Пластический и энергетический обмен – биология

Пластический обмен: характеристика, функции, этапы :

Пластический и энергетический обмен - биология

Метаболизм, то есть совокупность всех химических реакций, происходящих в организме, включает в себя энергетический и пластический обмен. Первый – это реакции, направленные на получение энергии вследствие расщепления сложных органических соединений на более простые. Он еще называется катаболизмом.

Пластический обмен называют еще анаболизмом. Он подразумевает реакции, с помощью которых организм синтезирует нужные ему сложные химические вещества из простых с использованием энергии.

Таким образом, получается, что, добыв энергию в процессе катаболизма, часть её организм тратит на синтез новых органических веществ.

Энергетический обмен: особенности и этапы

Этот вид обмена веществ осуществляется в три стадии: подготовительная, анаэробное брожение, или гликолиз, и клеточное дыхание. Рассмотрим их более подробно:

  1. Подготовительная проходит в желудочно-кишечном тракте, где с помощью желудочного сока и ферментов белки расщепляются на аминокислоты, липиды — на высшие кислоты и глицерин, а углеводы — на более простые по структуре моносахариды. Остальные два этапа осуществляются в клетках организма.
  2. Энергетический обмен в клетке имеет две стадии — анаэробную, для которой кислород не нужен, и аэробную, во время которой для совершения химических реакций используется кислород. Первый из этих двух этапов — гликолиз — проходит в цитоплазме, где под воздействием ферментов, содержащихся в лизосомах (специальных органоидах клетки) происходит расщепление глюкозы на более простые вещества, к примеру, этиловый спирт, пировиноградная и молочная кислота. При реакции, в результате которой образуется спирт, выделяется также углекислый газ. Во всех трех вариантах расщепления клетка получает 2 АТФ на одну использованную молекулу глюкозы. Реакция, в которой в результате распада моносахарида получается этиловый спирт, используется в основном дрожжами и бактериями. А процесс, вследствие которого выделяется молочная кислота, — кисломолочными бактериями. Та реакция, после которой остается пировиноградная кислота, осуществляется в животных клетках. Свойства бактерий расщеплять глюкозу до этилового спирта, углекислого газа и молочной кислоты широко используется в пищевой промышленности.
  3. Третья стадия энергетического обмена также осуществляется непосредственно в клетке, однако уже не в цитоплазме, а в митохондриях. Это клеточное дыхание. Для него обязательно нужен кислород, так как, по сути, это процесс сжигания органических веществ, только без использования высоких температур и в ускоренном в сотни раз виде, что позволяют выработать природные катализаторы — ферменты. Таким образом, в митохондриях клетки живого организма может происходить процесс полного окисления лактата с использованием фосфорной кислоты, кислорода и молекул АДФ. В результате такой химической реакции вследствие расщепления одной молекулы молочной кислоты можно получить 18 АТФ. Еще одним распространенным процессом, происходящим в митохондриях эукариотических клеток, можно назвать сжигание пировиноградной кислоты, вследствие чего также высвобождается энергия.

Пластический обмен — это что? Какие у него особенности?

Рассмотрев процесс катаболизма, можно перейти к описанию анаболизма, который является важной составляющей обмена веществ. Вследствие этого процесса образуются вещества, из которых построена клетка и весь организм в целом, которые могут служить в качестве гормонов или ферментов и т. д.

Пластический обмен (он же биосинтез, или анаболизм) происходит, в отличие от катаболизма, исключительно в клетке. Он включает в себя три разновидности: фотосинтез, хемосинтез и биосинтез белков. Первый используется только растениями и некоторыми фотосинтезирующими бактериями.

Такие организмы называются автотрофами, так как сами вырабатывают для себя органические соединения из неорганических. Второй используется определенными бактериями, в том числе и анаэробными, для жизни которых не требуется кислород. Формы жизни, использующие хемосинтез, называются хемотрофами.

Животные и грибы относятся к гетеротрофам — существам, которые получают органические вещества из других организмов.

Фотосинтез

Это процесс, который, по сути, является основой жизни на планете Земля. Всем известно, что растения забирают из атмосферы углекислый газ и отдают кислород, но давайте более подробно рассмотрим, что же происходит во время фотосинтеза.

Этот процесс осуществляется посредством реакции, которая предусматривает образование глюкозы и кислорода из углекислого газа и воды. Очень важный фактор – наличие солнечной энергии.

Во время такого химического взаимодействия из шести молекул углекислого газа и воды образуется шесть молекул кислорода и одна – глюкозы.

Где происходит этот процесс?

Местом проведения подобного рода реакции являются зеленые листья растений, а точнее хлоропласты, которые содержатся в их клетках.

В этих органеллах содержится хлорофилл, благодаря которому и происходит фотосинтез. Данное вещество также обеспечивает зеленый цвет листков.

Хлоропласт окружен двумя мембранами, а в его цитоплазме расположены граны — стопки из тилакоидов, которые имеют собственную мембрану и содержат хлорофилл.

Хемосинтез

Хемосинтез — это также пластический обмен. только характерен он для микроорганизмов, в том числе и серных, нитрифицирующих и железобактерий.

Они используют энергию, полученную в процессе окисления определенных веществ, для восстановления углекислого газа до органических соединений.

Веществами же, которые окисляются данными бактериями в процессе энергетического обмена, являются сероводород для первых, аммиак для вторых и закись железа для последних.

Биосинтез белков

Обмен белков в организме подразумевает расщепление тех, которые были употреблены в пищу, на аминокислоты и построение из последних своих собственных белков, свойственных именно данному живому существу. Пластический обмен – это синтез белков клеткой, он включает в себя два основных процесса: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция

Это слово многим известно из уроков английского языка, однако в биологии данный термин имеет совсем другое значение. Транскрипция — это процесс синтеза информационной РНК с помощью ДНК по принципу комплементарности. Осуществляется он в ядре клетки и насчитывает три стадии: образование первичного транскрипта, процессинг и сплайсинг.

Трансляция

Этот термин обозначает перенос зашифрованной на иРНК информации о структуре белка на синтезирующийся полипептид. Местом для проведения данного процесса служит цитоплазма клетки, а именно, рибосома — специальный органоид, который отвечает за синтез белков.

Это органелла овальной формы, состоящая из двух частей, которые соединяются в присутствии иРНК.Трансляция происходит в четыре этапа. На первой стадии аминокислоты активируются специальным ферментом под названием аминоацил Т-РНК-синтетаза. Для этого также используется АТФ.

Впоследствии образуется аминоациладенилат. Далее следует процесс присоединения активированной аминокислоты к транспортной РНК, при этом выделяется АМФ (аденозинмонофосфат). Затем, на третьем этапе, образованный комплекс соединяется с рибосомой.

Далее происходит включение аминокислот в структуру белка в определенном порядке, после чего тРНК высвобождается.

Источник: https://www.syl.ru/article/141407/mod_plasticheskiy-obmen-harakteristika-funktsii-etapyi

Описание процессов пластического и энергетического обмена в клетке: этапы, различия и примеры

Главная > Наука > Биология > Процессы пластического и энергетического обмена в клетке

Работа всех систем в организме непрерывна. В нём постоянно протекают сложные химические реакции, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность. Одним из самых важных процессов является обмен веществ и энергии, то есть метаболизм.

Именно благодаря ему, клетки сохраняют постоянство состава, растут, функционируют, а также обновляются. Процесс этот непростой и состоит из двух видов обмена — пластического и энергетического, которые, в свою очередь, имеют несколько стадий.

В организме непрерывно происходит как расщепление сложных веществ на более простые, так и синтез необходимых соединений из различных элементов.

В результате первого типа реакций, который называется энергетическим обменом, или катаболизмом, тело человека получает необходимую для нормального функционирования энергию.

Но её часть расходуется на создание новых соединений, которые нужны для жизнедеятельности. Такой процесс носит название пластического обмена, или анаболизма.

Энергетический обмен

Катаболизм, называемый также диссимиляцией, происходит вплоть до того момента, пока все питательные вещества, поступившие в организм, не расщепятся до углекислого газа, воды или других простых соединений, которые уже нельзя использовать.

Этот процесс аналогичен горению, ведь в его результате выделяются те же вещества. Но он происходит с куда большей скоростью и не нуждается в высоких температурах. Кроме того, важным отличием является то, что энергия не переходит в тепловую, чтобы безвозвратно рассеяться, а запасается для дальнейших нужд организма. Это делает процесс невероятно эффективным и уникальным.

Распад веществ для получения организмом энергии — это то, что характеризует энергетический обмен в клетке. Происходит он в несколько стадий:

  • подготовительная;
  • неполная (анаэробное дыхание);
  • аэробное дыхание.

Каждая из этих стадий имеет свои особенности и играет важную роль в метаболизме в целом. Далее будет более подробно рассказано про каждую из них.

Подготовительный этап

Единственная из стадий, которая протекает в желудочно-кишечном тракте. Она заключается в пищеварении, то есть распаде сложных органических соединений на простые.

Распад у сложных организмов осуществляется под действием пищеварительных ферментов, а у одноклеточных — с помощью лизосом.

При этом белки распадаются на аминокислоты, жиры — на алифатические карбоновые кислоты и глицерин, углеводы — на сахариды, нуклеиновые кислоты — на нуклеотиды.

  • Обмен белков. Когда белки попадают в организм в составе пищи, они распадаются до аминокислот, которых в организме человека около 20 видов. Часть аминокислот распадается далее до диоксида углерода, который устраняется с дыханием, а также воды и аммиака. Последний с помощью печени превращается в мочевину и выводится из организма вместе с водой. Энергия, которая выделяется при таком распаде, также запасается организмом, но обычно до этой стадии не доходит, поскольку не распавшиеся аминокислоты используются для построения новых белков, необходимых человеку. Особенно полезны в этом смысле животные белки, поскольку растительные проигрывают им по своей ценности.
  • Обмен углеводов. Углеводы — очень важные элементы питания человека. Именно их распад обеспечивает организм самым большим количеством энергии. Она необходима не только для физической, но и для умственной работы. Особый вклад в работу мозга делает глюкоза, попадающая в кровь. Снижение её количества в 2 раза приводит к гибели организма. 150 г — необходимая ежесуточная доза для нормальной работы мозга и мышц, но, конечно, не стоит употреблять слишком много углеводов, поскольку избыток откладывается в организме, что выражается в жировых отложениях.
  • Обмен жиров. Разложение растительных и животных жиров до жирных кислот и глицерина, а затем и до воды с углекислым газом обеспечивает организм ещё большей энергией, чем распад углеводов. Липиды также поступают в кровь и обогащают внутренние органы (например, печень, почки), но не подходят для мозговых процессов, вот почему углеводы считаются лучшим источником энергии. Кроме того, избыток липидов также приводит к ожирению, поэтому не стоит употреблять их в количестве, превышающем 80 г в сутки.
  • Обмен нуклеиновых кислот. Нуклеопротеиды играют важную роль в хранении наследственной информации, а также контроле метаболизма и его скорости, но не делают в организм какого-либо существенного энергетического вклада. Они распадаются на полипептиды, которые в дальнейшем повторяют процессы, происходящие при обмене белков, описанные выше. Нуклеиновые кислоты распадаются до мононуклеотидов, из которых организм будет строить новые соединения.
  • Обмен воды и минералов. Вода — основная составляющая человеческого организма. Её потери необходимо ежедневно компенсировать, выпивая чистую воду и употребляя пищу, богатую этой жидкостью. Вместе с водой и едой в организм поступают макро-, микро- и ультрамикроэлементы.
Читайте также:  Антропогенные экосистемы - биология

При всех этих процессах дополнительно выделяется энергия в виде тепла, но не в самых больших количествах. Далее процессы происходят на клеточном уровне.

Анаэробное дыхание

Эта стадия называется также гликолизом применительно к царству животных, или брожением, если имеются в виду растения и микроорганизмы. Весь процесс происходит в цитоплазме клеток за счёт работы ферментов.

Он продолжает предыдущую стадию тем, что из моносахарида, коим является глюкоза, выделяются ещё более простые вещества — спирт и углекислый газ, а также кислоты.

Этот вид обмена универсален для всех организмов и используется даже в повседневной жизни. Поскольку он протекает и в бактериях, его широко применяют в пищевой промышленности: дрожжи производят этиловый спирт, кисломолочные бактерии — молочную кислоту, а животные клетки — пировиноградную. В некоторых микроорганизмах выделяется ацетон и этановая кислота.

При этом также выделяется энергия, часть которой запасается в двух молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), и некоторое количество рассеивается с выделением тепла. Но двух молекул АТФ недостаточно для полноценной работы организма, поэтому за анаэробным этапом последует кислородное расщепление.

Аэробное дыхание

Другие названия этого этапа — клеточное дыхание, или кислородное расщепление.

Как видно из названия, процесс невозможен без кислорода, который выступает в роли окислителя продуктов распада глюкозы. Помимо кислорода, в работе участвует фосфорная кислота и аденозиндифосфат (АДФ).

Под действием ферментов они без повышения температуры моментально сжигают органические вещества до углекислого газа и воды.

Благодаря окислению из одной молекулы вещества (образовавшиеся на предыдущем этапе молочная, пировиноградная кислоты и так далее) клетка получает 18 АТФ, каждая из которых служит мощным источником энергии. Этот этап происходит в митохондриях клетки и является самым важным во всём энергетическом обмене, так как обеспечивает клетку большим количеством АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен ещё называется анаболизмом, ассимиляцией и биосинтезом.

Он является не менее важной составляющей метаболизма, ведь именно пластический обмен в клетке характеризуется синтезом новых веществ, что обеспечивает образование ферментов, гормонов, а также белков, липидов и других веществ, участвующих в построении клеток, межклеточного пространства и других составляющих организма. Так же, как и энергетический обмен, он является сложным и протекает во многих организмах. Далее будут приведены примеры и процессы пластического обмена.

  • Фотосинтез, который свойственен растениям, а также некоторым бактериям. Они называются автотрофами, поскольку способны самостоятельно синтезировать необходимые для жизни органические вещества из неорганических соединений.
  • Хемосинтез протекает у бактерий, называемых хемотрофами. И они также могут обеспечивать себя необходимыми органическими соединениями. Для их жизнедеятельности не нужен кислород, они используют диоксид углерода.
  • Биосинтез белков осуществляется в живых организмах. К ним относятся и гетеротрофы, которые, в отличие от двух предыдущих упоминаемых форм, неспособны самостоятельно обеспечивать себя органическими веществами, а поэтому получают их с помощью других организмов.

Остановимся на этих процессах более подробно.

Фотосинтез

Процесс, без которого не была бы возможна жизнь на Земле. Многим формам жизни для дыхания нужен кислород взамен выдыхаемого ими в воздух углекислого газа. Этим важным веществом нас обеспечивают растения, в зелёных листьях которых содержатся хлоропласты.

Их окружает пара мембран, поскольку внутри хлоропласта в цитоплазме содержатся ценные граны с собственными защитными оболочками.

В этих стопках тилакоидов, в свою очередь, присутствует хлорофилл, отвечающий за цвет растения, но главное — делающий процесс фотосинтеза возможным.

Осуществляется он посредством соединения шести молекул углекислого газа с водой, в результате чего образуется глюкоза. Побочным продуктом реакции является жизненно необходимый кислород. Процесс возможен только на свету, при использовании солнечной энергии.

Хемосинтез

Хемосинтез протекает у микроорганизмов, также способных к самостоятельному преобразованию неорганических соединений в органические. К ним относятся:

  • железобактерии (окисляют соли железа);
  • водородные (молекулы водорода);
  • серные (сернистый водород);
  • нитрифицирующие (аммиак из гниющих остатков растений);
  • тионовые (молекулы серы, а также её соединения в виде солей).

Окисление углекислого газа происходит без участия кислорода, с использованием запасённой ранее энергии. Из диоксида углерода синтезируются органические вещества, необходимые для жизнедеятельности.

Биосинтез белков

Сложный процесс, направленный на разложение попадающих в организм белков на составляющие, из которых впоследствии синтезируются собственные уникальные белки. Состоит из двух стадий.

Транскрипция — процесс, состоящий из трёх этапов (образование транскрипта, процессинг, сплайсинг), которые происходят в ядре клетки. Они направлены на создание информационной РНК (иРНК) из ДНК. В результате новый полимер полностью копирует небольшой участок нити ДНК с той разницей, что тимину в нём эквивалентен урацил.

Трансляция — перенос информации с синтезированной на предыдущем этапе молекулы РНК на строящийся полипептид с указаниями о его будущей структуре. Процесс происходит на рибосомах, расположенных в цитоплазме клетки. Они имеют овальную форму и состоят из частей, которые могут соединяться только при наличии иРНК. Сам перенос информации осуществляется в несколько этапов.

  1. Под действием ферментов и при участии АТФ аминокислоты проходят активацию с образованием аминоациладенилата.
  2. Аминоксилота связывается с транспортной РНК (тРНК) с выделением аденозинмонофосфата (АМФ).
  3. Образованный на предыдущем этапе комплекс объединяется с рибосомой.
  4. Аминокислоты подставляются в структуры пептида и освобождают тРНК.

Итак, все вещества, поступающие в живой организм, распределяются в нём так, чтобы приносить ему пользу.

Сложные распадаются с выделением энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности (например, выполнение физической или умственной работы человеком), запасаемой в АТФ.

А из простых веществ организм синтезирует новые соединения с использованием энергии, накопившейся в универсальном источнике — молекуле той самой АТФ. При этом энергия не расходуется безвозвратно — она запасается в новых соединениях.

Диссимиляция и ассимиляция в корне отличаются друг от друга, но при этом они неразрывно связаны. Ведь именно катаболизм даёт энергию, без которой невозможен анаболизм, то есть синтез необходимых организму веществ. Вот почему эти два процесса являются очень важными.

Источник: https://obrazovanie.guru/nauka/biologiya/protsessy-plasticheskogo-i-energeticheskogo-obmena-v-kletke.html

Пластический и энергетический обмен в клетке: при окислении каких веществ освобождается больше энергии

Совокупность химических превращений в организме называют метаболизмом. Различают пластический и энергетический обмен. Синтез сложных веществ из простых называют анаболизмом. Иначе— пластический обмен. Расщепление компонентов питания — это катаболизм. Другое название — энергетический обмен.

Пластический обмен

Пластический обмен именуют ассимиляцией. Из низкомолекулярных веществ — мономеров собираются необходимые для жизнедеятельности сложные соединения. Почему ассимиляция называется пластическим способом обмена? Потому что синтезированные соединения служат строительными материалами для формирования тканей.

Важно! Ассимиляция (пластический) выполняет функцию производства строительного материала для формирования тканей.

Ассимиляцией управляет генетический аппарат, поэтому каждая клетка синтезирует практически такие же соединения из которых состоит сама. Химические реакции проходят с потреблением энергии. Главными веществами, необходимыми для протекания реакций, являются протеины, углеводы, а также липиды.

У разных типов организмов обмен веществ и энергии происходит неодинаково. Зеленые растения осуществляют фотосинтез, при котором, на свету из H2O, а также оксида углерода получают моносахариды.

Примитивные организмы, лишенные хлорофилла, способны синтезировать строительный материал во тьме. Такой процесс получил название «хемосинтез».

Животные получают готовые питательные вещества, которые расщепляют для последующей переработки.

Важно!Процессы ассимиляции протекают при помощи фотосинтеза, хемосинтеза или биосинтеза.

 Фотосинтез

Что характеризует энергетический обмен в растительной клетке? Присутствие хлорофилла с помощью которого осуществляется фотосинтез по следующей схеме:

 

При постоянном освещении фотосинтез невозможен. Фотоны активирует воду, удаляя из нее кислород, который препятствует процессу. Во тьме происходит реакция синтеза с участием энергоносителя — АТФ по следующей схеме:

 

Из простых сахаров, а также неорганических соединений азота синтезируются аминокислоты. Избыток низкомолекулярных углеводов аккумулируется тканями в форме крахмала и жиров.

Важно! Для осуществления фотосинтеза необходимо чередование светлого и темного периодов.

Хемосинтез

Бактерии приспособились добывать энергию, активируя ионы водорода посредством химических реакций с неорганическим веществами. Нитрифицирующие организмы делают азотоводород азотной кислотой:

 

Железобактерии переводят Fe2+ в Fe3+.

Сульфурбактерии синтезируют серную кислоту из сероводорода:

 

Дальнейшие превращения углекислоты в моносахариды происходит по схеме темной стадии фотосинтеза.

Синтез белков

Процесс характерен для животных и грибов, получающих готовую пищу, подвергающуюся катаболизму, о котором будет подробнее сказано ниже. Они расщепляют поступающие протеины до аминокислот. Попадая в клетку, мономеры соединяются так, как диктует генетический кодировка ДНК клеточного ядра. Эта сложная процедура — трансляция, протекает в рибосомах при участии РНК.

Важно! Синтез белков осуществляется клеточным ядром при участии ДНК и РНК.

 Энергетический обмен в клетке

Катаболизм или диссимиляция — это процесс расщепления сложных соединений на простые с участием кислорода или без него. В обоих случаях высвобождается энергия, которая аккумулируется макроэргическими молекулами — АТФ, содержащими три фосфорнокислых остатка.

Где происходит энергетический способ обмена? Он протекает внутри клеток, а также вне их, проходя следующие этапы:

  1. Предварительный;
  2. Анаэробное брожение;
  3. Клеточное дыхание.

Предварительный этап

Эта фаза протекает в алиментарном тракте. Посредством пищеварительных ферментов сложные вещества дробятся на простые, способные всосаться из кишечной трубки. Протеины распадаются до аминокислот. Углеводы становятся моносахаридами.

Главным источником энергии является глюкоза. Жиры расщепляются до карбоновых кислот, а также многоатомного спирта — глицерина. При распаде каждой разновидности питательных веществ образуется неодинаковое количество энергии. (таблица)

Читайте также:  Система органического мира - биология

Транснациональная система мер определяет энергоемкость компонентов питания Джоулями. Одна Ккал равна 4,2 КДж.

При окислении каких веществ освобождается больше энергии? Самыми калорийными компонентами пищи являются жиры, потому что состоят, преимущественно из высокомолекулярных карбоновых кислот. Так, Пальмитат (C16 H32 O2) содержит 12,5% кислорода, а глюкоза — 53,3.

Материала для окисления у жирной кислоты больше, следовательно, энергоемкость выше. Поэтому калорийность липидов превышает питательность белков и углеводов в 2,25 раза.

Калорийность углеводов и протеина в 2,25 раза ниже, чем у жиров.

 Анаэробное брожение

Невыгодная, с точки зрения извлечения энергии, процедура, которую именуют гликолизом. Альтернативное название — биологическое или неполное окисление. Оно протекает без использования O2. Выделяются богатые энергией водород, и метан, которые не окисляются. У разных организмов процессы протекают неодинаково.

Дрожжевые грибки, некоторые бактерии, а также растения образуют спирты, ацетон, карбоновые кислоты. Это свойство используют при производстве алкоголя, сыров и заквашивании теста. Химическая реакция протекает, преимущественно, по следующему сценарию:

Молочнокислые микроорганизмы сбраживают углеводы до лактата. Это свойство бактерий применяют для изготовления кефира, йогурта, сыров, прочих изделий. Химическая реакция протекает по следующему сценарию:

У грибов, человека, других млекопитающих, энергетический обмен в клетке представляется сбраживанием углеводов до пировиноградной кислоты:

Все разновидности гликолиза, независимо от конечного продукта, сопровождаются выделением двух АТФ на молекулу глюкозы.

Клеточное дыхание

Что характеризует энергетический обмен в живой клетке? Под воздействием тканевых ферментов кислород высвобождается из эритроцита, проникает через мембрану, поступает в биологическую печь — митохондрию.

Там он поддерживает низкотемпературное горение с образованием воды, а также окисла углерода. Последний ферменты удаляют из клетки, присоединяя к молекуле гемоглобина.

Эритроциты доставляют отработанный шлак легким, где при помощи выдоха отработанный газ покидает организм.

Для осуществления биологического горения необходимы энзимы, которые вырабатываются лизосомами, а также АДФ — макроэнергические молекулы, содержащие не три, а два фосфорнокислых радикала.

Для извлечения энергии глюкоза и алкоголь предварительно превращаются в лактат. Дальнейшие преобразования представляются приведенным ниже уравнением:

 

Митохондрии умеют извлекать энергию из пирувата при менее эффективном выходе молекул АТФ.

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма

Метаболизм представляется сочетанием процессов синтеза и расщепления. В организме такое преобразование происходит при температуре тела посредством биокатализаторов — ферментов.

Функция пластического обмена заключается в синтезе необходимых организму соединений — протеинов, карбогидратов, липидов, АТФ, ферментов, прочих биологически деятельных веществ.

Ассимиляция происходит с потреблением энергии, которая высвобождается органеллами.

Важно! Обмен веществ и энергии осуществляется при единовременном протекании процессов ассимиляции, а также диссимиляции.

Пластический и энергетический обмен. Биология 8 класс.

Метаболизм. Энергетический обмен. Для чего мы дышим?

Вывод

Метаболизм является сочетанием одномоментно происходящих процессов — это пластический и энергетический обмен. Практически все превращения происходят в цитоплазме или специальных органеллах клетки. Оба процесса взаимосвязаны, являются необходимыми для осуществления жизнедеятельности любого организма.

Источник: https://uchim.guru/biologiya/plasticheskij-i-energeticheskij-obmen.html

2.5.1. Энергетический и пластический обмен

Обмен веществ (метаболизм)  – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме:

1.анаболизм  (ассимиляция, пластический обмен) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.

2.катаболизм  (диссимиляция, энергетический обмен) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.

 Анаболизм и катаболизм связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.

Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию.

Зеленые растения – автотрофы – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза  – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода.

Гетеротрофы  используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами.

Особая группа организмов – миксотрофы – питаются смешанным способом  – это растения росянка, венерина мухоловка (среди растений есть даже  гетеротроф – раффлезия); одноклеточное  животное    эвглена зеленая.

Ферменты – это специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций.

Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами.

В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует.

Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.

Ферментами катализируются все биохимические реакции.

Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется.

Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока.

Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.

Источник: https://biology100.ru/index.php/materialy-dlya-podgotovki/kletka-kak-biologicheskaya-sistema/2-5-1-energeticheskij-i-plasticheskij-obmen

Обмен веществ и энергии. Пластический и энергетический обмен

170 Запишите определения

  • Ответ:Пластический обмен – это совокупность процессов проводящих к усвоению веществ и накоплению энергии.Энергетический обмен – это процесс, в ходе которого происходит распад части поступающих в клетке органических веществ с выделением энергии

171 В чем разница между неполноценными  и полноценными белками?

  • Ответ:Полноценные это те, которые содержат все необходимые человеку аминокислоты, а неполноценные это те, в которых отсутствуют незаменимые аминокислоты .

172 Какими цифрами обозначены питательные вещества, а какими – пищевые продукты?

Впишите цифры в соответствующие строки

  • Ответ:
    1. Мясо 4. Молоко 7. Сметана
    2. Хлеб 5. Белки 8. Углеводы
    3. Жиры 6. Сыр 9. Картофель

    Питательные вещества: Жиры, белки, углеводыПищевые продукты: Мясо, хлеб, молоко, сыр, картофель, сметана.

173 Рассмотрите рисунки. Какими числами обозначены продукты, богатые белками, жирами, углеводами? Впишите числа в соответствующие строки

  • Ответ:Продукты, богатые белками:  7; 5; 10; 1; 12.Продукты, богатые жирами: 2; 11.Продукты, богатые углеводами: 9; 4; 8; 3; 6.

174 Объясните, по какому критерию химические элементы, входящие в состав организма, подразделяют на макроэлементы и микроэлементы. Укажите элементы, относящие к этим группам

  • Ответ:Макроэлементы – это биологические элементы, которые содержатся в организме в большом количестве, а микроэлементы – это элементы, которых не хватает в организме человека.Макроэлементы – углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера.Микроэлементы – йод, никель, марганец и др.

175 Рассмотрите рисунок. Какими числами обозначены продукты, содержащие витамины А, В, С, D? Впишите числа в соответствующие строки

  • Ответ:Продукты, богатые витамином  А  :   1; 2; 6.Продукты, богатые витамином  В :   3; 4; 7; 9; 10Продукты, богатые витамином С :     2; 6; 11Продукты, богатые витамином D :      5; 8.

176 Прочитайте в учебнике раздел «Витамины». Заполните таблицу “Действия витаминов на организм”

  • Ответ:
    Витамин Функции Симптомы авитоминоза и гиповитаминоза Источники витамина
    А Участвует в обменебелков, усиливает иммунитет При недостатке появляется – «куриная слепота» Животный жир, рыбий жир, яичный желток, морковь, абрикосы, помидоры.
    В1 Влияет на аппетит, на кишечно – желуд. тракт Заболевание под названием «бери – бери» Хлеб грубого помола ,дрожжи, капуста, печень ,молоко, шпинат.
    В2 Участвует в клеточн. дыхании, регуляции деятельности центр. нервн. системы Недостаток приводит к нарушению зрения, заболеваниям кожи, слизистых оболочек, выпадению волос Орехи, гречка, рис, овсянка, капуста, томат, болгарский перец, горох, лук.
    В6 Уменьшает отложение на стенках кровеносных сосудов особого вещ-ва – холестерина, участв. В белковом обмене Развитие атеросклероза, ожирение печени, появление камней  в желчном пузыре Яйца, печень, творог, сыр, картофель, бананы
    В12 Регулирует образование клеток крови – эритроцитов и тромбоцитов Недостаток приводит к развитию малокровия Кисломолочные продукты, яичный сырой желток, зелёный лук
    С Регулирует обмен белков и углеводов Полное отсутствие в организме витамина С приводит к цинге Шиповник, лимон, чёрная смородина, капуста
    D Он участвует в обмене кальция и фосфора Недостаток приводит к размягчению костей «РАХИТУ» Рыбий жир, подсолнечное масло, грибы, петрушка
    PP Обеспечивает нормальное протекание в организме окислительно – восстановительных процессов. Участвует в образовании гормонов надпочечников Нарушение деятельности пищеварительной системы, кожа темнеет, покрывается язвочками Дрожжи, неочищенный рис, печень, яичный желток, молоко

177 Перечислите органы, которые выполняют выделительные функции. Какие продукты обмена веществ они выделяют?

  • Ответ:Почки, мочеточники, мочевой пузырь и мочеиспускательный канал.

178 Рассмотрите рисунки. Напишите название частей мочевыделительной системы, обозначенных цифрами.

  • Ответ:
    1. Почки
    2. Мочеточник
    3. Мочевой пузырь
    4. Мочеиспускательный канал
    5. Корковый слой
    6. Мозговой слой
    7. Почечная лоханка

179 Нарисуйте строение нефрона, подпишите его основные части.

  • Ответ:

180 Объясните, где и как образуется первичная моча.

  • Ответ:Образование мочи начинается с фильтрации плазмы крови из кровеносных капилляров в капсулы нефронов. Через фильтры из крови протекающей по капиллярам клубочков, в капсуле проникает вода и все растворенные в ней вещества белка остаются в крови. Она поступает  в канальные нефроны.

181 Чем вторичная моча отличается от первичной? Где и как она образуется?

  • Ответ:Следующий этап образования мочи – обратное всасывание в кровеносные каппиляры и канальцев нефронов воды, многих солей, аминокислоты, глюкозы и др. Мочевина, мочевая кислота и некоторые  другие вещества не всасываются в кровь. По собирательным трубочкам она поступает в малые почечные чашки, затем в большие чашки в лоханку и далее по мочеточникам в мочевой пузырь.

Источник: http://tetrab.ru/8-klass/biologiya2/rabochaya-tetrad-po-biologii-8-klass-sonina-n.-i.-sapina-m.-r/obmen-veshhestv-i-energii.-plasticheskij-i-energeticheskij-obmen.html

Этапы энергетического обмена — Науколандия

Энергетический обмен — это по-этапный распад сложных органических соединений, протекающий с выделением энергии, которая запасается в макроэргических связях молекул АТФ и используется потом в процессе жизнедеятельности клетки, в том числе на биосинтез, т.е. пластический обмен.

В аэробных организмах выделяют три последовательных этапа энергетического обмена:

  1. Подготовительный — расщепление биополимеров до мономеров.
  2. Бескислородный — гликолиз — расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты.
  3. Кислородный — расщепление пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды.

Подготовительный этап

На подготовительном этапе энергетического обмена происходит расщепление поступивших с пищей органических соединений на более простые, обычно мономеры. Так углеводы расщепляются до сахаров, в том числе глюкозы; белки — до аминокислот; жиры — до глицерина и жирных кислот.

Хотя при этом выделяется энергия, она не запасается в АТФ и, следовательно, не может быть использована впоследствии. Энергия рассеивается в виде тепла.

Расщепление полимеров у многоклеточных сложноорганизованных животных протекает в пищеварительном тракте под действием выделяющихся сюда железами ферментов. Затем образовавшиеся мономеры всасываются в кровь в основном через кишечник. Уже кровью питательные вещества разносятся по клеткам.

При этом не все вещества разлагаются до мономеров в пищеварительной системе. Расщепление многих происходит непосредственно в клетках, в их лизосомах. У одноклеточных организмов поглощенные вещества попадают в пищеварительные вакуоли, где и перевариваются.

Образовавшиеся мономеры могут использоваться как для энергетического, так и пластического обмена. В первом случае они расщепляются, во-втором – из них синтезируются компоненты самих клеток.

Бескислородный этап энергетического обмена

Бескислородный этап протекает в цитоплазме клеток и в случае аэробных организмов включает только гликолиз — ферментативное многоступенчатое окисление глюкозы и ее расщепление до пировиноградной кислоты, которую также называют пируватом.

Молекула глюкозы включает шесть атомов углерода. При гликолизе она расщепляется до двух молекул пирувата, который включает три атома углерода. При этом отщепляется часть атомов водорода, которые передаются на кофермент НАД, который, в свою очередь, потом будет участвовать в кислородном этапе.

Часть выделяющейся при гликолизе энергии запасается в молекулах АТФ. На одну молекулу глюкозы синтезируется всего две молекулы АТФ.

Энергия, оставшаяся в пирувате, запасенная в НАД, у аэробов далее будет извлечена на следующем этапе энергетического обмена.

В анаэробных условиях, когда кислородный этап клеточного дыхания отсутствует, пируват «обезвреживается» в молочную кислоту или подвергается брожению. При этом энергия не запасается. Таким образом, здесь полезный энергетический выход обеспечивается только малоэффектвным гликолизом.

Кислородный этап

Кислородный этап протекает в митохондриях. В нем выделяют два подэтапа: цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Поступающий в клетки кислород используется только на втором. В цикле Кребса происходит образование и выделение углекислого газа.

Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий, осуществляется множеством ферментов.

В него поступает не сама молекула пировиноградной кислоты (или жирной кислоты, аминокислоты), а отделившаяся от нее с помощью кофермента-А ацетильная группа, включающая два атома углерода бывшего пирувата.

За многоступенчатый цикл Кребса происходит расщепление ацетильной группы до двух молекул CO2 и атомов водорода. Водород соединяется с НАД и ФАД. Также происходит синтез молекулы ГДФ, приводящей к синтезу потом АТФ.

На одну молекулу глюкозы, из которой образуется два пирувата, приходится два цикла Кребса. Таким образом, образуется две молекулы АТФ. Если бы энергетический обмен заканчивался здесь, то суммарно расщепление молекулы глюкозы давало бы 4 молекулы АТФ (две от гликолиза).

Окислительное фосфорилирование протекает на кристах – выростах внутренней мембраны митохондрий. Его обеспечивает конвейер ферментов и коферментов, образующий так называемую дыхательную цепь, заканчивающуюся ферментом АТФ-синтетазой.

По дыхательной цепи происходит передача водорода и электронов, поступивших в нее от коферментов НАД и ФАД. Передача осуществляется таким образом, что протоны водорода накапливаются с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий, а последние ферменты в цепи передают только электроны.

В конечном итоге электроны передаются молекулам кислорода, находящимся с внутренней стороны мембраны, в результате чего они заряжаются отрицательно.

Возникает критический уровень градиента электрического потенциала, приводящий к перемещению протонов через каналы АТФ-синтетазы.

Энергия движения протонов водорода используется для синтеза молекул АТФ, а сами протоны соединяются с анионами кислорода с образованием молекул воды.

Энергетический выход функционирования дыхательной цепи, выраженный в молекулах АТФ, велик и суммарно составляет от 32 до 34 молекул АТФ на одну исходную молекулу глюкозы.

Связанная статья: Функции митохондрий

Источник: https://scienceland.info/biology10/catabolism

Метаболизм. Пластический и Энергетический обмены. Автотрофы и Гетеротрофы | Биология

Обмен веществ (метаболизм) и превращение энергии в организме

Метаболизм, или обмен веществ, – это совокупность биохимических процессов и процессов жизнедеятельности клетки.

Обеспечивает существование живых организмов. Различают процессы ассимиляции (анаболизма) и диссимиляции (катаболизма).

Эти процессы являются разными сторонами единого процесса обмена веществ и превращения энергии в живых организмах.

Ассимиляция

Ассимиляция – это процессы, связанные с поглощением, усвоением и накоплением химических веществ, которые используются для синтеза необходимых для организма соединений.

Пластический обмен

Пластический обмен – это совокупность реакций синтеза, которые обеспечивают возобновление химического состава, рост клеток.

Диссимиляция

Диссимиляция – это процессы, которые связаны с распадом веществ.

Энергетический обмен

Энергетический обмен – это совокупность реакций расщепления сложных соединений с выделением энергии. Организмы из окружающей среды в процессе жизнедеятельности в определенных формах поглощают энергию. Потом они возвращают в другой форме ее эквивалентное количество.

Не всегда процессы ассимиляции уравновешены с процессами диссимиляции. Накопление веществ и рост в развивающихся организмах обеспечиваются процессами ассимиляции, поэтому они преобладают. Процессы диссимиляции преобладают при недостатке питательных веществ, интенсивной физической работе, старении.

Процессы ассимиляции и диссимиляции тесно связаны с типами питания организмов. Основным источником энергии для живых организмов Земли является солнечный свет. Он опосредованно или непосредственно удовлетворяет их энергетические потребности.

Автотрофы

Автотрофы (от греч. аутос – сам и трофе – пища, питание) – это организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических с использованием определенного вида энергии. Различают фототрофы и хемотрофы.

Фототрофы

Фототрофы (от греч. фотос – свет) – организмы, которые для процессов синтеза органических соединений из неорганических используют энергию света. К ним принадлежат некоторые прокариоты (фотосинтезирующие серобактерии и цианобактерии) и зеленые растения.

Хемотрофы

Хемотрофы (от греч. хемиа – химия) для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию химических реакций. К ним относятся некоторые прокариоты (железобактерии, серобактерии, азотфиксирующие и т. п.). Автотрофные процессы относятся больше к процессам ассимиляции.

Гетеротрофы

Гетеротрофы (от греч. гетерос – другой) – это организмы, которые синтезируют собственные органические соединения из готовых органических соединений, синтезированных другими организмами. К ним принадлежат большинство прокариот, грибы, животные.

Для них источником энергии являются органические вещества, которые они получают с пищей: живые организмы, их остатки или продукты жизнедеятельности. Основные процессы гетеротрофных организмов – распад веществ – основаны на процессах диссимиляции.

Энергия в биологических системах используется для обеспечения в организме разных процессов: тепловых, механических, химических, электрических и т. п.

Часть энергии во время реакций энергетического обмена рассеивается в виде теплоты, часть ее запасается в макроэргических химических связях определенных органических соединений.

Универсальным таким веществом является аденозинтрифосфорная кислота АТФ. Она является универсальным химическим аккумулятором энергии в клетке.

Под действием фермента отщепляется один остаток фосфорной кислоты. Тогда АТФ превращается в аденозиндифосфат – АДФ. При этом выделяется около 42 кДж энергии.

При отщеплении двух остатков фосфорной кислоты образуется аденозинмонофосфат – АТФ (выделяется 84 кДж энергии). Может расщепляться молекула АМФ.

Таким образом, во время расщепления АТФ выделяется большое количество энергии, которая используется для синтеза необходимых организму соединений, поддержания определенной температуры тела и т. п.

Остается окончательно не выясненной природа макроэргических связей АТФ, хотя они превосходят по энергоемкости обычные связи в несколько раз.

Клеточный уровеньУровни организации живого

Источник: https://xn—-9sbecybtxb6o.xn--p1ai/obshchaya-biologiya/obmen-veshhestv-metabolizm-i-prevrashhenie-energii-v-organizme/

Прочная взаимосвязь пластического и энергетического обмена веществ

Введение

Независимо от времени суток и от действий человека, спит он или бодрствует, в его организме протекают постоянные химические реакции, называемые обменом веществ.

Обмен веществ подразумевает связь организма с внешней средой, в результате которой питательные вещества вначале усваиваются, затем подвергаются химической обработке и в конечном итоге используются на пластические и энергетические цели.

Таким образом, человеческий организм обеспечивается необходимой энергией для обновления, роста и сохранения структуры клеток. В свою очередь взаимосвязь пластического и энергетического обмена веществ в нашем организме очень велика, а их дисбаланс может привести даже к гибели человека.

Понятие энергетического и пластического обмена веществ

Пластический обмен веществ (анаболизм) подразумевает использование энергии для соединения сложных веществ из более простых. Благодаря этому процессу происходит построение клеток, образуются ткани и органы, мышечная масса, минерализуются кости и т.д.

Энергетический обмен веществ (катаболизм) напротив разрушает сложные вещества на более простые. Это приводит к освобождению энергии и образованию отработанных веществ: воды, углекислого газа, мочевины, аммиака и других азотистых соединений.

Следует отметить, что в молодом возрасте преобладающими являются процессы анаболизма, а в более преклонном катаболизма.

Взаимосвязь энергетического и пластического обмена веществ

Являясь основой обмена веществ энергетические и пластические процессы с одной стороны абсолютно противоположны, но с другой между собой неразрывно связаны.

Эта связь обусловлена тем, что во время пластического обмена поглощается доля энергии, выделенная энергетическим обменом. А в ходе энергетического обмена происходит распад веществ, которые образовались во время пластического обмена.

То есть, оба процесса протекают одновременно и неотделимо друг от друга, обеспечивая жизнедеятельность организма.

Вывод

Органические вещества для энергетического процесса поставляются пластическим обменом, а энергия для пластического, без которой не могут протекать реакции синтеза — энергетическим.

Поэтому, без единства в протекании энергетического и пластического обмена веществ невозможно существование ни одного живого организма.

Обмен веществ (называемый метаболизмом) человека можно представить в виде формулы: анаболизм + катаболизм.

Источник: https://biologylife.ru/obmen/prochnaja-vzaimosvjaz-plasticheskogo-i.html

Ссылка на основную публикацию