birmaga.ru
добавить свой файл

1
Гетеротрофное питание.


Гетеротрофами называются организмы, использующие для питания готовые сложные органические соединения.

Известны четыре типа гетеротрофного питания: голозойный, сапрофитный, симбиотический и паразитический.



Голозойный. Все организмы, питающиеся этим способом, захватывают пищу внутрь тела, где она подвергается перевариванию, превращаясь в небольшие растворимые молекулы, которые могут всасываться и усваиваться организмом.

Голозойный тип питания состоит из следующих процессов:



Поглощение пищи.

Переваривание.

Всасывание.


Ассимиляция.


Экскрекция.


Сапрофитами называются организмы, питающиеся мёртвым или разлагающимся органическим материалом. Все сапрофитные организмы выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания, который под воздействием этих ферментов подвергается перевариванию. Питаясь органическими остатками мёртвых растений и животных, сапрофиты участвуют в их уничтожении путём разложения. Значительная часть образующихся при этом низкомолекулярных веществ самими сапрофитами не используется, но их поглощают растения. Таким образом, деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ, обеспечивая возвращение необходимых для жизни химических элементов от мёртвых организмов к живым.

Симбиоз. Существуют две разновидности симбиоза – мутуализм и комменсализм.

Мутуализмом называются взаимовыгодные отношения между двумя организмами.

Комменсализм – это такая форма симбиоза, при которой один из партнёров извлекает пользу из совместного существования с другим партнёром, а другой не получает от этого ни вреда, ни пользы. Например, актиния прикрепляется к раковине брюхоногого моллюска, в которой обитает рак-отшельник. Полип получает от рака возможность передвижения, а также остатки его пищи, а для рака такое совместное существование является совершенно безразличным.


Паразитизм. Паразит обитает внутри или на поверхности тела другого организма, называемого хозяином, и получает от него пищу и местообитания.

Использование энергии.

Для гетеротрофных организмов поступающие в клетку органические вещества служат для неё источником, во-первых, небольших «строительных блоков», используемых для биосинтеза новых клеточных компонентов, отслуживших свой срок, и, во-вторых, источником химической энергии. Значительную её часть клетка использует на поддержание своих жизненных процессов. Энергия поступает в различные участки и переходит из одной формы в другую. Каждая форма энергии служит затем для выполнения в клетке определённой работы. Это может быть биосинтез, механическая работа, клеточное деление, активный транспорт, осмос, а в некоторых специализированных клетках – мышечное сокращение, биолюминесценция или электрические разряды. Наиболее пригодна для использования в живой клетке химическая энергия, т.к. она может быстро передаваться из одной части клетки в другую (а также из клетки в клетку) и расходоваться экономно – строго отмеренными порциями, там и тогда, где и когда это необходимо. Первоисточником служит Солнце. Однако включаться в пищевые цепи солнечная энергия может лишь после того, как она будет поглощена зелёными растениями и преобразована их содержащими хлорофилл клетками в процессе фотосинтеза в химическую энергию, заключённую либо в глюкозе, либо в крахмале.


Роль дыхания.

Дыханием можно назвать практически любой процесс, при котором окисление органических веществ ведёт к выделению химической энергии. Когда этот процесс протекает в клетках, его называют внутренним, тканевым или клеточным дыханием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным; если же реакции идут в отсутствие кислорода, то говорят об анаэробном дыхании.

Органические молекулы (по большей части углеводы и жиры) расщепляются последовательно, связь за связью, в ряде ферментативных реакций. В каждой из этих реакций высвобождается небольшое количество энергии, и значительная часть этой энергии запасается в молекулах нуклеотида, который носит название аденозинтрифосфата (АТФ).

Тканевое дыхание не следует путать с процессами поглощения О2 из окружающей среды и выделения СО2 в среду. В совокупности эти два процесса называются внешним дыханием или газообменом. Во внешнем дыхании могут участвовать органы или структуры , снабжённые специализированными поверхностями для эффективного газообмена.


Общая характеристика клеточного дыхания.

Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии (АТФ). Субстратами для дыхания служат органические соединения – углеводы, жиры и белки.

Углеводы. Большинство клеток использует в первую очередь именно углеводы. Клетки головного мозга млекопитающих вообще не способны использовать для дыхания ничего, кроме глюкозы. Полисахариды вовлекаются в процесс дыхания лишь после того, как они будут гидролизованы до моносахаридов.

Жиры. Жиры составляют «первый резерв» и пускаются в дело главным образом тогда, когда запас углеводов исчерпан. Впрочем, в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдаётся жирным кислотам.

Белки. Поскольку белки выполняют ряд других важных функций, они используются лишь после того, как будут израсходованы все запасы углеводов и жиров, например при длительном голодании.

Окисление глюкозы – в тех случаях, когда субстратом служит глюкоза, - подразделяется на три чётко различимые фазы: гликолиз (путь Эмбдена- Мейергофа), окислительное декарбоксилирование (цикл Кребса, иначе называемый циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот) и окислительное фосфорилирование (дыхательная цепь, где происходит перенос водорода и электронов). Гликолиз – фаза общая для анаэробного и аэробного дыхания, но две другие фазы можно наблюдать только в аэробных условиях.



Гликолиз и цикл Кребса.

При аэробном дыхании окисление глюкозы происходит путём последовательных реакций дегидрирования. При каждом дегидрировании отщепляется водород используемый для восстановления кофермента:

АН2 + В дегидрогеназа А + ВН2

Восстановительный кофермент окисленный восстановленный

дыхательный (акцептор) дыхательный кофермент

субстрат субстрат

Большая часть этих реакций протекает в митохондриях, где акцептором водорода служит обычно кофермент НАД (никотинамидадениндинуклеотид):


НАД + 2Н НАД*Н2,

или в более точной записи



НАД+ + 2Н НАД*Н+ + Н+

НАД*Н2 поступает затем в дыхательную цепь и здесь снова подвергается окислению.



Дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование.

В дыхательной цепи НАД*Н2 вновь окисляется до НАД, а отщепившийся водород передается не менее чем через пять переносчиков к концу цепи, где соединится с молекулярным кислородом, образуя воду. Переход водорода по этой дыхательной цепи состоит из ряда окислиткльно-восстановительных реакций. В некоторых из этих реакций выделяется достаточно энергии для образования АТФ, и такой процесс носит название окислительного фосфорилирования. Чистый выход на одну молекулу глюкозы при полном её окислении до СО2 и Н2О составляет 38 молекул АТФ, синтезированного из АДФ и неорганического фосфата (поэтому процесс и называется фосфорилированием). При этом 2 молекулы даёт гликолиз, две – цикл Кребса и 34 дыхательная цепь.



Отдельные этапы гликолиза.

Гликолизом называют последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты. Эти реакции протекают не в митохондриях, а в цитоплазме, и для них не требуется присутствие кислород. Реакция идёт в два этапа и суммарное уравнение имеет вид:


С6Н12О63Н4О3 + 4Н + 2АТФ.

Конечная судьба пировиноградной кислоты зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислород имеется, то пировиноградная кислота переходит в митохондрии для полного окисления до углекислого газа и воды. Если же кислорода нет, то под действием ферментов микроорганизмов она превращается либо в этанол, либо в молочную кислоту.

Цикл Кребса и дыхательная цепь это процессы кислородного дыхания (Биохимия этих процессов весьма сложна, поэтому углубляться в её тонкости я не буду). Скажу лишь следующее.

Переносчики водорода и электронов НАД и НАДФ.

НАД и НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) - это два очень близких по своей структуре кофермента. Оба они представляют собой производные никотиновой кислоты (одного из витаминов группы В). Молекулы того и другого кофермента электроположительны (у них отсутствует один электрон) и могут играть роль переносчика как электронов, так и атомов водорода. Когда акцептируется пара атомов водорода, один из атомов диссоциирует на протон и электрон:



Н Н+ + е- ,

а второй присоединяется к НАД или НАДФ целиком. Свободный протон позднее, при отщеплении водорода используется для обратного окисления кофермента.

В аэробном окислении участвует ещё ряд коферменов, одними из которых являются цитохромы. Их несколько (цитохром b, цитохром с, цитохром а + а3).

Цитохромы – это белки с относительно небольшой молекулярной массой и предназначены для переноса не водородных атомов, а электронов. Они содержат гем. Роль переносящего электроны компонента играет железо. Обычно оно находится в окисленной форме (Fe3+), но после присоединения электрона, переходит в восстановленную форму (Fe2+).

Упрощённо процессы аэробного дыхания можно сформулировать так: в митохондриях пировиноградная кислота расщепляется до конечных продуктов, которые затем удаляются из организма.


С3Н4О3 + 3Н2О 3СО2 + 10Н

Образовавшийся СО2 свободно проходит через мембрану митохондрии и удаляется из клетки.

Атомы водорода при помощи коферментов НАД и НАДФ переносятся на мембрану кристы, где под влияниям ферментов окисляются, т.е. отдают электроны.


Но Н+ + е-

Образовавшиеся протоны и электроны подхватываются молекулами-переносчиками и направляются в разные стороны. Протоны транспортируются на наружную сторону мембраны, а электроны соединяются с кислородом.



О2 + 4е_ О22-

В результате этих процессов на внутренней мембране митохондрии возникает разность потенциалов. Установлено, что в некоторых участках мембраны в неё встроены молекулы ферментов, синтезирующих АТФ. Когда разность потенциалов на мембране достигает некоторого критического уровня (порядка 200мВ), через каналы фермента проталкиваются протоны и взаимодействуя с кислородом образуют воду.



+ + 2О22- 2О + О2

В момент образования воды происходит высвобождение огромного количества энергии, которая и преобразуется в энергию АТФ.

Суммарное уравнение аэробного этапа энергетического обмена выглядит так:

С6Н12О6 + 6О2 + 38 АДФ + 38 Н3РО4 6СО2 + 6Н2О + 38 АТФ

Сделаем выводы:

1. Процессы энергетического обмена могут протекать, как в бескислородной, так и в кислородной среде.

2. Расщепление 1 моль глюкозы приводит к восстановлению 38 молекул АТФ причём аэробный процесс почти в 20 раз эффективнее.

3. Митохондрии это клеточные «топки» или «энергетические станции» клетки.

4. АТФ – универсальный источник энергии всех живых организмов нашей планеты.



Задания к работе.

Задание 1.

1. Определите признак (свойство), по которому все нижеперечисленные биохимические процессы, кроме одного, объединены в одну группу. Укажите «лишний» среди них процесс.

А) гликолиз Б) редупликация В) трансляция Г) транскрипция.


2. Назовите участок в митохондрии, где расположен фермент АТФ - синтетаза, который во время перемещения через него ионов водорода синтезирует АТФ.

А) межмембранное пространство Б) матрикс ( содержимое пространства, ограниченного внутренней мембраной) В) внутренняя мембрана Г) наружная мембрана.



3. При гликолизе ферменты расщепляют молекулу глюкозы до двухмолекул пировиноградной кислоты с образованием АТФ. Сколько молекул АТФ дополнительно появляется в клетке в ходе гликолиза при расщеплении одной молекулы глюкозы?

А) 1 Б) 2 В) 4 Г) 36 Д) 38



4. Назовите моносахарид, входящий в состав молекулы АТФ.

А) дезоксирибоза Б) рибоза В) глюкоза Г) фруктоза



5. Назовите ферментативный процесс поэтапного окисления глюкозы до пировиноградной кислоты, в ходе которого образуется небольшое количество АТФ.

А) клеточное (тканевое) дыхание Б) брожение В) окислительное фосфорилирование

Г) гликолиз.

6. Назовите в митохондрии участок, где происходит окисление низкомолекулярных органических соединений до СО2 и ионов Н+.

А) наружная мембрана Б) внутренняя мембрана В) матрикс Г) межмембранное пространство.



7. Назовите в митохондрии участок, где за счёт энергии окисления низкомолекулярных органических соединений накапливаются ионы Н+, участвующие затем в синтезе АТФ ферментом АТФ-синтетазой.

А) наружная мембрана Б) внутренняя мембрана В) матрикс Г) межмембранное пространство



8. При клеточном (тканевом) дыхании, происходящем в митохондриях, в расщеплении низкомолекулярных органических веществ принимают непосредственное участие химические соединения. Назовите их.

А) кислород и ферменты Б) цитохромы – переносчики электронов В) только ферменты

Г) ДНК и РНК.

9. АТФ синтезируется в митохондриях в ходе клеточного (тканевого) дыхания и в хлоропластах в ходе фотосинтеза. В каждом из этих органоидов наряду со специфическими протекают и одинаковые процессы. Найдите их среди ответов и укажите тот, который НЕ входит в число процессов, одинаковых для этих органоидов.

А) перенос электронов Б) использование фермента АТФ - синтетазы В) накопление ионов Н+ по одну сторону мембраны Г) использование молекулярного кислорода.


10. Назовите в митохондрии участок, где расположены белки (цитохромы), транспортирующие электроны от окисляемых низкомолекулярных органических соединений к кислороду.

А) наружная мембрана Б) внутренняя мембрана В) матрикс Г) межмембранное пространство.



11. Укажите правильную последовательность соединения друг с другом тех химических соединений, которые входят в состав АТФ.

А) рибоза, аденин, три остатка фосфорной кислоты Б) рибоза, три остатка фосфорной кислоты, аденин В) аденин, рибоза, три остатка фосфорной кислоты.



12. Назовите процесс бескислородного ферментативного расщепления глюкозы до пировиноградной кислоты.

А) гликогенолиз Б) гликолиз В) цикл Кребса Г) клеточное дыхание Д) трансляция.



13. Какое число молекул АТФ образуется в клетке при полном окислении одной молекулы глюкозы до СО2 и Н2О во время гликолиза и клеточного дыхания?

А) 2 Б) 4 В) 18 Г) 36 Д) 38



14. Назовите азотистое основание, входящее в состав АТФ.

А) тимин Б) гуанин В) аденин Г) урацил Д) цитозин.



15. Назовите животное, которому на единицу массы требуется большее количество энергии по сравнению с другими.

А) мышь Б) заяц В) тигр



16. В митохондриях происходят различные биохимические процессы. Найдите их среди ответов и укажите процесс, который происходит в клетке за пределами митохондрий.

А) цикл Кребса Б) окислительное фосфорилирование В) гликолиз Г) транскрипция.


17. Назовите процесс, осуществление которого непосредственно обеспечивает ферменту АТФ-синтетазе возможность образовывать АТФ в митохондриях.

А) движение ионов Н+ из матрикса в межмембранное пространство Б) перенос электронов транспортными белками В) движение Н+ из межмембранного пространства в матрикс

Г) отщепление СО2 и водорода от низкомолекулярных органических соединений.


18. Назовите во внутренней мембране митохондрии участок, через который ионы Н+ из межмембранного пространства возвращаются в матрикс митохондрии.

А) цитохромы – переносчики электронов Б) канал фермента АТФ-синтетазы В) пространства между молекулами липидов двойного липидного слоя.


Задание 2. На определение правильности суждений.

1. АТФ может играть роль нейромедиатора.

2. В организме человека углеводы могут синтезироваться из жирных кислот.

3. Для переноса веществ через мембраны против их концентрационного градиента обязательно используется энергия гидролиза АТФ.

4. Для синтеза АТФ мембранными АТФ-синтетазами у всех организмов необходимо наличие на этих мембранах градиента протонов.

5. Полиненасыщенные жирные кислоты растительного происхождения можно отнести к витаминам, т.к. они в нашем организме не синтезируются.

6. Выход цитохрома с из митохондрий в цитоплазму вызывает апоптоз клетки.

Понятно, что прежде чем ответить на последний вопрос необходимо выяснить что обозначает слово «апоптоз». Я бы тоже хотела это знать. Пожалуйста, напишите.

На этом всё. Желаю удачных решений. С уважением Н.М.