Основні поняття і ключові терміни: катаболізм. Гідроліз. Біологічне окислення.

Згадайте! Що таке харчування?

Подумайте!

Енергія не виникає з нічого і нікуди не зникає, вона може тільки переходити з одного виду в інший (закон збереження енергії). А як відбувається взаємоперетворення енергії в клітині?

ЗМІСТ

Яке значення має розщеплення органічних речовин?

Сукупність процесів, в ході яких здійснюється вступ в клітку необхідних для життєдіяльності речовин, називається клітинним харчуванням (мул. 46). В клітини рослин, ціанобактерій, фото- і хемосинтезирующих бактерій надходять неорганічні сполуки, з яких утворюються прості органічні сполуки, що визначає автотрофне харчування. Внаслідок гетеротрофного харчування клітини багатьох прокаріотів, тварин і грибів отримують прості (амінокислоти, жирні кислоти, моносахариди) або складні (білки, ліпіди і складні вуглеводи) органічні речовини. Є в живій природі ще група організмів, які на світлі харчуються за допомогою хлоропластів, а в умовах недостатнього освітлення поглинають через пори клітинної стінки низькомолекулярні органічні речовини (наприклад, хламидомонада, діатомові водорості). У них змішане, або міксотрофное, харчування. Харчування клітин відбувається за участю клітинної мембрани, гіалоплазми, хлоропластів, лізосом.

Іл. 46. ​​Одноклітинні організми з різним типом харчування: 1 - мікрастеріас (автотрофне); 2 - інфузорія трубач (гетеротрофное); 3 - хламидомонада (міксотрофное)

Розщеплення простих або складних органічних речовин направлено на вивільнення хімічної енергії, яка може перетворюватися в інші форми. Слід пам'ятати, що в біологічних системах енергія існує в різних формах: хімічної, електричної, механічної, теплової та світловий, які здатні перетворюватися один в одного. Так, хімічна енергія з'єднань, що розщепилися, використовується для біохімічних реакцій синтезу, перетворюється в механічну енергію руху, електричну енергію нервових імпульсів, теплову енергію для підтримки температури тіла, світлову енергію біологічного світіння.

Отже, розщеплення органічних речовин забезпечує вивільнення хімічної енергії з поживних речовин, що надходять в клітини

завдяки харчуванню.

Як відбувається розщеплення органічних сполук в клітинах?

Катаболізму (від грец. Катаболе - скидання вниз, руйнування) -це енергетичний обмін, або сукупність реакцій розщеплення складних з'єднань до більш простих, що супроводжується виділенням енергії. Розділ біохімії, який займається вивченням перетворення і використання енергії в живих клітинах, називається біоенергетикою. Енергетика катаболічних процесів відрізняється від енергетичних реакцій неживої природи.

Першою особливістю є те, що реакції катаболізму відбуваються за участю ферментів оксидоредуктаз і гідролу-зи. Завдяки їх впорядкованого розташування на клітинних мембранах або в відсіках, відокремлених мембранами, ефективність реакції катаболізму висока. Через це перетворення хімічної енергії в інші форми здійснюється без значних теплових втрат. Так, коефіцієнт корисної дії (ККД) звичайного двигуна становить 20 - 25%, а мітохондрій - 60 - 70%.

Другою особливістю катаболізму є те, що вивільнення енергії в реакціях розщеплення відбувається поступово, аж до утворення кінцевих продуктів окислення - води і вуглекислого газу. Наприклад, при повному розщепленні 1 моль глюкози виділяється близько 2 800 кДж енергії. Вивільнення усієї цієї кількості енергії відразу для клітини означало б миттєву смерть.

Третьою особливістю катаболізму є те, що хімічна енергія, яка вивільняється при руйнуванні хімічних зв'язків молекул вуглеводів, ліпідів, білків, акумулюється в молекулах особливої ​​речовини живого - аденозінтріфосфатной кислоти (АТФ) (мул. 47). Акумульована енергія цього універсального з'єднання доступна для різних процесів життєдіяльності клітини.

Отже, розщеплення органічних речовин в клітинах відрізняється від хімічних реакцій розкладання і називається катаболізму.

Які основні шляхи розщеплення органічних речовин?

Живильні органічні речовини, що надходять або утворюються в клітинах, діляться на малі біомолекули і макромолекули.

Макромолекули розщеплюються в клітинах завдяки гідролізу (від грец. Гідро - вода, лізис - розщеплення). Це реакції обмінного взаємодії молекул з водою за участю ферментів-гідролаз. Білки з допомогою протеаз розщеплюються до амінокислот, жири за участю ліпаз - до жирних кислот і гліцерину, вуглеводи за допомогою амілаз - до моносахаридів. При цьому виділяється близько 0,8% енергії, т. Е. Енергетичний ефект цього етапу незначний, і вся енергія розсіюється у вигляді теплоти. Цей шлях розщеплення відбувається в ділянках цитоплазми з високим вмістом води або в травних вакуолях.

Подальше розщеплення малих молекул поживних речовин відбувається шляхом ферментативних окислювально-відновних реакцій, а вся їх сукупність називається біологічним окисленням. Це реакції перенесення електронів з однієї молекули на інші, каталізують Оксидоредуктази. Більшість процесів окислення в організмі супроводжується відщепленням водню від органічних речовин. Основними субстратами біологічного окислення є вуглеводи і жири, саме їх катаболізм дає найбільшу кількість хімічної енергії. Біологічне окислення в клітинах може бути безкисневим і кисневим.

Бескислородное розщеплення (анаеробне розщеплення) відбувається в гіалоплазме і призводить до вивільнення незначної кількості енергії. На цьому етапі органічні сполуки розщеплюються без участі кисню. Відщепився водень приєднується цілим рядом молекул, внаслідок чого утворюються різні продукти відновлення (наприклад, молочна кислота), які володіють значним запасом енергії. Бескислородное розщеплення - найпростіша форма утворення енергії в багатьох клітинах. Найважливішими на цьому етапі в клітинах є гліколіз (бескислородное розщеплення моносахаридів), ліполіз (розщеплення запасних жирів і жирних кислот), протеоліз (розщеплення білків і амінокислот), бродіння (розщеплення вуглеводів під дією мікроорганізмів).

Другий, набагато більш ефективний шлях розщеплення органічних речовин, - це кисневе розщеплення (аеробне розщеплення, клітинне дихання). Воно відбувається в матриксі і на Кріста мітохондрій за участю кисню; при цьому вивільняється основна частина енергії (більше 90%). Під час аеробного розщеплення електрони і протони водню через ряд проміжних сполук передаються на молекулярний кисень з утворенням води. Крім того, виділяється СО2, а при розщепленні азотосодержащих з'єднань (амінокислоти, нуклеотиди) ще й аміак, який в подальшому підлягає знешкодженню.

Отже, розщеплення органічних речовин в клітині здійснюється завдяки гідролізу і біологічного окислення, що відбувається шляхом безкисневого і кисневого розщеплення.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Розпізнайте зображені на ілюстраціях клітини і порівняйте з допомогою таблиці їх особливості харчування і розщеплення органічних речовин.

Біологія + Хімія

Горіння, за сучасними уявленнями, - складний фізико-хімічний процес на основі екзотермічних окислювально-відновних реакцій, що характеризуються значною швидкістю виділення великої кількості тепла й світла. При горінні, як правило, утворюється полум'я. Горіння виникає, якщо є горюча речовина, окислювач та джерело запалювання. А чим біологічне окислення відрізняється від горіння?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Фізика

Найвідомішими з електричних скатів є представники роду Torpedo (від лат. Torpere - паралізувати). Сила струму, яку генерують скати, різна в залежності від виду. Наприклад, атлантичний торпедо (Torpedo nobiliana) може давати розряди в 220 В, але для більшості видів ця цифра менше і становить 5 - 40 В. Сильні розряди використовують для оглушення жертв, тоді як слабкі - для електроехолокаціі і визначення об'єктів полювання, для комунікації. Оцініть значення клітинного дихання для забезпечення цих енергетичних потреб.

оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке клітинне харчування? 2. Назвіть типи харчування. 3. Що таке катаболізм? 4. Назвіть особливості катаболізму. 5. Назвіть основні шляхи розщеплення органічних сполук. 6. Що таке біологічне окислення і гідроліз?

7 - 9

7. Яке значення мають харчування і розщеплення органічних сполук для клітин? 8. Як відбувається розщеплення органічних сполук в клітинах? 9. Які основні шляхи розщеплення органічних сполук в клітинах?

10 - 12

10. Як відбувається взаємоперетворення енергії в клітині?

Це матеріал підручника Біологія 9 клас Соболь