Занятие № 9
Тема: «Обмен веществ в клетке. Энергетический и пластический обмены».
1.Обмен веществ и превращение энергии в клетке – основа ее жизнедеятельности.
2.Пластический и энергетический обмен.
3.Этапы энергетического обмена.
4.Фотосинтез. Фазы фотосинтеза.
5. Хемосинтез и его значение.
Любой живой организм, как и отдельная клетка, является открытой системой, т.е.
обменивающейся с окружающей средой веществом и энергией. Итак, мы знаем, что для поддержания жизни организму требуется энергия. Мы запасаем и тратим энергию – и этот процесс бесконечен, пока есть жизнь.Основным источником энергии для всех живых существ, служит энергия солнечного света. Солнце- первоисточник энергии.Живые существа способны использовать два вида энергии: световую (энергию солнечного излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) – по этому признаку организмы делятся на две группы – фототрофы и хемотрофы.
Как показали эксперименты, содержимое клетки находится в состоянии непрерывной активности; различные вещества все время входят в клетку и выходят из нее наружу, т.е. происходит обмен веществ – основа существования живых организмов. Всю совокупность ферментативных реакций обмена веществ и энергии, протекающих в организме, называют метаболизмом (греч.«метаболе»-превращение).
Метаболизм как основа жизнедеятельности клетки.
Метаболизм состоит из взаимосвязанных реакций:
Метаболизм = анаболизм + катаболизм
ассимиляция диссимиляция
(синтез высокомолекулярных соединений- (расщепление и окисление органических
белков,нукл-вых к-т,полисахаридов, липидов) вещ-в, идущих с превращением энергии)
пластический обмен энергетический обмен
Под метаболизмом понимают постоянно происходящий в клетках живых организмов обмен веществ и энергии. Одни соединения, выполнив свою функцию, становятся ненужными, в других возникает насущная потребность. В различных процессах метаболизма из простых веществ при участии ферментов синтезируются высокомолекулярные соединения, в свою очередь сложные молекулы расщепляются на более простые.В клетке протекает огромное количество процессов синтеза: липидов в эндоплазматической сети, белков на рибосомах, полисахаридов в комплексе Гольджи. Для обеспечения реакций синтеза клетке требуются существенные затраты энергии, получаемой при расщеплении веществ.
Обмен веществ выполняет две функции.
Первая - обеспечение клетки строительным материалом (реакции синтеза новых сложных веществ из более простых). Реакции синтеза особенно активно идут в молодых клетках, но и в зрелых клетках эти процессы также происходят - разрушившиеся в процессе жизнедеятельности молекулы заменяются новыми.
Совокупность реакций, обеспечивающих построение клетки и обновление ее состава, называется пластическим обменом. Всё это - реакции биологического синтеза, называемые анаболическими (греч. anabole подъем), а их совокупность в клетке называют - анаболизмом.
Вторая функция обмена веществ - обеспечение клетки энергией.
Для энергообеспечения клетки используется энергия химических связей, высвобождающаяся при расщеплении различных веществ. Эта энергия преобразуется в другие виды энергии.
Совокупность реакций расщепления сложных молекул на более простые носит название катаболизма или энергетического обмена.
Примерами таких реакций является расщепление липидов, полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот в лизосомах, а также простых углеводов и жирных кислот в митохондриях.
Пластический и энергетический обмен клетки связаны между собой. С одной стороны, для всех реакций синтеза необходима энергия, а с другой, для реакций энергетического обмена нужен постоянный синтез ферментов, т.к. они быстро разрушаются.
Ферменты - это биологически активные вещества белковой природы, которые ускоряют химические реакции в клетке (биологические катализаторы) путем образования промежуточных соединений.
Ч/з пластический и энергетический обмены осуществляется связь клетки с внешней средой. Эти процессы явл.основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.
Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.
Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций - движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. Т,к. запас АТФ в клетке невелик, то понятно, что по мере убыли АТФ содержание ее должно восстанавливаться. В действительности так и происходит. Биологический смыл остальных реакций энергетического обмена и состоит в том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других веществ, используется для синтеза АТФ, т. е. для восполнения ее запаса в клетке. При усиленной, но кратковременной работе, например при беге на короткую дистанцию, мышцы работают почти исключительно за счет распада содержащейся в них АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, разогревается: в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения убыли израсходованной АТФ. При длительной и не очень напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.
Итак, АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки. Отсюда понятно, что возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок. Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться она может в другом месте и в другое время.
Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях. Именно поэтому митохондрии называют "силовыми станциями" клетки. Образовавшаяся здесь АТФ по каналам эндоплазматической сети направляется в те участки клетки, где возникает потребность в энергии.
Итак, источником энергии для подавляющего большинства процессов в живых организмах является следующая реакция:
АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + энергия.
АТФ присоединяет молекулу воды и расщепляется. Концевой фосфорный остаток дает при этом фосфорную кислоту, а АТФ превращается в АДФ. Эта реакция сопровождается освобождением энергии (порядка 40 кДж/моль)
– Известно, что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 0,05% до 0,5% ее массы. Но практически все идущие в клетке биохимические реакции требуют затрат энергии молекул АТФ. Запаса АТФ в мышцах хватает только на 20–30 сокращений. Поэтому в клетках идет постоянный процесс синтеза АТФ.
Следовательно, запас АТФ должен непрерывно пополняться на основе обратной реакции, идущей с затратой энергии:
АДФ + Н3РО4 + энергия = АТФ + Н2О.
Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.