Лекция по общей биологии

Лекция № 10 Тема:  Типы   метаболизма   в   живых   организмах.   Пластический   обмен. Фотосинтез.  Обмен веществ и превращения  энергии –  признак  живых организмов.  Базовые понятия  и термины:  обмен веществ, метаболизм,   пластический и энергетический обмен,   метаболические   реакции,   автотрофы,   гетеротрофы, дифференциация клеток, стволовые клетки. План лекции: 1.Типы метаболизма в живых организма 2.Пластический обмен. Фотосинтез. Содержание лекции: 1. Типы   метаболизма   в   живых   организмах.  Обмен   веществ   и превращения энергии – признак живых организмов.  Клетка является единым целым, биологической системой, элементы которой объединяет общий обмен веществ и превращения энергии. Живые   организмы   могут   существовать   и   развиваться   только   при условии   обмена   с   окружающей   средой   веществом   и   энергией.   Животные поглощают органические вещества пищи, растения – растворы минеральных солей   и   энергию   солнечного   света.   Все   живые   организмы   выделяют   во внешнюю среду продукты обмена и избыточную тепловую энергию. Обмен веществ   у   растений   и   холоднокровных   животных   сильно   зависит   от температуры окружающей среды, у теплокровных животных мало зависит от внешней температуры.  Обмен веществ клетки можно условно разделить на две части ­ обмен с окружающей средой и внутренний обмен, или метаболизм. Точнее понятия метаболизма можно сформулировать как закономерный порядок превращения веществ   и   энергии   в   клетке,   направленный   на   ее   рост,   сохранение   и самовоспроизведение. Метаболизм лежит в основе всех явлений жизни. Клетка, так же как и организм, – открытая живая система, поэтому она может функционировать только в условиях постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой.  Обмен веществ осуществляется в три этапа:  1) поступление веществ в клетку;  2) использование этих веществ клеткой;  3) выделение конечных продуктов обмена в окружающую среду Метаболизм  какой   ­   либо   клетки   состоит   из   двух   взаимосвязанных комплексов реакций. Процессы обмена подразделяют на:  пластический обмен(или анаболизм), объединяющий реакции синтеза веществ, необходимых организму,  энергетический   обмен  (или   катаболизм),   сущность   которого сводится   к   обеспечению   организма   энергией.   В   основном, подразумевают реакции окисления питательных веществ и синтеза АТФ. По стратегии получения материалов для обеспечения энергетического обмена   разные   группы   организмов   существенно   различаются   между   собой. Автотрофные   организмы  (фотосинтезирующие   растения   и   бактерии   и хемоавтотрофные бактерии) в реакциях энергетического обмена расщепляют синтезированные ими же органические вещества, чаще всего в форме глюкозы. А   вот  гетеротрофные   организмы  (животные,   грибы   и   бактерии) расщепляют органические вещества, которые поступают в их клетки с пищей. При   этом   грибы   и   бактерии   выделяют   пищеварительные   ферменты   в окружающую   среду,   а   поглощают   и   расщепляют   уже   достаточно   простые органические   вещества,   образовавшиеся   в   результате   действия   этих ферментов. А животные питательные вещества сначала поглощают, а потом начинают их обрабатывать ферментами в своей пищеварительной системе. У аэробных   живых   организмов   (т.е.   у   организмов,   которые   способны существовать   при   наличии   в   окружающей   среде   кислорода)   расщепление глюкозы в клетках происходит в два этапа ­ гликолиз и дыхание. Гликолиз происходит   в   цитоплазме,   а   дыхание   ­   в   митохондриях   (у   эукариот, прокариоты   для   этого   используют   дыхательные   белковые   комплексы, расположенные на плазмалемме). Для реакции пластического обмена своих клеток и гетеротрофные и автотрофные организмы используют внешние источники энергии и углерода. Разница в том, что автотрофы получают Карбон из неорганических веществ (углекислого   газа)   за   счет   энергии   солнечного   света,   а   гетеротрофы   ­   из органических веществ других живых организмов. Особенности протекания отдельных процессов метаболизма Тип обмена энергетический энергетический энергетический пластический пластический Процесс и его особенности Подготовительная стадия  энергетического обмена.  Макромолекулы расщепляются до  мономеров Гликолиз. Мономеры расщепляются до  промежуточных соединений Дыхание. Промежуточные соединения  окисляются до низкомолекулярных  веществ Синтез промежуточных соединений из  неорганических веществ Синтез мономеров из промежуточных  где происходит Окружающую среду,  лизосомы, пищеварительный  тракт цитозоль митохондрии хлоропласты Хлоропласты, цитозоль пластический соединений Синтез макромолекул из мономеров Хлоропласты, цитозоль,  митохондрии, ЭДС, ядро  Пластический   и   энергетический   обмены   неразрывно   связаны   между собой:   все   реакции   пластического   обмена   требуют   затрат   энергии, накопленной в процессе энергетического обмена, а для протекания реакций энергетического   обмена   необходимы   органические   вещества   и   ферменты (образуемые в процессе пластического обмена  Основные положения современной клеточной теории: 1.   Клетка   является   элементарной   структурной   единицей   живого   (за исключением неклеточных форм жизни). Существуют два типа организации клеток – прокариотический  и эукариотический. 2. Клетки похожи по строению. Это обусловлено их родством и сходством функций, которые они выполняют. Разнообразие клеток связано с различиями прокариот и эукариот, разным образом жизни одноклеточных организмов и функциональной   специализацией   клеток   многоклеточных   эукариотических организмов. 3. Клетка является целостной системой. Все клетки состоят из отдельных компонентов,   которые   специализируются   на   выполнении   определенных функций и имеют присущее им строение. Но какая ­ либо функция клетки является следствием взаимосогласованной работы этих компонентов. 4.   Клетки   размножаются   путем   деления.   Прокариотам   присущ   бинарное деление, а эукариотам ­ митоз и мейоз. Перед делением в клетке происходит репликация ДНК. 5.   Многоклеточные   организмы   являются   сложными   комплексами   клеток, которые объединены в ткани и органы. 1. 2. 3.Пластический обмен. Фотосинтез. Пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии. Фотосинтез и биосинтез белков — примеры пластического обмена. Значение пластического обмена:  обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур;  обеспечение клетки органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене. В   результате  фотосинтеза  из   углекислого   газа   и   воды   с   помощью солнечной   энергии   образуются   углеводы.   Этот   процесс   состоит   из  двух основных фаз ­ световой и темневой. В   ходе  световой   фазы  сначала кванты света улавливаются пигментом хлорофиллом, который расположен на мембранах тилакоидов. Энергия квантов переходит к электронам, которые увлекаются   молекулами­переносчиками.   Энергия   этих   электронов используется   в   тилакоидах   для   синтеза   АТФ.   Утраченные   электроны заменяются   электронами   из   атомов   водорода   молекул   воды,   которые   под действием света в результате фотолиза распадаются на водород и кислород. Освобожденные атомы кислорода взаимодействуют между собой и образуют молекулы   кислорода,   выделяется   как   побочный   продукт   реакции. Образующиеся же в результате отрыва электрона от атомов водорода протоны подхватываются   другими   молекулами­переносчиками.   Это   молекулы динуклеотида,  сокращенное   название   которых   НАДФ.   Присоединяя   к   себе протоны, они становятся аккумуляторами химической энергии (НАДФ • Н2) и могут использоваться в восстановительных процессах        2Н20 + 2НАДФ + ЗАДФ + ЗН3Р0 = 2НАФН +2 Н + + ЗАТФ +02    В  темновой   фазе  фотосинтеза   за   счет   энергии   НАДФ   –   Н2  и   АТФ, образовавшихся при световой фазе из углекислого газа, образуются молекулы глюкозы.  Совокупность   реакций,  которые   задействованы   в  этом   процессе, называется циклом Кальвина. 6С02 +12 НАДФН +12 Н +18 АТФ = С6Н120H +6 Н20 +12 НАДФ +18 АДФ +18 НзР04     Суммарное уравнение фотосинтеза: 6С02 +12 Н20 = С6Н120H Хемосинтез – синтез органических соединений за счет энергии реакций окисления   неорганических   соединений.   Хемосинтез   свойственен   для железобактерий   и   серобактерий.   Первые   из   них   используют   энергию, освобождающуюся при окислении двухвалентного железа в трехвалентное; вторые окисляют сероводород до серной кислоты.  Контроль знаний и умений:  Дать ответы на вопросы:    1. Что называют пластическим обменом в клетке? Дайте определение  ассимиляции. Приведите примеры. 2. Какие фазы условно выделяют в процессе фотосинтеза растений? 3. Какие условия необходимы для протекания световой фазы? Где  происходят реакции световой фазы? 4. В чем заключается взаимосвязь энергетического и пластического  обменов? 5. Охарактеризуйте световую и темновую фазы фотосинтеза. Домашнее задание:  Пересказ конспекта, проработать Л.1. стр. 58­71 Творческие   задания   –   тематика   подготовки   студентами   презентаций, рефератов и сообщений.  1. Хемосинтез, организмы относящихся к группе автотрофов­хемосинтетиков. 2. Какие ученые стали лауреатами Нобелевской премии за изучение различных этапов энергетического обмена