АТФ , что приведет к невозможности синтеза веществ из-за нехватки энергии. Таким образом, реакции ассимиляции и диссимиляции – это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке, который называется метаболизм.

 

Энергетический обмен в клетке.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это процессы расщепления ве­ществ с высвобождением энергии. Высвобожденная энергия преобразуется в энергию АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Энер­ге­ти­че­ский обмен – это со­во­куп­ность хи­ми­че­ских ре­ак­ций по­сте­пен­но­го рас­па­да ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, со­про­вож­да­ю­щих­ся вы­сво­бож­де­ни­ем энер­гии, часть ко­то­рой рас­хо­ду­ет­ся на син­тез АТФ. Син­те­зи­ро­ван­ная АТФ ста­но­вит­ся уни­вер­саль­ным ис­точ­ни­ком энер­гии для жиз­не­де­я­тель­но­сти ор­га­низ­мов. Она об­ра­зу­ет­ся в ре­зуль­та­те ре­ак­ции фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния – при­со­еди­не­ния остат­ков фос­фор­ной кис­ло­ты к мо­ле­ку­ле АДФ. На эту ре­ак­цию рас­хо­ду­ет­ся энер­гия, ко­то­рая затем на­кап­ли­ва­ет­ся в мак­ро­эр­ги­че­ских свя­зях мо­ле­ку­лы АТФ, при рас­па­де мо­ле­ку­лы АТФ или при ее гид­ро­ли­зе до АДФ клет­ка по­лу­ча­ет около 40 кДж энер­гии.

Для аэро­бов энер­ге­ти­че­ский обмен про­хо­дит в три этапа:

- под­го­то­ви­тель­ный;

- бес­кис­ло­род­ный;

- кис­ло­род­ный.

В ор­га­низ­мах, ко­то­рые оби­та­ют в бес­кис­ло­род­ной среде и не нуж­да­ют­ся в кис­ло­ро­де для энер­ге­ти­че­ско­го об­ме­на – анаэ­ро­бах и аэро­бах, при недо­стат­ке кис­ло­ро­да про­хо­дят энер­ге­ти­че­ский обмен в два этапа:

- под­го­то­ви­тель­ный;

- бес­кис­ло­род­ный.

 

 

Фотосинтез и хемосинтез

Питание – совокупность процессов, включающих поступление в организм, переваривание, всасывание и усвоение им пищевых веществ.

В процессе питания организмы получают химические соединения, используемые ими для всех процессов жизнедеятельности.

По способу получения органических веществ (по способу питания) все живые организмы делятся на автотрофов и гетеротрофов .

Автотрофы могут сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод в виде , воду и минеральные соли.

Все автотрофы делятся на:

1. Фототрофы (фотосинтетики) – организмы, источником энергии реакций биосинтеза для которых служит солнечный свет. К фототрофным относятся зеленые растения, а также бактерии, способные к фотосинтезу (цианобактерии).

Для фототрофов характерно наличие пигментов (обязательное условие – та или иная форма хлорофилла), которые поглощают энергию света и превращают ее в химическую энергию.

2. Хемотрофы (хемосинтетики) – автотрофы, использующие для синтеза органических веществ энергию, высвобождающуюся в ходе химических превращений неорганических соединений. К хемотрофам относятся некоторые бактерии, например нитрифицирующие бактерии, водородные бактерии.

Фотосинтез – этот процесс, чрезвычайно важный для всего живого населения нашей планеты. Он происходит в клетках зеленых растений, водорослей и в клетках некоторых бактерий, например цианобактерий, и осуществляется с помощью различных пигментов, в частности, с помощью хлорофилла.

Фотосинтез происходит в две фазы, а именно в световую фазу и темновую фазу.

Первая стадия фотосинтеза – световая – происходит на мембранах хлоропласта в тилакоидах.

Вторая стадия фотосинтеза – темновая – протекает внутри хлоропласта, в строме.

Во время световой фазы происходит образование энергии, которая затем расходуется на темновые реакции.

Темновая фаза фотосинтеза. Если световая фаза протекает только на свету, то темновая фаза не зависит от света. Темновая фаза протекает в строме хлоропластов, куда переносятся богатые энергией соединения, а именно АТФ и восстановленный НАДФ, кроме этого, туда же поступает углекислый газ в качестве источника углеводов, который берется из воздуха и поступает в растения через устьица. В реакциях темновой фазы углекислый газ восстанавливается до глюкозы с помощью энергии, запасенной молекулами АТФ и НАДФ.

Превращение углекислого газа в глюкозу в ходе темновой фазы фотосинтеза получило название цикла Кальвина – по имени его первооткрывателя.

Первая стадия фотосинтеза – световая – происходит на мембранах хлоропласта в тилакоидах.

Вторая стадия фотосинтеза – темновая – протекает внутри хлоропласта, в строме.

Хемосинтез – способ автотрофного питания, при котором источником питания для синтеза собственных органических веществ служит реакция окисления неорганических соединений.

Хемосинтез свойственен и найден у бактерий. Открыл хемосинтез как явление русский ученый С.Н. Виноградский.

Выделяют несколько групп хемотрофных бактерий:

1. Железобактерии. Окисляют двухвалентное железо до трехвалентного.

2. Серобактерии. Окисляют сероводород до серы или до серной кислоты.

3. Нитрифицирующие бактерии. Окисляют аммиак до азотной или азотистой кислоты, которая при взаимодействии с минералами образует нитраты и нитриты.

Выделяющаяся в процессе окисления неорганических соединений энергия не может быть сразу израсходована на синтез органических соединений. Она вначале переводится в энергию химических связей молекулы АТФ и только после этого расходуется на биосинтетические процессы в клетке.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое гомеостаз?

2. Что такое пластический и энергетический обмен?

3. Что такое метаболизм?

4. Охарактеризуйте этапы энергетического обмена.

5. Кто такие фототрофы?

6. Кто такие хемотрофы?

7. Что такое фотосинтез?

8. Что такое хемосинтез?

 

---

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 153; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!