Енергетичний обмін речовин. Синтез АТФ. Реферат

Сукупність всіх цих процесів називається обмін речовин (метаболізм).

1. Процеси поглинання із довкілля, засвоєння і накопичення хімічних речовин, які необхідні для утворення сполук, необхідних організму, називаються асиміляцією (біосинтезом).

У кожній живій клітині здійснюється величезна кількість хімічних реакцій. Всі вони відбуваються організовано і упорядковано. Кожна реакція відбувається у конкретно визначеному місці і за участю ферментів – каталізаторів, які розміщені на мембранах мітохондрій та ЕПС.

2. Розрізняють 2 типи реакцій у клітині:

• І-ший тип – реакції синтезу білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот, тобто асиміляція.
• ІІ-ий тип: – реакція розщеплення складних органічних речовин до менш складних сполук (СО2 і Н2О), які супроводжуються виділенням енергії – дисиміляція.

3. Сукупність реакцій біосинтезу називають пластичним обміном.

4. Сукупність реакцій розщеплення, що забезпечують клітину енергією, називають енергетичним обміном.

5. енергетичний та пластичний обміни тісно пов’язані між собою та зовнішнім середовищем і в єдності становлять обмін речовин і енергії в кожній клітині і в організмі в цілому.

Процеси асиміляції не завжди врівноважені з процесами дисиміляції. Так, в організмах, що розвиваються, переважає асиміляція (накопичуються речовини і росте організм).

При інтенсивній фізичній роботі, нестачі поживних речовин та старінні переважають процеси дисиміляції.

Для живих організмів Землі основним джерелом енергії є сонячне світло.

6. Організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних називаються автотрофами.

7. Організми, що використовують для утворення органічних сполук з неорганічних енергію світла називають фототрофами (зелені рослини, ціанобактерії).

8. Організми, що використовують для утворення органічних речовин із неорганічних енергію хімічних реакцій називають хемотрофами. (сіркобактерії, залізобактерії).

9. Організми, що використовують для утворення своїх органічних речовин органічні речовини, утворені іншими організмами (живі організми, їх рештки, продукти життєдіяльності), які вони одержують з їжею, називають гетеротрофами.

10. Енергетичний обмін організмів здійснюється у три послідовних етапи:

Процеси енергетичного обміну

Звільнення і використання енергії

у цитоплазмі клітин усіх організмів (у шлунково-кишковому тракті)

Крупні молекули б, ж. при участі ферментів розпадаються на дрібні молекули (мономери) білки – до амінокислот, жири – гліцерину і жири кислот, вуглеводи – моносахарид н. кислоти – до нуклеотидів – до вільних азотистих основ, пентоз і фосфорної кислоти.

Енергія розсіюється у вигляді теплоти.

Безкисневий (анаеробний) гліколіз етап неповне розщеплення

Амінокислоти, глюкоза та інші речовини, що утворюються на підготовчому етапі, розщеплюються далі.

Розпад однієї молекули глюкози дає енергію, що забезпечує синтез 2х молекул АТФ (виділяється 200 КДж енергії).

Дві молекули молочної кислоти розщеплюються за участю АДФ і фосфорної кислоти.

Енергія від розпаду 2х молекул молочної кислоти використовується для синтезу 36 молекул АТФ

11. Найважливішим на безкисневому етапі енергетичного обміну є розщеплення в клітинах молекул глюкози шляхом гліколізу на дві молекули піровиноградної (С3Н4О3) або молочної кислоти (С3Н6О3) у м’язових клітинах:

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 – 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О

У процесі розпаду глюкози беруть участь 13 різних ферментів, фосфорна кислота і АДФ.

Під чол гліколізу виділяється » 200 кДж енергії. 84 кДж використовується на синтез 2х молекул АТФ, а решта (116 кДж) використовується у вигляді теплоти.

Значення гліколізу: організм дістає енергію в умовах дефіциту кисню.

Спиртове бродіння – це один тип перетворення глюкози, коли вона розпадається на 2 молекули етилового спирту

(С2Н5ОН) та 2 молекули вуглекислого газу (СО2)

С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ = 2СО2 + 2С2Н5ОН + 2АТФ + 2Н2О

Молочнокисле (молочне) бродіння – вид безкисневого бродіння.

12. Після завершення гліколізу настає друга стадія – кисневе розщеплення.

13. Процес кисневого розщеплення описується рівнянням:

2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 – 36АТФ + 6СО2 + 42Н2О

При цьому виділяється енергія (2600 кДж) частина якої розсіюється у вигляді тепла (45%), 55% перетворюється в енергію хімічних зв’язків АТФ (1440 кДж).

14. Сумарне рівняння повного розщеплення глюкози записується так:

Процеси надходження в організм із зовнішнього середовища кисню, використання його клітинами і тканинами для окислення органічних речовин і виділення з організму вуглекислого газу називається диханням.

Порівняння вивільненої енергії та кінцевих продуктів при спиртовому бродінні і диханні.

§ 22. СТРУКТУРИ КЛІТИН, ЯКІ ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ПРОЦЕСИ ОБМІНУ РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ

Основні поняття й ключові терміни: МЕТАБОЛІЗМ. Мембранне транспортування. Біотрансформація.

Пригадайте! Що таке клітина?

Гепатоцити (від грец. гепар — печінка, цитос — клітина) — клітини печінки, які секретують жовч і беруть активну участь в обміні речовин організму й знешкодженні токсинів. У гепатоцитів є свої способи мембранного транспортування, інтенсивний метаболізм, вони містять ферменти, яких немає в усіх інших клітинах організму. Як у цих клітинах відбувається обмін речовин та енергії?

Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану?

Обмін речовин, енергії та інформації на рівні клітин відбувається внаслідок: 1) надходження речовин й енергії у клітину; 2) метаболізму; 3) видалення із клітин. Які структури клітин забезпечують ці процеси?

Мембранне транспортування (лат. transporto — переміщую) забезпечує перенесення різноманітних речовин, енергії та інформації крізь клітинні мембрани. Малі молекули та йони проходять крізь мембрани шляхом пасивного або активного транспортування, а перенесення макромолекул здійснюється завдяки ендо- й екзоцитозу.

Транспортування речовин крізь мембрани

Крізь мембрану (йонні насоси)

У мембранній упаковці: ендоцитоз (фагоцитоз і піноцитоз) та екзоцитоз

Функції тих чи інших клітин обов’язково позначаються на будові їхніх клітинних мембран. Так, гепатоцити на одному зі своїх полюсів мають мікроворсинки або внутрішньоклітинні вип’ячування мембран для збільшення поверхні й всмоктування шляхом дифузії речовин із крові. Розчинні у воді сполуки транспортуються в клітини шляхом осмосу, а гідрофобні неполярні речовини — шляхом полегшеної дифузії за участі білків-переносників. Мембрана гепатоцитів має високу ферментну активність для активного транспортування йонів й молекул як усередину клітини, так і з клітини. Активне транспортування речовин крізь мембрану здійснюється проти градієнта їх концентрації із затратою енергії АТФ та за участі спеціальних мембранних білків, які називаються йонними насосами. Наприклад, натрій-калієвий насос забезпечує переміщення низькомолекулярних сполук (амінокислот, глюкози) крізь мембрану за рахунок різної концентрації йонів Na+ і K+ всередині клітини і ззовні. За участі АТФ відбуваються ендоцитоз та екзоцитоз. При ендоцитозі плазматична мембрана утворює вирости, які потім перетворюються на внутрішньоклітинні пухирці, що містять захоплений клітиною матеріал. Розрізняють два види ендоцитозу: фагоцитоз і піноцитоз. Шляхом ендоцитозу відбувається всмоктування ліпопротеїнових частинок із крові після прийому жирної їжі, а шляхом екзоцитозу — вивільнення в кров жирових краплин, жовчі. У здійсненні транспортування речовин велике значення мають міжклітинні контакти. Так, біля жовчних канальців, у які секретується жовч, мембрани гепатоцитів зв’язані щільними контактами й десмосомами для запобігання дифузії. Для передачі сигнальних молекул чи поживних речовин між гепатоцитами існують щілинні контакти.

Отже, впорядкованість й регуляцію потоку речовин, енергії та інформації у клітину і з клітини забезпечує мембранне транспортування.

Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму?

МЕТАБОЛІЗМ (від грец. метаболе — перетворення, зміна) — сукупність хімічних процесів, що забезпечують перетворення речовин, енергії та інформації в клітині. Ці зміни спрямовані на ВПОРЯДКОВАНІСТЬ клітини, тому в метаболічних процесах беруть участь усі структури клітини. Особливості будови клітин, кількість й різноманітність їх структур залежать від інтенсивності процесів її метаболізму та функцій в організмі. Для того щоб переконатись у цьому, розглянемо особливості будови гепатоцитів (іл. 62).

Іл. 62. Будова гепатоцита

У центральній частині гепатоцита розміщене ядро з одним або двома ядерцями. Ядра можуть бути диплоїдними (2n), тетраплоїдними (4n) й навіть октаплоїдними (8n), що залежить від функціонального стану організму. Кількість таких ядер із віком поступово збільшується і до старості досягає 80 %.

Основною функцією гепатоцита є утворення й секреція жовчі у жовчні канальці. Через те в клітинах добре розвинуті секреторні міхурці. Цитоплазма гепатоцитів рясніє мітохондріями, кількість яких в одній клітині може досягати 2000. Ці двомембранні органели окиснюють органічні речовини й синтезують у великій кількості АТФ.

Важливу роль відіграють гепатоцити в синтезі білків, вуглеводів і ліпідів. Гепатоцити синтезують альбуміни, більшу частину глобулінів і білків, що беруть участь у зсіданні крові. Білки в гепатоцитах синтезуються в шорсткій ЕПС, надходять до комплексу Ґольджі, набувають функціональних особливостей, упаковуються в міхурці й виділяються за допомогою екзоцитозу в кров. Метаболізм вуглеводів й ліпідів пов’язаний з гладкою ЕПС, яка розсіяна в цитоплазмі у вигляді цистерн, трубочок й міхурців. Гепатоцити під дією інсуліну перетворюють надлишок глюкози на глікоген, який відкладається у вигляді зерен у цитоплазмі. За нестачі глюкози зерна глікогену розщеплюються до глюкози. У гепатоцитах також відбувається накопичення лідідів у вигляді жирових краплин.

Отже, кількість, наявність та участь структур клітини в тих чи інших процесах визначається саме особливостями метаболізму та функціями клітин.

Як відбувається знешкодження та виділення речовин із клітин?

У клітину разом з необхідними для її життя речовинами можуть потрапляти ззовні чужорідні або утворюватися всередині токсичні речовини (амоніак, гідроген пероксид, індол, скатол). Вони зазнають перетворень і видаляються. Біотрансформація (від грец. bios — життя, лат. transformatio — перетворення) — біохімічні процеси, в ході яких речовини зазнають змін під дією різних ферментів клітин. У ході першої фази біотрансформації молекула шкідливої речовини збагачується полярними функціональними групами, що робить її реакційноздатною і розчинною у воді. У другій фазі відбуваються синтетичні процеси поєднання з ендогенними молекулами (наприклад, з глюкуроновою кислотою, сульфатами, гліцином), у результаті чого утворюються полярні сполуки, які й виводяться з клітин.

Знешкодження токсичних сполук у клітинах забезпечується ферментами оксидоредуктазами, гідролазами, пероксидазами та відбувається в цитоплазмі, ЕПС, мікротільцях, мітохондріях, лізосомах. Так, за допомогою ферментів ЕПС відбувається детоксикація алкоголю, пероксидаза мікротілець розщеплює гідроген пероксид на воду й кисень. У гепатоцитах отруйний амоніак знешкоджується в процесі перетворення на сечовину.

Основними процесами клітинного виділення є: а) розчинення продуктів обміну речовин й видалення їх з клітин за участі вакуолей, залишкових тілець; б) ізолювання продуктів обміну у вигляді клітинних включень.

Отже, у клітинах відбуваються процеси, під час яких знешкоджуються, перетворюються й видаляються назовні шкідливі речовини та підтримується клітинний гомеостаз.

Самостійна робота з ілюстрацією

Розгляньте ілюстрацію клітини людини із позначеними структурами: 1 — клітинна мембрана; 2 — піноцитозний міхурець; 3 — клітинний центр; 4 — гіалоплазма; 5 — зерниста ЕПС; 6 — незерниста ЕПС; 7 — ядерні пори; 8 — секреторні міхурці; 9 — комплекс Гольджі; 10 — мітохондрія; 11 — ядро; 12 — ядерце; 13 — лізосоми; 14 — фагоцитозні міхурці.

Визначте роль позначених структур у обміні речовин та перетворенні енергії, заповніть у робочому зошиті таблицю. Зробіть висновок про взаємозв’язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.

Роль в обміні речовин, енергії та інформації

Біологія + Хімія. Йони й метаболізм клітин

Існування йонів уперше теоретично передбачив Майкл Фарадей близько 1830 р., описуючи поведінку частинок молекул, що збираються біля катоду та аноду. Однак механізм йонізації не розуміли до 1884 р., аж поки Сванте Арреніус не описав його у своїй докторській дисертації. Що таке йони? В яких процесах метаболізму клітин йони беруть найактивнішу участь?

Біологія + Медицина. Регенерація печінки

У печінці мишей виявлено спеціальні клітини, які відповідають за її відновлення. До цих пір залишалося невідомим, унаслідок чого відбувається регенерація цього органа. Нові клітини назвали гібридними гепатоцитами. Виявлені клітини допоможуть науковцям розробити безпечні способи лікування хвороб печінки. Застосуйте свої знання про будову гепатоцитів й поясніть, як відбувається утворення жовчі та відновлення печінки на клітинному рівні.

Завдання для самоконтролю

1. Що таке мембранне транспортування? 2. Назвіть основні види транспортування. 3. Що таке метаболізм? 4. Наведіть приклади структур клітини, що беруть участь у процесах метаболізму. 5. Що таке біотрансформація? 6. Наведіть приклади шкідливих для клітин сполук.

7. Як відбувається транспортування речовин крізь плазматичну мембрану? 8. Які структури клітини забезпечують процеси метаболізму? Як відбувається захист клітин від небезпечних речовин?

10. Доведіть взаємозв’язок між будовою клітини та процесами її метаболізму.