mozok.click

Основные понятия и ключевые термины: ХЕМОСИНТЕЗ. ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

Вспомните! Что такое обмен веществ, энергии и информации? Знакомьтесь!

Сергей Николаевич Виноградский (1856 -1953) - гениальный украинский микробиолог, впервые доказал, что клетки способны образовывать органические вещества не только за счёт световой, но и с помощью химической энергии. Открытое им явление было названо хемосинтезом. 25 мая 2012 г. в г. Городке Хмельницкой области был открыт памятник знаменитому соотечественнику.

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы особенности и значение хемосинтеза?

ХЕМОСИНТЕЗ - процесс образования органических веществ из неорганических благодаря энергии, высвобождаемой при преобразовании неорганических веществ. Этот процесс осуществляют хемоавтотрофные бактерии: нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак до азотистой, а затем до азотной кислоты), железобактерии (превращают соединения двухвалентного железа в соединения трёхвалентного железа) и серобактерии (окисляют сероводород до сульфатов) (ил. 50).

Высвобождённая энергия аккумулируется в клетках бактерий в форме АТФ. Хемосинтез происходит аналогично темновой фазе фотосинтеза. Особенностями хемосинтеза, которые отличают его от фотосинтеза, являются то, что этот процесс: а) осуществляется без участия света; б) происходит с использованием кислорода, то есть это аэробный процесс. Источником активного водорода для восстановления НАДФ+, как и у фототрофов, является вода.

В планетарном масштабе хемосинтез составляет не более 1 % фотосинтеза, однако он имеет большое значение для биологического круговорота и геохимических преобразований. Значение хемотрофов важно для природы, поскольку они обеспечивают круговорот веществ (нитрифицирующие бактерии), участвуют в образовании горных пород (серобактерии, образующие свободную серу), вызывают коррозию металлов (железобактерии). Хемоавтотрофные организмы могут жить в океанах на больших глубинах, где есть ядовитый сероводород. Они окисляют

его и получают органические вещества для жизнедеятельности. Хемосинтезирующие бактерии, окисляющие соединения железа, марганца, распространены и в пресных водоёмах. Вероятно, что именно с их участием в течение миллионов лет на дне болот и озёр образовались залежи железных и марганцевых руд.

Итак, хемосинтез является важным для природы процессом пластического обмена, осуществляется без света с использованием кислорода.

Каковы базовые принципы синтетических процессов в клетках и организмах?

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН, или анаболизм (от греч. анаболе — подъём), - совокупность процессов синтеза органических веществ, происходящих в живом с использованием энергии. Основными процессами синтеза, с которыми вы ознакомились, являются фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белков, биосинтез ДНК и РНК.

Для синтетических процессов пластического обмена нужна энергия, то есть наблюдается его энергозависимость. Автотрофные организмы осуществляют биосинтез из неорганических веществ (воды и СО₂), используя энергию света (фотоавтотрофы) или энергию окислительно-восстановительных реакций (хемоавтотрофы). Гетеротрофные организмы осуществляют синтез собственных органических веществ, используя готовые питательные вещества как источник простых органических соединений и энергии. Поэтому пластический обмен взаимосвязан с энергетическим обменом, поскольку для синтеза нужны энергия и простые молекулы, образующиеся в реакциях распада. Но в любом случае энергия, которая используется для процессов пластического обмена, является химической энергией АТФ.

Все живые организмы требуют определённых веществ и энергии АТФ для синтеза собственных органических веществ. Этот принцип является жизненно важным для клетки, поскольку собственные органические молекулы не вызывают иммунных реакций отторжения, имеют определённое значение в жизнедеятельности, взаимосвязаны с другими молекулами. Все это обусловливает генетическую определённость подавляющего большинства реакций биосинтеза.

Для процессов пластического обмена характерна этапность, что объясняется усложнением продуктов и использованием безопасного количества энергии. Так, процессы фотосинтеза проходят в световой и темновой фазах, процессами биосинтеза белков являются транскрипция и трансляция.

В процессах пластического обмена участвуют почти все компоненты клетки, но сложные анаболические процессы происходят при участии специализированных клеточных структур. Так, фотосинтез у растений происходит в хлоропластах, синтез белков - на рибосомах, биосинтез липидов - в цистернах гладкой ЭПС. Процессы биосинтеза могут проходить и в цитоплазме, но только при определённых условиях.

Итак, базовыми принципами анаболизма являются энергозависимость, использование АТФ, направленность на синтез собственных органических веществ и этапность прохождения.

Как происходят выделение и переход веществ из клетки?

Жизнедеятельность клеток сопровождается образованием самых разнообразных веществ. Так, по завершении дыхания образуются конечные продукты окисления СО₂, Н₂О, Н₂О₂, NH₃, при фотоавтороф-ном питании выделяется молекулярный кислород, для внеклеточного пищеварения секретируются наружу ферменты. Для подавления жизнедеятельности других клеток бактериальные или грибные клетки выделяют антибиотики, при движении клеток усиливается теплоотдача и др. Болезнетворные бактерии Helicobacter pylori использует систему секреции, чтобы впрыснуть специальный белок в эпителиальные клетки желудка.

Разнообразие способов и веществ, выделяемых клетками, объединено в три типа выделения: 1) экскреция веществ; 2) секреция веществ; 3) внутриклеточное выделение.

Экскреция (от лат. excretio - выделение) - совокупность процессов, направленных на вывод неиспользованных продуктов обмена веществ и энергии, а также чужеродных и вредных для клетки веществ. Эти соединения могут выделяться как в неизмененном виде (например, СО₂, Н₂О), так и после значительных преобразований (например, расщепление пероксида водорода, преобразования аммиака в мочевину). Выведение осуществляют органеллы клеток или органы выделения у многоклеточных организмов.

Секреция (от лат. secretio - отделение) - процессы образования и выделения клеткой веществ-секретов. В частности клетками секрети-руются различные сигнальные молекулы, антибиотические вещества для защиты от патогенов или конкурентов, экзоферменты для пищеварения, питательные вещества и т. п. Клеточная секреция характерна для всех живых клеток.

Своеобразным способом выделения являются внутриклеточное выделение и изоляция переведённых в труднорастворимую форму продуктов обмена (например, в уратных клетках насекомых откладывается мочевая кислота, в хлорагогенных клетках дождевых червей откладывается гуанин или мочевая кислота). Органические кислоты, которые могут нанести вред клетке, в основном связываются с катионами и откладываются в виде кристаллических включений в цитоплазме.

Переход веществ из клеток осуществляется путём диффузии через клеточные поры, облегчённой диффузии с помощью белков-переносчи-ков, путём экзоцитоза. Важную роль в выделении выполняют везикулы. Это относительно небольшие клеточные органеллы, отделённые от цитозоля липидной мембраной. Если у везикулы один слой липидов, она называется одноламелярной, если больше - многоламелярной. Везикула служит для хранения, транспортирования и переработки питательных веществ, продуктов и отходов клетки.

Итак, значение выделения заключается в поддержании гомеостаза клетки, защите органелл и важных веществ от вредного воздействия опасных веществ или клеток, коммуникации с другими клетками, обеспечении регуляции функций.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Задание на сопоставление

Сравните хемосинтез и фотосинтез и сформулируйте вывод о сходстве и различии этих процессов пластического обмена.

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХЕМО- И ФОТОСИНТЕЗА

Биология + Экология

Пещера Мовилэ — пещера на территории Румынии, известная своей уникальной экосистемой. Жизнь в пещере развивалось отдельно от внешнего мира на протяжении 5,5 млн лет, и его основой является хемосинтез. Цепи питания основываются на хемосинтезе метано- и серобактерий. Интересно, какие экологические условия пещеры являются благоприятными для хемосинтеза?

ОТНОШЕНИЕ Биология + Экология

Исследователи из британского Университета Лафборо обнаружили, что росянка круглолистная (Drosera rotundifolia) - хищное растение, которое становится вегетарианцем в результате загрязнения окружающей среды, вызванного деятельностью человека. Дело в том, что увеличение уровня азота в почве в результате сжигания угля означает, что растению больше не нужно ловить насекомых для получения важнейших питательных веществ, необходимых для выживания. А как изменится пластический обмен росянки в связи с изменением её питания?

Обобщение темы 3. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КЛЕТКИ

КЛЕТКА (от лат. cellula - ячейка) - элементарная открытая биологическая система с собственным метаболизмом и процессами жизнедеятельности, которые осуществляются во взаимосвязи с окружающей средой. Основными принципами жизнедеятельности клетки являются открытость, упорядоченность, взаимосвязь с внешней средой, структурно-функциональная целостность (табл. 4).

Таблица 4. ОТДЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ КЛЕТКИ

Жизнедеятельность клеток как биологической системы обеспечивается совокупностью взаимосвязанных упорядоченных во времени и пространстве процессов, осуществляемых определёнными клеточными структурами. Эти процессы жизнедеятельности организуют непрерывный поток веществ, энергии и информации в клетку, в клетке и из клетки.

Самоконтроль знаний

Тест-применение 3. ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КЛЕТОК

Перед вами нейрон. Примените свои знания и с помощью ответов на тестовые задания охарактеризуйте жизнедеятельность нервной клетки.

I. Задания с одним правильным ответом

1. Каков тип питания у нейрона?

А автотрофное Б  гетеротрофное  В  миксотрофное

2. Какие малые биомолекулы является основным источником энергии для нейрона? А глюкоза Б жирные кислоты В аминокислоты Г нуклеотиды

3. Как называются образования нейронов для коммуникации с другими нервными клетками?

А десмосомы Б  плазмодесмы  В  синапсы Г  аксоны

4. Каков основной путь расщепления органических веществ у нейрона?

А гидролиз глюкозы  В  гликолиз

Б брожение  Г  аэробное расщепление

5. Какие структуры транспортируют сигналы от тела нейрона к мышцам или нейронам?

А синапсы  В  дендриты

Б аксоны  Г  миелиновая  оболочка

6. В какой форме энергии передаются нервные сигналы по нейронным сетям?

А химической  Б  механической  В  электрической  Г  световой

7. Что является конечными продуктами окисления глюкозы в нейронах?

А NH₃, СО₂, Н₂О  В  мочевая кислота

Б СО₂, Н₂О Г пировиноградная кислота

8. Назовите соединения, образующиеся нейронами гипоталамуса.

А антибиотики Б фитогормоны В нейрогормоны Г гистогормоны

9. Какая клеточная структура транспортирует вещества внутри нейрона?

А ЭПС  Б  комплекс Гольджи  В  цитоскелет  Г  рибосомы

10. Где в нейронах происходят основные катаболические процессы?

А в пластидах  В  в цистернах ЭПС

Б на рибосомах  Г  в митохондриях

11. Задание на установление соответствия

11. Установите соответствие между процессами жизнедеятельности нейронов и клеточными структурами.

1 аэробное расщепление  А  рибосомы

2 синтез белков  Б  плазмалема

3 генерация нервных импульсов  В  гранулярная ЭПС

4 образование нейросекретов  Г  митохондрии

III. Задание на выбор правильной комбинации ответов

12. Выберите признаки, характеризующие межнейронный контакт.

А Вещества, Б Образования, которые В Образования, принимаю-

передающие сигнал высвобождают вещества щие вещества

1 нейрогормоны  1  пузырьки-везикулы 1  эффекторы

2 нейромедиаторы  2  митохондрии  2  рецепторы

3 алкалоиды  3  рибосомы  3  нейрофибриллы

4 фитонциды  4  тельца Ниссля  4  медиаторы

Это материал учебника Биология 9 класс Соболь