Что такое разрушение веществ биология
§ 23. Обмен веществ — главный признак жизни
1. Чем отличается живой организм от неживых тел? 2. Что вам известно об энергии?
Организмы растут, развиваются, размножаются, если получают из окружающей среды воздух, воду, свет, тепло, пищу. В окружающую среду организмы выделяют ненужные продукты жизнедеятельности. В результате между организмом и средой непрерывно происходит обмен веществ.
Обмен веществ — взаимосвязанные процессы образования и разрушения веществ, протекающие в организме и обеспечивающие его связь с окружающей средой.
Процессы обмена веществ происходят в клетках организма. В них сложные органические вещества при участии кислорода расщепляются до более простых веществ. При этом освобождается энергия. Она необходима каждому живому организму, каждой живой клетке.
Энергия используется организмом на построение новых клеток, работу органов, поддержание температуры тела и осуществление всех процессов жизнедеятельности. Растения используют энергию на образование органических веществ, их передвижение, рост, развитие (рис. 54, а). Животные расходуют много энергии при активном передвижении (беге, прыжках, машущем полёте, плавании), ориентировании в пространстве. Птицы, например, тратят большое количество энергии на выкармливание своего потомства (рис. 54, б).
Составной частью обмена веществ является питание — потребление организмом необходимых веществ (органических и минеральных) и заключённой в них энергии. Благодаря питанию организмы получают вещества, которые используются на рост, процессы жизнедеятельности, воспроизведение. Различные процессы поступления, превращения и выделения веществ и энергии из организма тонко согласованы и в совокупности обозначаются как обмен веществ и энергии.
Обмен веществ. Образование веществ. Разрушение веществ. Использование энергии организмами
Ответьте на вопросы
1. Что такое обмен веществ?
2. Откуда организмы получают питательные вещества, необходимые для обмена веществ?
3. Как живые организмы используют энергию?
4. Почему обмен веществ является основой жизни?
5. Чем отличается питание растений от питания грибов и животных?
Какая существует связь между обменом веществ и обменом энергии?
Биология. 6 класс
Конспект урока
Урок 1. Обмен веществ – главный признак жизни
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Обмен веществ – это процессы поступления нужных организму веществ, их сложных превращений внутри и выведения ненужных веществ в окружающую среду. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Гетеротрофы – (др.-греч. heteros – «различный» и trophos – «питание») – организмы, которые питаются готовыми органическими веществами и не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
С момента рождения и до смерти в организме происходит обмен веществ и энергии. Для этого из окружающей среды в любой живой организм какие – то вещества должны поступать, а какие – то должны выделяться. Но за счёт каких процессов это возможно? Сегодня на уроке мы будем искать ответ на этот вопрос.
Мы восхищаемся великим разнообразием живых существ. Все они отличаются друг от друга цветом, формой, величиной, строением. Но объединяет всех их одно – жизнь.
Проникнуть в тайны жизни человек пытался давно. Было доказано, что различие между живой и неживой природой заключается в особом строении живого существа и в специфических химических процессах, постоянно происходящих между организмом и внешней средой. Совокупность этих процессов и представляет собой основу жизни.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Распределите живые организмы по типам питания.
Биология. 6 класс
Конспект урока
Урок 1. Обмен веществ – главный признак жизни
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке
Обмен веществ – это процессы поступления нужных организму веществ, их сложных превращений внутри и выведения ненужных веществ в окружающую среду. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.
Гетеротрофы – (др.-греч. heteros – «различный» и trophos – «питание») – организмы, которые питаются готовыми органическими веществами и не способны синтезировать органические вещества из неорганических путём фотосинтеза или хемосинтеза.
Основная и дополнительная литература по теме урока
Теоретический материал для самостоятельного изучения
С момента рождения и до смерти в организме происходит обмен веществ и энергии. Для этого из окружающей среды в любой живой организм какие – то вещества должны поступать, а какие – то должны выделяться. Но за счёт каких процессов это возможно? Сегодня на уроке мы будем искать ответ на этот вопрос.
Мы восхищаемся великим разнообразием живых существ. Все они отличаются друг от друга цветом, формой, величиной, строением. Но объединяет всех их одно – жизнь.
Проникнуть в тайны жизни человек пытался давно. Было доказано, что различие между живой и неживой природой заключается в особом строении живого существа и в специфических химических процессах, постоянно происходящих между организмом и внешней средой. Совокупность этих процессов и представляет собой основу жизни.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля
Задание 1. Распределите живые организмы по типам питания.
ГДЗ биология 6 класс Пасечник, Суматохин, Калинова Просвещение 2019-2020 Задание: 28 Обмен веществ – гласный признак жизни
стр. 118. Вспомните
№ 1. Чем отличается живой организм от неживых тел?
Живой организм отличается от неживых тел, прежде всего клеточным строением (белки, нуклеиновые кислоты). Тогда как у неживых тел атомы и элементарные единицы. Также все живые организмы активны, деятельны, способны к воспроизведению себе подобных путем размножения. Они дышат, питаются, растут и развиваются, могут реагировать на раздражители. Живым организмом свойственен обмен веществ и энергией как внутри клеток, так и с окружающей средой.
№ 2. Что вам известно об энергии?
Энергия является скалярной физической величиной. Это единая мера различных форм движения и взаимодействия материи. С фундаментальной точки зрения энергия – это один из трех аддитивных интегралов движения. Выживание любого организма на нашей планете зависит напрямую от постоянного притока энергии. А черпается она из веществ, служащих пищей.
Используется энергия в результате определенных химических реакций для построения и поддержания структуры и функций клеток в организме. В таком процессе молекулы пищи используются не только для извлечения энергии, но и для синтеза биологических молекул собственного организма.
Первичный источник энергии почти для 99% всех земных существ – это световая энергия, в основном солнечная. Она при помощи фотосинтеза преобразуется растениями в присутствии воды и некоторых минералов в химическую. Часть такой энергии затрачивается на наращивание биомассы (рост, вес), а часть утрачивается в виде тепла и отходом жизнедеятельности.
Стр. 119. Вопросы после параграфа
№ 1. Что такое обмен веществ?
Обмен веществ – это взаимосвязанные химические реакции по образованию и разрушению веществ, которые возникают и протекают в живом организме и необходимы для поддержания его жизни и связи с окружающей средой.
№ 2. Откуда организмы получают питательные веществ, необходимые для обмена веществ?
Источником поступления питательных веществ для растений служит почва, из которой они получают вместе с водой азотистые и минеральные вещества, а также углекислый газ из воздуха. В процессе фотосинтеза они могут вырабатывать органические вещества – кислород, необходимых для жизни всех живых организмов на планете, в том числе, и для растений. Животные употребляют питательные вещества в том виде, в котором они есть.
№ 3. Как живые организмы используют энергию?
Полученная энергия используется живыми организмами для построения новых клеток в его строении, для роста и работы органов и тканей, а также для поддержания оптимальной температуры тела и осуществления всех своих процессов жизнедеятельности. При этом растения могут использовать полученную энергию еще и на преобразование органических веществ из неорганических. А животные тратят много полученной энергии на ориентацию в пространстве и активное передвижение своего тела в нем (пряжки, бег, плаванье, полет и т.д.).
№ 4. Почему обмен веществ является основой жизни?
Потому что обмен веществ – это совокупность химических реакций, которые возникают в любом живом организме для поддержания его жизнедеятельности, а значит, является обязательным условием существования. Именно благодаря обмену веществ не только осуществляется рост, развитие, движение, размножение организмов, но происходит их взаимодействие с окружающей средой.
№ 5. Чем отличается питание растений от питания грибов и животных?
Растения по типу питания относятся к автотрофам, потому что могут синтезировать необходимые для своей жизнедеятельности органические вещества под воздействием солнечного света из воды, углекислого газа и минеральных соединений.
Стр. 119. Подумайте
Какая существует связь между обменом веществ и превращением энергии?
Питание является важнейшей составной частью обмена веществ. Благодаря питанию происходит поглощение живыми организмами питательных веществ (минеральных и органических), которые нужны для поддержания их жизни. Вместе с ними поглощается и содержащаяся в них энергия в виде белков, углеводов, жиров и т.д., которые необходимы для роста, развития, движения, воспроизведения и прочих процессов жизнедеятельности организмов.
Таким образом, можно сделать вывод, что все процессы, включая поступление питательных веществ, их превращение в энергию и выведение ее излишков между собой взаимосвязаны и согласованы.
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание
Содержание:
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов
Обмен веществ является комплексом различных химических преобразований, способствующих сохранению и самовоспроизведению биоструктур.
Он заключается в поступлении веществ в организм во время питания и дыхания, метаболизме внутри клетки или обмене веществ, вдобавок, в высвобождении конечных продуктов метаболизма.
Метаболизм неотрывно соединён с процессами преобразований определённых видов энергии в другие. К примеру, в начале процесса фотосинтеза световая энергия скапливается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, в процессе же дыхания она освобождается и применяется для синтезирования новых молекул, механические и осмотические работы, рассеянные в виде тепла и т. д.
Поток химических превращений в живых организмах снабжается биологическими катализаторами белковой специфики — ферментами или энзимами. Наряду с остальными катализаторами, энзимы ускоряют течение химических реакций в клетке до нескольких сотен тысяч раз, при этом они не меняют природу или свойства конечных продуктов клетки. Ферменты представляют собой простые или сложные белковые молекулы, которые, помимо части, состоящей из белка, включают небелковый кофактор, по – другому называемый коферментом. Ферментами являются, например: амилаза слюны, которая расщепляет гликаны при длительном жевании и пепсин, который обеспечивает переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.
Механизм действия ферментов заключается в том, чтобы снизить энергию активации веществ (субстратов), которые вступают в реакцию вследствие образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.
Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь
Метаболизм процессуально слагается из двух частей, происходящих в клетке в одно и то же время: пластического и энергетического обмена.
Пластический метаболизм (анаболизм, ассимиляция) является совокупностью реакций синтеза, сопровождающихся расходом энергии аденозинтрифосфата. Пластический обмен особенно важен тем, что в результате него синтезируются органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности клетки. Реакциями данного обмена являются, например, процесс фотосинтеза, биологический синтез белковых молекул и репликация молекул ДНК (самодублирование).
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) являет собой сочетание реакций разложения сложных веществ на более простые. Результатом данного обмена является накапливание энергии в форме АТФ. Важнейшими процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.
Пластический и энергетический обмены прочно коррелируют между собой, в связи с тем, что синтез органических веществ происходит в процессе пластического обмена, а для этого нужна именно энергия АТФ; в процессе обмена энергии органические вещества разлагаются, и высвобождается АТФ, а затем используется для синтеза.
Получение энергии организмами осуществляется в процессе питания, затем высвобождают ее и переводят в форму, доступную главным образом в процессе дыхания. По способу питания все организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы способны к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических, а гетеротрофные организмы поглощают уже готовые органические вещества.
Ассимиляция — биосинтез макромолекул, свойственных клеткам организма. Растения и многие бактерии могут создавать молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. На этот процесс расходуется и запасается энергия. Животным необходимы готовые молекулы белков, жиров и углеводов (БЖУ). Это важнейший строительный и энергетический материал для клеток.
Ассимиляция — это совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии.
Чтобы организм мог усвоить вещества из пищи, они должны быть сначала разобраны на «кирпичики» или мономеры. Из них в организме «собираются» собственные макромолекулы.
Диссимиляция — распад веществ, противоположный ассимиляции (биосинтезу). Белки гидролизуются до аминокислот. При распаде жиров выделяются жирные кислоты и глицерин. Сложные углеводы разлагаются на простые сахара.
Ассимиляция и диссимиляция происходят согласованно. Распад и окисление веществ с выделением энергии возможны лишь тогда, когда есть субстрат — макромолекулы. Они разлагаются на мономеры, которые участвуют в биосинтезе. Выделяющаяся при диссимиляции энергия затрачивается на образование свойственных организму веществ.
Стадии энергетического обмена
Несмотря на сложность реакций обмена энергии, он разделяется на три фазы:
На подготовительном этапе происходит разложение молекул гликанов, липидов, белков, нуклеиновых кислот на более простые, к примеру, на глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Эта фаза может осуществляться непосредственно в клетках или в кишечнике, откуда эти вещества переносятся кровотоком.
В анаэробной фазе энергетического катаболизма в дальнейшем происходит расщепление мономеров органических соединений до более простых промежуточных соединений, к примеру, пировиноградной кислоты или пирувата. Он не нуждается в присутствии кислорода, и для организмов, живущих в болотном иле, это единственный способ получить энергию. Анаэробная фаза энергетического обмена проходит в цитоплазме.
Некоторые вещества подвергаются бескислородному расщеплению, при этом глюкоза, чаще всего, остается основным субстратом реакций. Процесс его свободного от кислорода распада принято называть гликолизом. Вследствие гликолиза, молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть она окисляется, и образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы переносчика водорода, восстановленного НАДH + H + :
Образование АТФ из АДФ осуществляется за счет прямого переноса фосфат-аниона из предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием.
Аэробная фаза энергетического катаболизма может происходить только в присутствии кислорода, тогда как промежуточные продукты, образующиеся при бескислородном разложении, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды), и большая часть энергии, хранящейся в химических связях органических соединений, высвобождается. В молекулу АТФ входит 36 макроэргических связей. Эта стадия имеет такое название, как тканевое дыхание. Когда кислород отсутствует, происходит преобразование промежуточных продуктов обмена веществ в определённые органические вещества, данный процесс принято называть ферментацией или брожением.
Брожение и дыхание
Брожение и дыхание это две различные формы диссимиляции — разложения веществ в организме для получения энергии.
Брожение
Примеры процессов брожения известны из повседневной жизни, производственной деятельности.
Во всех случаях брожения микроорганизмы изменяют углеводы и производят макроэнергетическое вещество — АТФ. Для этого процесса не требуется кислород, что является важнейшим отличием от дыхания. Общий признак — химическая энергия связей в молекуле глюкозы преобразуется в энергию в форме АТФ, которая используется для жизненных процессов.
Брожение — древнейший и не самый совершенный способ выработки энергии. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. Кислородный процесс более эффективен в плане получения энергии.
Организмы, которым необходим кислород для дыхания, являются аэробами (в переводе с греческого «аэр» — воздух). Внешняя сторона процесса заключается в поглощении кислорода из воздуха и выделении диоксида углерода.
Молекулы О2 попадают в организм насекомых через трахеи. Для рыб характерно жаберное дыхание, для млекопитающих — легочное. Переносят кислород к органам и транспортируют диоксид углерода красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин.
При отсутствии кислорода начинает происходить ферментация. Ферментация является эволюционно более ранним способом генерирования энергии, чем дыхание, но она менее энергетически выгодна, потому что ферментация производит органическое вещество, которое все еще богато энергией. Различают несколько основных видов брожения: уксусно – кислое, спиртовое, маслянокислое, молочнокислое, метановое и др.
Стало быть, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода во время ферментации пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, тогда как ранее образованные восстановительные эквиваленты расходуются, и остаются только две молекулы АТФ:
При ферментации с дрожжами пировиноградная кислота в присутствии кислорода преобразуется в этиловый спирт и окись углерода (IV):
Во время ферментации с использованием микроорганизмов пируват также может образовывать уксусную, масляную, муравьиную кислоты и так далее.
Энергия АТФ, которая образуется вследствие энергетического обмена, используется клеткой на различные виды работ:
Дыхание
Кислородное дыхание производится в митохондриях, где пировиноградная кислота вначале теряет один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстанавливающего эквивалента молекул НАДН + Н + и ацетилкофермента A (ацетил-КоА):
Ацетил-КоА в митохондриальном матриксе участвует в цепочке химических превращений, которые в совокупности называются циклом Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты). Во время этих превращений образуются две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до диоксида углерода, а его ионы водорода и электроны присоединяются к водородным векторам НАДН + Н + и НАДH2. Носители переносят протоны и электроны водорода во внутренние митохондриальные мембраны, которые образуют гребни. При помощи белков-носителей протоны водорода вводятся в межмембранное пространство, а электроны переносятся через, так называемую, дыхательную цепь энзимов, которые расположены во внутренней митохондриальной мембране, и разряжаются в атомы кислорода:
Важно то, что в дыхательной цепи имеются белки, содержащие железо и серу.
Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:
Набор кислородных дыхательных реакций можно выразить таким уравнением:
Общее уравнение дыхания выглядит следующим образом:
Таким образом, клеточное дыхание в организме человека происходит поэтапно. Гликолиз сопровождается образованием 8 молекул АТФ (2 из них расходуются). Окислительное декарбоксилирование «дает» 6 АТФ, цикл Кребса — 24 АТФ. Итого, разложение молекулы глюкозы приводит к созданию 38 молекул АТФ. Аэробное дыхание — более совершенный способ получения и накопления энергии.