Забезпечення клітин енергією. Джерела енергії. Основні процеси, що відбуваються в клітині Процеси, які забезпечують клітину необхідною енергією
Здатність до фотосинтезу - основна ознака зелених рослин. Рослини як усі живі організми повинні харчуватися, дихати, видаляти непотрібні речовини, рости, розмножуватися, реагувати зміни навколишнього середовища. Усе це забезпечується роботою відповідних органів організму. Зазвичай органи формують системи органів, які спільною роботою забезпечують виконання тієї чи іншої функції живого організму. Отже, живий організм можна як біосистему. Кожен орган у живій рослині виконує певну роботу. Коріньпоглинає з ґрунту воду з мінеральними речовинами та зміцнює рослину в ґрунті. Стебло виносить листя до світла. По стеблі пересувається вода, а також мінеральні та органічні речовини. У хлоропластах листа на світлі з неорганічних речовин утворюються органічні речовини, якими живляться клітинивсіх органів рослини. Листя випаровує воду.
Якщо порушується робота якогось одного органу організму, це може викликати порушення роботи інших органів прокуратури та всього організму. Якщо, наприклад, через корінь перестане надходити вода, то вся рослина може загинути. Якщо в рослині не утворюється достатньо хлорофілу в листі, то воно не зможе синтезувати для своєї життєдіяльності достатню кількість органічних речовин.
Таким чином, життєдіяльність організму забезпечується взаємопов'язаною роботою всіх систем органів. Життєдіяльність – це всі процеси, які протікають в організмі.
Завдяки харчуванню організм живе та росте. У процесі живлення із навколишнього середовища поглинаються необхідні речовини. Далі в організмі вони засвоюються. З ґрунту рослини поглинають воду та мінеральні речовини. Надземні зелені органи рослин із повітря поглинають вуглекислий газ. Вода та вуглекислий газ використовуються рослинами для синтезу органічних речовин, які використовуються рослиною для відновлення клітин тіла, росту та розвитку.
У процесі дихання відбувається газообмін. З довкілля поглинається кисень, та якщо з організму виділяється вуглекислий газ і пари води. Кисень необхідний всім живим клітинам вироблення енергії.
У процесі обміну речовин утворюються непотрібні організму речовини, що виділяються у навколишнє середовище.
Коли рослина досягає певних розмірів і необхідного для її виду віку, якщо вона знаходиться в досить сприятливих умовах середовища, вона приступає до розмноження. Внаслідок розмноження збільшується кількість особин.
На відміну від переважної більшості тварин рослини ростуть протягом усього життя.
Набуття організмів нових властивостей називається розвитком.
На харчування, дихання, обмін речовин, зростання та розвиток, а також розмноження впливають умови довкілля рослини. Якщо вони мало сприятливі, то рослина може погано зростати і розвиватися, його процеси життєдіяльності будуть пригнічені. Таким чином, життєдіяльність рослин залежить від довкілля.
Питання 3_Клітинна оболонка, її функції, склад, структура. Первинна та вторинна оболонка.
Клітина будь-якого організму, є цілісну живу систему. Вона складається з трьох нерозривно пов'язаних між собою частин: оболонки, цитоплазми та ядра. Оболонка клітина здійснює безпосередню взаємодію із зовнішнім середовищем та взаємодію із сусідніми клітинами (у багатоклітинних організмах). Оболонка клітин. Оболонка клітин має складну будову. Вона складається із зовнішнього шару та розташованої під ним плазматичної мембрани. У рослин, а також у бактерій, синьо-зелених водоростей та грибів на поверхні клітин розташована щільна оболонка, або клітинна стінка. У більшості рослин вона складається з клітковини. Клітинна стінка відіграє виключно важливу роль: вона є зовнішнім каркасом, захисною оболонкою, забезпечує тургор рослинних клітин: через клітинну стінку проходить вода, солі, молекули багатьох органічних речовин.
Клітинна оболонкаабо стінка - жорстка оболонка клітини, розташована зовні від цитоплазматичної мембрани та виконує структурні, захисні та транспортні функції. Виявляється у більшості бактерій, архей, грибів та рослин. Тварини та багато найпростіших не мають клітинної стінки.
Функції клітинної оболонки:
1. Транспортна функція забезпечує вибіркове регулювання обміну речовин між клітиною та зовнішнім середовищем, надходження речовин у клітину (за рахунок напівпроникності мембрани), а також регуляцію водного балансу клітини
1.1. Трансмембранний транспорт (тобто через мембрану):
- Дифузія
- Пасивний транспорт = полегшена дифузія
- Активний = виборчий транспорт (з участю АТФ та ферментів).
1.2. Транспорт у мембранній упаковці:
- Екзоцитоз – виділення речовин із клітини
- ендоцитоз (фаго-і піноцитоз) - поглинання речовин клітиною
2) Рецепторна функція.
3) Опорна («скелет»)- Підтримує форму клітини, надає міцності. Це головним чином функція клітинної стінки.
4) Ізоляція клітини(її живого вмісту) від довкілля.
5) Захисна функція.
6) Контакт із сусідніми клітинами. Об'єднання клітин у тканині.
Енергія, яку треба додатково повідомити хімічну систему, щоб “запустити” реакцію, називається енергією активації для даної реакції і служить свого роду енергетичним гребенем, який треба подолати.
У реакціях, що не каталізуються, джерелом енергії активації служать зіткнення між молекулами. Якщо молекули, що сударяються, належним чином зорієнтовані, і зіткнення досить сильне, є шанс, що вони вступать в реакцію.
Зрозуміло, чому хіміки для прискорення реакцій нагрівають колби: при підвищенні температури швидкість теплового руху та частота зіткнень зростають. Але за умов людського тіла клітину не нагрієш, це неприпустимо. А реакції йдуть, причому зі швидкостями, недосяжними під час проведення їх у пробірці. Тут працює ще один винахід природи. ферменти , Про які ми згадували раніше.
Як мовилося раніше, при хімічних перетвореннях мимоволі можуть протікати ті реакції, у яких енергія, укладена продуктах реакції менше, ніж у вихідних речовинах. Для решти реакцій необхідний приплив енергії ззовні. Мимовільну реакцію можна порівняти з падаючим вантажем. Спочатку вантаж прагне падати вниз, знижуючи тим самим свою потенційну енергію.
Так і реакція, ініційована, прагне протікати у бік утворення речовин з меншим запасом енергії. Такий процес, у ході якого може відбуватися робота, називають спонтанним.
Але якщо певним чином з'єднати два вантажі, то важчий, падаючи, підніматиме легший. І в хімічних, особливо в біохімічних процесах реакція, що протікає з виділенням енергії, може викликати перебіг пов'язаної з нею реакції, що вимагає припливу енергії ззовні. Такі реакції називають пов'язаними.
У живих організмах пов'язані реакції дуже поширені, і саме їх перебіг обумовлює всі найтонші явища, супутні для життя і свідомості. Падаючий “важкий вантаж” викликає підняття іншого, легшого, але меншу величину. Живлячись, ми поглинаємо речовини з високою якістю енергії, обумовленим Сонцем, які потім в організмі розпадаються і, зрештою, виділяються з нього, але при цьому встигають вивільнити енергію в кількості, достатній для забезпечення процесу, що називається життям.
У клітині основним енергетичним посередником, тобто "провідним колесом" життя, є аденозинтрифосфат (АТФ) . Чим цікаве це з'єднання? З біохімічної погляду АТФ - молекула середніх розмірів, здатна приєднувати чи “скидати” кінцеві фосфатні групи, у яких атом фосфору оточений атомами кисню.
Утворення АТФ походить з аденозиндифосфату (АДФ) за рахунок енергії, що вивільняється при біологічному окисленні глюкози. З іншого боку, розрив фосфатного зв'язку АТФ призводить до вивільнення великої кількості енергії. Такий зв'язок називають високоенергетичним або макроергічним. Молекула АТФ містить два зв'язки, при гідролізі яких вивільняється енергія, еквівалентна 12-14 ккал.
Невідомо, чому природа у процесі еволюції “обрала” АТФ енергетичної валютою клітини, але можна припустити кілька причин. Термодинамічно ця молекула є досить нестабільною, про що свідчить велика кількість енергії, що виділяється при її гідролізі.
Але в той же час швидкість ферментативного гідролізу АТФ у нормальних умовах дуже мала, тобто молекула АТФ має високу хімічну стабільність, забезпечуючи ефективне запасання енергії.
Малі розміри молекули АТФ дозволяють легко дифундувати в різні ділянки клітини, де необхідне підведення енергії для виконання будь-якої роботи. І, нарешті, АТФ займає проміжне положення в шкалі високоенергетичних сполук, що надає йому універсальність, дозволяючи переносити енергію від високоенергетичних сполук до низькоенергетичних.
Таким чином, АТФ - це основна універсальна форма збереження клітинної енергії, паливо клітини, доступне для використання в будь-який момент. А основним постачальником енергії в клітину, як ми вже згадували, є глюкоза , що отримується при розщепленні вуглеводів. “Згоряючи” в організмі, глюкоза утворює двоокис вуглецю та воду, і цей процес забезпечує реакції клітинного дихання та травлення. Слово “згоряє” у разі образ, полум'я всередині організму немає, а енергія видобувається багатоступінчасто хімічними методами.
На першому етапі, що протікає в цитоплазмі без участі кисню, молекула глюкози розпадається на два фрагменти (дві молекули піровиноградної кислоти), і ця стадія називається гліколізом . При цьому вивільняється 50 ккал/моль енергії (тобто 7% енергії, що міститься в глюкозі), частина якої розсіюється у вигляді тепла, а інша витрачається на утворення двох молекул АТФ.
Подальше вилучення енергії з глюкози відбувається головним чином мітохондріях - силових станціях клітини, роботу яких можна порівняти з гальванічними елементами. Тут на кожній стадії відщеплюється електрон та іон водню, і в кінцевому рахунку глюкоза розкладається до двоокису вуглецю та води.
У мітохондрії електрони та іони водню вводяться в єдиний ланцюг окислювально-відновних ферментів (дихальний ланцюг), передаючись від посередника до посередника, поки вони не з'єднаються з киснем. І на цьому етапі для окислення використовується не кисень повітря, а кисень води та оцтової кислоти.
Кисень повітря є останнім акцептором водню, завершуючи весь процес клітинного дихання, саме тому він необхідний для життя. Як відомо, взаємодія газоподібного кисню та водню супроводжується вибухом (миттєвим виділенням великої кількості енергії).
У живих організмах цього немає, оскільки газоподібного водню не утворюється, і на момент зв'язування з киснем повітря запас вільної енергії зменшується настільки, що реакція освіти води протікає цілком спокійно (дивися малюнок 1).
Глюкоза є основним, але не єдиним субстратом для вироблення енергії у клітині. Разом з вуглеводами в наш організм з їжею надходять жири, білки та інші речовини, які після розщеплення також можуть бути джерелами енергії, перетворюючись на речовини, що включаються в біохімічні реакції, що протікають у клітині.
Фундаментальні дослідження в галузі теорії інформації призвели до появи поняття інформаційної енергії (або енергії інформаційного впливу), як різниці між визначеністю та невизначеністю. Тут же хотілося б відзначити, що клітина споживає та витрачає інформаційну енергію на ліквідацію невизначеності у кожний момент свого життєвого циклу. Це зумовлює реалізації життєвого циклу без збільшення ентропії.
Порушення процесів енергетичного обміну під впливом різних впливів призводить до збоїв на окремих стадіях і внаслідок цих збоїв до порушення підсистеми життєдіяльності клітини та всього організму загалом. Якщо кількість та поширеність цих порушень перевищують компенсаторні можливості гомеостатичних механізмів в організмі, то система виходить з-під управління, клітини перестають працювати синхронно. На рівні організму це проявляється у вигляді різноманітних патологічних станів.
Так, нестача вітаміну B 1 , що бере участь у роботі деяких ферментів, призводить до блокування окислення піровиноградної кислоти, надлишок гормонів щитовидної залози порушує синтез АТФ і т.д. Смертельні наслідки при інфаркті міокарда, отруєнні чадним газом або ціаністим калієм також пов'язані з блокуванням процесу дихання клітин шляхом інгібування або роз'єднання послідовних реакцій. Через подібні механізми опосередкована і дія багатьох бактеріальних токсинів.
Таким чином, функціонування клітини, тканини, органу, системи органів чи організму як системи підтримується саморегуляторними механізмами, оптимальна течія яких, у свою чергу, забезпечується біофізичними, біохімічними, енергетичними та інформаційними процесами.
Енергія необхідна всім живим клітинам - вона використовується для різних біологічних та хімічних реакцій, що протікають у клітині. Одні організми використовують енергію сонячного світла для біохімічних процесів, - це рослини (Рис. 1), інші використовують енергію хімічних зв'язків у речовинах, одержуваних у процесі харчування, - це тваринні організми. Вилучення енергії здійснюється шляхом розщеплення та окислення цих речовин, у процесі дихання, це дихання називається біологічним окисленням,або клітинним диханням.
Мал. 1. Енергія сонячного світла
Клітинне дихання- це біохімічний процес у клітині, що протікає з участю ферментів, у результаті якого виділяється вода і вуглекислий газ, енергія запасається як макроергічних зв'язків молекул АТФ. Якщо цей процес протікає у присутності кисню, він носить назву аеробнийякщо ж він відбувається без кисню, то він називається анаеробним.
Біологічне окислення включає три основні стадії:
1. Підготовчу.
2. Безкисневу (гліколіз).
3. Повне розщеплення органічних речовин (у присутності кисню).
Речовини, що надійшли з їжею, розщеплюються до мономерів. Цей етап починається у шлунково-кишковому тракті або у лізосомах клітини. Полісахариди розпадаються на моносахариди, білки – на амінокислоти, жири – на гліцерин та жирні кислоти. Енергія, що виділяється на цій стадії, розсіюється у вигляді тепла. Слід зазначити, що з енергетичних процесів клітини використовують саме вуглеводи, а краще - моносахариды, а мозок може використовуватиме своєї роботи лише моносахарид - глюкозу (Рис. 2).
Мал. 2. Підготовчий етап
Глюкоза в процесі гліколізу розпадається на дві тривуглецеві молекули піровиноградної кислоти. Подальша доля піровиноградної кислоти залежить від присутності у клітці кисню. Якщо в клітині є кисень, то піровиноградна кислота переходить у мітохондрії для повного окислення до вуглекислого газу і води (аеробне дихання). Якщо кисню немає, то в тваринних тканинах піровиноградна кислота перетворюється на молочну кислоту. Ця стадія проходить у цитоплазмі клітини.
Гліколіз- це послідовність реакцій, у яких одна молекула глюкози розщеплюється на дві молекули піровиноградної кислоти, у своїй виділяється енергія, якої достатньо перетворення двох молекул АДФ на дві молекули АТФ (Рис. 3). 
Мал. 3. Безкисневий етап
Для повного окислення глюкози обов'язково потрібний кисень. На третьому етапі в мітохондріях відбувається повне окислення піровиноградної кислоти до вуглекислого газу та води, в результаті утворюється ще 36 молекул АТФ, так як ця стадія відбувається за участю кисню, її називають кисневою або аеробною (Рис. 4). 
Мал. 4. Повне розщеплення органічних речовин
Усього трьох етапах утворюється 38 молекул АТФ з однієї молекули глюкози, враховуючи дві АТФ, отримані у процесі гліколізу.
Отже, ми розглянули енергетичні процеси, які у клітинах, охарактеризували етапи біологічного окислення.
Дихання, що відбувається в клітині з виділенням енергії, нерідко порівнюють із процесом горіння. Обидва процеси відбуваються в присутності кисню, виділення енергії та продуктів окислення – вуглекислого газу та води. Але, на відміну горіння, дихання - це упорядкований процес біохімічних реакцій, що у присутності ферментів. При диханні вуглекислий газ виникає як кінцевий продукт біологічного окислення, а процесі горіння утворення вуглекислого газу відбувається шляхом прямого з'єднання водню з вуглецем. Також під час дихання, крім води та вуглекислого газу, утворюється певна кількість молекул АТФ, тобто дихання та горіння – це принципово різні процеси (Рис. 5).
Мал. 5. Відмінність дихання від горіння
Гліколіз - це не лише головний шлях метаболізму глюкози, але й головний шлях метаболізму фруктози та галактози, що надходять із їжею. Особливо важлива в медицині здатність гліколізу до утворення АТФ без кисню. Це дозволяє підтримувати інтенсивну роботу кістякового м'яза в умовах недостатньої ефективності аеробного окиснення. Тканини з підвищеною гліколітичною активністю здатні зберігати активність у періоди кисневого голодування. У серцевому м'язі можливості здійснення гліколізу обмежені. Вона тяжко переносить порушення кровопостачання, що може призвести до ішемії. Відомо кілька хвороб, обумовлених недостатньою активністю ферментів гліколізу, однією з яких є гемолітична анемія (у ракових клітинах, що швидко ростуть, гліколіз йде зі швидкістю, що перевищує можливості циклу лимонної кислоти), що сприяє підвищеному синтезу молочної кислоти в органах і тканинах (Рис. 6). 
Мал. 6. Гемолітична анемія
Підвищений вміст молочної кислоти в організмі може бути ознакою раку. Ця особливість метаболізму іноді використовується для терапії деяких форм пухлини.
Мікроби здатні отримувати енергію у процесі бродіння. Бродіння відоме людям з незапам'ятних часів, наприклад при виготовленні вина, ще раніше було відомо про молочнокисле бродіння (Рис. 7). 
Мал. 7. Виготовлення вина та сиру
Люди споживали молочні продукти, не підозрюючи, що це процеси пов'язані з діяльністю мікроорганізмів. Термін «бродіння» був запроваджений голландцем Ван Хельмонтом для процесів, що йдуть із виділенням газу. Це вперше довів Луї Пастер. Причому різні мікроорганізми виділяють різні продукти бродіння. Ми поговоримо про спиртове та молочнокисле бродіння. Спиртове бродіння- це процес окислення вуглеводів, у результаті якого утворюється етиловий спирт, вуглекислота та виділяється енергія. Пивовари та винороби використовували здатність деяких видів дріжджів для стимуляції бродіння, внаслідок якого цукру перетворюються на спирт. Бродіння виробляють головним чином дріжджі, а також деякі бактерії та гриби (Рис. 8).
Мал. 8. Дріжджі, мукорові гриби, продукти бродіння - квас та оцет
У нашій країні традиційно використовуються дріжджі цукроміцети, в Америці – бактерії з роду Псевдомонас, у Мексиці використовуються бактерії «рухливі палички», в Азії використовують мукорові гриби. Наші дріжджі зазвичай зброджують гексози (шестивуглецеві моносахариди), такі як глюкоза або фруктоза. Процес утворення спирту можна так: з однієї молекули глюкози утворюється дві молекули спирту, дві молекули вуглекислого газу і виділяються дві молекули АТФ.
C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH +2CO 2 + 2АТФ
Якщо порівнювати з диханням, такий процес менш вигідний в енергетичному відношенні, ніж аеробні процеси, але дозволяє підтримувати життя за умов відсутності кисню. При молочнокислому бродінніодна молекула глюкози утворює дві молекули молочної кислоти, і при цьому виділяється дві молекули АТФ, це можна описати рівнянням:
C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 2АТФ
Процес утворення молочної кислоти дуже близький до процесу спиртового бродіння, глюкоза так само, як і при спиртовому бродінні, розщеплюється до піровиноградної кислоти, потім вона переходить не спирт, а молочну кислоту. Молочнокисле бродіння широко використовується для молочних продуктів: сир, сир, кисле молоко, йогурти (Рис. 9).
Мал. 9. Молочнокислі бактерії та продукти молочнокислого бродіння
У процесі утворення сирів спочатку беруть участь молочнокислі бактерії, які виробляють молочну кислоту, потім пропіоновокислі бактерії переводять молочну кислоту в пропіонову, за рахунок цього сири мають досить специфічний гострий смак. Молочнокислі бактерії використовуються при консервуванні плодів та овочів, молочна кислота використовується у кондитерській промисловості та виготовленні безалкогольних напоїв.
Список літератури
1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова І.Б., Сонін Н.І. Біологія Загальні закономірності. – Дрофа, 2009.
2. Пономарьова І.М., Корнілова О.А., Чернова Н.М. Основи загальної біології. 9 клас: Підручник для учнів 9 класу загальноосвітніх установ/Под ред. проф. І.М. Пономарьової. - 2-ге вид., перераб. - М: Вентана-Граф, 2005.
3. Пасічник В.В., Кам'янський А.А., Криксунов Є.А. Біологія Введення в загальну біологію та екологію: Підручник для 9 класу, 3-тє вид., Стереотип. - М: Дрофа, 2002.
1. Інтернет-сайт «Біологія та медицина» ()
3. Інтернет-сайт "Медична енциклопедія" ()
Домашнє завдання
1. Що таке біологічне окислення та його етапи?
2. Що таке гліколіз?
3. У чому подібність та відмінність спиртового та молочнокислого бродіння?
- Типи живлення живих організмів
- Фотосинтез
- Енергетичний обмін
1. Життєдіяльністьвсіх організмів можлива лише за наявності в них енергії. За способом отримання енергії всі клітини та організми поділяються на дві групи: автотрофиі гетеротрофи.
Гетеротрофи(грец. heteros - інший, інший і trophe - їжа, харчування) не здатні самі синтезувати органічні сполуки з неорганічних, вони потребують надходження їх із навколишнього середовища. Органічні речовини служать їм як їжею, а й джерелом енергії. До гетеротрофів належать усі тварини, гриби, більшість бактерій, а також безхлорофільні наземні рослини та водорості.
Гетеротрофні організми за способом отримання їжі поділяються на голозойних(тварини), що захоплюють тверді частинки, та оглядофних(гриби, бактерії), які харчуються розчиненими речовинами.
Різноманітні гетеротрофні організми здатні разом розкладати всі речовини, які синтезуються автотрофами, а також мінеральні речовини, синтезовані в результаті виробничої діяльності людей. Гетеротрофні організми разом із автотрофами становлять Землі єдину біологічну систему, об'єднану трофічними відносинами.
Автотрофи- організми, що живляться (тобто одержують енергію) за рахунок неорганічних сполук це деякі бактерії та всі зелені рослини. Автотрофи поділяються на хемотрофів та фототрофів.
Хемотрофи- організми, які використовують енергію, що звільняється при окислювально-відновних реакціях. До хемотроф відносяться нітрифікуючі (азотфіксуючі) бактерії, сірчані, водневі (метанутворюючі), марганцеві, залізоутворюючі та бактерії, що використовують оксид вуглецю.
Фототрофи- Лише зелені рослини. Джерелом енергії їм є світло.
2. Фотосинтез(грец. phos - рід. пад. photos - світло і synthesis - з'єднання) - освіта за участю енергії світла органічних речовин клітинами зелених рослин, а також деякими бактеріями, процес перетворення енергії світла на хімічну. Відбувається за допомогою пігментів (хлорофілу та деяких ін.) у тилакоїдах хлоропластів та хроматофорах клітин. В основі фотосинтезу лежать окислювально-відновні реакції, в яких електрони переносяться від донора-відновника (вода, водень та ін.) до акцептора (лат. acceptor – приймач) – діоксиду вуглецю, ацетату з утворенням відновлених сполук – вуглеводів та виділенням кисню, якщо окислюється вода.
Фотосинтезуючі бактерії, які використовують інші, ніж вода, донори, кисень не виділяють.
Світлові реакції фотосинтезу(викликані світлом) протікають у гранах тилакоїдів хлоропластів. Кванти видимого світла (фотони) взаємодіють з молекулами хлорофілу, переводячи їх у збуджений стан. Електрон у складі хлорофілу поглинає квант світла певної довжини і, як по сходах, переміщається ланцюгом переносників електронів, втрачаючи енергію, яка служить для фосфорилювання АДФ в АТФ. Це дуже ефективний процес: у хлоропластах утворюється у 30 разів більше АТФ, ніж у мітохондріях тих самих рослин. Так накопичується енергія, необхідна наступних - темнових реакцій фотосинтезу. Як переносники електронів виступають речовини: цитохроми, пластохінон, ферредоксин, флавопротеїд, редуктаза та ін. Частина збуджених електронів використовується для відновлення НАДФ + НАДФН. Під дією сонячного світла у хлоропластах відбувається розщеплення води. фотоліз,при цьому утворюються електрони, які відшкодовують їх втрати хлорофілом; як побічний продукт утворюється кисень, що виділяється в атмосферу нашої планети. Це той кисень, яким ми дихаємо і який необхідний усім аеробним організмам.
У складі хлоропластів вищих рослин, водоростей та ціанобактерій функціонують дві фотосистеми різної будови та складу. При поглинанні квантів світла пігментами (реакційним центром – комплексом хлорофілу з білком, який поглинає світло з довжиною хвилі 680 нм – Р680) фотосистеми II відбувається перенесення електронів від води до проміжного акцептора і через ланцюг переносників до реакційного центру фотосистеми I. явить пін молекули хлорофілу в комплексі з особливим біл-КОМ, який поглинає світло з довжиною хвилі 700 нм – Р700. У молекулах хлорофілу Ф1 існують «дірки» - незаповнені місця електронів, що перейшли до ПЛДФН. Ці «дірки» заповнюються електронами, що утворилися у процесі функціонування ФІ. Тобто фотосистема II постачає електрони для фотосистеми I, які витрачаються в ній на відновлення НАДФ+ та НАДФН. На шляху руху збуджених світлом електронів фотосистеми II до кінцевого акцептора - хлорофілу фотосистеми I відбувається фосфорилювання АДФ в багату енергією АТФ. Таким чином, енергія світла запасається в молекулах АТФ і витрачається далі для синтезу вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот та інших життєвих процесів рослин, а через них і життєдіяльності всіх організмів, що живляться рослинами.
Темнові реакції, або реакції фіксації вуглецю,не пов'язані зі світлом, здійснюються у стромі хлоропластів. Ключове місце в них займає фіксація вуглекислоти та перетворення вуглецю на вуглеводи. Ці реакції носять циклічний характер, тому що частина проміжних вуглеводів зазнає процесу конденсації та перебудов до рибулозодифосфату - первинного акцептора С02, що забезпечує безперервну роботу циклу. Вперше цей процес описав американський біохімік Мелвін Кальвін
Перетворення неорганічної сполуки СО 2 на органічні сполуки - вуглеводи, в хімічних зв'язках яких запасається сонячна енергія, відбувається за допомогою складного ферменту - рибулозо-1,5-дифосфат-карбоксилази. Він забезпечує приєднання однієї молекули С0 2 до п'ятивуглецевого рибулозо-1,5-дифосфату, в результаті чого утворюється шестивуглецеве проміжне короткоживуча сполука. Ця сполука внаслідок гідролізу розпадається на дві тривуглецеві молекули фосфогліцеринової кислоти, яка відновлюється з використанням АТФ та НАДФН до тривуглецевих цукрів (тріозофосфатів). З них і утворюється кінцевий продукт фотосинтезу – глюкоза.
Частина тріозофосфатів, пройшовши процеси конденсацій і перебудов, перетворюючись спочатку на рибулозомонофосфат, а потім і на рибулозодифосфат, включається знову в безперервний цикл створення молекул глюкози. Глюкоза може ферментативно полімеризуватися в
крохмаль та целюлозу - опорний полісахарид рослин.
Особливістю фотосинтезу деяких рослин (цукрової тростини, кукурудзи, амаранту) є початкове перетворення вуглецю через чотиривуглецеві сполуки. Такі рослини отримали індекс С4-рослини, а фотосинтез у них метаболізм вуглецю. З 4-рослини привертають увагу дослідників високою фотосинтетичною продуктивністю.
Шляхи підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин:
Достатнє мінеральне харчування, що може забезпечувати найкращий перебіг обмінних процесів;
Більш повна освітленість, яка може бути досягнута за допомогою певних норм посіву рослин з урахуванням споживання світла світлолюбними та тіньовитривалими;
Нормальна кількість вуглекислого газу повітря (при збільшенні його вмісту порушується процес дихання рослин, що з фотосинтезом);
Зволоженість ґрунту, що відповідає потребам рослин у волозі, залежить від кліматичних та агротехнічних умов.
Значення фотосинтезу у природі.
У результаті фотосинтезу Землі щорічно утворюється 150 млрд. т органічного речовини і виділяється приблизно 200 млрд. т вільного кисню. Фотосинтез як забезпечує і підтримує сучасний склад атмосфери Землі, необхідний життя її мешканців, а й перешкоджає збільшенню концентрації С0 2 у атмосфері, запобігаючи перегрів нашої планети (через званого парникового ефекту). Кисень, що виділяється при фотосинтезі, необхідний для дихання організмів та захисту їх від згубного короткохвильового ультрафіолетового випромінювання.
Хемосинтез(пізньогрец. chemeta – хімія та грец. synthesis – з'єднання) – автотрофний процес створення органічної речовини бактеріями, що не містять хлорофіл. Здійснюється хемосинтез з допомогою окислення неорганічних сполук: водню, сірководню, аміаку, оксиду заліза (II) та інших. Засвоєння С0 2 протікає, як і за фотосинтезі (цикл Кальвіна), крім метанобразующих, гомо-ацетатних бактерій. Енергія, одержувана при окисленні, запасається у бактеріях у формі АТФ.
Хемосинтезуючим бактеріям належить винятково важлива роль у біогеохімічних циклах хімічних елементів у біосфері. Життєдіяльність нітрифікуючих бактерій є одним з найважливіших факторів родючості грунту. Хемосинтезуючі бактерії окислюють сполуки заліза, марганцю, сірки та ін.
Хемосинтез відкритий російським мікробіологом Сергієм Миколайовичем Виноградським (1856-1953) у 1887 р.
3. Енергетичний обмін
Три етапи енергетичного обміну здійснюються за участю спеціальних ферментів у різних ділянках клітин та організмів.
Перший етап - підготовчий- Протікає (у тварин в органах травлення) під дією ферментів, що розщеплюють молекули ді-і полісахаридом, жирів, білків, нуклеїнових кислот на дрібніші молекули: глюкози, гліцерину та жирних кислот, амінокислот, нуклеотидів. При цьому виділяється невелика кількість енергії, що розсіюється як тепла.
Другий етап - безкисневий, або неповне окислення.Він називається також анаеробним диханням (бродінням), або гліколізом.Ферменти гліколізу локалізовані у рідкій частині цитоплазми – гіалоплазмі. Розщепленню піддається глюкоза, кожна молен у якої східчасто розщеплюється і окислюється за участю ферментів до двох тривуглецевих молекул піровиноградної кислоти СН 3 - СО - СООН, де СООН карбоксильна група, характерна для органічних кислот.
У цьому перетворенні глюкози послідовно беруть участь дев'ять ферментів. У процесі гліколізу відбувається окислення молекул глюкози, тобто губляться атоми водню. Акцептором водню (і електроном) у цих реакціях служать молекули нікотинамідаді ніндинуклеотиду (НАД+), які схожі за структурою на НАДФ+ і відрізняються лише відсутністю залишку фосфорної кислоти в молекулі рибози. При відновленні піровиноградної кислоти за рахунок відновленого НАД виникає кінцевий продукт гліколізу – молочна кислота. У реакціях розщеплення глюкози беруть участь фосфорна кислота та АТФ.
У сумарному вигляді цей процес виглядає так:
З 6 Н 12 Про 6 +2Н 3 Р0 4 +2АДФ = 2С 3 Н 6 0 3 +2АТФ + 2Н20.
У дріжджових грибів молекула глюкози без участі кисню перетворюється на етиловий спирт та діоксид вуглецю (спиртове бродіння):
З 6 Н 12 Про 6 +2Н 3 Р0 4 +2АДФ - 2С 2 Н б 0Н +2С0 2 +2АТФ +2Н2О.
У деяких мікроорганізмів розщеплення глюкози без кисню може завершитися утворенням оцтової кислоти, ацетону та ін.
Третій етап енергетичного обміну(Стадія кисневого розщеплення , або стадія аеробного дихання) здійснюється в мітохондріях. Цей етап пов'язаний з матриксом мітохондрій та внутрішньою мембраною; у ньому беруть участь ферменти, які є ферментативний кільцевий «конвеєр», названий циклом Кребса,на ім'я вченого, який його відкрив. Ще цей складний та тривалий шлях роботи багатьох ферментів називають цикл трикарбонових кислот.
Потрапляючи в мітохондрію, піровиноградна кислота (ПВК) окислюється і перетворюється на багату енергією речовину - ацетилкофермент А, або скорочено ацетил-КоА. У циклі Кребса молекули ацетил-КоА надходять із різних енергетичних джерел. У процесі окислення ПВК відновлюються акцептори електронів НАД+ у НАД-Н і відбувається відновлення акцепторів ще одного типу – ФАД у ФАДН 2 (ФАД – це флавінаденіндинуклеотид). Енергія, запасена у цих молекулах, використовується синтезу АТФ - універсального біологічного акумулятора енергії. У ході стадії аеробного дихання електрони від НАД-Н і ФАДН 2 переміщуються багатоступеневою ланцюга їх перенесення до кінцевого акцептора електронів - молекулярного кисню. У перенесенні беруть участь кілька переносників електронів: кофермент Q, цитохроми і, найголовніше, кисень. При переході електронів з ступеня на ступінь дихального конвеєра звільняється енергія, яка витрачається на синтез АТФ. Усередині мітохондрій катіони Н + , з'єднуючись з аніонами О 2 ~, утворюють воду. У циклі Кребса утворюється С0 2 і в ланцюзі переносу електронів - вода. При цьому одна молекула глюкози, повністю окислюючись при доступі кисню до С02 і Н20, сприяє утворенню 38 молекул АТФ. З вищесказаного слід, що основну роль забезпеченні клітини енергією грає кисневе розщеплення органічних речовин, чи аеробне дихання. При дефіциті кисню або повній його відсутності відбувається безкисневе, анаеробне, розщеплення органічних речовин; енергії такого процесу вистачає лише створення двох молекул АТФ. Завдяки цьому живі істоти можуть короткий час обходитися без кисню.
Яка функція ДНК у синтезі білка: а) самоподвоєння; б) транскрипція; в) синтез
тРНК та рРНК.
Чому
відповідає інформація одного гена молекули ДНК: а) білку; б) амінокислоті;
в) гену.
Скільки
амінокислот бере участь у біосинтезі білків: а)100; б) 30; в) 20.
Що
утворюється на рибосомі в процесі біосинтезу білка: а) третинний білок
структури; б) білок вторинної структури; в) поліпептидний ланцюг.
Роль
матриці у біосинтезі білка виконує: а) іРНК; б) тРНК; в) ДНК; г) білок.
Структурної
функціональною одиницею генетичної інформації є: а) нитка ДНК; б)
ділянку молекули ДНК; в) молекула ДНК; г) ген.
іРНК у
процесі біосинтезу білка: а) прискорює реакцію біосинтезу; б) зберігає
генетичну інформацію; в) передає генетичну інформацію; г) є
місцем синтезу білка.
Генетичний
код - це послідовність: а) нуклеотидів у рРНК; б) нуклеотидів у
іРНК; в) амінокислот у білку; г) нуклеотидів у ДНК.
Амінокислота
приєднується до тРНК: а) до будь-якого кодону; б) до антикодону; в) до кодону в
на основі молекули.
Синтез
білка відбувається у: а) ядрі; б) цитоплазмі; в) на рибосомах; г)
мітохондріях.
Трансляція
- це процес: а) транспорту іРНК до рибосом; б) транспорту АТФ до
рибосом; в) транспорту амінокислот до рибосом; г) з'єднання
амінокислот у ланцюг.
До
реакціям пластичного обміну в клітині відносяться: а) реплікація ДНК та
біосинтез білка; б) фотосинтез, хемосинтез, гліколіз; в) фотосинтез та
біосинтез; г) біосинтез, реплікація ДНК, гліколіз.
У
функціональний центр рибосоми при трансляції завжди знаходиться число
нуклеотидів дорівнює: а) 2; б) 3; о 6; г) 9.
Транскрипція
та трансляція в еукаріотичній клітині відбувається: а) тільки в ядрі; б) у
ядрі та цитоплазмі; в) у цитоплазмі.
у реакціях
біосинтезу білка у клітині енергія АТФ: а) виділяється; б) витрачається; в)
не витрачається та не виділяється; г) на одних етапах витрачається, на інших
виділяється.
Кількість
поєднань триплетів генетичного коду, які не кодують жодної
амінокислоти становить: а) 1; б) 3; в 4.
Послідовність
нуклеотидів у молекулі іРНК суворо комплементарна: а) послідовності
триплетів гена; б) триплету, що кодує амінокислоту; в) кодонам,
що містить інформацію про структуру гена; г) кодонам, які містять інформацію
структуру білка.
Де
формуються складні структури молекул білка: а) на рибосомі; б) у
цитоплазмі; в) в ендоплазматичній мережі.
Які компоненти складають тіло рибосоми: а) мембрани; б)
білки; в) вуглеводи; г) РНК.
шорсткої ендоплазмотичної мережі, що беруть участь у біосинтезі білка це: 1рибосоми 2лізосоми 3мітохондрії 4центріолі
Із запропонованих відповідей виберіть одне з положень клітинної теорії:А) організми всіх царств живої природи складаються з клітин
Б) оболонка грибної клітини складається з хітину, як і зовнішній скелет членистоногих
В) клітини тварин організмів не містять пластиди
Г) спору бактерій є однією спеціалізованою клітиною
Вода в клітині виконує функцію: А) транспортну, розчинника
Б) енергетичну; В) каталітичну; Г) інформаційну.
РНК є:
А) полінуклеотидний ланцюг у формі подвійної спіралі, ланцюги якої з'єднані водневими зв'язками Б) нуклеотид, що містить дві багаті на енергію зв'язку
В) полінуклеотидну нитку у формі одноланцюгової спіралі
Г) полінуклеотидний ланцюг, що складається з різних амінокислот
Синтез молекул АТФ відбувається у:
А) рибосомах Б) мітохондріях В) апарат Гольджі Г) ЕПС
Клітини прокаріотів відрізняються від клітин еукаріотів:
А) більшими розмірами Б) відсутністю ядра
В) наявністю оболонки Г) наявністю нуклеїнових кислот
Мітохондрії вважають силовими станціями клітини, оскільки:
А) у них розщеплюються органічні речовини зі звільненням енергії
Б) у них відкладаються в запас поживні речовини
В) у них утворюються органічні речовини; Г) вони перетворюють енергію світла.
Значення обміну речовин у клітині полягає в:
А) забезпечення клітини будівельним матеріалом та енергією
Б) здійснення передачі спадкової інформації від материнського організму до дочірнього
В) рівномірному розподілі хромосом між дочірніми клітинами
Г) забезпечення взаємозв'язків клітин в організмі
Роль і-РНК у синтезі білка полягає в:
А) забезпечення зберігання спадкової інформації Б) забезпечення клітини енергією
В) забезпечення передачі генетичної інформації з ядра до цитоплазми
Відновлення диплоїдного набору хромосом у зиготі – першій клітині нового організму – відбувається в результаті:
А) мейозу Б) мітозу В) запліднення Г) обміну речовин
"Гени, розташовані в одній хромосомі, успадковуються спільно" - це формулювання:
А) правила домінування Г. Менделя Б) закону зчепленого наслідування Т. Моргана
В) закону розщеплення Г. Менделя Г) закону незалежного наслідування ознак Г. Менделя
Генетичний код є:
А) відрізок молекули ДНК, що містить інформацію про первинну структуру одного білка
Б) послідовність амінокислотних залишків у молекулі білка
В) послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК, що визначає первинну структуру всіх молекул білка
Г) зашифровану в т-РНК інформацію про первинну структуру білка
Сукупність генів популяції, виду чи іншої систематичної групи називають:
А) генотипом Б) фенотипом В) генетичним кодом Г) генофондом
Мінливість, яка виникає під впливом факторів зовнішнього середовища і не торкається хромосом і генів, називають: А) спадковою Б) комбінативною
В) модифікаційної Г) мутаційної
Утворення нових видів у природі відбувається в результаті:
А) прагнення особин до самовдосконалення
Б) переважного збереження внаслідок боротьби за існування та природного відбору особин з корисними спадковими змінами:
В) відбору та збереження людиною особин з корисними спадковими змінами
Г) виживання особин із різноманітними спадковими змінами
Процес збереження з покоління в покоління особин із корисними для людини спадковими змінами називається: А) природний відбір
Б) спадкова мінливість; В) боротьба за існування; Г) штучний відбір.
Визначте серед названих еволюційних змін ароморфоз:
А) формування кінцівок копального типу у крота
Б) поява заступницького забарвлення у гусениці
В) поява легеневого дихання у земноводних; Г) втрата кінцівок у китів.
З перерахованих факторів еволюції людини до біологічних відноситься:
А) природний відбір Б) мова В) суспільний спосіб життя Г) праця
Випишіть літери у тій послідовності, яка відображає етапи еволюції людини: А) кроманьйонці Б) пітекантропи В) неандертальці Г) австралопітеки
Усі компоненти неживої природи (світло, температура, вологість, хімічний та фізичний склад середовища), що впливають на організми, популяції, співтовариства, називають факторами:
А) антропогенними Б) абіотичними В) обмежують Г) біотичними
Тварин, гриби відносять до групи гетеротрофів, оскільки:
А) самі створюють органічні речовини з неорганічних Б) використовують енергію сонячного світла В) живляться готовими органічними речовинами Г) харчуються мінеральними речовинами
Біогеоценоз – це:
А) штучне співтовариство, створене внаслідок господарської діяльності людини
Б) комплекс взаємопов'язаних видів, що мешкають на певній території з однорідними природними умовами
В) сукупність всіх живих організмів планети
Г) геологічна оболонка, населена живими організмами
Форму існування виду, що забезпечує його пристосованість до життя у певних умовах, представляє:
А) особина Б) стадо У) колонія Г) населення
а) походження від спеціалізованих предків;
б) неспрямованість еволюції;
в) обмеженість еволюції;
г) прогресуюча спеціалізація.
2. Боротьба існування є наслідком:
а) уродженого прагнення до досконалості;
б) необхідністю боротися зі стихійними лихами;
в) генетичної різноманітності;
г) те, що кількість нащадків перевищує потенційні можливості середовища.
3.Правильна таксономія в ботаніці:
а) вид – рід – сімейство – клас – порядок;
б) рід – сімейство – загін – клас – відділ;
в) вид – рід – сімейство – порядок – клас;
г) вид – рід – сімейство – порядок – тип.
4. Медіатором у прегангліонарних нейронах симпатичної нервової системи є:
а) адреналін;
б) ацетилхолін;
в) серотонін;
г) гліцин.
5.Інсулін в організмі людини не бере участі в:
а) активації розпаду білків у клітинах;
б) синтез білка з амінокислот;
в) запасання енергії;
г) депонування вуглеводів як глікогену.
6. Однією з головних речовин, що викликають сон, є нейронами центральної частини середнього мозку, що виробляється:
а) норадреналіну;
б) ацетилхолін;
в) серотонін;
г) дофамін.
7. Серед водорозчинних вітамінів коферментами є:
а) пантотенова кислота;
б) вітамін А;
в) біотин;
г) вітамін До.
8.Здатність до фагоцитозу мають:
а) В-лімфоцити;
б) Т-кілери;
в) нейтрофіли;
г) плазматичні клітини.
9.У виникненні відчуття лоскоту і сверблячки беруть участь:
а) вільні нервові закінчення;
б) тільця Руффіні;
в) нервові сплетення навколо волосяних цибулин;
г) тільця Пачіні.
10. Які особливості характерні всім суглобів?
а) наявність суглобової рідини;
б) наявність суглобової сумки;
в) тиск у суглобовій порожнині нижче атмосферного;
г) є внутрішньосуглобові зв'язки.
11. Які процеси, що протікають у скелетних м'язах, вимагають витрати енергії АТФ?
а) транспорт іонів К+ із клітини;
б) транспорт іонів Na+ у клітину;
в) переміщення іонів Ca2+ з цистерн ЕПС до цитоплазми;
г) розрив поперечних містків між актином та міозином.
12. При тривалому перебування людини у невагомості не відбувається:
а) зменшення обсягу циркулюючої крові;
б) збільшення кількості еритроцитів;
в) зниження м'язової сили;
г) зниження максимального серцевого викиду.
24. Які біологічні особливості капусти треба враховувати під час її вирощування?
а) невелику потребу у воді, поживних речовинах, освітленості;
б) велику потребу у воді, поживних речовинах, освітленості, помірній температурі;
в) теплолюбність, тіневитривалість, невелику потребу в поживних речовинах;
г) швидке зростання, короткий вегетаційний період.
13. Назвіть групу організмів, кількість представників якої переважає представників інших груп, що входять до складу харчових ланцюгів виїдання (пасовищних).
а) продуценти;
б) споживачі першого порядку;
в) споживачі другого порядку;
г) споживачі третього порядку.
14. Вкажіть найскладніший наземний біогеоценоз.
а) березовий гай;
б) сосновий бір;
в) діброва;
г) заплава річки.
15. Назвіть екологічний фактор, який для струменевої форелі обмежує.
а) швидкість течії;
б) температура;
в) концентрація кисню;
г) освітленість.
16. У середині літа зростання багаторічних рослин уповільнюється або повністю припиняється, зменшується кількість квітучих рослин. Який чинник та яка зміна його спричиняє такі явища?
а) зниження температури;
б) зменшення;
в) зменшення довжини дня;
г) зменшення інтенсивності сонячного проміння.
17. До архебактерій не належать:
а) галобактерії;
б) метаногени;
в) спірохети;
г) термоплазми.
18. Основними ознаками гомінізації не є:
а) прямоходіння;
б) пристосування до праці руки;
в) соціальну поведінку;
г) будову зубної системи.
19 Бацили - це:
а) грампозитивні спороутворюючі палички;
б) грамнегативні спороутворюючі палички;
в) грамнегативні неспоротворні палички;
г) грампозитивні неспоротворні палички.
20. При виникненні теплокровності вирішальною стала морфологічна ознака:
а) волосяний та пір'яний покрив;
б) чотирикамерне серце;
в) альвеолярна будова легень, що збільшує інтенсивність газообміну;
г) підвищений вміст міоглобіну у м'язах.