Az asszimiláció és a disszimiláció ellentétes anyagcsere-folyamatok. Adjon összehasonlító leírást a sejtben zajló asszimilációs és disszimilációs folyamatokról, és mutassa be kapcsolatukat
Az anyagcsere és típusai
Biztosítja a test belső környezetének állandóságát a változó létfeltételek között - homeosztázis . Az anyagcsere két egymással összefüggő és egymással ellentétes folyamatból áll. Ezek folyamatok disszimiláció , amelyben a szerves anyagok lebomlása megy végbe és a felszabaduló energiát az ATP molekulák szintézisére, illetve a folyamatokra fordítják. asszimiláció, amelyben az ATP energiáját a szervezet számára szükséges saját vegyületeinek szintetizálására használják fel.
A disszimiláció folyamatát is nevezik katabolizmus és energia-anyagcsere . És az asszimilációs folyamatokat is ún anabolizmus és plasztikus anyagcsere . Ugyanazon fogalom szinonimáinak ilyen sokasága azért merült fel, mert a metabolikus reakciókat különböző szakterületek tudósai tanulmányozták:
- biokémikusok,
- fiziológusok,
- citológia,
- genetika,
- molekuláris biológusok.
De minden név és kifejezés gyökeret vert, és a tudósok aktívan használják.
Az élő szervezetek energiaellátásának formái
A Földön élő összes élőlény számára a Nap a fő energiaforrás. Neki köszönhető, hogy az élőlények kielégítik energiaszükségleteiket.
Azokat a szervezeteket, amelyek szervetlen vegyületekből szerves vegyületeket tudnak szintetizálni, autotrófoknak nevezzük. Két csoportra oszthatók. Vannak, akik képesek a napfény energiáját felhasználni. Ezek fotoszintetikus anyagok vagy fototrófok. Ezek főleg zöld növények, cianobaktériumok (kék-zöld algák).
Az autotrófok egy másik csoportja a kémiai reakciók során felszabaduló energiát használja fel. Az ilyen szervezeteket kemotrófoknak vagy kemoszintetikusoknak nevezik.
A gombák, a legtöbb állat és baktérium nem képes önmagukban szerves anyagokat szintetizálni. Az ilyen szervezeteket heterotrófoknak nevezzük. Számukra az autotrófok által szintetizált szerves vegyületek szolgálnak energiaforrásként. Az energiát az élő szervezetek kémiai, mechanikai, termikus és elektromos folyamatokhoz használják fel.
Az energia-anyagcsere előkészítő szakasza
Az energiacserét hagyományosan három fő szakaszra osztják. Az első szakaszt előkészítőnek nevezték. Ebben a szakaszban a makromolekulák enzimek hatására monomerekké bomlanak le. A reakciók során meglehetősen kis mennyiségű energia szabadul fel, amely hő formájában disszipálódik.
Az energia-anyagcsere anoxikus szakasza
A sejtekben az energia-anyagcsere anoxikus (anaerob) szakasza következik be. Az előző szakaszban képződött monomerek (glükóz, glicerin stb.) további többlépcsős hasításon mennek keresztül anélkül, hogy oxigénhez jutnának. Ebben a szakaszban a fő dolog a glükózmolekula piruvics- vagy tejsavmolekulákká történő felosztása két ATP-molekula képződésével.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_3H_6O_3 + 2ATP + 2H_2O$
E reakció (glikolízis reakció) során körülbelül 200 $ kJ energia szabadul fel. Azonban nem minden alakul hővé. Ennek egy részét két energiában gazdag (makroerg) foszfátkötés szintézisére használják az ATP-molekulákban. A glükóz az alkoholos erjedés során is lebomlik.
$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP + 2H_2O$
Az alkoholon kívül léteznek olyan oxigénmentes fermentációs típusok is, mint a vajsav és a tejsav.
Az energia-anyagcsere oxigén szakasza
Ebben a szakaszban az oxigénmentes szakaszban képződött vegyületek a végső reakciótermékekké - szén-dioxiddá és vízzé - oxidálódnak. Adolph Krebs angol biokémikus 1937 dollárban fedezte fel a szerves savak átalakulási sorrendjét a mitokondriális mátrixban. Tiszteletére e reakciók kombinációját Krebs-ciklusnak nevezték el.
Megjegyzés 1
Az anaerob folyamat során keletkező tej- vagy piroszőlősavmolekulák szén-dioxiddá és vízzé történő teljes oxidációja 2800 $ kJ energia felszabadulásával jár. Ez a mennyiség 36 dolláros ATP molekula szintéziséhez elegendő (18 dollárral több, mint az előző szakaszban).
Az energia-anyagcsere oxigénszakaszának általános egyenlete így néz ki:
2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36ADP + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36 ATP
Összegezve felírhatjuk az energiacsere teljes egyenletét:
$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38ATP$
A végső szakaszban az anyagcsere termékeit eltávolítják a szervezetből.
TANTERV
Téma: Asszimiláció és disszimiláció. Anyagcsere.
Teljes neve Muratova Gulnaz Raushanovna
Munkavégzés helye MBOU "Nizsnebishevskaya középiskola"
Biológia szakos tanár
Biológia tantárgy
6. Biológia alaptankönyv. Bevezetés az általános biológiába és ökológiába. 9. évfolyam: tankönyv. oktatási intézmények számára / A.A. Kamensky, E.A. Kriksunov, V.V. Pasechnik. - 11. kiadás, sztereotípia. - M .: Bustard, 2010
Az óra célja:
Megismertetni a hallgatókkal a „testanyagcsere”, az asszimiláció, disszimiláció, anyagcsere fogalmát.
Az óra céljai:
Oktatási: az anyagcserével (anyagcserével), mint az élő szervezetek sajátságával kapcsolatos ismeretek konkretizálása, a csere két oldalának megismertetése, az anyagcsere általános mintázatainak azonosítása; az élők különböző szerveződési szintjein a műanyag- és energiacsere kapcsolatának és a környezettel való kapcsolatának megteremtése.
Fejlesztés: a folyamat lényegének kiemelésére való képesség kialakítása a vizsgált anyagban; általánosítani és összehasonlítani, következtetéseket levonni; szöveggel, diagramokkal, egyéb forrásokkal dolgozni;
a tanulókban rejlő kreatív potenciál megvalósítása, az önállóság fejlesztése.
Oktatási: a megszerzett ismeretek felhasználásával ismerje meg a fotoszintézis gyakorlati felhasználásának lehetőségeit; megérteni az anyagcsere hatását az egészség megőrzésére és elősegítésére.
Felszerelés: számítógép, projektor, prezentáció.
Az óra típusa:új anyagok tanulása.
A diákmunka formái:önálló munka tankönyvvel, egyéni munka a táblánál, frontális munka.
Az órák alatt
Idő szervezése.
II. Az anyag ismétlése
Az "Eukarióta és prokarióta sejtek szerkezetének összehasonlítása" táblázat kitöltésének helyességének ellenőrzése. (A tanuló válaszol a táblára.)
Előzetes megbeszélés erről:
Mi a szerepe a spóráknak a prokariótákban? Miben különbözik az eukarióta spóráktól?
Az eukarióták és prokarióták szerkezetének és életfolyamatainak összehasonlítása során emelje ki azokat a jeleket, amelyek alapján feltételezhetjük, hogy történelmileg mely sejtek idősebbek és melyek fiatalabbak.
Mik azok az enzimek? Mi a szerepük a szervezetben?
Mi az anyagcsere? Mondjon példákat a szervezet anyagcseréjére!
III. Új anyagok tanulása.
Feladat: hasonlítson össze két definíciót, keresse meg, hogy különböznek-e vagy hasonlóak. Hogyan magyarázhatja ezt?
Az anyagcsere két egymással összefüggő folyamatból áll - az anabolizmusból és a katabolizmusból.
1. Az asszimiláció során egyszerű prekurzor molekulákból vagy a külső környezetből származó anyagok molekuláiból összetett molekulák szintetizálódnak.
2. Az asszimiláció legfontosabb folyamatai a fehérjék és nukleinsavak szintézise (minden szervezetre jellemző) és a szénhidrátok szintézise (csak növényekben, egyes baktériumokban és cianobaktériumokban).
3. A komplex molekulák képződése során az asszimilációs folyamat során energia halmozódik fel, főleg kémiai kötések formájában.
1. Amikor a kémiai kötések felszakadnak a szerves vegyületek molekuláiban, energia szabadul fel és raktározódik ATP formájában.
2. Az ATP szintézise eukariótákban a mitokondriumokban és a kloroplasztiszokban, a prokariótákban pedig a citoplazmában, a membránszerkezeteken történik.
3. A disszimiláció a sejtben zajló összes biokémiai folyamatot energiával látja el.
Minden élő sejtnek folyamatosan szüksége van a különféle biológiai és kémiai reakciók lefolyásához szükséges energiára. Egyes organizmusok a napfény energiáját használják fel ezekhez a reakciókhoz (a fotoszintézis során), mások a táplálékkal érkező szerves anyagok kémiai kötéseinek energiáját. Az élelmiszer-anyagokból az energia kinyerése a sejtben úgy történik, hogy azokat a légzés során szállított oxigénnel felosztják és oxidálják. Ezért ezt a folyamatot ún biológiai oxidáció , vagy sejtlégzés .
Az oxigén részvételével zajló biológiai oxidációt nevezzük aerobic , oxigén nélkül anaerob . A biológiai oxidáció folyamata többlépcsős. Ugyanakkor a sejtben energia halmozódik fel ATP molekulák és más szerves vegyületek formájában.
IV. A tanult anyag konszolidációja.
Mi az asszimiláció? Mondjon példákat a sejtekben zajló szintézisreakciókra!
Mi a disszimiláció? Mondjon példákat a sejtben zajló bomlási reakciókra!
Bizonyítsuk be, hogy az asszimiláció és a disszimiláció egyetlen anyagcsere- és energia-anyagcsere-folyamat két oldala.
Gyakorlat. Összefüggés megállapítása az élőlények sejtjeiben zajló folyamatok és azok asszimilációhoz vagy disszimilációhoz való tartozása között:
| A sejtekben lezajló folyamatok | Anyagcsere |
|
| 1. Víz párolgása 2. Lélegzet 3. A zsírok lebontása 4. Fehérjék bioszintézise 5. Fotoszintézis 6. A fehérjék lebontása | 7.Felosztás 8. Zsírok bioszintézise 9. Szintézis 10. Kemoszintézis | A - asszimiláció B - disszimiláció |
Válasz: 1 – B, 2 – B, 3 – B, 4 – A, 5 – A, 6 – B, 7 – B, 8 – A, 9 – A, 10 – A.
Házi feladat: Tanulmány § 2.8 „Asszimiláció és disszimiláció. Anyagcsere”, válaszoljon a bekezdés végén található kérdésekre, ismételje meg az 1.7. §-t.
A tápanyagok jelentősége
Minden ma élő szervezetben, a legprimitívebbtől a legbonyolultabbig - az emberi szervezetben - az anyagcsere és az energia az élet alapja.
Az emberi szervezetben, szerveiben, szöveteiben, sejtjeiben folyamatos a teremtési folyamat, a komplex anyagok képződése. Ugyanakkor a szervezet sejtjeit alkotó összetett szerves anyagok bomlása és megsemmisülése következik be.
A szervek munkáját folyamatos megújulásuk kíséri: egyes sejtek elhalnak, mások pótolják őket. Felnőtteknél a bőr hámjának 1/20-a, az emésztőrendszer összes hámsejtjének fele, körülbelül 25 g vér stb. elhal, és a nap folyamán kicserélődik.
A testsejtek növekedése, megújulása csak akkor lehetséges, ha a szervezetet folyamatosan oxigénnel és tápanyagokkal látják el. Tápanyagok – az épület, műanyag az anyag, amelyből az élet épül.
Energiára van szükség az új testsejtek felépítéséhez, folyamatos megújulásához, olyan szervek működéséhez, mint a szív, a gyomor-bél traktus, a légzőszervek, a vese stb., valamint az ember munkavégzéséhez. Ezt az energiát a szervezet az anyagcsere-folyamat során a sejtanyagok lebontásából kapja.
Így a szervezetbe kerülő tápanyagok nemcsak műanyagként, építőanyagként, hanem az élethez oly szükséges energiaforrásként is szolgálnak.
Alatt anyagcsere megérteni azon változások összességét, amelyeken az anyagok az emésztőrendszerbe jutásuk pillanatától a testből kiürülő végső bomlástermékek keletkezéséig mennek keresztül.
Asszimiláció és disszimiláció
Az anyagcsere két folyamat egysége: az asszimiláció és a disszimiláció. A folyamat eredményeként asszimiláció A sejtekbe jutó viszonylag egyszerű emésztési termékek enzimek részvételével kémiai átalakuláson mennek keresztül, és olyanná válnak, mint a szervezet számára szükséges anyagok. Disszimiláció- a szervezet sejtjeit alkotó összetett szerves anyagok lebontása. A bomlástermékek egy részét a szervezet újra felhasználja, egy része kiürül a szervezetből.
A disszimilációs folyamat szintén enzimek részvételével megy végbe. A disszimiláció során energia szabadul fel. Ennek az energiának köszönhető, hogy új sejtek épülnek, a régiek megújulnak, az emberi szívműködés, szellemi és fizikai munka folyik.
Az asszimilációs és disszimilációs folyamatok elválaszthatatlanok egymástól. Az asszimilációs folyamat felerősödésével, különösen egy fiatal szervezet növekedésével a disszimilációs folyamat is felerősödik.
Anyagok átalakulása
A tápanyagok kémiai átalakulása az emésztőrendszerben kezdődik. Itt az összetett fehérjék, zsírok és szénhidrátok egyszerűbbekre bomlanak le, amelyek a bélnyálkahártyán keresztül felszívódnak, és az asszimiláció során építőanyaggá válnak. Az emésztőrendszerben az emésztés során kis mennyiségű energia szabadul fel. A felszívódás következtében a vérbe és a nyirokba került anyagok a sejtekbe kerülnek, ahol nagy változásokon mennek keresztül. Az így létrejövő komplex szerves anyagok a sejtek részét képezik, és részt vesznek azok funkcióinak végrehajtásában. A sejtanyagok lebontása során felszabaduló energiát a szervezet életéhez használják fel. A különböző szervek és szövetek anyagcseretermékei, amelyeket a szervezet nem használ fel, kiürülnek belőle.
Az enzimek szerepe az intracelluláris anyagcserében
Az anyagok átalakulásának fő folyamatai testünk sejtjein belül zajlanak. Ezek a folyamatok alapozzák meg intracelluláris csere. Számos sejtenzim játszik meghatározó szerepet az intracelluláris anyagcserében. Tevékenységüknek köszönhetően a sejtanyagokkal komplex átalakulások mennek végbe, a bennük lévő intramolekuláris kémiai kötések megszakadnak, ami energia felszabadulásához vezet. Itt különösen fontosak az oxidációs és redukciós reakciók. A sejtben zajló oxidációs folyamatok végtermékei a szén-dioxid és a víz. Speciális enzimek részvételével más típusú kémiai reakciókat is végrehajtanak a sejtben.
A reakciók során felszabaduló energiát a sejtben új anyagok felépítésére, a szervezet létfontosságú folyamatainak fenntartására fordítják. A számos szintetikus folyamatban használt fő akkumulátor és energiahordozó az adenozin-trifoszforsav (ATP). Az ATP-molekula három foszforsav-maradékot tartalmaz. Az ATP-t minden energiát igénylő anyagcsere-reakcióban használják. Ebben az esetben az ATP-molekulában lévő egy vagy két foszforsav-maradékkal felbomlik a kémiai kötés, felszabadítva a tárolt energiát (egy foszforsavmaradék eltávolítása körülbelül 42 000 J felszabadulásához vezet 1 gramm molekulánként).
a szervezetbe került tápanyagok összetett változásokon mennek keresztül, és magának a szervezetnek, szöveteinek anyagaivá alakulnak. Az egyszerű vegyületekből (az emésztőrendszerből bejutott) összetettekké képződési folyamatokat, valamint a növekedési és új sejtek és szövetek képződési folyamatait plasztikus folyamatoknak, a tápanyagok szervezet általi felszívódását pedig ún. asszimiláció . A tápanyagok asszimilációja, a szervezet látens energiaraktárat kap velük.
Ez az energia a szövetek létfontosságú tevékenységének forrásaként szolgálhat. Például, izomösszehúzódás az izomszövet által az asszimilált anyagokkal együtt kapott látens energia miatt következik be, és a látens energia mechanikaivá történő átalakulásától függ; az izomhőmérséklet emelkedése a látens energia hővé alakulásából következik be.
Ugyanakkor a szervezetben a munkájával összefüggésben az anyagok felhasadása, részleges megsemmisülése következik be, melynek következtében az összetett anyagok lebomlanak és egyszerűbbekké oxidálódnak. A bomlás folyamatát, a test anyagainak pusztulását ún disszimiláció . A disszimiláció során a látens energia effektív, főként mechanikai és termikussá alakul. Ugyanakkor az izmokban a glikogén és más anyagok lebomlanak, és anyagcseretermékek (tejsav, foszforsav stb.) keletkeznek. A végső oxidációnak kitéve ezek az anyagcseretermékek szén-dioxiddá és vízzé alakulnak, és kiválasztódnak a szervezetből.
Az anyagcseretermékek egy részét a szervezet újra felhasználhatja. Az asszimilációs folyamat vezet anyagok felhalmozódására, növeli őket a szervezetben; disszimilációs folyamatok vezetnek az anyag- és energiatartalékok csökkentésére és pazarlására.
Az asszimilációs és disszimilációs folyamatok sokfélét tartalmaznak enzimek. A szervezetben végbemenő szinte minden biológiai folyamat valamilyen módon kapcsolódik tevékenységükhöz. Mindegyik enzim csak bizonyos kémiai reakciókat aktivál. Maguk az enzimek is a sejttevékenység és ennek következtében az anyagcsere eredményeként keletkeznek.
Az enzimek aktivitásának megsértése súlyos következményekkel jár a szervezetre nézve, egészen az anyagcserezavarok miatti halálig.
Az asszimiláció és a disszimiláció két ellentétes folyamat, de mindkettő elválaszthatatlanul összefügg egymással. Ha a szervezetben az asszimilációs folyamatok megszűnnek, akkor egy idő után a disszimiláció a szövetek teljes kimerüléséhez és pusztulásához vezet.
A szervezetben előforduló anyagok átalakulási folyamatainak összességét, beleértve az asszimilációs és disszimilációs folyamatokat, anyagcserének nevezzük.
A sejt mint az élők szerkezeti és funkcionális egysége nyitott rendszer, i.e. folyamatosan anyagot és energiát cserél a környezettel.
A sejtanyagcsere alatt az anyagoknak a külső környezetből a sejtbe történő folyamatos áramlását, ezen anyagok kémiai átalakulását és a kémiai reakciók végtermékeinek felszabadulását értjük.
A sejtanyagcsere funkciói:
1. A sejt biztosítása a sejtes szerkezetek kialakításához szükséges építőanyaggal;
2. A sejt energiával való ellátása, amelyet életfolyamatokhoz (anyagszintézis, anyagszállítás stb.) használnak fel;
3. A sejtek összetételének és fizikai-kémiai tulajdonságainak relatív állandóságának megőrzése;
4. A sejtek és szövetek önmegújulása.
Megkülönböztetni külső csere– anyagok felszívódása és felszabadulása, valamint belső csere- ezen anyagok kémiai átalakulása a sejtben.
belső csere, ill anyagcsere, két ellentétes reakció kombinációja: anabolikus és katabolikus.
Anabolikus reakciók- ezek összetett szerves anyagok egyszerűbbekből történő szintézisének reakciói. Energiafelhasználással áramlanak, biztosítva a szervezet sejtjeinek és szöveteinek összetételének állandóságát. Ezeknek a reakcióknak a kombinációját ún asszimiláció vagy műanyag csere. Az asszimilációra példa lehet a fehérje bioszintézis, a szénhidrátok szintézise vízből és szén-dioxidból a fotoszintézis során, nukleotidok, DNS, RNS, poliszacharidok, lipidek és más vegyületek szintézise.
katabolikus reakciók- ezek az összetett szerves anyagok (zsírok, fehérjék és szénhidrátok) egyszerűbbekre hasadási reakciói energia felszabadulásával, melynek jelentős része az ATP képződésére megy el. Ezeket a reakciókat gyakran nevezik energiacsere, vagy disszimiláció.
Az asszimilációs és disszimilációs reakciók kombinációja képezi a sejt, következésképpen a szövet, szerv és szervezet egészének életének alapját.
| energia |
| ATP-t fogyasztott |
| ATP képződik |
| ATP (adenozin-trifoszfát) |
Rizs. 5.1. Anyagcsere és ATP a sejtben
ATP + H 2 O ↔ ADP + H 3 RO 4 + 40 kJ
Az asszimilációs folyamatok nem mindig vannak összhangban a disszimilációs folyamatokkal. A szervezet intenzív növekedésének és fejlődésének időszakában az asszimilációs folyamatok dominálnak. Ellenkezőleg, az öregedéssel, az intenzív fizikai munkával, a tápanyaghiánnyal a disszimilációs folyamatok érvényesülnek az asszimilációs folyamatokkal szemben.
Megkülönböztetni autotróf és heterotróf asszimiláció. A heterotróf asszimilációban (állatok, gombák) a táplálékanyagok (kémiai energia) szolgálnak energiaforrásként, az autotróf asszimilációban - a fotoszintézishez használt fényenergia (5.2. ábra).
5.2. ábra. Metabolizmus és energia autotróf és heterotróf sejtekben
ábrából. 5.2. Látható, hogy a Földön az élet léte a Nap energiájától és az organizmusok auto- és heterotróf sejtjeiben végbemenő összetett átalakulásoktól függ. Leegyszerűsített formában a vadon élő állatok energiaáramlása a következőképpen ábrázolható:
1. Napenergia → autotrófok → szerves anyagok → ATP → különféle munkaformák.
2. Napenergia → autotrófok → szerves anyagok → heterotrófok → ATP → különféle munkaformák
Autotrófok- maguk szintetizálnak szerves anyagokat szervetlen anyagokból.
Heterotrófok- más élőlények által szintetizált, kész szerves anyagokat használni.
Energiaáramlás a sejtben
A sejtben az energiaáramlás az élőlények táplálkozási folyamatain és a sejtlégzésen alapul.
1. Táplálkozás- az élő szervezetek anyag- és energiaszerzési folyamata.
2. Sejtlégzés- az a folyamat, amelynek során az élő szervezetek a benne gazdag szerves anyagokból energiát szabadítanak fel enzimatikus hasadásuk (disszimilációjuk) során az egyszerűbbekre. A sejtlégzés lehet aerob vagy anaerob.
3. Aerob légzés- energiát nyernek az oxigén részvételével a szerves anyagok felosztásának folyamatában. Az energia-anyagcsere oxigén (aerob) szakaszának is nevezik.
Anaerob légzés- élelmiszerből energiát nyerni szabad légköri oxigén felhasználása nélkül. Általánosságban elmondható, hogy a cellában az energiaáramlás a következőképpen ábrázolható (5.3. ábra)
| ÉTEL |
| CUKOR, ZSÍRSAVAK, AMINOSAVAK |
| sejtlégzés |
| ATP |
| CO 2, H 2 O, NH 3 |
| VEGYI, MECHANIKAI, ELEKTROMOS, OSZMOTIKAI MUNKÁK |
| ADP + H 3 RO 4 |
5.3. ábra. Energiaáramlás a sejtben
vegyi munka: fehérjék, nukleinsavak, zsírok, poliszacharidok bioszintézise a sejtben.
gépészeti munka: izomrostok összehúzódása, csillók verése, kromoszómák divergenciája mitózis során.
elektromos munkák- a potenciálkülönbség fenntartása a sejtmembránon keresztül.
Ozmotikus munka- anyaggradiensek fenntartása a sejtben és környezetében.