Выводы к главе обмен веществ и превращение энергии, биология

Биология 9 класс

Тема. Обмен веществ и превращение энергии в клетке.

  • Цель: выяснить сущность процесса обмена веществ и превращения энергии, понятия ассимиляция, диссимиляция, автотрофные и гетеротрофные организмы, анаэробные и аэробные организмы, продолжать закреплять умение у учащихся составлять таблицу, распределяя соответствующие организмы по графам.
  • Задачи:
  • Образовательные:
  • усвоение учащимися понятий “обмен веществ” и “обмен энергии”, их значения для организма, осознание взаимосвязи процессов жизнедеятельности в организме;
  • формирование новых анатомо-физиологических и гигиенических понятий о пластическом и энергетическом обмене;
  • систематизация знаний по разделам “Питание”, “Дыхание”, “Кровообращение”, “Выделение”.

Развивающие:

  • совершенствование учащимися умения анализировать, конкретизировать, обобщать и делать выводы;
  • развитие мировоззрения: представлений о целостности организма, взаимосвязи его жизненных функций; о взаимосвязи и взаимозависимости организмов в природе, их связи с компонентами неживой природы.

Воспитательные:

  • совершенствование учащимися навыков культуры умственного труда, коммуникативных навыков: умения слушать и слышать товарища, участвовать в совместном решении проблем.
  1. Методы: частично – поисковый, наглядно – словестный.
  2. Формы работы: рассказ, беседа, работа с учебником, составление схем.
  3. Оборудование: презентация
  4. ХОД УРОКА
  5. І. Организационный етап
  6. ІІ. Мотивация учебной деятельности
  7. Русский народ всегда отличался мудростью и наблюдательностью, очень точно выражал замеченные закономерности в коротких и ёмких фразах – пословицах и поговорках.
  8. Объясните смысл поговорок:
  9. – “Тощий живот ни в пляску, ни в работу”.

Ответ: Для выполнения работы (или движения в пляске) необходима энергия. При недостатке питательных веществ в организме ее освобождается мало.

– “Хорошо поел – словно шубу надел”.

Возникает проблемная ситуация: Человек не работал, а только поел – стало теплее. Почему?

Ответ: При поступлении, питательные вещества преобразуются в тепловую энергию.

Одно из важных свойств живых организмов – обмен веществ и энергии (запись темы урока в тетради). Благодаря нему каждый организм не только поддерживает свое существование, но и развивается и растет. Вещества поступают из окружающей среды в организм, там преобразуются и удаляются из организма в окружающую среду продукты распада.

ІІІ. Актуализация опорных заний учащихся

Фронтальная беседа.(Примерные вопросы)

  1. Что такое обмен веществ?

  2. Какие две стороны обмена веществ вам известны?

  • IV. Изучение нового материала
  • Учитель: Какие же процессы обеспечивают обмен веществ?
  • Какие способы питания вы знаете?
  • Изобразим этот процесс схематично:

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Эту сложную цепь реакций называют МЕТАБОЛИЗМОМ. Давайте запишем в тетрадь определение.

Метаболизм – это совокупность протекающих в живых организмах биохимических превращений веществ и энергии, а также обмен веществами и энергией с окружающей средой.

Метаболизм складывается из двух процессов. Пластический обмен или ассимиляция и энергетический обмен или диссимиляция.

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Пластический обмен (лепка) – процесс, в результате которого питательные вещества, поступающие в клетку, идут на «строительство» утраченных частей, на создание новых клеток, происходит рост и развитие не только клеток, но и всего организма. В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков; ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 часа, а некоторые — через несколько десятков минут.

Энергетический обмен – энергия необходима для протекания всех процессов. 130 лет назад Большая аудитория музея прикладных знаний (ныне – Политехнического музея) в Санкт-Петербурге бывала переполнена.

Здесь читал лекции из цикла “Жизнь растений” молодой русский профессор, ставший впоследствии почетным доктором многих европейских университетов, Климент Аркадьевич Тимирязев.

Одну из лекций он начал так: “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка.

…Ударяясь о него, луч потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу”.

О чём поведал студента Климент Аркадьевич Тимирязев? Обсуждение.

Ответ. Первичным источником энергии для всего живого на Земле, за очень редким исключением, служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию.

Органические вещества, созданные растениями распадаются в организме на простые вещества, а освободившаяся энергия тратится на процессы жизнедеятельности. Эти два процесса взаимосвязаны.

Для синтеза органических веществ, что происходит при пластическом обмене, затрачивается энергия, которая образуется при энергетическом обмене, при распаде органических веществ.

Обмен веществ и превращение энергии- основа жизнедеятельности клетки. Анаболизм и катаболизм- две стороны одного процесса, их взаимосвязь. (Беседа, заполнение схемы «Взаимосвязь анаболизма и  катаболизма»)

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Метаболизм протекает в 3 этапа. 

ТАБЛИЦА. Этапы обмена веществ.

Название этапа Какие процессы происходят Место протекания процессов
Подготовительный Переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам. Пищеварительная дыхательная и кровеносная системы.
Основной Процессы пластического и энергетического обмена. Клетки организма.
Заключительный Удаление продуктов распада. Дыхательная, кровеносная и выделительная системы.

Давайте выясним, какие факторы негативно влияют на обменные процессы?

Варианты ответов учащихся.

Древнекитайский мыслитель Конфуций полагал, что “Если человек беспорядочен в своем отдыхе, нерегулярен в приеме пищи и неумерен в работе – болезнь убивает его”.

Ученые нашего времени установили, что здоровье человека зависит от 4-х главных факторов: на 50% – от здорового образа жизни, на 20% – от наследственности, на 20% – от экологической обстановки и на 10% – от здравоохранения.

Другими словами, в наших с вами руках удержать 50% собственного здоровья!!!

Что предполагает здоровый образ жизни? Это – двигательная активность, рациональное питание, отказ от вредных привычек и умение управлять своим здоровьем.

V. Закрепление полученных знаний

Беседа по вопросам:

  • Какие процессы происходят в клетке?
  • Что является внешним проявлением жизненных процессов?
  • Что получает организм из внешней среды?
  • Какие признаки живого вы знаете?
  • Что называют пластическим обменом в организме?
  • В чем суть энергетического обмена?
  • Какова биологическая роль энергетического обмена?

Задача

При беге на дистанции 100 м вам стало жарко и участилось дыхание, но не сразу, а лишь после 50 м бега. Почему?

VІ.Домашнее задание

Учебник : п. 8.

VІІ. Итог урока

Рефлексия

2.5 Обмен веществ и превращения энергии – свойства живых организмов

  • Видеоурок: Обмен веществ и превращения энергии. Стадии энергетического обмена
  • Лекция: Обмен веществ и превращения энергии – свойства живых организмов
  • Обмен веществ
  • Обмен веществ (метаболизм) – это химические процессы, являющиеся жизнью.
  • Базовой основой процесса жизни является синтез собственных веществ из продуктов расщепления полученных. Рассматриваются две разновидности метаболитических процессов:
  • пластический обмен – анаболизм или синтез, при котором происходит накопление потенциальной энергии в виде химических связей.
  • энергетический обмен – катаболизм, представляющий собой разложение веществ, с выделением энергии при разрыве связей.

Обе группы взаимосвязаны. Для синтеза нужна энергия, ее организм получает посредством катализа (расщепления).

Получение энергии посредством катализа

Жизнь возможна за счет использования химической и световой энергии. Автотрофные растения синтезируют глюкозу с помощью солнечного света из воды и углекислого газа.

Многие бактерии живут за счет хемосинтеза – процесса окисления неорганических веществ, используя серные, азотные, углеродные соединения. Грибы и животные получают энергию и материю для синтеза, потребляя созданные растениями сахара и другие органические соединения.

Некоторые организмы могут иметь смешанные виды питания и являться миксотрофами – эвглена, росянка.

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Очень важна роль ферментов – они ускоряют химические реакции до необходимых для поддержания жизнедеятельности скоростей, в сотни тысяч раз. Без них жизнь невозможна, из-за низких скоростей химических реакций.

Ферменты имеют белковую структуру, каждый является катализатором одного вида реакций.

Свойства ферментов определяются их структурой – в молекуле белка-фермента имеется активный центр, взаимодействующий с целевыми химическими веществами.

Уровень активности ферментов определяется различными параметрами:

  • Температурой. С ее ростом активность повышается.
  • Кислотностью среды. Для работы большей части ферментов необходима нейтральная среда, кислая – предпочтительна для пищеварения млекопитающих, щелочная — для ферментов секрета поджелудочной железы.
  • Количеством субстрата.

Названия белков-ферментов оканчиваются на -аза.

Особенностью энергетического обмена, характерной для аэробных организмов является его поэтапное прохождение. Выделяется три этапа:

  • Подготовительный. Это пищеварение, происходящее в пищеварительных вакуолях лизосом простейших, в ЖКТ у многоклеточных. Функционально – это процесс разложения макромолекул на мономеры.
  • Гликолиз. Происходит в цитоплазме. Это бескислородное превращение глюкозы с ее окислением. Происходит несколько каскадных химических реакций. В их результате из глюкозы получается 2 молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и 2 молекулы АТФ. Частично выделяющаяся в ходе реакций энергия запасается обратно в АТФ, часть ее – в виде тепла рассеивается в пространство.
  • Кислородный этап. Это – каскадный двуступенчатый процесс: цикл Кребса с последующим окислительным фосфорилированием (дыханием). Пируват на этом этапе превращается в углекислый газ и воду с образованием 34 молекул АТФ, а затем образованием еще 2 при дыхании. С химической точки зрения энергетический обмен выглядит как: С6Н12O6 + 6O2 = 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.
Читайте также:  Темновая фаза фотосинтеза, Биология

Другие виды получения энергии

Брожение.Один из основных способов получения энергии простейшими и некоторыми клетками высших животных. При этом, полученный из глюкозы пируват растительными клетками включается в спиртовое брожение, распадаясь на углекислый газ и спирт. У животных пируват вступает в молочнокислое брожение – он превращается в молочную кислоту.

В условиях недостатка кислорода мышечные клетки прибегают к менее эффективному, но более быстрому способу синтеза АТФ. Излишки молочной кислоты, не успевающие включиться в метаболизм из-за недостатка кислорода вызывают боль в мышцах.

Существуют еще такие виды брожения, как метановое (способ очистки сточных вод), маслянокислое, уксуснокислое.

Фотосинтез. Был доказан в 1630 г голландцем ван Гельмонтом, который обнаружил самостоятельное создание растениями питательных веществ. Изменение состава воздуха растениями доказано в 1771 г Д.Пристли. Сейчас наука рассматривает фотосинтез, как процессы синтеза клетками зеленых растений глюкозы из воды и углекислого газа под воздействием солнечного света.

Хлорофилл представляет собой сложную молекулу, состоящую из, примерно, десятка ароматических пятичленных колец, с магниевыми комплексами.

Достаточно изученная световая фаза фотосинтеза разделяется на несколько этапов:

  • полученный извне фотон становится причиной возбуждения молекулы хлорофилла, ее электроны сдвигаются на более высокий уровень;электроны подхватываются ионизированным никотинамиддифосфатом, что приводит к его востановлению;
  • происходит фотолиз воды – с разложением на ионизированный водород, 4 электрона, молекулу кислорода.

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Эта первичная фаза происходит на складчатых образованиях внутреннего мембранного слоя – тилакоидах хлоропластов.Стопки мембран внутри пластиды называются граны.

Во время темновой фотосинтетической фазы между гранами внутри хлоропласта (в строме) производится синтез молекул углеводов, с использованием энергии АТФ никотиамиддифосфата, а также углекислого газа.

Хемосинтез. В условиях отсутствия питательных веществ и солнечного света обитают многие виды хемосинтезирующих бактерий:

  • железобактерии – получают энергию, увеличивая степень окисления железа – от двух до трехвалентного.
  • водородные – превращают в воду молекулярный водород.
  • тионовые – живут за счет окисления тиосульфатов и других соединений серы, а также ее молекулярной формы до серной кислоты. Многие из них могут обитать в экстремально кислых средах, индифферентны к высоким концентрациям тяжелых металлов, выщелачивая их из руд.
  • серобактерии – превращают сероводород в чистую серу и соли серной кислоты;нитрифицирующие – превращают аммиак в азотную и азотистую кислоты.

Хемосинтетики являются важным звеном круговорота веществ.

Предыдущий урок Следующий урок

16. Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен

16. Обмен веществ и превращение энергии. Энергетический обмен

  • Вспомните!
  • Что такое метаболизм?
  • Из каких двух взаимосвязанных процессов он состоит?
  • Где в организме человека происходит расщепление большей части органических веществ, поступающих с пищей?

Обмен веществ и энергии. Главным условием жизни любого организма является обмен веществ и энергии с окружающей средой. В каждой клетке непрерывно происходят сложнейшие процессы, которые направлены на поддержание и обеспечение нормальной жизнедеятельности самой клетки и организма в целом.

Синтезируются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот образуются белки, из простых сахаров – полисахариды, из нуклеотидов – нуклеиновые кислоты. Клетки делятся и образуют новые органоиды, из клетки и в клетку активно транспортируются различные вещества.

По нервным волокнам передаются электрические импульсы, сокращаются мышцы, поддерживается постоянная температура тела – на всё это, а также на многие другие процессы, протекающие в организме, требуется энергия. Эта энергия образуется при расщеплении органических веществ.

Совокупность реакций расщепления высокомолекулярных соединений, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии, называют энергетическим обменом или диссимиляцией. В основном энергия запасается в виде универсального энергоёмкого соединения – АТФ.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – нуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина), сахара рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты (рис. 53). АТФ является главной энергетической молекулой клетки, своего рода аккумулятором энергии.

Все процессы в живых организмах, требующие затрат энергии, сопровождаются превращением молекулы АТФ в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При отщеплении остатка фосфорной кислоты высвобождается большое количество энергии – 40 кДж/моль. Таких высокоэнергетических (так называемых макроэргических) связей в молекуле АТФ две.

Восстановление структуры АТФ из АДФ и фосфорной кислоты происходит в митохондриях и сопровождается поглощением энергии.

Запас органических веществ, которые организм расходует для получения энергии, должен постоянно пополняться или за счёт пищи, как это происходит у животных, или путём синтеза из неорганических веществ (растения).

Совокупность всех процессов биосинтеза, протекающих в живых организмах, называют пластическим обменом или ассимиляцией. Пластический обмен всегда сопровождается поглощением энергии.

Основными процессами пластического обмена являются биосинтез белка (§ 13) и фотосинтез (§ 17).

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Рис. 53. Строение молекулы АТФ (знаком «~» обозначена макроэргическая связь)

Итак, в процессе энергетического обмена расщепляются органические соединения и запасается энергия, а во время пластического обмена расходуется энергия и синтезируются органические вещества.

Реакции энергетического и пластического обмена находятся в неразрывной связи, образуя в совокупности единый процесс – обмен веществ и энергии, или метаболизм.

Метаболизм непрерывно осуществляется во всех клетках, тканях и органах, поддерживая постоянство внутренней среды организма – гомеостаз.

Энергетический обмен. Большинству организмов на нашей планете для жизнедеятельности необходим кислород. Такие организмы называют аэробными.

Энергетический обмен у аэробов происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.

При наличии кислорода органические вещества в процессе дыхания полностью окисляются до углекислого газа и воды, в результате чего запасается большое количество энергии.

Анаэробные организмы способны обходиться без кислорода. Для некоторых из них кислород вообще губителен, поэтому они живут там, где кислорода нет совсем, как, например, возбудитель столбняка.

Другие, так называемые факультативные анаэробы, могут существовать как без кислорода, так и в его присутствии.

Энергетический обмен у анаэробных организмов происходит в два этапа: подготовительный и бескислородный, поэтому органические вещества окисляются не полностью и энергии запасается гораздо меньше.

Рассмотрим три этапа энергетического обмена (рис. 54).

Подготовительный этап. Этот этап осуществляется в желудочно-кишечном тракте и в лизосомах клеток. Здесь высокомолекулярные соединения под действием пищеварительных ферментов распадаются до более простых, низкомолекулярных: белки – до аминокислот, полисахариды – до моносахаридов, жиры – до глицерина и жирных кислот.

Энергия, которая выделяется при этих реакциях, не запасается, а рассеивается в виде тепла. Низкомолекулярные вещества, образующиеся на подготовительном этапе, могут использоваться организмом для синтеза своих собственных органических соединений, т. е. вступать в пластический обмен или расщепляться дальше с целью запасания энергии.

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

Рис. 54. Этапы энергетического обмена

Бескислородный этап. Второй этап протекает в цитоплазме клеток, где происходит дальнейшее расщепление простых органических веществ.

Аминокислоты, образованные на первом этапе, организм не использует на следующих этапах диссимиляции, потому что они необходимы ему в качестве материала для синтеза собственных белковых молекул.

Поэтому для получения энергии белки расходуются очень редко, обычно только в том случае, когда остальные резервы (углеводы и жиры) уже исчерпаны. Обычно самым доступным источником энергии в клетке является глюкоза.

Сложный многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы на втором этапе энергетического обмена называют гликолизом (от греч. glycos – сладкий и lysis – расщепление).

В результате гликолиза глюкоза расщепляется до более простых органических соединений (глюкоза С6Н12О6 ? пировиноградная кислота С3Н4О3).

При этом выделяется энергия, 60 % которой рассеивается в виде тепла, а 40 % используется для синтеза АТФ. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется две молекулы АТФ и две молекулы пировиноградной кислоты.

Таким образом, на втором этапе диссимиляции организм начинает запасать энергию.

Дальнейшая судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислород есть, то пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где происходит её полное окисление до СО2 и Н2О и осуществляется третий, кислородный этап энергетического обмена (см. ниже).

При отсутствии кислорода происходит так называемое анаэробное дыхание, которое часто называют брожением. В клетках дрожжей в процессе спиртового брожения пировиноградная кислота (ПВК) превращается в этиловый спирт (ПВК ? Этиловый спирт + СО2).

При молочнокислом брожении из ПВК образуется молочная кислота. Этот процесс может происходить не только у молочнокислых бактерий. При напряжённой физической работе в клетках мышечной ткани человека возникает нехватка кислорода, в результате чего образуется молочная кислота, накопление которой вызывает чувство усталости, боль и иногда даже судороги.

Кислородный этап. На третьем этапе продукты, образовавшиеся при бескислородном расщеплении глюкозы, окисляются до углекислого газа и воды.

При этом освобождается большое количество энергии, значительная часть которой используется для синтеза АТФ. Этот процесс протекает в митохондриях и называется клеточным дыханием.

В ходе клеточного дыхания при окислении двух молекул ПВК выделяется энергия, запасаемая организмом в виде 36 молекул АТФ.

Итак, в процессе энергетического обмена при полном окислении одной молекулы глюкозы до углекислого газа и воды образуется 38 молекул АТФ (2 молекулы – в процессе гликолиза и 36 – в процессе клеточного дыхания в митохондриях):

Читайте также:  Тип моллюски - биология

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Ф 6СО2 ? 6Н2О + 38АТФ.

В анаэробных условиях эффективность энергетического обмена значительно ниже – всего 2 молекулы АТФ. Продукты брожения (этиловый спирт, молочная кислота, масляная кислота) в своих химических связях сохраняют ещё много энергии, т. е.

более выгодным в энергетическом отношении является кислородный путь диссимиляции. Но исторически брожение – более древний процесс. Он мог осуществляться ещё тогда, когда в атмосфере древней Земли отсутствовал свободный кислород.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое диссимиляция? Перечислите её этапы.

2. В чём заключается роль АТФ в обмене веществ в клетке?

3. Какие структуры клетки осуществляют синтез АТФ?

4. Расскажите об энергетическом обмене в клетке на примере расщепления глюкозы.

5. Изобразите схематично процесс диссимиляции, сведя на одной схеме все возможные его варианты, упомянутые в тексте параграфа (в том числе брожение).

6. Синонимами слов «диссимиляция» и «ассимиляция» являются термины «катаболизм» и «анаболизм». Объясните происхождение этих терминов.

Подумайте! Выполните!

1. Объясните, почему потребление избыточного количества пищи приводит к ожирению.

2. Почему энергетический обмен не может существовать без пластического обмена?

3. Как вы считаете, почему после тяжёлой физической работы, для того чтобы быстрее снять боли в мышцах, рекомендуют принять тёплую ванну?

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Краткий конспект. Тема "Обмен веществ и превращение энергии в клетке"

  • ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ (МЕТАБОЛИЗМ)
  • Постоянный обмен веществ с окружающей средой – одно из основных свойств живых систем.
  • Процесс синтеза органических веществ называется ассимиляцией или пластическим обменом (анаболизм).
  • Процесс расщепления органических веществ называется диссимиляцией (катаболизм).

Пластический и энергетический обмен неразрывно связаны: все реакции синтеза нуждаются в энергии, а все реакции расщепления протекают при помощи ферментов, катализирующих эти реакции.

Ферменты образуются в результате синтеза (ассимиляции).

Через пластический и энергетический обмен образуется связь с внешней средой: из внешней среды в клетку поступают питательные вещества, служащие материалом для реакций энергетического обмена; во внешнюю среду выделяются вещества, которые не могут быть использованы клеткой (H2O, СО2 и др.).

Совокупность реакций энергетического и пластического обменов, в процессе которых осуществляется связь клетки с внешней средой, называется обменом веществ и энергии.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН (ДИССИМИЛЯЦИЯ)

В этом процессе органические вещества, богатые энергией, распадаются на низкомолекулярные органические или неорганические соединения, бедные энергией. Реакции сопровождаются освобождением энергии, часть которой запасается в форме АТФ.

Энергетический обмен осуществляется в 3 этапа:

I. Подготовительный этап

Протекает в желудочно-кишечном тракте. На этом этапе сложные органические вещества расщепляются на более простые: белки до аминокислот, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов, углеводы на моносахариды, жиры до жирных кислот и глицерина, освобождаемая при этом энергия рассеивается в виде тепла.

II этап – анаэробный (гликолиз) – бескислородное окисление

Протекает в цитоплазме клеток. Образованные на I этапе вещества подвергаются расщеплению с освобождением энергии – неполное окисление.

Процесс называют бескислородным или анаэробным, т.к. идет без поглощения кислорода. Главным источником энергии в клетке является глюкоза (С6Н12О6).

  1. Бескислородное расщепление глюкозы – гликолиз:
  2. С6Н12О6 + 2НАД +2АДФ + 2Ф 2С3Н4О3 + 2НАДН2 + 2АТФ
  3. глюкоза ПВК (Атомы Н накапливаются при помощи акцептора НАД+, а позже
  4. соединяются с О2 Н2О)
  5. В результате неполного окисления 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ.
  6. Виды брожения

В условиях, когда О2 нет и, значит, водородные атомы, освободившиеся в процессе гликолиза, не могут быть ему переданы, вместо О2 должен быть использован другой акцептор водорода. Таким акцептором становиться пировиноградная кислота (ПВК). В зависимости от метаболических путей организма, конечные продукты различны:

  • Молочнокислое: 2С3Н4О3 + 2НАД·Н2 2С3Н6О3 (молочная к-та) + 2НАД
  • Спиртовое: 2С3Н4О3 + 2НАД·Н2 2С2Н5ОН (этиловый спирт) + СО2 + НАД
  • Маслянокислое: 2 С3Н4О3 + 2НАД·Н2 С4Н8О2 (масляная к-та) + 2СО2 + 2Н2 + НАД
  • III этап – аэробный – полное окисление (клеточное дыхание)

Протекает в митохондриях. Это аэробный процесс, т.е. протекающий с обязательным присутствием кислорода. Образовавшаяся в процессе гликолиза пировиноградная кислота (ПВК): С3Н4О3 подвергается дальнейшему окислению в митохондриях до Н2О и СО2 и освобождается большое количество энергии:

  1. 2С3Н4О3 + 6О2 + 36АДФ + 36 Н3РО4 42Н2О + 6СО2 + (36АТФ)
  2. Таким образом, всего на втором и третьем этапе выделяется 38АТФ:
  3. С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ.
  4. Клеточное дыхание включает три группы реакций:
  5. – Образование ацетилкофермента А;
  6. – Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонной кислоты (цикл Кребса);
  7. – Перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование.
  8. Первый и второй этапы протекают в матриксе митохондрий, а третья – на внутренней мембране митохондрий.
  9. 1. Образование ацетилкофермента А:
  10. Пировиноградная кислота поступает из цитоплазмы в митохондрии, где претерпевает окислительное декарбоксилирование, заключающееся в отщеплении одной молекулы углекислого газа (СO2) образование ацетильной группы пирувата (СН3СО–), которая присоединяется к коферменту А (КоА) образование ацетил-КоА.
  11. 2. Цикл Кребса

В цикле Кребса происходит последовательное окисление ацетил-КоА в составе лимонной кислоты, что сопровождается отщеплением углекислого газа и водорода, который собирается в НАДH2 и передается в цепь транспорта электронов, встроенную во внутреннюю мембрану митохондрий, т.е. в результате полного оборота цикла Кребса одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и Н2О.

Конечные продукты цикла Кребса и пути их использования:

  • СО2 выдыхается с воздухом;
  • НАДН и ФАДН2 поставляют водород в дыхательную цепь;

– АТФ используется на различные виды работы

3. Перенос электронов по дыхательной цепи и окислительное фосфорилирование

Дыхательная цепь (цепь переноса электронов) – это цепь окислительно-восстановительных реакций, в ходе работы которой компоненты дыхательной цепи катализируют перенос протонов (Н+) и электронов (е-) от НАД∙H2 и ФАД∙H2 на их конечный акцептор – кислород, в результате чего образуется Н2О (электроны переносятся по дыхательной цепи на молекулу О2 и активируют её. Активированный кислород сразу же реагирует с образовавшимися протонами (Н+), в результате чего выделяется вода.

Окислительное фосфорилирование – это синтез АТФ из АДФ и фосфата с помощью встроенного во внутреннюю мембрану митохондрий фермента АТФ-синтетазы. В этом процессе используется энергия движения электронов и протонов в митохондриальной мембране.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

Процесс ассимиляции – это процесс образования сложных органических веществ из более простых. К пластическому обмену относится биосинтез белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и фотосинтез.

Различают два типа ассимиляции: гетеротрофную и автотрофную.

Гетеротрофная ассимиляция имеет место в клетках животных организмов, грибов и большинства бактерий, которые для синтеза собственных веществ используют готовые органические соединения. например, на синтез белков в клетках животных идут аминокислоты, поступающие в организм с пищей, на синтез нуклеиновых кислот – нуклеотиды, содержащиеся в пище и т. д.

  • Автотрофные организмы синтезируют сложные органические вещества из неорганических (СО2 и Н2О) посредством фотосинтеза и хемосинтеза.
  • Фотосинтез
  • Синтез органических соединений из неорганических (СО2 и Н2О), протекающий за счет световой энергии.
  • Побочным продуктом фотосинтеза является О2, выделяющийся в атмосферу.

Фотосинтез протекает в хлоропластах при участии хлорофилла. В фотосинтезе выделяют 2 фазы: световую и темновую.

I. Световая фаза: протекает в тилакоидах хлоропластов только на свету. Под действием света хлорофмлл приходит в «возбужденное» состояние, под влиянием квантов света из атомов магния «выбиваются» е (электроны) и приобретают скорость «убегания», т.е. покидают свои орбиты, отрываясь от молекулы хлорофилла.

Вода в хлоропластах находится частично в диссоциированном состоянии:

Н2О Н+ + ОН

Один из электронов соединен с ионом водорода (Н+) из воды. Водород при этом восстанавливается до атома до атома: 2Н0 + НАДФ = НАДФ∙H2.

  1. Ион гидроксида (ОН-), оставшийся без противоиона, немедленно отдает свой электрон молекулам хлорофилла, утратившим свои е-, и превращаются в свободной радикал – ОН0: ОН – е = ОН0.
  2. Свободные радикалы гидроксида при этом взаимодействуют друг с другом:
  3. 4ОН 2Н2О + О2.

Следовательно, световая фаза характеризуется реакцией: Н2О О2 + 4Н. Помимо образования О2 и Н, главным моментом световой фазы является синтез АТФ.

У растений АТФ образуется и в митохондриях, и в хлоропластах.

II. Темновая фаза: протекает в строме хлоропластов как на свету, так и в темноте. Из СО2 атмосферы и атомов водорода, образовавшихся в световую фазу, а также при участии АТФ, образовавшейся в световую фазу, образуется сложное органическое вещество – глюкоза: 6СО2 + 24Н2 С6Н12О6 + 6Н2О,

  • В результате фотосинтеза имеем: 6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2
  • Таким образом, световая энергия солнца преобразовалась в химическую энергию глюкозы.
  • ХЕМОСИНТЕЗ
  • Хемосинтез, как и фотосинтез, характеризуется синтезом органических веществ из неорганических, но в этом процессе используется не энергия света, а энергия химических связей, химическая энергия и кислород в окружающую среду не выделяется.
  • Наибольшее значение имеют нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.
  • Серобактерии окисляют сероводород до серы и далее до серной кислоты:
  • H2S О2 S + энергия; S О2 H2SO4
  • Освобожденная в этих процессах энергия накапливается в виде молекул АТФ и используется затем для синтеза органических веществ, протекающего по типу синтеза глюкозы в темновой фазе фотосинтеза.
  • СО2 + Н2О + АТФ углевод
Читайте также:  Органы цветкового растения - биология

Автотрофная ассимиляция – характерна для клеток зеленных растений, некоторых бактерий. В этих клетках органические вещества синтезируются из неорганических. Источником энергии служит свет или химическая энергия.

  1. Гетеротрофная ассимиляция – имеет место в клетках животных организмов, грибов и большинства бактерий, которые для синтеза собственных веществ используют готовые органические соединения.
  2. Например, на синтез белков в клетках животных идут аминокислоты, поступающие в организм с пищей.
  3. СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА

Выводы к главе Обмен веществ и превращение энергии, Биология

«Обмен веществ и превращение энергии»

  • Тема урока: «Обмен веществ и превращение энергии»
  • Тип урока: изучение нового материала
  • Цели урока:
  • Образовательные:
  • усвоение учащимися понятий “обмен веществ” и “обмен энергии”, их значения для организма, осознание взаимосвязи процессов жизнедеятельности в организме;
  • систематизация знаний по разделам “Питание”, “Дыхание”, “Кровообращение”.

Развивающие:

  • совершенствование учащимися умения анализировать, конкретизировать, перекодировать учебную информацию, обобщать и делать выводы;
  • развитие логического и системного мышления;
  • развитие мировоззрения: представлений о целостности организма, взаимосвязи его жизненных функций; о взаимосвязи и взаимозависимости организмов в природе, их связи с компонентами неживой природы;
  • подведение учащихся к пониманию экологических и химических закономерностей,
  • совершенствовать навыки самостоятельной работы с учебником.  

Воспитательная:

  • воспитание патриотизма, уважения к традициям и мудрости русского народа; совершенствование учащимися навыков культуры умственного труда, коммуникативных навыков: умения слушать и слышать товарища, участвовать в совместном решении проблем;
  • совершенствование эстетического восприятия.
  1. Оборудование: 
  2. ХОД УРОКА
  3. I. Оргмомент
  4. II. Основное содержание урока
  5. 1. Мотивация
  6. Русский народ всегда отличался мудростью и наблюдательностью, очень точно выражал замеченные закономерности в коротких и ёмких фразах – пословицах и поговорках.
  7. Объяснить смысл поговорок:

– “Тощий живот ни в пляску, ни в работу”. (Для выполнения работы или движения в пляске необходима энергия. При недостатке питательных веществ в организме ее освобождается мало.)

– “Хорошо поел – словно шубу надел”. (Возникает проблемная ситуация: человек не работал, а только поел – стало теплее.) Почему? (При поступлении, питательные вещества преобразуются в тепловую энергию.)

  • 2. Изучение нового материала
  • Одно из важных свойств живых организмов – обмен веществ и энергии.
  • Запись темы в тетради. 
  • «Мы едим для того, чтобы жить, а не живём для того, чтобы есть» Сократ.
  • Вещества поступают из окружающей среды в организм, там преобразуются и удаляются из организма в окружающую среду продукты распада.

Эту сложную цепь реакций называют МЕТАБОЛИЗМОМ. Записывают в тетрадь.

Обмен веществ и энергии – совокупность протекающих в живых организмах биохимических превращений веществ и энергии, а также обмен веществами и энергией с окружающей средой – метаболизм.

Метаболизм складывается из двух процессов. Пластический обмен или ассимиляция и энергетический обмен или диссимиляция.

Хотя, как мы сейчас знаем, обмен веществ происходит непрерывно, видимая псевдонеизменность нашего тела долгое время вводила в заблуждение не только неискушенных в науке людей, но и многих учёных и философов древности.

Тогда полагали, что в организме имеются два вида веществ; одни из них идут на строительство тела, они неподвижны, статичны; другие же, используемые в качестве источника энергии, быстро перерабатываются.

Однако внедрение в биологические исследования меченых атомов позволило в экспериментах на животных установить, что во всех тканях и клетках обмен веществ происходит непрерывно — никакой разницы между «строительными» и «энергетическими» молекулами не существует. В организме все молекулы равным образом участвуют в обмене веществ. 

Пластический обмен (лепка) – процесс, в результате которого питательные вещества, поступающие в клетку, идут на «строительство» утраченных частей, на создание новых клеток, происходит рост и развитие не только клеток, но и всего организма.

В среднем у человека каждые 80 дней меняется половина всех тканевых белков; ферменты печени (в ней идут особенно интенсивные реакции) обновляются через 2-4 часа, а некоторые — через несколько десятков минутЭнергетический обмен – энергия необходима для протекания всех процессов.

130 лет назад «Большая аудитория» музея прикладных знаний (ныне – Политехнического музея) в Санкт-Петербурге бывала переполнена. Здесь читал лекции из цикла “Жизнь растений” молодой русский профессор, ставший впоследствии почетным доктором многих европейских университетов, Климент Аркадьевич Тимирязев.

Одну из лекций он начал так: “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка. …Ударяясь о него, луч потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей.

Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу”. О чём поведал студента Климент Аркадьевич Тимирязев?  Обсуждение.

Ответ:Первичным источником энергии для всего живого на Земле, за очень редким исключением, служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи — растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию.

  Органические вещества, созданные растениями распадаются в организме на простые вещества, а освободившаяся энергия тратится на процессы жизнедеятельности.Эти два процесса взаимосвязаны.

Для синтеза органических веществ, что происходит при пластическом обмене, затрачивается энергия, которая образуется при энергетическом обмене, при распаде органических веществ.

Этапы обмена веществ

Название этапа Какие процессы происходят Место протекания процессов
Подготовительный  Переваривание пищи и доставка питательных веществ и кислорода к клеткам. Пищеварительная дыхательная и кровеносная системы.
Основной Процессы пластического и энергетического обмена. Клетки организма.
Заключительный Удаление продуктов распада. Дыхательная, кровеносная и выделительная  системы.

Давайте выясним, какие факторы негативно влияют на обменные процессы?

Варианты ответов учащихся.

Древнекитайский мыслитель Конфуций полагал, что “Если человек беспорядочен в своем отдыхе, нерегулярен в приеме пищи и неумерен в работе – болезнь убивает его”.

Ученые нашего времени установили, что здоровье человека зависит от 4-х главных факторов: на 50% – от здорового образа жизни, на 20% – от наследственности, на 20% – от экологической обстановки и на 10% – от здравоохранения.

Другими словами, в наших с вами руках удержать 50% собственного здоровья!!!Физкультминутка.

Обмен белков

Фронтальная беседа.

  1. Перечислите в каких отделах пищеварительной системы происходит расщепление белков?
  2. Трипсин и пепсин это…?
  3. Мономерами белков являются….
  4. Функции белков

«Обмен углеводов»

Прочитайте текст на стр. 186 «Обмен углеводов». Сформулируйте один вопрос по тексту, работайте в парах. Запишите  ответ на сформулированный вопрос.

  1. «Обмен жиров»
  2. -рассказ учителя
  3. Обмен воды.
  4. Фронтальная беседа по вопросам:
  1. Какое количество воды в среднем человек потребляет ежедневно? (2-2,5л)
  2. Почему воду называют универсальным растворителем? (жизненные процессы, биохимические реакции проходят в водной среде)
  3. Почему воду рекомендуется употреблять часто и по-немногу? (излишек воды всасывается в кровь и пока он не будет выведен почками, сердце работает с излишней нагрузкой)

Обмен минеральных солей.

Прочитайте текст на стр.187. Найдите ответы на вопросы:

  1. В каких частях клетки содержатся минеральные соли? (ядро и цитоплазма)
  2. Какую функцию выполняют минеральные соли в клетке?(поддержание кислотно-щелочного равновесия в клетках тела и во внутренней среде организма)
  3. Заполните таблицу, записав химический знак элемента
Макроэлементы
Микроэлементы

                  4. Эту соль мы употребляем чаще других. При её недостатке усиленно выделяется вода, употребление большого количества соли вызывает отёки. О какой соли идёт речь? (поваренная соль, хлорид натрия).

3. Закрепление

1. Задача.

На чашу весов помещают мышь под металлическую сетку и уравновешивают весы. Животное активно перемещается по чашке, карабкается по сетке. Примерно через 30 минут после начала опыта чашка с мышью поднялась вверх. Почему?

Ответ: Масса тела теряется за счет выдыхания углекислого газа и паров воды, которые образуются при расщеплении веществ пищи для получения энергии.

2. Ответьте на вопросы:

1. Каково значение органов пищеварения, дыхания и кровообращения в обмене веществ между организмом и внешней средой?

Домашнее задание  

  • Прочитать параграф 36, ответить на вопросы к параграфу, составить схему взаимопревращения органических веществ.
  • Рефлексия
  • Приложение.
  • Этапы обмена веществ
Название этапа Какие процессы происходят Место протекания процессов

Обмен минеральных солей.

Прочитайте текст на стр.187. Найдите ответы на вопросы:

  1. В каких частях клетки содержатся минеральные соли?
  2. Какую функцию выполняют минеральные соли в клетке?
  3. Заполните таблицу, записав химический знак элемента
Макроэлементы
Микроэлементы

                  4. Эту соль мы употребляем чаще других. При её недостатке усиленно выделяется вода, употребление большого количества соли вызывает отёки. О какой соли идёт речь? (поваренная соль, хлорид натрия).

Рефлексия.

Ссылка на основную публикацию