Pасщепление органических веществ в живых организмах
- 9-11-2021, 20:33
- 569
9 Клас , Биология 9 класс Соболь (новая программа)
§ 18. РАСЩЕПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ
Основные понятия и ключевые термины: КАТАБОЛИЗМ. Гидролиз. Биологическое окисление.
Вспомните! Что такое питание?
Подумайте!
Энергия не возникает из ничего и никуда не исчезает, она может только переходить из одного вида в другой (закон сохранения энергии). А как происходит взаимопревращение энергии в клетке?
СОДЕРЖАНИЕ
Какое значение имеет расщепление органических веществ?
Совокупность процессов, в ходе которых осуществляется поступление в клетку необходимых для жизнедеятельности веществ, называется клеточным питанием (ил. 46). В клетки растений, цианобактерий, фото- и хемосинтезирующих бактерий поступают неорганические соединения, из которых образуются простые органические соединения, что определяет автотрофное питание. Вследствие гетеротрофного питания клетки многих прокариотов, животных и грибов получают простые (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) или сложные (белки, липиды и сложные углеводы) органические вещества. Есть в живой природе ещё группа организмов, которые на свету питаются с помощью хлоропластов, а в условиях недостаточного освещения поглощают через поры клеточной стенки низкомолекулярные органические вещества (например, хламидомонада, диатомовые водоросли). У них смешанное, или миксотрофное, питание. Питание клеток происходит при участии клеточной мембраны, гиалоплазмы, хлоропластов, лизосом.
Ил. 46. Одноклеточные организмы с разным типом питания: 1 - микрастериас (автотрофное); 2 - инфузория трубач (гетеротрофное); 3 - хламидомонада (миксотрофное)
Расщепление простых или сложных органических веществ направлено на высвобождение химической энергии, которая может превращаться в другие формы. Следует помнить, что в биологических системах энергия существует в различных формах: химической, электрической, механической, тепловой и световой, которые способны превращаться друг в друга. Так, химическая энергия соединений, что расщепились, используется для биохимических реакций синтеза, превращается в механическую энергию движения, электрическую энергию нервных импульсов, тепловую энергию для поддержания температуры тела, световую энергию биологического свечения.
Итак, расщепление органических веществ обеспечивает высвобождение химической энергии из питательных веществ, поступающих в клетки благодаря питанию.
Как происходит расщепление органических соединений в клетках?
КАТАБОЛИЗМ (от греч. катаболе - сброс вниз, разрушение) - это энергетический обмен, или совокупность реакций расщепления сложных соединений до более простых, сопровождающегося выделением энергии. Раздел биохимии, который занимается изучением преобразования и использования энергии в живых клетках, называется биоэнергетикой. Энергетика катаболических процессов отличается от энергетических реакций неживой природы.
Первой особенностью является то, что реакции катаболизма происходят при участии ферментов оксидоредуктазы и гидролазы. Благодаря их упорядоченному расположению на клеточных мембранах или в отсеках, отделённых мембранами, эффективность реакции катаболизма высока. Из-за этого преобразование химической энергии в другие формы осуществляется без значительных тепловых потерь. Так, коэффициент полезного действия (КПД) обычного двигателя составляет 20-25 %, а митохондрий - 60-70 %.
Ил. 47. Структурная формула и масштабная модель молекулы АТФ: 1 - остатки ортофосфатной кислоты; 2 - моносахарид рибоза; 3 - азотистое (нитратное) основание аденин
Второй особенностью катаболизма является то, что высвобождение энергии в реакциях расщепления происходит постепенно, вплоть до образования конечных продуктов окисления - воды и углекислого газа. Например, при полном расщеплении 1 моль глюкозы выделяется около 2 800 кДж энергии. Высвобождение всего этого количества энергии сразу для клетки означало бы мгновенную смерть.
Третьей особенностью катаболизма является то, что химическая энергия, которая высвобождается при разрушении химических связей молекул углеводов, липидов, белков, аккумулируется в молекулах особого вещества живого - аденозинтрифосфатной кислоты (АТФ) (ил. 47). Аккумулированная энергия этого универсального соединения доступна для различных процессов жизнедеятельности клетки.
Итак, расщепление органических веществ в клетках отличается от химических реакций разложения и называется КАТАБОЛИЗМОМ.
Каковы основные пути расщепления органических веществ?
Питательные органические вещества, поступающие или образующиеся в клетках, делятся на малые биомолекулы и макромолекулы.
Макромолекулы расщепляются в клетках благодаря гидролизу (от греч. гидро - вода, лизис - расщепление). Это реакции обменного взаимодействия молекул с водой при участии ферментов-гидролаз. Белки с помощью протеаз расщепляются до аминокислот, жиры при участии липаз - до жирных кислот и глицерола, углеводы с помощью амилаз - до моносахаридов. При этом выделяется около 0,8 % энергии, т. е. энергетический эффект этого этапа незначителен, и вся энергия рассеивается в виде теплоты. Этот путь расщепления происходит в участках цитоплазмы с высоким содержанием воды или в пищеварительных вакуолях.
Дальнейшее расщепление малых молекул питательных веществ происходит путём ферментативных окислительно-восстановительных реакций, а вся их совокупность называется биологическим окислением. Это реакции переноса электронов с одной молекулы на другие, катализируемые оксидоредуктазами. Большинство процессов окисления в организме сопровождается отщеплением водорода от органических веществ. Основными субстратами биологического окисления являются углеводы и жиры, именно их катаболизм даёт наибольшее количество химической энергии. Биологическое окисление в клетках может быть безкислородным и кислородным.
Бескислородное расщепление (анаэробное расщепление) происходит в гиалоплазме и приводит к высвобождению незначительного количества энергии. На этом этапе органические соединения расщепляются без участия кислорода. Отщепившийся водород присоединяется целым рядом молекул, вследствие чего образуются различные продукты восстановления (например, молочная кислота), которые обладают значительным запасом энергии. Бескислородное расщепление - простейшая форма образования энергии во многих клетках. Важнейшими на этом этапе в клетках являются гликолиз (бескислородное расщепление моносахаридов), липолиз (расщепление запасных жиров и жирных кислот), протеолиз (расщепление белков и аминокислот), брожение (расщепление углеводов под действием микроорганизмов).
Второй, гораздо более эффективный путь расщепления органических веществ, - это кислородное расщепление (аэробное расщепление, клеточное дыхание). Оно происходит в матриксе и на кристах митохондрий при участии кислорода; при этом высвобождается основная часть энергии (более 90 %). Во время аэробного расщепления электроны и протоны водорода через ряд промежуточных соединений передаются на молекулярный кислород с образованием воды. Кроме того, выделяется СО2, а при расщеплении азотосодержащих соединений (аминокислоты, нуклеотиды) ещё и аммиак, который в дальнейшем подлежит обезвреживанию.
Итак, расщепление органических веществ в клетке осуществляется благодаря гидролизу и биологическому окислению, происходящим путём бескислородного и кислородного расщепления.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
Задание на применение знаний
Распознайте изображённые на иллюстрациях клетки и сравните с помощью таблицы их особенности питания и расщепления органических веществ.
Биология + Химия
Горение, по современным представлениям, - сложный физико-химический процесс на основе экзотермических окислительно-восстановительных реакций, характеризующихся значительной скоростью выделения большого количества теплоты и света. При горении, как правило, образуется пламя. Горение возникает, если есть горючее вещество, окислитель и источник зажигания. А чем биологическое окисление отличается от горения?
ОТНОШЕНИЕ
Биология + Физика
Самыми известными из электрических скатов являются представители рода Torpedo (от лат. torpere - парализовать). Сила тока, которую генерируют скаты, различна в зависимости от вида. Например, атлантический торпедо (Torpedo nobiliana) может давать разряды в 220 В, но для большинства видов эта цифра меньше и составляет 5-40 В. Сильные разряды используют для оглушения жертв, тогда как слабые - для електроэхолокации и определения объектов охоты, для коммуникации. Оцените значение клеточного дыхания для обеспечения этих энергетических потребностей.
РЕЗУЛЬТАТ
Коментарі (0)