Асимилацията и дисимилацията са противоположни метаболитни процеси. Дайте сравнителна характеристика на процесите на асимилация и дисимилация в клетката и покажете тяхната връзка
Метаболизъм и неговите видове
Осигурява постоянството на вътрешната среда на тялото при променящи се условия на съществуване - хомеостаза . Метаболизмът се състои от два взаимосвързани и взаимно противоположни процеса. Това са процеси дисимилация , при които се извършва разграждането на органичните вещества и освободената енергия се използва за синтеза на АТФ молекули, а процесите асимилация, при който енергията на АТФ се използва за синтезиране на собствени съединения, необходими на организма.
Процесът на дисимилация се нарича още катаболизъм и енергиен метаболизъм . И процесите на асимилация също се наричат анаболизъм и пластичен метаболизъм . Такова изобилие от синоними за едно и също понятие възникна, защото метаболитните реакции бяха изследвани от учени от различни специалности:
- биохимици,
- физиолози,
- цитология,
- генетика,
- молекулярни биолози.
Но всички имена и термини са пуснали корени и се използват активно от учените.
Форми на енергийно снабдяване на живите организми
За всички живи организми на Земята Слънцето е основният източник на енергия. Благодарение на него организмите задоволяват своите енергийни нужди.
Организмите, които могат да синтезират органични съединения от неорганични съединения, се наричат автотрофи. Те са разделени на две групи. Някои са в състояние да използват енергията на слънчевата светлина. Това са фотосинтетици или фототрофи. Това са предимно зелени растения, цианобактерии (синьо-зелени водорасли).
Друга група автотрофи използва енергията, която се отделя по време на химичните реакции. Такива организми се наричат хемотрофи или хемосинтетици.
Гъбите, повечето животни и бактерии не могат сами да синтезират органични вещества. Такива организми се наричат хетеротрофи. За тях органичните съединения, синтезирани от автотрофи, служат като източник на енергия. Енергията се използва от живите организми за химични, механични, топлинни и електрически процеси.
Подготвителен етап на енергийния метаболизъм
Обменът на енергия условно се разделя на три основни етапа. Първият етап се наричаше подготвителен. На този етап макромолекулите се разграждат до мономери под въздействието на ензими. В хода на реакциите се отделя доста малко количество енергия, което се разсейва под формата на топлина.
Аноксичен стадий на енергийния метаболизъм
В клетките протича аноксичен (анаеробен) етап на енергийния метаболизъм. Мономерите, образувани на предишния етап (глюкоза, глицерол и др.), Претърпяват по-нататъшно многоетапно разцепване без достъп на кислород. Основното на този етап е процесът на разделяне на молекулата на глюкозата на молекули на пирогроздена или млечна киселина с образуването на две молекули на АТФ.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_3H_6O_3 + 2ATP + 2H_2O$
По време на тази реакция (реакция на гликолиза) се отделят около $200$ kJ енергия. Не всичко обаче се превръща в топлина. Част от него се използва за синтезиране на две богати на енергия (макроергични) фосфатни връзки в молекулите на АТФ. Глюкозата също се разгражда по време на алкохолна ферментация.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP + 2H_2O$
В допълнение към алкохола има и такива видове безкислородна ферментация като маслена и млечна киселина.
Кислороден етап на енергийния метаболизъм
На този етап съединенията, образувани на безкислороден етап, се окисляват до крайните продукти на реакцията - въглероден диоксид и вода. Английският биохимик Адолф Кребс през $1937$ открива последователността от трансформации на органични киселини в митохондриалната матрица. В негова чест комбинацията от тези реакции е наречена цикъл на Кребс.
Забележка 1
Пълното окисление на молекулите на млечната или пирогроздената киселина, образувани по време на анаеробния процес, до въглероден диоксид и вода е придружено от освобождаване на $2800$ kJ енергия. Това количество е достатъчно за синтеза на $36$ ATP молекули ($18$ пъти повече от предишния етап).
Общото уравнение за кислородния етап на енергийния метаболизъм изглежда така:
$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36ADP + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36ATP$
Обобщавайки, можем да напишем общото уравнение на обмена на енергия:
$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38ATP$
В последния етап продуктите на метаболизма се отстраняват от тялото.
ПЛАН НА УРОКА
Тема: Асимилация и дисимилация. Метаболизъм.
Пълно име Муратова Гульназ Раушановна
Място на работа MBOU "Nizhnebishevskaya средно училище"
Длъжност учител по биология
Предмет по биология
6. Основен учебник по биология. Въведение в общата биология и екология. 9 клас: учебник. за образователни институции / A.A. Каменски, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник - 11-то изд., стереотип - М .: Дропла, 2010 г.
Целта на урока:
Да запознае учениците с понятието "обмяна на веществата в организма", асимилация, дисимилация, метаболизъм.
Цели на урока:
Образователни: да се конкретизират знанията за метаболизма (метаболизма) като свойство на живите организми, да се запознаят с двете страни на обмена, да се идентифицират общите модели на метаболизма; да установи връзката на пластичния и енергийния обмен на различни нива на организация на живите и връзката им с околната среда.
Развитие: да се формира способността да се подчертае същността на процеса в изучавания материал; обобщават и сравняват, правят изводи; работа с текст, диаграми, други източници;
реализация на творческия потенциал на учениците, развитие на самостоятелността.
Образователни: използвайки придобитите знания, разберете перспективите за практическо използване на фотосинтезата; разбират влиянието на метаболизма върху опазването и насърчаването на здравето.
Оборудване:компютър, проектор, презентация.
Тип урок:изучаване на нов материал.
Форми на работа на студентите:самостоятелна работа с учебник, самостоятелна работа на дъската, фронтална работа.
По време на часовете
Организиране на времето.
II. Повторение на материала
Проверка на правилността на попълване на таблицата "Сравнение на структурата на еукариотни и прокариотни клетки." (Ученикът отговаря на дъската.)
Фронтална дискусия на:
Каква е ролята на спората при прокариотите? Как се различава от еукариотните спори?
Сравнявайки структурата и жизнените процеси на еукариотите и прокариотите, подчертайте признаците, които ни позволяват да предположим кои клетки са исторически по-стари и кои са по-млади.
Какво представляват ензимите? Каква е тяхната роля в организма?
Какво е метаболизъм? Дайте примери за метаболизъм в организма.
III. Учене на нов материал.
Задача: сравнете две определения, открийте дали са различни или сходни. Как можете да обясните това?
Метаболизмът се състои от два взаимно свързани процеса - анаболизъм и катаболизъм.
1. В хода на асимилацията сложните молекули се синтезират от прости молекули-прекурсори или от молекули на вещества, които идват от външната среда.
2. Най-важните процеси на асимилация са синтеза на протеини и нуклеинови киселини (характерни за всички организми) и синтеза на въглехидрати (само при растенията, някои бактерии и цианобактерии).
3. В процеса на асимилация при образуването на сложни молекули се натрупва енергия, главно под формата на химични връзки.
1. Когато химичните връзки се разрушат в молекулите на органичните съединения, енергията се освобождава и съхранява под формата на АТФ.
2. Синтезът на АТФ при еукариотите се осъществява в митохондриите и хлоропластите, а при прокариотите - в цитоплазмата, върху мембранните структури.
3. Дисимилацията осигурява с енергия всички биохимични процеси в клетката.
Всички живи клетки постоянно се нуждаят от енергията, необходима за протичането на различни биологични и химични реакции в тях. Някои организми използват енергията на слънчевата светлина за тези реакции (по време на фотосинтеза), други използват енергията на химичните връзки на органичните вещества, които идват с храната. Извличането на енергия от хранителните вещества се извършва в клетката чрез тяхното разделяне и окисляване с кислород, доставян по време на дишането. Следователно този процес се нарича биологично окисление , или клетъчно дишане .
Биологичното окисление с участието на кислород се нарича аеробика , без кислород анаеробни . Процесът на биологично окисление е многоетапен. В същото време в клетката се натрупва енергия под формата на АТФ молекули и други органични съединения.
IV. Затвърдяване на изучения материал.
Какво е асимилация? Дайте примери за реакции на синтез в клетка.
Какво е дисимилация? Дайте примери за реакции на гниене в клетка.
Докажете, че асимилацията и дисимилацията са две страни на един процес на метаболизъм и енергия - метаболизъм.
Упражнение. Установете съответствие между процесите, протичащи в клетките на организмите, и тяхната принадлежност към асимилация или дисимилация:
| Процеси, протичащи в клетките | Метаболизъм |
|
| 1. Изпаряване на водата 2. Дъх 3. Разграждане на мазнините 4. Биосинтеза на протеини 5. Фотосинтеза 6. Разграждане на протеини | 7.Разцепване 8. Биосинтез на мазнини 9. Синтез 10. Хемосинтеза | А - асимилация Б - дисимилация |
Отговор: 1 - B, 2 - B, 3 - B, 4 - A, 5 - A, 6 - B, 7 - B, 8 - A, 9 - A, 10 - A.
Домашна работа:Проучете § 2.8 „Асимилация и дисимилация. Метаболизъм”, отговорете на въпросите в края на параграфа, повторете § 1.7.
Значение на хранителните вещества
Във всички организми, живеещи днес, от най-примитивните до най-сложните - човешкото тяло - метаболизмът и енергията са в основата на живота.
В човешкото тяло, в неговите органи, тъкани, клетки, протича непрекъснат процес на създаване, образуване на сложни вещества. В същото време се случва гниене и разрушаване на сложни органични вещества, които изграждат клетките на тялото.
Работата на органите е придружена от тяхното непрекъснато обновяване: някои клетки умират, други ги заместват. При възрастен 1/20 от кожния епител, половината от всички епителни клетки на храносмилателния тракт, около 25 g кръв и др., умират и се подменят през деня.
Растежът, обновяването на телесните клетки е възможно само ако кислородът и хранителните вещества се доставят непрекъснато в тялото. Хранителни вещества - тази сграда, пластмасаматериалът, от който е изграден животът.
Енергията е необходима за изграждането на нови клетки на тялото, тяхното непрекъснато обновяване, за функционирането на такива органи като сърцето, стомашно-чревния тракт, дихателния апарат, бъбреците и др., Както и за извършване на работа на човек. Тялото получава тази енергия от разграждането на клетъчните вещества в процеса на метаболизма.
По този начин хранителните вещества, влизащи в тялото, служат не само като пластичен, строителен материал, но и като източник на енергия, така необходима за живота.
Под метаболизъмразбират съвкупността от промени, на които веществата се подлагат от момента, в който навлязат в храносмилателния тракт до образуването на крайни разпадни продукти, екскретирани от тялото.
Асимилация и дисимилация
Метаболизмът е съвкупност от два процеса: асимилация и дисимилация. В резултат на процеса асимилациясравнително простите продукти на храносмилането, влизайки в клетките, претърпяват химични трансформации с участието на ензими и стават подобни на необходимите за организма вещества. Дисимилация- разграждане на сложни органични вещества, които изграждат клетките на тялото. Част от продуктите на разпадане се използват повторно от тялото, част се екскретира от тялото.
Процесът на дисимилация също протича с участието на ензими. По време на дисимилацията се освобождава енергия. Благодарение на тази енергия се изграждат нови клетки, обновяват се стари, функционира сърцето на човека, извършва се умствена и физическа работа.
Процесите на асимилация и дисимилация са неотделими един от друг. Със засилването на процеса на асимилация, особено с растежа на млад организъм, процесът на дисимилация също се засилва.
Трансформация на веществата
Химичните трансформации на хранителните вещества започват в храносмилателния тракт. Тук сложните протеини, мазнини и въглехидрати се разграждат на по-прости, които могат да се абсорбират през чревната лигавица и да се превърнат в строителен материал в процеса на асимилация. В храносмилателния тракт по време на храносмилането се освобождава малко количество енергия. Веществата, попаднали в кръвта и лимфата в резултат на абсорбцията, се внасят в клетките, където претърпяват големи промени. Получените сложни органични вещества влизат в състава на клетките и участват в осъществяването на техните функции. Енергията, която се отделя при разграждането на клетъчните вещества, се използва за живота на организма. От него се отделят метаболитните продукти на различни органи и тъкани, които не се използват от организма.
Ролята на ензимите във вътреклетъчния метаболизъм
Основните процеси на трансформация на веществата протичат вътре в клетките на нашето тяло. Тези процеси са в основата вътреклетъченобмен. Многобройни клетъчни ензими играят решаваща роля във вътреклетъчния метаболизъм. Благодарение на тяхната активност се извършват сложни трансформации с клетъчните вещества, вътрешномолекулните химични връзки в тях се разрушават, което води до освобождаване на енергия. От особено значение тук са реакциите на окисление и редукция. Крайните продукти на окислителните процеси в клетката са въглероден диоксид и вода. С участието на специални ензими се извършват и други видове химични реакции в клетката.
Освободената при тези реакции енергия се използва за изграждане на нови вещества в клетката, за поддържане на жизнените процеси на организма. Основният акумулатор и носител на енергия, използван в много синтетични процеси, е аденозинтрифосфорната киселина (АТФ). Молекулата на АТФ съдържа три остатъка от фосфорна киселина. АТФ се използва във всички метаболитни реакции, които изискват енергия. В този случай химическата връзка с един или два остатъка от фосфорна киселина в молекулата на АТФ се разкъсва, освобождавайки съхранената енергия (елиминирането на един остатък от фосфорна киселина води до освобождаване на около 42 000 J на 1 грам молекула).
хранителните вещества, попаднали в тялото, претърпяват сложни промени и се превръщат в вещества на самия организъм, неговите тъкани. Процесите на образуване от прости съединения (постъпили в организма от храносмилателния апарат) в сложни, както и процесите на растеж и създаване на нови клетки и тъкани се наричат пластични процеси, а усвояването на хранителни вещества от организма се нарича пластични процеси. асимилация . Усвояването на хранителни вещества, тялото получава с тях запас от латентна енергия.
Тази енергия може да служи като източник на жизнена активност на тъканите. Например, мускулна контракциявъзниква поради латентната енергия, получена от мускулната тъкан заедно с асимилираните вещества и зависи от трансформацията на латентната енергия в механична; повишаването на мускулната температура се получава от превръщането на латентната енергия в топлина.
В същото време в тялото, във връзка с неговата работа, има разцепване на вещества, частичното им разрушаване, в резултат на което сложните вещества се разлагат и окисляват до по-прости. Процесът на гниене, разрушаване на телесните вещества се нарича дисимилация . В процеса на дисимилация латентната енергия се превръща в ефективна, главно механична и топлинна. В същото време в мускулите се разграждат гликоген и други вещества и се образуват метаболитни продукти (млечна, фосфорна киселина и др.). Подложени на окончателно окисление, тези метаболитни продукти се превръщат във въглероден диоксид и вода и се отделят от тялото.
Някои от метаболитните продукти могат да бъдат повторно използвани от тялото. Процесът на асимилация води до натрупване на вещества, увеличават ги в организма; дисимилационни процеси водят до намаляване и разхищение на запаси от вещества и енергия.
Процесите на асимилация и дисимилация включват различни ензими. Почти всички биологични процеси, протичащи в тялото, по някакъв начин са свързани с тяхната дейност. Всеки ензим активира само определени химични реакции. Самите ензими също се образуват в резултат на клетъчната активност и следователно на метаболизма.
Нарушаването на активността на ензимите води до сериозни последици за тялото, до смъртта му поради метаболитни нарушения.
Асимилацията и дисимилацията са два противоположни процеса, но и двата са неразривно свързани помежду си. Ако процесите на асимилация в тялото спрат, след известно време дисимилацията ще доведе до пълно изтощение и разрушаване на тъканите.
Съвкупността от процеси на трансформация на вещества, протичащи в организма, включително процесите на асимилация и дисимилация, се нарича метаболизъм.
Клетката като структурна и функционална единица на живия е отворена система, т.е. непрекъснато обменя материя и енергия с околната среда.
Под клетъчен метаболизъм се разбира непрекъснатият поток на вещества в клетката от външната среда, химическата трансформация на тези вещества и освобождаването на крайните продукти на химичните реакции.
Функции на клетъчния метаболизъм:
1. Осигуряване на клетката с необходимия строителен материал за образуване на клетъчни структури;
2. Снабдяване на клетката с енергия, която се използва за жизнени процеси (синтез на вещества, транспорт на вещества и др.);
3. Запазване на относителното постоянство на състава и физико-химичните свойства на клетките;
4. Самообновяване на клетките и тъканите.
Разграничете външен обмен– абсорбция и освобождаване на вещества, и вътрешен обмен- химична трансформация на тези вещества в клетката.
вътрешен обмен, или метаболизъм, е комбинация от две противоположни реакции: анаболна и катаболна.
Анаболни реакции- това са реакции на синтез на сложни органични вещества от по-прости. Те протичат с разхода на енергия, осигурявайки постоянството на състава на клетките и тъканите на тялото. Комбинацията от тези реакции се нарича асимилацияили обмен на пластмаса. Пример за асимилация може да бъде биосинтезата на протеини, синтезът на въглехидрати от вода и въглероден диоксид по време на фотосинтезата, синтезът на нуклеотиди, ДНК, РНК, полизахариди, липиди и други съединения.
катаболни реакции- това са реакции на разделяне на сложни органични вещества (мазнини, протеини и въглехидрати) до по-прости с освобождаване на енергия, значителна част от която отива за образуването на АТФ. Тези реакции често се наричат енергиен обмен, или дисимилация.
Комбинацията от реакции на асимилация и дисимилация е в основата на живота на клетката и следователно на тъканта, органа и организма като цяло.
| енергия |
| Консумиран АТФ |
| Образува се АТФ |
| АТФ (аденозин трифосфат) |
Ориз. 5.1. Метаболизъм и АТФ в клетката
ATP + H 2 O ↔ ADP + H 3 RO 4 + 40 kJ
Процесите на асимилация не винаги са в съответствие с процесите на дисимилация. През периода на интензивен растеж и развитие на организма преобладават асимилационните процеси. Напротив, с напредването на възрастта, интензивната физическа работа, липсата на хранителни вещества процесите на дисимилация преобладават над процесите на асимилация.
Разграничете автотрофен и хетеротрофен асимилация. При хетеротрофна асимилация (животни, гъби) хранителните вещества (химическа енергия) служат като източник на енергия, при автотрофна асимилация - светлинна енергия, използвана за фотосинтеза (фиг. 5.2.)
Фиг.5.2. Метаболизъм и енергия в автотрофни и хетеротрофни клетки
От фиг. 5.2. Вижда се, че съществуването на живот на Земята зависи от енергията на Слънцето и нейните сложни трансформации в авто- и хетеротрофните клетки на организмите. В опростена форма потокът от енергия в дивата природа може да бъде представен по следния начин:
1. Слънчева енергия → автотрофи → органични вещества → АТФ → различни форми на работа.
2. Слънчева енергия → автотрофи → органични вещества → хетеротрофи → АТФ → различни форми на работа
Автотрофи- сами синтезират органични вещества от неорганични.
Хетеротрофи- използват готови органични вещества, синтезирани от други организми.
Енергиен поток в клетката
Енергийният поток в клетката се основава на процесите на хранене на организмите и клетъчното дишане.
1. Хранене- процесът на придобиване на материя и енергия от живите организми.
2. Клетъчно дишане- процесът, при който живите организми освобождават енергия от органични вещества, богати на нея, по време на ензимното им разделяне (дисимилация) до по-прости. Клетъчното дишане може да бъде аеробно или анаеробно.
3. Аеробно дишане- енергията се получава с участието на кислород в процеса на разцепване на органични вещества. Нарича се още кислороден (аеробен) етап на енергийния метаболизъм.
Анаеробно дишане- получаване на енергия от храна без използване на свободен атмосферен кислород. Най-общо енергийният поток в клетката може да бъде представен по следния начин (Фигура 5.3.)
| ХРАНА |
| ЗАХАР, МАСТНИ КИСЕЛИНИ, АМИНОКИСЕЛИНИ |
| клетъчно дишане |
| АТФ |
| CO 2, H 2 O, NH 3 |
| ХИМИЧЕСКА, МЕХАНИЧНА, ЕЛЕКТРИЧЕСКА, ОСМОТИЧНА РАБОТА |
| ADP + H 3 RO 4 |
Фиг.5.3. Енергиен поток в клетката
химическа работа: биосинтеза в клетката на протеини, нуклеинови киселини, мазнини, полизахариди.
механична работа: свиване на мускулните влакна, биене на ресничките, разминаване на хромозомите по време на митоза.
електрическа работа- поддържане на потенциалната разлика през клетъчната мембрана.
Осмотична работа- поддържане на градиенти на веществото в клетката и нейната среда.