§ 10. МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ

Основні поняття й ключові терміни: МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ЖИТТЯ. Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ). Ферменти.

Пригадайте! Що таке біологічні системи?

Запам'ятайте!

Енергія (від грец. енергос - діяльний) - це фізична величина, загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії. Поняття енергії поєднує всі явища природи в одне ціле. Воно пов’язане зі здатністю фізичного тіла або системи виконувати певну роботу. При цьому тіло або система частково втрачає енергію.

ЗМІСТ

Як забезпечується єдність та сталість хімічного складу клітини?

МОЛЕКУЛЯРНИЙ РІВЕНЬ ЖИТТЯ - це рівень організації, існування й властивості якого визначаються хімічними елементами й молекулами та їхньою участю в процесах перетворення енергії, речовин та інформації. Для підтримання упорядкованості хімічного складу в мінливих умовах існування клітинам необхідне безперервне надходження енергії ззовні. Джерелом цієї енергії є світло для клітин автотрофів або хімічна енергія органічних сполук для клітин гетеротрофів. Перший закон термодинаміки вказує на те, що енергія не може бути ні створена, ні знищена, вона лише переходить з однієї форми в іншу. Наприклад, у рослинних клітинах світлова енергія перетворюється в хімічну енергію зв’язків глюкози, у клітинах тварин хімічна енергія вуглеводів перетворюється в механічну енергію руху. Під час перетворення енергії у клітинах якась її частка втрачається у вигляді теплоти. Всі ці перетворення енергії становлять її енергетичний обмін.

Під час енергетичного обміну енергія використовується для перетворення речовин: синтезу складних молекул із простих, утворення особливих енергетичних сполук з макроергічними зв’язками тощо. Завдяки енергії клітина здійснює й перетворення інформації: сприймає сенсорну інформацію ззовні, подає інформативні сигнали для інших клітин, передає спадкову інформацію наступному поколінню клітин. Ці приклади свідчать про те, що перетворення енергії відбувається водночас з перетвореннями речовин та інформації.

Отже, єдність й сталість складників молекулярного рівня забезпечується триєдиним потоком енергії, речовин та інформації, що постійно проходять через клітини.

Як будова АТФ пов'язана з її функціями?

Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) — органічна сполука, що належить до вільних нуклеотидів і є універсальним хімічним акумулятором енергії у клітині. Молекула АТФ є нуклеотидом, який складається із аденіну, рибози і трьох залишків ортофосфатної кислоти. При гідролітичному відщепленні фосфатної групи від АТФ вивільняється близько 40 кДж енергії та утворюється АДФ (аденозиндифосфатна кислота) (іл. 23). Коли ж від молекули АТФ відщеплюються два ортофосфатні залишки, то утворюється АМФ (аденозинмонофосфатна кислота) і звільняється близько 80 кДж енергії. АТФ утворюється за рахунок енергії, що виділяється під час окиснення речовин у цитоплазмі клітин, мітохондріях, а під час фотосинтезу - ще й у хлоропластах.

Іл. 23. Схема гідролізу АТФ

Використання АТФ залежить від енергетичних потреб клітин. Так, у стані спокою у людини розпадається 28 г АТФ за 1 хв, а під час фізичного навантаження затрата АТФ досягає 500 г за 1 хв.

У зворотному процесі, під час утворення АТФ з АДФ чи АМФ і неорганічного фосфату, енергія акумулюється у високоенергетичних макроергічних зв’язках, які виникають між залишками ортофосфатної кислоти. Молекули АТФ утворюються в кисневих (аеробних) і безкисневих (анаеробних) умовах. Процеси розщеплення і утворення АТФ відбуваються постійно відповідно до схеми:

Отже, основна функція АТФ - це енергетична, оскільки бере участь в енергетичному обміні, запасаючи в своїх макроергічних зв'язках значну кількість енергії.

Яке значення ферментів у клітині?

Установлено, що ферменти мають білкову природу, утворюються в клітинах організмів і слугують каталізаторами практично в усіх біохімічних реакціях. Відмінність ферментів від хімічних каталізаторів полягає у їхній специфічності. Кожний вид ферменту каталізує особливу хімічну реакцію. В природі є і РНК-ферменти, що називаються рибозимами. Їх вважають первісною формою органічних каталізаторів, які були замінені білковими ферментами в процесі еволюції. Наука про ферменти називається ензимологією.

Загальними властивостями ферментів є:

• наявність активних центрів (ділянки з декількох амінокислот, до яких приєднуються молекули субстрату) (іл. 24);

Іл. 24. Механізм дії ферментів

• специфічність, яка визначається комплементарною відповідністю між ділянкою ферменту й молекулою субстрату;

• залежність активності від певних умов (рН, температури, тиску, концентрації субстрату та ферментів);

• невитратність - прискорюють реакції, але самі при цьому не витрачаються;

• висока біологічна активність - для реакцій використовуються в малих кількостях;

• регульованість дії відбувається під дією певних сполук (регуляторні білки, катіони металів, аніони кислот).

Найчастіше ферменти класифікують за хімічним складом на прості й складні. Прості ферменти є однокомпонентними, тобто мають лише білкову частину (наприклад, амілази, ліпази, протеази). Складні ферменти - двокомпонентні, складаються з апоферменту (білкова частина) й кофактора (небілкова частина) (наприклад, каталаза, ДНК-полімераза).

Ферментні реакції поділяються на анаболічні (реакції синтезу) і катаболічні (реакції розпаду), а сукупність всіх цих процесів у живій системі називають метаболізмом.

Значення ферментів полягає в тому, що вони збільшують швидкість хімічних реакцій у клітині, забезпечуючи хімічні перетворення речовин внаслідок зниження енергії активації (енергії, необхідної для надання реакційної здатності молекулі).

Отже, ферменти - високоспецифічні білкові молекули або РНК-молекули, які є біологічними каталізаторами реакцій у клітинах.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Лабораторне дослідження «ВЛАСТИВОСТІ ФЕРМЕНТІВ»

Обладнання й матеріали: предметні й накривні скельця, пробірки, мікроскопи, листки елодеї, м’якоть яблука, шматочки сирої та вареної картоплі, сирого та вареного м’яса, ступка, свіжий 3 %-й розчин Н2О2, дистильована вода.

Теоретична частина

Гідроген пероксид (Н2О2) нагромаджується в живих клітинах внаслідок окисно-відновних процесів. Він токсично впливає на життєдіяльність клітини. Цьому перешкоджає фермент каталаза (пероксидаза), що каталізує розщеплення Н2О2 на воду і О2.

Хід роботи

1. Виготовте мікропрепарат листка елодеї і розгляньте його під мікроскопом. Капніть на предметне скло з одного боку накривного скельця розчином гідроген пероксиду, з другого - відтягніть воду фільтрувальним папером. Простежте під мікроскопом за явищем.

2. Приготуйте 7 пробірок і помістіть у них указані об’єкти. В кожну пробірку внесіть 6-7 краплин Н2О2 і спостерігайте за змінами в пробірках. Занесіть результати до таблиці.

3. Підсумок роботи.

Розв'язування вправ

Структурна формула АТФ (хімічна формула - C10H16N5O13P3)

Вправа 1. Скільки енергії звільняється за розщеплення 5 моль АТФ до АДФ та 3 моль АТФ до АМФ?

Вправа 2. Скільки грамів АТФ має зазнати розщеплення до АДФ, для того щоб забезпечити розумову діяльність учня масою 40 кг упродовж 30 хв за витрат енергії 6,3 кДж/кг/год?

СТАВЛЕННЯ

Їжа людини - це мультикомпонентний чинник навколишнього середовища, що містить понад 600 речовин, необхідних для нормальної життєдіяльності організму. Кожна з цих речовин посідає певне місце в складному механізмі біохімічних процесів і сприяє використанню їжі в різноманітних процесах життєдіяльності людини. Застосуйте набуті знання та зробіть висновок про необхідність вживання людиною різноманітних харчових продуктів.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Біологія 9 клас Соболь (нова програма)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)