§ 17. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ

Основні поняття й ключові терміни: ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ КЛІТИНИ. Мембранне транспортування. МЕТАБОЛІЗМ.

Пригадайте! Що таке клітина?

Поміркуйте!

«Розглядаючи живий світ на клітинному рівні організації, ми помічаємо його єдність: єдність складу - основні макромолекули в усіх живих істот побудовані з одних і тих самих малих молекул, єдність будови - кожна клітина містить ядро, занурене у протоплазму, єдність функцій - обмін речовин подібний у загальних рисах у всіх клітинах», - так писав лауреат Нобелівської премії з фізіології та медицини (1965), французький мікробіолог Андре Львов (1902-1994). Що ж таке життєдіяльність клітини?

ЗМІСТ

Які процеси визначають життєдіяльність клітин?

ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ КЛІТИНИ - сукупність процесів, що зумовлюють потік речовин, енергії та інформації і забезпечують існування клітини. Одним із визначальних принципів життєдіяльності клітини є її ВІДКРИТІСТЬ. Клітина обмінюється із навколишнім середовищем речовинами, енергією та інформацією. В цьому загальному обміні можна виокремити три етапи: потік у клітину, внутрішньоклітинні перетворення й потік із клітини. Всі ці процеси становлять зовнішній обмін клітини.

Потік речовин, енергії та інформації в клітину відбувається завдяки процесам живлення, дихання, транспортування речовин, травлення й подразливості. Ці процеси за участі поверхневого апарату забезпечують надходження в клітину поживних речовин, вуглекислого газу, води, кисню, світлової чи хімічної енергії, інформації про чинники середовища тощо.

Іл. 44. Етапи зовнішнього обміну речовин, енергії та інформації

Усередині клітин відбувається другий етап обміну речовин, енергії та інформації - внутрішньоклітинний, або метаболізм. Речовини, енергія та інформація, що надійшли в клітину, включаються в хімічні й фізичні перетворення енергетичного й пластичного обміну. В клітині за участі усіх її структур синтезуються й розщеплюються, окиснюються й відновлюються, розчиняються й кристалізуються речовини. Світлова енергія перетворюється у хімічну, хімічна - у механічну, електрична - у хімічну, і всі ці метаморфози супроводжуються втратами теплової енергії. Перебіг усіх процесів забезпечується генетичною інформацію ядра чи нуклеоїду.

На третьому етапі з клітини видаляються кінцеві продукти обміну, теплова енергія, молекули чи енергія, що є інформацією для спілкування з іншими клітинами тощо. Основою цього етапу обміну речовин, енергії та інформації є такі процеси, як екскреція, секреція, тепловіддача й комунікація клітин.

Отже, життєдіяльність клітин визначається її життєвими функціями, які зумовлюють потік речовин, енергії та інформації.

Як відбувається надходження речовин, енергії та інформації в клітину?

Основну роль у надходженні речовин, енергії та інформації відіграє клітинна мембрана, однією із функцій якої є саме транспортна. Мембранне транспортування (лат. transporto - переміщую) - перехід різноманітних речовин, енергії та інформації крізь клітинну мембрану. Механізм транспортування речовин до клітини та з неї залежить від розмірів частинок, що транспортуються. Малі молекули та йони проходять крізь мембрани шляхом пасивного чи активного транспортування, а перенесення макромолекул здійснюється за рахунок ендо- та екзоцитозу.

Пасивне транспортування відбувається без затрат енергії шляхом простої дифузії, осмосу та полегшеної дифузії. Проста дифузія - рух молекул або йонів за градієнтом концентрації, тобто з ділянок з високою концентрацією в ділянки з низькою концентрацією (наприклад, газообмін у легенях і тканинах). Полегшена дифузія - дифузія, яка здійснюється за допомогою спеціальних білків-переносників, як правило, в одному напрямку (наприклад, надходження глюкози в еритроцити). Дифузію води крізь напівпроникну мембрану називають осмосом. Вода переходить від ділянки з низькою концентрацією солей до ділянки з вищою концентрацією.

Активне транспортування речовин крізь мембрану здійснюється проти градієнта їх концентрації із затратою енергії АТФ через йонні канали або в мембранній упаковці. Натрій-калієвий насос - це процес переміщення низькомолекулярних сполук (амінокислот, глюкози) крізь мембрану за рахунок різної концентрації йонів Na+ і K+ всередині клітини і ззовні. В мембранній упаковці речовини транспортуються в клітину (ендоцитоз) або з клітини (екзоцитоз). Розрізняють два види ендоцитозу: фагоцитоз і піноцитоз. Фагоцитоз (від грец. фагос - пожирати, цитос - клітина) - це захоплення і поглинання клітиною великих часточок або цілих клітин. Ендоцитоз рідини та розчинених в ній речовин називається піноцитозом (від грец. піно - пити і клітина). Шляхом ендоцитозу відбуваються процеси всмоктування речовин епітеліальними клітинами слизової оболонки тонкого кишечнику і реасорбації речовин у канальцях нирок. Екзоцитоз - це процес виведення з клітини різноманітних речовин крізь мембрану. Шляхом екзоцитозу вивільняються гормони, жирові краплини, медіатори в синапсах під час збудження та ін.

Отже, упорядкованість й регуляцію потоку речовин, енергії та інформації у клітину та із клітини забезпечує мембранне транспортування.

У чому сутність внутрішньоклітинних перетворень речовин?

МЕТАБОЛІЗМ (від грец. метаболе - перетворення, зміна) - сукупність процесів, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації у клітині та її саморегуляцію, самооновлення й самовідтворення. Ці зміни спрямовані на УПОРЯДКОВАНІСТЬ структури й функцій клітини. Значення метаболізму полягає в забезпеченні клітини будівельним й енергетичним матеріалом, тому виокремлюють анаболізм й катаболізм (іл. 45).

Іл. 45. Схема метаболізму клітин

Анаболізм (пластичний обмін) - сукупність реакцій синтезу складних речовин із простіших, які забезпечують ріст клітин, оновлення іхнього хімічного складу. Під час перебігу цих біохімічних реакцій енергія поглинається, тому ці процеси називають ендергонічними (від грец. ендо - всередину і ергон - енергія). Енергія забезпечує життєдіяльність клітин й утворення хімічних зв’язків між молекулами. Анаболічними процесами клітини є фотосинтез, хемосинтез, біосинтез білків та ін.

Катаболізм (енергетичний обмін) - сукупність реакцій розщеплення складних речовин на простіші, які забезпечують клітину енергією для життєдіяльності. Процеси енергетичного обміну супроводжуються звільненням енергії під час розриву хімічних зв’язків, тому ці реакції називають екзергонічними (від грец. екзо - назовні). Катаболічними процесами клітин є гліколіз, бродіння, клітинне дихання.

У клітинах водночас відбуваються процеси енергетичного і пластичного обміну. Вони пов’язані між собою потоками речовин та енергії й здійснюються на основі спадкової інформації клітини.

Для біохімічних реакцій метаболізму характерні певні особливості, що відрізняють їх від реакцій неживої природи. Це, в першу чергу, висока швидкість й упорядкованість перебігу завдяки участі ферментів.

Отже, внутрішньоклітинні перетворення речовин, енергії та інформації є сукупністю анаболічних й катаболічних процесів життєдіяльності клітини.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстраціями

Розгляньте ілюстрації та зіставте вид транспортування із їхніми назвами. Види мембранного транспортування: 1 - фагоцитоз; 2 - піноцитоз; 3 - екзоцитоз; 4 - ендоцитоз; 5 - проста дифузія; 6 - полегшена дифузія; 7 - йонний насос.

Біологія + Фізика

Термодинаміка - розділ фізики, який вивчає найзагальніші закономірності енергетичних процесів у системах. Такими закономірностями є перший і другий закони термодинаміки. Чи застосовуються ці закони термодинаміки для характеристики клітин?

СТАВЛЕННЯ

Порівняйте пластичний й енергетичний обмін у клітині та доведіть їхній взаємозв’язок. Зробіть висновок про схожість процесів обміну речовин у різних організмів.

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)