§ 17. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Основные понятия и ключевые термины: ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КЛЕТОК. Мембранное транспортирование. МЕТАБОЛИЗМ.

Вспомните! Что такое клетка?

Подумайте!

«Рассматривая живой мир на клеточном уровне организации, мы замечаем его единство: единство состава — основные макромолекулы у всех живых существ образованы из одних и тех же малых молекул, единство строения - каждая клетка содержит ядро, погружённое в протоплазму, единство функций - обмен веществ сходен в общих чертах во всех клетках», — так писал лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1965), французский микробиолог Андре Львов (1902-1994). Что же такое жизнедеятельность клетки?

СОДЕРЖАНИЕ

Какие процессы определяют жизнедеятельность клеток?

ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ КЛЕТКИ - совокупность процессов, обусловливающих поток веществ, энергии и информации и обеспечивающих существование клетки. Одним из основных принципов жизнедеятельности клетки является её ОТКРЫТОСТЬ. Клетка обменивается с окружающей средой веществами, энергией и информацией. В этом общем обмене можно выделить три этапа: поток в клетку, внутриклеточные преобразования и поток из клетки.

Поток веществ, энергии и информации в клетку происходит благодаря процессам питания, дыхания, транспортирования веществ, пищеварения и раздражительности. Эти процессы с участием поверхностного аппарата обеспечивают поступление в клетку питательных веществ, углекислого газа, воды, кислорода, световой или химической энергии, информации о факторах среды и т. п.

Ил. 44. Этапы внешнего обмена веществ, энергии и информации

Внутри клеток происходит второй этап обмена веществ, энергии и информации - внутриклеточный, или метаболизм. Вещества, энергия и информация, поступившие в клетку, включаются в химические и физические преобразования энергетического и пластического обмена. В клетке с участием всех её структур синтезируются и расщепляются, окисляются и восстанавливаются, растворяются и кристаллизуются вещества. Световая энергия превращается в химическую, химическая - в механическую, электрическая - в химическую, и все эти метаморфозы сопровождаются потерями тепловой энергии. Прохождение всех процессов обеспечивается генетической информацией клетки.

На третьем этапе из клетки удаляются конечные продукты обмена, тепловая энергия, молекулы или энергия, являющиеся информацией для общения с другими клетками, и т. п. Основой этого этапа обмена веществ, энергии и информации являются такие процессы, как экскреция, секреция, теплоотдача и коммуникация клеток.

Итак, жизнедеятельность клеток определяется её жизненными функциями, обусловливающими поток веществ, энергии и информации.

Как происходит поступление веществ, энергии и информации в клетку?

Основную роль в поступлении веществ, энергии и информации выполняет клеточная мембрана, одной из функций которой является именно транспортная. Мембранное транспортирование (лат. transporto - перемещаю) - переход различных веществ, энергии и информации сквозь клеточную мембрану. Малые молекулы и ионы проходят сквозь мембраны путём пассивного или активного транспортирования, а перенос макромолекул осуществляется за счёт эндо- и экзоцитоза.

Пассивное транспортирование происходит без затрат энергии путём простой диффузии, осмоса и облегчённой диффузии. Простая диффузия - движение молекул или ионов по градиенту концентрации, то есть из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией (например, газообмен в лёгких и тканях). Облегченная диффузия - диффузия, которая осуществляется с помощью специальных белков-переносчиков, как правило, в одном направлении (например, поступление глюкозы в эритроциты). Диффузию воды сквозь полупроницаемую мембрану называют осмосом. Вода переходит из области с низкой концентрацией солей в область с высокой концентрацией.

Активное транспортирование веществ сквозь мембрану осуществляется против градиента их концентрации с затратой энергии АТФ по ионным каналам или в мембранной упаковке. Натрий-калиевый насос - это процесс перемещения низкомолекулярных соединений (аминокислот, глюкозы) сквозь мембрану за счёт различной концентрации ионов Na+ и K+ внутри клетки и снаружи. В мембранной упаковке вещества транспортируются в клетку (эндоцитоз) или из клетки (экзоцитоз). Различают два вида эндоцитоза: фагоцитоз и пиноцитоз. Фагоцитоз (от греч. фагос - пожирать, цитос - клетка) - это захват и поглощение клеткой крупных частичек или целых клеток. Эндоцитоз жидкости и растворённых в ней веществ называется пиноцитозом (от греч. пино - пить и клетка). Путём эндоцитоза происходят процессы всасывания веществ эпителиальными клетками слизистой оболочки тонкого кишечника и реасорбции веществ в канальцах почек. Экзоцитоз - это процесс выведения из клетки различных веществ сквозь мембрану. Путём экзоцитоза высвобождаются гормоны, жировые капли, медиаторы в синапсах при возбуждении и др.

Итак, упорядоченность и регуляцию потока веществ, энергии и информации в клетку и из клетки обеспечивает мембранное транспортирование.

В чём суть внутриклеточных превращений веществ?

МЕТАБОЛИЗМ (от греч. метаболе - преобразование, изменение) - совокупность процессов, обеспечивающих преобразование веществ, энергии и информации в клетке и её саморегуляцию, самообновление и самовоспроизведение. Эти изменения направлены на УПОРЯДОЧЕННОСТЬ структуры и функций клетки. Значение метаболизма заключается в обеспечении клетки строительным и энергетическим материалом, поэтому выделяют анаболизм и катаболизм (ил. 45).

Анаболизм (пластический обмен) - совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых, которые обеспечивают рост клеток, обновление их химического состава. В ходе этих биохимических реакций энергия поглощается, поэтому эти процессы называют эндергоническими (от греч. эндо - внутрь и эргон - энергия). Анаболическими процессами клетки являются фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белков и др.

Катаболизм (энергетический обмен) - совокупность реакций расщепления сложных веществ на более простые, которые обеспечивают клетку энергией для жизнедеятельности. Процессы энергетического обмена сопровождаются освобождением энергии при разрыве химических связей, поэтому эти реакции называют экзергоническими (от греч. экзо - наружу). Катаболическими процессами клеток являются гликолиз, брожение, клеточное дыхание.

В клетках одновременно происходят процессы энергетического и пластического обмена. Они связаны между собой потоками веществ и энергии и осуществляются на основе наследственной информации клетки.

Ил. 45. Схема метаболизма клеток

Для биохимических реакций метаболизма характерны определённые особенности, отличающие их от реакций неживой природы. Это, в первую очередь, их высокая скорость и упорядоченность благодаря участию ферментов.

Итак, внутриклеточные преобразования веществ, энергии и информации являются совокупностью анаболических и катаболических процессов жизнедеятельности клетки.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Самостоятельная работа с иллюстрациями

Рассмотрите иллюстрации и сопоставьте вид транспортирования с их названиями. Виды мембранного транспортирования: 1 - фагоцитоз; 2 - пиноцитоз; 3 - экзоцитоз; 4 - эндоцитоз; 5 - простая диффузия; 6 - облегчённая диффузия; 7 - ионный насос.

Биология + Физика

Термодинамика - раздел физики, который изучает общие закономерности энергетических процессов в системах. Такими закономерностями являются первый и второй законы термодинамики. Применяются эти законы термодинамики для характеристики клеток?

ОТНОШЕНИЕ

Сравните пластический и энергетический обмен в клетке и докажите их взаимосвязь. Сделайте вывод о сходстве процессов обмена веществ у разных организмов.

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)