Обмен веществ и превращение энергии в клетке

· Все живые организмы , обитающие на Земле , представляют собой открытые системы , способные активно организовывать поступление энергии и веществ извне ( поток энергии и вещества , проходящий через открытые системы является непременным условием их стабильного существования )

· Все живые организмы нуждаются в органических соединениях , которые синтезируют в клетках в процессе анаболизма ( ассимиляции ) за счёт энергии внешней среды

· Живые существа способны использовать только два вида энергии – световую ( энергия солнечной радиации ) и химическую ( энергия связей химических соединений ) - и по этому признаку делятся на две группы : фототрофы и хемотрофы

· Независимо от типа питания все организмы получают энергию для осуществления процессов жизнедеятельности при окислении органических веществ .

v при этом богатые энергией электроны поступают к различным окислителям ( О₂ ) , постепенно теряя свою энергию , которая и используется ; в результате восстановления окислителей образуются стабильные веществ , среди которых наименьшей потенциальной энергией обладают СО₂ и Н₂О , которые являются конечными продуктами обмена веществ и выводятся из клетки и организма

v Источники электронов у фототрофов и хемотрофов различны

Фототрофы ( фототрофные организмы ) – организмы , использующие для синтеза необходимых органических соединений световую энергию ( энергию солнечной радиации )

q источником электронов для фототрофов является вода ( в их клетках всегда присутствуют т. н. акцепторы – вещества , принимающие эти электроны : хлорофилл )

q синтез органических веществ у фототрофов сопровождается образованием АТФ и выделением свободного кислорода

Хемотрофы ( хемотрофные организмы ) – организмы , использующие для синтеза органических веществ химическую энергию , освобождающуюся в результате окислительно-восстановительных реакций ( окисление органических веществ ) – животные , грибы , большинство микроорганизмов

q В зависимости от источника электронов разделяются на :

Литотрофы – организмы , использующие в качестве донора необходимых электронов химические элементы с переменной валентностью ( сера , железо , азот и проч. )

Органотрофы – организмы , использующие в качестве донора электронов органические соединения , поступающие с пищей ( углеводы и жиры )

· Главным структурным элементом , необходимым для синтеза органических молекул в клетке , является углерод

· В зависимости от источника углеродных атомов живые организмы делятся на автотрофов , гетеротрофов и миксотрофов

Автотрофные организмы ( автотрофы ) – ( от греч. autos – сам , trophos – пища ) организмы , использующие неорганический источник углеродных атомов ( СО₂ )

q не нуждаются в притоке органических веществ из среды

q синтезируют необходимые органические соединения из неорганических веществ ( СО₂ , Н₂О , Н₂S NH₃ , минеральные соли и т. д. ) путём фото- или хемосинтеза

q в зависимости от источника энергии для синтеза разделяются на :

фотоавтотрофы – организмы использующие для синтеза световую энергию солнечной радиации

v осуществляют фотосинтез – все зелёные растения , цианобактерии , фотосинтезирующие пурпурные и зелёные бактерии

v сырьём для синтеза органических веществ являются Н₂О , СО₂ , минеральные соли

хемоавтотофы– организмы , использующие для синтеза органических веществ энергию , выделяющуюся в результате окисления неорганических соединений – серы , железа , азота и т. д.)

v осуществляют хемосинтез – нитрифицирующие бактерии , серобактерии , железобактерии

v в качестве сырья для синтеза органических веществ используют NH₃ , H₂S , Н₂О , СО₂

Гетеротрофные организмы ( гетеротрофы ) – ( от греч. heteros – другой , trophe – пища ) организмы , использующие органические источники углеродных атомов ( другие органические соединения )

q нуждаются в постоянном поступлении органических веществ из внешней среды ( питание )

q используют для питания готовые сложные , высокомолекулярные органические соединения

q строят органическое вещество своего тела из уже готовых органических соединений пищи

q выживание гетеротрофов прямо или косьвенно зависит от синтетической активности автотрофов

q органические вещества являются для гетеротрофов источником :

- энергии для синтеза необходимых органических веществ и жизнедеятельности

- сырья ( атомов и молекул ) для поддержания и возобновления клеточной структуры и новообразования протоплазмы в процессе роста

- витаминов и коферментов , которые не синтезируются в их организме

q в зависимости от источника энергии для синтеза органических веществ выделяют :

Хемогетеротрофы – организмы , использующие для жизнедеятельности химическую энергию , получаемую из готовых органических веществ , поступающих с пищей из окружающей среды ( животные , человек , грибы , большинство бактерий )

Фотогетеротрофы – организмы , использующие для синтеза высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических веществ световую энергию (пурпурные несерные бактерии )

v содержат бактериохлорофилл и способны к фотосинтезу ( получаемую при фотосинтезе энергию используют для синтеза собственных органических соединений не из СО₂ , а из органического « сырья » )

Миксотрофные организмы ( миксотрофы )– ( от лат. mikstus – смешанный ) организмы , ведущие себя в зависимости от условий обитания как автотрофы , либо как гетеротрофы ( эвглена зелёная , хлорелла )

v днём , при наличии света осуществляют фотосинтез с использованием световой энергии , являясь автотрофным организмом , а ночью – переходят к типичному гетеротрофному питанию ( чаще сапрофитному )

Типы гетеротрофного питания

· Процесс потребления энергии и вещества называется питанием

· В зависимости от источника пищи выделяют два основных способа гетеротрофного питания : голозойный и голофитный

Голозойный тип питания – посредством захвата твёрдых пищевых частиц внутрь тела , где она переваривается , всасывается и усваивается организмом

· К голозойным животным относится большинство животных и насекомоядные растения

· Свободноживущие голозойные организмы обладают специальным пищеварительным трактом

· Голозойный способ питания состоит из следующих процессов :

q Поглощение пищи

q Переваривание – путём механического измельчения и ферментативного гидролиза ( может быть как внеклеточным , так и внутриклеточным ) ; расщепление нерастворимых , сложных макромолекул и превращение их в небольшие , растворимые молекулы , способные к диффузии

q Всасывание - перенос растворимых молекул через мембрану из мест переваривания и доставка их к тканям организма с помощью крови

q Ассимиляция – использование организмом всосавшихся молекул для получения энергии или построения тела

q Экскреция – удаление из организма непереваренных остатков пищи

· Голозойные животные подразделяются на зоофагов ( плотоядных ) , фитофагов ( растительноядных ) и полифагов ( всеядных )

· Выделяют ;

q микрофаги – животные , поглощающие пищу в виде мелких частиц с помощью псевдоподий , ресничек или путём фильтрации

q макрофаги - животные , поглощающие пищу крупными кусками с помощью щупалец , захвата добычи , соскабливания или питания детритом

q питание жидкой пищей – сосущий или колюще-сосущий способ

Голофитный способ питания – без захвата пищевых частиц , посредством всасывания растворённых пищевых веществ через поверхностные структуры организма

· Включает : сапрофитный , паразитический и симбиотический типы ; у растений голофитным путём осуществляется минеральное питание

Сапрофитный тип питания

Сапрофиты , сапрофаги ( от греч . sapros – гнилой и phyton – растение ) организмы , использующие в качестве пищи готовые органические вещества мёртвых или разлагающихся органических материалов ( трупы , навоз , растительный опад и т. д. )

q Все сапрфитные организмы ( бактерии брожения , гнилостные бактерии , шляпочные грибы , дрожжевые и плесневые грибы ) выделяют ферменты непосредственно на потенциальный продукт питания , который под их воздействием переваривается вне организма ; растворимые конечные продукты такого переваривания всасываются и ассимилируются сапрофитом

q Деятельность сапрофитов является важным звеном в круговороте веществ , обеспечивая возвращение необходимых для жизни элементов от мёртвых организмов к живым

Паразитический тип питания

Паразит ( от греч. para – около и sitos – пища ) – организм , обитающий внутри или на поверхности тела другого организма , называемого хозяином , и использующих в качестве пищи его органические вещества ( болезнетворные бактерии , вирусы , фаги , паразитические грибы и черви , цветковые растения-паразиты : омела , повилика , заразиха )

Симбиотический тип питания

Симбиоз( от греч. simbiosis –совместная жизнь ) – взаимнополезное сожительство двух и более организмов ( мутуалим , комменсализм ) см . тему « Биотические экологичесикие факторы »

Способы питания

Показатели	Автотрофные организмы	Гетеротрофные организмы
фототрофы	хемотрофы	сапрофитные	Паразиты
Источник получения органического вещества   Источник получения энергии     Представители животного мира     Представители растительного мира , бактерии , грибы	СО2 , Н2О с растворёнными минеральными солями   Солнечная радиация , свет     Эвглена зелёная   Все зелёные растения , окрашенные бактерии ( пурпурные и зелёные содержащие бактериохлорофилл )	Аммиак , сероводород оксид железа (II) , вода     Реакции окисления неорганических веществ , идущие с выделением энергии     Нет   Нитрифицирующие бактерии , серобактерии , железобактерии	Готовые органические вещества мёртвых тел     Реакции окисления белков , жиров , углеводов, идущие с выделением энергии     Большинство животных   Бактерии брожения , шляпочные грибы , дрожжевые грибы , плесневые грибы	Готовые органические вещества живых тел (хозяина)   То же   Простейшие , паразитические черви , клещи , насекомые   Вирусы , фаги , болезнетворные бактерии , парвзитические грибы , растения – паразиты

Поток энергии в клетке

v Автотрофы и гетеротрофы неразрывно связаны между собой пищевыми цепями и энергетически , создавая круговороты веществ и поток энергии в экосистемах

v Первичным источником энергии для всего живого служит солнечная радиация , улавливаемая фотоавтотрофами и превращаемая в процессе фотосинтеза в энергию химических связей запасных органических веществ

v Поток энергии обеспечивается двумя клеточными механизмами : питанием и дыханием

v Независимо от типа питания все организмы получают энергию для жизнедеятельности при окислении органических веществ внутри клетки ( в цитозоли и митохондриях ) ; часть энергии , освобождающаяся при окислении , используется для синтеза АТФ , остальная энергия рассеивается в виде тепла

v Химическая энергия макроэргических связей АТФ трансформируется в различные формы энергии ( электрическую , механическую , потенциальную , световую и т. д. ) , что лежит в основе жизнедеятельности клетки и организма ; конечным видом использования всех видов энергии в клетке является тепловая энергия ( Q ) , рассеивающаяся в окружающей среде

v В общем виде поток энергии , имеющий однонаправленный характер , можно представить следующим образом :

фотосинтез дыхание Солнечная радиация ( световая энергия ) --- автотрофы -------------- органические вещества ----- гетеротрофы ----------- . трансформация энергии рассеивание энергии

--- АТФ ------------------------------ различные виды энергии и работы в процессе жизнедеятельности --------------------- Q ( тепло )