Какие признаки характерны для гетеротрофной ассимиляции кратко

Обновлено: 04.07.2024

Рената Арменаковна Петросова

Обмен веществ и энергии

в клетках организма

Предлагаемое пособие представляет собой достаточно подробное и полное изложение одной из наиболее сложных тем курса общей биологии — обмена веществ на клеточном уровне. Пособие написано в соответствии с программой углубленного курса общей биологии и программой для поступающих в вузы. Оно адресовано учащимся 10–11 классов, изучающим общую биологию, абитуриентам, поступающим на факультеты биологического и медицинского профиля, а также школьным учителям биологии.

Книга будет полезна тем учащимся, которые хотели бы разобраться в биохимических процессах, протекающих в клетке. Она не подменяет учебник, а дополняет его и систематизирует имеющиеся знания. С его помощью вы разберетесь в том, что осталось неясным после изучения темы по учебнику или объяснения учителя. В нем полно и в доступной форме описаны и объяснены сложные процессы обмена веществ, протекающие на клеточном уровне у автотрофных и гетеротрофных организмов. Это фотосинтез, энергетический обмен, реакции матричного синтеза (репликация ДНК, биосинтез РНК и белка). Понимание именно этих вопросов вызывает наибольшие трудности у старшеклассников. Поэтому параллельно с описанием каждого процесса предлагаются схемы и рисунки, которые значительно облегчают процесс усвоения сложного материала.

После каждой темы даны вопросы для самопроверки и задания различного уровня сложности. Любой ученик, ознакомившись с приведенным в пособии теоретическим материалом и ответив на предлагаемые вопросы, может считать, что он вполне освоил данную тему.

Пособие понадобится тем учащимся, которые хотели бы хорошо подготовиться к выпускным и вступительным экзаменам по биологии, единому государственному экзамену. Старшеклассники и абитуриенты смогут воспользоваться этим пособием для повышения уровня подготовки и систематизации учебного материала. Предлагаемые схемы легко запоминаются и позволяют уточнить и систематизировать сложный материал. Работа с пособием поможет приобрести прочные знания по наиболее сложным вопросам курса общей биологии.

Пособие интересно и учителям биологии, работающим в общеобразовательной и профильной биологической школе. Оно поможет восстановить в памяти сложные процессы обмена веществ, подготовиться к урокам. Приведенные в пособии вопросы и задания могут использоваться для контроля знаний учащихся.

Желаем всем успешной работы с предлагаемым учебным пособием и надеемся, что книга окажет помощь в овладении биологическими знаниями.

1. Обмен веществ и превращение энергии как основное свойство живого

Понятие об обмене веществ и превращении энергии

Одним из характерных признаков живого является обмен веществ и превращение энергии. Обмен веществ, или метаболизм (от греч. metabol — превращение), — это совокупность всех реакций синтеза и распада, протекающих в живых системах, связанная с выделением или поглощением энергии. Для существования организмов необходимы питательные вещества и энергия, которые они получают из внешней среды. В процессе питания и дыхания в организм поступают определенные вещества, которые в результате жизнедеятельности преобразуются, частично накапливаются, а частично выделяются в окружающую среду. Энергия и питательные вещества необходимы для осуществления всех процессов жизнедеятельности организма: роста, развития, движения, размножения и т. д. Основой этих процессов является обмен веществ и превращение энергии.

Живая система, которой является любой организм, находится в сложных взаимоотношениях с окружающей средой. Из окружающей среды он получает пищу, воду, кислород, свет, тепло. Из поступающих веществ и энергии организмы строят свое тело, образуя массу живого вещества планеты. В результате своей жизнедеятельности организмы сами воздействуют на окружающую среду и изменяют ее. Основой взаимосвязи живых систем и среды является обмен веществ и превращение энергии.

Для неживой природы также характерен обмен веществ. Например, при разрушении и выветривании горной породы происходит обмен веществ. Под действием воды, углекислого газа и других веществ крупные сложные породы разрушаются и превращаются в песок и глину. Химические вещества окисляются, например железо ржавеет. При их горении образуются газообразные продукты и вода, которые выделяются в атмосферу.

Основное отличие между обменом веществ в неживой и живой природе заключается в том, что обмен веществ в неживой природе приводит к уничтожению, разрушению вещества, породы. Живые же организмы, благодаря метаболизму, создают новые вещества, живут и воспроизводят себе подобных.

Обмен веществ и энергии состоит из двух взаимосвязанных и противоположных процессов — ассимиляции и диссимиляции. Ассимиляция, анаболизм, или пластический обмен, — это совокупность реакций синтеза высокомолекулярных органических веществ, сопровождающихся поглощением энергии за счет распада молекул АТФ. Диссимиляция, катаболизм, или энергетический обмен, — это совокупность реакций распада и окисления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии и запасанием ее в синтезируемых молекулах АТФ. Эти процессы характерны для живых систем почти всех уровней организации, начиная от клетки и заканчивая биосферой (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема обмена веществ и превращения энергии

Ассимиляция и диссимиляция — противоположные и взаимосвязанные процессы, составляющие единство обмена веществ. В живой природе это замкнутый процесс, так как химические элементы, из которых синтезируются органические вещества, переходят от одного организма к другому или выделяются в окружающую среду и вновь поступают в организмы. Происходит круговорот веществ и химических элементов.

Значение АТФ в обмене веществ

В отличие от круговорота веществ, круговорота энергии в живых системах не происходит. Организмам для жизнедеятельности постоянно необходима энергия. Единственным ее источником на Земле является солнце. Солнечная энергия аккумулируется растениями в процессе фотосинтеза, в результате чего она превращается в энергию химических связей молекул органических веществ.

Все остальные организмы используют готовые органические вещества. В процессе жизнедеятельности они расщепляют эти вещества, и энергия высвобождается. Она частично преобразуется, накапливается и в дальнейшем используется вновь в процессе пластического обмена на синтез органических веществ, специфичных для каждого организма. При этом клетка или организм постоянно теряет часть энергии, которая выделяется в виде тепла. Поэтому для существования жизни на Земле необходим постоянный приток энергии.

Одним из ключевых веществ, которое способно преобразовывать энергию солнечного света в энергию химических связей органических веществ, а далее вновь накапливать и передавать для синтеза новых веществ, является АТФ (рис. 2). В двух макроэргических связях ее молекул накапливается в 2,5 раза больше энергии, чем в обычных связях. Клетка использует эту запасенную энергию на различные процессы: биосинтез собственных органических веществ, движение, деление, передачу нервных импульсов и т. д. АТФ — основное вещество, которое обеспечивает функционирование клетки, запасает энергию в процессе энергетического обмена и выделяет в процессе пластического обмена. Ее синтез происходит на кристах митохондрий. Молекулы этого вещества легко и быстро способны доставлять энергию в любую часть клетки. АТФ является ключевым веществом обменных процессов и универсальным источником энергии в клетках, тканях и организмах.

В процессе ассимиляции за счет низкомолекулярных соединений в клетках синтезируются высокомолекулярные органические соединения. Гетеротрофные организмы не могут синтезировать органические вещества из неорганических, поэтому для процессов ассимиляции они нуждаются в поступлении органических веществ извне в виде пищи. Попадая в гетеротрофный организм, пища переваривается, т. е. белки расщепляются на аминокислоты, сложные углеводы— на простые и т. д. А уж затем из этих простых органических веществ в клетках гетеротрофных организмов осуществляются процессы синтеза сложных органических веществ, идущих на построение их тела. Необходимую для этого энергию доставляют процессы диссимиляции. Процесс ассимиляции проходит три стадии. Исходными веществами для него служат те продукты, к-рые подвергаются превращениям на третьей стадии диссимиляции. Т. о., третья стадия катаболизма является в то же время первой, исходной стадией анаболизма (цикл кребса). Реакции, протекающие на этой стадии, выполняют как бы двойную функцию. С одной стороны, они участвуют в завершающих этапах катаболизма, а с другой служат и для анаболических процессов, поставляя вещества-предшественники для последующих стадий анаболизма. Нередко такие реакции называют амфиболическими. На этой стадии, напр., начинается синтез белка. Исходными реакциями этого процесса можно считать образование нек-рых альфа-кетокислот. На следующей, второй стадии анаболизма в ходе реакций аминирования или трансаминирования эти к-ты превращаются в аминокислоты, к-рые на третьей стадии анаболизма объединяются в полипептидные цепи. В результате ряда последовательных реакций происходит также синтез нуклеиновых к-т, липидов и полисахаридов. Однако пути анаболизма не являются простым обращением процессов катаболизма. Нек-рые реакции катаболизма практически необратимы, поэтому в ходе эволюции были выработаны другие, обходные реакции, позволившие обойти эти тупики.

Дети в семье, как цветы, за ними нужен уход, но когда они вырастут - вы в убытке не останетесь! © Александр Дьяков ==> читать все изречения.

Гетеротрофные клетки должны потреблять в качестве пищи органические вещества. Гетеротрофная ассимиляция сводится в основном к процессам перестройки молекул. Например, поглощаемые белки расщепляются до аминокислот, из которых вновь синтезируются белки, свойственные данному организму. Необходимую для этого энергию доставляют процессы диссимиляции.

Многие плесневые грибы обладают многообразием путей метаболизма. При этом организму достаточно одного-единственного органического вещества, чтобы синтезировать все необходимые соединения. При этом представители различных классов веществ превращаются друг в друга:

Большинство других организмов из-за ограниченной способности к синтезу должны получать совершенно определенные (так называемые незаменимые) органические вещества, например аминокислоты. Обмен веществ у гетеротрофных клеток в основном катаболический, так как ассимиляция у них включает как катаболические, так и анаболические реакции, а диссимиляция — только катаболические.

В автотрофных клетках в связи с питанием неорганическими веществами преобладают анаболические реакции — приблизительно в той же мере, в какой ассимиляция преобладает у них над диссимиляцией.

Помимо фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции – хемосинтез , свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза, источником энергии здесь служит не свет, а окисление неорганических веществ. Хемосинтез, как и фотосинтез, включает преобразование энергии и вещества. При превращении веществ из СО2 образуются (в основном таким же путем, как при фотосинтезе) органические ассимиляты, в частности углеводы. Необходимые для этого продукты преобразования энергии те же, что и при фотосинтезе: используемый для восстановления водород (в форме АТР). Они же получаются в результате окисления неорганических веществ, например Н2S.

Часть электронов , отнятых у неорганических веществ (окисление!), переносится на NAD (например, H2S + NAD ± S + NAD x H + Н+) и используется при превращении веществ для восстановления. Другая часть через цепь транспорта электронов направляется к кислороду и доставляет энергию для синтеза АТР, подобно тому как это происходит в цепи дыхания.

Гетеротрофные клетки должны потреблять в качестве пищи органические вещества. Гетеротрофная ассимиляция сводится в основном к процессам перестройки молекул. Например, поглощаемые белки расщепляются до аминокислот, из которых вновь синтезируются белки, свойственные данному организму. Необходимую для этого энергию доставляют процессы диссимиляции. При высокой способности к перестройке веществ (многообразии путей метаболизма, как, например, у многих плесневых грибов) организму достаточно одного-единственного органического вещества, чтобы синтезировать все необходимые соединения. При этом представители различных классов веществ превращаются друг в друга: аминокислоты в углеводы, углеводы в жиры и т. д. В отличие от этого большинство других организмов из-за ограниченной способности к синтезу должны получать совершенно определенные (так называемые незаменимые ) органические вещества, например аминокислоты. Обмен веществ у гетеротрофных клеток в основном катаболический, так как ассимиляция у них включает и ката-, и анаболические реакции, а диссимиляция – только катаболические. В автотрофных клетках в связи с питанием неорганическими веществами преобладают анаболические реакции – приблизительно в той же мере, в какой ассимиляция преобладает у них над диссимиляцией.

Биосинтез жирных кислот начинается с ацетил-СОА (но идет не по тому пути, по которому они расщепляются), а биосинтез глицерина – с дигидроксиацетонфосфата. Белки расщепляются протеазами. Освобождающиеся 20 различных а инокислот в случае, если они не используются для синтеза новых белков, различными путями распадаются и в конце концов превращаются в пируват, ацетил-СОА и промежуточные продукты цикла лимонной кислоты (альфа-кетоглутарат, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат).

Продукты расщепления аминокислот могут также использоваться для синтеза углеводов (глюконеогенез) или выделяться в органической форме.

Микроорганизмы и растения способны синтезировать все 20 аминокислот. Пути синтеза их углеродных скелетов ответвляются от процессов ассимиляции или диссимиляции. По исходному веществу аминокислоты подразделяются на ряд групп.

Аминогруппы образуются из поглощенного азота, чаще всего неорганического.

Читайте также: