Обмен веществ и энергии в клетке: синтез атф, метаболические процессы и этапы

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Описание слайда:

Обмен веществ и энергии в клетке Пластический и энергетический обмен

2 слайд Описание слайда:

Обмен  веществ  (метаболизм)- многообразные химические превращения, обеспечивающие рост, жизнедеятельность клетки, постоянный контакт и обмен с окружающей средой. Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных,  одновременно  протекающих  в  организме  процессов: пластического  и  энергетического  обменов.

3 слайд Описание слайда:

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) — совокупность всех реакций биологического синтеза. Эти вещества идут на построение органоидов клетки и создание новых клеток при делении. Пластический обмен всегда сопровождается поглощением энергии.

Энергетический обмен  (катаболизм,  диссимиляция)- совокупность  реакций  расщепления  сложных  высокомолекулярных  органических веществ  —  белков,  нуклеиновых  кислот,  жиров,  углеводов на  более  простые,  низкомолекулярные.  При  этом  выделяется энергия,  заключенная в химических связях крупных органических молекул.

Освобожденная энергия запасается в форме богатых энергией  фосфатных  связей  АТФ.

4 слайд Описание слайда:

Пластический обмен ДНК РНК белок В синтезе участвуют: ДНК,  мРНК,  тРНК,  рибосомы,  АТФ  и  разнообразные ферменты. Ген  —  это участок  ДНК,  являющийся  элементарной  частицей  генетической информации

5 слайд
6 слайд
7 слайд
8 слайд Описание слайда:

Энергетический обмен Процессом,  противоположным  синтезу,  является  диссимиляция — совокупность реакций расщепления.  В результате диссимиляции  освобождается  энергия,  заключенная  в  химических  связях пищевых  веществ.

  Эта  энергия  используется  клеткой  для  осуществления различной работы, в том числе и ассимиляции.  При расщеплении пищевых веществ энергия выделяется поэтапно при участии  ряда ферментов.

  В  энергетическом обмене обычно  выделяют три  этапа.

9 слайд Описание слайда:

Первый этап — подготовительный.

  На этом  этапе сложные высокомолекулярные  органические  соединения  расщепляются  ферментативно,  путем  гидролиза, до более простых соединений  —  мономеров, из которых они состоят: белки — до аминокислот, углеводы  —  до  моносахаридов  (глюкозы),  нуклеиновые  кислоты  —  до нуклеотидов  и  т.д.  На данном  этапе  выделяется  небольшое  количество  энергии,  которая  рассеивается  в  виде  теплоты.

10 слайд Описание слайда:

Второй этап — бескислородный, или анаэробный. Он называется также  анаэробным  дыханием(гликолизом) или  брожением.  Гликолиз происходит в клетках животных.  Он характеризуется ступенчатостью,  участием  более десятка различных ферментов  и  образованием  большого  числа  промежуточных  продуктов. 

11 слайд Описание слайда:

С6Н1 2О6+ 2Н3РО4+ 2АДФ -» 2С3Н6О3+ 2АТФ + 2Н2О. В ходе расщепления  выделяется около 200  кДж энергии.  Часть этой  энергии  (около  80  кДж) расходуется  на  синтез  двух  молекул  АТФ,  благодаря  чему  40%  энергии  сохраняется  в  виде  химической  связи  в  молекуле  АТФ.  Оставшиеся  120  кДж  энергии (более  60%)  рассеиваются  в  виде  теплоты.  Процесс  этот  малоэффективный

12 слайд Описание слайда:

При  спиртовом  брожении  из  одной  молекулы  глюкозы  в  результате  многоступенчатого  процесса  в  конечном счете  образуются  две  молекулы  этилового  спирта,  две  молекулы СО2 С6Н12О6+ 2Н3РО4+ 2АДФ -> 2С2Н5ОН + 2СО2+ 2АТФ + 2Н2О. В  этом  процессе  выход  энергии  (АТФ)  такой  же,  как  и  при гликолизе.  Процесс  брожения  —  источник  энергии  для  анаэробных  организмов.

13 слайд Описание слайда:

Третий этап — кислородный, или аэробное дыхание, или кислородное расщепление.

  На этой стадии энергетического обмена происходит  последующее  расщепление  образовавшихся  на  предыдущем  этапе  органических  веществ  путем  окисления  их  кислородом воздуха до  простых неорганических,  являющихся  конечными  продуктами  —  СО2и  Н2О.  Кислородное дыхание  сопровождается  выделением  большого  количества  энергии  (около  2600  кДж)  и  аккумуляцией  ее  в  молекулах  АТФ.

14 слайд Описание слайда:

В  суммарном  виде  уравнение  аэробного дыхания  выглядит так: 2С3Н6О3+ 6О2+ 36АДФ -» 6СО2+ 6Н2О + 36АТФ + 36Н2О. Таким  образом,  при  окислении двух  молекул  молочной  кислоты  за  счет выделившейся  энергии  образуется  36  энергоемких  молекул  АТФ.  Следовательно,  основную  роль  в  обеспечении  клетки энергией  играет  аэробное  дыхание.

15 слайд Описание слайда:

Автотрофные организмы (автотрофы)- это организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества с использованием энергии солнца (фототрофы) или энергии, освобождающейся при химических реакциях (хемотрофы). К автотрофам относятся наземные зеленые растения, водоросли, фототрофные бактерии, источником энергии для которых является свет, а так же некоторые бактерии, использующие окисление неорганических веществ.

16 слайд Описание слайда:

Гетеротрофные организмы (гетеротрофы)- не способны синтезировать органические соединения из неорганических, а потому использующие в виде пищи уже готовые органические вещества, созданные автотрофами. Гетеротрофам относятся все животные, грибы, большинство бактерий, а так же без хлорофилльные наземные растения и водоросли.

17 слайд

Общая информация

ВНИМАНИЮ УЧИТЕЛЕЙ: хотите организовать и вести кружок по ментальной арифметике в своей школе? Спрос на данную методику постоянно растёт, а Вам для её освоения достаточно будет пройти один курс повышения квалификации (72 часа) прямо в Вашем личном кабинете на сайте «Инфоурок».

); — Вводную тетрадь «Знакомство со счетами и правилами»; — БЕСПЛАТНЫЙ доступ к CRM-системе, Личному кабинету для проведения занятий; — Возможность дополнительного источника дохода (до 60.000 руб. в месяц)!

• Пройдите дистанционный курс «Ментальная арифметика» на проекте «Инфоурок»!
• Подать заявку

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Источник: https://infourok.ru/obmen-veschestv-i-energii-v-kletke-651215.html

Обмен веществ и энергии в клетке

За счёт энергии света при фотосинтезе в клетках зелёных растений из неорганических веществ образуются органические, например, глюкоза.

Из листьев глюкоза поступает и в другие органы растений. Где она используется для синтеза более сложных соединений.

Все реакции биосинтеза веществ и их последующая сборка в более крупные структуры называются ассимиляцией, или анаболизмом. Ещё одно название этого набора реакций – пластический обмен. Для этих процессов требуется затрат энергии.

Особенно интенсивный биосинтез веществ происходит в период развития и роста организмов. В отличие от зелёных растений другие организмы в первую очередь животные не сами синтезируют органические вещества, а используют уже готовые.

Вся жизнедеятельность требует огромное количество энергетических затрат.

Клетки расходуют энергию на химические реакции, которые обеспечивают обновление и рост организмов.

В нервных клетках энергия идёт на биоэлектрические процессы. Разряд электрического ската – яркое проявление их.

Энергия также расходуется на механическую работу в мышечных клетках.

Энергию для всех процессов жизнедеятельности поставляют процессы диссимиляции – это совокупность реакций распада, которые сопровождаются выделением и запасанием энергии. Процессы диссимиляции, так же называют катаболизмом или энергетическим обменом.

При диссимиляции в клетках зелёных растений окислительному распаду подвергаются продукты фотосинтеза.

А в организме животного богатые энергией органические вещества превращаются в углекислый газ, воду и другие энергетически бедные соединения.

Ассимиляция и диссимиляция — это противоположные процессы. В первом случае происходит образование веществ, на что тратиться энергия.

А во втором распад веществ с выделением и запасанием энергии. Эти процессы невозможны друг без друга. Таким образом реакции ассимиляция и диссимиляция – это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии в клетке, который называется − метаболизмом.

• Реакции метаболизма в живых организмах проходят очень быстро благодаря действию ферментов и АТФ.
• Роль ферментов и АТФ в процессах обмена веществ
• В состав внутриклеточных структур входят многочисленные ферментные системы.

Все ферменты вещества белковой природы. Их молекулы состоят в основном из аминокислотных звеньев.

Ферменты действуют в строго определённой последовательности. Они специфичны для каждого вещества и ускоряют только определённые реакции. Избирательность действия ферментов на разные химические вещества связана с их строением.

Ферменты имеют специфические активные участки (центры), с которыми связываются субстраты. Форма и химическое строение активного центра таково, что с ним может связаться только определённые молекулы в силу их пространственного соответствия, они подходят друг к другу, «как ключ к замку».

Одни ферментные системы направляю процессы биосинтеза. Этот процесс требует затрат энергии. Другие ферментные системы регулируют распад и окисление веществ. При этих реакциях энергия выделяется.

Как переходит энергия от одной группы реакций к другой? Роль поставщика этой энергии выполняет аденозинтрифосфорная кислота – АТФ.

Молекула АТФ как вы помните содержит 3 остатка фосфорной кислоты. Химические связи между остатками богаты энергией. Под действием очередного фермента, от молекулы АТФ отщепляется 1 или 2 остатка фосфорной кислоты.

Такие реакции сопровождаются высвобождением большого количества энергии. После отрыва одного остатка фосфорной кислоты АТФ превращается в АДФ        аденозин дифосфорную кислоту.

АДФ может соединится с фосфорной кислотой и перейти в АТФ.

1. На эту реакцию затрачивается энергия, которая была выделена в процессе диссимиляции, то есть в реакциях расщепления органических веществ в клетке.
2. У растений в хлоропластах АТФ образуется при фотосинтезе за счёт энергии света.
3. В митохондриях животных клеток АТФ синтезируется за счёт энергии окислительных процессов.
4. Ферментные системы катализируют цепи процессов обмена веществ.
5. АТФ связывает реакции ассимиляции и диссимиляции.
6. Энергетический обмен или диссимиляция может проходить в два или три этапа.

Количество этапов зависит от того относиться организм к аэробам или анаэробам. Вы помните, что аэробы используют в процессе обмена веществ кислород из окружающей среды. А анаэробы обитают в бескислородной среде и не нуждаются в кислороде.

• У аэробов энергетический обмен происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный.
• У анаэробов в два этапа: подготовительный и бескислородный.
• Рассмотри этапы энергетического обмена.
• Подготовительный этап энергетического обмена

У многоклеточных животных процессы подготовительного этапа диссимиляции совершаются в органах пищеварения. Происходит расщепление крупных органических молекул до более простых -питательных веществ.

Полимерные углеводы превращаются в глюкозу. Белки в аминокислоты. Жиры в глицерин и жирные кислоты. Продукты расщепления пищевых веществ всасываются в кровь и приносятся ко всем клеткам организма. Все эти процессы составляют подготовительную стадию энергетического обмена.

На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая не запасается в молекулах АТФ и рассеивается в виде тепла.

Как же освобождается в клетки энергия, заключённая в питательных веществах? Основным источником энергии для процессов жизнедеятельности является глюкоза.

Однако глюкоза не поддаётся ферментативному окислению. Поэтому в системе ферментов мембран эндоплазматической сети происходит сначала активирование глюкозы за счёт энергии АТФ.

1. Затем в цитоплазме клеток наступает многоступенчатый процесс бескислородного расщепления глюкозы, до двух молекул трехуглеродной пировиноградной кислоты.
2. Это неполное бескислородное окисление глюкозы называется гликолизом.
3. Итак, каждая молекула глюкозы под действием ферментов расщепляется на 2 меньшие молекулы пировиноградной кислоты, которые становятся доступны для окисления.

• На данном этапе на каждую молекулу глюкозы выделяется уже 200 кДж энергии.
• Из них 80 кДж сберегается (по 40 кДж на 1 АТФ).
• Вы помните, что для того что бы превратить АДФ в АТФ необходимо затратить 40 кДж.
• Поэтому 80 кДж достаточно для превращения двух молекул АДФ в 2 молекулы АТФ.
• А 120 кДж образовавшийся при расщеплении глюкозы —  рассеивается в виде тепла.
• Итак, в процессе гликолиза образуется 2 АТФ.
• Благодаря многостадийности гликолиза выделяющиеся небольшие порции тепла не успевают нагреть клетку до опасного уровня.
• Далее пировиноградная кислота превращается в молочную кислоту-это основной продукт второго этапа энергетического обмена.

В большинстве растительных клеток, а также в клетках некоторых грибов (например, дрожжей) вместо гликолиза происходит спиртовое брожение. Где молекула глюкозы в анаэробных условиях превращается в этиловый спирт и углекислый газ.

Существуют также и такие микроорганизмы, в клетках которых в бескислородных условиях образуется не молочная кислота и не этиловый спирт, а, например, уксусная кислота. Однако во всех случаях распад одной молекулы глюкозы приводит к запасанию двух молекул АТФ.

У аэробных после гликолиза следует третий этап энергетического обмена – кислородный. Это полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание.

Этот процесс происходит на кристах митохондрий клетки.

Где образовавшиеся в процессе второго этапа вещества (молочная кислота, этиловый спирт например) окисляются до конечных продуктов углекислого газа и воды.

1. Молочная кислота
2. Рассмотрим кислородный этап более подробно.
3. Вы помните, что главной функцией митохондрий является захват высокомолекулярных веществ из цитоплазмы и их окислительное расщепление с образованием углекислого газа и воды, связанное с синтезом АТФ.

Здесь на кристах митохондрий пировиноградная кислота превращается в ацетил-кофермент А. Сокращённо ацетил-КоА ─ это важное соединение в обмене веществ, которое используется во многих биохимических реакциях.

• Ацетил-КоА является основным субстратом, который необходим для реакций цикла трикарбоновых кислот – цикла Кребса.
• Ацетил-КоА доставляет атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот (или цикл Кребса), чтобы те были окислены с выделением энергии.

Цикл Кребса проходит так же внутри митохондрий. Это очень сложный ряд последующих реакций ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме.

1. Цикл трикарбоновых кислот является промежуточным этапом между гликолизом и электронтранспортной (дыхательной) цепью.
2. В ходе цикла Кребса ацетильные остатки (остатки ацетил-КоА) окисляются до углекислого газа.
3. При этом за один цикл образуется 2 молекулы углекислого газа, 3 НАДН, 1 ФАДН2 и 1 АТФ.
4. Итак, в процессе гликолиза и Цикла Кребса образуются необходимые молекулы НАДН, которые переносят водороды из одной реакции в другую.
5. Водороды, находящиеся на НАДН и ФАДН2, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь, где образуется АТФ.

Итак, на мембране митохондрии атомы водорода, полученные от НАДН и ФАДН2, разделяются на протоны и электроны. Электроны начинают проходить через комплексы 1,2,3,4 − это белки, которые встроены в мембрану.

• А протоны водорода переносятся через комплексы и накапливаются в межмембранном пространстве.
• В результате чего и образуется градиент концентрации протонов, необходимый для синтеза молекулы АТФ.
• Вы помните, что протоны при прохождении через АТФ-синтазу… помогают образованию самой АТФ.
• Итак, на третьем этапе в митохондриях при клеточном дыхании (кислородном процессе) 2 молекулы пировиноградной кислоты окисляются до углекислого газа, воды и 36 молекул АТФ.
• Невидимые нашему глазу биохимические превращения в клетках, составляют основу существования всех живых организмов.
• В результате биохимических реакций в клетке происходит синтез универсального для всего органического мира вещества АТФ которая обеспечивает энергией любое проявление жизни.
• Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае распада глюкозы можно представить следующим образом.

Источник: https://videouroki.net/video/21-obmen-veshchestv-i-ehnergii-v-kletke.html

Что такое метаболизм?

Метаболизм представляет собой высоко координированную и целенаправленную клеточную активность, обеспеченную участием многих взаимосвязанных ферментативных систем, и включает два неразрывных процесса анаболизм и катаболизм. 

Он выполняет три специализированные функции:

1. Энергетическая – снабжение клетки химической энергией,
2. Пластическая – синтез макромолекул как строительных блоков,
3. Специфическая – синтез и распад биомолекул, необходимых для выполнения специфических клеточных функций.

Анаболизм

Анаболизм – это биосинтез белков, полисахаридов, липидов, нуклеиновых кислот и других макромолекул из малых молекул-предшественников. Поскольку он сопровождается усложнением структуры, то требует затрат энергии. Источником такой энергии является энергия АТФ.

Также для биосинтеза некоторых веществ (жирные кислоты, холестерол) требуются богатые энергией атомы водорода – их источником является НАДФН.

Молекулы НАДФН образуются в реакциях окисления глюкозо-6-фосфата в пентозосфатном пути или декарбоксилирования яблочной кислоты малик-ферментом.

В реакциях анаболизма НАДФН передает свои атомы водорода на синтетические реакции и окисляется до НАДФ. Так формируется НАДФ-НАДФН—цикл.

Катаболизм

Катаболизм – расщепление и окисление сложных органических молекул до более простых конечных продуктов. Оно сопровождается высвобождением энергии, заключенной в сложной структуре веществ.

Большая часть высвобожденной энергии рассеивается в виде тепла.

Меньшая часть этой энергии «перехватывается» коферментами окислительных реакций НАД и ФАД, некоторая часть сразу используется для синтеза АТФ.

Атомы водорода, высвобождаемые в реакциях окисления веществ, в основном используются клеткой по двум направлениям:

• на анаболические реакции в составе НАДФН (например, синтез жирных кислот и холестерина),
• на образование АТФ  в митохондриях при окислении НАДН и ФАДН2.

Необходимо заметить, что молекулы НАДФН могут идти не только на реакции анаболизма. Например, они активно привлекаются к реакциям антиоксидантной защиты для нейтрализации свободных радикалов, а в фагоцитирующих клетках, наоборот, требуются для синтеза супероксид анион-радикала, используются для нейтрализации аммиака в реакции синтеза глутамата в реакции восстановительного аминирования и в ряде других процессов.

Весь катаболизм условно подразделяется на три этапа, включающие реакции общих и специфических путей.

Первый этап

Происходит в кишечнике (переваривание пищи) или в лизосомах (самообновление клеток) при расщеплении уже ненужных или лишних молекул. При этом освобождается около 1% энергии, заключенной в молекуле. Она рассеивается в виде тепла.

Второй этап

Вещества, образованные при внутриклеточном гидролизе или проникающие в клетку из крови, на втором этапе обычно превращаются

Локализация второго этапа – цитозоль и митохондрии. На этом этапе выделяется около 30% энергии, заключенной в молекуле, и при этом запасается около 13% от всей энергии вещества (или примерно 43% от выделенной на этом этапе энергии). 

Схема общих и специфичных путей катаболизма(более подробная схема представлена здесь)

Третий этап

Все реакции этого этапа идут в митохондриях. Ацетил-SКоА (и кетокислоты) включается в реакции цикла трикарбоновых кислот, где углероды веществ окисляются до углекислого газа.

 Выделенные атомы водорода соединяются с НАД и ФАД, восстанавливают их и после этого НАДН и ФАДН2 переносят водород в цепь ферментов дыхательной цепи, расположенную на внутренней мембране митохондрий. Сюда же отдают свои атомы водорода молекулы НАДН и ФАДН2, образованные на втором этапе (гликолиз, окисление жирных кислот и аминокислот).

 В третьем этапе выделяется до 70% всей энергии вещества. Из этого количества усваивается почти две трети (66%), что составляет около 46% от общей. Таким образом, из 100% энергии окисляемой молекулы клетка запасает больше половины – 59%.

На внутренней мембране митохондрий в результате процесса под названием «окислительное фосфорилирование» образуется вода и главный продукт биологического окисления – АТФ. 

Роль АТФ

Энергия, высвобождаемая в реакциях катаболизма, запасается в виде связей, называемых макроэргическими. Основной и универсальной молекулой, которая запасает энергию и при необходимости отдает ее, является АТФ.

Все молекулы АТФ в клетке непрерывно участвуют в каких-либо реакциях, постоянно расщепляются до АДФ и вновь регенерируют.

Существует три основных способа использования АТФ:

• биосинтез веществ,
• транспорт веществ через мембраны,
• изменение формы клетки и ее движение.

Эти процессы вкупе с процессом образования АТФ получили название АТФ-цикл:

Кругооборот АТФ в жизни клетки

Источник: https://biokhimija.ru/obshhwie-puti-katabolizma/metabolism.html

Обмен веществ в клетке:

• Во всех клетках живых организмов непрерывно идут процессы обмена веществ и энергии.
• Это называется метаболизм.
• Если рассмотреть этот процесс более детально, то это постоянные процессы образования и распада веществ и поглощения и выделения энергии.
• 
• Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм

Пластический обмен (анаболизм, или ассимиляция) – это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых из простых органических и неорганических веществ образуются более сложные вещества. Пластический обмен протекает с затратой высокоорганизованной энергии (например, в виде АТФ)

Чтобы что-то построить, надо затратить энергию — этот процесс идет с поглощением энергии.

∗

Глюконеогенез — это процесс синтеза глюкозы из неуглеводных соединений, например, из пирувата. Реакции глюконеогенеза у человека происходят в клетках печени, почек и эпителия тонкого кишечника.
 

1. Гликогеногенез — это процесс синтеза гликогена из глюкозы. Реакции гликогеногенеза осуществляются в клетках мышечной ткани и в клетках печени
2. Синтез жирных кислот осуществляется в цитоплазме жировой ткани
3. Синтез нуклеотидов осуществляется в цитоплазме всех активных клеток организма

 
 

 Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм

Энергетический обмен (катаболизм, или диссимиляция) – это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых происходит окисление сложных органических веществ. В результате энергетического обмена образуются более простые органические или неорганические вещества, и выделяется высокоорганизованная энергия (например, в виде АТФ) .

В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример — дыхание. При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия.

•  
  Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма — обмена веществ в клетке —  можно записать так:
   
• катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке = метаболизм
• 
• Энергетический обмен = Диссимиляция = Катаболизм
• Этот процесс идет в несколько этапов  и нам нужно рассмотреть как он проходит а различных организмах.
• Организмов будет всего 2 —  многоклеточный (человек, например) и одноклеточный (растительный и животный).

И запомните,  сочетание букв АТФ (аденинтрифосфорная кислота) — означает “энергию”. Просто эта энергия заключена в молекуле.

1.  Обмен веществ в клетке
2. Этапы диссимиляции:
3. 1 этап   —  подготовительный

Давайте проследим путь пищи от начала и до конца… Итак, пища поступила в организм. А что у нас за пища? Точнее, из чего она состоит? Из белков, жиров и углеводов.

• Пища начинает перевариваться.
• 
• В чем суть пищеварения? Очень просто: полимеры: белки, жиры и углеводы расщепляются до мономеров:

• жиры → до глицерина и жирных кислот

• углеводы (полисахариды) →  до моносахаридов

 Такое расщепление возможно с помощью ферментов (био-катализаторов)

• У  многоклеточных организмов это происходит в желудочно-кишечном тракте;

• у одноклеточных — в их “мини-желудочках” — лизосомах (пищеварительных вакуолях)

1. 2 этап — бескислородный — гликолиз
2. Глюкоза, полученная в предыдущем этапе, превращается в пировиноградную кислоту (ПВК) и выделяется энергия (“+” — это выделение энергии, “-” — поглощение).
3. С6H12O6 → C3H4O3 + 2 АТФ
4. Происходит этот процесс уже в цитоплазме клеток (как много-, так и одноклеточных организмов).
5. 3 этап — кислородный  = Цикл Кребса + окислительное фосфорилирование
6. Здесь мы не будем детально разбирать цикл Кребса и фосфорилирование — это будет отдельная подробная тема  в формате ЕГЭ…

Сама суть этого процесса в том, что в митохондриях (на кристах) ( а если митохондроий нет, то и процесс этот отсутствет, т.е. у анаэробов кислородного этапа нет) кислота превращается  уже до конца: до CO2 (то, что мы выдыхаем) и H2O:

• в цикле Кребса:
  C3H4O3→CO2 + H2O + 36 АТФ
• Общее уравнение  диссимиляции:
• С6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + 38 АТФ
• 
• Взаимосвязь пластического и энергетического обмена:

• Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.
• Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.

Пластический и энергетический обмен – это сопряженные (взаимосвязанные) процессы.

Реакции метаболизма рано или поздно завершаются превращением всей исходной энергии в тепло.

•  примеры вопросов ЕГЭ по теме

Обсуждение: «Обмен веществ в клетке»

(Правила комментирования)

Источник: https://distant-lessons.ru/obmen-veshhestv-v-kletke.html

Метаболизм — обмен веществ и энергии в клетке кратко, процессы (Таблица, схема)

Метаболизм — это обмен веществ и превращение энергии в клетке, сложная цепь превращений веществ в организме начиная с момента их поступления из внешней среды и кончая удалением продуктов распада. В процессе обмена организм получает вещества для построения клеток и энергию для жизненных процессов. Поэтому выделяются два вида обмена: пластический и энергетический.

Пластическим обменом (анаболизм или ассимиляция) — это совокупность реакций, способствующих построению клетки и обновлению ее состава.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.

Метаболизм его процессы катаболизм и анаболизм таблица

Признаки	Катаболизм (диссимиляция)	Анаболизм (ассимиляция)
Определение	Катаболизм — это совокупность ферментативных реакций в живом организме, направленных на расщепление сложных органических веществ (белков, липидов, углеводов, нуклеиновых кислот), поступающих с пищей или запасенных в самом организме. Метаболические процессы, которые разрушают простые вещества в сложные молекулы. Конечные продукты распада CO2 и H2O.	Анаболизм — это совокупность химических процессов в живом организме, направленных на образование и обновление структурных частей клеток и тканей. При этом идет синтез сложных молекул (белков, жиров, углеводов) из более простых с накоплением энергии.
Вид обмена	Энергетический обмен	Пластический обмен
Энергии	— Освобождает энергию АТФ — Потенциальная энергия, превращенная в кинетическую энергию	— Требуется энергия от распада АТФ, окисления неорганических веществ, солнечного света — Кинетическая энергия, превращенная в потенциальную энергию
АТФ	образуется, накапливается	расходуется
Тип реакции	экзэргонических	эндергонических
Гормоны	Адреналин, глюкагон, цитокины, кортизол	Эстроген, тестостерон, гормон роста, инсулин
Значение	— Обеспечивает энергию для анаболизма — нагревает тело — Позволяет сокращать мышцы	— Поддерживает новый рост клеток — Поддерживает хранение энергии — Техобслуживание тканей
Кислород	Использует кислород	Не использует кислород
Процессы (примеры)	К катаболическим процессам относятся реакции биологического окисления: — Дыхание клеток — Гликолиз — Брожение — Пищеварение — Экскреция	К анаболическим процессам относятся: — Биосинтез белка — Хемосинтез — Фотосинтез растений — Ассимиляция у животных

Схема обмен веществ и энергии в клетке — метаболизм

Схема метаболизма (вариант 2)

_______________

Источник информации:  Биология в таблицах и схемах / Спб. — 2004.

Источник: https://infotables.ru/biologiya/75-obshchaya-biologiya/1045-obmen-veshchestv-i-energii-v-kletke

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ

Занятие № 9

Тема: «Обмен веществ в клетке. Энергетический и пластический обмены».

1.Обмен веществ и превращение энергии в клетке – основа ее жизнедеятельности.

2.Пластический и энергетический обмен.

3.Этапы энергетического обмена.

4.Фотосинтез. Фазы фотосинтеза.

5. Хемосинтез и его значение.

Любой живой организм, как и отдельная клетка, является открытой системой, т.е.

обменивающейся с окружающей средой веществом и энергией. Итак, мы знаем, что для поддержания жизни организму требуется энергия. Мы запасаем и тратим энергию – и этот процесс бесконечен, пока есть жизнь.

Основным источником энергии для всех живых существ, служит энергия солнечного света. Солнце- первоисточник энергии.

Живые существа способны использовать два вида энергии: световую (энергию солнечного излучения) и химическую (энергию связей химических соединении) – по этому признаку организмы делятся на две группы – фототрофы и хемотрофы.

Как показали эксперименты, содержимое клетки находится в состоянии непрерывной активности; различные вещества все время входят в клетку и выходят из нее наружу, т.е.

происходит обмен веществ – основа существования живых организмов.

Всю совокупность ферментативных реакций обмена веществ и энергии, протекающих в организме, называют метаболизмом(греч.«метаболе»-превращение).

• Метаболизм как основа жизнедеятельности клетки.
• Метаболизм состоит из взаимосвязанных реакций:
• Метаболизм = анаболизм + катаболизм
• ассимиляция диссимиляция
• (синтез высокомолекулярных соединений- (расщепление и окисление органических
• белков,нукл-вых к-т,полисахаридов, липидов) вещ-в, идущих с превращением энергии)
• пластический обмен энергетический обмен

Под метаболизмом понимают постоянно происходящий в клетках живых организмов обмен веществ и энергии. Одни соединения, выполнив свою функцию, становятся ненужными, в других возникает насущная потребность.

В различных процессах метаболизма из простых веществ при участии ферментов синтезируются высокомолекулярные соединения, в свою очередь сложные молекулы расщепляются на более простые.

В клетке протекает огромное количество процессов синтеза: липидов в эндоплазматической сети, белков на рибосомах, полисахаридов в комплексе Гольджи. Для обеспечения реакций синтеза клетке требуются существенные затраты энергии, получаемой при расщеплении веществ.

Обмен веществ выполняет две функции.

Первая— обеспечение клетки строительным материалом (реакции синтеза новых сложных веществ из более простых). Реакции синтеза особенно активно идут в молодых клетках, но и в зрелых клетках эти процессы также происходят — разрушившиеся в процессе жизнедеятельности молекулы заменяются новыми.

Совокупность реакций, обеспечивающих построение клетки и обновление ее состава, называется пластическим обменом. Всё это — реакции биологического синтеза, называемые анаболическими (греч. anabole подъем), а их совокупность в клетке называют — анаболизмом.

Втораяфункция обмена веществ — обеспечение клетки энергией.

Для энергообеспечения клетки используется энергия химических связей, высвобождающаяся при расщеплении различных веществ. Эта энергия преобразуется в другие виды энергии.

Совокупность реакций расщепления сложных молекул на более простые носит название катаболизма или энергетического обмена.

Примерами таких реакций является расщепление липидов, полисахаридов, белков и нуклеиновых кислот в лизосомах, а также простых углеводов и жирных кислот в митохондриях.

Пластический и энергетический обмен клетки связаны между собой. С одной стороны, для всех реакций синтеза необходима энергия, а с другой, для реакций энергетического обмена нужен постоянный синтез ферментов, т.к. они быстро разрушаются.

Ферменты — это биологически активные вещества белковой природы, которые ускоряют химические реакции в клетке (биологические катализаторы) путем образования промежуточных соединений.

Ч/з пластический и энергетический обмены осуществляется связь клетки с внешней средой. Эти процессы явл.основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ.

Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций — движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. Т,к.

запас АТФ в клетке невелик, то понятно, что по мере убыли АТФ содержание ее должно восстанавливаться. В действительности так и происходит.

Биологический смыл остальных реакций энергетического обмена и состоит в том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других веществ, используется для синтеза АТФ, т. е. для восполнения ее запаса в клетке.

После окончания бега спортсмен усиленно дышит, разогревается: в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения убыли израсходованной АТФ. При длительной и не очень напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.

Итак, АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки. Отсюда понятно, что возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок. Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться она может в другом месте и в другое время.

Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях. Именно поэтому митохондрии называют «силовыми станциями» клетки. Образовавшаяся здесь АТФ по каналам эндоплазматической сети направляется в те участки клетки, где возникает потребность в энергии.

Итак, источником энергии для подавляющего большинства процессов в живых организмах является следующая реакция:

АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + энергия.

АТФ присоединяет молекулу воды и расщепляется. Концевой фосфорный остаток дает при этом фосфорную кислоту, а АТФ превращается в АДФ. Эта реакция сопровождается освобождением энергии (порядка 40 кДж/моль)

– Известно, что в среднем содержание АТФ в клетках составляет от 0,05% до 0,5% ее массы. Но практически все идущие в клетке биохимические реакции требуют затрат энергии молекул АТФ. Запаса АТФ в мышцах хватает только на 20–30 сокращений. Поэтому в клетках идет постоянный процесс синтеза АТФ.

Следовательно, запас АТФ должен непрерывно пополняться на основе обратной реакции, идущей с затратой энергии:

АДФ + Н3РО4 + энергия = АТФ + Н2О.

Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://poisk-ru.ru/s29577t8.html

Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Все живые организмы 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 соединении) — по этому признаку организмы делятся на две группы — фототрофы и хемотрофы.

Главным источником структурных молекул является углерод. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две группы: автотрофы, использующие не органический источник углерода (диоксид углерода), и гетеротрофы, использующие органические источники углерода.

Процесс потребления энергии и вещества называется питанием.

Известны два способа питания: голозойный — посредством захвата частиц пищи внутрь тела и голофитный — без захвата, посредством всасывания растворенных пищевых веществ через поверхностные структуры организма. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма.

Реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергического обмена или диссимиляции).

Значение АТФ в обмене веществ

Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ). По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки.

Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе.

АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 минуты).

Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ

Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ. Энергия для фосфорилирования АДФ образуется в ходе энергетического обмена.

Энергетический обмен, или диссимиляция, представляет собой совокупность реакции расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии.

В зависимости от среды обитания диссимиляция может протекать в два или три этапа.

У большинства живых организмов — аэробов, живущих в кислородной среде, — в ходе диссимиляции осуществляется три этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. У анаэробов, обитающих в среде лишенной кислорода, или у аэробов при его недостатке, диссимиляция протекает лишь в два первых этапа с образованием промежуточных органических соединений, еще богатых энергией.

Первый этап — подготовительный — заключается в ферментативном расщеплении сложных органических соединении на более простые (белков на аминокислоты; полисахаридов на моносахариды; нуклеиновых кислот на нуклеотиды).

Внутриклеточное расщепление органических веществ происходит под действием гидролитических ферментов лизосом.

Высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде теплоты, а образующиеся малые органические молекулы могут подвергнутся дальнейшему расщеплению и использоваться клеткой как «строительный материал» для синтеза собственных органических соединений.

Второй этап — неполное окисление — осуществляется непосредственно в цитоплазме клетки, в присутствии кислорода не нуждается и заключается в дальнейшем расщеплении органических субстратов. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Бескислородное, неполное расщепление глюкозы, называют гликолизом.

Третий этап — полное окисление — протекает при обязательном участие кислорода. В его результате молекула глюкозы расщепляется до неорганического диоксида углерода, а высвободившаяся при этом энергия частично расходуется на синтез АТФ.

Источник: https://studbooks.net/1295816/meditsina/obmen_veschestv_prevraschenie_energii_kletke

Метаболизм

   Фотосинтез — превращение энергии света в энергию химических связей.   В отличие от человека и животных, все зеленые растения и часть бактерий способны синтезировать органические вещества из неорганических соединений. Такой тип обмена веществ называется автотрофным (греч.

autos сам + trophe пища). В зависимости от вида энергии, используемой автотрофами для синтеза органических молекул, их делят на фототрофов и хемотрофов. Фототрофы используют энергию солнечного света, а хемотрофы — химическую энергию, высвобождающуюся при окислении ими различных неорганических соединений.

  Зеленые растения являются фототрофами. Их хлоропласты содержат хлорофилл, позволяющий растениям осуществлять фотосинтез — преобразование энергии солнечного света в энергию химических связей синтезируемых органических соединений.

Из всего спектра солнечного излучения молекулы хлорофилла поглощают красную и синюю часть, а зеленая составляющая достигает сетчатки наших глаз. Поэтому большинство растений мы видим зелеными.

Итоговое уравнение фотосинтеза выглядит довольно просто:6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6(глюкоза) + 6О2,но всем хорошо известно, что при смешивании углекислого газа и воды глюкоза не образуется. Фотосинтез — сложный многоступенчатый процесс, для прохождения которого необходим не только солнечный свет и хлорофилл, но и ряд ферментов, энергия АТФ и молекулы-переносчики. Выделяют две фазы фотосинтеза — световую и темновую.

— Световая фаза фотосинтеза начинается с освещения растений светом.

Солнечные фотоны, передавая свою энергию молекуле хлорофилла, переводят молекулу в возбужденное состояние: ее электроны, получая дополнительную энергию, переходят на более высокие орбиты.

Отрыв таких возбужденных электронов может происходить значительно легче, чем невозбужденных. Молекулы-переносчики захватывают их и перемещают на другую сторону мембраны тилакоида.

Молекулы хлорофилла восполняют потерю электронов, отрывая их от молекул воды. В результате вода расщепляется на протоны и молекулярный кислород:

2Н2О – 4е = 4Н+ + О2

  Процесс расщепления молекул воды до молекулярного кислорода, протонов и электронов под действием света называют фотолизом. Молекулярный кислород легко диффундирует сквозь мембраны тилакоидов и выделяется в атмосферу. Протоны неспособны к проникновению через мембрану и остаются внутри.Таким образом, снаружи мембраны накапливаются электроны, доставленные молекулами-переносчиками с возбужденных молекул хлорофилла, а внутри — протоны, образовавшиеся в результате фотолиза воды. Возникает разность потенциалов. В мембраны тилакоидов хлоропласта, так же как и во внутренние мембраны митохондрий, встроены ферменты-синтетазы, осуществляющие синтез АТФ. В молекулярной структуре синтетаз растений также имеется каналец, через который могут проходить протоны. При достижении на мембране критической разности потенциалов протоны, влекомые силой электрического поля, протискиваются по канальцу АТФ-синтетазы, затрачивая энергию на синтез АТФ. Соединяясь на другой стороне мембраны с электронами, протоны образуют атомарный водород.  Фотосинтез в хлоропластах весьма эффективен: он дает в 30 раз больше АТФ, чем кислородный гликолиз в митохондриях тех же растений. Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят следующие главные процессы: выделение в атмосферу свободного кислорода, синтез АТФ и образование атомарного водорода.  Протекание дальнейших реакций может происходить и в темноте, потому носит название темновой фазы.

— Темновая фаза. Реакции этой фазы происходят в строме хлоропласта при участии атомарного водорода и АТФ, образовавшихся в световой фазе, а также ферментов, восстанавливающих СО2 до простого сахара — триозы (глицеральдегида) — и синтезирующих из нее глюкозу:

6СО2 + 24Н = С6Н12О6(глюкоза) + 6Н2О  Для образования одной молекулы глюкозы требуется 18 молекул АТФ. Комплекс реакций темновой фазы, осуществляемых ферментами (и коферментом НАД), носит название цикла Кальвина.  Кроме глюкозы, из триозы могут синтезироваться жирные кислоты, аминокислоты и пр. Углеводы и жирные кислоты далее транспортируются в лейкопласты, где из них формируются запасные питательные вещества — крахмал и жиры.  С наступлением темноты растения продолжают процесс фотосинтеза, используя запасенные на свету соединения. Когда этот запас исчерпывается, прекращается и фотосинтез. В ночной темноте растения напоминают по типу обмена веществ животных: они поглощают кислород из атмосферы (дышат) и окисляют при помощи его запасенные днем питательные вещества. На дыхание растения используют в 20-30 раз меньше кислорода, чем выделяют в атмосферу в процессе фотосинтеза. Количество энергии, производимой растениями, значительно превышает количество тепла, выделяющегося при сжигании всем населением планеты горючих полезных ископаемых. Ежегодно растительность планеты дает 200 млрд. т кислорода и 150 млрд. т органических соединений, необходимых человеку и животным.

 — Хемосинтез. Большинство бактерий лишены хлорофилла.

Некоторые из них являются хемотрофами: для синтеза органических веществ они используют не энергию света, а энергию, высвобождающуюся при окислении неорганических соединений.

Такой способ получения энергии и синтеза органических веществ назвали хемосинтезом (греч. chemia химия). Явление хемосинтеза открыто в 1887 г. русским микробиологом С. Н. Виноградским.

— Нитрифицирующие бактерии. В корневищах растений, главным образом, бобовых, живут особые клубеньковые бактерии. Они способны усваивать недоступный растениям атмосферный азот и обогащать почву аммиаком. Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак клубеньковых бактерий до азотистой кислоты и далее — азотистую до азотной. В результате растения получают соли азотной кислоты, необходимые для синтеза аминокислот и азотистых оснований.- Водородные бактерии также широко распространены в почвах. Они окисляют молекулы водорода, образующиеся в результате бескислородного окисления органических останков различными микроорганизмами:2Н2 + О2 = 2Н2О- Железо бактерии используют энергию, высвобождающуюся при окислении двухвалентного железа до трехвалентного (закисные соли до окисных).- Серо бактерии обитают в болотах и «питаются» сероводородом. В результате окисления сероводорода выделяется необходимая для жизнедеятельности бактерий энергия и накапливается сера. При окислении серы до серной кислоты высвобождается еще часть энергии. Суммарный выход энергии составляет существенную величину — 666 кДж/моль. Огромное количество серобактерий обитает в Черном море. Его воды, начиная со стометровой глубины, насыщены сероводородом.

Источник: http://30school.ru/referaty/bilogiya/metabolizm-kak-osnova-zhiznedeyatelnosti-kletki.html