Лекция_№_4_Метаболизм_для_студентов

1.

Татьяна Андреевна,
учитель биологии 1 кв. к.
Обмен веществ и превращение
энергии в клетке

2.

Лекция № 4
Раздел 1. Клетка – структурно-функциональная единица живого
Тема 1.4. Обмен веществ и превращение энергии в клетке
1. Понятие метаболизма.
2. Ассимиляция и диссимиляция.
3. Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный,
аэробный и анаэробный.
4. Пластический обмен.
5. Фотосинтез.
6. Хемосинтез.
2

3.

1) Понятие метаболизма
Биохимия – наука о химических веществах и процессах в живых организмах.
3

4.

1) Понятие метаболизма
Метаболизм – совокупность всех химических реакций, протекающих в
живом организме; это все превращения веществ в организме, начиная с их
поступления извне и заканчивая выведением образовавшихся ненужных и
вредных продуктов.
Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму
веществ и обеспечение его энергией.
Выделяют две составные части метаболизма:
- реакции расщепления (катаболизм, или энергетический обмен, или
диссимиляция).
- реакции синтеза (анаболизм, или пластический обмен, или
ассимиляция).
4

5.

2) Ассимиляция и диссимиляция
5

6.

2) Ассимиляция и диссимиляция
В любой клетке главным источником энергии для всех протекающих в ней
процессов служит универсальное энергетическое соединение – АТФ –
аденозинтрифосфат.
АТФ образуется в результате присоединения к АДФ (аденозиндифосфату)
одного остатка фосфорной кислоты; такой процесс называется фосфорилированием:
АДФ + H3PO4 + 40 кДж = АТФ + H2O
В молекуле АТФ есть две богатые энергией химические связи – связи между
остатками фосфорной кислоты; такие высокоэнергетические связи называют
макроэргическими.
При разрыве одной макроэргической связи АТФ превращается в АДФ и
выделяется около 40 кДж/моль энергии.
Энергия для синтеза АТФ из АДФ выделяется в процессе энергетического
обмена, т.е. диссимиляции.
6

7.

2) Ассимиляция и диссимиляция
Химическая структура АТФ:
7

8.

2) Ассимиляция и диссимиляция
Взаимосвязь энергетического и пластического обмена:
8

9.

2) Ассимиляция и диссимиляция
Этапы энергетического обмена:
в ЖКТ или
лизосомах,
энергия
рассеивается
в цитоплазме
клетки, 2
молокулы АТФ+
2 ПВК
в митохондриях
протекает
окислительное
фосфолирирован
ие, 36 молекул
АТФ
9

10.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
Процесс потребления веществ и энергии называют питанием.
Существует два типа питания живых организмов:
- автотрофное.
- гетеротрофное.
1. Автотрофы – организмы, использующие в качестве источника
углерода углекислый газ (растения, некоторые бактерии); т.е. это
организмы, способные создавать органические вещества из неорганических
(углекислого газа, воды, минеральных солей).
2. Гетеротрофы – организмы, использующие в качестве источника
углерода органические соединения (животные, грибы, большинство
бактерий).
10

11.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
2.1. По способу получения пищи гетеротрофов делят на:
- фаготрофы (голозои).
- осмотрофы.
2.1.1. Фаготрофы (голозои) – заглатывают твёрдые куски
пищи (животные).
2.1.2. Осмотрофы – поглощают органические вещества из
растворов непосредственно через клеточные стенки (грибы,
большинство бактерий).
11

12.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
2.2. По состоянию источника пищи гетеротрофов подразделяют на:
- биотрофы.
- сапротрофы.
2.2.1. Биотрофы – питаются живыми организмами:
- зоофаги (питаются животными).
- фитофаги (питаются растениями) в т.ч. паразиты.
2.2.2. Сапротрофы – используют в качестве пищи органические вещества
мёртвых тел или выделения (экскременты) животных организмов.
12

13.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
Некоторые живые существа в зависимости от условий
обитания способы и к автотрофному, и к гетеротрофному –
смешенному типу питания.
Таким образом организмы со смешанным типом
питания называются миксотрофами.
Т.е. они могут синтезировать органические
вещества из неорганических соединений и питаться
готовыми органическими соединениями.
Примером данных организмов могут являться
насекомоядные растения, представители отдела эвгленовых
водрослей и т.д.
13

14.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
По отношению к молекулярному кислороду организмы подразделяются на:
- аэробов.
- анаэробов.
1. Аэробы – большинство ныне живущих гетеротрофных организмов, которые
осуществляют
энергетический
обмен,
окисляя
органические
вещества
молекулярным кислородом.
В клетках таких организмов обязательно существуют системы защиты от
окисления клеточных структур кислородом (например, ферменты,
разрушающие активные формы кислорода (супероксиддисмутаза, каталаза) и
антиоксиданты (молекулы, которые сами окисляются, «гася» свободные
радикалы)).
14

15.

3) Типы обмена веществ: автотрофный и гетеротрофный, аэробный и
анаэробный
2. Анаэробы – организмы, способные жить в отсутствие кислорода,
осуществляя реакции внутримолекулярного окисления и восстановления или
используя в качестве окислителей другие вещества среды (например
нитраты – т.н. нитратное дыхание).
Анаэробов в свою очередь можно подразделить на:
- облигатные анаэробы (для которых даже низкие концентрации
молекулярного кислорода
токсичны, например, бактерии рода
клостридий и бифидум, взрослые аскариды).
- факультативные анаэробы (которые могут нормально жить и размножаться
как в присутствии кислорода, так и в его отсутствие, например, дрожжи).
15

16.

4) Пластический обмен
16

17.

5) Фотосинтез
Фотосинтез – процесс образования
органических веществ из CO2 и H2O,
протекающий с использованием солнечной
энергии.
Благодаря данному процессу на нашей планете
существует большинство организмов.
Фотосинтез происходит в хлоропластах
растений или на мезосомах у прокариот. На
мембране содержатся молекулы зелёного
пигмента – хлорофилла.
Пример строения хлоропласта в клетке
растений:
17

18.

5) Фотосинтез
Процесс фотосинтеза включает две фазы:
- световую.
- темновую.
I. Световая фаза – процесс преобразования поглощённой
хлорофиллом энергии света в электрическую энергию электрон-
транспортной цепи.
Она протекает в мембранах тилакоидов с участием
фермента АТФ-синтетазы и мембранных белков-переносчиков.
18

19.

5) Фотосинтез
На
фотосинтетических
мембранах
гран
хлоропластов
происходят
такие
процессы,
как:
- переход электронов хлорофилла под действием квантов света в возбуждённое
состояние.
- восстановление окисленной формы молекул-переносчиков НАДФ+ до НАДФ ⋅ H2.
- разложение воды (фотолиз):
2H2O → 4H+ + 4e– + O2
Таким образом результатами световых реакций являются:
- фотолиз воды и выделение молекулярного кислорода.
- образование АТФ.
-
образование НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфата) восстановленного.
В световой фазе фотосинтеза энергия аккумулируется в НАДФ ⋅ H2 и АТФ, которые
используются для синтеза веществ в темновой фазе.
19

20.

5) Фотосинтез
II. Темновая фаза – процесс преобразования CO2 в глюкозу с
использованием энергии, запасённой в молекулах НАДФ ⋅ H2 и АТФ.
Реакции темновой фазы фотосинтеза протекают независимо от света.
Реакции темновой фазы происходят в строме хлоропластов, где
находятся образовавшиеся в световой фазе молекулы НАДФ ⋅ H2 и АТФ.
Источник углерода (CO2) растение получает из воздуха через
устьица.
Процесс образования глюкозы из CO2, протекающий в темновой фазе
фотосинтеза, называется циклом Кальвина.
20

21.

5) Фотосинтез
21

22.

5) Фотосинтез
Значение фотосинтеза и фотосинтетиков:
1. При фотосинтезе образуются органические вещества, которые
служат пищей для живых организмов (например, углеводы (сахар, крахмал),
аминокислоты, жирные кислоты и т.д.).
2. При фотосинтезе выделяется свободный O2, который нужен живым
организмам для дыхания.
3. Фотосинтез обеспечивает постоянство уровня CO2 и O2 в
атмосфере.
4. В верхних слоях воздушной оболочки Земли из O2 образуется озон
– O3, из которого формируется озоновый экран, защищающий организмы от
опасного для жизни организмов воздействия ультрафиолетового излучения.
22

23.

6) Хемосинтез
Хемосинтез – процесс образования органических веществ из
неорганических, происходящий с использованием энергии реакций окисления
и восстановления соединений, содержащих N, H, Fe и некоторые др.
элементы.
К хемосинтезирующим организмам относятся некоторые виды бактерий:
- железобактерии (окисляют двухвалентное железо до
трёхвалентного):
Fe2+ → Fe3+ + E
- серобактерии (окисляют сероводород до свободной серы, либо до
сульфатов):
H2S + O2 = 2H2O + 2S + E,
H2S + O2 = 2H2SO4 + E
- нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак до азотистой и
23

24.

6) Хемосинтез
Значение хемосинтеза и хемосинтетиков:
1. Участие в круговороте химических элементов: S, N,
Fe и др.
2. Разрушение горных пород.
3. Участие в образовании полезных ископаемых.
4.
Обогащение
почвы
необходимыми
для
растений
элементами.
5. Применяются в очистке сточных вод (серобактерии).
24

25.

Тест на тему «Метаболизм»
Тест выполнять в тетради
1 вариант
2 вариант
А1- Г
А1- Г
А2- Г
А2- В
А3- Б
А3- А
А4- В
А4- Г
А5- В
А5- В
А6- В
А6- В
А7- А
А7- Г
А8- А
А8- Г
А9- Б
А9- Г
А10- В
А10- В
А11- А
А11- Б
А12- Г
А12- В
1
А
Б1-
2
Б
3
А
4
Б
5
Б
1
Б
Б1-
2
А
3
Б
4
А
Б2- А
Б
В
Г
Д
Б2- А
Б
В
Г
Д
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
5
А
6
Б