Asimilacija i disimilacija su suprotni metabolički procesi. Dajte uporedni opis procesa asimilacije i disimilacije u ćeliji i pokažite njihov odnos
Metabolizam i njegove vrste
Osigurava postojanost unutrašnjeg okruženja tijela u promjenjivim uslovima postojanja - homeostaza . Metabolizam se sastoji od dva međusobno povezana i međusobno suprotna procesa. To su procesi disimilacija , u kojem dolazi do razgradnje organskih supstanci, a oslobođena energija se koristi za sintezu molekula ATP-a, te procese asimilacija, u kojoj se energija ATP-a koristi za sintezu vlastitih jedinjenja potrebnih tijelu.
Proces disimilacije se također naziva katabolizam i energetski metabolizam . A nazivaju se i procesi asimilacije anabolizam i plastični metabolizam . Takvo obilje sinonima za isti koncept nastalo je jer su metaboličke reakcije proučavali naučnici različitih specijalnosti:
- biohemičari,
- fiziolozi,
- citologija,
- genetika,
- molekularni biolozi.
Ali sva imena i termini su se ukorijenili i naučnici ih aktivno koriste.
Oblici snabdijevanja živim organizmima energijom
Za sve žive organizme na Zemlji, Sunce je glavni izvor energije. Zahvaljujući njemu organizmi zadovoljavaju svoje energetske potrebe.
Organizmi koji mogu sintetizirati organska jedinjenja iz neorganskih jedinjenja nazivaju se autotrofi. Podijeljeni su u dvije grupe. Neki su u stanju da koriste energiju sunčeve svetlosti. To su fotosintetici ili fototrofi. To su uglavnom zelene biljke, cijanobakterije (plavo-zelene alge).
Druga grupa autotrofa koristi energiju koja se oslobađa tokom hemijskih reakcija. Takvi organizmi se nazivaju kemotrofi ili kemosintetici.
Gljive, većina životinja i bakterija ne mogu same sintetizirati organske tvari. Takvi organizmi se nazivaju heterotrofi. Za njih kao izvor energije služe organska jedinjenja koja sintetiziraju autotrofi. Živi organizmi koriste energiju za hemijske, mehaničke, termičke i električne procese.
Pripremna faza energetskog metabolizma
Razmjena energije je konvencionalno podijeljena u tri glavne faze. Prva faza se zvala pripremna. U ovoj fazi, makromolekule se pod uticajem enzima razlažu do monomera. U toku reakcija oslobađa se prilično mala količina energije koja se raspršuje u obliku topline.
Anoksična faza energetskog metabolizma
Anoksična (anaerobna) faza energetskog metabolizma se javlja u ćelijama. Monomeri koji su nastali u prethodnoj fazi (glukoza, glicerol, itd.) prolaze dalje višestepeno cijepanje bez pristupa kisiku. Glavna stvar u ovoj fazi je proces cijepanja molekule glukoze na molekule pirogrožđane ili mliječne kiseline uz formiranje dva ATP molekula.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_3H_6O_3 + 2ATP + 2H_2O$
Tokom ove reakcije (reakcija glikolize) oslobađa se oko 200$ kJ energije. Međutim, ne pretvara se sve u toplinu. Dio se koristi za sintezu dvije energetski bogate (makroergijske) fosfatne veze u ATP molekulima. Glukoza se takođe razgrađuje tokom alkoholne fermentacije.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP + 2H_2O$
Osim alkohola, postoje i vrste fermentacije bez kisika kao što su maslačna i mliječna kiselina.
Faza energetskog metabolizma kisika
U ovoj fazi, spojevi koji nastaju u fazi bez kisika oksidiraju se do konačnih produkta reakcije - ugljičnog dioksida i vode. Engleski biohemičar Adolph Krebs u 1937$ otkrio je slijed transformacija organskih kiselina u mitohondrijskom matriksu. U njegovu čast, kombinacija ovih reakcija je nazvana Krebsov ciklus.
Napomena 1
Potpuna oksidacija molekula mliječne ili pirogrožđane kiseline nastalih tokom anaerobnog procesa do ugljičnog dioksida i vode praćena je oslobađanjem 2800$ kJ energije. Ova količina je dovoljna za sintezu 36$ ATP molekula ($18$ puta više nego u prethodnoj fazi).
Ukupna jednadžba za fazu metabolizma energije kisikom izgleda ovako:
$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36ADP + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36ATP$
Sumirajući, možemo napisati ukupnu jednačinu razmjene energije:
$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38ATP$
U završnoj fazi, produkti metabolizma se uklanjaju iz tijela.
PLAN LEKCIJE
Tema: Asimilacija i disimilacija. Metabolizam.
Puno ime Muratova Gulnaz Raushanovna
Mjesto rada MBOU "Srednja škola Nizhnebishevskaya"
Radno mjesto nastavnik biologije
Predmet biologije
6. Osnovni udžbenik Biologija. Uvod u opću biologiju i ekologiju. 9. razred: udžbenik. za obrazovne ustanove / A.A. Kamensky, E.A. Kriksunov, V.V. Pasechnik - 11. izd., stereotip - M.: Drfa, 2010.
Svrha lekcije:
Upoznati učenike sa pojmom "metabolizam u organizmu", asimilacija, disimilacija, metabolizam.
Ciljevi lekcije:
Obrazovni: konkretizirati znanje o metabolizmu (metabolizmu) kao svojstvu živih organizama, upoznati dvije strane razmjene, identifikovati opšte obrasce metabolizma; uspostaviti povezanost plastične i energetske razmjene na različitim nivoima organizacije življenja i njihovu povezanost sa okolinom.
Razvijanje: formiranje sposobnosti da se istakne suština procesa u gradivu koje se proučava; generalizovati i upoređivati, donositi zaključke; rad sa tekstom, dijagramima, drugim izvorima;
ostvarivanje kreativnog potencijala učenika, razvoj samostalnosti.
Obrazovni: koristeći stečeno znanje razumjeti izglede za praktičnu upotrebu fotosinteze; razumiju utjecaj metabolizma na očuvanje i promociju zdravlja.
Oprema: kompjuter, projektor, prezentacija.
Vrsta lekcije: učenje novog gradiva.
Oblici studentskog rada: samostalan rad sa udžbenikom, samostalni rad za tablom, frontalni rad.
Tokom nastave
Organiziranje vremena.
II. Ponavljanje gradiva
Provjera ispravnosti popunjavanja tabele "Poređenje strukture eukariotskih i prokariotskih ćelija." (Odgovor učenika za tablom.)
Frontalna diskusija o:
Koja je uloga spora kod prokariota? Po čemu se razlikuje od eukariotskih spora?
Uspoređujući strukturu i životne procese eukariota i prokariota, istaknite znakove koji nam omogućavaju da pretpostavimo koje su stanice povijesno starije, a koje mlađe.
Šta su enzimi? Koja je njihova uloga u organizmu?
Šta je metabolizam? Navedite primjere metabolizma u tijelu.
III. Učenje novog gradiva.
Zadatak: uporedi dvije definicije, utvrdi da li su različite ili slične. Kako to možete objasniti?
Metabolizam se sastoji od dva međusobno povezana procesa - anabolizma i katabolizma.
1. U toku asimilacije, složeni molekuli se sintetišu iz jednostavnih molekula prekursora ili iz molekula supstanci koje dolaze iz spoljašnje sredine.
2. Najvažniji procesi asimilacije su sinteza proteina i nukleinskih kiselina (tipična za sve organizme) i sinteza ugljikohidrata (samo u biljkama, nekim bakterijama i cijanobakterijama).
3. U procesu asimilacije prilikom formiranja složenih molekula, energija se akumulira, uglavnom u obliku hemijskih veza.
1. Kada se hemijske veze razbiju u molekulima organskih jedinjenja, energija se oslobađa i pohranjuje u obliku ATP-a.
2. Sinteza ATP-a kod eukariota se odvija u mitohondrijima i hloroplastima, a kod prokariota - u citoplazmi, na membranskim strukturama.
3. Disimilacija osigurava energiju svim biohemijskim procesima u ćeliji.
Svim živim stanicama stalno je potrebna energija neophodna za odvijanje raznih bioloških i kemijskih reakcija u njima. Neki organizmi za ove reakcije koriste energiju sunčeve svjetlosti (tokom fotosinteze), drugi koriste energiju kemijskih veza organskih tvari koje dolaze s hranom. Ekstrakcija energije iz prehrambenih supstanci vrši se u ćeliji cijepanjem i oksidacijom kisikom koji se isporučuje tijekom disanja. Stoga se ovaj proces naziva biološka oksidacija , ili ćelijskog disanja .
Biološka oksidacija koja uključuje kisik se naziva aerobni , bez kiseonika anaerobni . Proces biološke oksidacije je višestepeni. Istovremeno, energija se akumulira u ćeliji u obliku molekula ATP-a i drugih organskih spojeva.
IV. Konsolidacija proučenog materijala.
Šta je asimilacija? Navedite primjere reakcija sinteze u ćeliji.
Šta je disimilacija? Navedite primjere reakcija propadanja u ćeliji.
Dokazati da su asimilacija i disimilacija dvije strane jednog procesa metabolizma i energije - metabolizma.
Vježbajte. Uspostavite korespondenciju između procesa koji se odvijaju u ćelijama organizama i njihove pripadnosti asimilaciji ili disimilaciji:
| Procesi koji se odvijaju u ćelijama | Metabolizam |
|
| 1. Isparavanje vode 2. Dah 3. Razgradnja masti 4. Biosinteza proteina 5. Fotosinteza 6. Razgradnja proteina | 7.Splitting 8. Biosinteza masti 9. Sinteza 10. Hemosinteza | A - asimilacija B - disimilacija |
Odgovor: 1 - B, 2 - B, 3 - B, 4 - A, 5 - A, 6 - B, 7 - B, 8 - A, 9 - A, 10 - A.
Zadaća: Proučite § 2.8 „Asimilacija i disimilacija. Metabolizam”, odgovorite na pitanja na kraju pasusa, ponovite § 1.7.
Važnost nutrijenata
U svim organizmima koji danas žive, od najprimitivnijih do najsloženijih - ljudskog tijela - metabolizam i energija su osnova života.
U ljudskom tijelu, u njegovim organima, tkivima, ćelijama, odvija se kontinuirani proces stvaranja, formiranja složenih supstanci. Istovremeno dolazi do propadanja i uništavanja složenih organskih tvari koje čine ćelije tijela.
Rad organa prati njihovo kontinuirano obnavljanje: neke ćelije umiru, druge ih zamjenjuju. Kod odrasle osobe 1/20 epitela kože, polovina svih epitelnih ćelija digestivnog trakta, oko 25 g krvi itd. umire i zamenjuje se tokom dana.
Rast, obnova tjelesnih stanica moguća je samo ako se tijelo kontinuirano snabdijeva kisikom i hranjivim tvarima. Hranjive materije - ta zgrada, plastika materijal od kojeg je izgrađen život.
Energija je potrebna za izgradnju novih tjelesnih stanica, njihovo kontinuirano obnavljanje, za funkcionisanje organa kao što su srce, gastrointestinalni trakt, respiratorni aparat, bubrezi itd., kao i za obavljanje posla. Tijelo prima ovu energiju razgradnjom ćelijskih supstanci u procesu metabolizma.
Dakle, hranjive tvari koje ulaze u tijelo služe ne samo kao plastični, građevinski materijal, već i kao izvor energije, koja je tako neophodna za život.
Ispod metabolizam razumjeti ukupnost promjena kojima se tvari podvrgavaju od trenutka ulaska u probavni trakt do stvaranja konačnih produkata raspadanja koji se izlučuju iz tijela.
Asimilacija i disimilacija
Metabolizam je jedinstvo dva procesa: asimilacije i disimilacije. Kao rezultat procesa asimilacija Relativno jednostavni proizvodi probave, ulazeći u ćelije, prolaze kroz hemijske transformacije uz učešće enzima i postaju kao supstance neophodne organizmu. Disimilacija- razgradnju složenih organskih supstanci koje čine ćelije tijela. Dio produkata raspadanja tijelo ponovo koristi, dio se izlučuje iz tijela.
Proces disimilacije se odvija i uz učešće enzima. Tokom disimilacije oslobađa se energija. Zahvaljujući toj energiji grade se nove ćelije, obnavljaju stare, funkcioniše ljudsko srce, obavlja mentalni i fizički rad.
Procesi asimilacije i disimilacije su neodvojivi jedan od drugog. Sa intenziviranjem procesa asimilacije, posebno sa rastom mladog organizma, intenzivira se i proces disimilacije.
Transformacija supstanci
Hemijske transformacije hranjivih tvari počinju u probavnom traktu. Ovdje se složeni proteini, masti i ugljikohidrati razlažu na jednostavnije koji se mogu apsorbirati kroz crijevnu sluznicu i postati građevinski materijal u procesu asimilacije. U digestivnom traktu se tokom varenja oslobađa mala količina energije. Supstance koje su dospjele u krv i limfu kao rezultat apsorpcije dovode se u stanice, gdje prolaze kroz velike promjene. Nastale složene organske tvari dio su stanica i sudjeluju u provedbi njihovih funkcija. Energija koja se oslobađa pri razgradnji ćelijskih supstanci koristi se za život organizma. Iz njega se izlučuju produkti metabolizma različitih organa i tkiva koje tijelo ne koristi.
Uloga enzima u intracelularnom metabolizmu
Glavni procesi transformacije supstanci odvijaju se unutar ćelija našeg tijela. Ovi procesi leže u osnovi intracelularno razmjena. Brojni stanični enzimi igraju odlučujuću ulogu u unutarćelijskom metabolizmu. Zbog njihove aktivnosti dolazi do složenih transformacija sa ćelijskim supstancama, unutarmolekularne kemijske veze u njima se prekidaju, što dovodi do oslobađanja energije. Ovdje su od posebnog značaja reakcije oksidacije i redukcije. Krajnji proizvodi oksidacijskih procesa u ćeliji su ugljični dioksid i voda. Uz učešće posebnih enzima, provode se i druge vrste hemijskih reakcija u ćeliji.
Energija koja se oslobađa tokom ovih reakcija koristi se za izgradnju novih supstanci u ćeliji, za održavanje vitalnih procesa organizma. Glavni akumulator i nosilac energije koji se koristi u mnogim sintetičkim procesima je adenozin trifosforna kiselina (ATP). ATP molekul sadrži tri ostatka fosforne kiseline. ATP se koristi u svim metaboličkim reakcijama koje zahtijevaju energiju. U ovom slučaju se prekida hemijska veza sa jednim ili dva ostatka fosforne kiseline u molekulu ATP-a, oslobađajući uskladištenu energiju (eliminacija jednog ostatka fosforne kiseline dovodi do oslobađanja oko 42.000 J po 1 grama molekula).
nutrijenti koji su ušli u tijelo prolaze kroz složene promjene i pretvaraju se u tvari samog tijela, njegovih tkiva. Procesi nastajanja od jednostavnih jedinjenja (koje u organizam ulaze iz probavnog aparata) u složene, kao i procesi rasta i stvaranja novih ćelija i tkiva nazivaju se plastični procesi, a apsorpcija hranljivih materija u organizmu se naziva asimilacija . Asimilacijom hranljivih materija, telo sa njima dobija zalihe latentne energije.
Ova energija može poslužiti kao izvor vitalne aktivnosti tkiva. Na primjer, mišićna kontrakcija nastaje zbog latentne energije koju prima mišićno tkivo zajedno sa asimiliranim supstancama, a ovisi o transformaciji latentne energije u mehaničku; povećanje mišićne temperature nastaje pretvaranjem latentne energije u toplinu.
Istovremeno, u tijelu, u vezi s njegovim radom, dolazi do cijepanja tvari, njihovog djelomičnog uništenja, uslijed čega se složene tvari razgrađuju i oksidiraju do jednostavnijih. Proces propadanja, uništavanja tjelesnih supstanci naziva se disimilacija . U procesu disimilacije, latentna energija se pretvara u efektivnu, uglavnom mehaničku i toplinsku. Istovremeno se u mišićima razgrađuju glikogen i druge tvari i nastaju produkti metabolizma (mliječna, fosforna kiselina itd.). Podvrgnuti konačnoj oksidaciji, ovi metabolički proizvodi se pretvaraju u ugljični dioksid i vodu i izlučuju iz tijela.
Neke od metaboličkih proizvoda tijelo može ponovo iskoristiti. Proces asimilacije vodi do akumulacije supstanci, povećati ih u tijelu; procesi disimilacije vode do smanjenja i rasipanja rezervi supstanci i energije.
Procesi asimilacije i disimilacije uključuju različite enzimi. Gotovo svi biološki procesi koji se odvijaju u tijelu nekako su povezani s njihovom aktivnošću. Svaki enzim aktivira samo određene kemijske reakcije. Sami enzimi također nastaju kao rezultat aktivnosti stanica i, posljedično, metabolizma.
Povreda aktivnosti enzima povlači ozbiljne posljedice za tijelo, sve do njegove smrti zbog metaboličkih poremećaja.
Asimilacija i disimilacija su dva suprotna procesa, ali su oba neraskidivo povezana jedan s drugim. Ako bi procesi asimilacije u tijelu prestali, onda bi nakon nekog vremena disimilacija dovela do potpune iscrpljenosti i uništenja tkiva.
Ukupnost procesa transformacije tvari koji se odvijaju u tijelu, uključujući procese asimilacije i disimilacije, naziva se metabolizam.
Ćelija kao strukturna i funkcionalna jedinica živog je otvoreni sistem, tj. stalno izmjenjuje materiju i energiju sa okolinom.
Pod ćelijskim metabolizmom podrazumijeva se kontinuirani dotok tvari u ćeliju iz vanjskog okruženja, kemijska transformacija ovih supstanci i oslobađanje konačnih produkata kemijskih reakcija.
Funkcije ćelijskog metabolizma:
1. Obezbjeđivanje ćelije građevinskim materijalom neophodnim za formiranje ćelijskih struktura;
2. Snabdijevanje ćelije energijom koja se koristi za životne procese (sinteza supstanci, transport supstanci i sl.);
3. Očuvanje relativne konstantnosti sastava i fizičko-hemijskih svojstava ćelija;
4. Samoobnavljanje ćelija i tkiva.
Razlikovati eksternu razmjenu– apsorpcija i oslobađanje supstanci, i interna razmena- hemijska transformacija ovih supstanci u ćeliji.
interna razmjena, ili metabolizam, je kombinacija dvije suprotne reakcije: anaboličke i kataboličke.
Anaboličke reakcije- to su reakcije sinteze složenih organskih tvari iz jednostavnijih. Oni teku uz potrošnju energije, osiguravajući postojanost sastava ćelija i tkiva tijela. Kombinacija ovih reakcija se naziva asimilacija ili plastična zamjena. Primjer asimilacije može biti biosinteza proteina, sinteza ugljikohidrata iz vode i ugljičnog dioksida tokom fotosinteze, sinteza nukleotida, DNK, RNK, polisaharida, lipida i drugih spojeva.
kataboličke reakcije- to su reakcije cijepanja složenih organskih tvari (masti, bjelančevina i ugljikohidrata) na jednostavnije uz oslobađanje energije, čiji značajan dio odlazi na stvaranje ATP-a. Ove reakcije se često nazivaju razmjena energije, ili disimilacija.
Kombinacija reakcija asimilacije i disimilacije čini osnovu života ćelije, a samim tim i tkiva, organa i organizma u celini.
| energije |
| ATP-potrošeno |
| Formira se ATP |
| ATP (adenozin trifosfat) |
Rice. 5.1. Metabolizam i ATP u ćeliji
ATP + H 2 O ↔ ADP + H 3 RO 4 + 40 kJ
Procesi asimilacije nisu uvijek u skladu sa procesima disimilacije. U periodu intenzivnog rasta i razvoja organizma dominiraju procesi asimilacije. Naprotiv, sa starenjem, intenzivnim fizičkim radom, nedostatkom nutrijenata, procesi disimilacije prevladavaju nad procesima asimilacije.
Razlikovati autotrofna i heterotrofna asimilacija. U heterotrofnoj asimilaciji (životinje, gljive) kao izvor energije služe prehrambene supstance (hemijska energija), u autotrofnoj asimilaciji - svetlosna energija koja se koristi za fotosintezu (slika 5.2.)
Sl.5.2. Metabolizam i energija u autotrofnim i heterotrofnim stanicama
Od sl. 5.2. Vidi se da postojanje života na Zemlji zavisi od energije Sunca i njenih složenih transformacija u auto- i heterotrofnim ćelijama organizama. U pojednostavljenom obliku, tok energije u divljim životinjama može se predstaviti na sljedeći način:
1. Sunčeva energija → autotrofi → organske supstance → ATP → različiti oblici rada.
2. Sunčeva energija → autotrofi → organske supstance → heterotrofi → ATP → različiti oblici rada
Autotrofi- sami sintetiziraju organske tvari iz neorganskih.
Heterotrofi- koristiti gotove organske tvari koje sintetiziraju drugi organizmi.
Protok energije u ćeliji
Protok energije u ćeliji zasniva se na procesima ishrane organizama i ćelijskog disanja.
1. Ishrana- proces sticanja materije i energije od strane živih organizama.
2. Ćelijsko disanje- proces kojim živi organizmi oslobađaju energiju iz organskih tvari bogatih njome prilikom njihovog enzimskog cijepanja (disimilacije) na jednostavnije. Ćelijsko disanje može biti aerobno ili anaerobno.
3. Aerobno disanje- energija se dobija uz učešće kiseonika u procesu cijepanja organskih materija. Naziva se i kisikom (aerobnom) fazom energetskog metabolizma.
Anaerobno disanje- dobijanje energije iz hrane bez upotrebe slobodnog atmosferskog kiseonika. Generalno, protok energije u ćeliji se može predstaviti na sljedeći način (slika 5.3.)
| HRANA |
| ŠEĆER, MASNE KISELINE, AMINOKISELINE |
| ćelijskog disanja |
| ATP |
| CO 2, H 2 O, NH 3 |
| HEMIJSKI, MAŠINSKI, ELEKTRIČNI, OSMOTSKI RADOVI |
| ADP + H 3 RO 4 |
Sl.5.3. Protok energije u ćeliji
hemijski rad: biosinteza u ćeliji proteina, nukleinskih kiselina, masti, polisaharida.
mehanički rad: kontrakcija mišićnih vlakana, lupanje cilija, divergencija hromozoma tokom mitoze.
elektro radovi- održavanje razlike potencijala kroz ćelijsku membranu.
Osmotski rad- održavanje gradijenata supstance u ćeliji i njenoj okolini.