Энергетический обмен

Основная цель энергетического обмена (диссимиляции, катаболизма) - это запасание энергии в виде макроэргических связей молекул АТФ. Энергия выделяется при расщеплении сложных органических веществ. И, конечно, не всю ее можно запасти - часть энергии рассеивается в виде тепла.

Окисление органики – единственный способ получения энергии для гетеротрофов. Для растений оно тоже необходимо, когда наступает темнота и фотосинтез не идет. В это время клетки растений используют для процессов жизнедеятельности запасы углеводов, образовавшихся на свету.

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа.

Первый этап – подготовительный. 

Место действия: лизосомы. 

Нужно: ферменты.

Что происходит: расщепление ферментами сложных полимеров до мономеров (что-то вроде переваривания), например, крахмал или гликоген расщепляются до глюкозы. 

Энергетический выход: АТФ НЕ образуется. вся энергия рассеивается в виде тепла.

Второй этап - гликолиз.

Место действия: цитоплазма.

Нужно: ферменты, переносчики водорода, АДФ и фосфаты

Что происходит: неполное бескислородное ферментативное расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты. Суммарно реакция гликолиза имеет вид

     С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ ® 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2НАД-Н₂⁺ + 2Н₂О.

более детально гликолиз выглядит так:

Энергетический выход: 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы; остальное - в виде теплоты; КПД около 40%.

Продукт гликолиза – ПВК – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в ходе кислородного этапа в митохондриях. Для этого процесса необходим кислород. Если же кислорода в клетке недостаточно (или он отсутствует), пировиноградная кислота подвергается различным превращениям.

Брожение – анаэробный ферментативный окислительно-восстановительный процесс превращения органических веществ, посредством которого многие организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности. Брожение – эволюционно более ранняя и энергетически менее рациональная форма получения энергии из питательных веществ по сравнению с кислородным дыханием. К брожению способны бактерии, многие микроскопические грибы и простейшие. Брожение может наблюдаться в клетках растений и животных (в том числе и человека) в условиях дефицита кислорода. Сбраживанию подвергаются различные вещества: углеводы, органические кислоты, спирты, аминокислоты и другие вещества. Продуктами брожения являются различные кислоты (молочная, масляная, уксусная, муравьиная), спирты (бутиловый, этиловый, амиловый), ацетон, а также углекислый газ и вода. В основе молочнокислого брожения лежит гликолиз. Образовавшаяся в процессе гликолиза ПВК восстанавливается атомами водорода, связанными с НАД-Н₂⁺, и образуется молочная кислота.

          С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ ® 2СН₃СНОНСООН (С₃Н₆О₃) + 2АТФ + 2Н₂О.

Процесс молочнокислого брожения осуществляют молочнокислые бактерии и животные.

Процесс спиртового брожения, который осуществляют дрожжи, идет аналогично молочнокислому брожению, но последние реакции приводят к образованию этилового спирта. Сначала ПВК декарбоксилируется до уксусного альдегида:

СН₃СОСООН ® СН₃СОН + СО₂.

Образовавшийся уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта за счет НАД-Н₂⁺:      СН₃СОН + НАД-Н₂⁺ ® СН₃СН₂ОН + НАД⁺.

    Суммарно процесс спиртового брожения можно выразить следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ ® 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2АТФ + 2Н₂О.

    Спиртовое брожение, кроме дрожжей, осуществляют некоторые анаэробные бактерии. Этот тип брожения наблюдается и в растительных клетках в отсутствие кислорода.

Процесс брожения находит большое практическое применение. 

Продукт гликолиза – ПВК – заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение осуществляется в ходе третьего этапа энергетического обмена - клеточного дыхания.

Место действия: митохондрии

Нужно: кислород, неповрежденные мембраны, ферменты, переносчики водорода,  АДФ и фосфаты.

Что происходит: полное кислородное расщепление пировиноградной кислоты до углекислого газа и воды, но поэтапно:

1) окислительное декарбоксилирование ПВК:

2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

3) ЭТЦ на внутренней мембране митохондрий

Энергетический выход: 36 молекул АТФ на 2 молекулы ПВК, остальное рассеивается в виде теплоты (КПД 55%)

Кислородный этап, таким образом, дает энергии в 18 раз больше, чем ее запасается в результате гликолиза.

Суммарное уравнение аэробного дыхания можно выразить следующим образом: С₆Н₁₂О₆ + 6 О₂ +38АДФ + 38Н₃РО₄ ® 38АТФ +  6СО₂ + 44Н₂О.

Совершенно очевидно, что аэробное дыхание прекратится в отсутствие кислорода, поскольку именно кислород служит конечным акцептором водорода. Если клетки не получают достаточно кислорода, все переносчики водорода вскоре насытятся и не смогут передавать его дальше. В результате основной источник энергии для образования АТФ окажется блокированным.

Итак:
1.     Синтез АТФ в процессе гликолиза не нуждается в мембранах. Он может идти в пробирке (in vitro), если имеются все необходимые субстраты и ферменты. Для осуществления кислородного процесса необходимо наличие неповрежденных мембран, так как решающую роль играют происходящие на них электрические явления.

2.     Расщепление в клетке 1 молекулы глюкозы до СО₂ и Н₂О обеспечивает синтез 38 молекул АТФ: из них 2 синтезируются в бескислородную стадию, а в кислородную – 36.

3.     Анаэробный гликолиз позволяет клетке и организму в целом выжить даже при очень больших затратах энергии, в условиях дефицита О₂. Некоторые организмы живут только за счет гликолиза. При нормальном функционировании аэробное дыхание выгоднее.

4.     Жиры и белки тоже могут расщепляться до соединений, способных окисляться в данных ферментативных системах. Таким образом, эти системы являются своего рода клеточной «топкой», в которой сгорают углеводы и жиры, и белки. Энергия, доставленная любой пищей, в конечном итоге превращается в клетках в энергетический потенциал АТФ, который используется всеми живыми организмами планеты.

Работа сердца. Кровообращение

Подборка материалов на тему. Рекомендую.
Кровообращение




сердечный цикл





Наше сердце on PhotoPeach

Резус-фактор крови

Итак, продолжаем изучать особенности крови.

Резус-фактор - это белок, который впервые был обнаружен у наших дальних сородичей - макак-резусов (отсюда название). Присутствует этот белок (как и белки системы АВО) на мембране красных кровяных телец - эритроцитов.И если он у вас там есть - значит, вы резус-положительны. Это популярный признак. Считается, что около 85% людей на нашей планете резус-положительны. Если же этого белка на мембранах ваших эритроцитов нет - поздравляем, вы резус-отрицательны! Таких немного - около 15%.
 Резус-характеристика также является наследственной и постоянна в течение всей жизни. У двух резус-положительных родителей может родиться ребенок с резус-положительной или с резус-отрицательной кровью, у двух резус-отрицательных - только резус-отрицательный. Если один из родителей резус-положителен, а другой - резус-отрицателен, то и вероятность у потомства положительного или отрицательного резуса примерно одинакова.

Теоретически, резус-положительному человеку можно переливать резус-отрицательную кровь, т.к. антигена в ней не содержится, и, следовательно, иммунного ответа быть не должно. Практически - это не рационально, т.к. более редкая резус-отрицательная кровь ценна тем, что только ее можно перелить резус-отрицательному реципиенту.

Что такое резус-конфликт? Это несовместимость групп крови по резус-фактору между резус-отрицательной матерью и резус-положительным плодом. Т.е. резус-конфликт возможен только в случае, если мать резус-отрицательна, а будущий ребенок наследует положительный резус от отца. В таком случае иммунная система матери как бы вступает в бой с  плодом. Это может привести к разрушению клеток крови развивающегося плода (гемолитическая болезнь), в тяжелых случаях - выкидышам и мертворождению. 

В подавляющем большинстве случаев резус-конфликт может быть предупрежден путём внутримышечного введения резус-отрицательной матери специальных  антител в период беременности или в течение 72 часов после родов или любого другого события, которое может привести к сенситизации матери. Эти вещества позволяют иммунной системе матери "забыть" о том, что был контакт с "чужаком". 

Или можно просто выбрать себе мужа с отрицательным резус-фактором, тогда никакой резус-конфликт не грозит :)

Фотосинтез

Итак, как мы уже, наверное, знаем,  фотосинтез - процесс образования органических веществ (глюкозы) из неорганических (углекислого газа и воды) в зеленых частях растения с использованием энергии света. Но непосредственно энергия света участвовать в реакциях синтеза органических веществ не может. Поэтому сначала должна быть превращена в энергию макроэргических связей АТФ, а потом уже АТФ используется для синтеза органических веществ.

Основным органом фотосинтеза растений является лист. В клетках мезофилла (мякоти листа), богатых хлоропластами, главным образом, и идут те процессы, о которых будет сказано ниже.

Первая фаза фотосинтеза - световая. Протекает на мембранах тилакоидов. Мембраны обязательно должны быть неповрежденными, необходим свет и те молекулы, которые будут использоваться в качестве переносчиков атомов водорода (НАДФ+) и энергии (АДФ и фосфаты). Что происходит? Поглощение квантов света, прохождение электронов по электрон-транспортной цепи, перенос ионов Н+ через мембрану, нагнетание электрохимического потенциала водорода (избыток Н+ в тилакоиде и недостаток в строме), фотолиз воды. Что образуется? АТФ, НАДФ*Н2+, молекулярный кислород (как побочный продукт).

Схема световой фазы фотосинтеза:

Вторая фаза фотосинтеза - темновая. Как следует из названия. в свете не нуждается. Протекает в строме хлоропласта. Нужно: АТФ, НАДФ*Н2+, углекислый газ, субстрат - рибулозодифосфат. Что происходит? Цикл Кальвина: фиксация углекислого газа на рибулозодифосфате с использованием энергии АТФ, образование трехуглеродных кислот, восстановление их с использованием атомарного водорода (НАДФ*Н2+) до триоз (сахаров), синтез глюкозы и регенерация пула рибулозодиосфата. Что образуется? глюкоза, АДФ и фосфат, НАДФ+. Темновая фаза фотосинтеза (упрощенно)

а это то, что на самом деле происходит в темновую фазу фотосинтеза :)

суммарное уравнение фотосинтеза, таким образом, может выглядеть следующим образом:

6 СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + О2

Значение фотосинтеза в природе огромно:
1. Создание органических веществ (основа всех живых организмов);
2. Выделение в атмосферу кислорода (+создание озонового экрана);
3. Вовлечение углекислого газа в круговорот веществ (препятствие его накоплению в атмосфере).

видео: сложновато, но при желании можно вникнуть. нескучного просмотра!

Моллюски

Моллюски (Мягкотелые) - тип беспозвоночных животных, обладающих вторичной полостью тела, мягкими кожистыми покровами и защитной известковой раковиной. Моллюски крайне многообразны. В настоящее время насчитывается более 130 тысяч видов моллюсков.
Презентация "Многообразие моллюсков"

видео и дополнительная информация

Мы выбираем Здоровый образ жизни!!!

Итак, наша команда "Апельсин" приняла участие в районном конкурсе, посвященном здоровому образу жизни. И мало сказать "приняла участие", мы заняли ВТОРОЕ место! Жаль, конечно, что совсем чуть-чуть не дотянули до победы, но все равно это успех! Апельсинки - молодцы!!! поздравляйте нас!!!

видео с выступления

Типы питания живых организмов

Презентация содержит определения основных типов питания и может быть полезна ученикам 9х (для них, собственно, и создавалась), 10х, а также 5х классов (не в полном объеме, конечно).

Группы крови

Сейчас даже детям малым известно, что кровь у людей бывает разная. Так называемые "группы крови" - это характеристики оболочки красных кровяных телец (эритроцитов). У человека открыто несколько таких "систем" - комплексов белков мембраны эритроцитов. Самые широко известные из них - система АВО и резус-система.
Система АВО включает белки-агглютиногены А и В (О -  означает "ноль", отсутствие обоих белков) на мембранах эритроцитов. Этим агглютиногенам  А и В соответствуют белки-агглютинины α и β, содержащиеся в плазме крови. Одновременное присутствие белков А и α или В и β вызывает слипание эритроцитов и нарушение функций крови. Поэтому если на мембране эритроцита есть белок А, то в плазме не может быть белка α; и наоборот - если есть белок В на мембране, то не может быть β в плазме. 

Таким образом, по наличию или  отсутствию агглютиногенов А и В различают четыре группы крови.

Группа крови О (первая) - на мембранах эритроцитов нет ни А, ни В агглютиногенов, в плазме присутствуют агглютинины α и β.

Группа крови А (вторая) - на мембранах эритроцитов есть только агглютиногены А, в плазме - только агглютинин  β.

Группа крови В (третья) - на мембранах эритроцитов есть только агглютиногены В, в плазме - только агглютинин α.

Группа крови АВ (четвертая) - на мембране эритроцитов есть агглютиногены А и В, в плазме нет агглютининов.

Можно ли изменить группу крови? Увы, нет. Это наследственный признак. информация о нашей группе крови записана в нашей ДНК (она же - гены, хромосомы - кому как больше нравится).

Может ли группа крови детей отличаться от группы крови родителей? Да, может. 

Почему? узнаете на уроках генетики в 9 и 10 классе - добро пожаловать ;)