Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез

1. Какие понятия пропущены в биологических «уравнениях» и заменены вопросительными знаками?

Обмен веществ = ? + энергетический обмен

Анаболизм + ? = метаболизм

Ассимиляция + диссимиляция = ?

В первом "уравнении" вопросительным знаком заменено понятие "пластический обмен", во втором – "катаболизм", в третьем – "обмен веществ (метаболизм)".

2. Какие процессы называют ассимиляцией и диссимиляцией? Приведите примеры.

Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) – совокупность реакций синтеза сложных органических соединений из более простых веществ. Реакции пластического обмена идут с затратами (поглощением) энергии. Процессами ассимиляции являются: фотосинтез, биосинтез ДНК (репликация), биосинтез РНК, белков, липидов, полисахаридов и т.д.

Диссимиляция (катаболизм, энергетический обмен) – процессы расщепления сложных органических соединений до более простых веществ, которые сопровождаются выделением (высвобождением) энергии химических связей расщепляемых соединений. К процессам диссимиляции относится брожение и клеточное дыхание.

3. Чем автотрофные организмы принципиально отличаются от гетеротрофных?

4. Для осуществления каких процессов организмы используют энергию АТФ?

Молекулы АТФ, синтезированные в ходе реакций энергетического обмена, служат поставщиками энергии для процессов синтеза органических веществ, активного транспорта веществ через плазмалемму, деления клеток, передачи нервных импульсов. Благодаря энергии АТФ осуществляются все виды движения (в том числе и мышечного), поддерживается постоянная температура тела у птиц и млекопитающих и т.д.

5. В каких случаях процессы энергетического обмена в организме преобладают над процессами пластического обмена и наоборот?

Например, в молодых организмах преобладают процессы пластического обмена, благодаря чему обеспечивается запасание веществ, интенсивный рост и развитие организма. В старом организме, как правило, преобладают процессы энергетического обмена. То же самое наблюдается при высоких физических нагрузках и недостатке питательных веществ.

Интенсивность процессов энергетического и пластического обмена регулируется нервной системой и гормонами. Например, адреналин сдвигает баланс в сторону энергетического обмена, а инсулин и соматотропин (гормон роста) – в сторону пластического обмена.

6. Приведите примеры преобразования энергии в живом организме.

Например, при расщеплении питательных веществ высвобождается энергия, заключённая в их химических связях. Часть этой энергии рассеивается в виде тепла (т.е. преобразуется в тепловую), другая часть запасается в виде молекул АТФ. Работа мышц сопровождается преобразованием энергии макроэргических связей АТФ в механическую и тепловую энергию. В процессе фотосинтеза происходит преобразование световой энергии в энергию химических связей органических веществ.

7. Докажите справедливость утверждения: «Ассимиляция и диссимиляция - две стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах».

Вещества, образующиеся в ходе энергетического обмена, могут использоваться в пластическом обмене – для синтеза более сложных органических веществ. И наоборот, продукты ассимиляции могут подвергаться расщеплению и служить источником энергии в процессах диссимиляции. АТФ, которая образуется в ходе энергетического обмена, расщепляется до АДФ и H 3 PO 4 и служит источником энергии для реакций пластического обмена.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция – две взаимосвязанные стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах.

8. Суточная норма углеводов для взрослого человека составляет 5-8 г на 1 кг массы тела (в зависимости от энергетических затрат организма). При окислении 5 г углеводов выделяется 88 кДж энергии, что достаточно для нагревания 1 кг тела человека от температуры 36,6ºС до температуры 62ºС. Попробуйте самостоятельно произвести этот несложный расчёт на основании знаний, полученных при изучении физики в 8-м классе. Учтите, что средняя удельная теплоемкость человеческого тела 3,47 кДж/(кг ºС). К чему могло бы привести разогревание клеток тела человека до такой температуры? Почему этого на самом деле не происходит?

На уроках физики в 8-м классе учащиеся решали задачи, связанные с применением формулы расчёта количества теплоты:

Q = cm (t 2 – t 1),

где Q – количество теплоты, с – удельная теплоёмкость, m – масса тела, t 2 и t 1 – конечная и начальная температуры соответственно.

В нашем случае Q = 88 кДж, с = 3,47 кДж/(кг ºС), m = 1 кг, t 1 = 36,6ºС.

● Рассчитаем, на сколько градусов Цельсия могла бы повыситься температура тела человека:

t 2 – t 1 = Q / cm = 88 кДж: (3,47 кДж/(кг ºС) × 1 кг) ≈ 25,36ºС.

● Найдём конечную температуру тела человека:

t 2 ≈ 36,6ºС + 25,36ºС ≈ 62ºС.

Разогревание клеток тела человека до такой температуры привело бы к денатурации большинства белков, прекращению ферментативных процессов, частичному плавлению ДНК и в конечном итоге, к гибели клеток. Однако на самом деле этого не происходит, т.к. процесс расщепления и окисления углеводов осуществляется постепенно, поэтапно, и лишь часть высвобождаемой энергии преобразуется в тепловую, а другая часть запасается в макроэргических связях молекул АТФ.

В ходе которых различные вещества включаются в его состав.Синтез высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов). Невозможна без энергии

В ходе ассимиляции простые вещества (сложные первоначально расщепляются до простых), неспецифические для какого-либо организма, превращаются в сложные, характерные для данного вида соединения (усваиваются).

Ассимиляция уравновешивается суммой процессов диссимиляции (распада).

См. также

Ссылки

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Ассимиляция (биология)" в других словарях:

Термин ассимиляция (лат. assimilatio уподобление) употребляется в нескольких областях знания: Ассимиляция (биология) совокупность процессов синтеза в живом организме. Ассимиляция (лингвистика) уподобление артикуляции одного … Википедия

Термин ассимиляция (лат. assimilatio уподобление) употребляется в нескольких областях знания: Ассимиляция (биология) совокупность процессов синтеза в живом организме. Ассимиляция (лингвистика) уподобление артикуляции одного звука артикуляции… … Википедия

То же, что анаболизм. .(Источник: «Биология. Современная иллюстрированная энциклопедия.» Гл. ред. А. П. Горкин; М.: Росмэн, 2006.) … Биологический энциклопедический словарь

Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Азотистый обмен почвы это круговорот в почве азота, который присутствует там не только в виде простого вещества… … Википедия

Схематическое представление прохождения азота через биосферу. Ключевым элементом цикла являются разные виды бактерий (англ.) Круговорот азота био … Википедия

Анаболизм (от греч. ἀναβολή, «подъём») совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей. Анаболизм взаимосвязан с противоположным процессом… … Википедия

Стабильные органические соединения, которые являются конечными продуктами в процессе фотосинтетической фиксации и восстановления углекислот в растениях. Ассимиляты обладают способностью концентрироваться в фотосинтезирующих тканях растений.… … Википедия

ЖИЗНЬ - ЖИЗНЬ. Содержание: Определение понятия «жизнь» ........292 Проблема возникновения жизни на земле. . 296 Жизнь с точки зрения диалектического материализма....................299 Жизнь, основное понятие, выработанное первобытным… … Большая медицинская энциклопедия

Или метаболизм, лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Ф. Энгельс,… … Большая советская энциклопедия

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Тимирязев. Климент Аркадьевич Тимирязев Климент Аркадьевич Тимирязев … Википедия

Антропология и концепции биологии Курчанов Николай Анатольевич

2.3. Обмен веществ и энергии

2.3. Обмен веществ и энергии

Вся совокупность химических реакций, протекающих в живых организмах, называется обменом веществ, или метаболизмом . В результате этих реакций энергия, запасенная в химических связях, переходит в другие формы, т. е. обмен веществ всегда сопровождается обменом энергии. Первичным источником энергии для всего живого на Земле служит Солнце.

Многие организмы имеют уникальные метаболические пути, однако наиболее поразительно то общее, что присуще процессам метаболизма в живой природе. Несмотря на величайшее разнообразие живых организмов, отчетливо проявляется единство этих процессов. Выделяют две группы процессов метаболизма.

Анаболизм (ассимиляция) – совокупность процессов синтеза, идущих с потреблением энергии.

Катаболизм (диссимиляция) – совокупность процессов распада, сопровождающихся выделением энергии.

Анаболизм и катаболизм самым тесным образом взаимосвязаны: катаболические реакции дают «сырье» и энергию для анаболических процессов, в которых эта энергия запасается.

Все живые организмы можно разделить на группы, в зависимости от типа ассимиляции (рис. 2.5).

Автотрофы – организмы, способные самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических.

Рис. 2.5 . Классификация типов анаболизма

Гетеротрофы – организмы, не способные синтезировать органические вещества из неорганических и нуждающиеся в поступлении готовых органических соединений.

Среди протистов можно выделить группу автогетеротрофных организмов, которые в зависимости от условий осуществляют либо автотрофный, либо гетеротрофный способ питания.

Фотоавтотрофы – организмы, использующие для синтеза энергию Солнца.

Хемоавтотрофы – организмы, использующие для синтеза энергию химических реакций.

Совокупность реакций катаболизма, протекающих во всех живых клетках, представляет собой разнообразные процессы биологического окисления . Поскольку запасенная в процессе ассимиляции энергия недоступна для непосредственного использования клеткой, основной функцией процесса биологического окисления является обеспечение организма энергией в доступной форме (прежде всего в виде АТФ). В природе организмы используют два пути получения энергии: аэробный распад (дыхание) , проходящий в присутствии кислорода, и анаэробный распад (брожение) , проходящий без кислорода (рис. 2.6). Соответственно организмы, реализующие эти пути, называются аэробами и анаэробами.

Рис. 2.6 . Классификация типов катаболизма

автора Чернова Нина Михайловна

9.2. Поток энергии в экосистемах Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии (рис. 146). В конечном счете вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая

Из книги Служебная собака [Руководство по подготовке специалистов служебного собаководства] автора Крушинский Леонид Викторович

3. Обмен веществ как основа жизни «Жизнь - это форма существования белковых тел», - писал Ф. Энгельс. Поэтому можно сказать, что носителем жизни является белок. Белок - это сложное вещество, состоящее из многих элементов, среди которых обязательно наличие азота.

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора

Из книги Возрастная анатомия и физиология автора Антонова Ольга Александровна

Тема 10. ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ 10.1. Характеристика обменных процессов Обмен веществ и энергии – основа процессов жизнедеятельности организма. В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс синтеза, т. е.

Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович

Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги Энергия и жизнь автора Печуркин Николай Савельевич

Из книги Почему мы любим [Природа и химия романтической любви] автора Фишер Хелен

Из книги Энергия жизни [От искры до фотосинтеза] автора Азимов Айзек

Из книги Биология. Общая биология. 11 класс. Базовый уровень автора Сивоглазов Владислав Иванович

В чем состоит источник звездной энергии? По современным представлениям основным источником звездной энергии служат реакции термоядерного синтеза, протекающие в недрах звезд и сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. Главную роль здесь играет

Из книги Секреты наследственности человека автора Афонькин Сергей Юрьевич

9.1. Роль энергии в истории человечества Весь длительный процесс освоения энергии человеком можно разделить, хотя бы для удобства обсуждения, на четыре-пять этапов [по Алексееву, 1983, с модификациями].Первый - этап мускульной энергии, он уходит в глубь тысячелетий и длится

Из книги Антропология и концепции биологии автора Курчанов Николай Анатольевич

Прилив энергии Потеря аппетита и бессонница напрямую связаны с другим удивительным признаком страсти - переполняющей человека энергией. Как сказал антропологу юноша с острова Мангайя в южной части Тихого океана, когда он думает о своей любимой, «он будто подпрыгивает

Из книги автора

Глава 12. СТИМУЛЯЦИЯ БЕЗ ПРИЛОЖЕНИЯ ЭНЕРГИИ Остановимся на мгновение и подведем промежуточные итоги. Мы начали с поисков различий между живыми существами и неживыми предметами и перешли от них к термодинамике тепловых машин.Затем мы пришли к выводу, что живые существа

Из книги автора

25. Пищевые связи. Круговорот веществ и энергии в экосистемах Вспомните!Какие обязательные компоненты входят в состав любой экосистемы?Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и с факторами внешней среды, формируя устойчивую

Из книги автора

Обмен веществ Наши болезни все те же, что и тысячи лет назад, но врачи подыскали им более дорогие названия. Народная мудрость - Повышенный уровень холестерина может наследоваться - Ранняя смертность и гены ответственны за утилизацию холестерина - Наследуется ли

Из книги автора

2.3. Обмен веществ и энергии Вся совокупность химических реакций, протекающих в живых организмах, называется обменом веществ, или метаболизмом. В результате этих реакций энергия, запасенная в химических связях, переходит в другие формы, т. е. обмен веществ всегда

Понятие живой материи ввел В.И. Вернадский. Живым веществом он назвал совокупность масс всех организмов. Живой мир чрезвычайно многообразен. К настоящему времени биологи описали более миллиона видов живых организмов. Масса живого вещества на планете оценивается в 10 13 ... 10 14 т. Каждый организм представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, называемое системой. В живых системах процессы протекают непрерывно в сложных последовательных и параллельных химических реакциях, в результате которых происходит рост, деление, питание, выделение клеток, а также их движение и взаимодействие между собой.

В биохимии вся совокупность химических превращений в живом организме объединена понятием метаболизм (обмен веществ). Органические вещества неживого происхождения называют абиогенными веществами, а продукты метаболизма - биогенными веществами.

Отличительными признаками живого объекта являются следующие.

• 1. Высокая организация при сложном внутреннем строении. Любая составная часть организма имеет специальное назначение и выполняет определенные функции (клеточное строение и специфичность клеток организма).
• 2. Способность к самовоспроизведению (рост, размножение).
• 3. Способность извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды.
• 4. Умение «обучаться» (термин, под которым подразумевается как способность реагировать на воздействие окружающей среды, изменяться, приспособляясь к ее условиям, так и приобретение новых навыков и свойств под воздействием этих условий - адаптация, развитие).
• 5. Способность живого организма поддерживать постоянный состав внутренней среды вопреки резким изменениям внешних условий.

Биохимические превращения выполняют следующие основные функции:

• 1) снабжение химической энергией за счет расщепления богатых энергией пищевых веществ;
• 2) превращение молекул пищевых веществ в строительные блоки, используемые в последующих метаболических процессах для построения клеточных компонентов (макромолекул);
• 3) сборка клеточных компонентов (белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов и пр.);
• 4) синтез и разрушение биомолекул, выполняющих специфические функции клетки.

Живые клетки поддерживают свою внутреннюю упорядоченность в динамическом стационарном состоянии за счет веществ и свободной энергии, поступающих из внешней среды и преобразуемых в процессе метаболизма.

Для синтеза органических веществ живые организмы используют неорганические вещества: воду, углекислый газ, аммиак, соли. Различия между растениями и животными состоят в том, что у животных подобный синтез происходит в значительно меньших объемах, так как ряд веществ поступает в их организм уже в «готовом» виде.

Живые организмы способны синтезировать большое количество соединений жирного и ароматического рядов. В синтезе углеводов в организме участвуют органические молекулы, имеющие в своем составе три атома углерода: молекулы молочной кислоты, пировиноградной кислоты, глицерина и т. п. Эти вещества получили название гликогенообразователей, так как с их участием в печени происходит синтез гликогена.

Из продуктов превращения углеводов в организме образуются жиры. Из промежуточных продуктов превращения углеводов и жиров синтезируются некоторые а-кетокислоты: щавелевоуксусная, а-кетоглютаровая, пировиноградная и др. а-Кетокислоты, присоединяя аммиак, превращаются в соответствующие аминокислоты. Однако в организмах животных происходит синтез не всех необходимых для жизнедеятельности аминокислот. Полный набор аминокислот, требующийся для образования белков, синтезируется только в зеленых растениях. Животные организмы способны к синтезу только некоторых циклических соединений, например холестерина, основным «строительным» материалом которого является уксусная кислота. Организм человека не может синтезировать «простую» молекулу, имеющую бензольное кольцо, но легко синтезирует гетероциклические соединения - производные пурина, пиримидина и пиррола. Исходными материалами для синтеза пурина являются молекулы глицина, углекислого газа, муравьиной кислоты и глутамина. В синтезе пиримидина участвуют карбаминовая и янтарная кислоты.

Все живые организмы подразделяют на две группы в зависимости от способа усвоения поступающего из среды углерода.

Автотрофные клетки используют в качестве единственного источника углерода углекислый газ (СОг), из которого они строят углеродсодержащие биомолекулы. К этой группе принадлежат фотосинтезирующие бактерии и клетки зеленых растений.

Гетеротрофные клетки получают углерод в виде достаточно сложных органических соединений, например глюкозы. К ним относятся клетки животных и большинства микроорганизмов.

В биосфере автотрофы и гетеротрофы сосуществуют как участники единого цикла, при котором осуществляется непрерывный круговорот углерода и кислорода между животным и растительным мирами (рис. 1.1). Источником энергии этого процесса является Солнце.

Рис. 1.1.

Помимо углерода, кислорода и энергии всем живым организмам необходим азот. Азот требуется для синтеза аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований. Из 20 необходимых аминокислот человек получает «готовыми» из пищи только 10, которые организм не способен синтезировать сам. Растения могут синтезировать все аминокислоты из азота и его соединений. Поскольку основное количество азота (80 %) содержится в газообразном виде (N2), все живое, в конечном счете, зависит от организмов, способных его фиксировать. Азот фиксируют, например, цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Они ведут независимое существование, поскольку полностью автотрофны, т. е. усваивают азот, углекислый газ и способны к фотосинтезу. Азотфиксирующие бактерии, как правило, живут в почве. Некоторые из них существуют в виде симбионтов на корневых клубеньках растений. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до нитритов и нитратов, а денитрифицирующие вновь превращают нитраты в аммиак. Таким образом, азот, как углерод и кислород, совершает непрерывный круговорот (рис. 1.2).

Рис.

Все метаболические процессы - цепные, и их можно подразделить на цепи биосинтеза (анаболизма) и цепи деградации {катаболизма).

Цепные процессы (реакции) можно представить так:

Цепные реакции образуют сети, состоящие как из процессов ассимиляции (синтеза), так и диссимиляции (распада).

Ассимиляция - анаболизм - накопление, потребление, синтез - связана с ростом и развитием. Диссимиляция - катаболизм - выделение, распад, деструкция (химическое расщепление) - связана, в частности, со старением организма и отмиранием каких-либо органов в процессе жизнедеятельности, рассасывания.

Ассимиляционный и диссимиляционный процессы связаны между собой так, что сохраняется постоянство внутренней среды в организме по всем показателям для обеспечения нормальной жизнедеятельности в окружающей среде.

Динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т. д.) организма человека и животных называется гомеостазом.

Минимальный объем веществ, необходимый для поддержания жизни человека, находящегося в состоянии покоя, называется основным обменом. Например, в организм человека для обеспечения основного обмена требуется вводить 100 г белка в сутки.

Клеточный метаболизм - это система ферментативных превращений как веществ, так и энергии, начинающихся от исходных веществ и завершающихся биосинтезом живой материи. Простейшими единицами метаболической активности являются ферменты, каждый из которых, как правило, катализирует какую-нибудь одну химическую реакцию. Поскольку метаболические процессы - это последовательные превращения, то можно говорить о мульти- ферментных системах, действующих совместно в определенной последовательности.

Большинство ферментов представляет собой растворимые в воде глобулярные белки, каталитическими свойствами могут обладать также и структурные белки клетки.