Реферат вещество и энергия

Обновлено: 05.07.2024

Жизнь, высшая по сравнению с физической и химической формами существования материи, закономерно возникающая при определённых условиях в процессе её развития. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непременным условием жизни, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д.

В результате обмена веществ непрерывно образуются, обновляются и разрушаются клеточные структуры, синтезируются и разрушаются различные химические соединения.

Живые организмы способны ассимилировать полученные извне вещества, т.е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам, и за счёт этого многократно воспроизводить их (репродуцировать). При этом, если исходная структура случайно изменилась, то она продолжает воспроизводиться в новом виде. Способность к избыточному самовоспроизведению лежит в основе роста клетки, размножения клеток и организмов и, следовательно, - прогрессии размножения (основное условие для естественного отбора), а также в основе наследственности и наследственной изменчивости.

Жизнь характеризуется высокоупорядоченными материальными структурами, содержащими два типа биополимеров (белок и ДНК или РНК), которые составляют живую систему, способную в целом к самовоспроизведения по принципу матричного синтеза.

Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем структурной и функциональной упорядоченности, в пространстве и во времени.

2. Источники энергии в живых системах

2.1 Понятие об обмене веществ

В живом организме постоянно расходуется энергия, причём не только во время физической и умственной работы, а даже при полном покое (сне).

Обмен веществ представляет собой комплекс биохимических и энергетических процессов, обеспечивающих использование пищевых веществ для нужд организма и удовлетворения его потребностей в пластических и энергетических веществах.

Белки, жиры, углеводы и другие высокомолекулярные соединения расщепляются в пищеварительном тракте на более простые низкомолекулярные вещества. Поступая в кровь и ткани, они подвергаются дальнейшим превращениям – аэробному окислению, окислительному фосфорилированию и другим. В процессе этих превращений (наряду с окислением до СО₂ и Н₂ О) происходит использование продуктов окисления для синтеза аминокислот и других важных метаболитов. Таким образом, аэробное окисление сочетает в себе элементы распада и синтеза и является связующим звеном в обмене белков, жиров, углеводов и других веществ.

Хотя обмен веществ происходит непрерывно, видимая неизменность нашего тела вводила в заблуждение не только неискушенных в науке людей, но и некоторых учёных. Полагали, что в организме имеются два вида веществ, одни из которых идут на строительство тела, они неподвижны, статичны; другие же, используемые в качестве источника энергии, быстро перерабатываются.

Обмен веществ обеспечивает присущее живому организму как системе динамическое равновесие, при котором взаимно уравновешиваются синтез и разрушение, размножение и гибель. В основе реакций обмена веществ лежат физико-химические взаимодействия между атомами и молекулами, подчиняющиеся единым для живой и неживой материи законам. Сказанное, разумеется, не означает, что жизнь сводится полностью к физико-химическим процессам. Живым организмам присущи свои особенности.

С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. И потому они постоянно нуждаются в энергии для выполнения различного рода работы: механической – передвижение тела, сердечная деятельность и т. д.; гальванической – создание разности потенциалов в тканях и клетках; химической – синтез веществ и т. д.

Первичным косвенным источником энергии для человека, как и для всего живого на Земле, за очень редким исключением, служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи – растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений – хлорофилле под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества – основа жизни.

2.2 Дыхание, значение АТФ

Дыхание - процесс доставки кислорода (О₂ ) к клеткам организма и использование его в биологическом окислении органических веществ с образованием воды и углекислого газа (СО₂ ), который выводится в атмосферу. Эффективный газообмен возможен при интеграции и координации функций различных органов, которые в совокупности образуют систему дыхания . Последняя включает следующие подсистемы: "внешнее дыхание" (газообмен в легких, через кожу и слизистые оболочки), транспорт газов кровью (дыхательную функцию крови и сердечнососудистой системы) и тканевое дыхание (процесс биологического окисления в клетке, сопровождающийся поглощением тканями О₂ и выделением СО₂ ).

При окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ. Энергия, аккумулированная в АТФ, используется для работы ионных насосов, мышечного сокращения, синтеза белка или клеточной секреции. Организм не способен создавать запасы АТФ и должен его постоянно синтезировать, а это требует непрерывной доставки метаболических субстратов и кислорода к клеткам.

Как известно в биоэнергетике живых организмов имеют значение два основных момента:

а) химическая энергия запасается путём образования АТФ, сопряжённого с экзергоническими катаболическими реакциями окисления органических субстратов;

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

Исследовательская работа по теме:

Ф.И.О. обучающегося:

Страна Россия

Населенный пункт г. Мегион Ханты – Мансийского автономного округа Тюменской области

Класс 7б класс

Учитель Гудкова Елена Павловна

Окружающий нас мир бесконечно многообразен. В процессе своей жизнедеятельности человек делает попытки понять любой объект окружающего нас мира, любое явление в исчерпывающей полноте. Любой ученый сознает, что понять — это значит найти общность, отвлекшись от частностей, а затем объяснить частности через эту понятую общность.

Так рассматривались эти понятия в историческом аспекте развития общества.

План исследования

В процессе своей жизнедеятельности человек делает попытки понять любой объект окружающего нас мира, любое явление в исчерпывающей полноте. Любой ученый сознает, что понять — это значит найти общность, отвлекшись от частностей, а затем объяснить частности через эту понятую общность.

Так рассматривались эти понятия в историческом аспекте развития общества. Изучим различные подходы к формированию и развитию этих понятий в отдельности. Попробуем выделить, какое из них самое значимое. А может быть и самое первое?

Рассмотрим более подробно каждое из этих понятий по плану:

4. Различные подходы на взаимосвязь понятий: вещество, энергия, информация.

На 4 этапе рассмотрим мнения учёных, исследовавших эти вопросы, а также проведем опрос обучающихся по этой проблеме.

Глава 1. Информация.

Рассмотрим различные подходы к формированию этого понятия: как информация рассматривается в физике, живой природе, как её получает и использует человек.

Например, если в одну половину замкнутого сосуда по местить газ, то через некоторое время в результате хаотиче ского движения молекулы газа равномерно заполнят весь сосуд. Произойдет переход из менее вероятного упорядочен ного состояния в более вероятное хаотическое состояние, и информация, которая является мерой порядоченности сис темы, в этом случае уменьшится.

Однако современная наука установила, что некоторые законы классической физики, справедливые для макротел, нельзя применять для микро и мегамира. Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная являет ся динамически развивающейся системой, в которой посто янно происходят процессы усложнения структуры.

Таким образом, с одной стороны, в неживой природе в замкнутых системах идут процессы в направлении от поряд ка к хаосу (в них информация уменьшается). С другой сто роны, в процессе эволюции Вселенной в микро и мегамире возникают объекты со все более сложной структурой и, сле довательно, информация, являющаяся мерой упорядочен ности элементов системы, возрастает.

В мегамире в течение последующих миллиардов лет под действием сил гравитационного притяжения из ха оса гигантских облаков пыли и газа формировались сложные структуры — галактики. Наша Солнечная система, в которую входит планета Земля, образова лась около 5 миллиардов лет назад и вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь.

На поверхности планет стали происходить химические реакции, в результате которых из атомов образовыва лись более сложные системы — молекулы веществ. В том числе молекула воды, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Информация в живой природе. Информация как мера увеличения сложности живых организмов. Примерно 3,5 миллиарда лет назад на Земле возникла жизнь. С тех пор идет саморазвитие, эволюция живой природы, т. е. повышение сложности и разнообразия живых организмов. Живые системы (одноклеточные, расте ния и животные) являются открытыми системами, так как потребляют из окружающей среды вещество и энергию и выбрасывают в нее продукты жизнедеятельности также в виде вещества и энергии.

Информационные сигналы. Нормальное функционирование живых организмов невозможно без получения и ис пользования информации об окружающей среде. Целесообразное поведение живых организмов строится на основе получения информационных сигналов. Информационные сигналы могут иметь различную физическую или химичес кую природу. Это звук, свет, запах и др.

Даже простейшие одноклеточные организмы (например, амеба) постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования.

Выживание популяций животных во многом базируется на обмене информационными сигналами между членами одной популяции. Информационный сигнал может быть вы ражен в различных формах: позах, звуках, запахах и даже вспышках света (ими обмениваются светлячки и некоторые глубоководные рыбы).

Способы восприятия информации живыми организмами зависят от наличия у них тех или иных органов чувств. Че ловек может использовать пять различных способов воспри ятия информации с помощью пяти органов чувств:

зрения — с помощью глаз информация воспринимает ся в форме зрительных образов;

слуха — с помощью ушей и органов слуха восприни маются звуки речь, музыка, шум и т. д.);

обоняния — с помощью специальных рецепторов носа воспринимаются запахи;

вкуса — рецепторы языка позволяют различить слад кое, соленое, кислое и горькое;

осязания — рецепторы кожи (особенно кончиков пальцев) позволяют получить информацию о темпера туре объектов и типе их поверхности (гладкая, шер шавая и т. д.).

Наибольшее количество информации (около 90%) чело век получает с помощью зрения, около 9% — с помощью слуха и только 1% с помощью других органов чувств (обоня ния, осязания и вкуса).

Согласно библейской легенде о вавилонском столпо творении, строившаяся в древнем городе Вавилоне башня не была закончена и разрушилась, так как сот ни строителей говорили на различных языках и не по нимали друг друга.

Информация в форме знаний. С самого начала человече ской истории возникла потребность накопления информа ции для ее передачи во времени из поколения в поколение и передачи в пространстве на большие расстояния. Процесс накопления информации начался с изобретения в IV тыся челетии до нашей эры письменности и первых носителей ин формации (шумерских глиняных табличек и древнеегипет ских папирусов).

Для того чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире, информация должна быть полной и точной. Задача получения полной и точной информации о природе, обществе и технике стоит перед наукой. Процесс систематического научного познания окружающего мира, в котором информация рассматривается как знания, начал ся с середины XV века после изобретения книгопечатания.

Для долговременного хранения знаний (передачи из поколения в поколение) и распространения их в обществе (ти ражирования) необходимы носители информации. До настоящего времени в качестве основно го носителя информации используется бумага. В прошлом веке широкое распространение для хранения графической ин формации получила фото и ки нопленка. В настоящее время для хранения информации ши роко используются также маг нитные носители (аудио- и ви деопленки, гибкие и жесткие диски) и оптические носители (С D - и DVD -диски).

Информационные процессы в технике. Функционирование систем управления техническими устройствами связано с процессами приема, хранения, обработки и передачи информации. Системы управления могут выполнять различные функции. Например, такие системы могут поддер живать определенное состояние технической системы.

Так системы автоматической терморегуляции холодильника, утюга и кондиционера обеспечивают поддержание заданной температуры. Системы управления встроены практически во всю со временную бытовую технику, станки с числовым программ ным управлением, транспортные средства и пр.

Системы управления могут обеспечивать функционирова ние технической системы по заданной программе. Например, системы программного управления обеспечивают выбор режи мов стирки в стиральной машине, записи в видеомагнитофо не, обработки детали на станке с программным управлением.

В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек, в других управление осуществляет встроенный в техническое устройство микропроцессор или подключенный компьютер. Например, управление полетом самолета может осуществлять летчик или в режиме автопи лота бортовой компьютер. Они получают информацию о ре жиме полета от датчиков (скорости, высоты и пр.), обраба тывают ее и передают команды на исполнительные механизмы (закрылки, клапаны, регулирующие работу дви гателей, и пр.), изменяющие режим полета.

В современном информационном обществе главным ресурсом является информация, использование которой базирует ся на информационных и коммуникационных технологиях. Информационные и коммуникационные технологии явля ются совокупностью методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения, обработки и распространения информации.

Глава 2. Вещество.

Что такое Вещество? Рассмотрим несколько значений и толкований слова veschestvo. Для этого используем различные словари и труды ученых, исследующих этот вопрос.

Вещество - вид материи, который обладает массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и др.). В химии вещества принято подразделять на простые, образованные атомами одного химического элемента, и сложные (химические соединения).

Вещество - вид материи, То, из чего состоит физическое тело ( словарь Ожегов ).

1) Вещество и материя. Обычно это слово употребляется как равносильное слову материя, однако между этими двумя терминами можно установить определенное различие . Материя в метафизическом смысле , в каком она является у пифагорейцев, Платона и Аристотеля, именно как потенциальное начало раздвоения, раздробления и изменчивости, как возможность множественных форм - такая материя еще не есть вещество . Под этим последним разумеется не первоначальная потенция чувственного бытия, а его ближайший реальный субстрат, - то из чего состоят тела, действительная основа и среда всех ощутимых явлений. Вещество есть материя не сама по себе, а уже оформленная, актуально-определенная, многообразно дифференцированная, обнаруживающая известные свойства по известным законам. Эти частные свойства и законы вещества изучаются физикою и химией; философия же со времен Демокрита ставит вопрос: что есть вещество вообще, т. е. из чего состоит всякий вещественный предмет? Ближайший ответ на этот вопрос (со времен того же Демокрита) дается атомизмом, т. е. теорией раздельной множественности неделимых телец из сложения и разложения которых образуются все предметы и явления.

2) Вещество - вид материи. Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя. Описание "вид" - морфологическое, правильное, но нас оно удовлетворить не может, так как это чисто классификационное деление, которому в реальности, в первом приближении, ничего не соответствует. Существует гипотеза, что материя в "чистом виде"- вакуум (первый объект). Тогда: вещество - один из объектов (пятый объект) материального мира; материя в форме стоячей волны образует элементарную частицу ( электрон, позитрон, протон, нейтрон и т.д.) - четвертый объект, в форме бегущей волны - фотон (третий объект), а их совокупность атом - вещество. Второй объект - поле (напряжение вакуума, подобное механическому напряжению пружины). Здесь можно пофантазировать: есть вакуум (первый объект) и еще нечто (нулевой объект), например, апейрон, Вселенский разум , Бог и т.п., то есть то, что находится за пределами восприятия из нашего Мира и взаимодействие которого с вакуумом дает поле и вещество, дальнейшее развитие ( движение и превращение) которых создает все многообразие Мира, в том числе и Жизнь . Эта фантазия несколько противоречит системе взглядов на Мир, в основе которой находится понятие материя, как вещь, "доступная нашему наблюдению". Другой вариант: вещество, поле и вакуум - различные состояния материи (аналогично тому, как вода может пребывать в различных состояниях: газ, жидкость, твердое тело). Вакуум - невозмущенное состояние, поле - напряженное состояние, вещество - колеблющееся состояние. Развивая мысль дальше, получим: неподвижная материя - вакуум, движущаяся в ней волна напряжения - поле, фотон, движущийся пакет стоячих волн - вещество.

3) Вещество, по своему значению, близко понятию материя, но не равнозначно ему полностью. В то время как со словом "материя" преимущественно связываются представления о грубой, инертной, мертвой действительности, в которой господствуют исключительно механические законы, вещество является "материалом", который благодаря получению формы вызывает мысли об оформленности, жизненной пригодности, облагораживании.

Вещество - то, из чего состоит физическое тело, материя. ( толковый словарь Ушакова )

Процитируем труды ученых физиков Косинова Н.В., Гарбарук В.И .:

«Вещество - вид материи, который обладает массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и др.). В химии вещества принято подразделять на простые, образованные атомами одного химического элемента, и сложные (химические соединения). (энциклопедический словарь)

Вещество - это дискретное информационно-энергетическое воплощение материи. Вещество представлено различными формами проявления материи в виде дискретных частиц, обладающих массой покоя. Вещество имеет дискретную структуру, но своим происхождением оно обязано непрерывной материи. Дискретность является главным признаком вещества. Вещество можно представить следующей формулой:

Вещество = Материя(М)+Энергия(E)+ Информация(I)

Таким образом, вещество представляет собой составную сущность, в которой материя является лишь одной из составляющих. Информационная составляющая наделяет вещество важнейшим признаком - дискретностью. Энергия проявляется как масса покоя.

Глава 3. Энергия.

Сам термин “энергия” появился в начале XIX века, его ввёл в механику Юнг. Понятие энергии как вида работы в своих опытах отождествил Джоуль. И далее, деформации и неопределенность толкования этого понятия еще более возросла. Особенно, с открытием рентгеновского излучения и иных излучений. И учёные так и не договорились до сих пор, что же подразумевать под словом энергия–то ли свойство материи совершать работу, то ли саму работу, то ли движение и характеристики полей или разнообразные виды излучений и т.д. Мир упорно ищет истую и неиссякаемую Энергию… Потребность цивилизации в ней огромна. Цивилизация уже вступила в полосу глобального энергетического и экологического кризиса. Но ученые и техники до сих пор толком не знают, что ищут, и не знают, что такое - Энергия. И определяют ее пока -упрощенно- как просто способность материи совершать работу. Наука оперируют пока законами сохранения только известных видов энергии. На этом теоретическом основании официальной наукой зачастую отсекаются любые идеи устройств с высокоэффективным использованием скрытой энергии материи (с к.п.д. больше 100%).

Самый простой ответ такой. Нужно вернуться к истокам, к основам наших знаний об энергии, методам ее получения и преобразования, т.е. к принципам функционирования техники. И переосмыслить их заново. Для этого вначале нужно ответить на несколько простых с виду вопросов. Например, что такое энергия и в чем суть энергетики?

Пока энергию определяют как способность форм материи к совершению работы и общую меру движения материи. Существуют мнения, что Энергия – намного более широкое и пока еще не познанное явление нашего мира.

Ведь что такое материя – науке тоже пока далеко еще неясно. Да и весь наш мир наукой пока далеко еще не познан. Основой науки являются опытные данные. Однако прежние неточные опыты устаревают и на смену им приходят новые необычные сенсационные эксперименты ученых. Поэтому все сформулированные, на основании прежних опытных данных, известные законы сохранения могут быть ограничены в своем применении, не всеобъемлющие, и требуют корректировки. И многие новейшие эксперименты показывают нарушение существующих известных законов сохранения Энергии. Значит настало время расширить понятие Энергии и формулировки законов сохранения Энергии. Все больше серьезных и объективных ученых, под давлением неопровержимых результатов многих опытов и экспериментов, становятся сторонниками теории эфира. Например, опытов по холодному термоядерному синтезу, по вихревой теплогенерации в воде путем выделения в виде тепла ее скрытой энергии, и прочим. Это понимание Эфира, как Океана энергии – все более зреет в умах ученых.

Глава 4. Различные подходы на взаимосвязь понятий: вещество, энергия, информация.

Кибернетика породила новый системно-информационный взгляд на природу. Вещество—энергия—информация — это три точки зрения, три стороны, с которых наука сумела посмотреть на бесконечно разнообразный мир. В 60-70-е годы XX века информатика выделилась из кибернетики как самостоятельная научная дисциплина. Предметом информатики является собственно информация, способы ее представления, передачи и обработки. В современном виде информатика оформилась с появлением и развитием электронно-вычислительных машин.

Извечный спор о том, что же первично - сознание или материя, наконец разрешился, не в пользу материалистов. Каскад новейших научных открытий нобелевских лауреатов Пола Дэвиса, Дэвида Бома и Ильи Пригожина показал, что, углубляясь в материю, сталкиваешься с фактами полного ее исчезновения.

Швейцарские ученые из Европейского центра ядерных исследований ( CERN) пошли еще дальше: им удалось смоделировать "момент творения" материи из нематериального мира. Специалисты экспериментально доказали, что порция (квант) виртуальных волн при определенных условиях образует некие частицы, а при другом взаимодействии этих же волн частицы полностью исчезают. Таким образом, ученые смогли создать мини-вселенную практически из ничего. Это открытие доказывает , что наш мир действительно был сотворен из пустоты неким высшим космическим разумом, или попросту Богом.

Роль обмена веществ в обеспечении пластических и энергетических потребностей организма. Характеристика, сущность и регуляция обмена веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма. Вещества, необходимые организму человека.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	30.03.2015
Размер файла	24,6 K

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

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Кафедра техносферной безопасности

По дисциплине: физиология человека

Исламов В. В., студ. гр. БЖ-11

Ромейко В. Л., доцент, к.м.н.

Новосибирск - 2014 г.

Оглавление

Подобные документы

Роль обмена веществ в обеспечении пластических и энергетических потребностей организма. Особенности теплопродукции и теплоотдачи. Обмен веществ и энергии при различных уровнях функциональной активности организма. Температура тела человека и ее регуляция.

реферат [22,5 K], добавлен 09.09.2009

Понятие обмена веществ, анаболизма и катаболизма. Виды обменных процессов в теле человека. Потребность организма в витаминах и пищевых волокнах. Обмен энергии в состоянии покоя и при условии мышечной работы. Регуляция обменных процессов веществ и энергии.

презентация [18,7 K], добавлен 05.03.2015

Изучение проблемы обмена веществ как основной функции организма человека в научной литературе. Обмен углеводов как совокупность процессов их превращения в организме, его фазы. Источник образования и поступления витаминов. Регуляция обмена веществ.

курсовая работа [415,4 K], добавлен 01.02.2014

Обмен веществ и энергии как основная функция организма, его основные фазы и протекающие процессы - ассимиляции и диссимиляции. Роль белков в организме, механизм их обмена. Обмен воды, витаминов, жиров, углеводов. Регуляция теплообразования и теплоотдачи.

реферат [27,2 K], добавлен 08.08.2009

Сущность метаболизма организма человека. Постоянный обмен веществ между организмом и внешней средой. Аэробное и анаэробное расщепление продуктов. Величина основного обмена. Источник тепла в организме. Нервный механизм терморегуляции организма человека.

лекция [22,3 K], добавлен 28.04.2013

Превращения веществ и энергии, происходящие в живых организмах и лежащие в основе их жизнедеятельности. Назначение обмена веществ и энергии, взаимосвязь анаболических и катаболических процессов. Энергетическая ценность углеводов и жиров в организме.

реферат [21,9 K], добавлен 28.05.2010

Обмен сложных белков. Переваривание, всасывание и промежуточный обмен липидов. Жирорастворимые и водорастворимые витамины. Регуляция обмена углеводов. Теплообмен и регуляция температуры тела. Регуляция липидного обмена. Роль печени в обмене веществ.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Потоки энергии и вещества в экосистемах Любая жизнь требует постоянного притока энергии и вещества. Энергия расходуется на осуществление основных жизненных реакций, вещество идет на построение тел организмов. Существование природных экосистем сопровождается сложными процессами вещественно-энергетического обмена между живой и неживой природой. Эти процессы очень важны и зависят не только от состава биотических сообществ, но и от физической среды их обитания.

Поток энергии в сообществе – это ее переход от организмов одного уровня к другому в форме химических связей органических соединений (пищи).

Поток (круговорот) вещества – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам и далее (через химические реакции, происходящие без участия живых организмов) вновь к продуцентам.

Круговорот вещества и поток энергии – не тождественные понятия, хотя нередко для измерения перемещения вещества используются различные энергетические эквиваленты (калории, килокалории, джоули). Отчасти это объясняется тем, что на всех трофических уровнях, за исключением первого, энергия, необходимая для жизнедеятельности организмов, передается в форме вещества потребленной пищи. Лишь растения (продуценты) могут непосредственно использовать для своей жизнедеятельности лучистую энергию Солнца.

Строгое измерение циркулирующего в экосистеме вещества можно получить, учитывая круговорот отдельных химических элементов, прежде всего тех, которые являются основным строительным материалом для цитоплазмы растительных и животных клеток.

В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, энергия может быть использована в организме только один раз.

Согласно законам физики энергия может переходить из одной формы (например, энергии света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но она никогда не создается вновь и не исчезает. Не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потери некоторой ее части. В своих превращениях определенное количество энергии рассеивается в виде тепла и, следовательно, теряется. По этой причине не может быть превращений, например пищевых веществ в вещества, из которых состоит тело организма, идущих со стопроцентной эффективностью.

Существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии, которая необходима всем организмам для поддержания их жизнедеятельности и самовоспроизведения.

Лишь около половины солнечного потока, падающего на зеленые растения, поглощается фотосинтетическими элементами, и лишь малая доля поглощенной энергии (от 1/100 до 1/20 части) запасается в виде энергии, необходимой для деятельности тканей растений.

По мере удаления от первичного продуцента скорость потока энергии (то есть количество энергии, выраженное в энергетических единицах, перешедшее с одного трофического уровня на другой) резко ослабевает.

Падение количества энергии при переходе с одного трофического уровня на более высокий определяет число самих этих уровней. Подсчитано, что на любой трофический уровень поступает лишь около 10% (или чуть более) энергии предыдущего уровня. Поэтому общее число трофических уровней редко

Все живые организмы на Земле представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. Энергия необходима для осуществления жизненно важных процессов, но прежде всего для химического синтеза веществ, используемых для построения и восстановления структур клетки и организма. Живые существа способны использовать только два вида энергии: световую (энергию солнечного излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) - по этому признаку организмы делятся на две группы - фототрофы и хемотрофы.
[sms]Главным источником структурных молекул является углерод. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две группы: автотрофы, использующие не органический источник углерода (диоксид углерода), и гетеротрофы, использующие органические источники углерода.

Процесс потребления энергии и вещества называется питанием. Известны два способа питания: голозойный - посредством захвата частиц пищи внутрь тела и голофитный - без захвата, посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма.

Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения в организме. Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции).

Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).

1. Значение АТФ в обмене веществ.

Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).

2. Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена. Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

У большинства живых организмов - аэробов, живущих в кислородной среде, - в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап - подготовительный - заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды). Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом. Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как "строительный материал" для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап - неполное окисление - осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы, называют гликолизом.

Третий этап - полное окисление - протекает при обязательном участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ.

3. Пластический обмен.

Пластический обмен, или ассимиляция, представляют собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул.

Органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) --пищеварение-- > Простые органические молекулы ( аминокислоты, жирные кислоты, моносахара)---биологические синтезы--> Макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы)

Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе автотрофной ассимиляции реакции фото- и хемосинтеза, обеспечивающие образование простых органических соединений, предшествует биологическим синтезам молекул макромолекул:

Неорганические вещества (углекислый газ, вода) ---фотосинтез, хемосинтез-->Простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахара)---биологические синтезы--> Макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы)

Фотосинтез - синтез органических соединении из неорганических, идущий за счет энергии клетки. Ведущую роль в процессах фотосинтеза играют фотосинтезирующие пигменты, обладающие уникальным свойством - улавливать свет и превращать его энергию в химическую энергию. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой довольно многочисленную группу белково-подобных веществ. Главным и наиболее важным в энергетическом плане является пигмент хлорофилл а, встречающиеся у всех фототрофов, кроме бактерии-фотосинтетиков. Фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид у эукариот или во впячивания цитоплазматической мембраны у прокариот.

В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.), которые превращаются в крахмал и запасаются растением, синтезируются мономеры других органических соединении - аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растительные, а точнее - хлорофиллосодержащие, клетки обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.

Хемосинтез также представляет собой процесс синтеза органических соединении из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, а за счет химической энергии, получаемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака, нитрита и др.). Наибольшее значение имеют нитрифицирующие, железо- и серобактерии.

Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия запасается бактериями в виде АТФ и используется для синтеза органических соединений. Хемосинтезирующие бактерии играют очень важную роль в биосфере. Они участвуют в очистке сточных вод, способствуют накоплению в почве минеральных веществ, повышают плодородие почвы. [/sms]

Читайте также: