Лекція 10

Тема: ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ

1.Загальна характеристика обміну речовин

2.Енергетичний обмін, його етапи

3.Пластичний обмін

4.Хемосинтез і фотосинтез

1.Обмін речовин (метаболізм) – процес надходження з довкілля поживних речовин, їхнього перетворення та виведення з організму продуктів життєдіяльності.

В організмі водночас відбуваються 2 процеси:

1) асиміляція – процес поглинання з довкілля, засвоєння і накопичення речовин, які використовуються для синтезу необхідних для організму сполук (утворення сполук);

2) дисиміляція – процес розщеплення певних речовин.

Завдяки цим процесам підтримується гомеостаз в організмі. В організмах, які розвиваються відбувається збільшення поживних речовин, ріст – асиміляція, а при інтенсивній роботі та старінні виникає нестача поживних речовин – дисиміляція.

2.Перетворення речовин в організмі не можливе без перетворення енергії. У процесі життєдіяльності організм поглинає з довкілля енергію в певних формах, а повертає її туди вже в іншій формі.

Енергетичний обмін – сукупність реакцій розщеплення складних сполук в організмі, що супроводжується виділенням енергії.

Для живих організмів джерелом енергії є сонячне світло, яке задовольняє енергетичні потреби організмів.

В залежності від виду поглинання енергії організми діляться на:

1) автотрофи – організми, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних.

Одні з них використовує для цього енергію сонця – фототрофи (зелені рослини, бактерії), а інші використовують енергію, яка звільняється під час хімічних реакцій – хемотрофи.

2) гетеротрофи – організми, джерелом енергії яких є органічні сполуки синтезовані іншими організмами, які вони одержують з їжею (більшість тварин, гриби)

В організм енергія надходить з навколишнього середовища, яка використовується для багатьох процесів: хімічних (синтез органічних сполук), механічних (рух), теплових (підтримання температури тіла).Частина енергії при цьому розсіюється у вигляді тепла, а частина запасається у хімічних зв’язках сполук (АТФ).

Існують три послідовні етапи енергетичного обміну:

1. підготовчий – макромолекули під дією ферментів розщеплюють до мономерів (білки до амінокислот, полісахариди до моносахаридів, нуклеїнові кислоти до нуклеотидів, жири до жирних кислот) з виділенням невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді тепла. Відбувається у шлунково- кишковому тракті, в цитоплазмі клітини.
2. безкисневий етап (анаеробний) :

а) розщеплення молекул глюкози за допомогою гліколізу до піровиноградної або молочної кислоти (здійснюється в клітині). Характерний для деяких мікроорганізмів, які не можуть використовувати кисень (паразити, безхребетні тварини);

б) спиртове бродіння – розщеплення глюкози до двох молекул етилового спирту та двох молекул вуглекислого газу;

в) інші види – маслянокисле бродіння (з утворенням масляної кислоти) та молочнокисле (з утворенням молочної кислоти).

3) кисневий етап (аеробний) – органічні сполуки, які утворилися на без кисневому етапі окислюються до кінцевих продуктів –вуглекислого газу і води (здійснюється у клітинах).

3.Пластичний обмін – сукупність реакцій синтезу, які забезпечують розвиток клітин та організмів в цілому, поновлення їх хімічного складу.

Основні процеси пластичного обміну – біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез і хемосинтез.

Біосинтез білків. Етапи:

1. транскрипція (переписування) – синтез молекули іРНК, розєднання подвійної молекули ДНК, на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується молекула іРНК. Потім молекула іРНК надходить з ядра у цитоплазму клітини до рибосом.
2. трансляція (передача) – послідовність нуклеотидів у молекулі іРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Біосинтез вуглеводів. Багато вуглеводів синтезується автотрофними організмами з неорганічних сполук (СО₂ і Н₂О), утворюється з продуктів розщеплення білків і ліпідів, внаслідок ферментативних реакцій з моносахаридів.

Біосинтез ліпідів. Відбувається з продуктів розщеплення вуглеводів (глюкози) та білків.

Біосинтез ДНК ґрунтується на здатності молекули до само подвоєння. А всі види РНК синтезуються за принципом на молекулах ДНК

4. Хемосинтез – процес, за якого органічні сполуки синтезуються з неорганічних з використанням енергії хімічних реакцій.

До хемотрофів належать:

1. нітрифікуючи бактерії – окислюють аміак до нітритів;
2. залізобактерії – отримують енергію за рахунок окислення Fе ²⁺ і Fе³⁺;
3. безколірні сіркобактерії – окислюють сірководень та інші сполуки сульфуру до сульфатної кислоти.

Значення – перетворення хімічних елементів у біосфері, коло обіг хімічних елементів у біосфері.

Фотосинтез – процес утворення органічних сполук з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків (прокаріоти, рослини, одноклітинні тварини).

В клітинах рослин фотосинтез відбувається в хлоропластах, які містять фотосинтезуючий пігмент – хлорофіл.

Існує 2 фази фотосинтезу:

1. світлова фаза – реакція проходить у спеціальних структурах хлоропластів – тилакоїдах лише на світлі.
2. темнова фаза – відбувається у внутрішньому середовищі хлоропластів на світлі і в темряві

6СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

Значення:

• забезпечує уловлювання сонячної енергії і перетворення її на енергію хімічних зв’язків;
• забезпечує виділення кисню і поглинання вуглекислого газу, що дає змогу існувати біосфері;
• бере участь в утворенні озонового екрану (О₂ перетворюється в О₃), який поглинає ультрафіолетові хвилі згубні для всього живого.