Естествознание 10 класс (Урок№24 - Энергетика живой клетки.)

Естествознание 10 класс Урок№24 - Энергетика живой клетки. Энергообмен в клетке Каковы условия существования биологических систем? Обязательным условием существования биологических систем являются потоки энергии. В этом заключаются ключевые различия между живой и неживой природой. Энергия не хранится в клетке, а поступает извне. Ключевую роль в трансформации энергии обеспечивает клетка, как элементарная структура живого. Специальные биохимические механизмы трансформируют одни виды энергии клетки в другие, для обеспечения необходимых функций клетки. В любых процессах энергообеспечения можно выявить источник энергии, переносчик и непосредственный потребитель. Попробуем выявить эти элементы для живой клетки. мы узнаем: - как энергия запасается в клетке и в чём суть процессов гликолиза, брожения и клеточного дыхания; - какие процессы проходят на световой и темновой фазах фотосинтеза; - как связаны процессы энергетического и пластического обмена. мы научимся: - создавать модели, иллюстрирующие процессы энергетического обмена в митохондриях и фотосинтеза в хлоропластах; - сравнивать информацию о пластическом и энергетическом обменах с целью выделения сходства и различий. Мы сможем: - синтезировать знания об отдельных процессах метаболизма на основе которых делать вывод о единстве противоположностей как характеристики метаболизма в целом, невозможности его существования при нарушении процессов с одной стороны. Обязательным условием существования биологических систем являются потоки энергии. В этом заключаются ключевые различия между живой и неживой природой. Ключевую роль в трансформации энергии обеспечивает клетка, как элементарная структура живого. Из всего многообразия существующих форм энергии живые существа на нашей планете используют только две – световую и энергию химических связей. В зависимости от типа питания организмы разделают на автотрофов (от греч. «авто» - сам, «трофос» - питание) и гетеротрофов (от греч. «гетерос» - другой, «трофос» - питание) . Главным переносчиком энергии в клетке являются молекулы АТФ (аденозинтрифосфат) Энергия в АТФ запасается в виде высокоэнергетических химических связях между остатками фосфорной кислоты, которая освобождается при отщеплении фосфата: АТФ → АДФ Ф E Выделяемая энергия используется клетками для процессов выработки тепла, мышечных сокращений (мышечная клетка), для проведения нервного импульса (нервные клетки) и т.п. Обратный процесс образования АТФ с затратой энергии, получил название энергетический обмен. Синтез макромолекул важнейших органических соединений, необходимых для построения структур клетки, обеспечения всех процессов жизнедеятельности клеток – пластический обмен - обеспечивается также энергией АТФ. Независимо от типа питания, универсальным аккумулятором энергии живых организмов выступают молекулы АТФ. Такая схожесть иллюстрирует единство происхождения всего живого. Фотосинтез Процесс образования органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) с использованием солнечной энергии получил название фотосинтез. Различают в фотосинтезе две фазы: световую и темовую. В так называемой, световой фазе, кванты света выбивают электроны из молекулы хлорофилла ион начинает передаваться по специальным белковым переносчикам, расположенных на мембране хлоропластов. Под действием света одновременно происходит разложение воды (фотолиз). Энергия возбуждённого электрона используется на синтез АТФ и молекулу НАДФ (переносчик водорода) – в этом биологический смысл световой фазы фотосинтеза. Побочными продуктами фотолиза воды становятся кислород и свободные электроны: 2Н2О→ Н 4е- О2 Сущность реакции темновой фазы можно выразить следующим уравнением: СО2 НАДФ∙Н АТФ = С6Н12О6 АДФ НАДФ Фотосинтез, таким образом, является процессом превращения одной (световой) формы энергии в другую(химическую). Вся энергия биосферы запускается благодаря этому процессу. Другими словами, фотосинтез является отражением космических потоков энергии. Помимо этого, фотосинтезирующие организмы не только обеспечивают первичный синтез органических соединений, но и создают условия необходимые для существования других живых организмов. Метаболизм Поступившие вместе с пищей (или в результате фотосинтеза) органические вещества расщепляются на более простые (катаболизм или диссимиляция), которые служат для построения макромолекул органических соединений (анаболизм или ассимиляция). Эти процессы происходят в организме одновременно. Совокупность этих процессов получила название – метаболизм. В результате его организм осуществляет обмен веществом и энергией с окружающей средой. Наибольшее значение для энергетического обмена являются многостадийные реакции окисления глюкозы. На стадии гликолиза (бескислородного расщепления) в цитоплазме клетки происходит ферментативное расщепление молекулы глюкозы с образованием более простой пировиноградной кислоты и молекул АТФ: С6Н12О6 2 АДФ 2 Ф → С3Н4О3 4Н 2АТФ