Учебник для 9 класса

Биология

§13. Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Вспомните из учебника « Человек и его здоровье» что такое обмен веществ и превращение энергии в организме. Из каких двух противоположных процессов он состоит? Под действием каких веществ происходит расщепление питательных веществ в организме?

Основой жизнедеятельности клетки и организма являются обмен веществ и превращение энергии. Обмен ее ществ и превращение энергии — совокупность всех реакций распада и синтеза, протекающих в клетке или во всем организме, связанных с выделением или поглощением энергии. Обмен веществ и превращение энергии состоит из двух взаимосвязанных, но противоположных процессов — ассимиляции и диссимиляции (рис. 53).

Рис. 53. Схема взаимосвязей обмена веществ и превращения энергии в клетке

Две стороны обмена веществ и превращения энергии. Диссимиляция (от лат. диссимиляцио — разрушение, выделение) — это совокупность реакций распада и окисления в живом высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных органических и неорганических. В процессе диссимиляции происходит освобождение энергии, заключенной в химических связях органических молекул и запасание ее в виде АТФ.

Диссимиляционные процессы — это дыхание, брожение, гликолиз. Основные конечные продукты при этом — вода, углекислый газ, аммиак, мочевина и молочная кислота.

Ассимиляция (от лат. ассимиляций — усвоение) — это совокупность реакций синтеза высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических или неорганических. В процессе ассимиляции происходит поглощение энергии, которая образуется в результате распада АТФ. Так, органические вещества, например углеводы, синтезируются в растительных клетках из углекислого газа, воды и минеральных солей.

Итак, основное вещество, которое обеспечивает все обменные процессы в клетке — это АТФ. В процессе диссимиляции происходят синтез молекул АТФ и запасание в них энергии. В процессе ассимиляции молекулы АТФ распадаются и выделяющаяся при этом энергия расходуется на синтез органических веществ. Все реакции обмена веществ превращения энергии в клетке ферментативные — т. е. идут в присутствии ферментов.

Типы обмена веществ. Единственный источник энергии на Земле — это Солнце. Благодаря солнечной энергии происходит первичный синтез органических веществ из неорганических — фотосинтез. Энергия Солнца аккумулируется в синтезированных органических веществах, превращаясь в энергию химических связей. В процессе питания организмы расщепляют органические вещества, а выделяющаяся при этом энергия запасается в молекулах АТФ. В дальнейшем она используется в реакциях ассимиляции.

По способу получения энергии и синтеза органических веществ все организмы делят на автотрофные и гетеротрофные (рис. 54). Автотрофные организмы, или автотрофы (от греч. аутос — сам и трофо — пища, питание) синтезируют органические вещества из неорганических. К автотрофам относят все зеленые растения и цианобактерии. Автотрофно питаются и хемосинтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ, например серы, железа, азота.

Рис. 54. Поток веществ и превращение энергии в биосфере Земли

Гетеротрофные организмы, или гетеротрофы (от греч. гетерос — другой и трофо — пища, питание) используют только готовые органические вещества. Источником энергии для них служит энергия, запасенная в органических веществах, получаемых с пищей и выделяющаяся при их распаде и окислении. К гетеротрофам относят все животные, грибы и большинство бактерий. При гетеротрофном питании организм поглощает органические вещества в готовом виде и преобразует их в собственные питательные вещества.

Процессы диссимиляции у организмов также различаются. Аэробным организмам, или аэробам (от греч. аэр — воздух и биос — жизнь) для жизнедеятельности необходим кислород. Дыхание для них является главной формой диссимиляции. Богатые энергией органические вещества в присутствии кислорода полностью окисляются до энергетически бедных неорганических веществ — углекислого газа и воды.

Анаэробным организмам, или анаэробам (от греч. а, ан — отрицательная частица) кислород не нужен: процессы их жизнедеятельности могут протекать в бескислородной среде. Органические вещества в этом случае расщепляются не полностью. Поэтому продукты их жизнедеятельности могут использовать другие организмы. Например, все молочнокислые продукты являются результатом жизнедеятельности анаэробных молочнокислых бактерий.

Большинство организмов на нашей планете — аэробы: все растения, животные (за исключением некоторых паразитов), основные группы грибов и бактерий. Число анаэробов значительно меньше: это многие почвенные микроорганизмы (бактерии и грибы), внутренние паразиты, утратившие способность использовать кислород в связи с образом жизни.

Упражнения по пройденному материалу

1. В чем сущность обмена веществ и превращения энергии?
2. Какие два процесса составляют обмен веществ и превращение энергии в живом?
3. Почему АТФ можно назвать универсальным источником энергии в реакциях обмена веществ и превращения энергии?
4. Что является основным источником энергии на Земле?
5. На какие группы подразделяют организмы по характеру используемой ими энергии и по источнику получения органических веществ?
6. Какие группы выделяют среди организмов по отношению к кислороду?
7. Почему фотосинтез можно на звать основным процессом, обеспечивающим жизнь на Земле?