Основы экологической культуры. Учебно-методическое пособие

Классификация живых организмов по источнику энергии и источнику углерода

Большинство организмов относятся к ФОТОАВТОТРОФАМ и ХЕМОГЕТЕРОТРОФАМ.

Фотосинтез – это синтез органических веществ из неорганических,сиспользованиемэнергиисвета;этопреобразованиеволновой энергии (света) в энергию химических связей.

Фотосинтез идет в хлоропластах, содержащих фотосинтетический пигмент – хлорофилл, который обладает уникальным свойством – улавливает свет и превращает его световую энергию в энергию химических связей.

Хемосинтез – это синтез органических соединений из неорганических путем использования химической энергии, выделяемой при окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа, аммиака и др.).

21

Метаболизм у живых организмов

Метаболизм (обмен веществ) (от греч. metabole – перемена,

превращение) – совокупность протекающих в живых организмах химических превращений, обеспечивающих их рост, развитие, процессы жизнедеятельности и постоянный контакт и обмен с окружающей средой.

Энергетический обмен – это совокупность химических реакций, обеспечивающих клетку энергией.

Этапы энергетического обмена

1.Подготовительный.

2.Неполное окисление (анаэробный этап, бескислородный).

3.Полноеокисление(аэробныйэтап,дыхание,аэробноедыхание, клеточное дыхание).

1 – Подготовительный.

Идет:

–вжелудочно-кишечномтракте(увысшихживотныхичеловека);

–в лизосомах клеток (у низших животных).

Требует затраты энергии, не сопровождается выделением энергии.

Результат – расщепление органических соединений. Белки → аминокислоты.

Жиры → глицерин и жирные кислоты. Углеводы → глюкоза (моносахариды).

2–Неполноеокисление(анаэробныйэтап,бескислородный).

Идет на внутриклеточной мембране. Вещества, образующиеся

22

на первом этапе, подвергаются дальнейшему многоступенчатому ферментативному распаду.

Основным источником энергии в клетках является глюкоза, поэтому далее будем рассматривать распад глюкозы, он называется гликолиз.

Гликолиз – это многоступенчатый ферментативный процесс окисления молекулы глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК).

Суммарное уравнение гликолиза (сокращенная форма):

С6Н12О6 → 2С3Н4О3 +2НАД·Н2 + 2АТФ.

ПВК – неустойчивое соединение, подвергающее дальнейшим преобразованиям:

•брожение (анаэробное дыхание),

•аэробное дыхание.

Если среда бескислородная, то дальнейший распад ПВК назы-

вается брожение:

а) молочно-кислое брожение:

ПВК → молочная кислота.

Идет у некоторых бактерий; используется для приготовления молочнокислых продуктов.

Идет у многоклеточных в различных тканях в условиях кислородного голодания. Например, работающие скелетные мышцы постоянно испытывают дефицит О2 в результате пережатия своих кровеносных сосудов. Образующаяся при этом молочная кислота связывает Са2+ – это одна из причин болевых ощущений после работы мышц;

б) спиртовое брожение:

23

Идетуодноклеточныхгрибов–дрожжей.Используетсявпиво- варении, виноделии и приготовлении дрожжевого теста;

в) уксуснокислое брожение:

ПВК → уксусная кислота. Идет у некоторых бактерий;

г) другие виды брожения:

ПВК → масляная кислота

↓

валериановая кислота.

Чаще ПВК окисляется при участии О2 до СО2 и Н2О – это называ-

ется полное окисление.

3 – Полное окисление (аэробный этап, дыхание, аэробное дыхание, клеточное дыхание).

Суммарное уравнение процессов (сокращенная форма):

Σ С6Н12О6 + 6О2 Дыхание 6СО2 + 6Н2О + 38АТФ.

Энергетический эффект:

Анаэробный этап – 2АТФ.

Аэробный этап – 36 АТФ, в 18 раз больше, чем на анаэробном этапе.

Полное окисление – 1 С6Н12О6 – 38 АТФ; 1АТФ – 30,6 кДж (≈40 кДж); 38 АТФ – 1162 кДж.

Всего энергии из 1С6Н12О6 – 2880 кДж.

Особенности клеточного дыхания

Клеточное дыхание – это окисление субстрата, приводящее к получению химической энергии (АТФ).

Субстратами для дыхания служат органические соединения – углеводы, жиры, белки.

Углеводы используются в первую очередь большинством клеток. Клетки головного мозга млекопитающих для дыхания могут использовать только глюкозу. Полисахариды включаются в процесс дыхания только после расщепления их до моносахаридов.

24

Крахмал

(у растений)

Глюкоза Гликоген

(у животных)

Жиры являются «первым резервом» и затрачиваются на получение энергии после того, когда запас углеводов исчерпан. Однако в клетках скелетных мышц при наличии глюкозы и жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам.

Белкивыполняютмноговажныхфункций,поэтомуонииспользуются как источникэнергии только послетого, как будутизрасходованы все запасы углеводов и жиров. Такой процесс происходит при длительном голодании.

Пластический обмен

Пластическийобмен–этосовокупностьхимическихреакций,обе- спечивающих синтез сложных органических соединений в клетке.

Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов клетки:

25

Автотрофные организмы самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды:

Задания для самостоятельной работы студентов

1. Заполните таблицу «Уровни организации живой материи».

Какие уровни организации живой материи являются областью изучения экологии? Впишите названия разделов экологии, которые занимаются изучением каждого уровня.

26

2. Систематизируйте материал о типах питания живых организмов, дав им характеристику с учетом разных принципов де-

ления.

27

3. Заполните таблицу «Типы питания организмов».

5. Заполните таблицу «Пластический обмен (ассимиляция).

Биосинтез белка».

28

6.Заполнитетаблицу«Энергетическийобмен(диссимиляция)».

7. Составьте экологическую характеристику основных система-

тических групп организмов:

вирусы; прокариоты (бактерии); эукариоты:

грибы: шляпочные; плесневые; дрожжевые;

грибы-сапрофиты; растения:

низшие; высшие;

животные: беспозвоночные; позвоночные.

План характеристики:

–среда обитания;

–особенности строения;

–форма существования;

–образ жизни;

–тип питания.

29

Вопросы для самоконтроля

1.В чем заключается сущность понятия «жизнь»?

2.Какими признаками (свойствами) обладает живая материя в отличие от неживой?

3.Перечислите уровни организации живой материи, дайте им характеристику. Приведите примеры существования жизни на каждом уровне.

4.Какие уровни организации живой материи являются областью изучения экологии?

5.Объясните,чтотакоеэмерджентность.Почемуэтопонятие используется в экологии? Приведите примеры.

6.Дайте систематическое положение живым организмам, живущим на Земле.

7.Какие организмы являются прокариотами, эукариотами?

Сравните их.

8.Охарактеризуйте типы питания живых организмов с учетом разных принципов деления.

9.В чем различие между типами гетеротрофного питания?

10.Что такое метаболизм? Соотнесите друг с другом следую-

щие понятия: «обмен веществ», «метаболизм», «энергетический обмен», «пластический обмен», «анаболизм», «катаболизм», «ассимиляция», «диссимиляция».

11.Охарактеризуйте две составляющие метаболизма: энерге-

тический и пластический обмен.

12.В каком порядке расходуются белки, жиры и углеводы как источник энергии (АТФ)? При голодании?

13.Дайте экологическую характеристику вирусам, бактериям,

грибам, растениям, животным.

30