Основные сведения об энергетическом обмене в клетках

Взаимосвязь двух процессов

Это два противоположных процесса в организме, которые кардинально отличаются друг от друга, но при этом – неразрывно связаны. 

Связь между ними проявляется на двух уровнях: 

1. Через источники углерода.

   Многие молекулы углерода, полученные из катаболических процессов, используются для нужд анаболизма. Например, молекулы углерода, образованные в результате гликолиза и цикла Кребса, необходимы для синтеза аминокислот, которые, в свою очередь, могут быть использованы для синтеза белков.

   Также молекулы углерода, полученные из катаболических процессов, необходимы для синтеза липидов и гликогена. Например, глюкоза, образованная в результате гликолиза, необходима для синтеза гликогена.

2. На энергетическом уровне.

   Энергия, полученная в результате катаболизма, за счет разрушения жирных кислот и углеводов, используется для синтеза новых молекул в результате анаболизма. Если энергия из катаболизма превышает потребности анаболизма, она используется для производства запаса энергии в жировых клетках и мышцах.

Таким образом, анаболизм и катаболизм связаны на энергетическом уровне: катаболизм предоставляет энергию для анаболизма, а анаболизм использует эту энергию для создания новых молекул.

Анаболизм и катаболизм

Обмен веществ или метаболизм – совокупность сложных химических реакций, происходящих в каждой клетке живого организма. Основное свойство обмена веществ и энергии – обеспечение взаимодействия внешней среды с организмом для поддержания жизни и нормального функционирования тканей и органов. Все жизненно необходимые вещества (вода, кислород, органические соединения) поступают из внешней среды. Без их доступа обмен веществ нарушается или прекращается, что приводит к гибели живого организма.

Метаболизм включает два тесно взаимосвязанных противоположных процесса:

• катаболизм или диссимиляция;
• анаболизм или ассимиляция.

Катаболизм или энергетический обмен – процесс распада сложных веществ (сахаров, жиров) на более простые. В результате образуется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота или аденозинтрифосфат), которая является универсальным источником энергии. Часть образованных молекул АТФ участвует в синтезе различных веществ, часть – рассеивается в виде тепла.

Рис. 1. Формула АТФ.

Примеры катаболизма:

ТОП-4 статьи

которые читают вместе с этой

• расщепление этанола;
• гликолиз – превращение глюкозы в кислоту, а затем – в воду и углекислый газ;
• внутриклеточное дыхание (окисление).

Анаболизм или пластический обмен включает сложные химические реакции, в результате которых образуются высокомолекулярные вещества, необходимые для постройки и обновления организма (белки, жиры, углеводы).

Анаболизм можно наблюдать в виде:

• роста волос и ногтей;
• образование мышц;
• заживление ран, срастание костей и т.д.

Фотосинтез является анаболизмом, но вместо АТФ используется энергия солнечных лучей.

Рис. 2. Процесс фотосинтеза в клетке.

В результате катаболизма (распада) образуются простые вещества, которые могут соединяться при анаболизме (постройке) и вновь разрушаться при катаболизме с высвобождением АТФ. Хорошим примером являются жиры, которые образуются при ассимиляции, откладываются в тканях и расщепляются для получения энергии. Соотношение образованной и потраченной энергии называется энергетическим балансом. Анаболизм и катаболизм должны происходить параллельно без преобладания одного из процессов.

Как повлиять на обмен веществ

Вмешательство с целью ускорения или замедления не стоит рассматривать, как логичное и обоснованное клинически действие. Единственный аспект, который допускается доказательной медициной и рекомендуется к воплощению – исправление собственных ошибок, приведших к сбоям в процессах обмена. Например, восстановить естественный, полезный именно организму ход метаболических путей и сигналов в зависимости от того, что привело к метаболическим сбоям. 

При корректном поступлении питательных веществ обеспечивается тот необходимый баланс, равновесие между тратами энергии и потребностью в ней, относительно текущего состояния здоровья и объема переносимых ежедневно нагрузок. К ним относятся не только физическая активность, но также умственная, психоэмоциональная индивидуальная среда. 

В отсутствии наследственных заболеваний повлиять на качество разных метаболических процессов можно алиментарным, то есть пищевым путем: 

Основной рацион, отвечающий потребностям и образу жизни;
Нутриентное питание – приём витаминов, минералов, которые являются важной и неотъемлемой частью всех метаболических процессов. 

Было бы ошибочным предположение о том, что для поддержки корректных метаболических процессов достаточно предоставить организму необходимые «расходники», а с тем, куда их применить, он разберется сам. 

Как и недостаточное поступление питательных соединений, так и избыточный их объем оборачивается для метаболических процессов определенной нагрузкой, которая не входит в список задач по умолчанию. 

Так возникают реакции на излишки витаминов, минералов – когда не хватает  места для создания запаса, или времени на своевременный вывод поступившего объема, а соединения не расходуются и продолжают поступать, возникают различные побочные реакции: 

• тошнота, вплоть до рвоты
• нарушения работы желудочно-кишечного тракта
• кожные высыпания, покраснения, раздражения
• токсические поражения тканей печени (при избытке жирорастворимых витаминов)

Нехватка питательных элементов вынуждает перестраивать процессы метаболизма, извлекая необходимое для клеток питание из собственных ресурсов, часто в ущерб системам жизнеобеспечения:

• анемия –  при нехватке разных витаминов группы В, железа
• хрупкость костной ткани, эмали – при дефиците минералов
• сердечнососудистые дисфункции – при избытке некоторых микроэлементов

Именно поэтому перед выбором комплексов нутриентной поддержки рекомендуется узнать текущий уровень основных витаминов и минералов: сделать это можно с помощью анализов крови. 

‍

‍

ЛИТЕРАТУРА

‍

-Т.Т. Березов. Биологическая химия. Под редакцией академика АМН СССР С. С. Дебова. Изд. 2е, переработанное и дополненное.

-Агаджанян Н. А., Смирнов В. М. Нормальная физиология: Учебник для студентов медицинских вузов. — Москва: Медицинское информационное агентство, 2009

В. А. Макаров, В. И. Кандрор (пат. физ.). «Основной обмен». // «Большая медицинская энциклопедия» под редакцией Петровского Б. В., 3-е издание. — М., 1974—1989

Что такое биология?

Если выпустить биолога в лес, его вряд ли привлекут камни, горные породы, реки, протекающие в этой местности, или состав атмосферного воздуха (хотя и это, несомненно, интересно!), а все потому, что все эти объекты принадлежат неживой природе. Зато биолог точно заинтересуется растительностью и живностью в лесу, то есть объектами живой природы. И вот мы с вами уже почти можем дать определение термину «биология»: 

Биология — это наука, изучающая живых существ, их взаимодействие между собой и средой обитания, а также закономерности живых систем. 

Четко определить границы биологии сложно, потому что эта наука изучает все аспекты жизни и буквально все, что с ней связано. Живые организмы непрерывно изменяются, обретают все новые и новые свойства, а значит, изучение биологии потенциально бесконечно. Поэтому главная задача биолога — непрерывный поиск ответов на вопросы о природе жизни при помощи научных методов. 

А теперь, когда мы немного вдохновились, попробуем более конкретно поговорить о тех объектах, которые изучает биология.

Анаэробное дыхание. Брожение

Анаэробное дыхание не требует потребления кислорода. Анаэробы — организмы, способные обитать в бескислородной среде.

Примеры анаэробов: многие виды бактерий, микроскопические грибы; анаэробное дыхание возможно также у мышечных клеток и клеток растений при недостатке кислорода.

Облигатные анаэробы (бактерия ботулизма и др.) существуют только при полном отсутствии О₂ (кислород для них губителен).

Факультативные анаэробы (дрожжи, черви-паразиты и др.) могут существовать как без О₂, так и в его присутствии.

Брожение — анаэробный окислительно-восстановительный процесс расщепления в лизосомах клетки органических соединений до молочной кислоты и воды, этилового спирта и углекислого газа (или некоторых других простых продуктов), посредством которого организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

■ При брожении происходит перенос водорода, отщепляемого от окисляемых соединений, на органическое вещество (молочную кислоту, этиловый спирт и др.).

❖Виды брожения в зависимости от образующихся продуктов: молочнокислое (молочнокислые бактерии, мышечные клетки при недостатке О₂), маслянокислое, уксуснокислое, спиртовое (дрожжи) и др.

■Молочнокислое брожение: в результате гликолиза из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноград-ной кислоты (которая затем превращается в молочную) и две молекулы АТФ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + Q₁,.

■ Спиртовое брожение: продуктами гликолиза являются этиловый спирт, АТФ, вода и углекислый газ:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ →2С₂Н₅ОН + 2АТФ + 2СО₂ + Q₂.

бражениедыханиеклеткаокисление

«Обмен веществ и превращения энергии. Ферменты»

Раздел ЕГЭ: 2.5.  Обмен веществ и превращения энергии — свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле.

Клетку можно уподобить миниатюрной химической фабрике, на которой происходят сотни и тысячи химических реакций. Обмен веществ — совокупность химических превращений, направленных на сохранение и самовоспроизведение биологических систем. Он включает в себя:

• поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания,
• внутриклеточный обмен веществ, или метаболизм,
• выделение конечных продуктов обмена.

Метаболизм складывается из двух одновременно протекающих в клетке процессов: пластического и энергетического обменов.

Энергетический обмен и пластический обмен

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) представляет собой совокупность реакций синтеза, которые идут с затратой энергии АТФ. В процессе пластического обмена синтезируются органические вещества, необходимые клетке. Примерами реакций пластического обмена являются фотосинтез, биосинтез белка и репликация (самоудвоение) ДНК.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — это совокупность реакций расщепления сложных веществ до более простых. В результате энергетического обмена выделяется энергия, запасаемая в виде АТФ. Наиболее важными процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.

Пластический и энергетический обмены неразрывно связаны, поскольку в процессе пластического обмена синтезируются органические вещества и для этого необходима энергия АТФ, а в процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и высвобождается энергия, которая затем будет израсходована на процессы синтеза.

Энергию организмы получают в процессе питания, а высвобождают ее и переводят в доступную форму в основном в процессе дыхания.

Ферменты

Протекание химических реакций в живых организмах обеспечивается благодаря биологическим катализаторам белковой природы — ферментам, или энзимам. Как и другие катализаторы, ферменты ускоряют протекание химических реакций в клетке в десятки и сотни тысяч раз, а иногда и вообще делают их возможными, но не изменяют при этом ни природы, ни свойств конечного продукта (продуктов) реакции и не изменяются сами. Ферменты могут быть как простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая — кофактор (кофермент). Примерами ферментов являются амилаза слюны, расщепляющая полисахариды при длительном пережевывании, и пепсин, обеспечивающий переваривание белков в желудке.

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия, а также возможностью регуляции действия за счет изменения условий протекания реакции либо взаимодействия с ними различных веществ. К тому же и условия, в которых протекает ферментный катализ, существенно отличаются от тех, при которых идет неферментный: оптимальной для функционирования ферментов в организме человека является температура 37° С, а давление должно быть близким к атмосферному.

Механизм действия ферментов заключается в снижении энергии активации веществ (субстратов), вступающих в реакцию, за счет образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.

• Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание.
• Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле

Фотосинтез

Одним из примеров  ассимиляции является процесс фотосинтеза у растений.

Фотосинтез происходит в фотосинтезирующем пигменте хлорофилле хлоропластов листа. Данный пигмент считается чрезмерно активным соединением и реализует поглощение света, начальный запас энергии, также последующая ее трансформация в химическую энергию.

Принято выделять световую и темновую фазы фотосинтеза. Остановимся детальнее на них.

Световая фаза совершается в мембранах хлоропластов. Наступает световая фаза фотосинтеза с поглощения кванта света молекулой хлорофилла. Один из электронов хлорофилла переводится на высочайший энергетический уровень и вступает в возбужденном состоянии. Электроны с большим избытком энергии активизируют разложение воды. Данная процедура, протекающая на начальной стадии фотосинтеза, приобрела наименование фотолиз воды.

В итоге распада совершается отдача гидроксид-ионом (OH-) своего электрона, а также превращение его в радикал (OH). Радикалы объединяются и формируют воду, свободный кислород. Далее в процессе светового фотосинтеза  электрон от гидроксид-иона снова попадает в молекулу хлорофилла, замещая удалившийся электрон. Вследствие этого освобождается энергия, идущая для формирования АТФ.

В процессе световой фазы фотосинтеза совершается превращение световой энергии в химическую энергию макроэргических связей молекулы АТФ. В данной фазе фотосинтеза осуществляется выброс кислорода, являющегося второстепенным продуктом. Он может употребляться дальше растительными клетками при дыхании или выделяться в биосферу.

2. В момент темновой фазы фотосинтеза проистекают трудоемкие ферментативные взаимодействия. Основой считается трансформация молекул углекислого газа до органических соединений. Протекает данная стадия в строме хлоропластов в присутствии продуктов световой реакции.

Основным признаком темновой фазы фотосинтеза считается отсутствие солнечного света.

Начинается данная стадия с проникновения углекислого газа в листья через устьица. Затем он соединяется со своеобразным веществом – акцептором, которым выступает при фотосинтезе пятиуглеродный сахар – рибулозодифосфат. Вследствие этого формируется нестойкое соединение, разлагающиеся на 2 молекулы фосфороглицериновой кислоты. Эти молекулы подвергаются воздействию продуктов светового фотосинтеза, в частности АТФ.

Впоследствии, посредством некоторых переходных стадий, создаются углеводы, а также прочие органические соединения. Данный процесс трансформации углекислого газа в углеводы в темновой фазе фотосинтеза приобрел наименование цикла Кальвина.

В темновом фотосинтезе  энергия макроэргических связей АТФ трансформируется в химическую энергию органических соединений. Данные вещества служат пищей для гетеротрофов.

Соответственно, первостепенными веществами темнового и светового фотосинтеза считаются кислород, а также углеводы.

Благодаря данному процессу возможно существование всех живых существ на Земле. Ведь он является одним источником свободного кислорода.

Хемосинтез

Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции — хемосинтез, свойственный некоторым бактериям. В отличие от фотосинтеза при хемосинтезе используется не световая энергия, а энергия, выделенная при окислении некоторых неорганических соединений, например сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, оксидных соединений железа и марганца и др.

Открытие бактериального хемосинтеза принадлежит русскому ученому-микробиологу С. Н. Виноградскому.

Важнейшей группой хемосинтезирующих организмов являются нитрифицирующие бактерии, способные окислять образующийся при гниении органических остатков аммиак до нитрита, а затем и до нитрата:

Азотная кислота, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты, которые хорошо усваиваются растениями.

Бесцветные серобактерии окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу

При недостатке сероводорода бактерии производят дальнейшее окисление накопившейся в них серы до серной кислоты

.

Железобактерии переводят железо Fe2+ в железо Fe3+

Водородные бактерии используют в качестве источника энергии реакции окисления молекулярного водорода, а в качестве единственного источника углерода — углекислый газ. Реакция окисления происходит по схеме:

Энергия, выделяемая при окислении указанных выше соединений, используется бактериями-хемосинтетиками для восстановления С0₂ до органических веществ.

Хемотрофные нитрифицирующие бактерии широко распространены в природе. Они встречаются и в почве, и в разных водоемах. Масштаб осуществляемых ими процессов достаточно велик, поэтому хемосинтетики играют существенную роль в круговороте азота в биосфере.

Серобактерии способствуют постепенному разрушению и выветриванию горных пород вследствие образования ими серной кислоты, являются причиной порчи каменных и металлических сооружений, выщелачивания руд и серных месторождений. Многие виды серобактерий, окисляя до сульфатов различные соединения серы, играют большую роль в процессах очищения промышленных сточных вод.

В результате деятельности некоторых железобактерий вырабатывается Fe(OH)₃, скопления которого образуют болотную железную руду. Водородные бактерии используются для получения дешевого пищевого и кормового белка. Кроме того, в природных условиях водородные бактерии участвуют в окислении водорода, который может накапливаться при действии некоторых микроорганизмов, размельчающих органические вещества почвы, донные отложения водоемов и т. д.

Вариант 2

А1. Совокупность химических реакций синтеза и распада органических веществ, протекающих в клетке, — это

1) энергетический обмен
2) биосинтез
3) пластический обмен
4) метаболизм

А2. Совокупность реакций синтеза органических веществ, сопровождающихся поглощением энергии за счет распада молекул АТФ, — это

1) пластический обмен (ассимиляция)
2) метаболизм
3) энергетический обмен (диссимиляция)
4) катаболизм

А3. Процесс перевода энергии света в энергию химических связей органических соединений (углеводов) из неорганических (CO₂ и H₂O) у автотрофных организмов — это

1) дыхание
2) брожение
3) фотосинтез
4) выделение

А4. Световая фаза фотосинтеза происходит

1) на свету и в темноте в строме хлоропластов
2) только на свету на мембранах тилакоидов
3) на свету и в темноте в тилакоидах хлоропластов
4) только на свету в строме хлоропластов

А5. В результате темновой фазы фотосинтеза образуется

1) глюкоза
2) АТФ
3) НАДФ·H₂
4) кислород

А6. В процессе фотосинтеза кислород образуется

1) в темновую фазу
2) в результате разложения углекислого газа
3) благодаря окислению глюкозы
4) в процессе фотолиза воды

А7. Биологическое значение подготовительного этапа энергетического обмена заключается в

1) полном окислении органических веществ до неорганических
2) неполном окислении питательных веществ в цитоплазме клеток
3) расщеплении полимеров до мономеров
4) образовании крахмала из молекул глюкозы

А8. Второй этап энергетического обмена — это

1) полное окисление органических веществ до неорганических
2) неполное окисление веществ в цитоплазме клеток
3) расщепление полимеров до мономеров
4) образование крахмала из молекул глюкозы

А9. На третьем этапе энергетического обмена образуются

1) 2 молекулы АТФ
2) 34 молекулы АТФ
3) 36 молекул АТФ
4) 38 молекул АТФ

В1. Установите соответствие между фазой фотосинтеза и его характеристикой.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭТАПА

А. Происходит в строме хлоропласта
Б. Выделяется кислород
В. Происходит в тилакоидах
Г. Образуется глюкоза
Д. Образуются молекулы АТФ и НАДФ·H₂
Е. Затрачиваются молекулы АТФ и НАДФ·H₂

ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

1. Световая фаза
2. Темновая фаза

Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

С1. Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот на подготовительном этапе энергетического обмена, в процессе гликолиза и в процессе дыхания при окислении фрагмента молекулы гликогена, состоящего из 300 остатков глюкозы? Сколько АТФ образуется при полном окислении этого фрагмента гликогена?

Ответы на тест по биологии Жизнедеятельность клетки. Метаболизм: энергетический и пластический обмен. Фотосинтез 10 классВариант 1
А1-1
А2-3
А3-2
А4-1
А5-1
А6-2
А7-2
А8-1
А9-2
В1. А2 Б1 В1 Г2 Д1 Е2
С1.
1. На подготовительном этапе энергетического обмена, который происходит в желудочно-кишечном тракте, АТФ не образуется.
2. В процессе гликолиза при распаде 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ. Поэтому из 200 молекул глюкозы образуются 400 молекул АТФ.
3. В процессе клеточного дыхания из 1 молекулы образуются 36 молекул АТФ. Поэтому из 200 молекул глюкозы образуются 7200 молекул АТФ.
4. Итак, при полном окислении 1 молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ. Из 200 молекул глюкозы получится 200 х 38 = 7600 молекул АТФ.Вариант 2
А1-4
А2-1
А3-3
А4-2
А5-1
А6-4
А7-3
А8-2
А9-3
В1. А2 Б1 В1 Г2 Д1 Е2
С1.
1. На подготовительном этапе энергетического обмена, который происходит в желудочно-кишечном тракте, АТФ не образуется.
2. В процессе гликолиза при распаде 1 молекулы глюкозы образуются 2 молекулы АТФ. Поэтому из 300 молекул глюкозы образуются 600 молекул АТФ.
3. В процессе клеточного дыхания из 1 молекулы образуются 36 молекул АТФ. Поэтому из 300 молекул глюкозы образуются 10 800 молекул АТФ.
4. Итак, при полном окислении 1 молекулы глюкозы образуются 38 молекул АТФ. Из 300 молекул глюкозы получится 300 х 38 = 11 400 молекул АТФ.

Поток веществ в клетке

В клетках поток веществ тесно связан с реакциями дыхательного обмена, которые помимо поставки энергии обеспечивают клетку веществами, необходимыми для синтеза разнообразных соединений. Такими строительными блоками являются многие продукты расщепления питательных веществ.

Поток веществ объединяет метаболические пути расщепления и синтеза углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот.

Большое разнообразие строительных блоков поставляет цикл Кребса, функционирующий в матриксе митохондрий. Через него проходят многие соединения, являющиеся промежуточными продуктами синтеза основных молекул клетки.

В цикле Кребса происходит выбор пути превращения определенного соединения, переключение обмена клетки с одного пути на другой, например, с углеводного на жировой.

В общей сложности поток веществ в клетке можно представить как поступление в нее одних веществ, из расщепление, синтез необходимых веществ и выведение из клетки ненужных ей веществ.

21.524. Обмен веществ. Пластический обмен

Фотосинтез и хемосинтез

Фотосинтез

Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза.

Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.

Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл. Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.

Световая фаза – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ • Н

2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ • Н;

3) фотолиз воды, происходящий при участии квантов света: 2Н₂О → 4Н+ + 4е- + О2.

Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складках внутренней мембраны хлоропластов. Из тилакоидов формируются граны – стопки мембран.

Результатами световых реакций являются: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ • Н. Таким образом, свет нужен только для синтеза АТФ и НАДФ-Н.

Темновая фаза – процесс преобразования СО2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ • Н.

Результатом темновых реакций являются превращения углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

Суммарное уравнение фотосинтеза

В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов:

• кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;

• фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;

• фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.

Хемосинтез

Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:

1) окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями:

NH3 → HNQ2 → HNO3 + Q;

2)превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:

Fe2+ → Fe3+ + Q;

3)окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями

H2S + O2 = 2H2O + 2S + Q,

H2S + O2 = 2H2SO4 + Q.

Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.

Бактерии – хемосинтетики, разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.

Прочитано
Отметь, если полностью прочитал текст

Синтез белка

К процессам пластического обмена относят реакции образования белков, углеводов и липидов.

Образование протеинов происходит в цитоплазме клеток. Белковая молекула — сложное полимерное образование. Её составной частью или мономером являются аминокислоты. Всего описано 20 основных аминокислот. Из них состоят белки большинства живых организмов. В отдельных случаях в процессе задействованы модифицированные аминокислоты:

• десмозин;
• гамма-карбоксиглутаминовая кислота;
• селеноцистеин.

Синтез белков основан на принципе матрицы. В организме существуют особые матричные молекулы. Они несут в себе информацию о последовательности аминокислот в протеиновой цепочке. Наиболее часто такой матрицей служит молекула рибонуклеиновой кислоты — матричная или информационная РНК. С её помощью происходит определение структуры вещества.

Этапы пластического обмена белков:

1. Трансляция — формирование полипептидной цепочки.
2. Фолдинг — цепочка занимает определённое положение и структуру в трёхмерном пространстве.
3. Химическое преобразование молекулы.
4. Доставка готового полипептида к месту назначения — органу или клетке.

В процессе трансляции последовательность аминокислот в белковой цепочке выстраивается в соответствии с кодом информационной РНК. В этом участвуют рибосомы — особые клеточные структуры, состоящие из 2 частей. В каждой части рибосомы содержится белковая часть и рибонуклеотидная.

Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортной РНК (сокращённо тРНК). На одном из участков этой молекулы имеется так называемый антикодон. Подходя к иРНК, он связывается с её участком — кодоном по принципу комплементарности. Молекула тРНК попадает в большую единицу рибосомы, и доставленная аминокислота присоединяется к строящейся белковой цепочке.

Синтез протеинов требует большого количества энергии. Она используется на следующие цели:

1. Для активирования трансляции.
2. На активацию каждой аминокислоты, участвующей в процессе.
3. Для связывания комплекса тРНК + аминокислота с рибосомой.
4. Для перемещения рибосомы после присоединения новой аминокислоты к пептидной цепи.
5. Для завершения процесса трансляции.