Энергетический обмен
Обмен веществ
Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.
Энергетический обмен
Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.
Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).
Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:
- Подготовительный этап
Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.
Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.
Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.
Кислородный этап (аэробный)
Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.
Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).
Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.
АТФ — аденозинтрифосфорная кислота
Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.
Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».
АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:
- АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + E
- АДФ + H2O = АМФ + H3PO4 + E
- АМФ + H2O = аденин + рибоза + H3PO4 + E
Пластический обмен
АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.
В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Источник
Энергетический обмен. Питание клетки (9 класс)
Тема: Энергетический обмен. Питание клетки. (9 класс)
Цель: сформировать представление о метаболизме как совокупности реакций обмена в клетке; показать учащимся, что ассимиляция и диссимиляция — две стороны единого процесса — метаболизма, углубить и расширить знания о метаболизме, раскрыв сущность энергетического обмена; подвести учащихся к выводу о значении АТФ как универсального аккумулятора энергии в клетке; показать роль ферментов в реакциях обмена; познакомить учащихся с характерными особенностями трех этапов энергетического обмена.
развить понятие о типах питания клетки; сформировать понятие «автотрофные и гетеротрофные организмы»; познакомить учащихся с группами автотрофных и гетеротрофных организмов в зависимости от особенностей питания; Продолжить формирование умения работать с учебником, рисунками, сравнивать и делать выводы. Воспитание биологического мышления, внимания.
Оборудование: схема метаболизма на доске.
Проверочная работа по главе 2.
Формирование понятия «метаболизм». (Объяснение учителя с элементами беседы.)
Метаболизм – ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.
Обмен веществ – последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.
Формирование понятия «ассимиляция». (Объяснение учителя с элементами беседы.)
Ассимиляция – совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клетки.
Формирование понятия «диссимиляция». (Объяснение учителя с элементами беседы.)
Диссимиляция – совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии.
Характеристика трех этапов энергетического обмена в клетке. (Объяснение учителя с элементами беседы и использованием таблицы «Схема энергетического обмена углеводов».)
Всем живым клеткам постоянно нужна энергия, необходимая для протекания в них различных биологических и химических реакций. Одни организмы используют энергию солнечного света, другие – энергию химических связей органических веществ, поступающих с пищей. Извлечение энергии из пищевых веществ осуществляется в клетках путем их расщепления и окисления кислородом, поступающим в процессе дыхания. Поэтому этот процесс называют биологическим окислением , или клеточным дыханием .
Биологическое окисление с участием кислорода называют аэробным , без кислорода – анаэробным . Процесс биологического окисления идет многоступенчато. При этом в клетке происходит накопление энергии в виде молекул АТФ и других органических соединений.
Этапы энергетического обмена
I . Подготовительный (в органах пищеварения)
Крупные молекулы органических
веществ при участии ферментов распадаются на более мелкие молекулы:
жиры – глицерина и жирных кислот
Энергия рассеивается в виде
II . Бескислородный (неполный) гликолиз; у микроорганизмов – брожение (протекает в клетках)
Дальнейшее расщепление молекул (при участие ферментов) до более простых соединений. Так, глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (С 3 Н 4 О 3 ), которая затем восстанавливается в молочную кислоту (С 3 Н 6 О 3 ). Расщепление идет с участием АДФ и Н 3 РО 4
С 6 Н 12 О 6 +2Н 3 РО 4 + 2АДФ – 2С 3 Н 6 О 3 + 2АДФ + 2Н 2 О
У дрожжевых грибов – спиртовое брожение:
С 6 Н 12 О 6 +2Н 3 РО 4 + 2АДФ – 2С 2 Н 5 ОН +2СО 2 +2АТФ + 2Н 2 О
Распад одной молекулы глюкозы дает энергию, обеспечивающую синтез двух молекул АТФ, эта часть энергии запасается
III . Кислородный (протекает в матриксе митохондрий на внутренних мембранах митохондрий)
При доступе кислорода к клеткам образовавшиеся на предыдущем этапе вещества окисляются до СО 2 и Н 2 О:
2С 3 Н 6 О 3 + 6О 2 +36Н 3 РО 4 + 36АДФ – 6СО 2 + 36АТФ + 42Н 2 О
Образовавшиеся молекулы АТФ
Распад двух молекул молочной кислоты. Выделяется энергия, достаточная для образования 36 молекул АТФ
Фронтальная беседа по вопросам:
Что такое ассимиляция? Приведите примеры реакций синтеза в клетке.
Что такое диссимиляция? Приведите примеры реакций распада в клетке.
Докажите, что ассимиляция и диссимиляция — две стороны единого процесса обмена веществ и энергии — метаболизма.
Задание: установите соответствие между процессами протекающими в клетках организмов, и их принадлежностью к ассимиляции и диссимиляции:
1. испарение воды
3. расщепление жиров
4. биосинтез белков
6. расщепление белков
7. расщепление полисахаридов
8. биосинтез жиров
9. синтез нуклеиновых кислот
Ответы: 1-Б, 2-Б, 3-Б, 4-А, 5-А,6-Б, 7-Б, 8-А, 9-А, 10-А.
Заполнение таблицы «Этапы энергетического обмена».
1. Почему ассимиляция не может существовать без диссимиляции?
2. Какое вещество, играя важную метаболическую роль, выполняет функцию центрального компонента клеточной активности?
3. Какое строение имеет молекула АТФ?
Задание: найдите во второй колонке верное окончание предложения.
Ответы: 1-Г, 2-А, 3-Е, 4-Б, 5-В, 6-Д.
Этапы энергетического обмена. (Ответ учащегося у доски.)
Фронтальная беседа по вопросам:
Каковы конечные, продукты и энергетическая ценность I этапа энергетического обмена?
Сравните энергетическую ценность II и III этапов диссимиляции, сделайте вывод.
Какова роль ферментативной системы энергетического обмена в поддержании необходимого количества АТФ в клетке?
Какое значение имеет ступенчатый характер реакций биологического окисления?
Аминокислоты — последний энергетический резерв, они подвергаются окислению в самую последнюю очередь. Объясните, с чем это связано.
1. Автотрофные и гетеротрофные организмы.
Автотрофные и гетеротрофные организмы
Группа организмов в зависимости от типа питания
Способ получения органических веществ
Самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических
Для синтеза органических веществ используют энергию света
Для синтеза органических веществ используют химическую энергию
Все зеленые растения, цианобактерии
Многие виды бактерий (нитрифицирующие бактерии, серобактерии)
Используют готовые органические вещества
Многие бактерии, грибы, животные
2. Группы гетеротрофных организмов (сапрофиты, паразиты, голозои).
Фаготрофы ( голозои ) — гетеротрофные организмы, заглатывающие твердые куски пищи.
Сапрофиты — организмы, питающиеся органическими веществами отмерших организмов или выделениями живых.
Паразиты (от греч. parásitos — нахлебник, тунеядец), организмы, питающиеся за счёт других организмов (называемых хозяевами) и большей частью вредящие им.
Значение фотосинтеза. (Рассказ учителя с элементами беседы.)
Фотосинтез — это процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). 
Характеристика световой и темновой фаз фотосинтеза. (Объяснение учителя с использованием таблиц и рисунка 32 учебника.)
Тилакоиды – плоские мешочки ограниченные мембранами.
Граны – десятки тилакоидов плотно уложенные в стопки.
Строма – внутреннее пространств между гранами.
Характеристика хемосинтеза. (Объяснение учителя с последующим заполнением таблицы.)
Хемосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических за счет энергии химических реакций окисления.
Сравнение фотосинтеза и хемосинтеза
Клетках, содержащих хлорофилл
Клетках многих видов бактерий
1. Заполнение таблицы.
Группы гетеротрофных организмов
Питаются мертвыми органическими остатками
Бактерии и грибы — сапрофиты
Питаются органическими веществами организма-хозяина
Болезнетворные бактерии, грибы-паразиты, гельминты
Питание включает три этапа: поедание, переваривание и всасывание переваренных веществ
В основном многоклеточные животные, имеющие пищеварительную систему
Заполнение таблицы. (Самостоятельная работа учащихся с текстом учебника и последующим обсуждением.)
Процессы происходящие в этой фазе
Световая фаза(осуществляется в тилакоидах гран)
Захваченные кванты света используются для образования богатых энергией молекул АТФ и фотолиза воды
Образование АТФ, О 2 , ионы Н +
Темновая фаза (осуществляется в строеме хлоропластов)
Используется энергия, запасенная во время световой фазы
Молекулы глюкозы из СО 2 и ионов Н +
Изучить §.4.с.27-30 читать, вопросы проект. работа
Источник
Рабочая карта по биологии, тема «Энергетический обмен»
Рабочая карта по биологии, тема «Энергетический обмен»
Просмотр содержимого документа
«Рабочая карта по биологии, тема «Энергетический обмен»»
Задание №1. Выберите правильный ответ:
Обмен веществ – основа существования клетки.
1. Процесс расщепления высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных называется:
а) диссоциацией; б) диссимиляцией; в) ассимиляцией; г) денатурацией.
2. Процесс образования сложных органических веществ из простых называется:
а) диссоциацией; б) диссимиляцией; в) ассимиляцией; г) денатурацией.
3. Как ещё называют анаболизм? (два варианта ответа)
а) энергетический обмен; б) диссимиляцией; в) ассимиляцией; г) пластический обмен.
4. Как ещё называют катаболизм? (два варианта ответа)
а) энергетический обмен; б) диссимиляцией; в) ассимиляцией; г) пластический обмен.
5. Пластический обмен особенно интенсивно происходит:
а) в молодом организме; б) в старом организме.
6. В процессе анаболизма:
а) идет накопление энергии; б) высвобождение энергии.
7. В процессе катаболизма:
а) идет накопление энергии; б) высвобождение энергии.
8. Универсальным аккумулятором (источником) энергии является:
а) глюкоза; б) жир; в) ДНК; г) АТФ.
9. Отделение от аденозинтрифосфорной кислоты одного остатка фосфата сопровождается выделением:
а) 12 кДж энергии; б) 17,6 кДж энергии; в) 38,9 кДж энергии; г) 40 кДж энергии.
Задание №2. Заполни таблицу:
Где происходит расщепление?
Чем активизируется расщепление?
До каких веществ расщепляются соединения клетки?
Сколько выделяется энергии?
Сколько синтезируется энергии в виде АТФ?
Задание №3. Прочитайте текст и ответьте на следующие вопросы:
В каком случае клетки мышц переходят на бескислородное дыхание?
Какой конечный продукт образуется в мышцах в результате гликолиза?
С чем связана боль в мышцах у нетренированного человека после физической нагрузки?
«Среди трех типов мышц скелетная и сердечная потребляют наибольшее количество энергии. В скелетных мышцах человека всего хранится 80 г АТФ. Однако Расход АТФ у наиболее выносливых спортсменов может достигать 75
80% от массы тела. По мере расходования АТФ синтезируется посредством трех механизмов: быстрый из макроэргических фосфатов (АТФ), средней продолжительности (анаэробный гликолиз) и длительный (кислородное дыхание). В скелетных мышцах гликолиз происходит интенсивно, когда аэробного обмена недостаточно. Этот процесс происходит в цитоплазме, конечный продукт анаэробного энергетического обмена — молочная кислота. Так как кровоток затруднен, она задерживается в мышцах, вызывая жжение. Каждый из нас испытывал боль в мышцах после большой физической нагрузки. Так вот эта боль связана с накоплением молочной кислоты. Эта боль возникает через 4-6 часов после нагрузки, а на второй день усиливается».
Задание №4. Решите задачу:
Процесс окисления глюкозы в клетке сходен с горением. Как при горении, так и при дыхании глюкоза окисляется при участии молекулярного кислорода до конечных продуктов — углекислого газа и воды с выделением энергии. Объясните, чем же отличаются эти процессы, если их можно выразить общим суммарным уравнением:
Задание №5. Установите соответствие
Обеспечение клеток энергией.
А –Энергия; Б – Органические вещества; В – АТФ; Г – Подготовительный этап;
Д – Гликолиз; Е – Брожение; Ж – Кислородный этап; З – Митохондрия;
Универсальный биологический аккумулятор энергии.
Энергетическая станция клетки.
Бескислородный, или неполный этап энергетического обмена.
Конечные продукты кислородного расщепления.
Этот термин обычно применяют по отношению к процессам, протекающим в клетках микроорганизмов и растений.
Сколько молекул АТФ образуется в результате третьего этапа энергетического обмена.
Источники энергии для жизнедеятельности клеток.
На этом этапе молекулы полисахаридов, жиров и белков распадаются на мелкие молекулы: глюкозу, жирные кислоты и глицерин, аминокислоты.
Этим количеством молекул завершается гликолиз или бескислородный этап.
На этом этапе при окислении двух молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ.
Что дает способность совершать работу.
1 — ___, 2 — ___, 3 — ___, 4 — ___, 5 — ___, 6 — ___, 7 — ___, 8 — ___, 9 — ___, 10 — ___, 11 — ___.
Задание №6. Оцени себя.
Верно выполнил задание №1
Участвовал в заполнении таблицы, выступал от группы
Участвовал в обсуждении вопросов задания №3
Участвовал в обсуждении вопросов задания №4, задавал вопросы
Источник
