Энергетическое обеспечение клетки

11.11.2019г.

Тема:

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КЛЕТКИ

Клетка – открытая живая система, связанная с окружающей средой обменом веществ. Благодаря этому клетка (и организм в целом) находится в состоянии динамического равновесия с внешней средой и способна это равновесие поддерживать.

Обмен веществ – совокупность химических ферментативных реакций, обеспечивающих рост, воспроизведение, жизнедеятельность клеток, связь со средой.

В клетку непрерывно поступают различные вещества.

В процессе обмена веществ клетки получают необходимую энергию и строительный материал для синтеза новых молекул.

Виды обмена веществ

Пластический

Энергетический

Совокупность ферментативных реакций синтеза органических веществ с использованием энергии , заключенной в молекулах АТФ

Процесс окисления сложных органических веществ с освобождением энергии , запасаемой в молекулах АТФ

4

Способны обитать лишь в среде, содержащей кислород

Растения, большинство животных, растений и грибов

Аэробы

Органические вещества в клетках окисляются с участием кислорода до конечных продуктов СО 2 и Н 2 О , которые выделяются в окружающую среду

Организмы, по способу добывания энергии

Освобождается энергия и запасается в молекулах АТФ

Организмы, способные обитать в бескислородной среде.

Брожение (по сравнению с дыханием) эволюционно более ранняя и энергетически менее выгодная форма извлечения энергии из органических веществ.

Анаэробы

Молекулы АТФ синтезируются в процессе брожения - конечные продукты - молочная кислота, этиловый спирт, уксусная кислота - содержат еще много энергии

Фотосинтез  — сложный химический процесс преобразования энергии света (в некоторых случаях инфракрасного излучения) в энергию химических связей органических веществ при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл у бактерий и бактериородопсин у архей).

Способ питания

Гетеротрофы Автотрофы

Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами: животные, грибы, большинство бактерий, некоторые растения паразиты, лишенные хлорофилла

Синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза и хемосинтеза: большинство растений и некоторые бактерии.

Центральная роль в фотосинтезе принадлежит хлорофиллу – пигмент – преобразует энергию солнечного излучения в энергию химических связей.

Фазы фотосинтеза

Световая Темновая

Только на свету,

в гранах хлоропласта

Как на свету, так и в темноте,

Энергия солнечного света поглощается молекулами хлорофилла и используется для синтеза АТФ

в строме хлоропласта

Углекислый газ, поступающий в хлоропласты из атмосферы, используется для синтеза углеводов

В результате – разложение молекул воды

Расходуется энергия, запасенная в молекулах АТФ во время световой фазы

Выделение в окружающую среду кислорода и образование ионов водорода

Углеводы образуются в результате сложных ферментативных реакций

Ионы водорода участвуют в темновой фазе фотосинтеза

Постепенное восстановление углекислого газа водородом, образовавшимся в световую фазу

СВЕТОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

Под действием кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно. Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, отбирая электроны у воды, находящейся во внутритилакоидном пространстве, что приводит к распаду или фотолизу воды:

Н 2 О + Q света  → Н +  + ОН — .

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы •ОН:

ОН —  → •ОН + е — .

Радикалы •ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:

4НО• → 2Н 2 О + О 2 .

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются внутри тилакоида в «протонном резервуаре». В результате мембрана тилакоида с одной стороны за счет Н +  заряжается положительно, с другой за счет электронов — отрицательно. Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, протоны проталкиваются через каналы АТФ-синтетазы и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ; атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика НАДФ +  (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) до НАДФ·Н 2 :

2Н +  + 2е —  + НАДФ → НАДФ·Н 2 .

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами:

1) синтезом АТФ;

2) образованием НАДФ·Н 2 ;

3) образованием кислорода.

Кислород диффундирует в атмосферу,

АТФ и НАДФ·Н 2  транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.

ТЕМНОВАЯ ФАЗА ФОТОСИНТЕЗА

Эта фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Реакции темновой фазы представляют собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (поступает из воздуха), приводящую к образованию глюкозы и других органических веществ.

Первая реакция в этой цепочке — фиксация углекислого газа. Затем происходит цикл реакций, в которых через ряд промежуточных продуктов фосфоглицериновая кислота преобразуется в глюкозу. В этих реакциях используются энергии АТФ и НАДФ·Н 2 , образованных в световую фазу; цикл этих реакций получил название «цикл Кальвина»:

6СО 2  + 24Н +  + АТФ → С 6 Н 12 О 6  + 6Н 2 О.

НАДФ - никотинамидадениндинуклеотидфосфат

6CO 2  + 6 H 2 O ––– (свет, хлорофилл) ––– C 6 H 12 O 6  + 6 O 2  ^

Фотосинтез – основной поставщик не только органических веществ, но и кислорода на Земле.

В результате фотосинтеза образуется около 150 млрд тонн органического вещества и при­близительно 200 млрд тонн кислорода ежегодно. 

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ:

П. 10 - учить, пересказывать,

выучить реакции фотосинтеза