Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Задорожний Біологія 9 клас 2022 поглиблене

Поміркуйте

Чому внутрішня мембрана мітохондрії утворює так багато складчастих структур?

Згадайте

•Що таке окиснення?

•У клітинах яких організмів є мітохондрії?

Що таке клітинне дихання

Клітинне дихання — це сукупність реакцій окиснення органічних речовин киснем, які відбуваються в клітинах живих організмів. Слід зазначити, що клітинне дихання

ілегеневе дихання — не одне й те саме. Легеневе дихання — це фізіологічний процес, унаслідок якого певні гази потрапляють із повітря в кров або з крові в повітря. А клітинне дихання — це біохімічний процес, сукупність хімічних реакцій у клітинах.

Клітинне дихання складається з двох етапів (мал. 14.1). Перший з них (гліколіз) відбувається в цитозолі, а другий (кисневий) — у мітохондріях.

Урослин під час клітинного дихання окиснюються органічні речовини, синтезовані самою рослиною, у тварин

ігрибів — речовини, які організм отримує в результаті живлення або ті, що вони самі синтезують.

Гліколіз та його значення

Гліколіз — це біохімічний процес, який зазвичай відбувається в усіх клітинах організму і є одним із джерел постачання АТФ для клітини. Крім того, у процесі гліколізу утворюються сполуки, які використовуються в наступних процесах клітинного дихання.

Процес гліколізу складається з 10 біохімічних реакцій. У результаті цих реакцій утворюється дві молекули пірувату. У процесі гліколізу також витрачається дві й синтезується чотири молекули АТФ. Відповідно, з кожної молекули глюкози клітина отримує дві молекули пірувату і дві молекули АТФ.

Гліколіз не є аж таким енергетично вигідним процесом: дві молекули АТФ — це не дуже багато. Однак цей процес простий, надійний і достатньо швидкий! Він виник ще на ранніх стадіях життя і зараз є одним з основних метаболічних процесів усіх живих організмів.

Великою перевагою гліколізу є те, що він не потребує кисню. Саме тому м’язи людини можуть працювати навіть в умовах нестачі кисню під час великих фізичних навантажень. Потрібну енергію вони отримують завдяки процесу гліколізу.

Бродіння

Бродіння — це процес безкисневого перетворення пірувату, який утворився у процесі гліколізу в м’язах, на молочну кислоту з вивільненням енергії АТФ.

Бродіння також властиве бактеріям і дріж­ джовим грибам.

Залежно від того, які речовини утворюються, виділяють кілька різновидів бродіння.

Спиртове бродіння характеризується утворенням молекул етилового спирту, води й вуглекислого газу (мал. 14.2).

Під час молочнокислого бродіння продуктом процесу є молочна кислота, а оцтового — оцтова кислота.

Ключова ідея

Клітинне дихання — це біохімічний процес, який відбувається в мітохондріях. У ході цього процесу органічні речовини, утворені під час гліколізу, окиснюються киснем, який надходить до клітини з навколишнього середовища. Частина енергії, яка при цьому виділяється, запасається клітинами у вигляді молекул АТФ.

НАД НАДФ

Мал. 14.2. Схема спиртового бродіння

Перевірте свої знання

1. Що таке клітинне дихання? 2. Де відбувається клітинне дихання? 3. Які біохімічні процеси відбуваються під час клітинного дихання? 4*. Порівняйте процеси клітинного дихання і звичайного горіння. Знайдіть риси подібності й відмінності.

§ 15. Фотосинтез

Поміркуйте

Чому внутрішня мембрана хлоропласта утворює так багато складчастих структур?

Згадайте

•Яку будови мають хлоропласти?

•У клітинах яких організмів є хлоропласти?

Уклітинах рослин процес фотосинтезу відбувається в хлоропластах.

O2

Сонячне

світло

Мал. 15.1. Схема фотосинтезу

Результатом світлової фази фотосинтезу є утворення кисню, синтез АТФ та відновлення НАДФ.

Де відбувається фотосинтез

Фотосинтез — це процес утворення живими організмами органічних речовин із неорганічних із використанням енергії світла (мал. 15.1). Фотосинтез здійснюють як одноклітинні живі організми (ціанобактерії та водорості), так і багатоклітинні (водорості та наземні рослини). Фотосинтез може відбуватися в усіх частинах організму, що містять хлоропласти.

Предками хлоропластів були прокаріотичні ціанобактерії. Ці бактерії перетворилися на хлоропласти, коли утворили симбіоз із еукаріотичними клітинами і стали жити всередині них. Окрім хлоропластів, існують також інші типи пластид: хромопласти й лейкопласти. Але фотосинтез у них не відбувається.

У результаті фотосинтезу з вуглекислого газу (CO2) й води (H2O) за допомогою сонячної енергії утворюються вуглеводи (C6H12O6):

Цей процес складається з двох основних фаз: світлової і темнової (мал. 15.2).

Процеси світлової фази фотосинтезу

У ході світлової фази спочатку кванти світла вловлюються пігментом хлорофілом, який розташований на мембранах тилакоїдів. Енергія квантів переходить до електронів, які захоплюються молекулами-переносниками.

Енергія цих електронів використовується в тилакоїдах для синтезу АТФ. Електрони утворюються в результаті розщеплення води (фотолізу) під дією світла. Сумарне рівняння фотолізу води можна представити так:

2Н2О = 4Н + О2 + 4e–,

де e– — електрон.

Кисень виділяється як побічний продукт реакції, а протони Н+ приєднують електрон, перетворюючись на атомарний. Гідроген, який підхоплюється молекулами-пере- носниками НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат). Приєднуючи до себе протони, вони стають акумуляторами енергії (НАДФ•Н2) і використовуються в темновій фазі для синтезу вуглеводів.

Анімація

«Фотосинтез»

Процеси темнової фази фотосинтезу

Темнова фаза фотосинтезу відбувається в стромі хлоропластів. Сукупність реакцій, які задіяні в цьому процесі, називається циклом Кальвіна. У них за участю вуглекисло-

го газу, що надходить іззовні, та продуктів світлової фази фотосинтезу НАДФ•Н2 і АТФ утворюються молекули глюкози.

Ця фаза називається темновою не тому, що світло не бере в ній участі. У більшості рослин вона відбувається як у темряві, так і на світлі, залежно від потреби клітин у глюкозі.

Біологічне значення та планетарна роль фотосинтезу

до 200 млрд тонн), який живі організми використовують у процесах дихання. Також фотосинтез перешкоджає накопиченню СО2 в атмосфері, запобігаючи перегріванню планети.

Наслідками фотосинтезу стали формування великої кількості корисних копалин та озонового шару в атмосфері під дією ультрафіолетового випромінювання.

Процес фотосинтезу є основним способом утворення органічних речовин на нашій планеті. За рік фотосинтезуючі організми продукують понад 150 млрд тонн органічних речовин. Фотосинтез також забезпечує надходження в атмосферу кисню (щорічно

Ключова ідея

Фотосинтез відбувається у хлоропластах і складається з двох фаз: світлової і темнової. У ході світлової фази кванти світла вловлюються пігментом хлорофілом, і їхня енергія використовується для синтезу АТФ. У темновій фазі фотосинтезу утворюються молекули глюкози. Живі організми в процесі фотосинтезу кисень виробляють, а в ході клітинного дихання споживають. Разом ці процеси забезпечують сприятливі умови для існування на Землі живих організмів.

Наявність озонового шару різко знижує кількість ультрафіолетових променів, що надходять­ до поверхні планети. Це вберігає живі організми від можливих негативних наслідків (суттєво знижує ризик пошкодження молекул ДНК у клітинах).

Перевірте свої знання

1. Які типи пластид існують? 2. У яких пластидах відбувається фотосинтез? 3. Крім хлорофілу, у пластидах рослин є й інші пігменти. Навіщо вони їм потрібні? 4. Які процеси відбуваються під час фази фотосинтезу: а) світлової, б) темнової? 5. Порівняйте світлову фазу фотосинтезу та аеробне дихання. Про які особливості варто зауважити? 6. Яке значення клітинне дихання має для живих організмів? 7. На конкретних прикладах поясніть, у чому полягає планетарна роль клітинного дихання. 8*. Із додаткових джерел ознайомтеся із С3-фотосинтезом і С4-фотосинтезом. Порівняйте рослини, що мають ці типи фотосинтезу.

§ 16. Хемосинтез

Поміркуйте

Звідки яким особливостям бактерії змогли опанувати різні способи отримання енергії?

Згадайте

•Чому вирощування бобових рослин підвищує родючість ґрунтів?

•Звідки рослини беруть енергію для процесу фотосинтезу?

Основні принципи й різновиди хемосинтезу

Хемосинтезом називають процес утворення органічних речовин із неорганічних, який відбувається за рахунок енергії хімічних реакцій. Це реакції окиснення, які відбуваються у клітинах прокаріотичних організмів.

Для одержання енергії хемосинтезуючі організми можуть використовувати реакції окиснення водню або сполук Нітрогену, Феруму чи Сульфуру. Частина енергії, вивільненої під час окиснення, використовується для утворення АТФ. Хемосинтезуючі організми поділяють на групи за хімічними реакціями, які вони здійснюють.

Хемосинтезуючі мікроорганізми

Водневі бактерії використовують водень, який утворюється внаслідок розкладання залишків організмів іншими бактеріями. Цей водень вони окиснюють, а отриману енергію використовують для перетворення CO2 на метан та інші органічні сполуки. Більш докладно про хемосинтезуючі організми див. у таблиці.

Біологічне значення і планетарна роль хемосинтезу

Органічна продукція хемосинтезу становить менше 1 % від фотосинтезу, проте він має величезне значення для біологічних і геохімічних процесів на Землі. Основне значення хемосинтезу полягає в тому, що він забезпечує колообіг найважливіших елементів зі змінним ступенем окиснення: Феруму, Сульфуру, Нітрогену та інших.

Хемосинтезуючі організми продукують органічні речовини там, де фотосинтез неможливий. Так, глибоко на дні океанів існують справжні «оази життя» навколо «чорних паліїв». «Чорні палії» — це підводні гарячі джерела, вода яких насичена сполуками Сульфуру. Сіркобактерії використовують ці сполуки для свого росту. А ними живляться інші живі організми.

Поблизу «чорних паліїв» мешкають гігантські черви погонофори, які вступають у симбіотичні відносини із сіркобактеріями. У дорослих червів немає сформованого травного тракту. Його залишки утворюють орган, населений сіркобактеріями. Ці бактерії синтезують органічні речовини, якими живляться черви. Натомість кров черва постачає бактеріям сірководень і кисень для реакцій окиснення.

Залізобактерії стали справжніми творцями корисних копалин. Більшість покладів залізних руд утворилося завдяки мільйонам років діяльності цих мікроорганізмів. А водневі бактерії живуть у ґрунтах і відіграють важливу роль у процесах перетворення речовин, які там відбуваються.

Мал. 16.2. Сіркобактерії

Дізнайтеся більше

Хемотрофи відіграють величезну роль у круговороті речовин, зокрема­ азоту, та підтримують родючість ґрунтів. Окрім того, завдяки роботі бак- терій-хемосинтетиків у природі накопичуються числені запаси руди й селітри.

Ключова ідея

Хемосинтезом називають процес утворення органічних речовин із неорганічних, який відбувається за рахунок енергії хімічних реакцій. Хемосинтезуючі організми поділяють на групи за тими реакціями, які вони використовують. Для одержання енергії мікроорганізми можуть використовувати реакції окиснення водню або сполук Нітрогену, Феруму чи Сульфуру.

Перевірте свої знання

1. Що таке хемосинтез? 2. Яке значення в природі має хемосинтез? 3. Порівняйте між собою процеси хемосинтезу й фотосинтезу. 4. Яке значення має хемосинтез­ для людини? 5*. Чому хемосинтез менш поширений серед живих організмів, ніж фотосинтез?

Поміркуйте

Чим між собою відрізняються автотрофні та гетеротрофні організми?

Згадайте

•У яких органелах відбувається синтез білків?

•Які наслідки авітамінозу для здоров’я людини?

Основні синтетичні процеси в клітинах

Пластичний обмін — це утворення складних органічних речовин із більш простих. Різновидами пластичного обміну є процеси фотосинтезу й хемосинтезу, синтез простих органічних сполук і біополімерів (детальніше про це див. у таблиці).

Для реакцій пластичного обміну у своїх клітинах усі живі організми використовують зовнішні джерела енергії та атоми Карбону.

Різниця полягає в джерелах, із яких вони їх отримують. Автотрофи здійснюють біосинтез із неорганічних речовин (вуглекислого газу і води), використовуючи енергію світла (фототрофи) або хімічних реакцій окиснення (хемотрофи). Гетеротрофи синтезують біомолекули з готових органічних речовин, які є джерелом простих органічних сполук і енергії.

Синтезований глікоген накопичується переважно в клітинах печінки та м’язів.

Глікогенез

У рослинах глюкоза, синтезована в реакціях фотосинтезу, полімеризується до крохмалю. Саме крохмаль є запасним полісахаридом рослин. У грибів, тварин і людини вуглеводи також запасаються, але переважно у вигляді глікогену. Це полісахарид,­ теж полімер глюкози. Структурно глікоген є аналогом крохмалю, але має більший ступінь розгалуженості.

Процес біосинтезу глікогену називається глікогенезом. Глікогенез стимулюється гормоном інсуліном. Полімеризація здійснюється за участю кількох ферментів, що будують прямі або розгалужені ланцюжки глікогену. У лінійних ділянках основного ланцюга залишки глюкози зв’язані 1,4-глікозидними зв’язками, тоді як точки розгалуження формуються 1,6-глікозидними зв’язками.

Особливості перебігу окремих процесів анаболізму (пластичного обміну)

ПРИНЦИП

Мал. 17.1. Наслідки нестачі елементів та сполук у метаболізмі рослин

Тема 3. Принципи функціонування клітини

тинного дихання, зокрема реакції гліколізу та циклу Кребса. В усіх організмах нуклеїнові кислоти і білки синтезуються за однією й тією ж схемою. А в процесах цього синтезу задіяні однакові комплекси ферментів. Та й процеси регуляції дуже схожі. І хоча такі біохімічні процеси не є абсолютно тотожними, але послідовність основних реакцій у всіх випадках однакова.

Наукова спільнота вважає це наслідком того, що всі еукаріотичні клітини мають спільного предка, у клітинах якого всі ці біохімічні процеси вже відбувалися.

Наслідки порушення обміну речовин

Порушення обміну речовин можуть виникати з різних причин. Наприклад, нестача вітамінів у їжі призводить до гіповітамінозів у людини, і тоді розвиваються такі захворювання, як рахіт, цинга або бері-бері. Нестача або надлишок певних хімічних елементів може призводити й до порушення обміну речовин у рослин. Найчастіше це є причиною зниження інтенсивності росту або пошкодження листків рослин (мал. 17.1).

Також порушення можуть виникати внаслідок генетичних змін — мутацій. З ними ви більш докладно ознайомитеся в наступних параграфах підручника.

Біосинтез жирних кислот і ліпідів

Жири в організмі тварин синтезуються з вуглеводів, тому найшвидше жирні кислоти

іжири синтезуються після вживання вуглеводневої їжі. Найбільш активно цей процес відбувається в печінці та жировій тканині. Синтез жирних кислот і жирів називається ліпогенезом. Їхній синтез відбувається в цитоплазмі клітини. Субстратом для синтезу є аце- тил-КоА. Процес циклічний: у кожному циклі до радикалу жирної кислоти, що поступово подовжується, додається два атоми Карбону. У кожному циклі використовується НАДФ H

іАТФ. Кінцевим продуктом синтезу є пальмітинова кислота, що має 16 атомів Карбону

Схожість процесів обміну в різних організмів

У клітинах рослин, тварин і грибів основ­ ні біохімічні процеси відбуваються однаково. Однаково також відбуваються процеси клі-

Ключова ідея

Синтетичні процеси активно відбуваються в багатьох органелах клітин. Біохімічним процесом, який об’єднує їх між собою і з процесами енергетичного обміну, є цикл Кребса. Головні біохімічні процеси в клітинах різних організмів схожі. А їхнє порушення призводить до тяжких наслідків.

Перевірте свої знання

1. Де в клітинах відбувається синтез органічних речовин? 2. Яке значення для клітин має цикл трикарбонових кислот? 3. Чому нестача або надлишок вітамінів може впливати на обмін речовин у людини? 4*. Рослини здатні синтезувати всі потрібні їм амінокислоти­. У багатьох тварин частина амінокислот в організмі не синтезується і повинна надходити з їжею (так звані незамінні амінокислоти). З чим це пов’язано? 5*. У чому проявляється схожість процесів у клітинах представників різних царств живих організмів? Побудуйте порівняльну таблицю.

1 За допомогою циклічної діаграми поясніть процеси світлової та темнової фаз фотосинтезу.

[Текст]

[Текст] [Текст]

[Текст] [Текст]

2 Які органи рослин мають найбільшу кількість хлоропластів? Чому? Поясніть свою відповідь.

3 Поміркуйте, як уплине на процеси клітинного дихання вживання ягід, плодів та грибів, зібраних поблизу автомобільних доріг.

4Спрогнозуйте вплив втрати лісів на клітинне дихання інших організмів.

5Опишіть два альтернативних шляхи фотосинтезу, які зустрічаються в рослин. Запропонуйте, як ці пристосування можуть допомогти рослинам.

6За допомогою діаграми Венна поясніть відміні та спільні ознаки процесів хемосинтезу та фотосинтезу.

7 Розгляньте два типи бактерій: ціанобактерії та зелені сіркобактерії. З’ясуйте, який фотосинтезуючий пігмент у них присутній.

8«Наш світ занурений у величезний океан енергії, ми летимо в нескінченному просторі з незбагненною швидкістю. Все навколо обертається, рухається — усе енергія», — так писав сербський та американський винахідник і фізик Нікола Тесла. Як гадаєте, де і як клітина накопичує й зберігає свій енергетичний капітал? Відповідь обґрунтуйте в есе.

9Розгляньте й порівняйте прокаріотичну та еука­ ріотичні клітини. Доведіть, що кожен тип клітини є біосистемою.

JСкладіть схему, використавши в ній наведені поняття: автотрофи, залізобактерії, зелені водорості, нітрифікуючи бактерії, пурпурні сіркобактерії, фотосинтезуючі організми, хвощі, хемосинтезуючі організми, ціанобактерії, червоні водорості.

KЗа допомогою методу кроссенсу встановіть взаємозалежність між зображеннями й з’ясуйте, про який процес в організмі людини йдеться.

1 ряд: піца — ротова порожнина — система органів травлення 2 ряд: спортсмен — еритроцити — коло кровообігу

3 ряд: вода — м’язи людини

Тестові завдання за темою «Принципи функціонування клітини»