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 .

• 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

• Источники электронов у фототрофов и хемотрофов различны

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

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

• 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

• 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 )

• не нуждаются в притоке органических веществ из среды

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

• в зависимости от источника энергии для синтеза разделяются на :

фотоавтотрофы – организмы использующие для синтеза световую энергию солнечной радиации

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

• 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.)

• осуществляют хемосинтез – нитрифицирующие бактерии , серобактерии , железобактерии

• 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 )

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

• используют для питания готовые сложные , высокомолекулярные органические соединения

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

• выживание гетеротрофов прямо или косьвенно зависит от синтетической активности автотрофов

• 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

• 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 )

• 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 )

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