Обеспечение клеток энергией реферат

Обновлено: 04.07.2024

Энергия требуется для осуществления жизненно важных процессов, но в первую очередь для химического синтеза веществ, которые используются для построения и восстановления структур клетки и организма.

Важно подчеркнуть, что живые существа способны использовать только два вида энергии — световую (энергию излучения Солнца) и химическую (энергию связей химических соединений, содержащихся в пище). Этот признак и разделил живые организмы на фототрофы и хемотрофы.

Фотосинтез. Энергию солнечного света способны непосредственно использовать только клетки зеленых растений, одноклеточных водорослей, зеленых и пурпурных бактерий. Эти клетки за счет энергии Солнца способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Такой биосинтез, который происходит благодаря энергии света, и называют фотосинтезом. Уместно отметить, что зеленый цвет фотосинтезирующих клеток зависит от наличия в них хлорофилла, поглощающего свет в красной и синей частях спектра и пропускающего лучи, которые дают при их смешении зеленый цвет. Некоторые водоросли и бактерии имеют и иные светопоглощающие пигменты, что придает им бурый, красный или пурпурный цвет.

Исходными материалами для фотосинтеза служат диоксид углерода атмосферы и вода. Суммарная реакция фотосинтеза представляется следующим образом:

Часть синтезируемой при фотосинтезе глюкозы является источником энергии для всех последующих процессов жизнедеятельности растения, в том числе и его роста (развития).

Для последующего синтеза более сложных органических веществ растения наряду с первичным строительным материалом — глюкозой, используют многие неорганические вещества: азотистые, фосфорные, сернистые соединения. Крупнейшим источником азота служат также молекулы атмосферного азота: его способны фиксировать бактерии, живущие в корневых клубеньках, главным образом бобовых растений.

Газообразный азот переходит при этом в состав аммиака — NH3 и далее входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот и иных соединений.

Все живые существа нашей планеты, которые не способны к фотосинтезу, используют для питания готовые органические вещества. В число таких организмов входят все животные и человек, существующие благодаря трансформированной растениями энергии Солнца (за исключением хемосинтезирующих микроорганизмов, о которых речь пойдет далее).

Фотосинтезирующие клетки, захватывая диоксид углерода из атмосферы, выделяют в нее кислород. Постепенное наполнение атмосферы кислородом (см. 1.1) привело к появлению клеток с энергетическим аппаратом нового типа. Они производили энергию вследствие окисления органических соединений, главным образом углеводов и жиров, при участии атмосферного кислорода в роли окислителя. Так

на Земле наступил важнейший этап в развитии жизни — этап кислородной или аэробной жизни.

Таким образом, планетарная роль растений и иных фотосинтезирующих организмов чрезвычайно велика: 1) они превращают энергию солнечного света в энергию химических связей органических соединений. Последняя используется всеми остальными живыми существами планеты; 2) они поставляют в атмосферу кислород, который служит для окисления органических веществ и извлечения при помощи этого запасенной в них химической энергии аэробными клетками; 3) наконец, некоторые виды растений в содружестве (симбиозе) с азот- фиксируютцими бактериями (см. ниже) переводят атмосферный азот в состав молекул аммиака, его солей и органических азотсодержащих соединений.

Хемосинтез. Сложные органические вещества для построения своих тел создают не только зеленые растения, но и бактерии, которые не содержат хлорофилла. Этот процесс, называемый хемосинтезом, осуществляется благодаря энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений: сероводорода, водорода, аммиака, оксида железа (II) и др. При этом энергия, получаемая при окислении, запасается в форме аденозинтри- фосфорной кислоты (АТФ).

В качестве примера хемосинтеза рассмотрим окисление сероводорода и аммиака.

В водоемах, содержащих сероводород, живут бесцветные серобактерии. Энергию (Е), которая необходима для синтеза органических соединений из диоксида углерода, они получают в результате окисления сероводорода:

Свободная сера, выделяющаяся в результате этого, накапливается в клетках бактерий в виде множества крупинок Если сероводорода впоследствии не хватает, бесцветные серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты:

Образовавшаяся в результате энергия (Е') также используется для осуществления синтеза органического вещества из диоксида углерода. Энергетический эффект окисления сероводорода до серной кислоты равен ббб кДж на каждый моль сероводорода.

Весьма широко распространены в почве и различных водоемах нитрифицирующие бактерии. Они получают энергию путем окисления

аммиака и азотистой кислоты, поэтому играют очень важную роль в круговороте азота в природе. Аммиак, который образуется при гниении белков в почве или водоемах, окисляется нитрифицирующими бактериями (их С.Н. Виноградский назвал нитросомонас). Этот процесс может быть записан таким уравнением:

Энергия, которая выделяется при этом (662 кДж/моль), также используется для синтеза органических соединений. В последующем окисление азотистой кислоты HN02 до азотной осуществляется другой группой нитрифицирующих микроорганизмов, названных нитро- бактером:

Указанный процесс сопровождается выделением 101 кДж. Отметим, что процесс нитрификации происходит в почве в огромных масштабах и служит для растений источником нитратов.

Кстати говоря, жизнедеятельность бактерий представляет собой один из важнейших факторов плодородия почв.

Хемосинтезирующие бактерии, которые также открыл С.Н. Виноградский, окисляют соединения железа и марганца. Благодаря широкому распространению этих бактерий, как в пресных, так и в морских водоемах на дне болот и морей образуется огромное количество отложенных руд железа и марганца. Согласно академику В.И. Вернадскому, залежи железных и марганцевых руд есть результат жизнедеятельности этих бактерий в древние геологические периоды.

Итак, для того чтобы образовывать свои ткани и размножаться, любой живой организм должен получать определенное количество энергии.

Она расходуется на следующие нужды: 1) на поддержание жизни, т.е. основной обмен. Эти затраты ноеят одновременно энергетический и формообразующий характер, так как ткани тела организма постоянно обновляются на протяжении всей жизни; 2) на перемещение в пространстве (если речь вдет об организме, который передвигается) — это затраты активности. Вместе с затратами на поддержание жизни они составляют затраты на самосохранение; 3) на обеспечение роста путем синтеза новой протоплазмы; 4) на формирование элементов, необходимых для размножения (яйца, эмбрионы, семена) и образование углеводных (растения) или жировых (животные) запасов.

Из клеток состоят все живые организмы, кроме вирусов. Они обеспечивают все необходимые для жизни растения или животного процессы. Клетка и сама может быть отдельным организмом. И разве может такая сложная структура жить без энергии? Конечно, нет. Так как же происходит обеспечение клеток энергией? Оно базируется на процессах, которые мы рассмотрим ниже.

Обеспечение клеток энергией: как это происходит?

Немногие клетки получают энергию извне, они вырабатывают ее сами. Эукариотические клетки обладают своеобразными "станциями". И источником энергии в клетке является митохондрия — органоид, который ее вырабатывает. В нем происходит процесс клеточного дыхания. За счет него и происходит обеспечение клеток энергией. Однако присутствуют они только у растений, животных и грибов. В клетках бактерий митохондрии отсутствуют. Поэтому у них обеспечение клеток энергией происходит в основном за счет процессов брожения, а не дыхания.

Строение митохондрии

Это двумембранный органоид, который появился в эукариотической клетке в процессе эволюции в результате поглощения ею более мелкой прокариотической клетки. Этим можно объяснить то, что в митохондриях присутствует собственная ДНК и РНК, а также митохондриальные рибосомы, вырабатывающие нужные органоидам белки.

Внутренняя мембрана обладает выростами, которые называются кристы, или гребни. На кристах и происходит процесс клеточного дыхания.

То, что находится внутри двух мембран, называется матрикс. В нем расположены белки, ферменты, необходимые для ускорения химических реакций, а также молекулы РНК, ДНК и рибосомы.

Клеточное дыхание — основа жизни

Оно проходит в три этапа. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.

Первый этап — подготовительный

Во время этой стадии сложные органические соединения расщепляются на более простые. Так, белки распадаются до аминокислот, жиры — до карбоновых кислот и глицерина, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов, а углеводы — до глюкозы.

Гликолиз

Это бескислородный этап. Он заключается в том, что вещества, полученные во время первого этапа, расщепляются далее. Главные источники энергии, которые использует клетка на данном этапе, — молекулы глюкозы. Каждая из них в процессе гликолиза распадается до двух молекул пирувата. Это происходит во время десяти последовательных химических реакций. Вследствие первых пяти глюкоза фосфорилируется, а затем расщепляется на две фосфотриозы. При следующих пяти реакциях образуется две молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) и две молекулы ПВК (пировиноградной кислоты). Энергия клетки и запасается именно в виде АТФ.

Весь процесс гликолиза можно упрощенно изобразить таким образом:

Таким образом, используя одну молекулу глюкозы, две молекулы АДФ и две фосфорной кислоты, клетка получает две молекулы АТФ (энергия) и две молекулы пировиноградной кислоты, которую она будет использовать на следующем этапе.

Третий этап — окисление

Данная стадия происходит только при наличии кислорода. Химические реакции этого этапа происходят в митохондриях. Именно это и есть основная часть клеточного дыхания, во время которой высвобождается больше всего энергии. На этом этапе пировиноградная кислота, вступая в реакцию с кислородом, расщепляется до воды и углекислого газа. Кроме того, при этом образуется 36 молекул АТФ. Итак, можно сделать вывод, что главные источники энергии в клетке — глюкоза и пировиноградная кислота.

Суммируя все химические реакции и опуская подробности, можно выразить весь процесс клеточного дыхания одним упрощенным уравнением:

Таким образом, в ходе дыхания из одной молекулы глюкозы, шести молекул кислорода, тридцати восьми молекул АДФ и такого же количества фосфорной кислоты клетка получает 38 молекул АТФ, в виде которой и запасается энергия.

Разнообразие ферментов митохондрий

Энергию для жизнедеятельности клетка получает за счет дыхания — окисления глюкозы, а затем пировиноградной кислоты. Все эти химические реакции не могли бы проходить без ферментов — биологических катализаторов. Давайте рассмотрим те из них, которые находятся в митохондриях — органоидах, отвечающих за клеточное дыхание. Все они называются оксидоредуктазами, потому что нужны для обеспечения протекания окислительно-восстановительных реакций.

Все оксидоредуктазы можно разделить на две группы:

Дегидрогеназы, в свою очередь, делятся на аэробные и анаэробные. Аэробные содержат в своем составе кофермент рибофлавин, который организм получает из витамина В2. Аэробные дегидрогеназы содержат в качестве коферментов молекулы НАД и НАДФ.

Оксидазы более разнообразны. В первую очередь они делятся на две группы:

те, которые содержат медь;
те, в составе которых присутствует железо.

К первым относятся полифенолоксидазы, аскорбатоксидаза, ко вторым — каталаза, пероксидаза, цитохромы. Последние, в свою очередь, делятся на четыре группы:

цитохромы a;
цитохромы b;
цитохромы c;
цитохромы d.

Цитохромы а содержат в своем составе железоформилпорфирин, цитохромы b — железопротопорфирин, c — замещенный железомезопорфирин, d — железодигидропорфирин.

Возможны ли другие пути получения энергии?

Несмотря на то что большинство клеток получают ее в результате клеточного дыхания, существуют также анаэробные бактерии, для существования которых не нужен кислород. Они вырабатывают необходимую энергию путем брожения. Это процесс, в ходе которого с помощью ферментов углеводы расщепляются без участия кислорода, вследствие чего клетка и получает энергию. Различают несколько видов брожения в зависимости от конечного продукта химических реакций. Оно бывает молочнокислое, спиртовое, маслянокислое, ацетон-бутановое, лимоннокислое.

Для примера рассмотрим спиртовое брожение. Его можно выразить вот таким уравнением:

То есть одну молекулу глюкозы бактерия расщепляет до одной молекулы этилового спирта и двух молекул оксида (IV) карбона.

Анализ сущности анаэробного и клеточного дыхания. Схема биологического окисления пировиноградной кислоты в митохондриях. Изучение брожения как способа использования живыми организмами углеводов. Рассмотрение основных этапов энергетического обмена.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	презентация
Язык	русский
Дата добавления	15.04.2014
Размер файла	4,2 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Энергетический обмен как часть общего метаболизма клетки, совокупность реакций окисления органических веществ и синтеза богатых энергией молекул АТФ. Основные этапы энергетического обмена: подготовительный, гликолиз, кислородный (клеточное дыхание).

презентация [363,9 K], добавлен 03.12.2011

Метаболизм липидов в организме, его закономерности и особенности. Общность промежуточных продуктов. Взаимосвязь между обменами углеводов, липидов и белков. Центральная роль ацетил-КоА во взаимосвязи процессов обмена. Расщепление углеводов, его этапы.

контрольная работа [26,8 K], добавлен 10.06.2015

Обзор анаэробного метаболического распада молекул питательных веществ без окисления. Возбудитель уксуснокислого брожения. Развитие уксуснокислых бактерий в напитках. Способ получения столового уксуса. Промышленное получение и применение лимонной кислоты.

реферат [110,3 K], добавлен 01.03.2014

Значение дыхания в жизни растений. Субстраты дыхания семян злаковых. Цикл трикарбоновых кислот. Факторы, определяющие интенсивность дыхания семян. Окислительно декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Роль гликолиза как анаэробной фазы дыхания.

курсовая работа [1,1 M], добавлен 29.04.2014

Функции обмена веществ в организме: обеспечение органов и систем энергией, вырабатываемой при расщеплении пищевых веществ; превращение молекул пищевых продуктов в строительные блоки; образование нуклеиновых кислот, липидов, углеводов и других компонентов.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

АДЕНИН РИБОЗА ЭНЕРГИЯ ОСТАТОК ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ МИТОХОНДРИЯ АККУМУЛЯТОР МАКРОЭРГИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

АТФ: аденин рибоза 3 остатка фосф. кислоты азотистое основание углевод

АТФ – универсальный источник энергии в клетке Макроэргические связи

АТФ в цифрах Время жизни – несколько секунд Человек затрачивает ~ 2 300 ккал энергии в сутки. Для этого надо расщепить 166 кг АТФ На самом деле в организме содержится только ~ 50 г АТФ Поэтому каждая молекула АТФ должна вновь синтезироваться 166 кг : 50 г ≈ 3320 раз в сутки. АТФ → АДФ → АТФ

1.Внутренняя мембрана митохондрииСолнцеО 2.Аккумулятор энергии в клеткеАссимиляцияО 3.Главный источник энергии на ЗемлеДиссимиляцияЯ 4.Биологические катализаторыАТФИ 5.Биосинтез веществ в клеткеФерментыХ 6.Обмен веществ и энергииКристыМ 7.Моносахарид , богатый энергиейМетаболизмН 8.Связи в АТФГлюкозаД 9.Углевод в АТФмакроэргическиеР 10.Совокупность реакций распада веществРибозаИ

Митохондрии – энергетические органоиды Топливом для клеточной электростанции служит пища. В митохондриях пища окисляется и при этом выделяется энергия, которую митохондрии накапливают в особых соединениях, называемых АТФ. Когда клетке требуется энергия, то она её получает при отрыве от молекулы АТФ одной из фосфатных групп. Если энергии не хватает, отрывается ещё одна фосфат – группа.

Этапы энергетического обмена Бескислородный этап Гликолиз Подготовительный этап Где происходит расщепление? Чем активизируется расщепление? До каких веществ расщепляются соединения клетки? Сколько выделяется энергии? Сколько синтезируется энергии в виде АТФ? Кислородный этап

Подготовительный этап. Под действием ферментов пищеварительного тракта или ферментов лизосом Сложные органические молекулы расщепляются: белки до …. жиры — до …. углеводы — до …. нуклеиновые кислоты — …. Вся энергия при этом рассеивается в виде тепла. Биологическое окисление

Этапы энергетического обмена Бескислородный этап Гликолиз Подготовительный этап Где происходит расщепление?В органах пищеварения, в клетках под действием ферментов Чем активизируется расщепление?Ферментами пищеварительных соков До каких веществ расщепляются соединения клетки?Белки – аминокислоты Жиры – глицерин и жирные кислоты Углеводы - глюкоза Сколько выделяется энергии?Мало, рассеивается в виде тепла. Сколько синтезируется энергии в виде АТФ?____________ Кислородный этап

Укажите пункт, в котором правильно записан процесс расщепления органических веществ в организме животного: А) белки нуклеотиды углекислый газ и вода Б) жиры глицерин + жирные кислоты углекислый газ и вода В) углеводы моносахариды дисахариды углекислый газ и вода Г) белки аминокислоты вода и аммиак.

Фазы диссимиляции у анаэробов

Фазы диссимиляции у аэробов

Глюкоза – центральная молекула клеточного дыхания С нее начинается путь к АТФ 

Глюкоза Полисахариды 2 ПВК II.Анаэробный гликолиз – бескислородный этап к л е т к а 9 реакций (пируват) гликолиз

Г Л Ю К О З А П В К 2 АТФ Брожение – анаэробное дыхание Если мало кислорода или организм – принципиальный анаэроб Молочная кислота Этиловый спирт Животные, бактерии Растения, винные дрожжи молочнокислое спиртовое БРОЖЕНИЕ ГЛИКОЛИЗ

Этапы энергетического обмена Бескислородный этап Гликолиз Внутри клетки Ферментами мембран клеток Глюкоза(С6Н12О6) 2 молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3) + энергия За счет 40% синтезируется АТФ, 60% рассеивается в виде тепла 2 молекулы АТФ Подготовительный этап Где происходит расщепление?В органах пищеварения, в клетках под действием ферментов Чем активизируется расщепление?Ферментами пищеварительных соков До каких веществ расщепляются соединения клетки?Белки – аминокислоты Жиры – глицерин и жирные кислоты Углеводы - глюкоза Сколько выделяется энергии?Мало, рассеивается в виде тепла. Сколько синтезируется энергии в виде АТФ?____________ Кислородный этап

1.Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ? а)18 б)36 в)9 г)27 2.Ступенчатость окисления глюкозы позволяет: а) Получить больше энергии б) Предохранить клетку от перегрева в)Экономнее расходовать кислород г) Сократить количество получаемой энергии.

III. Аэробный этап - кислородный О2 Митохон-дрия 2 ПВК гликолиз к л е т к а Глюкоза

О2 Митохондрия ПВК СО2 и Н2О 36 молекул АТФ Аэробный этап

2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ+36Н3РО4→ → 6СО2 + 42Н2О + 36АТФ 55% энергии сберегается в форме 36 молекул АТФ, 45% энергии рассеивается в виде теплоты

Задание Окисление ПВК при аэробном дыхании происходит в: хлоропластах Цитоплазме C. Матриксе D. митохондриях

Задание ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА Энергетический обмен происходит в несколько этапов. Первый этап протекает в ______ (А) системе животного. Он характеризуется тем, что сложные органические вещества расщепляются на мономеры. Второй этап протекает в _______(Б) и назван бескислородным этапом, так как осуществляется без участия кислорода. Другое его название - _______(В). Третий этап энергетического обмена - кислородный, осуществляется непосредственно внутри _______(Г) на кристах, где при участии ферментов происходит синтез АТФ. Перечень терминов 1) брожение 2)гликолиз 3)лизосома 4)митохондрия 5)кровеносная 6)пищеварительная 7)межклеточная жидкость 8)цитоплазма клетки 6824

Схема этапов энергетического обмена

Процесс окисления глюкозы в клетке сходен с горением. Как при горении, так и при дыхании глюкоза окисляется при участии молекулярного кислорода до конечных продуктов – углекислого газа и воды с выделением энергии. Объясните, чем же отличаются эти процессы, если их можно выразить общим суммарным уравнением: С6Н|2О6 + 6О2 –> 6СО2+ 6Н2О + Энергия?

Вопрос: Какой из этапов энергетического обмена более древний и почему? На чем основывается утверждение ученых, что гликолиз появился в живой природе раньше кислородного расщепления?

Замените одним словом каждое утверждение. 1.Ферментативный и бескислородный процесс распада органических веществ в клетке наблюдается у бактерий. 2.Совокупность окислительных процессов расщепления молекул органических веществ с участием кислорода – свойство клеток высших растений и большинства животных

Если сравнить АТФ с аккумулятором, то в каком случае “аккумулятор” заряжается, а в каком разряжается.

Выводы: Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ

подготовка к ЕГЭ/ОГЭ и ВПР
по всем предметам 1-11 классов

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс повышения квалификации

Инструменты онлайн-обучения на примере программ Zoom, Skype, Microsoft Teams, Bandicam

Курс добавлен 31.01.2022
Сейчас обучается 26 человек из 18 регионов

Курс повышения квалификации

Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС

ЗП до 91 000 руб.
Гибкий график
Удаленная работа

Дистанционные курсы для педагогов

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 595 509 материалов в базе

Материал подходит для УМК

§ 12. Обеспечение клеток энергией

Самые массовые международные дистанционные

Школьные Инфоконкурсы 2022

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

31.10.2019 3065
PPTX 2.5 мбайт
285 скачиваний
Рейтинг: 5 из 5
Оцените материал:

Настоящий материал опубликован пользователем Кудрина Евгения Сергеевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

Читайте также: