Презентация на тему: "Обмен веществ и энергии"

ОБМЕН ВЕЩЕСТ И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ

Процесс обмена веществ

Это комплекс химических реакций живых организмов, протекающих в определенном порядке.

Обмен веществ – постоянный процесс живой клетки.

Выдающийся русский физиолог И.М.Сеченов писал: «Организм не может существовать без окружающей среды, дающей ему энергию».

Катаболизм (реакция расщепления) - это процесс расщепления органических веществ, богатых энергией.

Анаболизм (реакция синтеза) – это синтез различных макромолекул, с использованием энергии простых веществ, образованных при реакции катаболизма, а именно аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, азотистых оснований и АТФ с НАДФ∙Н

Схема обмена веществ в клетке

Макромолекулы клетки: белки, полисахариды, липиды, нуклеиновые кислоты

Питательные вещества – источники энергии: углеводы, жиры, белки

Химическая энергия: АТФ, НАДФ

Анаболизм

Катаболизм

Новые молекулы: аминокислоты, сахар, жирные кислоты, азотистые основания

Энергетически бедные вещества распада: CO 2 , H 2 O, NH 2

Энергетический обмен клетки, или дыхание организма.

Синтез АТФ. Дыхание и горение .

При соединении веществ с кислородом идет процесс окисления , при расщеплении – процесс восстановления . Такие реакции живых организмов называют биологическим окислением.

АТФ. Дыхание и горение.

Если горение органических веществ при участии кислорода происходит в природе, то процесс дыхания живых организмов осуществляется в митохондриях . Энергия процесса горения выделяется в виде тепла . Энергия, образованная при дыхании, используется на поддержание жизнедеятельности и сохранение активности организма.

Дыхание можно описать так:

C 6 H 12 O 6 +6O 2 → 6CO 2 +6H 2 O+2881 кДж/моль

Процесс гликолиза

Процесс расщепления глюкозы с помощью ферментов, сопровождающейся выделением части накопленной в молекуле глюкозы энергии, называется гликолизом.

Процесс расщепления глюкозы делится на три этапа:

• Гликолиз
• Преобразование лимонной кислоты
• Цепь переноса электронов

Гликолиз, состоит из трех этапов: подготовительного, бескислородного, кислородного.

Подготовительный этап гликолиза

Здесь органические вещества, богатые энергией, под воздействием специальных ферментов расщепляются до простых веществ. Например, происходит расщепление полисахаридов до моносахаридов, жиров – до жирных кислот и глицерина, нуклеиновых кислот –до нуклеотидов, белков –до аминокислот.

Бескислородный этап гликолиза .

Состоит из 13 последовательных реакций, протекающих под воздействием ферментов. Исходный продукт реакции – 1моль C6H12O6 (глюкоза), в итоге реакции образуются 2 моля C 3 H 6 O 3 (молочной кислоты) и 2 моля АТФ. В данной реакции кислород вообще не участвует, поэтому этот этап и называется бескислородным . Обратите внимание на уравнение реакции:

C6H12O6+2H3PO4+2 АДФ → 2C3H6O3+2 АТФ +2H2O

В результате реакции образуется 200 кДж энергии, из них 40%, или 80кДж, запасается в двух молекулах АТФ, 120 кДж энергии, или 60%, сохраняется в клетке.

Кислородный этап гликолиза

Данная реакция от бескислородного расщепления отличается участием кислорода и полным расщеплением глюкозы с образованием конечных продуктов CO2 и H2O . В качестве начального продукта реакции участвуют 2 моля C3H6O3 (молочная кислота); в итоге синтезируются 36 молей АТФ.

2C3H6O3+6O2+36H3PO4+36 АДФ → 6CO2+36 АТФ +42H2O

Значит, основной источник энергии образуется в процессе кислородного этапа гликолиза (2600кДж)

Из 2600 кДж энергии, полученной в результате аэробного процесса гликолиза, на химические связи АТФ используется 1440 кДЖ, или 54%.

Суммарное уравнение реакции бескислородного и кислородного расщепления глюкозы выглядит так:

C6H12O6+6O2+38H3PO4+38 АДФ → 6CO3+38 АТФ +44H2O

Образованная в процессе бескислородного и кислородного расщепления энергия 80 кДж+1440кДж=1520кДж, или55%, сохраняется в виде потенциальной энергии, используется на жизненные процессы клетки, а 45% используется в виде энергии тепла.

Вывод:

• Энергия выделяется в процессе горения и дыхания. Реакция сгорания протекает в природе, а реакция дыхания – в митохондриях клетки.
• Энергия, используемая на жизненные процессы клетки, запасается в виде АТФ.
• Молекула АТФ синтезируется при кислородном и бескислородном расщеплении глюкозы.
• Энергия, образованная в процессе гликолиза, сохраняется на 55% в виде потенциальной энергии, а 45% переходит в энергию тепла.

Строение хлоропласта

Фотосинтез

Фотосинтез протекает в хлоропластах растений. В них содержится пигмент хлорофилл , придающий зеленый цвет растениям. Пигмент хлорофилл, поглощая синие и красные лучи, отражается зеленым цветом и придает соответствующую окраску растениям.

Фотосинтез имеет две фазы – световую и темновую . В световой фазе с помощью энергии солнечного света протекают реакции со ложным механизмом. К ним относятся: синтез АТФ, образование НАДФ∙Н, фотолиз воды

Фотосинтез играет важную роль в превращении энергии солнца в виде АТФ в энергию химических связей, что можно увидеть на схеме:

Фотосинтез

Энергия солнца АТФ Органическое вещество

Дыхание

Рост, развитие, движение и т.д.

В процессе фотосинтеза растения сохраняют энергию солнца в виде органических соединений, при дыхании молекулы питательных веществ расщепляются, высвобождая энергию. Эти явления дают энергию, необходимую для синтеза АТФ.

Темновая фаза фотосинтеза

В темновой фазе фотосинтеза большое значение имеет СО2 (оксид углерода). Моносахариды, дисахариды и полисахариды синтезируются с использованием энергии АТФ, НАДФ∙Н. Поскольку при синтезе данных органических веществ световая энергия не используется данных органических веществ световая энергия не используется, этот процесс называется темновой фазой фотосинтеза.

В темновой фазе в качестве начального продукта реакции участвует пятиуглеродный углевод (С 5 ). Образование трехуглеродного соединения (С 3 ) называют С 3 – циклом, или циклом Кальвина .

За открытие данного цикла американский биохимик М.Кальвин был удостоен Нобелевской премии.

В биосинтезе белка – сложном, многоступенчатом процессе – участвуют ДНК, иРНК, тРНК, рибосомы, АТФ и разнообразные ферменты.

Система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом

Транскрипция (буквально «переписывание») протекает как реакция матричного синтеза. На цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности синтезируется цепь иРНК, которая по своей нуклеотидной последовательности точно копирует (комплементарна) последовательность нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК, причем тимину в ДНК соответствует урацил в РНК.

Информационная РНК (иРНК) – это копия не всей молекулы ДНК, а только части ее – одного гена, несущего информацию о структуре белка, сборку которого необходимо произвести.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Следующий этап в биосинтезе белка – трансляция (лат. «передача») – это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК в последовательность аминокислот в полипептидной цепочке .

Гомеостаз

• Сохранение постоянства внутреннего состояния.
• Одно из важнейших свойств организма.
• Обмен веществ и энергии осуществляется на всех уровнях организма.