Обмен веществ и энергии в клетке

1. Обмен веществ и энергии в клетке

Клетка – структурная и
функциональная единица
жизни.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. Обмен веществ и энергии – основа жизнедеятельности клетки.

Обмен веществ и энергии ( метаболизм) совокупность реакций синтеза и распада,
протекающих в организме , связанных с
выделением и поглощением энергии.

11.

12. Обмен веществ и энергии.

Энергетический обмен
(Катаболизм. Диссимиляция)
Реакции распада и
окисления органических
веществ, связанные с
выделением энергии и
синтезом молекул АТФ.
Пластический обмен.
(Анаболизм. Ассимиляция.)
Совокупность реакций
синтеза органических
веществ, сопровождающихся
поглощением энергии за счет
распада молекул АТФ.

13.

14.

15. Обмен веществ и энергии.

П
Э
Высокомолекулярные
органические вещества
АТФ
Низкомолекулярные
н
органические
и
неорганические вещества
Е – общая энергия, выделяемая
в процессе энергетического обмена;
Q – тепловая энергия.
Е
Q
СО2, Н2О,
NH3
Конечные продукты
распада:
вода, диоксид углерода,
соединения аммиака

16.

17. Факторы, меняющие уровень обмена веществ

Разность между потребностью в 02 и его
потреблением составляет энергию, получаемую
в результате анаэробного распада, и называется
кислородным долгом.
• Прием пищи усиливает энергетический обмен
(специфическое динамическое действие
пищи).
• У тренированных спортсменов при
кратковременных интенсивных упражнениях
величина рабочего обмена может в 20 раз
превосходить основной обмен.

18. Факторы, меняющие уровень обмена веществ

Во время сна интенсивность метаболизма почти
на 10% ниже основного обмена.
При гиперфункции щитовидной железы
основной обмен повышается, а при
гипофункции - понижается. Понижение
основного обмена происходит при
недостаточности функций половых желез и
гипофиза.
При умственном труде энерготраты
значительно ниже, чем при физическом.
Пережитое эмоциональное возбуждение может
вызывать в течение нескольких последующих
дней повышение обмена на 11 -19%.

19.

20.

21.

22.

В организме АТФ синтезируется путём фосфорилирования АДФ:
АДФ + H3PO4 + энергия → АТФ + H2O.
Фосфорилирование АДФ возможно тремя способами:
1. субстратное фосфорилирование,
2. окислительное фосфорилирование,
3. фотофосфорилирование в процессе фотосинтеза у растений.
В первых двух способах используется энергия окисляющихся веществ.
Основная масса АТФ образуется на мембранах митохондрий в ходе
окислительного фосфорилирования H-зависимой АТФ-синтазой.
Субстратное фосфорилирование АДФ не требует участия мембранных
ферментов, оно происходит в цитоплазме в процессе гликолиза или путём
переноса фосфатной группы с других макроэргических соединений.
Одно из таких соединений — ацетилфосфат. При синтезе АТФ из АДФ и
ацетилфосфата фосфорильную группу из ацетилфосфата на АДФ переносит
фермент ацетаткиназа.

23.

Реакции
фосфорилирования
АДФ
и
последующего
использования АТФ в качестве источника энергии образуют
циклический процесс, составляющий суть энергетического
обмена.
В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых
веществ; так, у человека продолжительность жизни одной
молекулы АТФ менее 1 мин.
В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—
3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около
40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент
примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не
создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо
постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

24.

25. Энергетический обмен.

• I. Этап подготовительный. Осуществляется в цитоплазме под
действием ферментов. Сущность процесса:
ферменты
Сложные вещества
простые вещества + Q (тепловая)
белки
углеводы
жиры
аминокислоты
глюкоза
глицерин + жирные
кислоты
Энергетическая ценность:
Небольшое количество энергии рассеивается в виде тепла.

26. Энергетический обмен.

• II. Этап бескислородный (анаэробный, гликолиз).
Осуществляется в цитоплазме при участии
ферментов.
Сущность процесса:
глюкоза 2 пировиноградная кислота:
• С6Н12О6+2Н3РО4 + 2АДФ
2 С3Н4О3+2Н2О+
2АТФ
ПВК
теплота 60%
синтез 2 АТФ 40%

27.

28.

29. Энергетический обмен.

• III. Кислородный этап (аэробный, дыхание).
Сущность процесса:
Окисление ПВК до конечных продуктов, осуществляется
на внутренних мембранах митохондрий.
Уравнение кислородного процесса:
2С3Н4О3 + 6О2 + 36 АДФ + 36 Н3РО4
36 АТФ + 6СО2 + 38Н2О
Молекулы АТФ выходят за пределы митохондрии и
участвуют во всех процессах жизнедеятельности.
Энергетическая ценность:
2 молекулы ПВК окисляясь образует 36 молекул АТФ.

30.

31. Схема строения митохондрии

32.

33.

34.

35.

36. Суммарная реакция цикла Кребса (ЦТК)

37.

38.

39. Хемиосмотическая гипотеза П.Митчелла (1961) Механизм окислительного фосфорилирования

40. Разобщение механизмов окисления и фосфорилирования

Нарушается механизм синтеза АТФ и энергия
рассеивается в виде тепла
• -тироксин и трийодтиронин
• динитрофенол
• Лактат в высокой концентрации
• -СО, -CN, H2S
• Некоторые антибиотики
• Белок термогенин (в митохондриях бурого жира)
• Под воздействием холода

41.

42.

43.

44.

45.

Главные потребители глюкозы:
• нейроны головного мозга
• мышечные клетки
• эритроциты
Нормальный
уровень
глюкозы
составляет:
3,5 — 6,1 ммоль/л
в
крови

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55. Азотистый баланс

• В организме здорового взрослого человека
количество распавшегося за сутки белка равно
количеству вновь синтезированного.
• Если количество азота, поступающего в организм с
пищей, равно количеству азота, выводимого из
организма, то организм находится в состоянии
азотистого равновесия.

56. Азотистый баланс

• Если в организм поступает азота больше, чем
выделяется, то это свидетельствует о
положительном азотистом балансе (ретенция
азота).
– Он возникает при увеличении массы мышечной ткани
(интенсивные физические нагрузки), в период роста организма,
беременности, во время выздоровления после тяжелого
заболевания.
• Состояние, при котором количество выводимого из
организма азота превышает его поступление в
организм, называют отрицательным азотистым
балансом.
– Оно возникает при питании неполноценными белками, когда в
организм не поступают какие-либо из незаменимых аминокислот,
при белковом или полном голодании.

57.

58.

59. Взаимосвязь обмена жиров, белков, углеводов

60. Энергетический обмен. Итог.

О2
+
Сложные
химические
вещества
(пища)
Белки
Жиры
Углеводы
Жирные кислоты
Выделение
энергии
Простые
химические
вещества
Продукты распада
Глюкоза
Аминокислоты
Азотистые соединения
СО2; Н2О

61. Ассимиляция.

• Формы ассимиляции, или способы питания клеток:
Автотрофы
Фототрофы
Энергия
солнечного
света
Хемоавтотрофы
Используемая
энергия
Энергия окисления
неорганических
соединений.
Зеленые растения,
представители
пурпурные и зеленые
бактерии
Нитрифицирующие ,
серо-, железобактерии

62. Гетеротрофы.

• Многообразные гетеротрофные организмы
способны в совокупности разлагать все вещества,
которые синтезируются автотрофами, а также
минеральные вещества, созданные в результате
производственной деятельности людей;
• Совместно с автотрофами составляют на Земле
единую биологическую систему, объединенную
трофическими отношениями.
• Голозофобы
Сапрофобы
Паразиты
поедают целые
поглощают
питаются за счет
организмы
неорганические вещества

63. Миксотрофы.

• Миксотрофы обладают смешенным типом
питания, используя энергию солнечного света и
готовые органические вещества.
Эвглена зеленая, росянка, омела и др.

64. Пластический обмен.

фотосинтез
синтез жиров
биосинтез
белков
синтез
нуклеиновых
кислот
синтез углеводов

65. Пластический обмен.

Клетка
+
энергия
Глюкоза
Аминокислоты
Глицерин и
жирные кислоты
Углеводы
организма
Белки организма
Жиры организма
Гликоген

66. Фотосинтез. Краткая схема.

• Общее уравнение схемы:
солнечный свет
6СО2 + 6Н2О
С6Н12О6 +
6О2
Процесс характерен для растений, протекает в
Световая фаза: хлоропластах.
фотолиз воды; синтез АТФ на
О2
солнечный свет
Н2О
СО2
гранах хлоропластов.
Н
АТФ
Темновая фаза:
Фиксация углерода. Синтез глюкозы в
строме хлоропластов.
Глюкоза
С6Н12О6

67. Биосинтез белка – реакция матричного синтеза.

• План построения белка закодирован в ДНК, которая
непосредственного участия в синтезе белка не
принимает.
• Формула биосинтеза белка:
• ДНК
РНК
белок
(транскрипция)
(трансляция)
транскрипция в ядре
трансляция
• II. ДНК
синтез и-РНК
+ рибосомы
синтез
• III. и-РНК
белка
в цитоплазме на
гранулярной ЭПС
т-РНК + аминокислота

68. Схема синтеза белка.

69. Генетический код.

1961 – 1966 гг была проведена расшифровка всех
триплетов (кодонов) генетического кода.
Из 64: 61 – смысловой и 3 – бессмысленных (нонсенс)
кодона.
Бессмысленные кодоны являются терминаторами синтеза
белка.
УАА – охра,
УАГ – амбер,
УГА – опал.

70. Генетический код.

• Ген – участок молекулы ДНК, определяющий
порядок аминокислот в молекуле белка.
• Генетический код – это система записи генетической
информации в ДНК(и-РНК) в виде определенной
последовательности нуклеотидов.
Код триплетен (каждой аминокислоте соответствует
сочетание из 3 нуклеотидов).
Код однозначен (каждый триплет соответствует только
одной аминокислоте)

71. Свойства генетического кода:

• Код триплетен (каждой аминокислоте соответствует
сочетание из 3 нуклеотидов).
• Код однозначен (каждый триплет соответствует
только
одной аминокислоте).
• Код универсален (все живые организмы имеют
одинаковый код аминокислот).
• Код непрерывен (между кодами нет промежутков).
• Код вырожден ( каждая аминокислота имеет более
чем
один код (в основном 2 – 3 кода)).

72. Транскрипция.

Биосинтез всех видов РНК на
матрице ДНК.
Процесс протекает в ядре.
Синтез идет только на одной цепи
ДНК.
Обслуживает процесс РНК –
полимераза.

73. Трансляция.

Синтез полипептидных цепей белка осуществляется на
рибосомах. и -РНК является посредником в передаче информации о
структуре белка.
Синтез требует
очень
большого
количества
ферментов и других
специфических
макромолекул,
общее
количество которых
доходит до трёхсот.
Синтез протекает с

74.

Роберт Холли
(1922-1993)
Хара Гобинда Хорани
( 1922 – 2010)
Ученые расшифровали генетический
код и установили его роль в синтезе
белка. Х. Г. Хорани в 1969 году первым
синтезировал ген.
Маршалл Ниренберг
(1927-2010)

75.

Ученые микробиологи,
занимающиеся
генетической
инженерии,
биотехнологией.
Установили механизм
биосинтеза РНК и ДНК.
Северо Очао
(1905 – 1993)
Артур Корнберг
(1918 – 2001)