§ 10. МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ

Основные понятия и ключевые термины: МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ. Аденозинтрифосфатная кислота (АТФ). Ферменты.

Вспомните! Что такое биологические системы?

Запомните!

Энергия (от греч. энергос - деятельный) - это физическая величина, общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Понятие энергии объединяет все явления природы в одно целое. Оно связано со способностью физического тела или системы выполнять определённую работу. При этом тело или система частично теряет энергию.

СОДЕРЖАНИЕ

Как обеспечиваются единство и постоянство химического состава клетки?

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ЖИЗНИ - это уровень организации, свойства которого определяются химическими элементами и молекулами и их участием в процессах преобразования энергии, веществ и информации. Для поддержания упорядоченности химического состава в изменяющихся условиях существования клеткам необходимо непрерывное пополнение энергии извне. Источником этой энергии является свет для клеток автотрофов или химическая энергия органических соединений для клеток гетеротрофов. Первый закон термодинамики указывает на то, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, она лишь переходит из одной формы в другую. Например, в растительных клетках световая энергия превращается в химическую энергию связей глюкозы, в клетках животных химическая энергия углеводов превращается в механическую энергию движения. Во время преобразования энергии в клетках какая-то её часть утрачивается в виде теплоты. Все эти преобразования энергии составляют её энергетический обмен.

Во время энергетического обмена энергия используется для превращения веществ: синтеза сложных молекул из простых, образования особых энергетических соединений с макроэргическими связями и т. п. Благодаря энергии клетка осуществляет и преобразования информации: воспринимает сенсорную информацию извне, подаёт информативные сигналы для других клеток, передаёт наследственную информацию следующему поколению клеток. Эти примеры свидетельствуют о том, что преобразования энергии происходят одновременно с преобразованиями веществ и информации.

Итак, единство и постоянство составляющих молекулярного уровня обеспечивается триединым потоком энергии, веществ и информации.

Как строение АТФ связано с её функциями?

Аденозинтрифосфатная кислота (АТФ) - органическое соединение, являющееся универсальным химическим аккумулятором энергии в клетке. Молекула АТФ является нуклеотидом, состоящим из аденина, рибозы и трёх остатков ортофосфатной кислоты. При гидролитическом отщеплении фосфатной группы от АТФ высвобождается около 40 кДж энергии и образуется АДФ (аденозиндифосфатная кислота) (ил. 22). Когда же от молекулы АТФ отщепляются два ортофосфатных остатка, то образуется АМФ (аденозинмонофосфатная кислота) и высвобождается около 80 кДж энергии. АТФ образуется за счёт энергии, выделяемой при окислении веществ в цитоплазме клеток, митохондриях, а во время фотосинтеза - ещё и в хлоропластах.

Использование АТФ зависит от энергетических потребностей клеток. Так, в состоянии покоя у человека распадается 28 г АТФ в 1 мин, а при физической нагрузке расход АТФ достигает 500 г в 1 мин.

В обратном процессе, при образовании АТФ из АДФ или АМФ и неорганического фосфата, энергия аккумулируется в высокоэнергетических макроэргических связях, которые возникают между остатками ортофосфатной кислоты. Молекулы АТФ образуются в кислородных (аэробных) и бескислородных (анаэробных) условиях. Процессы расщепления и образования АТФ происходят постоянно в соответствии со схемой:

Ил. 22. Схема гидролиза АТФ

Итак, основная функция АТФ - это энергетическая, так как запасает в своих макроэргических связях значительное количество энергии.

Каково значение ферментов в клетке?

Установлено, что ферменты имеют белковую природу, образуются в клетках организмов и служат катализаторами практически во всех биохимических реакциях. Отличие ферментов от химических катализаторов заключается в их специфичности. Каждый вид фермента катализирует особую химическую реакцию. В природе есть и РНК-ферменты, называемые рибозимами. Их считают первоначальной формой органических катализаторов, которые были заменены белковыми ферментами в процессе эволюции. Наука о ферментах называется энзимологией.

Ил. 23. Механизм действия ферментов

Общими свойствами ферментов являются:

• наличие активных центров (участки из нескольких аминокислот, к которым присоединяются молекулы субстрата);

• специфичность, которая определяется комплементарным соответствием между участком фермента и молекулой субстрата;

• зависимость активности от определённых условий (рН, температуры, давления, концентрации субстрата и ферментов);

• каталитичность - ускоряют реакции, но сами при этом не расходуются;

• высокая биологическая активность - для реакций используются в малых количествах;

• управляемость действия происходит под влиянием определённых соединений (регуляторные белки, катионы металлов).

Чаще всего ферменты классифицируют по химическому составу на простые и сложные. Простые ферменты являются однокомпонентными, то есть содержат белковую часть (например, амилазы, липазы, протеазы). Сложные ферменты - двухкомпонентны, состоят из апофермента (белковой части) и кофактора (небелковой части) (например, каталаза, ДНК-полимераза).

Ферментные реакции делятся на анаболические (реакции синтеза) и катаболические (реакции распада), а совокупность всех этих процессов в живой системе называют метаболизмом.

Значение ферментов заключается в том, что они увеличивают скорость химических реакций в клетке, обеспечивая химические превращения веществ вследствие снижения энергии активации (энергии, необходимой молекуле, чтобы стать реакционноспособной).

Итак, ферменты - высокоспецифичные белки или РНК-молекулы, которые являются биологическими катализаторами реакций в клетках.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Лабораторное исследование «СВОЙСТВА ФЕРМЕНТОВ»

Оборудование и материалы: предметные и покровные стекла, пробирки, микроскопы, листья элодеи, мякоть яблока, кусочки сырого и варёного картофеля, сырого и варёного мяса, ступка, свежий 3 %-й раствор Н2О2, дистиллированная вода. Теоретическая часть

Пероксид водорода (Н2О2) накапливается в живых клетках в результате окислительно-восстановительных процессов. Он оказывает токсическое действие на жизнедеятельность клетки. Этому препятствует фермент каталаза (пероксидаза), который катализирует расщепление Н2О2 на воду и О2.

Ход работы

1. Изготовьте микропрепарат листка элодеи и рассмотрите его под микроскопом. Капните на предметное стекло с одной стороны покровного стекла раствором пероксида водорода, с другой - оттяните воду фильтровальной бумагой. Проследите под микроскопом за явлением.

2. Приготовьте 7 пробирок и поместите в них указанные объекты. В каждую пробирку капните 6-7 капель Н2О2 и наблюдайте за изменениями в пробирках. Занесите результаты в таблицу.

3. Итог работы.

Решение упражнений

Структурная формула АТФ (химическая формула - C10H16N5O13P3)

Упражнение 1. Сколько энергии высвобождается при расщеплении 5 моль АТФ в АДФ и 3 моль АТФ в АМФ?

Упражнение 2. Сколько граммов АТФ должно расщепиться до АДФ, для того чтобы обеспечить умственную деятельность учащегося массой 40 кг в течение 30 мин при затратах энергии 6,3 кДж/кг/ч?

ОТНОШЕНИЕ

Пища человека - это мультикомпонентный фактор окружающей среды, содержащий более 600 веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Каждое из этих веществ занимает определённое место в сложном механизме биохимических процессов. Примените полученные знания и сделайте вывод о необходимости употребления человеком различных пищевых продуктов.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)