Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Усвоив материал этой главы, вы должны уметь:

  1. Охарактеризовать приведенные ниже термины и понятия и объяснить взаимоотношения между ними:
    а) автотрофы, фототрофы, хемотрофы, гетеротрофы;
    б) метаболизм, анаболизм, катаболизм;
    в) ассимиляция, фотосинтез, хемосинтез, биологические синтезы;
    г) диссимиляция, гликолиз, клеточное дыхание.
  2. Сформулировать сущность метаболизма.
  3. Представлять классификацию живых организмов по источникам энергии и углерода.
  4. Объяснить особенности метаболизма у авто- и гетеротрофов.
  5. Объяснить структуру и значение АТФ в обмене веществ.
  6. Представлять сущность и производительность гликолиза, различных видов брожения и клеточного дыхания.
  7. Охарактеризовать сущность световой и темновой фаз фотосинтеза.
  8. Описать сущность и значение хемосинтеза.

Обмен веществ и превращение энергии – основа жизнедеятельности живых организмов

Все живые организмы, обитающие 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 соединений) – и по этому признаку делятся на две группы: фототрофы и хемотрофы.

Для синтеза компонентов организма необходимо потребление извне химических элементов, используемых в качестве строительных блоков. Главным структурным элементом органических молекул является углерод. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две большие группы: автотрофы, использующие неорганический источник углерода (диоксид углерода), и гетеротрофы, использующие органические источники углерода. Большинство живых организмов относится к фотоавтотрофам или хемогетеротрофам. Однако некоторые живые существа, например эвглена зеленая, в зависимости от условий обитания ведут себя как авто- либо как гетеротрофы и составляют особую группу миксотрофных организмов.

Процесс потребления энергии и вещества называется питанием. Известны два способа питания: голозойный – посредством захвата частиц пиши внутрь тела, 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 веществ в организме. Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции).

Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергетического обмена и диссимиляции). Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Метаболизм у авто- и гетеротрофных организмов характеризуется особенностями, касающимися способов построения структурных компонентов органических молекул (рис. 4.1). Автотрофы самостоятельно синтезируют простые органические соединения, используя для этого неорганические вещества и энергию солнечного излучения (при фотосинтезе), либо энергию окисления неорганических веществ (при хемосинтезе). Гетеротрофы получают простые органические вещества в процессе пищеварения, когда под влиянием пищеварительных ферментов сложные органические компоненты пищи расщепляются на более простые. Таким образом, у автотрофов превалируют процессы ассимиляции (фотосинтез или хемосинтез, а также биологические синтезы), у гетеротрофов — процессы диссимиляции (пищеварение как подготовительный этап плюс реакции биологического распада).

Метаболизм автотрофных и гетеротрофных организмов
Рис. 4.1. Метаболизм автотрофных и гетеротрофных организмов