Процеси асиміляції та дисиміляції в організмі. Асиміляція та дисиміляція як основа самооновлення біологічних систем. Визначення, суть, значення. Процес дихання включає дві частини

Усі реакції біосинтезу йдуть із поглинанням енергії.

Сукупність реакцій біосинтезу називають пластичним обміном або асиміляцією (лат. «Сіміліс» - подібний). Сенс цього процесу полягає в тому, що харчові речовини, що надходять у клітину із зовнішнього середовища, різко відрізняються від речовини клітини, в результаті хімічних перетворень стають речовинами клітини.

Реакція розщеплення. Складні речовини розпадаються більш прості, высокомолекулярные — на низкомолекулярные. Білки розпадаються на амінокислоти, крохмаль – на глюкозу. Ці речовини розщеплюються ще більш низькомолекулярні сполуки, й утворюється дуже прості, бідні енергією речовини — СО2і Н2О. Реакції розщеплення здебільшого супроводжуються виділенням енергії. Біологічне значення цих реакцій полягає у забезпеченні клітини енергією. Будь-яка форма активності - рух, секреція, біосинтез та ін - потребує витрати енергії.

Сукупність реакції розщеплення називають енергетичним обміном клітини чи дисиміляцією. Дисиміляція прямо протилежна асиміляції: внаслідок розщеплення речовини втрачають схожість із речовинами клітини.

Пластичний та енергетичний обміни (ассиміляція та дисиміляція) знаходяться між собою у нерозривному зв'язку. З одного боку, реакції біосинтезу потребують витрати енергії, що черпається з реакцій розщеплення. З іншого боку, для здійснення реакцій енергетичного обмінунеобхідний постійний біосинтез, що обслуговують ці реакції ферментів, так як у процесі роботи вони зношуються та руйнуються.

Складні системи реакцій, що становлять процес пластичного та енергетичного обмінів, тісно пов'язані не лише між собою, а й із зовнішнім середовищем. З довкілля в клітину надходять харчові речовини, які є матеріалом для реакцій пластичного обміну, а реакціях розщеплення їх звільняється енергія, необхідна функціонування клітини. У зовнішнє середовище виділяються речовини, які клітиною не можуть бути використані.

Сукупність всіх ферментативних реакцій клітини, тобто сукупність пластичного та енергетичного обмінів (асиміляції та дисиміляції), пов'язаних між собою та із зовнішнім середовищем, називають обміном речовин та енергії. Цей процес є основною умовою підтримки життя клітини, джерелом її зростання, розвитку та функціонування .

19. Обмін речовин та енергії у клітині. Фотосинтез, хемосинтез. Процес асиміляції (основні реакції). Обмін речовин є єдністю асиміляції та дисиміляції. Дисиміляція є екзотермічний процес, тобто. процес звільнення енергії з допомогою розпаду речовин клітини. Речовини, що утворюються під час дисиміляції, також піддаються подальшим перетворенням. Асиміляція – процес уподібнення речовин, що у клітину, специфічним речовинам, притаманним даної клітини. Асиміляція – ендотермічний процес, що потребує витрати енергії. Джерелом енергії є раніше синтезовані речовини, що зазнали розпаду у процесі дисиміляції. Фотосинтез-це процес перетворення енергії сонячного світла на енергію хімічних сполук. Фотосинтез- це процес утворення органічних речовин (глюкози, а потім крохмалю) з неорганічних речовину хлоропластах на світлі з виділенням кисню. Протікає фотосинтез у 2 фази: світлова та тіньова. Світлова фаза протікає на світлі. Під час світлової фази відбувається порушення хлорофілу шляхом поглинання кванта світла. У світловій фазі відбувається фотоліз води з наступним виділенням кисню в атмосферу. Крім того, у світловій фазі фотосинтезу протікають такі процеси: накопичення протонів водню, синтез АТФ із АДФ, приєднання H+ до спеціального переносника НАДФ

ПІДСУМОК СВІТЛОВОЇ РЕАКЦІЇ:

Утворення АТФ та НАДФ*H, виділення O2 в атмосферу.

Темнова фаза(Цикл фіксації CO2, цикл Кальвіна) протікає в стромі хлоропласту. У темновій фазі відбувається наступні процеси

Зі світлової реакції береться АТФ і НАДФ*H

З атмосфери - CO2

1) Фіксація CO2

2) Утворення глюкози

3) Утворення крохмалю

ПІДСУМКОВЕ РІВНЯННЯ:

6CO2+6H2O-(хлорофіл, світло)-С6H12O6+6O2

Хемосинтез – синтез органічних речовин за рахунок енергії хімічних реакцій. Хемосинтез здійснюється бактеріями Основні реакції фотосинтезу: 1) окислення сірки: 2H2S + O2 = 2H20 + 2S

2S + O2 + 2H2O = 2H2SO4 2) окиснення азоту: 2NH3 + 3O2 = 2F + 2 4CO2

20. Обмін речовин у клітці. Процес дисиміляції. Основні етапи енергетичного обміну. Обмін речовин є єдністю асиміляції та дисиміляції. при дисиміляції, також піддаються подальшим перетворенням. Асиміляція – процес уподібнення речовин, що у клітину, специфічним речовинам, притаманним даної клітини. Асиміляція – ендотермічний процес, що потребує витрати енергії. Джерелом енергії є раніше синтезовані речовини, що зазнали розпаду у процесі дисиміляції. Дисиміляція є екзотермічний процес, тобто. процес звільнення енергії з допомогою розпаду речовин клітини. Речовини, що утворюються Усі функції, що виконуються клітиною, вимагають витрат енергії, що звільняється у процесі дисиміляції. Біологічне значення дисиміляції зводиться не тільки до звільнення енергії, потрібної клітини, але нерідко і до руйнування речовин, шкідливих для організму. У попередньому етапі під впливом ферментів відбувається розщеплення полімерів до мономерів. Так, білки розщеплюються до амінокислот, полісахариди – до моносахаридів, жири – до гліцерину та жирних кислот. У попередньому етапі виділяється мало енергії і розсіюється зазвичай як тепла. 2) Безкисневий або анаеробний етап. Розберемо з прикладу глюкози. В анаеробному етапі відбувається розпад глюкози до молочної кислоти: С6H12O6 + 2АДФ + Н3РО4 = 2C3H6O3 + 2Н2О + 2АТФ (молочна к-та) 3) Кисневий етап. При кисневому етапі речовини окислюються до СО2 та Н2О. При доступі кисню піровиноградна кислота проникає в мітохондрії і піддається окисленню: С3H6O3+6O2-6CO2+6H2O+36АТФ Сумарне рівняння: C6H12O6+6O2-6CO2+6H2O+38АТФ

Дисиміляція – це комплекс хімічних реакцій, у яких відбувається поступовий розпад складних органічних речовин до простіших. Цей процес супроводжується вивільненням енергії, значна частина якої використовується у синтезі АТФ.

Дисиміляція у біології

Дисиміляція є процесом, протилежним до асиміляції. Як вихідні речовини, що підлягають розпаду, виступають нуклеїнові кислоти, білки, жири та вуглеводи. А кінцеві продукти - це вода, вуглекислий газта аміак. В організмі тварин продукти розпаду при поступовому накопиченні виводяться назовні. А у рослин вуглекислий газ виділяється частково, а аміак у повному обсязі застосовується у процесі асиміляції, служачи вихідним матеріалом для біосинтезу органічних сполук.

Взаємозв'язок дисиміляції та асиміляції дозволяє тканинам організму постійно оновлюватись. Наприклад, протягом 10 днів у людській крові оновлюється половина клітин альбуміну, а за 4 місяці перероджуються всі еритроцити. Співвідношення інтенсивності двох протилежних процесів обміну речовин залежить багатьох чинників. Це і стадія розвитку організму, вік, і фізіологічний стан. У ході зростання та розвитку в організмі переважає асиміляція, у результаті утворюються нові клітини, тканини та органи, відбувається їх диференціація, тобто маса тіла збільшується. У разі наявності патологій та при голодуванні процес дисиміляції переважає над асиміляцією, і тіло зменшується у вазі.

Всі організми можна розділити на дві групи, залежно від умов, у яких відбувається дисиміляція. Це аероби та анаероби. Першим для життєдіяльності потрібен вільний кисень, другі не відчувають потреби в ньому. У анаеробів дисиміляція протікає шляхом бродіння, яке є безкисневого ферментативного розщеплення органічних речовин до більш простих. Наприклад, молочнокисле чи спиртове бродіння.

Розщеплення органічних речовин у аеробів здійснюється за три кроки. У цьому кожному з них відбувається кілька певних ферментативних реакцій.

Перший етап – підготовчий. Основна роль цієї стадії належить у багатоклітинних організмів травним ферментам, що у шлунково-кишковому тракті. У одноклітинних – ферментів лізосом. Під час першого етапу білки розпадаються на амінокислоти, жири утворюють гліцерин та жирні кислоти, полісахариди розщеплюються на моносахариди, нуклеїнові кислоти на нуклеотиди.

Гліколіз

Другий етап дисиміляції – гліколіз. Він протікає без кисню. Біологічна сутність гліколізу у тому, що він є початок розщеплення і окислення глюкози, у результаті накопичується вільна енергія як 2 молекул АТФ. Це відбувається в ході декількох послідовно реакцій, кінцевим підсумком яких стає утворення з однієї молекули глюкози двох молекул пірувата і такої ж кількості АТФ. Саме у вигляді аденозинтрифосфорної кислоти запасається частина енергії, яка виділилася в результаті гліколізу, решта підлягає розсіюванню у вигляді тепла. Хімічна реакція гліколізу: С6Н12О6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4О3 + 2АТФ.

В умовах нестачі кисню в рослинних клітинах та в клітинах дріжджів пірувірат розщеплюється на дві речовини: етиловий спирт та вуглекислий газ. Це і є спиртове бродіння.

Кількість енергії, що вивільняється при гліколізі, недостатня для тих організмів, що дихають киснем. Саме тому в організмі тварин і людини при великих фізичних навантаженнях у м'язах синтезується молочна кислота, яка є резервним джерелом енергії і накопичується у вигляді лактату. Характерною ознакоюданого процесу є поява болю у м'язах.

Дисиміляція - це дуже складний процес, і третій кисневий етап також являє собою дві реакції, що йдуть послідовно. Мова йдепро цикл Кребса та окисне фосфорилювання.

У ході кисневого дихання відбувається окислення пірувірату до остаточних продуктів, якими є СО2 та Н2О. При цьому виділяється енергія, що запасається у вигляді 36 молекул АТФ. Потім ця ж енергія забезпечує синтез органічних речовин у пластичному обсязі. Еволюційно виникнення даного етапу пов'язане з накопиченням в атмосфері молекулярного кисню та появою аеробних організмів.

Місцем здійснення окисного фосфорилювання (клітинного дихання) є внутрішні мембрани мітохондрій, усередині яких є молекули-переносники, що здійснюють транспорт електронів до молекулярного кисню. Енергія, що утворюється на цій стадії, частково розсіюється у вигляді тепла, решта йде на утворення АТФ.

Дисиміляція в біології – це енергетичний обмін, реакція якого має такий вигляд: С6Н12O6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2O + 38АТФ.

Таким чином, дисиміляція – це сукупність реакцій, що відбуваються за рахунок органічних речовин, які були раніше синтезовані клітиною, та вільного кисню, що надійшов із зовнішнього середовища у процесі дихання.

Асиміляція, анаболізм(лат. Assimilo - уподібнюю - уподібнення, злиття, засвоєння) - у біології - переробка та використання організмами речовин, що надходять з навколишнього середовища.

Асиміляція та нерозривно пов'язаний з нею протилежний процес – дисиміляція – лежать в основі найважливішої властивостіживої матерії - обмін речовин. Характер цих безперервних процесів визначає життєвість і розвиток організму.

Завдяки асиміляції організм будує своє тіло за рахунок довкілля; зростання організму можливе, якщо асиміляція переважає дисиміляцію.

СутьАсиміляція в основному зводиться синтез всіх необхідних для життєдіяльності організму речовин певним шляхом, що склався в процесі еволюції. Так, у автотрофних організмів при асиміляції складні органічні сполукисинтезуються з неорганічних, наприклад, при фотосинтезі відбувається асиміляція зеленими рослинами вуглеводів із вуглекислоти повітря та води. У гетеротрофних організмів, які харчуються лише речовинами рослинного та тваринного походження, синтезу при асиміляції передує їх розщеплення та переробка.

Особливості організмів, набуті у процесі еволюції, визначають характер асиміляції, але зміни асиміляції своєю чергою впливають природу організмів, змінюючи їх спадковість.

При попаданні квантів світла на хлорофіл молекули хлорофілу збуджуються. Збуджені електрони проходять електронним ланцюгом на мембрані до синтезу АТФ. Одночасно відбувається розщеплення молекул води. Іони H+ поєднуються з відновленим НАДФ (ФС1) за рахунок електронів хлорофілу; енергія, що утворюється при цьому, йде на синтез АТФ. Іони O 2 віддають електрони на хлорофіл (ФС2) і перетворюються на вільний кисень: H 2 O + НАДФ + hν → НАДФН + H + + 1 / 2O 2 + 2АТФ

Темнова фазаТемнова фаза - фіксація C, синтез C6H12O6. Джерелом енергії є АТФ. У стромі хромопластів (куди надходять АТФ, НАДФН та H + від тилакоїдів гран та CO 2 з повітря) проходять циклічні реакції, внаслідок чого є фіксація CO 2, його відновлення H (за рахунок НАДФН + H +) та синтез C 6 H 12 O 6:

CO 2 + НАДФН + H + + 2АТФ → 2АДФ + C 6 H 12 O 6

Дисиміляція в біології позначає процес, зворотний до асиміляції. Іншими словами, це етап обміну речовин в організмі, на якому відбувається руйнування складних органічних сполук із отриманням більш простих. Існує кілька різних визначеньКонцепція дисиміляції. Вікіпедія трактує цей термін як втрату специфічності складних речовинта руйнування складних органічних сполук до більш простих. Синонімом цього є катаболізм.

В обміні речовин у живій клітці центральне місце займають складні реакціїдисиміляції – дихання, бродіння, гліколіз. Результатом цих біологічних процесів є вивільнення енергії, що міститься у складних молекулах. Ця енергія частково трансформується на енергію Аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Кінцевими продуктами дисиміляції у всіх живих клітинах є вуглекислий газ, аміак та вода. Рослинні клітини отримали можливість частково використовувати ці речовини для асиміляції. Тварини виводять ці продукти розпаду назовні.

За характером участі кисневих молекул у реакціях катаболізму всі організми прийнято поділяти на аеробні, тобто які протікають за участю кисню, і анаеробні (безкисневі).

Анаеробні організми здійснюють процеси енергетичного обміну шляхом бродіння, а аеробні – шляхом дихання.

Бродінням називається сукупність реакцій розпаду органічних молекулдо найпростіших сполук, у яких відбувається виділення енергії та синтез молекул АТФ. Серед інших способів отримання енергії бродіння вважається малоефективним: з 1 моль глюкози при молочнокислому бродінні виходить 2 моль АТФ.

Найбільш широко у природі поширені два види бродіння:

  1. Молочнокисле - включає процес анаеробного розпаду глюкози з утворенням молочної кислоти. Подібний вид бродіння характерний для молочнокислих бактерій; саме вони відповідальні за скисання молока. У ширшому сенсі процес молочнокислого бродіння є одним з етапів процесу дихання у переважної більшості аеробних організмів, включаючи людину;
  2. Спиртове бродіння є процесом анаеробного розпаду глюкози та супроводжується утворенням вуглекислого газу та етилового спирту. У процесі цієї реакції виділяється кілька енергії, що витрачається на синтез молекули АТФ. Спиртове бродіння найхарактерніше для плодів та інших частин рослини, що у анаеробних умовах.

Дихання в контексті питання, що розкривається, має більш широке значення, ніж звичний процес газообміну. У цьому випадку під диханням слід розуміти різновид дисиміляції, що реалізується в середовищі, що містить молекули кисню.

Процес дихання включає дві частини:

  1. Процес газообміну в дихальній системі багатоклітинних організмів та в тканинах;
  2. Послідовність біохімічних реакцій окиснення, яким піддаються органічні сполуки. В результаті таких процесів утворюються вода, аміак та вуглекислий газ. Можливе утворення деяких інших простих сполук - сірководню, неорганічних фосфорних сполук та ін.

Для більшості людей звичним є більш вузьким трактуванням процесу дихання як газообміну.

Процес дисиміляції у живих клітинах складається з кількох етапів. Слід зазначити, що в різних організмахці етапи можуть протікати по-різному.

У аеробних організмів процес катаболізмувключає три основні етапи. Кожен етап протікає з участю спеціальних ферментативних систем.

  1. Початковий етап чи підготовчий. У багатоклітинних організмів він здійснюється у порожнині травного тракту. У процесі беруть безпосередню участь травні ферменти. У одноклітинних організмів цей етап протікає з участю лізосомальних ферментів. На попередньому етапі відбувається розщеплення протеїнів до амінокислот. Жири розпадаються до жирних кислот та гліцерину. Полісахариди розщеплюються на цьому етапі до моносахаридів, а нуклеїнові кислоти – до нуклеотидів. У біології такий процес прийнято називати травним;
  2. Другий етап катаболізму – гліколіз або безкисневий. Цей етап являє собою початкову стадію розпаду молекул глюкози та накопичення енергії у вигляді молекул аденозинтрифосфорної кислоти. Гліколіз протікає у клітинній цитоплазмі. У цей час спостерігається послідовність хімічних реакцій: одна молекула глюкози перетворюється на дві молекули піровиноградної кислоти (або пірувату) та дві молекули АТФ. Частина енергії, що вивільнилася, запасається у вигляді АТФ, решта розсіюється у вигляді тепла. В умовах нестачі кисню в клітинах рослин та дріжджових грибків молекули пірувату розщеплюються на вуглекислий газ та етанол (спиртове бродіння);
  3. Кисневий етап катаболізму складається, у свою чергу, з двох послідовних фаз - циклу Кребса та окисного фосфорилювання. Розглянемо, який етап дисиміляції називають кисневим. Тут відбувається остаточне розщеплення пірувату до найпростіших складових частин - води та вуглекислого газу. У ході окислення пірувату утворюється лише 36 молекул АТФ. З них 34 молекули утворюються в результаті ланцюга реакцій циклу Кребса і 2 - в результаті окисного фосфорилювання. Еволюційно-кисневий етап виник після того, як у земній атмосфері накопичилася достатня кількість молекул кисню і з'явилися організми з аеробним типом обміну.

Внаслідок реакцій дисиміляціївиходить енергія, яка використовується організмом для пластичного обміну.

Процеси окисного фосфорилювання відбуваються на внутрішніх мітохондріальних мембранах. У цих мембранах є вбудовані молекули-переносники. Їхньою функцією є доставка електронів до атомів кисню. Частина енергії під час цієї реакції розсіюється як тепла.

Внаслідок реакцій гліколізу виробляється мала кількість енергії, якого недостатньо для здійснення життєдіяльності організмів з аеробним типом обміну речовин. Саме це є причиною, чому за нестачі кисню в м'язових клітинах утворюється молочна кислота. Ця речовина накопичується у вигляді лактату та викликає біль у м'язах.

Асиміляція в біології - це процес, який грає важливу роль у системі травлення живого організму. Що це таке? Допустимо, ви сьогодні з'їли їжу, щоб отримати певну енергію. Але ви коли-небудь думали про те, як їжа потрапляє з тарілки в клітини? Після того, як ви щось з'їли, ваш організм починає розщеплювати їжу під час травлення, поглинає поживні речовини та розподіляє їх по клітинах під час асиміляції, де вони використовуються для зростання та відновлення.

Що відбувається після їди?

Щоб зрозуміти, що таке засвоєння їжі та асиміляція в біології, давайте спочатку подивимося, як ми перетравлюємо звичайну їжу. Візьмемо такий приклад, як чизбургер. Під час жування відбувається вимочування, подрібнення та перетворення їжі на болюс, який потім переміщається через стравохід у шлунок, де вже сильні кислоти та ферменти розбивають його на частини.

Вуглеводи та білки (булочка та м'ясо) починають перетравлюватися раніше за всіх. Далі в тонкому кишечнику жири (сир) починають руйнуватися до окремих компонентів, званих жирними кислотами. На даний момент переварювання чизбургера завершено. Тепер настав час, щоб засвоїти поживні речовини, що надійшли до вашого організму.

Засвоєння поживних речовин

Засвоєння поживних речовин здійснюється в тонкому кишечнику, який має дрібні виступи, які називаються мікроворсинками. Ці важливі клітини приймають поживні речовини з кишківника і перекачують його в кров, яка доставляє їх до тіла. Щоб зрозуміти цей процес, давайте подивимося на те, як безпосередньо засвоюються вуглеводи.

На той час, як вуглеводи, що у булочці гамбургера, досягають тонкого кишечника, вони розбиваються на цукор, відомий як глюкоза. Мікроворсинки містять невеликі насоси, які висмоктують її з просвіту кишечника, та переміщують у його епітеліальні клітини. Однак, щоб цукор надійшов до решти тіла, він повинен увійти до потоку крові. Інша сторона кишкових епітеліальних клітин має ще один насос, який спрямовує глюкозу в кровоносні судини, що оточують кишківник.

Занадто багато глюкози в крові може викликати серйозні проблеми, тому частина її доставляється до печінки для зберігання. Клітини цього життєво важливого органузберігають надлишок цукру як глікогену. Звідти глюкоза доставляється до всіх клітин в організмі, які використовують її для створення клітинної енергії, або АТФ, необхідної для задоволення всіх потреб клітин та організму загалом. Поживні речовини - це не єдине, що необхідно для того, щоб тіло залишалося здоровим. Дуже важливим є достатнє вживання води.

Асиміляція у біології – це що?

Біологічне засвоєння є поєднанням двох процесів, під час яких у клітини поставляються поживні речовини. Перший включає поглинання вітамінів, мінералів та інших хімічних речовинз їжі. В організмі людини це робиться за допомогою фізичного (пероральне жування та шлункове спінювання) та хімічного розпаду (ферментів та кислот). Другий процес, який називається біоасиміляцією, є хімічною зміною речовин у крові, печінці або клітинних виділеннях.

Асиміляція та дисиміляція в біології

Дисиміляцією в біології називають процес розпаду органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів тощо) прості речовини. Єдність асиміляції та дисиміляції забезпечує обмін речовини та енергії, яка є наріжним каменем життєдіяльності та забезпечує безперервність оновлення органічної речовини протягом усього життєвого циклу організму.

Дисиміляція в рослинних та тваринних організмах

Дисиміляція у рослинах займає центральне місце у метаболізмі цілого ряду процесів, у тому числі дихання та гліколізу. Вивільнення енергії і результат цих процесів необхідний існування життєво важливих ознак. Серед кінцевих продуктів дисиміляції лідируючі позиції займають вода, газоподібний діоксид вуглецю та аміак.

Якщо у тварин ці продукти в процесі накопичення виділяються зовні, то у рослин вуглекислий газ (не повною мірою) та аміак застосовуються для біосинтезу органіки і є вихідним матеріалом для засвоєння. Інтенсивність процесів дисиміляції у рослин змінюється в залежності від стадії онтогенезу організму та залежить від деяких інших факторів.

Приклади біологічної асиміляції

Основним джерелом енергії для живого на планеті є сонячне випромінювання. Всі організми, що мешкають на Землі, можуть бути поділені на автотрофні та гетеротрофні. Перша група - це зелені рослини, здатні перетворювати променисту енергію від сонця і шляхом фотосинтезу отримувати органічні сполуки з неорганічних речовин.

Інші живі організми, крім деяких мікроорганізмів, здатних отримувати енергію з допомогою засобів від хімічних реакцій, засвоюють вже сформоване органічне речовина і використовують його як джерело енергії або як структурний матеріал для створення органів. Час, коли відбувається найактивніша і найінтенсивніша асиміляція в біології, - це молодий вік у тварин і вегетаційний період у рослин.

Метаболізм: єдність двох процесів

Метаболізм є єдністю двох процесів: асиміляції та дисиміляції. Засвоєння є сумою всіх процесів створення живої матерії: поглинання клітиною речовин, що у організм із довкілля, формування складніших хімічних сполук із простіших тощо. Асиміляція в біології - це процес, в якому клітини, що використовують різні матеріали, перетворюються на живу матерію. Дисиміляція – це руйнування живої матерії, розпад, розщеплення речовин у клітинних структурах, зокрема у білкових сполуках. Асиміляція (приклади в природі – це фотосинтез, фіксація азоту з ґрунту, поглинання поживних речовин при травленні) та дисиміляція нерозривно пов'язані між собою. Засвоєння супроводжується збільшенням процесів руйнування, які, своєю чергою, готують грунт асиміляції.

Тема: Асиміляція та дисиміляція. Метаболізм. Мета уроку: Познайомити учнів із поняттям «обмін речовин в організмі», асиміляція, дисиміляція, метаболізм. Завдання уроку: Освітні: конкретизувати знання про обмін речовин (метаболізм) як властивість живих організмів, познайомити з двома сторонами обміну, виявити загальні закономірності метаболізму; встановити зв'язок пластичного та енергетичного обміну на різних рівнях організації живого та їх зв'язок з довкіллям. Розвиваючі: формувати вміння виділяти сутність процесу у досліджуваному матеріалі; узагальнювати та порівнювати, робити висновки; працювати з текстом, схемами, іншими джерелами; реалізація творчого потенціалуучнів, розвиток самостійності. Виховні: використовуючи набуті знання, розуміти перспективи практичного використання фотосинтезу; розуміти вплив обміну речовин на збереження та зміцнення здоров'я. Обладнання: комп'ютер, проектор, презентація. Тип уроку: Вивчення нового матеріалу. Форми роботи учнів: самостійна роботаз підручником, індивідуальна роботабіля дошки, фронтальна робота.

Завантажити:


Попередній перегляд:

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКУ

Тема: Асиміляція та дисиміляція. Метаболізм.

Мета уроку:

Ознайомити учнів із поняттям «обмін речовин в організмі», асиміляція, дисиміляція, метаболізм.

Завдання уроку:

Освітні: конкретизувати знання про обмін речовин (метаболізм) як властивість живих організмів, познайомити з двома сторонами обміну, виявити загальні закономірності метаболізму; встановити зв'язок пластичного та енергетичного обміну на різних рівнях організації живого та їх зв'язок із навколишнім середовищем.

Розвиваючі: формувати вміння виділяти сутність процесу у досліджуваному матеріалі; узагальнювати та порівнювати, робити висновки; працювати з текстом, схемами, іншими джерелами;

реалізація творчого потенціалу учнів; розвиток самостійності.

Виховні: використовуючи набуті знання, розуміти перспективи практичного використання фотосинтезу; розуміти вплив обміну речовин на збереження та зміцнення здоров'я.

Обладнання: комп'ютер, проектор, презентація.

Тип уроку: Вивчення нового матеріалу.

Форми роботи учнів:самостійна робота з підручником, індивідуальна робота біля дошки, фронтальна робота.

Хід уроку

  1. Організаційний момент.

ІІ. Повторення матеріалу

  1. Перевірка правильності заповнення таблиці «Порівняння будови клітин еукаріотів та прокаріотів». (Відповідь учня біля дошки.)
  2. Фронтальна бесіда з питань:
  1. Яку роль виконує суперечки у прокаріотів? Чим вона відрізняється від суперечок еукаріотів?
  2. Порівнюючи будову та процеси життєдіяльності еукаріотів і прокаріотів, виділіть ознаки, що дозволяють припустити, які клітини історично давніші, а які – молодші.
  3. Що таке ферменти? Яка їхня роль в організмі?
  4. Що таке обмін речовин? Наведіть приклади обміну речовин у організмі.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Завдання: порівняйте два визначення, знайдіть, чи є у них відмінність чи вони подібні. Чим ви це можете пояснити?

Обмін речовин складається з двох взаємозалежних процесів – анаболізму та катаболізму.

1. У ході асиміляції відбувається біосинтез складних молекул із простих молекул-попередників або з молекул речовин, що надійшли із зовнішнього середовища.

2. Найважливішими процесами асиміляції є синтез білків та нуклеїнових кислот (властивий усім організмам) та синтез вуглеводів (тільки у рослин, деяких бактерій та ціанобактерій).

3. У процесі асиміляції при утворенні складних молекул йде накопичення енергії, головним чином як хімічних зв'язків.

1. При розриві хімічних зв'язків у молекулах органічних сполук енергія вивільняється та запасається у вигляді АТФ.

2. Синтез АТФ у еукаріотів відбувається в мітохондріях та хлоропластах, а у прокаріотів – у цитоплазмі, на мембранних структурах.

3. Дисиміляція забезпечує всі біохімічні процеси у клітині енергією.

Всім живим клітинам завжди потрібна енергія, необхідна протікання них різних біологічних і хімічних реакцій. Одні організми цих реакцій використовують енергію сонячного світла (при фотосинтезі), інші – енергію хімічних зв'язків органічних речовин, які з їжею. Вилучення енергії з харчових речовин здійснюється в клітині шляхом їх розщеплення та окиснення киснем, що надходить у процесі дихання. Тому цей процес називаютьбіологічним окисненням, або клітинним диханням.

Біологічне окиснення за участю кисню називаютьаеробним , без кисню –анаеробним . Процес біологічного окиснення йде багатоступінчасто. При цьому в клітині відбувається накопичення енергії як молекул АТФ та інших органічних сполук.

IV. Закріплення вивченого матеріалу.

  1. Що таке асиміляція? Наведіть приклади реакцій синтезу у клітині.
  2. Що таке дисиміляція? Наведіть приклади реакцій розпаду у клітині.
  3. Доведіть, що асиміляція та дисиміляція – дві сторони єдиного процесу обміну речовин та енергії – метаболізму.

Завдання. Встановіть відповідність між процесами, що протікають у клітинах організмів, та їх приналежністю до асиміляції або дисиміляції:

Процеси, що протікають у клітинах

Обмін речовин

1. Випаровування води

Асиміляція- це сукупність всіх складних творчих процесів, які у клітинах, отже, й у цілісному організмі. При асиміляції відбувається накопичення енергії.
Дисиміляція- це сукупність окисних процесів, у яких звільняється енергія. Саме ця енергія використовується надалі реалізації всіх життєвих відправлень організму.

Таким чином, ці два протилежні процеси настільки взаємопов'язані один з одним, що припинення одного з них тягне за собою припинення всього обміну речовин, а отже, і життя.

Незважаючи на такий міцний взаємозв'язок та взаємозумовленість, процеси асиміляції та дисиміляції не завжди бувають взаємно врівноваженими. Основне значення має вік.

Чим молодший організм людини, тим інтенсивніше протікають у ньому процеси асиміляції. У людей похилого віку, навпаки, дисиміляція переважає асиміляцію. Особливо інтенсивний обмін речовин спостерігається у новонароджених дітей та у підлітків у період статевого дозрівання.

Усі живі організми здатні до обміну речовин із навколишнім середовищем, поглинаючи із нього елементи, необхідних харчування, і виділяючи продукти життєдіяльності. У кругообігу органічних речовин найістотнішими стали процеси синтезу та розпаду.

Асиміляція чи пластичний обмін – сукупність реакцій синтезу, які з витратою енергії АТФ. У процесі асиміляції синтезуються органічні речовини, потрібні клітині. забезпечує зростання, розвиток, оновлення організму та накопичення запасів, що використовуються як джерело енергії. Організми з погляду термодинаміки є відкриті системи, т. е. можуть існувати лише за безперервному припливі енергії ззовні. Асиміляція врівноважується сумою процесів дисиміляції (розпаду). Прикладом таких реакцій є фотосинтез, біосинтез білка та реплікація ДНК.

Амінокислоти -> Білки

Глюкоза -> Полісахариди

Гліцерин + Жирні кислоти-> Жири

Нуклеотиди -> Нуклеїнові кислоти

Інша сторона обміну речовин - процеси дисиміляції, у яких складні органічні сполуки розпадаються на прості сполуки, у своїй втрачається їх схожість з речовинами організму і виділяється енергія, що у вигляді АТФ, необхідна реакцій біосинтезу. Тому дисиміляцію називають ще енергетичним обміном. Найбільш важливими процесами енергетичного обміну є дихання та бродіння.

Білки -> Амінокислоти

Полісахариди -> Глюкоза

Жири -> Гліцерин + Жирні кислоти

Нуклеїнові кислоти -> Нуклеотиди

Обмін речовин забезпечує сталість хімічного складута будови всіх частин організму і як наслідок - сталість функціонування в безперервно мінливих умовах довкілля.

Дезоксирибонуклеїнова кислота, її будова та властивості. Мономіри ДНК. Способи з'єднання нуклеотидів. Комплементарність нуклеотидів. Антипаралельні полінуклеотидні ланцюги. Реплікація та репарація.

Структура молекули ДНК була розшифрована в 1953 Уотсоном, Криком, Вілкінсом. Це два спірально закручені антипаралельні (напроти кінця 3/одного ланцюга розташовується 5/кінець іншого) полінуклеотидні ланцюги. Мономерами ДНК є нуклеотиди, До складу кожного з них входять: 1) дезоксирибоза; 2) залишок фосфорної кислоти; 3) одна з чотирьох азотистих основ (аденін, тимін, гуанін, цитозин).). У клітинах прокаріотичних організмів (бактерій та архей) кільцева чи лінійна молекула ДНК, так званий нуклеоїд, прикріплена зсередини до клітинної мембрани ДНК - це довга полімерна молекула, що складається з блоків, що повторюються - нуклеотидів. Нуклеотиди з'єднуються в ланцюжок завдяки фосфорно-діефірним зв'язкам між дезоксирибозою одного залишку та залишком фосфорної кислоти іншого нуклеотиду. Азотисті основи приєднуються до дезоксирибози та утворюють бічні радикали. Між азотистими основами ланцюжків ДНК встановлюються водневі зв'язки (2 між А та Т, 3 між Г і Ц). Сувора відповідність нуклеотидів один одному в парних ланцюжках ДНК називається комплементарністю.


РЕПАРАЦІЯ ДНК-особлива функція клітин, що полягає у здатності виправляти хімічні пошкодження та розриви в молекулах ДНК, ушкодженої при нормальному біосинтезі ДНК у клітині або внаслідок дії фізичних чи хімічних агентів. Здійснюється спеціальними ферментними системами клітини. Ряд спадкових хвороб (напр., пігментна ксеродерма) пов'язані з порушеннями систем репарації. Кожна із систем репарації включає такі компоненти:

ДНК-хеліказу- фермент, що «пізнає» хімічно змінені ділянки в ланцюзі і здійснює розрив ланцюга поблизу пошкодження; фермент, що видаляє пошкоджену ділянку;

ДНК-полімераза- фермент, що синтезує відповідну ділянку ланцюга ДНК замість віддаленого;

ДНК-лігаза - фермент, що замикає останній зв'язок у полімерному ланцюгу і тим самим відновлює її безперервність.

Реплікація молекул ДНК відбувається у синтетичний період інтерфази. Кожен із двох ланцюгів "материнської" молекули служить матрицею для "дочірньої". Після реплікації знову синтезована молекула ДНК містить один "материнський" ланцюжок, а другий - "дочірній", знову синтезований (напівконсервативний спосіб). Для матричного синтезу нової молекули ДНК необхідно, щоб стара молекула була деспіралізована та витягнута. Реплікація починається у кількох місцях молекули ДНК. Ділянка молекули ДНК від точки початку однієї реплікації до точки початку іншої називається репліконом . Прокаріотична клітина містить один реплікон, а еукаріотична містить багато репліконів. Початок реплікації активується праймерами (затравками),що складаються з 100-200 пар нуклеотидів. Фермент ДНК -геліказа розкручує та поділяє материнську спіральДНК на 2 нитки, на яких за принципом комплементарності за участю ферменту ДНК-полімерази збираються «дочірні» ланцюги ДНК. Фермент ДНК-топоізомераза скручує"Дочірні" молекули ДНК. У кожному репліконі ДНК-полімераза може рухатися вздовж «материнської» нитки лише в одному напрямку (3/ ⇒ 5/). Таким чином, приєднання комплементарних нуклеотидів дочірніх ниток йде у протилежних напрямках (антипаралельно). Реплікація у всіх репліконах триває одночасно. Фрагменти Оказаки та частини «дочірніх» ниток, синтезовані в різних репліконах, зшиваються в єдину нитку ферментом лігазою. Реплікація характеризується напівконсервативністю, антипаралельністю та уривчастістю (фрагменти Оказаки).

Механізм репарації заснований на наявності молекули ДНК двох комплементарних ланцюгів. Спотворення послідовності нуклеотидів в одній з них виявляється специфічними ферментами. Потім відповідна ділянка видаляється і заміщається новим синтезованим на другому комплементарного ланцюга ДНК. Таку ю репарацію називають ексцизійної , тобто. з "вирізанням". Вона здійснюється до чергового циклу реплікації, тому її називають також дореплікативною .

У тому випадку, коли система ексцизійної репарації не виправляє зміни, що виникли в одному ланцюгу ДНК, в ході реплікації відбувається фіксація цієї зміни і стає надбанням обох ланцюгів ДНК. Це призводить до заміни однієї пари комплементарних нуклеотидів на іншу або до появи розривів (проломів) у знову синтезованому ланцюгу проти змінених ділянок. Постреплікативна репарація здійснюється шляхом рекомбінації (обміну фрагментами) між двома новоствореними подвійними спіралями ДНК. Приклад - відновлення нормальної структури ДНК при виникненні тімінових димерів (Т-Т) Ковалентні зв'язки, що виникають між залишками тиміну, що стоять поруч, роблять їх не здатними до зв'язування з комплементарними нуклеотидами. У результаті знову синтезируемой ланцюга ДНК виникають розриви (проломи), відомі ферментами репарації. Відновлення цілісності нового полінуклеотидного ланцюга однієї з дочірніх ДНК здійснюється завдяки рекомбінації з відповідним їй нормальним материнським ланцюгом іншої дочірньої ДНК. Пробіл, що утворився в материнському ланцюгу, заповнюється шляхом синтезу на комплементарному їй полінуклеотидному ланцюгу. Проявом такої постреплікативної репарації, що здійснюється шляхом рекомбінації між ланцюгами двох дочірніх молекул ДНК, можна вважати обмін матеріалом між сестринськими хроматидами, що нерідко спостерігається.

18. Реплікація молекул ДНК. Реплікон. Праймер. Принципи реплікації ДНК: напівконсервативність, антипаралельність, уривчастість (фрагменти Оказаки). Фази реплікації: ініціації, елонгації, термінації. Особливості реплікації ДНК про- та еукаріотів.

Здатність до самокопіювання- реплікація.Ця властивість забезпечується дволанцюжковою структурою. У процесі реплікації на кожному полінуклеотидному ланцюзі материнської молекули ДНК синтезується комплементарний їй ланцюг. Такий спосіб подвоєння молекул, при якому кожна дочірня молекула містить один материнський і один знову синтезований ланцюг, називають напівконсервативним .

Для здійснення реплікації ланцюга материнської ДНК повинні бути відокремлені одна від одної, щоб стати матрицями, на яких синтезуватимуться комплементарні ланцюги дочірніх молекул. За допомогою ферменту гелікази, Що розриває водневі зв'язки, подвійна спіраль ДНК розплітається в точках початку реплікації Одинарні ланцюги ДНК, що утворюються, зв'язуються спеціальними дестабілізуючими білками, які розтягують кістяки ланцюгів, роблячи їх азотисті основи доступними для зв'язування з комплементарними нуклеотидами, що знаходяться в нуклеоплазмі. На кожному з ланцюгів, що утворюються в області реплікаційної вилки, за участю ферменту ДНК-полімеразиздійснюється синтез комплементарних ланцюгів.

Cинтез другого ланцюга ДНК здійснюється короткими фрагментами ( фрагменти Оказаки) також у напрямку від 5"- до 3"-кінця. Синтезу кожного такого фрагмента передує утворення РНК затравки довжиною близько 10 нуклеотидів. Знову утворений фрагмент за допомогою ферменту ДНК-лігазиз'єднується з попереднім фрагментом після видалення РНК-затравки. У зв'язку із зазначеними особливостями реплікаційна вилка є асиметричною. З двох дочірніх ланцюгів, що синтезуються, один будується безперервно, його синтез йде швидше і цей ланцюг називають лідируючою . Синтез іншого ланцюга йде повільніше, так як він збирається з окремих фрагментів, що вимагають утворення, а потім видалення РНК-затравки. Тому такий ланцюг називають запізнювальною (відстаючої). Хоча окремі фрагменти утворюються у напрямі 5" → 3", загалом цей ланцюг зростає у напрямку 3" → 5". Реплікація ДНК у про- і еукаріотів в основних рисах протікає подібно, проте швидкість синтезу у еукаріотів на порядок нижче, ніж у прокаріотів. Причиною цього може бути утворення ДНК еукаріотів досить міцних сполук з білками, що ускладнює її деспіралізацію, необхідну для здійснення реплікативного синтезу.

Праймер- це короткий фрагмент нуклеїнової кислоти, комплементарний ДНК або РНК-мішені, служить затравкою для синтезу комплементарного ланцюга за допомогою ДНК-полімерази, а також при реплікації ДНК. Затравка необхідна ДНК-полімераз для ініціації синтезу нового ланцюга, з 3"-кінця праймера. ДНК-полімераза послідовно додає до 3"-кінця праймера нуклеотиди, комплементарні матричного ланцюга.

Реплікон- одиниця процесу реплікації ділянки геному, який знаходиться під контролем однієї точки ініціації (початку) реплікації. Від точки ініціації реплікація йде в обидві сторони, у деяких випадках з нерівною швидкістю. Реплікація ДНК- Ключова подія під час поділу клітини. Принципово, щоб на момент розподілу ДНК була реплікована повністю і лише один раз. Це забезпечується певними механізмами регулювання реплікації ДНК. Реплікація відбувається у три етапи:

· Ініціація реплікації

· Елонгація

· Термінація реплікації.

Регулювання реплікації здійснюється в основному на етапі ініціації. Це досить легко здійснимо, тому що реплікація може починатися не з будь-якої ділянки ДНК, а з певного, званого сайтом ініціації реплікації. У геномі таких сайтів може бути лише один, так і багато. З поняттям сайту ініціації реплікації тісно пов'язане реплікон. Реплікон- це ділянка ДНК, яка містить сайт ініціації реплікації та реплікується після початку синтезу ДНК із цього сайту.

Реплікація починається на сайті ініціації реплікації з розплетення подвійної спіралі ДНК, у своїй формується реплікаційна вилка- Місце безпосередньої реплікації ДНК. У кожному сайті може формуватися одна чи дві реплікаційні вилки залежно від того, чи є реплікація одно- або двонаправленою. Найбільш поширена двонаправлена ​​реплікація. Через деякий час після початку реплікації до електронного мікроскопа можна спостерігати реплікаційне око- ділянку хромосоми, де ДНК вже реплікована, оточена більш протяжними ділянками нереплікованої ДНК.

Напівконсервативністьозначає, що кожна дочірня ДНК складається з одного матричного ланцюга і одного знов синтезованого.

Антипаралельністьланцюгів ДНК: протилежна спрямованість двох ниток подвійної спіралі ДНК; одна нитка має напрямок від 5" до 3", інша - від 3" до 5".

Кожен ланцюг ДНК має певну орієнтацію. Один кінець несе гідроксильну групу (ВІН), приєднану до 3"-вуглецю в цукрі дезоксирибозе, на іншому кінці ланцюга знаходиться залишок фосфорної кислоти в 5"-положенні цукру. Два комплементарні ланцюги в молекулі ДНК розташовані в протилежних напрямках - антипаралельно: одна нитка має напрямок від 5" до 3", інша - від 3" до 5". При паралельній орієнтації навпроти 3"-кінця одного ланцюга знаходився б З"-кінець іншого.

У прокаріотіводна з ниток ДНК розривається і один кінець її прикріплюється до клітинної мембрани, але в протилежному кінці відбувається синтез дочірніх ниток. Такий синтез дочірніх ниток ДНК отримав назву «обруча, що котиться». Реплікація ДНК протікає швидко.

Читайте також: