Отличия пластического обмена веществ от энергетического
В организме человека в течение всей его жизни происходит большое количество различных химических реакций, вне зависимости от того, спит он, делает зарядку либо идет в магазин за покупками.
Эти химические реакции принято объединять одним общим понятием обменом веществ. Принимая пищу, организмом потребляются питательные вещества, которые впоследствии проходят трансформацию и используются в процессе нашей жизнедеятельности.
Метаболизмом или обменом веществ и энергии, называют совокупное количество химических реакций, происходящих в клетках организма на протяжении всей жизни. Эти химические процессы являются главным условиям для поддержания жизнедеятельности клеток, источником их роста, функционирования, развития.
Метаболизм разделяется на два противоположных и неразрывных процесса: анаболизм (пластический обмен) и катаболизм (энергетический обмен).
Чем пластический обмен отличается от энергетического?
Пластический обмен синтезирует сложные вещества из более простых. Для протекания таких реакций необходимы затраты энергии. Так, например, из аминокислот образуются белки, из жирных кислот и глицерина образуются жиры. Благодаря пластическому обмену, строящиеся углеводы, жиры и белки впоследствии идут на строительство новых клеток и межклеточного пространства.
При энергетическом обмене, в отличие от пластического обмена, происходит расщепление органических веществ на более простые, в процессе чего высвобождается энергия в форме АТФ. Продуктами энергетического обмена являются вода, углекислый газ и прочие вещества, которые клетка больше не может использовать.
Энергетический обмен включает в себя три основных стадии.
На первой стадии сложные молекулы (белки, углеводы и жиры) распадаются до простых молекул вне клеточного пространства.
На второй стадии (брожение) простые молекулы попадают в клетки и расщепляются до более простых веществ, данный процесс проходит без участия кислорода и сопровождается выделением энергии.
В третей стадии (дыхание) задействован кислород. Вследствие чего происходит окисление органических веществ и выделение большого количества энергии.
Сложные реакции, происходящие в процессе энергетического и пластического обменов, довольно тесно взаимосвязаны между собой и внешней средой, из которой клетки получают питательные вещества. Питательные вещества служат сырьем при осуществлении реакций пластического обмена, а при расщеплении из них высвобождается энергия, необходимая для существования клеток.
Источник: https://biologylife.ru/obmen/otlichija-plasticheskogo-obmena-veshhestv-ot.html
Взаимосвязь энергетического и пластического обмена в клетках животных и растений. Жизненный цикл клетки. Митоз
Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления, сопровождающихся поглощением и выделением энергии и превращением химических веществ клетки.
Его иногда разделяют на пластический и энергетический обмен, которые 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.
Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используют следующие термины:
- Ассимиляция — синтез полимеров из мономеров.
- Диссимиляция — распад полимеров на мономеры.
- Анаболизм — синтез более сложных мономеров из более простых.
- Катаболизм распад более сложных мономеров на более простые.
Живые существа используют световую и химическую энергию. Автотрофы используют в качестве источника углерода углекислый газ. Гетеротрофы используют органические источники углерода. Исключение составляют некоторые протисты, например эвглена зеленая, способная к автотрофному и гетеротрофному типам питания.
Автотрофы синтезируют органические соединения при фотосинтезе или хемосинтезе. Гетеротрофы получают органические вещества вместе с пищей.
У автотрофов преобладают процессы синтеза — фотосинтез или хемосинтез, у гетеротрофов — процессы распада органических соединений.
Вопросы и задания
- Что общего между фотосинтезом процессом окисления глюкозы:
- оба процесса происходят в митохондриях;
- оба процесса происходят в хпоропластах;
- в результате этих процессов образуется кислород;
- в результате этих процессов образуется АТФ?
- Какие продукты фотосинтеза участвуют в энергетическом обмене млекопитающих?
- Какова роль углеводов в образовании аминокислот, жирных кислот?
- Сравните энергетику процессов фотосинтеза и энергетического обмена.
1.11. Жизненный цикл клетки. Митоз
Жизненный цикл клетки — это период ее жизни от деления до деления.
Клетки размножаются путем удвоения своего содержимого с последующим делением пополам.
Клеточное деление лежит в основе роста, развития и регенерации тканей многоклеточного организма.
Клеточный цикл подразделяют на хромосомный, сопровождающийся точным копированием и распределением генетического материала, и цитоплазматический, состоящий из роста клетки и последующего цитокинеза — деления клетки после удвоения других клеточных компонентов.
Длительность клеточных циклов у разных видов, в разных тканях и на разных стадиях варьируется от одного часа (у эмбриона) до года (в клетках печени взрослого человека).
Фазы клеточного цикла
Интерфаза — период между двумя делениями, подразделяющийся на пресинтетический — G1, синтетический — S, постсинтетический — G2.
G1-фаза — самый длительный период (от 10 ч до нескольких суток). Заключается в подготовке клеток к удвоению хромосом. Сопровождается синтезом белков, РНК, увеличивается количество рибосом, митохондрий. В этой фазе происходит рост клетки.
S-фаза (6—10 ч) — сопровождается удвоением хромосом. В данной фазе синтезируются некоторые белки.
G2-фаза (3—6 ч) — сопровождается конденсацией хромосом. В течение указанной фазы синтезируются белки микротрубочек, формирующих веретено деления.
Митоз (М-фаза) — это форма деления клеточного ядра. В результате митоза каждое из образующихся дочерних ядер получает тот же набор генов, который имела родительская клетка. В митоз могут вступать как диплоидные, так и гаплоидные ядра.
При митозе получаются ядра той же плоидности, что и исходное.
Понятие «митоз» применимо только для эукариот.
Профаза сопровождается образованием веретена деления из микротрубочек цитоплазматического скелета клетки и связанных с ними белков. Хромосомы хорошо видны и состоят из двух хроматид.
Прометафаза сопровождается распадом ядерной мембраны. Часть микротрубочек веретена присоединяются к кине-тохорам (комплексам белок-центромера).
Метафаза — все хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку.
Анафаза — хроматиды расходятся к полюсам клетки с одинаковой скоростью. Микротрубочки укорачиваются.
Телофаза — дочерние хроматиды подходят к полюсам клетки. Микротрубочки исчезают. Вокруг конденсированных хроматид формируется ядерная оболочка.
Цитокинез — процесс разделения цитоплазмы. Клеточная мембрана в центральной части клетки втягивается внутрь. Образуется борозда деления, по мере углубления которой клетка раздваивается.
В некоторых случаях цитокинеза после митоза не происходит.
В результате митоза образуются два новых ядра с идентичными наборами хромосом, точно копирующими генетическую информацию материнского ядра.
В опухолевых клетках ход митоза нарушается.
Источник: https://kaz-ekzams.ru/biologiya/uchebnaya-literatura-po-biologii/biologia-repetitor/535-vzaimosvyaz-yenergeticheskogo-i-plasticheskogo-obmena-v-kletkax-zhivotnyx-i-rastenij-zhiznennyj-cikl-kletki-mitoz.html
Особенности обмена веществ в растительной клетке
Растительная клетка имеет много общих черт как в строении, так и метаболических процессах с животной клеткой. Структурные различия заключаются наличием у растительной клетке целлюлозной оболочки, большой по объёму вакуоли, отсутствием центриолей при делœении.
Функциональные различия, в основном, относятся к клеткам содержащих пигменты, способные усваивать кванты света и трансформировать усвоенную лучистую энергию в химическую энергии АТФ(аденозинтрифосфат) и восстановленный НАДФН (никотинамид-адениндинуклеотидфосфат), которые используются на образование органических веществ из неорганических двуокиси углерода ( СО2) и воды ( Н2О). Образованные органические вещества в данном процессе, называемого фотосинтезом, затем превращаются в многообразные органические вещества идущие на жизненные процессы как самой клетки ( автотрофия), так и клеток растения, которые не содержат пигментов и зависят от поступления готовых питательных веществ (гетеротрофия). Отсюда, основной особенностью обмена веществ растительной клетки является её способность улавливать световую энергию с участием пигментов и запасать эту энергию в химические связи органических веществ АТФ и НАДФ∙Н. При этом нужно отметить, что эта способность закодирована в геноме любой растительной клетки фотосинтезирующего растения (тотипотентность), но в силу дифференцировки и специализации в выполнении функций ( клетки корня, меристематических, проводящих, покровных и запасающих тканей и др.) не реализуется, находится в репрессированном состоянии. Так что по сути можно признать всœе клетки растений, генетически потенциально автотрофны. Этим свойством не обладает ни одна клетка животного организма.
Обмен веществ и его регуляция.
В корне специфических свойств каждой клетки, каждого организма, которые передаются по наследству, лежит специфика обмена веществ. обмен веществ – это совокупность всœех происходящих в организме химических процессов, Химические реакции, составляющие обмен веществ, составляющие обмен веществ, тесно взаимосвязаны и согласованы друг с другом.
На протекание реакций обмена веществ оказывают влияние внешние условия ( температура, влажность, освещение), а так же внутреннее состояние клетки (обводненность, возраст клетки, её физиологическое состояние и др ). В этих условиях растительный организм должен приспосабливаться, изменять скорость и направленность обмена.
Значит, организм должен обладать способностью регулировать обмен веществ.
Важнейшими факторами , обеспечивающих практически весь обмен веществ, являются ферменты, которые относятся к регуляторн6ым соединœениям клетки.
Несмотря на то, что химизм и механизм работы ферментов растительных и животных клеток одинаков, но для растительных клеток они имеют специфичность и особенность каталитического действия.
По этой причине есть крайне важно сть рассмотреть ферменты, их основные свойства, значение, каталитическое действие и особенности функций растительных ферментов.
По химической природе, ферменты являются простыми или сложными белками. По этой причине они не устойчивы к высоким температурам. При 50-600 большинство ферментов разрушаются и теряют активность. В более низких концентрациях их активность повышается, с повышением температуры.
Их действие зависит от pH среды для одних ферментов оптимальна слабокислая среда, для других – щелочная. Растительные ферменты обычно активно работают в слабокислой среде. Простые ферменты, к примеру, уреаза, состоят только из белка. Сложные ферменты, кроме белковой части (апоферемнта), содержат небелковую часть (кофактор).
То есть бывают однокомпонентные ферменты (простые ) и двухкомпонентные – сложные. Небелковый компонент ( металлы желœезо, цинк , медь ), прочно связанный с белковой частью, называют простетической группой.
Слабо связанный компонент ( во многих случаях витамины или их производные, в частности Пантотеновая кислота (В5, никотиновая кислота (РР), тиамин (В1) ,рибофлавин(В2), кобаламин В12 ), пиридоксин (В6) , биотин (Н).
Важнейшим свойством ферментов является их специфичность. Это определяется по типу реакции, которую может катализировать тот, или иной фермент, ᴛ.ᴇ. фермент работает избирательно. К примеру, фермент аминотрансфераза переносить аминогруппы от аминокислоты, но не способен отщеплять и переносить карбоксильную группу.
Избирательность проявляется и в выборе субстрата͵ так называемая субстратная специфичность. Специфичность действия фермента͵ ᴛ.ᴇ. определять субстрат, зависит от белка, последовательности в нем аминокислот.
У простых ферментов и специфичность, и активность зависит от структуры белка, а у сложных специфичность определяется апоферментом, а активность – коферментом.
Специфичность ферментов имеет исключительно важное значение, т.к. позволяет осуществлять упорядоченный обмен веществ. Реакция осуществляется только тогда, когда есть данный фермент, или он находится в активной форме.
Упорядоченность обмена веществ связана еще и тем, что ферменты в клетке рассредоточены по определœенным компартментам клетки, ᴛ.ᴇ. имеют свою топографию. К примеру дыхательные ферменты сосредоточены в митохондриях, и каждый фермент цикла расположен в определœенном порядке и отдельно на выроста мембран – кристах. Ферменты синтеза белка на рибосомах, а гидролитические – в лизосомах и т.д.
| Рис. Снижение энергии активации,(∆Gα) для экзергонической реакции А→ В + С в присутствии катализатора (фермента). ∆Gα > ∆Gα′ + ∆Gα” |
Набор и активность ферментов в растении в течение онтогенеза меняется, он может меняться сезонно, в течение суток, В период вегетативного роста одни преобладают фермента͵ вступление растения в репродукционный период связан с появлением новых ферментов, в период созревания плодов будут функционировать другие и т д.
Активность ферментов зависит от их состояния в растении. Применение метода инфильтрации, который состоит по сути в том, что в орган растения под вакуумом вводятся различные вещества: метаболиты, ферменты, ингибиторы и т.д, при котором не нарушается целостность клетки и её компонентов, дало возможность изучить работу ферментов в живой клетке (Опарин А.И.
, Курсанов А.Г., Сисакян И.М., Рубин Б.А. и др.). Было установлено, что исходя из состояния фермента в клетке, зависит характер их активности. Для гидролитических ферментов характерна их активность в свободном, не связанном с клеточными структурами или мембранами состоянии, в связанном состоянии они не активны.
Для ферментов, осуществляющие синтетические процессы, напротив, активность определяется связью и контактами с мембранами органелл и цитоплазмы.
Наглядным примером могут служить созревающие плоды плодовых культур, у которых до созревания идет накопление сложных углеводов, и они не имеют сладкого вкуса, работают ферменты синтеза, при созревании, ткань плода размягчается, плоды приобретают сладкий вкус вследствие образования в них простых сахаров, образуемых при работе гидролитических ферментов, переходящих в свободное состояние. По этой причине если механически повреждены яблоки, груши, арбузы, корнеплоды свеклы, клубни картофеля быстро загнивают при хранении. В случае если побить незрелое кислое яблоко, то через несколько минут ткань его буреет и оно приобретает сладкий вкус.
Механизм работы ферментов.В базе работы ферментов лежит снижение энергии активации молекул, ступающих в реакцию. Для каждой реакции необходима энергия. Это происходит потому, что молекулы соединяясь с ферментом снижает уровень окислительно-окислительного потенциала становятся способными вступать в реакцию с другими соединœениями( рис. ).
Образование фермент-субстратного комплекса вызывает переход субстрата в более реакционное состояние, его активности. Энергия, которую
крайне важно придать молекулам А и В для их превращения сверх имеющейся у них, принято называть энергией активации.
А + В + Ф → АФ + В → АФВ → АВ + Ф
Фермент благодаря созданию фермент-субстратного комплекса, проводит реакцию обходным путем и тем самым снижает энергию активации. Так для
гидролиза белка с помощью кислоты составляет 840 000 кДж /моль, а при ферментном разложении – 5040 кДж/мол. Реакция разложения перекиси водорода ( 2Н2О2 = 2Н2О +О2) имеет энергию активации 70 кДж/моль, а в присутствии фермента каталазы – 7 кДж/ моль.
Фермент может осуществить реакцию если его активный центр, занимающий по сравнению с самим ферментов, небольшую часть, соответствует участку субстрата͵ который должен соответствовать конфигурации реакционному центру фермента.
Еще в 1911 году немецкий химик Эмиль Фишер выдвинул положение, объясняющее субстратную специфичность: фермент должен подходить к субстрату как ʼʼ ключ к замкуʼʼ. Но пространственные соотношения молекулы фермента и субстрата возникает лишь в процессе их взаимодействия, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ в 1958 году Д. Кошланд назвал это индуцированным соответствием.
В случае если функциональные группы фермента соединяются с двумя частями субстрата А-В, изменяя конфигурацию в комплексе с этим веществом удаляет их друг от друга, то в результате растяжения связь в субстрате разрывается и одновременно присоединяется вода. Рис. Так идет гидролиз. В случае соединœения двух частей субстрата реакция идет обратно.
В этом случае вещества А и В присоединяются к активному центру фермента͵ сближаются и вода как бы выжимается, образуя соединœение АВ.
Таким образом работа фермента имеет три фазы: 1) образование фермент-субстратного комплекса; 2) преобразование промежуточного соединœения в один или несколько активных комплексов; 3) выделœение продуктов реакции и регенерации молекулы фермента.
Разнообразие ферментов в клетке чрезвычайно высоко, однако их можно разделить на 6 классов: 1) оксидоредуктазы – катализирующий окислительно-восстановительные реакции; 2) трансферазы – катализирующие перенос атомных группировок от одного соединœения к другому; 3) гидролазы – осуществляющие распад различных органических соединœений с участием воды ( гидролиз); 4) лиазы – катализирующие присоединœения какой-либо атомной группировки к органическим соединœениям или отщепляющие от субстратов определœенную группу без участия воды; 5) изомеразы – катализирующие внутримолекулярный перенос групп с образованием изомерных форм; 6) лигазы , или синтетазы,- катализирующие синтез органических соединœений, происходящий при участии АТФ ( с использованием энергии этого соединœения).
Ферменты – это не только катализаторы, но и регуляторы процессов обмена. Являясь регуляторами, ферменты сами находятся под контролем и регуляцией.
У одних и тех же ферментов, катализирующих одну и ту же реакцию, одного вида организма, встречаются ферменты, которые различаются по ряду физико-химическим свойствам, получили название изоферменты. Οʜᴎ различаются по реакции на внешние условия (температуру, значение рН). По-видимому, значение изоферментов позволяет организмам лучше приспосабливаться к меняющимся условиям среды.
Ферменты это не только катализаторы но и регуляторы процессов обмена. Являясь регуляторами, ферменты сами находятся под постоянным контролем и регуляцией.
При этом, в более широком смысле термин ʼʼрегуляцияʼʼ включает в себя и процессы управление Регуляция обеспечивает гомеостаз организма, тор есть сохранение постоянства параметров внутри среды, она необходима для его развития и адаптации к изменяющимся условиям среды. На всœех уровнях гомеостаз обеспечивается отрицательными обратными связями.
К примеру, усиление интенсивности транспирации приводит к дефициту воды в тканях листа͵ это вызывает закрытие устьиц, что снижает испарение воды и восстанавливает оптимальный водный режим растении.
Источник: http://referatwork.ru/category/meditsina/view/161388_osobennosti_obmena_veschestv_v_rastitel_noy_kletke
Энергетический и пластический обмен. Фотосинтез
Термины, проверяемые в экзаменационной работе: автотрофные организмы,, анаболизм, анаэробный гликолиз, ассимиляция, аэробный гликолиз, биологическое окисление, брожение, диссимиляция, биосинтез, гетеротрофные организмы, дыхание, катаболизм, кислородный этап, метаболизм, пластический обмен, подготовительный этап, световая фаза фотосинтеза, темновая фаза фотосинтеза, фотолиз воды, фотосинтез, энергетический обмен.
Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме.
Биологи разделяют его на пластический (анаболизм) и энергетический обмены (катаболизм), которые 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.
Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:
Анаболизм (ассимиляция) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.
Катаболизм (диссимиляция) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.
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.
Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.
Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме. Ферменты – это всегда 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. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».
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.
Энергетический обмен – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа, каждый из которых сопровождается несколькими ферментативными реакциями.
Первый этап – подготовительный. В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом.
На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов.
Этот процесс называется пищеварением.
Второй этап – бескислородный (гликолиз). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток.
Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ.
Остальная энергия рассеивается в виде тепла.
В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением.
Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.
Третий этап – кислородный, состоящий из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования.
Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования).
Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.
Окислительное фосфорилирование или клеточное дыхание происходит, на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов.
В ходе этой стадии освобождается большая часть метаболической энергии. Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду.
Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.
Суммарная реакция энергетического обмена:
С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.
А1. Способ питания хищных животных называется
1) автотрофным 3) гетеротрофным
2) миксотрофным 4) хемотрофным
А2. Совокупность реакций обмена веществ называется:
1) анаболизм 3) диссимиляция
2) ассимиляция 4) метаболизм
А3. На подготовительном этапе энергетического обмена происходит образование:
1) 2 молекул АТФ и глюкозы
2) 36 молекул АТФ и молочной кислоты
3) аминокислот, глюкозы, жирных кислот
4) уксусной кислоты и спирта
А4. Вещества, катализирующие биохимические реакции в организме, – это:
1) белки 3) липиды
2) нуклеиновые кислоты 4) углеводы
А5. Процесс синтеза АТФ в ходе окислительного фосфорилирования происходит в:
1) цитоплазме 3) митохондриях
2) рибосомах 4) аппарате Гольджи
А6. Энергия АТФ, запасенная в процессе энергетического обмена, частично используется для реакций:
1) подготовительного этапа
2) гликолиза
3) кислородного этапа
4) синтеза органических соединений
А7. Продуктами гликолиза являются:
1) глюкоза и АТФ
2) углекислый газ и вода
3) пировиноградная кислота и АТФ
4) белки, жиры, углеводы
В1. Выберите события, происходящие на подготовительном этапе энергетического обмена у человека
1) белки распадаются до аминокислот
2) глюкоза расщепляется до углекислого газа и воды
3) синтезируются 2 молекулы АТФ
4) гликоген расщепляется до глюкозы
5) образуется молочная кислота
6) липиды расщепляются до глицерина и жирных кислот
ВЗ. Определите последовательность превращений куска сырого картофеля в процессе энергетического обмена в организме свиньи:
А) образование пирувата
Б) образование глюкозы
В) всасывание глюкозы в кровь
Г) образование углекислого газа и воды
Д) окислительное фосфорилирование и образование Н2О
Е) цикл Кребса и образование СО2
Часть С
С1. Объясните причины утомляемости спортсменов-марафонцев на дистанциях, и как она преодолевается?
ответы Энергетический и пластический обмен. Часть А. А1 – 3. А2 – 4. А3 – 3. А4 – 1. А5 – 3. А6 – 4. А7 – 3.
Часть В. В1 – 1, 4, 6. В2. А – 1; Б – 1; В – 2; Г– 1; Д – 2; Е – 2. ВЗ. Б, В, А, Е, Д, Г.
Часть С. С1 1) На дистанциях у спортсменов возникает нехватка кислорода. 2) Начинает накапливаться молочная кислота в мышцах, что вызывает их усталость. 3) Спортсмен начинает чаще дышать, учащается сердцебиение. Кислорода поступает больше, и молочная кислота расщепляется до конечных продуктов распада быстрее.
Фотосинтез и хемосинтез
Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения.
Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями.
Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной.
Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.
Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни.
Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат).
При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ.
Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.
«Световая фаза» – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.
Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:
1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;
2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ • Н
2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ • Н;
3) фотолиз воды, происходящий при участии квантов света: 2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2.
Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складках внутренней мембраны хлоропластов. Из тилакоидов формируются граны – стопки мембран.
https://www.youtube.com/watch?v=YM4glcIfrck
Так как в экзаменационных работах спрашивают не о механизмах фотосинтеза, а о результатах этого процесса, то мы и перейдем к ним.
Результатами световых реакций являются: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ • Н. Таким образом свет нужен только для синтеза АТФ и НАДФ-Н.
«Темновая фаза» – процесс преобразования СО2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ • Н.
Результатом темновых реакций являются превращения углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.
Значение фотосинтеза. В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов:
кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;
фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;
фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.
Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:
1) окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями:
NH3 → HNQ2 → HNO3 + Q;
2)превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:
Fe2+ → Fe3+ + Q;
3)окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями
H2S + O2 = 2H2O + 2S + Q,
H2S + O2 = 2H2SO4 + Q.
Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.
Роль хемосинтеза. Бактерии – хемосинтетики, разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.
А1. Фотосинтез – это процесс, происходящий в зеленых растениях. Он связан с:
1) расщеплением органических веществ до неорганических
2) созданием органических веществ из неорганических
3) химическим превращения глюкозы в крахмал
4) образованием целлюлозы
А2. Исходным материалом для фотосинтеза служат
1) белки и углеводы 3) кислород и АТФ
2) углекислый газ и вода 4) глюкоза и кислород
А3. Световая фаза фотосинтеза происходит
1) в гранах хлоропластов 3) в строме хлоропластов
2) в лейкопластах 4) в митохондриях
А4. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:
1) синтеза АТФ 3) синтеза белков
2) синтеза глюкозы 4) расщепления углеводов
А5. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:
1) углекислый газ и кислород
2) глюкоза, АТФ и кислород
3) белки, жиры, углеводы
4) углекислый газ, АТФ и вода
А6. К хемотрофным организмам относятся
1) возбудители туберкулеза
2) молочнокислые бактерии
3) серобактерии
4) вирусы
В1. Выберите процессы, происходящие в световой фазе фотосинтеза
1) фотолиз воды
2) образование глюкозы
3) синтез АТФ и НАДФ • Н
4) использование СО2
5) образование свободного кислорода
6) использование энергии АТФ
В2. Выберите вещества, участвующие в процессе фотосинтеза
целлюлоза 4) углекислый газ
гликоген 5) вода
хлорофилл 6) нуклеиновые кислоты
С1. Какие условия необходимы для начала процесса фотосинтеза?
С2. Как строение листа обеспечивает его фотосинтезирующие функции?
Ответы Фотосинтез и хемосинтез.Часть А. А1 – 2. А2 – 2. А3 – 1. А4 – 1. А5 – 2. А6 – 3.
Часть В. В1 – 1, 3, 5. В2 – 3, 4, 5.
Часть С. С1 В растение должны поступать вода, углекислый газ и энергия солнечного света. Кроме того, в листьях должен присутствовать НАДФ, который начнет принимать возбужденные электроны молекулы хлорофилла.
С2 Широкая и плоская поверхность большинства листьев позволяет максимально эффективно улавливать свет. Наличие устьиц обеспечивает газообмен. Проводящие сосуды – жилки, обеспечивают доставку воды. Мякоть листа состоит из фотосинтезирующей ткани, клетки которой богаты хлорофиллом.
Источник: http://bbiology7.blogspot.com/p/blog-page_83.html
Урок биологии “Особенности пластического и энергетического обменов в растительной клетке”
Задачи урока:
- средствами биологии и литературы сформировать преставление об особенностях процесса фотосинтеза;
- продолжить углубление знаний об автотрофном способе питания;
- сформировать понятие о световой и темновой фазах фотосинтеза;
- раскрыть значение данного процесса в биосфере;
- продолжить формирование умения работать со схемами и таблицами;
- развивать способности полноценно воспринимать художественные произведения, эмоционально откликаться на прочитанное, учить чувствовать и понимать образный язык художественного произведения;
- сформировать общую картину мира, показать взаимосвязь между явлениями реальной действительности и его отражением в литературе.
Оборудование:
- компьютер,
- мультимедийный проектор,
- презентация по теме урока,
- схемы учебника,
- таблицы,
- книги.
Термины и понятия:
- фотосинтез,
- световая и темновая фаза,
- хлорофилл.
Ход урока
Во вступительном слове учитель биологии говорит, что процессы, происходящие в природе, можно изучать не только используя биологические средства обучения, но и литературные знания творчества поэтов и писателей.
Учитель литературы читает стихотворение Ф.И. Тютчева:
Язык природы переводят для нас поэты: живые голоса птиц, шорох леса, шелест сада, шепот ручьев, гул морского прибоя…
Поэзия пытается проникнуть в тот смысл, который природа таит в себе. В русской литературе природа – храм и природа – мастерская не противопоставлены друг другу, молитва и работа – не антиподы. Изображение и воспевание природы в русской поэзии имеет большую историю.
Ни один поэт не обошел этой темы. Божественный, чарующий пейзаж Пушкина, Блок любил свой “соловьиный сад”. Поэзия Есенина выросла под рязанскими небесами. Без пейзажа, без разговора с природой она не может. Лермонтов остро ощущал природу в ее творении, драматичности, в ее бурях.
Тютчев, Фет– признанные мастера лирического пейзажа. А рядом с природой всегда человек со своими переживаниями, чувствами, мыслями.
Каждый поэт ищет гармонии в природе, своей гармонии с ней, потому что именно в этом заключено существование, да что там существование, сама жизнь природы и человека. И, наверное, поэтому Ф.И. Тютчев писал:
Учитель биологии.
Природа! Как это просто. И как сложно сделать самый малый шаг в ее глубину. Она, казалось бы, раскрыта, иной раз чудится, что идет тебе навстречу.
А в действительности она таится, она не подпускает к себе, противится твоему стремлению познать ее тайны. Но человек беспокоен, и беспокойство его восходит на гребень дерзости.
До такой степени осложнились научные дисциплины, изучающие природу, так несметны их взаимосвязанные циклы, до такой степени дробятся привычные науки, появляются новые.
Мы знаем, что поэты воспевают те красоты природы, которые видят, чувствуют, при этом не задумываются, почему лист зеленый, изменяется, растет. Но зато это видят ученые биологи.
И так, ребята, вы, наверное, уже поняли, что речь сегодня пойдет о природе, растениях, о роли их в жизни человека, всего живого на земле.
Это красота, ярмарка красок, настроение, источник вдохновения, но это и пища, одежда, здоровье, жилище, кислород, долгожданная прохлада, которую ждет путник в жаркий день в тени крон деревьев.
Просмотр фрагмента фильма о пробуждении природы.
Ученик читает стихотворение Н. Заболоцкого “Луч”.
Ученикам предлагается ответить на вопросы:
1. По каким признакам можно судить о том, что растение это живой организм?
2. Какие процессы протекают в жизни зеленых растений?
После ответов учеников, учитель акцентирует внимание на одном из процессов, происходящих в растениях с которым учащиеся уже знакомились в курсе биологии 6-го класса, процесс фотосинтеза.
Несколько учеников выступают с сообщениями об истории открытия процесса фотосинтеза, остальные фиксируют основные даты в тетради.
Тезисы выступления учащихся
1. В 1630 году голландский врач Ян Батист ван Гельмонт обнаружил, что ива, растущая в горшке, за 5 лет увеличила вес на 74 кг, а вес почвы уменьшился на 57 кг. Следовательно, сделал вывод ученый, растение само образует органические вещества.
2. Датой открытия фотосинтеза считают 1771 год. Английский ученый Пристли обратил внимание на изменение состава воздуха вследствие жизнедеятельности животных. В присутствии зеленых растений воздух вновь становится пригодным для дыхания.
3. 1878 год. Процесс поглощения СО2 и воды на свету немецкий ученый Пфеффер назвал фотосинтезом.
4. Механизм фотосинтеза был открыт русским ученым К.А.Тимирязевым.
В начале января 1868 года на I съезде русских естествоиспытателей выступил молодой ботаник К.А. Тимирязев о приборе для исследования воздушного питания листьев, который давал ответ, сколько углекислоты поглотил лист, сколько пищи принял.
Растение питается воздухом – научный факт. Вторая часть сообщения была посвящена выяснению вопроса усваивается ли углекислота в искусственном освещении. Процесс значительно замедляется. К.А.
Тимирязев поставил перед собой задачу выяснить роль хлорофилла в великом процессе создания живого из не живого. В лаборатории Гейдельберского университета он проводил свои опыты. В хлорофилле было обнаружено не большое количество солей железа.
Тимирязев открыл в составе хлорофилла вещество, которое определяет его характерные оптические свойства. Это вещество Тимирязев назвал хлорофилленом.
Какие же лучи солнечного спектра вызывают в зеленых частях растений разложение углекислоты (в красном, оранжевом, зеленом).
Оказалось, что там, где красный цвет – углекислота поглощается почти полностью.
Что же произошло?
Была пища СО2, но эту пищу лист по-разному использовал. Провел еще один опыт.
Поставил растение в темноту, запас крахмала иссяк.
Демонстрация опытов, аналогичных проводимым К.А.Тимирязевым.
Ученикам предлагается лабораторным путем исследовать образовавшееся вещество с помощью йода.
Ученики делают вывод об образовании крахмала, значении CO2 и солнечного света для прохождения фотосинтеза.
Учитель биологии рассказывает о том, что приблизительно 5-7 млрд. лет назад из газов и космической пыли образовались Солнце, Земля и др. планеты. Земля остывала, ее затвердевшую кору окружали газы – аммиак, метан, водород, сероводород и водяной пар. Они образовали первичную атмосферу планеты.
Охлаждаясь, пар выпадал дождями и создавал первичный океан Земли. Именно в верхнем слое приблизительно 4 млрд. лет назад появились первые организмы. По-видимому, они были гетеротрофами. Со временем их количество росло. Только суша была запретной зоной. Причина в этом солнечный свет.
Учитель простит ответить на вопросы: Почему свет губителен? Что представляет собой свет?
Ответы на эти вопросы предлагается дать учащимся после прослушивания сообщения о природе и свойствах света (на данном этапе урока необходима консультация учителя физики или его выступление).
Продолжает учитель биологии, ставя проблему перед учениками. Свет был уже приблизительно 5-7 млрд. лет назад. Какое чудо могло произойти, чтобы направить луч света на созидание?
Чудо, как и положено, было морское, зеленое, имело большую голову и длинный хвост.
Ученик выступает с сообщением молекуле хлорофилла (при подготовке к выступлению необходима консультация с учителем химии).
Чудо появилось в некоторых клетках, состояло из атомов С и N, соединенных в сложное кольцо. Кроме того, в центре кольца находился атом магния – голова, а еще в молекулу входил спирт фитол, включающий цепь из 20 углеродных атомов – хвост (демонстрация таблицы с изображением молекулы хлорофилла). Появление хлорофилла вызвало на земле настоящую биохимическую революцию.
Основной хлорофилл а, его дополняет b и с, а т.ж. каратиноиды – красные, оранжевые или желтые. Все они входят в состав собирающих свет “антенн” и выполняют вспомогательную роль, расширяя спектр поглощаемого при фотосинтезе света.
Учитель биологии задает вопрос о веществах, играющих важную роль в процессе фотосинтеза.
Учитель литературы говорит о том, что природа и поэзия выступает в некоем гармоническом единстве. В поэзии дружность природы заключена огромная сила эмоционального воздействия на сердца людей.
Ученикам предлагается вспомнить стихотворения русских поэтов, где говорится о воде, растениях, о деревьях, где авторы призывают всмотреться в окружающий мир. Когда–то Н.
Рыленков сказал о красоте леса:
Давайте всмотримся в эту красоту. Выступления учеников о красоте леса, растения, воды.
С особенностями процесса фотосинтеза учащиеся знакомятся в ходе рассказа учителя биологии, сопровождаемого мультимедийной презентацией или, работая со схемой в учебнике, заполняя таблицу.
Световая и темновая фазы фотосинтеза
| Характеристика | Световая фаза | Темновая фаза |
| Протекает в | ||
| Энергия | ||
| Образуются |
Ученики самостоятельно выясняют значение фотосинтеза и решают проблему увеличения интенсивности процесса, работая в группах, используя дополнительную литературу, анализируя текст учебника.
Возможные ответы учеников 1 группы.
Кислород до неузнаваемости изменил атмосферу; метан он превратил в углекислый газ, а окисляя аммиак, обеспечил появление в воздухе огромного количества азота. Воздушная оболочка Земли была плотной, состоящей из кислорода и азота более чем на 80%.
Под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы образовался так называемый озоновый слой, или экран, который стал поглощать излучаемый ультрафиолетовый свет. Жизнь начала бурно развиваться в гораздо более безопасной среде. Путь на сушу открылся для множества организмов. Фотолиз воды – лишь один из многих этапов главного процесса, героем которого является хлорофилл.
Этот процесс в последствии назвали фотосинтезом. Благодаря ему, организмы научились за считанные минуты и часы осуществлять то, над чем эволюция планеты трудилась сотни миллионов лет. Им удалось на основе поглощаемого из воздуха СО2 и Н2О с растворенными в ней простыми минеральными соединениями, создавать бесчисленное многообразие органических веществ (крахмал, др.
углеводы, белки, липиды, пигменты, витамины и др.). При этом лучистая солнечная энергия преобразовалась в энергию химических связей. На Земном шаре появилась армия зеленых “счастливчиков” – растений.
Увеличивать массу тела и размножаться они могли без помощи, каких – либо других организмов – живых, мертвых или их органических остатков.
Круговорот веществ и энергии, вне природы – результат фотосинтетической деятельности зеленых растений.
Процесс дыхания, горения стали возможен только после того как возник фотосинтез.
Ежегодно в процессе фотосинтеза растениями суши образуется 3,1•1010 тонн органических веществ.
Энергия, накапливаемая в процессе фотосинтеза приблизительно в 100 раз больше энергии сгорания всего добываемого в мире за этот период угля.
Фотосинтез имеет важное значение и для самого растения.
Согласно расчетам А.А. Нечипоровича в период наиболее активного роста растений, суточный прирост сухого вещества достигает 300-500 кг/га. При этом в течение суток растение усваивает 1-2 кг N, 0,1-0,2 кг Р, 0,8-07 кг К – и до 1000 кг СО2.
Фотосинтез играет важную роль в повышении урожайности. Очень не эффективный процесс (поглощает всего 1% солнечной энергии).
Дополнительная информация к ответам группы 2
Как можно увеличить интенсивность процесса фотосинтеза?
В 1936 году советский ученый Дорохов увеличил урожайность томатов на 20%, огурцов на 37-75%, фасоли на 82%, тепличных растений на 60%.
Зависимость между фотосинтезом и урожаем далеко не простая.
Фотосинтез осуществляется только в зеленых клетках, а дыхание во всех.
Время, втечение которого происходит фотосинтез значительно меньше времени дыхания.
Для того чтобы происходило накопление сухого вещества, интенсивность фотосинтеза должна превышать интенсивность дыхания в10 раз.
Общее накопление сухой массы растений зависит от интенсивности фотосинтеза, размеров листовой поверхности и суммы дней вегетационного периода.
Для того, чтобы получить максимальный прирост сухой массы растений необходимо добиваться быстрого развития листовой поверхности в начале вегетационного периода, но чрезмерное развитие листьев нежелательно, так как они затеняют друг друга.
Вместе с тем, листья не только орган фотосинтеза, но и орган транспирации, следовательно, чем больше лист, тем больше испаряется воды. По данным Нечипоровича лучшие результаты, если общая площадь листьев растения приблизительно 30тыс м2/га.
Для пшеницы оптимальная площадь листьев 20-30 тыс. см2/га.
При площади 8 тыс. м2/га урожай – 11,2 ц/га (без полива).
При наличии 2-х поливов площадь листа составляет14,5 тыс. м2/га – 25ц/га.
При 2-х поливах и внесении удобрений площадь листа 25,5 тыс. м2/га-33,6 ц/га.
Для закрепления знаний о процессе фотосинтеза, полученных на уроке, учитель биологии предлагает ответить на вопросы теста (лучше, если эта форма работы будет проведена на компьютерах).
Выберите правильный ответ
1. В каких органеллах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?
2. Какие лучи спектра поглощают хлорофилл?
3. При расщеплении, какого соединения выделяется свободный кислород при фотосинтезе?
4. Что происходит с АТФ в световую стадию?
5. На какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод?
6. Какие растения создают наибольшую биомассу и выделяют большую часть кислорода?
7. В качестве домашнего задания ученикам предлагается решить многовековую загадку процесса фотосинтеза.
1) Что было бы хлорофилл не был бы включен в сложной фотосинтетический аппарат?
2) По какому пути пошла бы эволюция, если бы вообще не появился хлорофилл?
Завершает урок учитель литературы
Н. Рубцов.
Источник: http://xn—-btbgfrbtlnb0l8a.xn--p1ai/load/konspekty_urokov_biologii/urok_biologii_osobennosti_plasticheskogo_i_ehnergeticheskogo_obmenov_v_rastitelnoj_kletke/42-1-0-1694
Загрузка...
