Всички живи организми, с изключение на вирусите, са изградени от клетки. Те осигуряват всички процеси, необходими за живота на растение или животно. Самата клетка може да бъде отделен организъм. И как може такава сложна структура да живее без енергия? Разбира се, че не. И така, как клетките получават енергия? Тя се основава на процесите, които ще разгледаме по-долу.

Осигуряване на клетките с енергия: как става това?

Малко клетки получават енергия отвън; те сами я произвеждат. имат уникални „станции“. А източникът на енергия в клетката е митохондрията, органелата, която я произвежда. В него протича процесът на клетъчно дишане. Благодарение на него клетките се снабдяват с енергия. Те обаче присъстват само в растенията, животните и гъбите. Бактериалните клетки нямат митохондрии. Следователно клетките им се снабдяват с енергия главно чрез процеси на ферментация, а не чрез дишане.

Структурата на митохондриите

Това е двумембранен органел, появил се в еукариотната клетка по време на процеса на еволюция в резултат на поглъщането й от по-малък.Това може да обясни факта, че митохондриите съдържат собствена ДНК и РНК, както и митохондриални рибозоми, които произвеждат протеини, необходими за органелите.

Вътрешната мембрана има издатини, наречени кристи или хребети. Процесът на клетъчно дишане възниква върху кристите.

Това, което е вътре в двете мембрани, се нарича матрица. Съдържа протеини, ензими, необходими за ускоряване на химичните реакции, както и РНК, ДНК и рибозоми.

Клетъчното дишане е в основата на живота

Провежда се на три етапа. Нека разгледаме всеки от тях по-подробно.

Първият етап е подготвителен

По време на този етап сложните органични съединения се разграждат на по-прости. Така протеините се разграждат на аминокиселини, мазнините на карбоксилни киселини и глицерол, нуклеиновите киселини на нуклеотиди и въглехидратите на глюкоза.

Гликолиза

Това е етапът без кислород. Това се дължи на факта, че веществата, получени по време на първия етап, се разграждат допълнително. Основните източници на енергия, които клетката използва на този етап, са молекулите на глюкозата. Всеки от тях се разпада на две молекули пируват по време на гликолиза. Това се случва по време на десет последователни химични реакции. В резултат на първите пет глюкозата се фосфорилира и след това се разделя на две фосфотриози. Следващите пет реакции произвеждат две молекули и две молекули PVA (пирувинова киселина). Енергията на клетката се съхранява под формата на АТФ.

Целият процес на гликолиза може да бъде опростен, както следва:

2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H 2 O + 2NAD. H 2 + 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP

По този начин, използвайки една молекула глюкоза, две молекули ADP и две фосфорна киселина, клетката получава две молекули ATP (енергия) и две молекули пирогроздена киселина, които ще използва в следващата стъпка.

Третият етап е окисление

Този етап възниква само в присъствието на кислород. Химичните реакции на този етап протичат в митохондриите. Това е основната част, по време на която се отделя най-много енергия. На този етап, реагирайки с кислорода, той се разпада на вода и въглероден диоксид. Освен това се образуват 36 молекули АТФ. И така, можем да заключим, че основните източници на енергия в клетката са глюкозата и пирогроздената киселина.

Обобщавайки всички химични реакции и пропускайки подробности, можем да изразим целия процес на клетъчно дишане с едно опростено уравнение:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO 2 + 6H2O + 38ATP.

Така по време на дишането от една молекула глюкоза, шест молекули кислород, тридесет и осем молекули ADP и същото количество фосфорна киселина клетката получава 38 молекули АТФ, под формата на които се съхранява енергия.

Разнообразие от митохондриални ензими

Клетката получава енергия за жизненоважна дейност чрез дишане - окисление на глюкоза и след това на пирогроздена киселина. Всички тези химични реакции не биха могли да протичат без ензими – биологични катализатори. Нека разгледаме тези, които се намират в митохондриите, органелите, отговорни за клетъчното дишане. Всички те се наричат ​​оксидоредуктази, защото са необходими за осигуряване на протичането на редокс реакции.

Всички оксидоредуктази могат да бъдат разделени на две групи:

• оксидази;
• дехидрогеназа;

Дехидрогеназите от своя страна се делят на аеробни и анаеробни. Аеробните съдържат коензима рибофлавин, който тялото получава от витамин В2. Аеробните дехидрогенази съдържат NAD и NADP молекули като коензими.

Оксидазите са по-разнообразни. На първо място, те са разделени на две групи:

• съдържащи мед;
• които съдържат желязо.

Първите включват полифенолоксидази и аскорбат оксидаза, вторите включват каталаза, пероксидаза и цитохроми. Последните от своя страна се делят на четири групи:

• цитохроми а;
• цитохроми b;
• цитохроми c;
• цитохроми d.

Цитохромите a съдържат железен формилпорфирин, цитохромите b - железен протопорфирин, c - заместен железен мезопорфирин, d - железен дихидропорфирин.

Има ли други начини за получаване на енергия?

Въпреки че повечето клетки го получават чрез клетъчно дишане, има и анаеробни бактерии, които не се нуждаят от кислород, за да съществуват. Те произвеждат необходимата енергия чрез ферментация. Това е процес, при който с помощта на ензими въглехидратите се разграждат без участието на кислород, в резултат на което клетката получава енергия. Има няколко вида ферментация в зависимост от крайния продукт на химичните реакции. Тя може да бъде млечна киселина, алкохолна, маслена киселина, ацетон-бутан, лимонена киселина.

Например, помислете, че може да се изрази със следното уравнение:

C6H12O6 → C2H5OH + 2CO2

Това означава, че бактерията разгражда една молекула глюкоза на една молекула етилов алкохол и две молекули въглероден оксид (IV).

Метаболизъм (метаболизъм)- това е съвкупността от всички химични реакции, които се случват в тялото. Всички тези реакции са разделени на 2 групи

1. Пластмасов обмен(асимилация, анаболизъм, биосинтеза) - това е, когато от прости вещества с консумация на енергия се образуват (синтезират)по-сложни. Пример:

• По време на фотосинтезата глюкозата се синтезира от въглероден диоксид и вода.

2. Енергиен метаболизъм(дисимилация, катаболизъм, дишане) - това е, когато сложни вещества разпадам (окислявам)към по-простите и в същото време се освобождава енергия, необходими за живота. Пример:

• В митохондриите глюкозата, аминокиселините и мастните киселини се окисляват от кислорода до въглероден диоксид и вода, което произвежда енергия (клетъчно дишане)

Връзката между пластичния и енергийния метаболизъм

• Пластичният метаболизъм осигурява на клетката сложни органични вещества (протеини, мазнини, въглехидрати, нуклеинови киселини), включително ензимни протеини за енергиен метаболизъм.
• Енергийният метаболизъм осигурява на клетката енергия. При извършване на работа (умствена, мускулна и др.) Енергийният метаболизъм се увеличава.

АТФ– универсална енергийна субстанция на клетката (универсален енергиен акумулатор). Образува се в процеса на енергиен метаболизъм (окисление на органични вещества).

• По време на енергийния метаболизъм всички вещества се разграждат и се синтезира АТФ. В този случай енергията на химичните връзки на разпаднатите сложни вещества се преобразува в енергията на АТФ, енергията се съхранява в АТФ.
• По време на пластичния метаболизъм всички вещества се синтезират и АТФ се разгражда. При което Консумира се ATP енергия(АТФ енергията се преобразува в енергията на химичните връзки на сложните вещества и се съхранява в тези вещества).

Изберете една, най-правилната опция. По време на процеса на пластичен обмен
1) по-сложните въглехидрати се синтезират от по-малко сложните
2) мазнините се превръщат в глицерол и мастни киселини
3) протеините се окисляват, за да образуват въглероден диоксид, вода и азотсъдържащи вещества
4) освобождава се енергия и се синтезира АТФ

Отговор

Изберете три опции. Как се различава пластичният метаболизъм от енергийния?
1) енергията се съхранява в молекулите на АТФ
2) енергията, съхранявана в молекулите на АТФ, се изразходва
3) синтезират се органични вещества
4) органичните вещества се разграждат
5) крайни продукти на метаболизма - въглероден диоксид и вода
6) в резултат на обменни реакции се образуват протеини

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В процеса на пластичен метаболизъм в клетките се синтезират молекули
1) протеини
2) вода
3) АТФ
4) неорганични вещества

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Каква е връзката между пластичния и енергийния метаболизъм?
1) пластичният метаболизъм доставя органични вещества за енергия
2) енергийният метаболизъм доставя кислород за пластмасата
3) пластичният метаболизъм доставя минерали за енергия
4) пластичният метаболизъм доставя ATP молекули за енергия

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В процеса на енергиен метаболизъм, за разлика от пластмасата, има
1) консумация на енергия, съдържаща се в молекулите на АТФ
2) съхранение на енергия във високоенергийни връзки на АТФ молекули
3) осигуряване на клетките с протеини и липиди
4) осигуряване на клетките с въглехидрати и нуклеинови киселини

Отговор

1. Установете съответствие между характеристиките на обмена и неговия тип: 1) пластичен, 2) енергиен. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) окисление на органични вещества
Б) образуване на полимери от мономери
B) Разграждане на АТФ
Г) съхранение на енергия в клетката
Г) репликация на ДНК
Д) окислително фосфорилиране

Отговор

2. Установете съответствие между характеристиките на метаболизма в клетката и нейния тип: 1) енергия, 2) пластмаса. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) настъпва безкислородно разграждане на глюкозата
Б) среща се на рибозомите, в хлоропластите
Б) крайни продукти на метаболизма - въглероден диоксид и вода
Г) синтезират се органични вещества
Г) използва се енергията, съдържаща се в молекулите на АТФ
Д) енергията се освобождава и съхранява в молекулите на АТФ

Отговор

3. Установете съответствие между признаците на човешкия метаболизъм и неговите видове: 1) пластичен метаболизъм, 2) енергиен метаболизъм. Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) веществата се окисляват
Б) синтезират се вещества
Б) енергията се съхранява в молекулите на АТФ
Г) изразходва се енергия
Г) рибозомите участват в процеса
Д) митохондриите участват в процеса

Отговор

4. Установете съответствие между характеристиките на метаболизма и неговия тип: 1) енергичен, 2) пластичен. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) репликация на ДНК
Б) биосинтеза на протеини
Б) окисление на органични вещества
Г) транскрипция
Г) Синтез на АТФ
Д) хемосинтеза

Отговор

5. Установете съответствие между характеристиките и видовете обмен: 1) пластмаса, 2) енергия. Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) енергията се съхранява в молекулите на АТФ
Б) синтезират се биополимери
Б) образуват се въглероден диоксид и вода
Г) възниква окислително фосфорилиране
Г) Възниква репликация на ДНК

Отговор

Изберете три процеса, свързани с енергийния метаболизъм.
1) освобождаване на кислород в атмосферата
2) образуване на въглероден диоксид, вода, урея
3) окислително фосфорилиране
4) синтез на глюкоза
5) гликолиза
6) фотолиза на вода

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Енергията, необходима за мускулната контракция, се освобождава, когато
1) разграждането на органичните вещества в храносмилателните органи
2) дразнене на мускула от нервни импулси
3) окисляване на органични вещества в мускулите
4) Синтез на АТФ

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В резултат на какъв процес се синтезират липидите в клетката?
1) дисимилация
2) биологично окисление
3) обмен на пластмаса
4) гликолиза

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Смисълът на пластичния метаболизъм е снабдяването на организма
1) минерални соли
2) кислород
3) биополимери
4) енергия

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Окисляването на органичните вещества в човешкото тяло става в
1) белодробни мехурчета по време на дишане
2) телесни клетки в процеса на пластичен метаболизъм
3) процесът на смилане на храната в храносмилателния тракт
4) телесни клетки в процеса на енергиен метаболизъм

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. Какви метаболитни реакции в клетката са придружени от разход на енергия?
1) подготвителен етап на енергийния метаболизъм
2) млечнокисела ферментация
3) окисление на органични вещества
4) пластмасов обмен

Отговор

1. Установете съответствие между процесите и компонентите на метаболизма: 1) анаболизъм (асимилация), 2) катаболизъм (дисимилация). Напишете числата 1 и 2 в правилния ред.
А) ферментация
Б) гликолиза
Б) дишане
Г) протеинов синтез
Г) фотосинтеза
Д) хемосинтеза

Отговор

2. Установете съответствие между характеристиките и метаболитните процеси: 1) асимилация (анаболизъм), 2) дисимилация (катаболизъм). Напишете числата 1 и 2 в реда, съответстващ на буквите.
А) синтез на органични вещества в организма
Б) включва подготвителния етап, гликолиза и окислително фосфорилиране
В) освободената енергия се съхранява в АТФ
Г) образуват се вода и въглероден диоксид
Г) изисква разход на енергия
Д) среща се в хлоропластите и рибозомите

Отговор

Изберете два верни отговора от пет и запишете числата, под които са посочени. Метаболизмът е едно от основните свойства на живите системи; той се характеризира с това, което се случва
1) селективен отговор на външни влияния на околната среда
2) промени в интензивността на физиологичните процеси и функции с различни периоди на колебание
3) предаване от поколение на поколение на белези и свойства
4) усвояване на необходимите вещества и отделяне на отпадъчни продукти
5) поддържане на относително постоянен физически и химичен състав на вътрешната среда

Отговор

1. Всички освен два от следните термини се използват за описание на обмена на пластмаса. Посочете два термина, които „отпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) репликация
2) дублиране
3) излъчване
4) транслокация
5) транскрипция

Отговор

2. Всички понятия, изброени по-долу, с изключение на две, се използват за описание на пластичния метаболизъм в клетката. Идентифицирайте две концепции, които „изпадат“ от общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) асимилация
2) дисимилация
3) гликолиза
4) транскрипция
5) излъчване

Отговор

3. Термините, изброени по-долу, с изключение на два, се използват за характеризиране на пластмасовия обмен. Посочете два термина, които липсват в общия списък и запишете номерата, под които са посочени.
1) разделяне
2) окисление
3) репликация
4) транскрипция
5) хемосинтеза

Отговор

Изберете една, най-правилната опция. В състава са включени азотната основа аденин, рибоза и три остатъка от фосфорна киселина
1) ДНК
2) РНК
3) АТФ
4) катерица

Отговор

Всички признаци по-долу, с изключение на два, могат да се използват за характеризиране на енергийния метаболизъм в клетката. Определете две характеристики, които „отпадат“ от общия списък, и запишете номерата, под които са посочени във вашия отговор.
1) идва с абсорбция на енергия
2) завършва в митохондриите
3) завършва с рибозоми
4) придружен от синтеза на АТФ молекули
5) завършва с образуването на въглероден диоксид

Отговор

Намерете три грешки в дадения текст. Посочете номерата на предложенията, в които са направени.(1) Метаболизмът или метаболизмът е набор от реакции на синтез и разграждане на клетъчни и телесни вещества, свързани с освобождаването или усвояването на енергия. (2) Наборът от реакции за синтеза на органични съединения с високо молекулно тегло от съединения с ниско молекулно тегло се нарича пластичен обмен. (3) Молекулите на АТФ се синтезират в реакции на пластичен обмен. (4) Фотосинтезата се класифицира като енергиен метаболизъм. (5) В резултат на хемосинтезата органичните вещества се синтезират от неорганични с помощта на енергията на Слънцето.

Отговор

© Д. В. Поздняков, 2009-2019

Всички живи организми, живеещи на Земята, от гледна точка на термодинамиката са отворени системи, способни активно да организират доставката на енергия и вещества отвън. Енергията е необходима за всички жизнени процеси, но преди всичко за химичния синтез на веществата, използвани за изграждане и възстановяване на структурите на клетката и тялото. Откъде живите организми получават енергия? Живите същества са способни да използват само два вида енергия - светлина(енергия на слънчева радиация) и химически(енергия на връзките на химичните съединения) – и на тази основа се делят на две групи: фототрофиИ хемотрофи.

За да се синтезират компонентите на тялото, е необходимо да се консумират химически елементи отвън, които се използват като градивни елементи. Основният структурен елемент на органичните молекули е въглеродът. В зависимост от източниците на въглерод

Кой харесва - фототрофи(растения) използват енергията на слънчевата радиация, хетеротрофи(гъби, животни) - енергията на химичните връзки на веществата, доставяни с храната. Получената енергия се използва допълнително за синтеза на органични молекули, чийто основен структурен елемент е въглеродът. В зависимост от източниците на въглерод живите организми се разделят на две големи групи: автотрофиИ хетеротрофи. Автотрофите се специализират в източници на неорганичен въглерод (въздух), а хетеротрофите трябва... да ядат нещо. Повечето живи организми принадлежат към фотоавтотрофиили хемохетеротрофи. Въпреки това, някои живи същества (зелена еуглена, хламидомонас), в зависимост от условията на живот, се държат като авто- или хетеротрофи и образуват специална група миксотрофен(автохетеротрофни) организми.

Процесът на изразходване на енергия и материя се нарича храна. Известни са два вида захранване: холозойски – чрез улавяне на хранителни частици в тялото, g олофитен– без улавяне, чрез абсорбиране на разтворените вещества през повърхностните структури на тялото.Хранителните вещества, които постъпват в тялото по един или друг начин, участват допълнително в метаболизма.

метаболизъм, или метаболизъм представлява съвкупност от взаимосвързани и балансирани процеси, включващи различни химически трансформации на веществата в организма.Неговото задължително условие е връзката на живите организми с външната среда. Живите същества получават хранителни вещества от външната среда - вода, кислород и др. Те отделят продуктите от своята жизнена дейност във външната среда. Такъв обмен определя живота на организмите: те растат, развиват се, структурата и свойствата им се променят, но основното качество не се променя - те остават живи!

Телата от неорганична природа също са изложени на влиянието на външната среда и в същото време губят характерните си качества, придобиват нови и претърпяват трансформации: желязото се превръща в ръжда, камъкът в трошен камък, пясък, прах; оксидите се превръщат в киселини и др.

По този повод философът Ф. Енгелс пише: „Какала, която е изветряла, вече не е скала; металът се превръща в ръжда в резултат на окисляване. Но каква е причината за унищожението в неодушевените тела става основно условие за съществуване».

Усвояване на хранителни вещества и отделяне на отпадъчни продукти;

Синтез, използване и разграждане на макромолекули.

Всички различни химични процеси, които съставляват метаболизма, се разделят на две групи - процеси на асимилация и процеси на дисимилация.

Основата анаболизъм (асимилация, или обмен на пластмаса)представляват реакции на синтез, които се случват с консумация на енергия - консумация и трансформация на вещества, влизащи в тялото, в собственото му тяло (клетъчни компоненти и отлагане на резерви, поради което се получава натрупване на енергия). Метаболизмът в авто- и хетеротрофните организми се характеризира с особености, свързани с методите за изграждане на структурните компоненти на органичните молекули.

Автотрофните организми са способни напълно независимо да синтезират органични вещества от неорганични молекули, консумирани от външната среда:

Неорганични вещества (CO 2, H 2 O) фотосинтеза биологични синтези

Хетеротрофните организми изграждат свои собствени органични вещества от органични хранителни компоненти:

Органични хранителни вещества (протеини, мазнини, въглехидрати) храносмиланепрости органични молекули (аминокиселини, мастни киселини, монозахариди) биологични синтезимакромолекули на тялото (протеини, мазнини, въглехидрати).

Основата катаболизъм (дисимилация, или енергиен метаболизъм)се състоят от реакции на разделяне, придружени от освобождаване на енергия - редокс процесът на разрушаване на органични вещества и превръщането им в по-прости съединения, поради което се освобождава енергията, натрупана преди това по време на асимилацията, необходима за жизнената дейност (част от енергията се разсейва в под формата на топлина, а другата част се натрупва в макроергичните връзки на АТФ); в същото време се освобождават ресурси на тялото (ензими и др.) за процеса на асимилация.

Процесите на анаболизъм и катаболизъм са неразривно свързани. Всички синтетични процеси изискват енергия, доставяна от реакции на дисимилация. Самите реакции на разцепване протичат само с участието на ензими, синтезирани по време на процеса на асимилация. Въпреки това, и двата аспекта на метаболизма и енергията не винаги са в баланс: процесите на асимилация преобладават в растящия организъм, а процесите на дисимилация преобладават по време на интензивна физическа активност и в напреднала възраст. По този начин метаболизмът може да се определи като последователно потребление, трансформация, използване, натрупване и загуба на вещества и енергия в живите организми по време на живота, които определят самообновяването, самовъзпроизвеждането и саморегулирането, растежа и развитието в постоянно променяща се среда и позволяват адаптация в него. Метаболизмът се регулира от вътреклетъчни, хормонални механизми, координирани от нервната система.

Известно е, че всички цъфтящи растения имат клетъчна структура и че структурата на клетките зависи от функцията, която изпълняват. В един растителен организъм всички клетки, подобни по структура и функции, образуват тъкани, растителните органи са изградени от тъкани, а един интегрален организъм е изграден от органи. как живее той

Метаболизъм

Едно от основните проявления на живота е метаболизмът или метаболизмът (от гръцки „metabole“ - промяна, трансформация). В растителните организми протича външен метаболизъм - усвояване и освобождаване на вещества и вътрешен метаболизъм - трансформация на веществата в клетката. Външният обмен може да се осъществи със или без разход на енергия. Вътрешният метаболизъм се състои от два взаимосвързани процеса: асимилация и дисимилация. Асимилацията (от латински „асимилация“ - използване) е процесът на образуване от прости вещества на по-сложни, от които е изградено растителното тяло. Това изисква енергия. Дисимилацията е процесът на разграждане на сложни вещества, от които тялото е изградено в по-прости. Това освобождава енергия.

Обменът на газ в листа се извършва съгласно закона за дифузия (взаимно проникване на вещества). През деня, когато се извършва фотосинтеза, концентрацията на въглероден диоксид вътре в листата намалява в сравнение с външния въздух, тъй като се изразходва за образуването на въглехидрати. Следователно въглеродният диоксид прониква през устицата в междуклетъчните пространства на гъбестата тъкан и оттам в клетките. В същото време от листата се отделя кислород, освободен по време на фотосинтезата. През нощта се случва обратният процес, а именно: количеството въглероден диоксид в листата се увеличава и той се отделя във въздуха, а процесът на дишане протича интензивно. Дишането се извършва във всички живи клетки ден и нощ. Растението, подобно на човек, диша кислород и издишва въглероден диоксид. Въпреки това, на светлина, когато се извършва фотосинтеза, растенията абсорбират повече въглероден диоксид, отколкото отделят по време на дишането.

Зелено растение. Снимка: Бен Хоскинг

Изпаряването на водата или транспирацията е процесът на изпаряване на водата от листата, което е много важно в живота на растенията. Осъществява се главно чрез устицата. Благодарение на изпарението около растението се създава определен микроклимат, необходим за нормален живот.
Изпарението при горещо време помага за охлаждане на листата и придвижване на вода и вещества, разтворени в нея. Прави се разлика между изпаряване на водата през кутикулата (восъчно покритие върху кожата) и през устицата. Скоростта на транспирация зависи от много причини: биологичните характеристики на самите растения, условията на околната среда.
По този начин асимилацията и дисимилацията са взаимосвързани процеси на метаболизъм и енергия. Най-важният процес на асимилация при растенията е фотосинтезата, а процесът на дисимилация е дишането.
Фотосинтезата се извършва в клетките на асимилационната тъкан, които съдържат зелени пластиди - хлоропласти. Асимилационната тъкан се нарича още основна тъкан. Състои се от два вида клетки. Под горната кожа има два или три плътни слоя клетки от колонна тъкан, а под тях лежат рехаво клетки от пореста тъкан с междуклетъчни пространства - пространства, пълни с въздух. В кожата, главно от долната страна на листа, има множество образувания - устица, които осигуряват газообмен и изпарение на водата от растението.

Минерално хранене

За нормален живот растенията се нуждаят не само от въглехидрати, образувани по време на фотосинтезата, но и от протеини, мазнини и други вещества. За тяхното образуване растението, освен кислород и водород (които съставят въглехидратите), се нуждае от други химични елементи.
Растението ги получава от почвата под формата на минерали, следователно почвата е не само местообитание, но и източник на минерално хранене за растенията. От почвата растението получава елементи като калий, фосфор, азот и други, както и микроелементи: бор, калций, магнезий, сяра, кобалт, манган, мед, цинк и др.
При липса на минерални соли в почвата те се прилагат под формата на минерални торове. Торовете са минерални: азотни (селитра, урея, амониев сулфат), фосфорни (суперфосфат) и калиеви (калиев хлорид). Пепелта също се счита за калиев тор. В почвата се добавят и органични торове. Това са вещества от органичен произход - оборски тор, птичи изпражнения, хумус, торф. Има и гранулирани торове. Приготвят се под формата на гранули (топчета). Торовете се прилагат в почвата през пролетта или есента, а също и по време на растежа на растенията - торене.

Растенията могат да се отглеждат без почва, като се използват водни хранителни смеси, ако те съдържат всички елементи, необходими за храненето на растенията. Този метод на отглеждане на растения се нарича хидропоника.
Има и аеропоника, когато растенията се отглеждат без почва и корените във въздуха периодично се пръскат с малки капчици хранителен разтвор.
Транспорт на вещества в растението - този процес в растението протича под формата на възходящи и низходящи потоци. Прекъснатата стрелка показва възходящ поток, а непрекъснатата стрелка показва низходящ поток.

Водата с разтворени в нея вещества навлиза в растението през кореновите власинки, след което се издига по корена към стъблото и по стъблото към листата и другите органи (възходящ поток). Проводимата тъкан, през която се движат водата и минералните соли, се нарича ксилема и се намира в дървесината на стъблото.
Тъканта, през която се движат веществата, образувани в листата (поток надолу), се нарича флоема. Флоемата се намира в кората. Проводните клетки на флоема са живи и се наричат ​​ситовидни тръбички. Проводимите клетки на ксилемата са мъртви и се наричат ​​съдове.
Движението на веществата се осъществява под силата на натиска на корена и транспирацията. Под въздействието на кореновия натиск разтвор от вода и минерални соли навлиза в кората през кореновите власинки и след това в ксилемните съдове. Разтворът се издига през съдовете на корена до стъблото и през съдовете на стъблото се придвижва нагоре към листата под въздействието на силата на транспирация.
Получавайки необходимите за живота вещества, растението расте, развива се и се размножава.

Растеж и развитие

Растението расте, което означава, че организмът е в движение, тъй като по време на този процес се случва клетъчно делене (в живите клетки цитоплазмата е в постоянно движение). Тъй като кореновата система расте, тя увеличава площта на минерално хранене, а растежът на надземната част увеличава площта на въздушно хранене. Връзката между подземната и надземната част осигурява живота на растението като цялостен организъм.

Растежът и развитието на растенията са тясно свързани, но не се заменят. Регулирането на тези процеси се извършва на клетъчно ниво. Процесите на растеж протичат ритмично.
Развитието на растенията е онези качествени промени, които настъпват в растението през целия му живот, като се започне с разделянето на зиготата. От него се образува зародиш с рудиментарни органи, разположени в семето. След покълването на семето от зародиша се развива растение, върху което се образуват цветове, настъпва цъфтеж, опрашване и оплождане, развитие на плода и семето, тяхното узряване и разпръскване. Развитието на индивидуален организъм от семе до семе, тоест от раждане до смърт, се нарича индивидуален или онтогенезис (от гръцки „ontos” - битие и „genio” - раждане). Развитието на организмите в процеса на еволюцията, тоест в процеса на историческото развитие, се нарича филогенеза.

Възпроизвеждане

Възпроизвеждането е основната биологична функция на всеки жив организъм. В някои случаи при растенията възпроизвеждането завършва жизнения цикъл, например при едногодишни и многогодишни растения, които дават плод веднъж в живота (бамбук, някои палми и др.). В други случаи размножаването става многократно (многогодишни треви, дървета и храсти).
Всяко растение започва да се размножава в определен момент от живота си. И независимо дали възпроизвеждането става чрез семена или вегетативен метод, растенията възпроизвеждат собствения си вид. Начините за размножаване при растенията са разнообразни, но могат да се сведат основно до три: безполово, вегетативно и полово.
При безполово възпроизвеждане възпроизвеждането на себеподобните става без участието на зародишни клетки и без оплождане. Безполовото размножаване с помощта на спори и вегетативни (растящи) части на тялото е характерно за всички растения.

Както вече беше отбелязано, жизненият цикъл на растенията се характеризира с редуване на две поколения - сексуално (хаплоидно, т.е. с един набор от хромозоми) и асексуално (диплоидно, с двоен набор от хромозоми).

По време на половото размножаване в растенията обикновено се случва редуване на поколенията: от едната се образуват органи и клетки на безполово размножаване - това е спорофит, а от друга се образуват репродуктивни органи и зародишни клетки - това е гаметофит.
Приспособявайки се към живота на сушата, сухоземните растения се развиват по пътя на подобряване на спорофита (безполово поколение) и намаляване (промени) на гаметофита (сексуални поколения). Гаметофитът, който е много чувствителен към липса на влага, постепенно намалява по размер, което му позволява да се развива по-бързо и по този начин да стане по-малко зависим от водата.

Дъх

Живата клетка е отворена енергийна система, тя живее и поддържа своята индивидуалност благодарение на постоянен поток от енергия. Веднага щом този приток спре, настъпва дезорганизация и смърт на тялото. Енергията на слънчевата светлина, съхранявана в органичната материя по време на фотосинтезата, отново се освобождава и използва за различни жизнени процеси.
Енергията на светлинните кванти, натрупана във въглехидратите, отново се освобождава в процеса на тяхното разпадане (дисимилация). В най-обща форма може да се отбележи, че всички живи клетки получават енергия чрез ензимни реакции, по време на които електроните се преместват от по-високо енергийно ниво към по-ниско. В природата има два основни процеса, по време на които се освобождава съхраняваната в органичната материя енергия на слънчевата светлина: дишане и ферментация. Дишането е аеробно окислително разграждане на органични съединения до прости, неорганични съединения, придружено от освобождаване на енергия. Ферментацията е анаеробен процес на разлагане на органични съединения до по-прости, придружен от освобождаване на енергия. По време на ферментацията степента на окисление на съединенията не се променя. При дишането акцепторът на електрони е кислородът, при ферментацията - органичните съединения. Процесите, включени в енергийния цикъл, са толкова важни, че сега се появи науката биоенергетика, която изучава молекулярната и субмолекулната основа на енергийната трансформация.

Дишането е един от централните метаболитни процеси на растителния организъм. Енергията, освободена по време на дишането, се изразходва както за процесите на растеж, така и за поддържане на активно състояние на растителни органи, които вече са завършили растежа. Значението на дишането обаче не се изчерпва с факта, че то е процес, който доставя енергия. Дишането, подобно на фотосинтезата, е сложен окислително-редукционен процес, който протича през поредица от етапи. На междинните етапи се образуват органични съединения, които след това се използват в различни метаболитни реакции. Междинните съединения включват органични киселини и пентози, образувани чрез различни пътища на респираторно разлагане. По този начин процесът на дишане е източник на много метаболити. Въпреки факта, че цялостният процес на дишане е противоположен на фотосинтезата, в някои случаи те могат да се допълват взаимно.



Спомнете си от учебника „Човекът и неговото здраве” къде и под въздействието на кои ензими се разграждат въглехидратите, мазнините и белтъчините при храносмилането. Какво е окисление, горене, дишане?

Всеки организъм се нуждае от енергия в процеса на живот. Движение, растеж, развитие, размножаване - всички тези процеси са свързани с разхода на енергия. Автотрофните организми са способни да акумулират слънчева енергия и благодарение на нея да синтезират органични вещества в телата си. Как хетеротрофните организми получават енергия?

Храносмилане и преобразуване на енергия.Хетеротрофните организми получават органични вещества от храната. Първоначалното разграждане на веществата става в техния храносмилателен тракт, а окончателното разграждане настъпва на клетъчно ниво. Високомолекулните органични хранителни вещества не могат веднага да се усвоят от клетките и тъканите. На първо място, те трябва да бъдат разделени на нискомолекулни вещества, които са по-достъпни за клетъчна асимилация. В резултат на сложни многоетапни процеси на дисимилация се освобождава енергия, която частично се изразходва под формата на топлина и частично се преобразува и съхранява в молекулите на АТФ.

Нека разгледаме основните етапи на тези процеси при животни и хора.

В подготвителния етап, наричан още храносмилане, разграждането на органичните вещества става под въздействието на ензими в храносмилателния тракт. Така протеините се разграждат в стомаха и тънките черва под действието на ензими – пепсин, трипсин до аминокиселини. Разграждането на полизахаридите започва в устната кухина в присъствието на слюнчения ензим амилаза и след това продължава в дванадесетопръстника. Там под действието на липазата се разграждат и мазнините. Получените нискомолекулни вещества се абсорбират в кръвта и се доставят до всички органи, тъкани и клетки на тялото.

Цялата енергия, освободена по време на подготвителния етап, се разсейва под формата на топлина.

Подготвителен етап (където Q е топлинна енергия): Протеини + H20 >> аминокиселини + Q

Мазнини + H2O >> глицерол + (висши мастни киселини) + Q Въглехидрати + H2O >> глюкоза + Q

Разграждане на глюкозата.Следващите етапи на разграждане на нискомолекулни органични вещества се случват на клетъчно ниво. Нека ги разгледаме на пример с глюкоза (фиг. 59). Именно това вещество служи като основен източник на енергия за повечето организми.

Ориз. 59. Обща схема на разграждане на глюкозата

Глюкозата в клетката може да се разгради по два начина – анаеробно и аеробно. Процесът на безкислородно разцепване се случва в цитоплазмата на клетката. В зависимост от вида на клетките и организмите от глюкозата могат да се образуват пирогроздена киселина, млечна киселина, етилов алкохол, оцетна киселина или други нискомолекулни органични вещества. Освободената в този случай енергия се съхранява в две молекули АТФ и частично се разсейва под формата на топлина. Някои процеси на безкислородно разграждане на глюкозата се наричат ​​ферментация. Те са характерни за анаеробни микроорганизми, например млечнокисели бактерии и дрожди.

Млечнокисела ферментация се наблюдава и при аеробни организми с недостиг на кислород в тъканите. Например, нетрениран човек след интензивно физическо натоварване чувства мускулна болка (фиг. 60). Образуваната там млечна киселина дразни нервните окончания. След около два дни болката отшумява и млечната киселина се окислява допълнително.

Ориз. 60. При интензивно физическо натоварване и недостиг на кислород се образува млечна киселина, която се натрупва в мускулите

В аеробните организми всички междинни вещества, образувани от глюкоза по време на безкислородно разграждане, се окисляват от атмосферния кислород до въглероден диоксид и вода. Този последен етап на дисимилация се нарича биологично окисление или клетъчно дишане. Среща се в митохондриите. При реакциите на кислородно разцепване на глюкозата се освобождава много повече енергия, по-голямата част от която се съхранява в 38 ATP молекули.

Аеробното разграждане на глюкозата е 19 пъти по-енергийно полезно от анаеробното разграждане. При този процес се образуват само енергийно бедни неорганични вещества, а клетката складира максимално количество енергия под формата на АТФ молекули.

Крайният резултат от процесите на клетъчно дишане е подобен на процесите на горене. Например, ако изгорите захар (фиг. 61), вие също получавате въглероден диоксид и вода. Но тези процеси се различават значително по отношение на икономията на енергия. По време на горенето цялата енергия се превръща в светлина и топлина, нищо не се съхранява. По време на клетъчното дишане енергията се съхранява в молекулите на АТФ, която впоследствие се изразходва във всички жизнени процеси: синтез на органични вещества, растеж, развитие, движение и др.

Фиг. 61. Горяща захар

Упражнения по преминатия материал

1. Какво е общото между реакциите на трансформация на протеини, мазнини и въглехидрати в храносмилателния тракт на човека? Как се наричат ​​тези реакции?
2. Как тялото използва енергията, освободена по време на подготвителния етап на дисимилация?
3. В резултат на какви процеси се образуват въглероден диоксид и вода в организма? Къде в клетката протичат тези реакции?
4. Къде и как се използва кислородът, който постъпва в тялото при дишане?
5. АТФ се синтезира от митохондриите и хлоропластите. Обяснете приликите и разликите между процесите, водещи до синтеза на АТФ молекули.

Основното резервно енергийно вещество на растенията е нишестето, което заема много място в техните органи. Това обаче не е пречка, тъй като растенията не се движат активно. Повечето животни, напротив, са принудени да се движат бързо, което е довело до складиране на мазнини, които със същия обем като въглехидратите запазват два пъти и половина повече енергия.