Билеты по биологии за курс 10-11 классов
диссимиляции, должен непрерывно пополняться либо за счет пищи, как это
происходит у животных, либо путем синтеза из неорганических веществ при
использовании энергии света (у растений). Приток органических веществ
необходим также для построения органоидов клетки и для создания новых
клеток при делении. Совокупность всех процессов биосинтеза называется
пластическим обменом, или ассимиляцией.
Обмен веществ клетки включает многочисленные физические и химические
реакции, объединенные в пространстве и времени в единое упорядоченное
целое. В такой сложной системе упорядоченность может достигаться только при
участии эффективных механизмов регуляции. Ведущую роль в регуляции играют
ферменты, определяющие скорость биохимической реакции. Основная роль в
обмене веществ принадлежит плазматической мембране, которая в силу
избирательной проницаемости обусловливает осмотические свойства клетки.
Энергетический обмен в клетке
Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия,
приносимая световыми квантами (фотонами), поглощается пигментом
хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в
виде химической энергии в различных питательных веществах.
Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в
зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых,
называемых аутотрофными (зеленые растения), СО2 и Н2О превращаются в
процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из
которых и строятся затем более сложные молекулы.
Клетки второго класса, называемые гетеротрофными (животные клетки),
получают энергию из различных питательных веществ (углеводов, жиров и
белков), синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в
этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате
соединения их с кислородом воздуха (т.е. окисления) в процессе, называемом
аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов
завершается выделением СО2 и Н2О.
Клеточное дыхание — это окисление органических веществ, приводящее к
получению химической энергии (АТФ). Большинство клеток использует в первую
очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после
того, как они будут гидролизованы до моносхаридов: Крахмал, Глюкоза (у
растений) Гликоген (у животных) .
Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело главным образом тогда,
когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии
глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку
белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после
того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например, при
длительном голодании.
Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно
условно разделить на три последовательных этапа:
Первый из них — подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные
органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов
расщепляются на мелкие молекулы: белки — на аминокислоты, полисахариды
(крахмал, гликоген) — на моносахариды (глюкозу), жиры — на глицерин и
жирные кислоты, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды и т.д. На этом этапе
выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла.
Второй этап — бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на
подготовительном этапе вещества — глюкоза, аминокислоты и др. —
подвергаются дальнейшему ферментативному распаду без доступа кислорода.
Примером может служить ферментативное окисление глюкозы (гликолиз), которая
является одним из основных источников энергии для всех живых клеток.
Гликолиз — многоступенчатый процесс расщепления глюкозы в анаэробных
(бескислородных) условиях до пировиноградной кислоты (ПВК), а затем до
молочной, уксусной, масляной кислот или этилового спирта, происходящий в
цитоплазме клетки. Переносчиком электронов и протонов в этих окислительно-
восстановительных реакциях служит никотинамидаденин-динуклеотид (НАД) и его
восстановленная форма НАД *Н. Продуктами гликолиза являются пировиноградная
кислота, водород в форме НАД • Н и энергия в форме АТФ.
При разных видах брожения дальнейшая судьба продуктов гликолиза различна.
В клетках животных и многочисленных бактерий ПВК восстанавливается до
молочной кислоты. Известное всем молочнокислое брожение (при списании
молока, образовании сметаны, кефира и т.д.) вызывается молочнокислыми
грибками и бактериями.
При спиртовом брожении продуктами гликолиза являются этиловый спирт и
СО2. У других микроорганизмов продуктами брожения могут быть бутиловый
спирт, ацетон, уксусная кислота и т.д.
В ходе бескислородного расщепления часть выделяемой энергии рассеивается
в виде тепла, а часть аккумулируется в молекулах АТФ.
Третий этап энергетического обмена — стадия кислородного расщепления, или
аэробного дыхания, происходит в митохондриях. На этом этапе в процессе
окисления важную роль играют ферменты, способные переносить электроны.
Структуры, обеспечивающие прохождение третьего этапа, называют цепью
переноса электронов. В цепь переноса электронов поступают молекулы —
носители энергии, которые получили энергетический заряд на втором этапе
окисления глюкозы. Электроны от молекул — носителей энергии, как по
ступеням, перемещаются по звеньям цепи с более высокого энергетического
уровня на менее высокий. Освобождающаяся энергия расходуется на зарядку
молекул АТФ. Электроны молекул — носителей энергии, отдавшие энергию на
«зарядку» АТФ, соединяются в конечном итоге с кислородом. В результате
этого образуется вода. В цепи переноса электронов кислород — конечный
приемник электронов. Таким образом, кислород нужен всем живым существам в
качестве конечного приемника электронов. Кислород обеспечивает разность
потенциалов в цепи переноса электронов и как бы притягивает электроны с
высоких энергетических уровней молекул — носителей энергии на свой
низкоэнергетический уровень. По пути происходит синтез богатых энергией
молекул АТФ.
Пластический обмен. Ассимиляция
По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы — автотрофные и
гетеротрофные.
Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для
них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света (фотосинтез)
или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений
(хемосинтез). К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые
бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические
вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в
поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров.
Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы,
некоторые высшие растения — сапрофиты и паразиты, а также клетки растений,
не содержащие хлорофилл.
Фотосинтез — синтез органических соединений, идущий за счет энергии
солнечного излучения.
СВЕТОВАЯ ФАЗА : Во время световой фазы энергия солнечного света (или
энергия искусственных источников света) улавливается зелеными растениями и
превращается в химическую энергию, заключенную в органических веществах,
богатых энергией (богатых энергией АТФ, НАДФ и т.д.). В последующем энергия
этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов
биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте.
Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в
молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой
запас энергии и покидает хлорофилл. Эта энергия используется для синтеза
АТФ и восстановления НАДФ, что приводит к образованию восстановленного
никотинамйдадениндинук-леотидфосфата НАДФ Н. Вместе с тем солнечный свет
приводит к фотолизу воды — разложению воды на ион водорода Н+ и ион
гидроксила ОН- . Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е.
хлорофиллу, а возникающие радикалы ОН образуют воду и кислород Образующийся
таким образом кислород выделяется зелеными растениями, что в течение многих
сотен миллионов лет привело к созданию кислородной атмосферы Земли. В
настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом
атмосферу нашей планеты.
Темновая фаза :фотосинтеза связана с использованием макроэргических
веществ (АТФ, НАДФ • Н и некоторых других) для синтеза различных
органических соединений (главным образом углеводов).
Цель: синтез органических веществ ,в строме (в полости хлоропластов )
СО2 связывается с производными рибозы с образованием глюкозы : 6 СО2
+18АТФ+ 12НАДФ*Н= С6Н12О6 .
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26
