Тема: МЕТАБОЛИЗМ Обмен веществ и превращение энергии

Тема: МЕТАБОЛИЗМ

Обмен веществ и превращение энергии МЕТАБОЛИЗМ это совокупность всех реакций распада и синтеза, протекающих в клетке или во всем организме, связанная с выделением или поглощением энергии. Обмен веществ и превращение энергии состоит из двух взаимосвязанных, но противоположных процессов -ассимиляции и диссимиляции.

Единственный источник энергии на Земле это Солнце. Благодаря солнечной энергии происходит первичный синтез органических веществ из неорганических (фотосинтез). Энергия Солнца аккумулируется в синтезированных органических веществах, превращаясь в энергию химических связей. В процессе питания организмы расщепляют органические вещества, а выделяющаяся при этом энергия запасается в молекулах АТФ. В дальнейшем она используется в реакциях ассимиляции.

ПИЩА КЛЕТКА ЭНЕРГИЯ АНАБОЛИЗМ КАТАБОЛИЗМ КЛЕТОЧНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МОЛЕКУЛЫ ТЕПЛО МАКРОМОЛЕКУЛЫ

Диссимиляция КАТАБОЛИЗМ это совокупность реакций распада и окисления в живых системах высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных органических и неорганических. В процессе диссимиляции происходит освобождение энергии, заключенной в химических связях органических молекул и запасание ее в виде АТФ. Диссимиляционные процессы - это дыхание, брожение, гликолиз. Основные конечные продукты при этом - вода, углекислый газ, аммиак, мочевина и молочная кислота.

Диссимиляция КАТАБОЛИЗМ Органические вещества (пища) Белки Питательные вещества (простые вещества) Аминокислоты Глицерин Жиры Жирные кислоты Крахмал Глюкоза

Ассимиляция это совокупность реакций синтеза высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических или неорганических. В процессе ассимиляции происходит поглощение энергии от распада молекул АТФ. Органические вещества, например, углеводы образуются в растительных клетках из углекислого газа, воды и минеральных солей.

признаки 1. Значения в клетке пластический энергетический обмен Ассимиляция Диссимиляция Для построения Выработка клетки энергии 2. Энергия Поглощение Освобождается 3. Питательные вещества Усваивание Распадаются 4. Место в клетке Рибосомы Митохондрии

АТФ- аденозинтрифосфат это основное вещество, которое обеспечивает все обменные процессы в клетке. В процессе диссимиляции (Катаболизм) происходят синтез молекул АТФ и запасание в них энергии. Реакция распада и активной выработки АТФ. В результате катаболических реакций происходит образование энергии в виде АТФ. В процессе ассимиляции (Анаболизм) молекулы АТФ распадаются и выделяющаяся при этом энергия расходуется на синтез органических веществ. Реакции синтеза и высокого потребления АТФ. Клетка создает компоненты, необходимые для ее функционирования.

АТФ-аденозинтрифосфорная кислота аденозин фосфатные группы рибоза

• АТФ + Н 2 О = АДФ + Н 3 РО 4+ энергия. • АДФ + Н 3 РО 4+ энергия = АТФ + Н 2 О.

Этапы энергетического обмена

Все реакции обмена веществ и превращения энергии в клетке ферментативные, т. е. идут в присутствии ферментов.

Пластический обмен • Фотосинтез. Это процесс преобразования энергии света в энергию химических связей органических веществ. Процесс фотосинтеза описывают уравнением: Такое преобразование происходит в хлоропластах, где имеются молекулы хлорофиллов, поглощающих световые волны с длиной волны 700 и 680 нм.

фотосинтез это процесс, при котором происходит поглощение электромагнитной энергии Солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами, поглощение углекислого газа из атмосферы, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в атмосферу.

Всю совокупность фотосинтетических реакций принято подразделять на две фазы: световую и темновую. Темновая фаза происходит параллельно световой с использованием продуктов, образованных в световой фазе.

Для световой фазы фотосинтеза характерно то, что энергия солнечной радиации, поглощенная хлорофиллами, преобразуется сначала в электрохимическую, а затем в энергию макроэргических связей АТФ. Это достигается путем переноса электронов и ионов водорода с помощью специальных переносчиков через мембрану

Темновая фаза фотосинтеза Этот сложный процесс, осуществляемый в строме хлоропластов без непосредственного поглощения света, включает большое количество реакций, приводящих к восстановлению С 02 до уровня органических веществ, за счет использования энергии молекул, синтезированных в световую фазу. В темновой фазе фотосинтеза энергия макроэргических связей АТФ преобразуется в химическую энергию органических веществ

общебиологическое значение фотосинтеза • этот процесс является основным источником образования первичных органических веществ, • а также единственным источником свободного кислорода на Земле. • из кислорода образовался и поддерживается озоновый слой, защищающий живые организмы от воздействия коротковолновой ультрафиолетовой радиации. • благодаря фотосинтезу регулируется содержание С 02 в атмосфере.

Пластический обмен • Хемосинтез - еще одна форма автотрофной ассимиляции • при хемосинтезе используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений (сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, оксидных соединений железа и марганца) • Открытие бактериального хемосинтеза принадлежит русскому ученомумикробиологу С. Н. Виноградскому.

• Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять образующийся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем и до нитрата • Хемотрофные нитрифицирующие бактерии широко распространены в почве и в разных водоемах. Они играют существенную роль в круговороте азота в биосфере.

• Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу • Серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты, являются причиной порчи каменных и металлических сооружений, выщелачивания руд и серных месторождений. Многие виды серобактерий, окисляя до сульфатов различные соединения серы, играют большую роль в процессах очищения промышленных сточных вод.

• Железобактерии переводят железо Fe 2+ в железо Fe 3+ • Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакции окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода - углекислый газ. Реакция окисления происходит по схеме: Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С 02 до органических веществ.

Пластический обмен • Биосинтез белка. Важнейшим анаболическим процессом является синтез белка.

По способу получения энергии, питания и синтеза органических веществ все организмы делят на автотрофные и гетеротрофные. • Автотрофные организмы, или автотрофы (от греч. аутос — сам и трофо — пища, питание) синтезируют органические вещества из неорганических. К автотрофам относят все зеленые растения, и цианобактериии хемосинтезирующие бактерии. • Гетеротрофные организмы, или гетеротрофы (от греч. гетерос — другой и трофо — пища, питание) используют только готовые органические вещества. Источником энергии для них служит энергия, запасенная в органических веществах, получаемых с пищей и выделяющаяся при их распаде и окислении. К гетеротрофам относят все животные, грибы и большинство бактерий. При гетеротрофной ассимиляции организм поглощает органические вещества в готовом виде и преобразует их в собственные питательные вещества.

Процессы диссимиляции у организмов различаются Аэробным организмам, или аэробам (от греч. аэр — воздух и биос — жизнь) для жизнедеятельности необходим кислород. Дыхание для них является главной формой диссимиляции. Богатые энергией органические вещества в присутствие кислорода полностью окисляются до энергетически бедных неорганических веществ — углекислого газа и воды. Аэробы все растения, животные (за исключением некоторых паразитов), основные группы грибов и бактерий Анаэробным организмам, или анаэробам (от греч. a an — отрицательная частица) кислород не нужен. Органические вещества в этом случае расщепляются не полностью. Поэтому продукты их жизнедеятельности могут использовать другие организмы. Например, все молочнокислые продукты являются результатом жизнедеятельности анаэробных молочнокислых бактерий. Анаэробы это многие почвенные микроорганизмы (бактерии и грибы), внутренние паразиты (эндопаразиты), утратившие способность использовать кислород в связи с образом жизни