Toate organismele vii, cu excepția virusurilor, sunt formate din celule. Ele asigură toate procesele necesare pentru viața unei plante sau a unui animal. O celulă în sine poate fi un organism separat. Și cum poate o structură atât de complexă să trăiască fără energie? Desigur că nu. Deci, cum obțin celulele energie? Se bazează pe procesele pe care le vom lua în considerare mai jos.

Furnizarea celulelor cu energie: cum se întâmplă acest lucru?

Puține celule primesc energie din exterior; o produc singure. au „stații” unice. Iar sursa de energie din celulă este mitocondria, organele care o produc. În ea are loc procesul de respirație celulară. Datorită acesteia, celulele sunt asigurate cu energie. Cu toate acestea, ele sunt prezente numai în plante, animale și ciuperci. Celulele bacteriene nu au mitocondrii. Prin urmare, celulele lor sunt furnizate cu energie în principal prin procese de fermentație, mai degrabă decât prin respirație.

Structura mitocondriilor

Acesta este un organel cu membrană dublă care a apărut într-o celulă eucariotă în timpul procesului de evoluție ca urmare a absorbției uneia mai mici.Aceasta poate explica faptul că mitocondriile conțin propriul ADN și ARN, precum și ribozomi mitocondriali care produc proteinele necesare pentru organele.

Membrana interioară are proeminențe numite crestae sau creste. Procesul de respirație celulară are loc pe cresta.

Ceea ce se află în interiorul celor două membrane se numește matrice. Conține proteine, enzime necesare accelerării reacțiilor chimice, precum și ARN, ADN și ribozomi.

Respirația celulară este baza vieții

Are loc în trei etape. Să ne uităm la fiecare dintre ele mai detaliat.

Prima etapă este pregătitoare

În această etapă, compușii organici complecși sunt descompuși în alții mai simpli. Astfel, proteinele se descompun în aminoacizi, grăsimile în acizi carboxilici și glicerol, acizii nucleici în nucleotide și carbohidrații în glucoză.

Glicoliza

Aceasta este etapa fără oxigen. Constă în faptul că substanțele obținute în prima etapă sunt defalcate în continuare. Principalele surse de energie pe care celula le folosește în acest stadiu sunt moleculele de glucoză. Fiecare dintre ele se descompune în două molecule de piruvat în timpul glicolizei. Acest lucru are loc în timpul a zece reacții chimice consecutive. Ca rezultat al primelor cinci, glucoza este fosforilată și apoi împărțită în două fosfotrioze. Următoarele cinci reacții produc două molecule și două molecule de PVA (acid piruvic). Energia celulei este stocată sub formă de ATP.

Întregul proces de glicoliză poate fi simplificat după cum urmează:

2NAD+ 2ADP + 2H 3 PO 4 + C 6 H 12 O 6 → 2H20 + 2NAD. H2 + 2C3H4O3 + 2ATP

Astfel, folosind o moleculă de glucoză, două molecule de ADP și două de acid fosforic, celula primește două molecule de ATP (energie) și două molecule de acid piruvic, pe care le va folosi în etapa următoare.

A treia etapă este oxidarea

Această etapă are loc numai în prezența oxigenului. Reacțiile chimice ale acestei etape au loc în mitocondrii. Aceasta este partea principală în care se eliberează cea mai mare energie. În această etapă, reacționând cu oxigenul, se descompune în apă și dioxid de carbon. În plus, se formează 36 de molecule de ATP. Deci, putem concluziona că principalele surse de energie din celulă sunt glucoza și acidul piruvic.

Rezumând toate reacțiile chimice și omițând detalii, putem exprima întregul proces de respirație celulară cu o singură ecuație simplificată:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP + 38H 3 PO 4 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Astfel, în timpul respirației, dintr-o moleculă de glucoză, șase molecule de oxigen, treizeci și opt de molecule de ADP și aceeași cantitate de acid fosforic, celula primește 38 de molecule de ATP, sub forma cărora este stocată energie.

Diversitatea enzimelor mitocondriale

Celula primește energie pentru activitatea vitală prin respirație - oxidarea glucozei și apoi a acidului piruvic. Toate aceste reacții chimice nu ar putea avea loc fără enzime - catalizatori biologici. Să ne uităm la cele care se află în mitocondrii, organele responsabile de respirația celulară. Toate sunt numite oxidoreductaze deoarece sunt necesare pentru a asigura apariția reacțiilor redox.

Toate oxidoreductazele pot fi împărțite în două grupe:

• oxidaze;
• dehidrogenază;

Dehidrogenazele, la rândul lor, sunt împărțite în aerobe și anaerobe. Cele aerobe conțin coenzima riboflavină, pe care organismul o primește din vitamina B2. Dehidrogenazele aerobe conțin molecule NAD și NADP ca coenzime.

Oxidazele sunt mai diverse. În primul rând, acestea sunt împărțite în două grupe:

• cele care conțin cupru;
• cele care contin fier.

Primele includ polifenoloxidaze și ascorbat oxidază, a doua include catalaza, peroxidaza și citocromi. Acestea din urmă, la rândul lor, sunt împărțite în patru grupe:

• citocromii a;
• citocromii b;
• citocromii c;
• citocromi d.

Citocromii a conțin fier formil porfirina, citocromii b - protoporfirina de fier, c - mezoporfirina de fier substituită, d - dihidroporfirina de fier.

Există și alte modalități de a obține energie?

Deși majoritatea celulelor îl obțin prin respirație celulară, există și bacterii anaerobe care nu necesită oxigen pentru a exista. Ele produc energia necesară prin fermentare. Acesta este un proces în care, cu ajutorul enzimelor, carbohidrații sunt descompuse fără participarea oxigenului, în urma căruia celula primește energie. Există mai multe tipuri de fermentație în funcție de produsul final al reacțiilor chimice. Poate fi acid lactic, alcoolic, acid butiric, acetonă-butan, acid citric.

De exemplu, luați în considerare că poate fi exprimat prin următoarea ecuație:

C6H12O6 → C2H5OH + 2CO2

Adică, bacteria descompune o moleculă de glucoză într-o moleculă de alcool etilic și două molecule de oxid de carbon (IV).

Metabolism (metabolism)- aceasta este totalitatea tuturor reacțiilor chimice care au loc în organism. Toate aceste reacții sunt împărțite în 2 grupe

1. Schimb plastic(asimilare, anabolism, biosinteză) - este atunci când din substanțe simple cu consum de energie sunt formate (sintetizate) mai complex. Exemplu:

• În timpul fotosintezei, glucoza este sintetizată din dioxid de carbon și apă.

2. Metabolismul energetic(disimilare, catabolism, respirație) - aceasta este atunci când substanțe complexe se dezintegrează (se oxidează) la cele mai simple, și în același timp energia este eliberată, necesar pentru viață. Exemplu:

• În mitocondrii, glucoza, aminoacizii și acizii grași sunt oxidați de oxigen în dioxid de carbon și apă, care produce energie. (respirație celulară)

Relația dintre plastic și metabolismul energetic

• Metabolismul plastic asigură celulei substanțe organice complexe (proteine, grăsimi, carbohidrați, acizi nucleici), inclusiv proteine ​​enzimatice pentru metabolismul energetic.
• Metabolismul energetic oferă celulei energie. La efectuarea muncii (mentale, musculare etc.), metabolismul energetic crește.

ATP– substanta energetica universala a celulei (acumulator de energie universal). Se formează în procesul de metabolism energetic (oxidarea substanțelor organice).

• În timpul metabolismului energetic, toate substanțele se descompun, iar ATP este sintetizat. În acest caz, energia legăturilor chimice ale substanțelor complexe dezintegrate este convertită în energia ATP, energia este stocată în ATP.
• În timpul metabolismului plastic, toate substanțele sunt sintetizate, iar ATP-ul se descompune. în care Se consumă energie ATP(Energia ATP este transformată în energia legăturilor chimice ale substanțelor complexe și este stocată în aceste substanțe).

Alege una, cea mai corectă variantă. În timpul procesului de schimb plastic
1) carbohidrații mai complecși sunt sintetizați din cei mai puțin complecși
2) grăsimile sunt transformate în glicerol și acizi grași
3) proteinele sunt oxidate pentru a forma dioxid de carbon, apă și substanțe care conțin azot
4) se eliberează energie și se sintetizează ATP

Răspuns

Alege trei opțiuni. Cum diferă metabolismul plasticului de metabolismul energetic?
1) energia este stocată în moleculele de ATP
2) se consumă energia stocată în moleculele de ATP
3) se sintetizează substanţele organice
4) substanțele organice sunt descompuse
5) produse finale ale metabolismului - dioxid de carbon și apă
6) ca urmare a reacțiilor de schimb, se formează proteine

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. În procesul de metabolism plastic, moleculele sunt sintetizate în celule
1) proteine
2) apa
3) ATP
4) substanțe anorganice

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Care este relația dintre plastic și metabolismul energetic?
1) metabolismul plastic furnizează substanțe organice pentru energie
2) metabolismul energetic furnizează oxigen pentru plastic
3) metabolismul plastic furnizează minerale pentru energie
4) metabolismul plastic furnizează molecule de ATP pentru energie

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. În procesul de metabolism energetic, spre deosebire de plastic, există
1) consumul de energie conținută în moleculele de ATP
2) stocarea energiei în legături de mare energie ale moleculelor de ATP
3) asigurarea celulelor cu proteine ​​și lipide
4) furnizarea celulelor cu carbohidrați și acizi nucleici

Răspuns

1. Stabiliți o corespondență între caracteristicile schimbului și tipul acestuia: 1) plastic, 2) energetic. Scrie numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) oxidarea substanţelor organice
B) formarea polimerilor din monomeri
B) Defalcarea ATP
D) stocarea energiei în celulă
D) Replicarea ADN-ului
E) fosforilarea oxidativă

Răspuns

2. Stabiliți o corespondență între caracteristicile metabolismului într-o celulă și tipul acesteia: 1) energie, 2) plastic. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) are loc descompunerea fără oxigen a glucozei
B) apare pe ribozomi, în cloroplaste
B) produși finali ai metabolismului - dioxid de carbon și apă
D) se sintetizează substanţe organice
D) se folosește energia conținută în moleculele de ATP
E) energia este eliberată și stocată în molecule de ATP

Răspuns

3. Stabiliți o corespondență între semnele metabolismului uman și tipurile acestuia: 1) metabolism plastic, 2) metabolism energetic. Scrie numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) substanțele sunt oxidate
B) substanțele sunt sintetizate
B) energia este stocată în moleculele de ATP
D) se consumă energie
D) ribozomii sunt implicați în proces
E) mitocondriile sunt implicate în proces

Răspuns

4. Stabiliți o corespondență între caracteristicile metabolismului și tipul acestuia: 1) energetic, 2) plastic. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) Replicarea ADN-ului
B) biosinteza proteinelor
B) oxidarea substanţelor organice
D) transcriere
D) sinteza ATP
E) chimiosinteză

Răspuns

5. Stabiliți o corespondență între caracteristicile și tipurile de schimb: 1) plastic, 2) energie. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) energia este stocată în moleculele de ATP
B) se sintetizează biopolimeri
B) se formează dioxid de carbon și apă
D) are loc fosforilarea oxidativă
D) Are loc replicarea ADN-ului

Răspuns

Selectați trei procese legate de metabolismul energetic.
1) eliberarea de oxigen în atmosferă
2) formarea de dioxid de carbon, apă, uree
3) fosforilarea oxidativă
4) sinteza glucozei
5) glicoliză
6) fotoliza apei

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Energia necesară contracției musculare este eliberată atunci când
1) descompunerea substanțelor organice în organele digestive
2) iritaţia muşchiului prin impulsuri nervoase
3) oxidarea substanţelor organice din muşchi
4) sinteza ATP

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Ca urmare a ce proces sunt sintetizate lipidele într-o celulă?
1) disimilare
2) oxidare biologică
3) schimb plastic
4) glicoliză

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Semnificația metabolismului plastic este furnizarea corpului
1) săruri minerale
2) oxigen
3) biopolimeri
4) energie

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Oxidarea substanțelor organice din corpul uman are loc în
1) bule pulmonare în timpul respirației
2) celulele corpului în procesul de metabolism plastic
3) procesul de digerare a alimentelor în tractul digestiv
4) celulele corpului în procesul de metabolism energetic

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Ce reacții metabolice dintr-o celulă sunt însoțite de consum de energie?
1) etapa pregătitoare a metabolismului energetic
2) fermentația lactică
3) oxidarea substanţelor organice
4) schimb plastic

Răspuns

1. Stabiliți o corespondență între procesele și componentele metabolismului: 1) anabolism (asimilare), 2) catabolism (disimilare). Scrie numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
a) fermentare
B) glicoliză
b) respiratie
D) sinteza proteinelor
d) fotosinteza
E) chimiosinteză

Răspuns

2. Stabiliți o corespondență între caracteristicile și procesele metabolice: 1) asimilare (anabolism), 2) disimilare (catabolism). Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) sinteza substanţelor organice din organism
B) include etapa pregătitoare, glicoliză și fosforilare oxidativă
C) energia eliberată este stocată în ATP
D) se formează apă și dioxid de carbon
D) necesită cheltuieli de energie
E) apare în cloroplaste și pe ribozomi

Răspuns

Alege două răspunsuri corecte din cinci și notează numerele sub care sunt indicate. Metabolismul este una dintre principalele proprietăți ale sistemelor vii; se caracterizează prin ceea ce se întâmplă
1) răspuns selectiv la influențele mediului extern
2) modificări ale intensității proceselor și funcțiilor fiziologice cu diferite perioade de oscilație
3) transmiterea de la o generație la alta a trăsăturilor și proprietăților
4) absorbția substanțelor necesare și eliberarea deșeurilor
5) menținerea unei compoziții fizice și chimice relativ constantă a mediului intern

Răspuns

1. Toți termenii de mai jos, cu excepția a doi, sunt folosiți pentru a descrie schimbul plastic. Identificați doi termeni care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicați.
1) replicare
2) duplicare
3) difuzat
4) translocare
5) transcriere

Răspuns

2. Toate conceptele enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie metabolismul plastic într-o celulă. Identificați două concepte care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) asimilare
2) disimilare
3) glicoliză
4) transcriere
5) difuzat

Răspuns

3. Termenii enumerați mai jos, cu excepția a doi, sunt utilizați pentru a caracteriza schimbul plastic. Identificați doi termeni care lipsesc din lista generală și notați numerele sub care sunt indicați.
1) despicare
2) oxidare
3) replicare
4) transcriere
5) chimiosinteză

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Baza azotată adenină, riboză și trei reziduuri de acid fosforic sunt incluse în compoziție
1) ADN
2) ARN
3) ATP
4) veverita

Răspuns

Toate semnele de mai jos, cu excepția a două, pot fi folosite pentru a caracteriza metabolismul energetic într-o celulă. Identificați două caracteristici care „pară” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în răspunsul dvs.
1) vine cu absorbție de energie
2) se termină în mitocondrii
3) se termină în ribozomi
4) însoțită de sinteza moleculelor de ATP
5) se termină cu formarea de dioxid de carbon

Răspuns

Găsiți trei erori în textul dat. Indicați numerele propunerilor în care sunt făcute.(1) Metabolismul, sau metabolismul, este un set de reacții de sinteză și descompunere a substanțelor celulare și corporale asociate cu eliberarea sau absorbția energiei. (2) Setul de reacții pentru sinteza compușilor organici cu greutate moleculară mare din compuși cu greutate moleculară mică este denumit schimb plastic. (3) Moleculele de ATP sunt sintetizate în reacții de schimb plastic. (4) Fotosinteza este clasificată ca metabolism energetic. (5) Ca urmare a chimiosintezei, substanțele organice sunt sintetizate din cele anorganice folosind energia Soarelui.

Răspuns

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Toate organismele vii care trăiesc pe Pământ, din punctul de vedere al termodinamicii, sunt sisteme deschise capabile să organizeze activ aprovizionarea cu energie și substanțe din exterior. Energia este necesară pentru toate procesele vieții, dar, în primul rând, pentru sinteza chimică a substanțelor folosite pentru construirea și refacerea structurilor celulei și organismului. De unde obțin energia organismele vii? Ființele vii sunt capabile să folosească doar două tipuri de energie - ușoară(energia radiației solare) și chimic(energia legăturilor compușilor chimici) - și pe această bază se împart în două grupe: fototrofiȘi chimiotrofe.

Pentru a sintetiza componentele corpului, este necesar să se consume elemente chimice din exterior, care sunt folosite ca blocuri de construcție. Principalul element structural al moleculelor organice este carbonul. În funcție de sursele de carbon

cine cum - fototrofe(plantele) folosesc energia radiației solare, heterotrofi(ciuperci, animale) – energia legăturilor chimice ale substanțelor furnizate cu alimente. Energia rezultată este utilizată în continuare pentru sinteza moleculelor organice, al căror element structural principal este carbonul. În funcție de sursele lor de carbon, organismele vii sunt împărțite în două mari grupuri: autotrofiȘi heterotrofi. Autotrofii sunt specializați în surse anorganice de carbon (aer), iar heterotrofei trebuie să... mănânce ceva. Majoritatea organismelor vii îi aparțin fotoautotrofe sau chimioheterotrofe. Cu toate acestea, unele ființe vii (euglena verde, chlamydomonas), în funcție de condițiile de viață, se comportă ca auto- sau heterotrofe și formează un grup special mixotrofice organisme (auto-heterotrofe).

Procesul de consum de energie și materie se numește alimente. Se cunosc două tipuri de putere: holozoic – prin captarea particulelor de alimente în interiorul corpului, g olofitic– fără captare, prin absorbția substanțelor dizolvate prin structurile de suprafață ale corpului. Nutrienții care intră în organism într-un fel sau altul sunt implicați în continuare în metabolism.

Metabolism, sau metabolism reprezintă un set de procese interconectate și echilibrate, inclusiv diverse transformări chimice ale substanțelor din organism. Condiția sa obligatorie este conectarea organismelor vii cu mediul extern. Ființele vii primesc substanțe nutritive din mediul extern - apă, oxigen etc. Ele eliberează produsele activității lor vitale în mediul extern. Un astfel de schimb determină viața organismelor: ele cresc, se dezvoltă, structura și proprietățile lor se schimbă, dar calitatea principală nu se schimbă - rămân în viață!

Corpurile de natură anorganică sunt, de asemenea, expuse influențelor mediului extern și, în același timp, își pierd calitățile caracteristice, dobândesc altele noi și experimentează transformări: fierul se transformă în rugină, piatra în piatră zdrobită, nisip, praf; oxizii se transformă în acizi etc.

Cu această ocazie, filozoful F. Engels a scris: „O rocă care a fost deteriorată nu mai este o rocă, metalul se transformă în rugină ca urmare a oxidării. Dar care este cauza distrugerii în corpurile neînsuflețite devine condiția de bază a existenței».

Absorbția nutrienților și excreția deșeurilor;

Sinteza, utilizarea și defalcarea macromoleculelor.

Toate diferitele procese chimice care compun metabolismul sunt împărțite în două grupe - procese de asimilare și procese de disimilare.

Baza anabolism (asimilare, sau schimb de plastic) constituie reactii de sinteza care apar odata cu consumul de energie - consumul si transformarea substantelor care patrund in organism in propriul organism (componente celulare si depunerea de rezerve, datorita carora are loc acumularea de energie). Metabolismul în organismele auto- și heterotrofe se caracterizează prin caracteristici legate de metodele de construire a componentelor structurale ale moleculelor organice.

Organismele autotrofe sunt capabile să sintetizeze complet independent substanțe organice din molecule anorganice consumate din mediul extern:

Substante anorganice (CO 2, H 2 O) fotosinteză sinteze biologice

Organismele heterotrofe își construiesc propriile substanțe organice din componentele alimentare organice:

Substante alimentare organice (proteine, grasimi, carbohidrati) digestie molecule organice simple (aminoacizi, acizi grași, monozaharide) sinteze biologice macromoleculele corpului (proteine, grăsimi, carbohidrați).

Baza catabolism (disimilare, sau metabolismul energetic) constau în reacții de scindare însoțite de eliberarea de energie - procesul redox de distrugere a substanțelor organice și transformarea lor în compuși mai simpli, datorită cărora se eliberează energia acumulată anterior în timpul asimilării, necesară activităților vieții (o parte din energie este disipată în forma de căldură, iar cealaltă parte se acumulează în legături macroergice ale ATP); in acelasi timp, resursele organismului (enzime etc.) sunt eliberate pentru procesul de asimilare.

Procesele de anabolism și catabolism sunt indisolubil legate. Toate procesele sintetice necesită energie furnizată de reacțiile de disimilare. Reacțiile de clivaj în sine apar numai cu participarea enzimelor sintetizate în timpul procesului de asimilare. Cu toate acestea, ambele aspecte ale metabolismului și energiei nu sunt întotdeauna în echilibru: procesele de asimilare predomină într-un organism în creștere, iar procesele de disimilare predomină în timpul activității fizice intense și la bătrânețe. Astfel, metabolismul poate fi definit ca consumul secvenţial, transformarea, utilizarea, acumularea şi pierderea de substanţe şi energie în organismele vii în timpul vieţii, care determină auto-reînnoirea, auto-reproducţia şi autoreglementarea, creşterea şi dezvoltarea într-un mediu în continuă schimbare. și permite adaptarea în ea. Metabolismul este reglat de mecanisme intracelulare, hormonale, coordonate de sistemul nervos.

Se știe că toate plantele cu flori au o structură celulară și că structura celulelor depinde de funcția pe care o îndeplinesc. Într-un singur organism vegetal, toate celulele, similare ca structură și funcții, formează țesuturi, organele plantelor sunt formate din țesuturi, iar un singur organism integral este format din organe. Cum trăiește?

Metabolism

Una dintre principalele manifestări ale vieții este metabolismul sau metabolismul (din grecescul „metabol” - schimbare, transformare). În organismele vegetale are loc metabolismul extern - absorbția și eliberarea de substanțe, iar metabolismul intern - transformarea substanțelor din celulă. Schimbul extern poate avea loc cu sau fără consum de energie. Metabolismul intern constă din două procese interdependente: asimilare și disimilare. Asimilarea (din latinescul „asimilare” - utilizare) este procesul de formare din substanțe simple a unora mai complexe, din care este construit corpul plantei. Acest lucru necesită energie. Disimilarea este procesul de descompunere a substanțelor complexe din care organismul este construit în altele mai simple. Aceasta eliberează energie.

Schimbul de gaze într-o frunză are loc conform legii difuziei (penetrarea reciprocă a substanțelor). În timpul zilei, când are loc fotosinteza, concentrația de dioxid de carbon din interiorul frunzei scade în comparație cu aerul exterior, deoarece este cheltuită pentru formarea carbohidraților. Prin urmare, dioxidul de carbon pătrunde prin stomată în spațiile intercelulare ale țesutului spongios și de acolo în celule. În același timp, oxigenul este eliberat din frunze, eliberat în timpul fotosintezei. Noaptea are loc procesul invers și anume: crește cantitatea de dioxid de carbon din frunze și se eliberează în aer, iar procesul de respirație are loc intens. Respirația are loc în toate celulele vii zi și noapte. O plantă, ca o persoană, respiră oxigen și expiră dioxid de carbon. Cu toate acestea, la lumină, atunci când are loc fotosinteza, plantele absorb mai mult dioxid de carbon decât eliberează în timpul respirației.

Planta verde. Foto: Ben Hosking

Evaporarea apei, sau transpirația, este procesul de evaporare a apei de către frunze, care este foarte important în viața plantelor. Se realizează în principal prin stomatele. Datorită evaporării, în jurul plantei se creează un anumit microclimat, necesar pentru viața normală.
Evaporarea pe vreme caldă ajută la răcirea frunzelor și la mișcarea apei și a substanțelor dizolvate în ea. Se face o distincție între evaporarea apei prin cuticulă (un înveliș ceros pe piele) și prin stomate. Viteza de transpirație depinde de multe motive: caracteristicile biologice ale plantelor în sine, condițiile de mediu.
Astfel, asimilarea și disimilarea sunt procese interconectate de metabolism și energie. Cel mai important proces de asimilare la plante este fotosinteza, iar procesul de disimilare este respirația.
Fotosinteza are loc în celulele țesutului de asimilare, care conțin plastide verzi - cloroplaste. Țesutul de asimilare se mai numește și țesut de bază. Este format din două tipuri de celule. Sub pielea superioară există două sau trei straturi dense de celule de țesut columnar, iar sub ele se află celule de țesut spongios cu spații intercelulare - spații umplute cu aer. În piele, în principal pe partea inferioară a frunzei, există numeroase formațiuni - stomatele, care asigură schimbul de gaze și evaporarea apei de către plantă.

Nutriție minerală

Pentru o viață normală, plantele au nevoie nu numai de carbohidrați formați în timpul fotosintezei, ci și de proteine, grăsimi și alte substanțe. Pentru formarea lor, planta, pe lângă oxigen și hidrogen (care alcătuiesc carbohidrații), are nevoie de alte elemente chimice.
Planta le primește din sol sub formă de minerale, prin urmare, solul nu este doar un habitat, ci și o sursă de nutriție minerală pentru plante. Din sol, planta primește elemente precum potasiu, fosfor, azot și altele, precum și microelemente: bor, calciu, magneziu, sulf, cobalt, mangan, cupru, zinc etc.
Dacă în sol există o lipsă de săruri minerale, acestea se aplică sub formă de îngrășăminte minerale. Îngrășămintele sunt minerale: azot (nitrat, uree, sulfat de amoniu), fosfor (superfosfat) și potasiu (clorura de potasiu). Cenușa este, de asemenea, considerată un îngrășământ cu potasiu. În sol se adaugă și îngrășăminte organice. Acestea sunt substanțe de origine organică - gunoi de grajd, excremente de păsări, humus, turbă. Există și îngrășăminte granulare. Se prepară sub formă de granule (bile). Îngrășămintele sunt aplicate pe sol primăvara sau toamna și, de asemenea, în timpul creșterii plantelor - fertilizare.

Plantele pot fi cultivate fara sol, folosind amestecuri apoase de nutrienti, daca contin toate elementele necesare nutritiei plantelor. Această metodă de cultivare a plantelor se numește hidroponie.
Există și aeroponică, când plantele sunt cultivate fără sol și rădăcinile din aer sunt pulverizate periodic cu mici picături de soluție nutritivă.
Transportul substanțelor într-o plantă - acest proces într-o plantă are loc sub formă de fluxuri ascendente și descendente. Săgeata întreruptă indică un flux ascendent, iar săgeata continuă indică un flux descendent.

Apa cu substanțe dizolvate în ea pătrunde în plantă prin firele de păr ale rădăcinii, apoi se ridică de-a lungul rădăcinii până la tulpină și de-a lungul tulpinii până la frunze și alte organe (curgere ascendentă). Țesutul conductor prin care se deplasează apa și sărurile minerale se numește xilem și este situat în lemnul tulpinii.
Țesutul prin care se deplasează substanțele formate în frunze (curgere în jos) se numește floem. Floemul este localizat în cortex. Celulele conductoare ale floemului sunt vii și se numesc tuburi sită. Celulele conductoare ale xilemului sunt moarte și se numesc vase.
Mișcarea substanțelor are loc sub forța presiunii radiculare și a transpirației. Sub influența presiunii radiculare, o soluție de apă și săruri minerale pătrunde în scoarță prin firele de păr ale rădăcinii și apoi în vasele xilemului. Soluția se ridică prin vasele rădăcinii până la tulpină și prin vasele tulpinii se deplasează în sus către frunze sub influența forței de transpirație.
Primind substanțele necesare vieții, planta crește, se dezvoltă și se reproduce.

Crestere si dezvoltare

Planta este în creștere, ceea ce înseamnă că organismul este în mișcare, deoarece în timpul acestui proces are loc diviziunea celulară (în celulele vii, citoplasma este în permanență în mișcare). Pe măsură ce sistemul de rădăcină crește, crește zona de nutriție minerală, iar creșterea părții supraterane crește zona de nutriție a aerului. Relația dintre părțile subterane și cele supraterane asigură viața plantei ca organism integral.

Creșterea și dezvoltarea plantelor sunt strâns legate, dar nu se înlocuiesc. Reglarea acestor procese se realizează la nivel celular. Procesele de creștere au loc ritmic.
Dezvoltarea plantelor reprezintă acele modificări calitative care au loc într-o plantă de-a lungul vieții sale, începând cu divizarea zigotului. Din el se formează un embrion cu organe rudimentare, situat în sămânță. După germinarea semințelor, din embrion se dezvoltă o plantă, pe care se formează flori, au loc înflorirea, polenizarea și fertilizarea, dezvoltarea fructelor și semințelor, maturarea și răspândirea acestora. Dezvoltarea unui organism individual de la sămânță la sămânță, adică de la naștere până la moarte, se numește individual sau ontogeneză (din grecescul „ontos” - ființă și „genio” - naștere). Dezvoltarea organismelor în procesul de evoluție, adică în procesul de dezvoltare istorică, se numește filogeneză.

Reproducere

Reproducerea este principala funcție biologică a oricărui organism viu. În unele cazuri, la plante, reproducerea încheie cursul vieții, de exemplu, la plantele anuale și acele perene care rodesc o dată în viață (bambus, unii palmieri etc.). În alte cazuri, reproducerea are loc de mai multe ori (ierburi perene, copaci și arbuști).
Fiecare plantă începe să se reproducă la un anumit moment al vieții sale. Și indiferent dacă reproducerea are loc prin semințe sau prin metoda vegetativă, plantele își reproduc propriul fel. Metodele de reproducere la plante sunt variate, dar pot fi reduse în principal la trei: asexuate, vegetative și sexuale.
În reproducerea asexuată, reproducerea de tip propriu are loc fără participarea celulelor germinale și fără fertilizare. Reproducerea asexuată cu ajutorul sporilor și părților vegetative (în creștere) ale corpului este caracteristică tuturor plantelor.

După cum sa menționat deja, ciclul de viață al plantelor este caracterizat prin alternanța a două generații - sexuale (haploid, adică cu un singur set de cromozomi) și asexuat (diploid, cu un set dublu de cromozomi).

În timpul reproducerii sexuale la plante, are loc de obicei o alternanță de generații: pe una, se formează organe și celule de reproducere asexuată - acesta este un sporofit, iar pe de altă parte, se formează organe de reproducere și celule germinale - acesta este un gametofit.
Adaptându-se la viața de pe uscat, plantele terestre s-au dezvoltat pe calea ameliorării sporofitului (generația asexuată) și a reducerii (modificărilor) gametofitului (generațiile sexuale). Gametofitul, care este foarte sensibil la lipsa de umiditate, scade treptat în dimensiune, ceea ce îi permite să se dezvolte mai repede și astfel să devină mai puțin dependent de apă.

Suflare

O celulă vie este un sistem energetic deschis; își trăiește și își menține individualitatea datorită unui flux constant de energie. De îndată ce acest aflux se oprește, are loc dezorganizarea și moartea corpului. Energia luminii solare stocată în materia organică în timpul fotosintezei este din nou eliberată și utilizată pentru o varietate de procese de viață.
Energia cuantelor de lumină acumulată în carbohidrați este din nou eliberată în timpul procesului de degradare (disimilare) a acestora. În cea mai generală formă, se poate observa că toate celulele vii obțin energie prin reacții enzimatice, în timpul cărora electronii se deplasează de la un nivel de energie mai mare la unul inferior. În natură, există două procese principale în timpul cărora energia luminii solare stocată în materia organică este eliberată: respirația și fermentația. Respirația este descompunerea oxidativă aerobă a compușilor organici în compuși simpli, anorganici, însoțită de eliberarea de energie. Fermentarea este un proces anaerob de descompunere a compușilor organici în alții mai simpli, însoțit de eliberarea de energie. În timpul fermentației, starea de oxidare a compușilor nu se modifică. În cazul respirației, acceptorul de electroni este oxigenul, în cazul fermentației, compuși organici. Procesele incluse în ciclul energetic sunt atât de importante încât știința bioenergeticii a apărut acum, studiind bazele moleculare și submoleculare ale transformării energiei.

Respirația este unul dintre procesele metabolice centrale ale organismului vegetal. Energia eliberată în timpul respirației este cheltuită atât pentru procesele de creștere, cât și pentru menținerea unei stări active a organelor plantelor care au terminat deja creșterea. Totuși, importanța respirației nu se limitează la faptul că este un proces care furnizează energie. Respirația, ca și fotosinteza, este un proces redox complex care are loc printr-o serie de etape. În etapele sale intermediare, se formează compuși organici, care sunt apoi utilizați în diferite reacții metabolice. Compușii intermediari includ acizi organici și pentoze formate prin diferite căi de descompunere respiratorie. Astfel, procesul de respirație este sursa multor metaboliți. În ciuda faptului că procesul general de respirație este opusul fotosintezei, în unele cazuri ele se pot completa reciproc.



Amintiți-vă din manualul „Omul și sănătatea lui” unde și sub influența cărora enzimele carbohidrații, grăsimile și proteinele sunt descompuse în timpul digestiei. Ce este oxidarea, arderea, respirația?

Fiecare organism are nevoie de energie în procesul vieții. Mișcarea, creșterea, dezvoltarea, reproducerea - toate aceste procese sunt asociate cu consumul de energie. Organismele autotrofe sunt capabile să acumuleze energie solară și, datorită acesteia, să sintetizeze substanțe organice în corpurile lor. Cum obțin energie organismele heterotrofe?

Digestia și conversia energiei. Organismele heterotrofe obțin substanțe organice din alimente. Defalcarea inițială a substanțelor are loc în tractul lor digestiv, iar descompunerea finală are loc la nivel celular. Substanțele alimentare organice cu molecule înalte nu pot fi absorbite imediat de celule și țesuturi. În primul rând, ele trebuie descompuse în substanțe cu greutate moleculară mică care sunt mai accesibile pentru asimilarea celulară. Ca rezultat al proceselor complexe de disimilare în mai multe etape, este eliberată energie, care este parțial consumată sub formă de căldură și parțial convertită și stocată în molecule de ATP.

Să luăm în considerare principalele etape ale acestor procese la animale și la oameni.

În etapa pregătitoare, numită și digestie, descompunerea substanțelor organice are loc sub influența enzimelor din tractul digestiv. Astfel, proteinele sunt descompuse în stomac și intestinul subțire sub acțiunea enzimelor - pepsină, tripsina în aminoacizi. Defalcarea polizaharidelor începe în cavitatea bucală în prezența enzimei salivare amilaza și apoi continuă în duoden. Grăsimile sunt de asemenea descompuse acolo prin acțiunea lipazei. Substanțele cu greutate moleculară mică rezultate sunt absorbite în sânge și livrate către toate organele, țesuturile și celulele corpului.

Toată energia eliberată în timpul etapei pregătitoare este disipată sub formă de căldură.

Etapa pregătitoare (unde Q este energia termică): Proteine ​​+ H20 >> aminoacizi + Q

Grăsimi + H2O >> glicerol + (acizi grași mai mari) + Q Carbohidrați + H2O >> glucoză + Q

Defalcarea glucozei. Etapele ulterioare ale defalcării substanțelor organice cu greutate moleculară mică au loc la nivel celular. Să le considerăm folosind glucoza ca exemplu (Fig. 59). Această substanță este cea care servește drept sursă principală de energie pentru majoritatea organismelor.

Orez. 59. Schema generală de descompunere a glucozei

Glucoza dintr-o celulă poate fi descompusă în două moduri - anaerob și aerob. Procesul de scindare fără oxigen are loc în citoplasma celulei. În funcție de tipul de celule și organisme, din glucoză se pot forma acid piruvic, acid lactic, alcool etilic, acid acetic sau alte substanțe organice cu greutate moleculară mică. Energia eliberată în acest caz este stocată în două molecule de ATP și este parțial disipată sub formă de căldură. Unele procese de descompunere a glucozei fără oxigen sunt numite fermentație. Acestea sunt caracteristice microorganismelor anaerobe, de exemplu, bacteriile lactice și drojdiile.

Fermentația acidului lactic se observă și la organismele aerobe cu o lipsă de oxigen în țesuturi. De exemplu, o persoană neantrenată după o activitate fizică intensă simte dureri musculare (Fig. 60). Acidul lactic format acolo irită terminațiile nervoase. După aproximativ două zile, durerea dispare, iar acidul lactic se oxidează în continuare.

Orez. 60. Cu activitate fizică intensă și lipsă de oxigen, acidul lactic se formează și se acumulează în mușchi

În organismele aerobe, toate substanțele intermediare formate din glucoză în timpul descompunerii fără oxigen sunt oxidate de oxigenul atmosferic în dioxid de carbon și apă. Această ultimă etapă de disimilare se numește oxidare biologică sau respirație celulară. Apare în mitocondrii. În reacțiile de scindare cu oxigen a glucozei, este eliberată mult mai multă energie, cea mai mare parte a acesteia fiind stocată în 38 de molecule de ATP.

Descompunerea aerobă a glucozei este de 19 ori mai benefică din punct de vedere energetic decât degradarea anaerobă. În acest proces, se formează doar substanțe anorganice sărace în energie, iar celula stochează cantitatea maximă de energie sub formă de molecule de ATP.

Rezultatul final al proceselor de respirație celulară este similar cu procesele de ardere. De exemplu, dacă ardeți zahăr (Fig. 61), obțineți și dioxid de carbon și apă. Dar aceste procese diferă semnificativ în ceea ce privește economiile de energie. În timpul arderii, toată energia este transformată în lumină și căldură, nimic nu este stocat. În timpul respirației celulare, energia este stocată în moleculele de ATP, care este consumată ulterior în toate procesele vieții: sinteza substanțelor organice, creștere, dezvoltare, mișcare etc.

Fig 61. Arderea zahărului

Exerciții bazate pe materialul acoperit

1. Ce au în comun reacțiile de transformare a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților din tractul digestiv uman? Cum se numesc aceste reactii?
2. Cum folosește organismul energia eliberată în timpul etapei pregătitoare de disimilare?
3. Ca urmare a ce procese se formează dioxidul de carbon și apa în organism? Unde în celulă au loc aceste reacții?
4. Unde și cum este folosit oxigenul care intră în organism în timpul respirației?
5. ATP este sintetizat de mitocondrii și cloroplaste. Explicați asemănările și diferențele dintre procesele care conduc la sinteza moleculelor de ATP.

Principala substanță energetică de rezervă a plantelor este amidonul, care ocupă mult spațiu în organele lor. Cu toate acestea, aceasta nu este o piedică, deoarece plantele nu se mișcă activ. Majoritatea animalelor, dimpotrivă, sunt nevoite să se miște rapid, ceea ce a dus la depozitarea grăsimilor, care, cu același volum ca și carbohidrații, își rezervă de două ori și jumătate mai multă energie.