YouTube
Мы вконтакте

ДО ЕГЭ ПО БИОЛОГИИ ОСТАЛОСЬ

10
Дней
10
Часов
10
Минут
5
Секунд

Метаболизм клетки - обмен веществ и энергии

Совокупность химических реакций, которые протекают в живых организмах и обеспечивают их рост, жизнедеятельность, воспроизведение и взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм - основное свойство живого, проявляющееся на разных уровнях организации. На клеточном уровне метаболизм складывается из двух противоположных одновременно протекающих процессов ассимиляции и диссимиляции.

1) Ассимиляция,анаболизм, пластический обмен - совокупность реакций биосинтеза с затратами энергии, источником которой служат вещества, синтезированные ранее в ходе энергетического обмена. Эндотермический процесс превращения поступающих в клетку простых веществ в специфические, характерные для данной клетки вещества. В развивающихся организмах рост и накопление веществ обеспечиваются преобладающими процессами А. (Фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка, биосинтез углеводов).

2) Диссимиляция, катаболизм, энергетический обмен - совокупность реакций расщепления веществ при участии ферментов, синтезированных ранее в ходе пластического обмена. Экзотермический процесс распада или окисления высокомолекулярных веществ до простых с выделением энергии. Заключительные стадии реакций диссимиляции являются исходными для реакций ассимиляции. При старении, интенсивной физической работе или недостатке питательных веществ преобладают процессы Д.

Тип питания

1) Автотрофы - организмы, способные синтезировать органику из неорганики с затратами энергии. Основные процессы относятся к А.
- фототрофы, фотосинтетики синтезируют органические соединения за счет энергии света.
Фотосинтезирующие бактерии, цианобактерии и зеленые растения.
- хемотрофы или хемосинтетики синтезируют органику за счет энергии химических реакций окисления неорганики: железо- (Fe), серо- (H2S), азотфиксирующие (NH3) бактерии.

2) Гетеротрофы - организмы, использующие готовую органику, для синтеза собственной. Используют энергию химических связей приходящей с пищей органики. Основные процессы относятся к Д. Большинство прокариот, грибы, животные, не зелёные растения.
- сапротрофы\сапрофиты питаются органикой мертвых тел
- паразиты питаются органикой живых организмов

3) Миксотрофы совмещают автотрофное и гетеротрофное питание, как эвглена зеленая, насекомоядные растения.

Способ поступления питательных веществ

- голозойные захватывают пищевые частицы
- голофитные всасывают растворенные вещества

Энергетический обмен

Совокупность реакций ферментативного расщепления органических веществ до СО2 и Н2О с выделением тепла. Энергия запасается в макроэнергетических связях  АТФ.

1) Подготовительный этап
Идет в пищеварительном тракте или пищеварительных вакуолях, энергия рассеивается.
Биополимеры под действием ферментов расщепляются до мономеров:
- белки до аминокислот
- углеводы до мономеров
- липиды до глицерина и жирных кислот
- нуклеиновые кислоты до нуклеотидов

2) Анаэробный этап – гликолиз
Идет в цитоплазме, высвобождается 200кДж энергии, из которых 60% (120кДж) рассеивается в виде тепла, а остальные 40% (80кДж) запасаются и идут на синтез АТФ. Это многоступенчатый бескислородный ферментативный процесс расщепления 1ой молекулы глюкозы до 2х молекул ПВК (пировоградной кислоты).

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ ------> 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2НАД Н2

- спиртовое брожение дрожжей в присутствии кислорода
С3Н4О3 --------> СО2 + СН3СОН уксусный альдегид
СН3СОН + НАД Н2  -------> С2Н5ОН + НАД+  этиловый спирт
Суммарно: С6Н12О6  +  2АДФ  +  2Н3РО4 --------->  2С2Н5ОН  +  2СО2  +  2АТФ 

- молочнокислое брожение в клетках животных и бактерий при недостатке кислорода
С3Н4О3  +  НАД Н2 ---------> C3H6O3 + НАД+
Суммарно: С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ --------->  2C3H6O3 + 2АТФ + 2НАД Н

- маслянокислое брожение у маслянокислых бактерий
С6Н12О6 -----------> С3Н7СООН + 2Н2 + 2СО2

 

3) Аэробный этап – кислородный гидролиз или биоокисление
Идет в митохондриях, где ПВК под действием ферментов расщепляется до СО2 и Н2О с выделением 36 молекул АТФ.

Цикл Кребса (трикарбоновых кислот) в матриксе митохондрий, образуется 2 молекулы АТФ
Окислительное фосфорилирование  на мембранах митохондрий под действием ферментов дыхательной цепи. В межмембранном пространстве накапливается + заряд, т.к. акцепторы (НАД и ФАД) передают атомы водорода по цепи мембранных белков, а электроны остаются с внутренней стороны, где накапливается – заряд. По достижении значения трансмембранного потенциала в 200мВ, открывается протонный канал АТФ-синтетазы, сквозь который проходят протоны. За счет энергии их движения образуется 34 молекулы АТФ.

Хемосинтез

Процесс синтеза органики за счет энергии окисления неорганики. Открыт Виноградским в 1887г. К группе хемотрофов относятся в основном бактерии: поскольку в прокариотичесих клетках отсутствуют мембранные органоиды, процесс идет на мезосомах – впячиваниях плазматической мембраны. Донором электронов вместо воды выступают другие неорганические соединения.
1) Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак, образующийся при гниении органики, до нитритов, а затем до нитратов.
2) Серобактерии  обитают в водоемах с высоким содержанием сероводорода, который они окисляют до серы, а затем до серной кислоты.
3) Железобактерии распространены в водоемах, окисляют соли двухвалентного железа в соли трехвалентного.
4) Водородные бактерии окисляют молекулярный водород, образующийся при анаэробном разложении органики, до воды.

Бактериальный фотосинтез

Фотосинтезы бактерий и растений схожи, но у бактерий донором водорода является H2S, а не вода, поэтому выделения кислорода не происходит. Кроме того, нет фотосистемы2.

Суммарное уравнение:   6CO2 + 12H2S -----> C6H12O6 + 12S + 6H2O

Фотосинтез: пигменты

В основе Ф лежит окислительно-восстановительный процесс, связанный с переносом е от соединений-доноров (Н2О, Н2S) к соединениям-акцепторам (СО2) с выделением газа (О2, S) и образованием восстановленных соединений (углеводы).
Совокупность процессов синтеза органики из неорганики за счет преобразования световой энергии в энергию химических связей. Основным фотосинтезирующим пигментом является хлорофилл. По структуре он похож на ген гемоглобина, но вместо Fe содержит Мg, который обеспечивает протекание световой фазы фотосинтеза. Виды хлорофилла отличаются друг от друга по химическому строению.

хлорофилл А (синий, оранжевый)

все фототрофы

хлорофилл В (синий)

зеленые растения, зеленые и красные водоросли

хлорофилл С

бурые и диатомовые водоросли

хлорофилл D (красный)

красные и сине-зеленые водоросли

бактериохлорофилл

пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии

 

Световая стадия фотосинтеза

Этап 1: превращение и преобразование энергии.
1) Световая стадия протекает на мембранах тилакоидов, богатых молекулами пигментов. Попадание квантов света на молекулу хлорофиллаА приводит электроны в возбужденное состояние, они сходят со своих орбит и передаются по электротранспортной цепи хлоропласта, связывающей две фотосистемы.

Фотосистемы I и II это белковые комплексы на мембранах тилакоидов. Они включают в себя разные пигменты и белки-акцепторы электронов, которые образуют ЭТЦ хлоропластов. Помимо хлорофилла, существуют пигменты каротиноиды, которые защищают хлорофилл от разрушения интенсивным светом и поглощают свет в недоступных ему областях спектра.
Фотосистемы различаются строением реакционных центров (Р680 и Р700). Две Ф есть у цианобактерий и зеленых растений.

Р680 - хлорофилл ФII поглощает кванты света, электроны возбуждаются и по ЭТЦ летят к ФI. Энергия расходуется на синтез АТФ. Восполняет нехватку электронов за счет фотолиза воды.
Р700 – хлорофилл ФI поглощает кванты света, электроны возбуждаются и движутся по ЭТЦ. Энергия расходуется на соединение Н+ и НАДФ+.

2) В полости тилакоида под действием света идет фотолиз воды. В процессе образуются
- электроны идут в реакционный центр ФII,
- протоны водорода накапливаются в тилакоидном пространстве.
Снаружи находятся НАДФ+ и электроны ФI, которые скапливаются около мембраны из-за окисленного Mg, который хочет восстановиться. Создается разница потенциалов, и когда она достигает отметки в 200миливольт, открывается протонный канал.

2H2O ----- фотолиз ------> 4Н+ + 4е- + О2|

3) Мембрана для них непроницаема, поэтому они идут через особые протонные каналы, которые проходят сквозь фермент АТФ-азу, катализирующий синтез молекул АТФ. Когда возбужденные электроны доходят до протонного канала, он открывается, и в него устремляются протоны водорода. На выходе создается высокий уровень энергии, который идет на синтез АТФ в процессе фотофосфорилирования. Образовавшиеся молекулы АТФ идут в строму.

АДФ + Н3РО4 + 40кДж --------> АТФ + Н2О

4) НАДФ+ принимает электроны ФI и за счет их энергии соединяется с протонами водорода.
НикотинамидАденинДинуклеотидФосфат.

НАДФ + 2е- + 2Н+ --------> НАДФ 2Н

2Н2О  +  2НАДФ  +  3АДФ  +  3Н3РО4  ---------->  2НАДФ 2Н  +  3АТФ

 

Темновая фаза фотосинтеза

Этап 2: превращение веществ.
Темновая стадия идет на свету и в темноте в строме, богатой ферментами. Заключается в восстановлении СО2 до глюкозы за счет атомарного водорода энергии АТФ, образовавшихся во время световой стадии. Процесс связывания углевода называется Циклом Кальвина и является сложной циклической цепью превращений. В строме присутствует пятиуглеродный сахар рибоза, связанный с двумя остатками фосфорной кислоты – рибулозодифосфат.
1) Рибулозодифосфат соединяется с неорганическим углеродом углекислого газа под действием фермента карбоксилазы.
2) Образующееся шестиуглеродное соединение неустойчиво и распадается до двух триоз.
3) Они реагируют с фосфатом молекулы АТФ с образованием триозофосфата. Они могут
- синтез глюкозы из двух триоз
- синтез рибулозодифосфата в ходе циклических реакций
- синтез аминокислот, высших жирных кислот и т.д.

6СО2  +  6Н2О  -------->  С6Н12О6  +  6О2

6СО2  +  12НАДФ 2Н  +  18АТФ  --------->  С6Н12О6  +  6Н2О  +  12НАДФ  +  12АДФ  +  18Н3РО4

 

Факторы, влияющие на скорость фотосинтеза

1) Свет - скорость фотосинтеза прямо пропорциональна интенсивности света, но при сильном освещении молекулы хлорофилла разрушаются.
2) Углекислый газ, концентрация которого в атмосфере 0,03%. Скорость фотосинтеза увеличивается до 0,1%.
3) Вода – при уменьшении воды, устьица закрываются и прекращается диффузия СО2
4) Температура – оптимальная +25, снижение ведет к замедлению фотосинтеза.

 

Значение фотосинтеза

- единственный процесс, в результате которого из неорганических веществ за счет энергии света синтезируются органические вещества, необходимые для построения и питания всех живых организмов на Земле

- обеспечивает приток энергии из космоса на планету и ее дальнейшее использование для процессов жизнедеятельности различных организмов

- за миллионы лет в земле образовались залежи полезных ископаемых

- появился озоновый экран, защищающий все живое от ультрафиолетовых лучей

- основной источник атмосферного кислорода

Заполните заявку на подготовку к ЕГЭ по биологии или химии

Краткая форма обратной связи

Поля помеченные * являются обязательными для заполнения

Форма обратной связи для учеников

Поля помеченные * являются обязательными для заполнения

Форма обратной связи для родителей

Поля помеченные * являются обязательными для заполнения

Яндекс.Метрика