Розділ «Тема 16. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ»

Біологія


Загальні уявлення про обмін речовин та перетворення енергії в клітині


Клітина є відкритою системою, яка обмінюється із середовищем речовинами, енергією та інформацією. Цей обмін відбувається за участю поверхневого апарату клітини і є зовнішнім, оскільки зв'язує клітину із зовнішнім для неї середовищем. У самій клітині речовини, енергія та інформація будуть зазнавати перетворень, які об'єднуються поняттям "внутрішній обмін" або "метаболізм". Метаболізм – сукупність процесів, які забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації в клітині, що є основою Ті життєдіяльності.

Обмін речовин та енергії в клітині (метаболізм)
Пластичний обмін (анаболізм) – сукупність реакцій синтезу, які забезпечують ріст клітин, поновлення. їхнього хімічного складуЕнергетичний обмін (катаболізм) – сукупність реакцій розщеплення, які забезпечують клітину енергією
В основі реакції біосинтезу – утворення складних органічних речовин із простихВ основі реакції розщеплення – розклад складних органічних речовин на простіші
На здійснення цих процесів витрачається енергія, тому вони будуть ендотермічнимиЦі процеси супроводжуються виділенням енергії і називаються екзотермічними
Основні процеси в клітині: фотосинтез, хемосинтез, біосинтез білківОсновні процеси в клітині: гліколіз, бродіння, кисневе розщеплення

У клітинах одночасно відбуваються процеси енергетичного і пластичного обміну. Вони пов'язані між собою потоком речовин та потоком енергії і здійснюються на основі спадкової інформації клітини. У результаті розщеплення певних речовин (вуглеводів та жирів, які є основним джерелом енергії) звільняється хімічна енергія, що витрачається на поглинання, засвоєння і накопичення хімічних сполук (здебільшого білків, які є основним будівельним матеріалом). Отже, процеси енергетичного і пластичного обміну – це різні сторони єдиного процесу обміну речовин і перетворення енергії в живих клітинах.

Для біохімічних реакцій анаболізму й катаболізму, які складають основу обміну речовин та енергії, характерні певні особливості, що відрізняють їх від реакцій неживої природи. Це, насамперед, висока швидкість перебігу завдяки участі ферментів. Завдяки ферментам енергія, необхідна для проходження реакцій, менша, ніж без їхньої участі. Реакції розщеплеуня складних органічних сполук до простих здійснюються, здебільшого, шляхом гідролізу, тому ферменти, які їх каталізують, називаються гідрологами. Ферменти, які прискорюють перебіг реакцій синтезу, називаються синтетазами. Крім високої швидкості, реакції біосистем мають надзвичайну впорядкованість, організованість, точність, що обумовлено певним упорядкованим розташуванням ферментів на мембранах та наявністю компартментів.


Джерела енергії для організмів. Автотрофні та гетеротрофні організми


Для організмів нашої планети основним джерелом енергії є сонячне світло. Незначною мірою в процесах метаболізму може використовуватися тепло вулканічного походження, енергія з надр земної кори та ін. Енергія потрібна організмам для синтезу власних органічних речовин з неорганічних (автотрофи) або з готових органічних (у гетеротрофів). Одні з них використовують для процесів синтезу енергію світла – це фототрофні організми. Інші організми – хемотрофні – для цього використовують енергію хімічних реакцій. Загалом за характером живлення організми поділяють на такі групи, як автотрофи, гетеротрофи та міксотрофи.

• Автотрофи (від грец. "авто" – сам та "трофос" – їжа, харчування) – організми, які здатні синтезувати власні органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії світла (фотоавтотрофи) або енергії хімічних реакцій (хемоавтотрофи). Автотрофи, основні продуценти органічної речовини в біосфері, забезпечують існування решти організмів

• Гетеротрофи (від грец. "гетеро" – різний, інший та "трофос" – їжа, харчування) – організми, які синтезують власні органічні речовини, використовуючи готові органічні сполуки, як джерело вуглецю та енергію світла (фотогетеротрофи) або енергію хімічних реакцій (хемогетеротрофи). Гетеротрофи відомі як консументи, або споживачі, у ланцюгах живлення. Гетеротрофами є тварини, гриби, більшість бактерій та архей, а також деякі паразитичні рослини (петрів хрест, заразиха).

• Міксотрофи (від грец. "міксо" – змішаний та "трофос" – їжа, харчування) – організми, які мають змішаний тип живлення: на світлі – фотосинтезують, а за несприятливих умов переходять на засвоєння органічних сполук. Класичними прикладами міксотрофів є евглена зелена, багато видів діатомових водоростей, бактерії родів Beggiatoa і Thiothrixта ін.

Типи живлення організмів

Типи живленняДжерело енергіїДжерело КарбонуПриклади організмів
ФотоавтотрофнийЕнергія світлаCO2Рослини, ціанобактерії
ХемоавтотрофнийЕнергія хімічних реакційCO2Сіркобактерії, залізобактерії, нітрифікуючі бактерії
ФотогетеротрофнийЕнергія світлаОрганічні сполукиПурпурні несірчані бактерії
ХемогетеротрофнийЕнергія хімічних реакційОрганічні сполукиТварини, гриби

У біологічних системах енергія існує в різних формах: хімічній, електричній, механічній, тепловій і світловій, які здатні перетворюватися одна в одну. Універсальним джерелом енергії в клітині є АТФ (аденозинтрифосфорна кислота). У макроергічних зв'язках цієї сполуки акумулюється хімічна енергія, яка звільнилася під час перебігу реакцій енергетичного обміну. А вже згодом енергія АТФ використовується для забезпечення в організмі різних процесів: хімічних (для біохімічних реакцій синтезу), механічних (для руху), електричних (для утворення нервових імпульсів), теплових (для теплорегуляції), світлових (для біолюмінісценції) тощо.

БІОЛОГІЯ+ Біолюмінесценція (від грец. біос – життя та лат. люмен – світло) – видиме світіння живих організмів, пов'язане з процесами їхньої життсдіяльності. Ви чи кас в результаті ферментативного окислення білків-люциферинів за допомогою ферменту люциферази. При цьому хімічна енергія перетворюється в енергію світла. Біолюмінсценція дуже поширена в природі і спостерігається серед бактерій, грибів, водоростей і тварин. Світяться ночесвітки і деякі радіолярії, це явище характерне для глибоководних риб, які приваблюють за допомогою світла здобич та використовують його для спілкування (наприклад, у морських вудильників, бархатночеревої акули та ін.), у глибоководних кальмарів, комах (наприклад, у світляків, які світяться в шлюбний період) та ін.


Енергетичний обмін та його етапи


Енергетичний обмін (катаболізм) – це сукупність реакцій розщеплення, які забезпечують розпад складних органічних сполук, що супроводжується вивільненням енергії. За енергетичного обміну частина енергії, яка виділяється лід час розщеплення органічних сполук, розсіюється у вигляді тепла, а частина – запасається у зв'язках АТФ. Енергетичний обмін – це складний і багатоступеневий упорядкований процес. У цілому можна виділити в ньому три етапи утворення енергії: підготовчий, безкисневий і кисневий.

Підготовчий етап розпочинається у травних вакуолях або травному каналі процесами травлення. Під впливом травних ферментів складні органічні сполуки розщеплюються (гідролізуються) до сполук, які може засвоювати організм. При цьому виділяється всього 0,2-0,8 % енергії, тобто енергетичний ефект цього етапу незначний і вся енергія розсіюється у вигляді теплоти.

Складні органічні сполукиФерментиПрості органічні сполуки
БілкиПротеазиАмінокислоти
ЖириЛіпазиВищі жирні кислоти, спирти
ПолісахаридиАмілазиМоносахариди
Нуклеїнові кислотиНуклеазиНуклеотиди

Безкисневий (анаеробний) етап відбувається в гіалоплазмі і приводить до звільнення невеликої кількості енергії. На цьому етапі прості органічні сполуки, які утворилися на попередньому етапі, зазнають подальшого розщеплення без участі кисню. Безкисневе розщеплення є найпростішою формою утворення енергії в клітинах. Деякі мікроорганізми та безхребетні (наприклад, паразити) не можуть використовувати кисень, тому їм властивий лише анаеробний енергетичний обмін. Більшість організмів для розщеплення органічних сполук використовує кисень, сіле кисневому етапу завжди передує безкисневий. Наважливішим на цьому етапі в клітинах є такий процес, як гліколіз.

Гліколіз – сукупність ферментативних реакцій, які забезпечують безкисневе розщеплення молекул глюкози з утворенням молочної кислоти та АТФ. Цей процес є філогенетично найстарішим, дуже поширеним видом енергетичного обміну, який властивий багатьом анаеробним мікроорганізмам, а також клітинам більшості вищих тварин. При анаеробних умовах існування, при недостатньому вмісті кисню, як це буває в м'язах, які активно скорочуються, кінцевим продуктом гліколізу є молочна кислота (С3Н6O3), яка утворюється з піровиноградної кислоти (С3Н4O3). В аеробних організмів гліколіз здійснюється перед циклом Кребса та дихальним ланцюгом переносу електронів, які разом добувають більшу частину енергії глюкози. За аеробних умов піровиноградна кислота (С3Н4O3) проникає в мітохондрії і включається в реакції перетворень трикарбонових кислот.

Енергетичний ефект гліколізу – 200 кДж (116 кДж – на тепло, 84 кДж – на АТФ): С6Н12O6 + 2АДФ + 2Н3РO4 → 2 С3Н6O3 + 2Н2O + 2АТФ

Таким чином, гліколіз є енергетично малоефективним процесом, лише 35-40% від енергії енергетичного ефекту акумулюється в АТФ. Енергія гліколізу складає лише 5-7% потенційної енергії глюкози. Це пояснюється тим, що, хоча цей процес є окисно-відновним, загальної зміни ступеня окиснення атомів Карбону не відбувається. Незважаючи на низьку ефективність, гліколіз має велике фізіологічне значення. Завдяки йому організми забезпечуються енергією в умовах дефіциту кисню. Навіть у хребетних гліколіз використовується як ефективний спосіб отримання енергії під час коротких періодів інтенсивної напруги, коли перенесення кисню до м'язів недостатнє для підтримки метаболізму. Він допомагає під час коротких періодів інтенсивної напруги і не призначений для тривалого використання. Наприклад, у людей ферментація глюкози до молочної кислоти дає енергію на період від 30 секунд до 2 хвилин. Крім того, проміжні продукти гліколізу використовуються для синтезу складніших сполук.

Сторінки


В нашій електронній бібліотеці ви можете безкоштовно і без реєстрації прочитати «Біологія» автора Соболь В.І. на телефоні, Android, iPhone, iPads. Зараз ви знаходитесь в розділі „Тема 16. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ“ на сторінці 1. Приємного читання.

Зміст

  • ПЕРЕДМОВА

  • Розділ 1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИВОЇ ПРИРОДИ

  • Тема 1. БІОЛОГІЯ – НАУКА ПРО ЖИТТЯ

  • Тема 2. СИСТЕМНА ОРГАНІЗАЦІЯ ЖИВОЇ ПРИРОДИ

  • Основні ознаки живої природи

  • Різноманітність живої природи

  • Розділ 2. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 3. ЕЛЕМЕНТНИЙ СКЛАД ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 4. НЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ В ОРГАНІЗМАХ

  • Тема 5. ОРГАНІЧНІ РЕЧОВИНИ. МАЛІ ОРГАНІЧНІ МОЛЕКУЛИ

  • Тема 6. МАКРОМОЛЕКУЛИ. ЛІПІДИ. ВУГЛЕВОДИ. ПЕПТИДИ

  • Тема 7. МАКРОМОЛЕКУЛИ. БІЛКИ.

  • Тема 8. МАКРОМОЛЕКУЛИ. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

  • Тема 9. БІОЛОГІЧНО АКТИВНІ РЕЧОВИНИ

  • Розділ 3. КЛІТИННИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 10. ОРГАНІЗАЦІЯ КЛІТИН

  • Тема 11. ПОВЕРХНЕВИЙ АПАРАТ КЛІТИН

  • Тема 12. ЦИТОПЛАЗМА. ДВОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ

  • Тема 13. ОДНОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ

  • Тема 14. НЕМЕМБРАННІОРГАНЕЛИ. ОРГАНЕЛИ РУХУ. ЯДРО

  • Тема 15. КЛІТИННИЙ ЦИКЛ. ПОДІЛ КЛІТИН

  • Тема 16. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ
  • Тема 17. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

  • Реакції матричного синтезу

  • Тема 18. ПЛАСТИЧНИЙ ОБМІН. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ

  • Тема 19. НЕКЛІТИННІ ФОРМИ ЖИТТЯ

  • Розділ 4. ОРГАНІЗМЕНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Тема 20. ОРГАНІЗМ ЯК БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА

  • Тема 21. ПРОКАРІОТИ

  • Тема 22. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЦАРСТВА РОСЛИНИ

  • Тема 23. ВЕГЕТАТИВНІ ОРГАНИ. КОРІНЬ

  • Тема 24. ВЕГЕТАТИВНІ ОРГАНИ. ПАГІН

  • Тема 25. ЛИСТОК ЯК СКЛАДОВА ЧАСТИНА ПАГОНА

  • Тема 26. ГЕНЕРАТИВНІ ОРГАНИ. КВІТКА

  • Тема 27. ГЕНЕРАТИВНІ ОРГАНИ. НАСІНИНА. ПЛІД

  • Тема 28. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. ЖИВЛЕННЯ, ДИХАННЯ, ТРАНСПОРТУВАННЯ РЕЧОВИН, ВИДІЛЕННЯ

  • Тема 29. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. РОЗМНОЖЕННЯ, РІСТ І РОЗВИТОК РОСЛИН

  • Тема 30. ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ РОСЛИННОГО ОРГАНІЗМУ. ПОДРАЗЛИВІСТЬ ТА РЕГУЛЯЦІЯ ПРОЦЕСІВ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ

  • Тема 31. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ВОДОРОСТІ

  • Тема 32. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ВИЩІ СПОРОВІ РОСЛИНИ. МОХОПОДІБНІ

  • Тема 33. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ПЛАВУНОПОДІБНІ. ХВОЩОПОДІБНІ. ПАПОРОТЕПОДІБНІ

  • Тема 34. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ГОЛОНАСІННІ

  • Тема 35. РІЗНОМАНІТНІСТЬ РОСЛИН. ПОКРИТОНАСІННІ

  • НАДЦАРСТВО ЕУКАРІОТИ. ЦАРСТВО ГРИБИ

  • Тема 36. ГРИБИ. ЛИШАЙНИКИ

  • НАДЦАРСТВО ЕУКАРІОТИ. ЦАРСТВО ТВАРИНИ

  • Тема 37. ТВАРИНИ

  • Тема 38. ПІДЦАРСТВО ОДНОКЛІТИННІ

  • Роль одноклітинних тварин у природі та житті людини

  • Тема 39. ПІДЦАРСТВО БАГАТОКЛІТИННІ. ТИП ГУБКИ

  • Тема 40. ПІДЦАРСТВО БАГАТОКЛІТИННІ ТВАРИНИ. ТИП КИШКОВОПОРОЖНИННІ, АБО ЖАЛКІ

  • Тема 41. ТИП ПЛОСКІ ЧЕРВИ

  • Тема 42. ТИП ПЕРВИННОПОРОЖНИННІ, АБО КРУГЛІ ЧЕРВИ

  • Тема 43. ТИП КІЛЬЧАСТІ ЧЕРВИ, АБО КІЛЬЧАКИ

  • Тема 44. ТИП МОЛЮСКИ, АБО М'ЯКУНИ

  • Тема 45. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. РАКОПОДІБНІ

  • Тема 46. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. ПАВУКОПОДІБНІ

  • Тема 47. ТИП ЧЛЕНИСТОНОГІ. КОМАХИ

  • Значення комах у природі та житті людини

  • Тема 48. ТИП ГОЛКОШКІРІ

  • Тема 49. ТИП ХОРДОВІ

  • Тема 50. НАДКЛАС РИБИ

  • Тема 51. КЛАС ЗЕМНОВОДНІ, АБО АМФІБІЇ

  • Тема 52. КЛАС ПЛАЗУНИ, АБО РЕПТИЛІЇ

  • Тема 53. КЛАС ПТАХИ

  • Тема 54. КЛАС ССАВЦІ

  • ЛЮДИНА

  • Тема 55. БІОЛОГІЯ ЛЮДИНИ

  • Тема 56. ОРГАНІЗМ ЛЮДИНИ ЯК ЦІЛІСНА БІОЛОГІЧНА СИСТЕМА

  • Принципи регуляції цілісності організму людини

  • Тема 57. ОПОРА І РУХ

  • Тема 58. КРОВ І ЛІМФА

  • Тема 59. КРОВООБІГ І ЛІМФООБІГ

  • Будова та функції кровоносних судин

  • Рух крові судинами

  • Лімфообіг та його значення

  • Перша допомога при кровотечах

  • Серцево-судинні захворювання та їх профілактика

  • Тема 60. ДИХАННЯ

  • Нервова і гуморальна регуляція дихання

  • Хвороби дихальної системи та їх профілактика

  • Перша допомога при зупинці дихання

  • Вплив паління на організм людини

  • Тема 61. ЖИВЛЕННЯ

  • Недостатнє і надмірне харчування

  • Нервово-гуморальна регуляція діяльності травної системи

  • Хвороби шлунково-кишкового тракту та заходи запобігання їм

  • Тема 63. ШКІРА

  • Роль шкіри в теплорегуляції організму людини

  • Тема 64. ВИДІЛЕННЯ

  • Тема 65. ГУМОРАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ

  • Тема 66. НЕРВОВА РЕГУЛЯЦІЯ

  • Тема 67. СПРИЙНЯТТЯ ІНФОРМАЦІЇ. СЕНСОРНІ СИСТЕМИ

  • Тема 68. ФОРМУВАННЯ ПОВЕДІНКИ І ПСИХІКИ ЛЮДИНИ

  • Сприйняття інформації мозком

  • Пам'ять, її структура, механізми, види та розвиток

  • Біоритми – фізіологічна основа чергування сну та активності

  • Тема 69. МИСЛЕННЯ І СВІДОМІСТЬ

  • Перша і друга сигнальні системи

  • Фізіологічні основи мови

  • Функціональна спеціалізація кори півкуль великого мозку

  • Здібності людини. Обдарованість

  • Індивідуальні особливості поведінки людини

  • Особистість та її формування: виховання і самовиховання

  • Порушення ВНД та їх вплив на організм людини

  • Тема 70. ПОХОДЖЕННЯ ЛЮДИНИ

  • Основні етапи Історичного розвитку виду Людина розумна

  • Людські раси, їх походження

  • ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 71. РОЗМНОЖЕННЯ ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 72. ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ

  • Тема 73. ЗАКОНОМІРНОСТІ СПАДКОВОСТІ

  • Тема 74. ЗЧЕПЛЕНЕ УСПАДКУВАННЯ. ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА

  • Тема 75. ЗАКОНОМІРНОСТІ МІНЛИВОСТІ

  • Закон гомологічних рядів спадкової мінливості організмів

  • Генетика популяцій

  • Тема 76. СЕЛЕКЦІЯ

  • Центри походження та різноманітності культурних рослин

  • Особливості селекції рослин, тварин і мікроорганізмів

  • Розділ 5. НАДОРГАНІЗМОВІ РІВНІ ЖИТТЯ

  • Тема 77. ЕКОЛОГІЯ

  • Поняття про середовище існування

  • Тема 78. ПОПУЛЯЦІЙНО-ВИДОВИЙ ТА ЕКОСИСТЕМНИЙ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Правило екологічної піраміди

  • Тема 79. БІОСФЕРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

  • Жива речовина біосфери, її властивості та функції

  • Колообіг речовин у біосфері як необхідна умова YY існування

  • Сучасні екологічні проблеми

  • Вчення В. І, Вернадського про біосферу та ноосферу, його значення для уникнення глобальної екологічної кризи

  • Червона та Зелена книга

  • Природоохоронні території

  • Природоохоронне законодавство України

  • Тема 80. ОСНОВИ ЕВОЛЮЦІЙНОГО ВЧЕННЯ

  • Сучасні погляди на еволюцію органічного світу

  • Тема 81. ІСТОРИЧНИЙ РОЗВИТОК І РІЗНОМАНІТНІСТЬ ОРГАНІЧНОГО СВІТУ

  • Проблема виникнення життя на Землі

  • Поділ геологічної історії Землі на ери та періоди

  • Запит на курсову/дипломну

    Шукаєте де можна замовити написання дипломної/курсової роботи? Зробіть запит та ми оцінимо вартість і строки виконання роботи.

    Введіть ваш номер телефону для зв'язку, в форматі 0505554433
    Введіть тут тему своєї роботи