Биология. Общие закономерности. 9 класс - Сергей Мамонтов

В мышцах в результате анаэробного (бескислородного) дыхания одна молекула глюкозы распадается на две молекулы молочной кислоты. В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ.

Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40 % энергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.

Третий этап энергетического обмена – стадия аэробного дыхания, или кислородного расщепления, реакции которой также катализируются ферментами. При доступе кислорода образовавшиеся в клетке во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов – Н2O и СO2. Это сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией её в молекулах АТФ – при окислении двух молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание.

Способы питания. В процессе питания организмы получают химические соединения, используемые в дальнейшем для всех процессов жизнедеятельности. По способу получения органических веществ, т. е. по способу питания, все организмы делятся на две группы: автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофы – это организмы, которые способны сами синтезировать необходимые им органические вещества, получая из окружающей среды углерод в виде СO2, воду и минеральные соли. К ним относятся некоторые бактерии и все зелёные растения.

В зависимости от того, какой источник энергии автотрофные организмы используют для синтеза органических соединений, их делят на две группы: фототрофы и хемотрофы. Для фототрофов источником энергии служит свет, а хемотрофы используют энергию, освобождающуюся при окислительно-восстановительных реакциях.

Зелёные растения – фототрофы. При помощи содержащегося в хлоропластах хлорофилла они осуществляют фотосинтез – преобразование световой энергии в энергию химических связей. Происходит это следующим образом. Кванты света – фотоны – взаимодействуют с молекулами хлорофилла, в результате чего эти молекулы на очень короткое время переходят в более богатое энергией «возбуждённое» состояние. Стремясь вернуться в исходное состояние, молекулы хлорофилла отдают эту избыточную энергию, которая частично переходит в тепловую. Другая часть избыточной энергии запасается в виде АТФ, т. е. накапливается энергия, необходимая для дальнейших реакций.

В водном растворе всегда присутствуют ионы водорода (Н+) и гидроксид-ионы (ОН−). Часть избыточной энергии возбуждённых молекул хлорофилла тратится на превращение ионов Н+ в атомы водорода, которые активно соединяются со сложными органическими соединениями – переносчиками водорода. Ионы гидроксила ОН− отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН. Радикалы ОН взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород:

4OН → O2 + 2Н2O.

Таким образом, источником молекулярного кислорода, образующегося в процессе фотосинтеза и выделяющегося в атмосферу, является фотолиз – разложение воды под влиянием света. Кроме фотолиза воды, энергия света используется в световой фазе для синтеза АТФ из АДФ и фосфата без участия кислорода. Это очень эффективный процесс: в хлоропластах образуется в 30 раз больше АТФ, чем в митохондриях тех же растений с участием кислорода. Таким путём накапливается энергия, необходимая для процессов связывания СO2. В этих реакциях участвуют молекулы АТФ и атомы водорода, образовавшиеся в процессе фотолиза воды и связанные с молекулами-переносчиками:

Так энергия солнечного света преобразуется в энергию химических связей сложных органических соединений.

Некоторые бактерии, лишённые хлорофилла, тоже способны к синтезу органических соединений, при этом они используют энергию химической реакции неорганических веществ. Преобразование энергии химических реакций в химическую энергию синтезируемых органических соединений называют хемосинтезом. К группе автотрофов-хемосинтетиков (хемотрофов) относятся нитрифицирующие бактерии. Некоторые из них используют энергию окисления аммиака в азотистую кислоту, другие – энергию окисления азотистой кислоты в азотную. Известны хемосинтетики, окисляющие двухвалентное железо до трёхвалентного или сероводород до серной кислоты. Фиксируя атмосферный азот, переводя нерастворимые минералы в форму, пригодную для усвоения растениями, хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Организмы, не способные сами синтезировать органические вещества из неорганических, нуждаются в поступлении их из окружающей среды. Эти организмы называют гетеротрофными. К ним относят большинство бактерий, грибы и всех животных.

Вопросы для повторения и задания

1. Что такое диссимиляция?

2. Изобразите схематично этапы энергетического обмена.

3. В чём заключается роль АТФ в клетке?

4. В каких структурах клетки осуществляется синтез АТФ?

5. Сравните известные вам типы питания организмов.

6. Какие организмы называют автотрофными? На какие группы делят автотрофные организмы?

7. Почему в результате фотосинтеза у зелёных растений в атмосферу выделяется свободный кислород?

8. Объясните, почему, несмотря на то что в процессе фотосинтеза синтезируется АТФ, фотосинтез относят к пластическому обмену.

9. Что такое хемосинтез? Расскажите о значении хемосинтезирующих бактерий в природе.

10. Какие организмы называют гетеротрофными? Приведите примеры.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.

• Найдите в Интернете сайты, материалы которых могут служить дополнительным источником информации, раскрывающим содержание ключевых понятий параграфа.

• Подготовьтесь к следующему уроку. Используя дополнительные источники информации (книги, статьи, ресурсы сети Интернет и др.), сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Глава 4. Строение и функции клеток

Различные структуры живой клетки, выполняющие ту или иную функцию, подобно органам целого организма, получили название органоидов или органелл. По строению клетки биологи делят все живые существа на «доядерные» организмы – прокариоты и «ядерные» – эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и сине-зелёные водоросли (цианеи), а в группу эукариот – грибы, растения и животные.

Таким образом, в настоящее время выделяют два уровня клеточной организации и соответственно два крупных типа клеток: прокариотический и эукариотический.

Прокариотические организмы сохраняют черты глубочайшей древности: они очень просто устроены. На этом основании их выделяют в самостоятельное надцарство.

5. Прокариотическая клетка

Вспомните!

• Клеточная мембрана • Клеточная стенка

• Спорообразование • Аэробы и анаэробы

Пример типичных прокариотических клеток являют собой бактерии. Они живут повсюду: в воде, в почве, в пищевых продуктах.

Схема строения клетки бактерий представлена на рисунке 7.

Размеры бактерий от 1 до 10–15 мкм. По форме выделяют шаровидные клетки (кокки), вытянутые (палочки, или бациллы) и извитые (спириллы) (рис. 8). Некоторые бактерии существуют в виде отдельных клеток, другие образуют скопления.

Бактериям-аэробам для жизнедеятельности необходим кислород, анаэробы живут при отсутствии кислорода, а некоторые бактерии способны существовать и в тех, и в других условиях. Многие бактерии паразитируют в организме животных или растений, вызывая у них заболевания. Есть бактерии-фотосинтетики, другие обеспечивают процессы гниения и брожения.

Основная особенность строения бактерий – отсутствие ядра. Наследственная информация у них представлена одной кольцевой молекулой ДНК, расположенной в цитоплазме. ДНК у бактерий не образует комплексов с белками, и поэтому все гены, входящие в состав хромосомы, «работают», т. е. с них непрерывно считывается информация. Бактериальная клетка окружена мембраной, поверх которой расположена клеточная стенка. В цитоплазме находятся рибосомы, осуществляющие синтез белков.

Ферменты, обеспечивающие процессы жизнедеятельности бактерий, находятся в цитоплазме или расположены на внутренней поверхности мембраны.