- •Глава 8. Селекция и биотехнология
- •Введение
- •Глава 1. Химические компоненты живых организмов § 1. Содержание химических элементов в организме. Макро- и микроэлементы
- •§ 2. Неорганические вещества
- •§ 3. Органические вещества. Аминокислоты. Белки
- •§ 4. Свойства и функции белков
- •§ 5. Углеводы
- •§ 6. Липиды, их строение и функции
- •§ 7. Нуклеиновые кислоты
- •§ 8. Атф. Биологически активные вещества
- •Глава 2. Клетка – структурная и функциональная единица живых организмов
- •§ 9. История открытия клетки. Создание клеточной теории
- •§ 10. Методы изучения клетки
- •§ 11. Строение клетки
- •§ 12. Цитоплазматическая мембрана
- •§ 13. Гиалоплазма. Цитоскелет.
- •§ 14. Клеточный центр. Рибосомы
- •§ 15. Эндоплазматическая сеть. Комплекс Гольджи. Лизомосы
- •§ 16. Вакуоли
- •§ 17. Митохондрии. Пластиды
- •§ 18. Ядро
- •§ 19. Особенности строения клеток прокариот
- •§ 20. Особенности строения клеток эукариот
- •Глава 3. Деление клетки
- •§ 21. Клеточный цикл
- •§ 22. Митоз. Амитоз. Прямое бинарное деление
- •§ 23. Мейоз и его биологическое значение
- •Глава 4. Обмен веществ и превращение энергии в организме
- •§ 24. Общая характеристика обмена веществ и превращения энергии
- •§ 25. Энергетический обмен
- •§ 26. Брожение
- •§ 27. Фотосинтез
- •§ 28. Хранение наследственной информации
- •§ 29. Реализация наследственной информации — синтез белка на рибосомах
- •§ 30. Регуляция транскрипции и трансляции в клетке и организме
- •Глава 5. Структурная организация и регуляция функций живых организмов § 31. Структурная организация живых организмов
- •§ 32. Ткани и органы растений
- •§ 33. Ткани и системы органов животных
- •§ 34. Саморегуляция жизненных функций организмов
- •§ 35. Иммунная регуляция
- •§ 36. Специфическая иммунная защита организма
- •§ 37. Иммунологическая реакция организма (иммунный ответ)
- •Глава 6. Размножение и индивидуальное развитие организмов
- •§ 38. Типы размножения организмов. Бесполое размножение
- •§ 39. Половое размножение. Образование половых клеток
- •§ 40. Оплодотворение
- •§ 41. Онтогенез. Эмбриональное развитие животных
- •§ 42. Постэмбриональное развитие
- •§ 43. Онтогенез человека
- •Глава 7. Наследственность и изменчивость организмов
- •§ 44. Закономерности наследования признаков, установленные г. Менделем. Моногибридное скрещивание. Первый и второй законы Менделя
- •§ 45. Цитологические основы наследования признаков при моногибридном скрещивании
- •§ 46. Дигибридное скрещивание. Третий закон Менделя
- •§ 47. Взаимодействие аллельных генов
- •§ 48. Хромосомная теория наследственности. Сцепленное наследование
- •§ 49. Генетика пола
- •§ 50. Изменчивость организмов, ее типы. Модификационная изменчивость
- •§ 51. Генотипическая изменчивость
- •§ 52.Особенности наследственности и изменчивости человека
- •§ 53. Наследственные болезни человека
- •Глава 8. Селекция и биотехнология
- •§ 54. Cелекции, ее задачи и основные направления
- •§ 55 . Методы селекции и ее достижения
- •§ 56. 0Сновные направления биотехнологии
- •§ 57. Инструменты генетической инженерии
- •§ 58. Успехи и достижения генетической инженерии
§ 25. Энергетический обмен
Этапы энергетического обмена. Большинство живых существ, обитающих на Земле, относятся к аэробам (от греч. аэр — воздух, биос — жизнь), т. е. используют в процессах обмена веществ кислород из окружающей среды. У аэробов энергетический обмен происходит в три этапа: подготовительный, бескислородный и кислородный (рис. ). В результате этого органические вещества распадаются до простейших неорганических соединений.
Первый этап называется подготовительным и заключается в расщеплении крупных органических молекул до более простых: полисахаридов — до моносахаридов, липидов — до глицерина и высших карбоновых кислот, белков — до аминокислот. Эти процессы происходят в пищеварительной системе животных или цитоплазме клеток. Энергии при этом выделяется мало, и она не запасается в виде АТФ, а рассеивается в виде тепла. Более того, для протекания реакций расщепления требуются определенные затраты энергии. Образующиеся в ходе подготовительного этапа соединения (моносахариды, глицерин, высшие карбоновые кислоты, аминокислоты и др.) могут использоваться клеткой в реакциях пластического обмена, а также для дальнейшего расщепления с целью получения энергии.
Второй этап энергетического обмена, называемый бескислородным, или неполным, заключается в ферментативном расщеплении органических веществ, которые были получены в ходе подготовительного этапа. Кислород в реакциях этого этапа не участвует.
Так как наиболее доступным источником энергии в клетке является продукт распада полисахаридов — глюкоза, то второй этап мы рассмотрим на примере именно ее бескислородного расщепления — гликолиза.
Гликолиз — это многоступенчатый процесс бескислородного расщепления молекулы глюкозы (С6Н12О6) до двух молекул трехуглеродной пировиноградной кислоты (С3Н4О3).
Реакции гликолиза катализируются многими ферментами и протекают они в цитоплазме клеток. В ходе гликолиза при расщеплении 1 моля глюкозы выделяется 200 кДж энергии. До 60 % рассеивается в виде тепла, а оставшихся 40 % энергии оказывается достаточно для синтеза из двух молекул АДФ двух молекул АТФ. Опуская все промежуточные продукты, гликолиз можно выразить суммарным уравнением:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О.
Продукт гликолиза — пировиноградная кислота — заключает в себе значительную часть энергии. Поэтому в клетках аэробных организмах после гликолиза следует завершающий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. Пировиноградная кислота, образованная в результате гликолиза, поступает в митохондрии, проходя через обе мембраны, и там полностью окисляется до конечных продуктов — СО2 и Н2О. При этом используется энергия расщепления всех химических связей, что приводит к выделению СО2, к потреблению кислорода и синтезу большого количества АТФ. СО2 выделяется из митохондрий в цитоплазму клетки, а затем в окружающую среду.
В результате клеточного дыхания при распаде двух молекул пировиноградной кислоты синтезируются 36 молекул АТФ. Кроме того, нужно помнить, что две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления каждой молекулы глюкозы. Таким образом, суммарно энергетический обмен клетки в случае полного окисления глюкозы можно представить следующим образом:
С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 6СО2 + 6 Н2О + 38АТФ.
Для энергетического обмена, т. е. для получения энергии в виде АТФ, большинство организмов использует углеводы, но для этих целей может быть использованы продукты расщепления жиров и белков.
1. В каком виде энергия используется в клетке? 2. Откуда берется энергия для синтеза АТФ из АДФ? 3. Какие этапы выделяются в энергетическом обмене? 4. Где осуществляются реакции гликолиза? 5. В каких органеллах происходит клеточное дыхание? 6. Как вы думаете, почему расщепление органических соединений в присутствии кислорода более энергетически эффективно, чем в его отсутствии?