Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 23. Енергетичне забезпечення процесів метаболізму

Що таке енергетичний обмін?

Як кисень потрапляє до клітин?

Організми використовують енергію, яка надходить з навколишнього середовища, акумулюючи її у формі хімічних зв’язків органічних молекул - перетворення енергії взаємопов’язане з обміном речовин. Автотрофи для синтезу органічних речовин використовують енергію світла (фототрофи) або енергію хімічних реакцій (хемотрофи), а гетеротрофи - енергію готових органічних речовин, отримуючи їх із їжею (§ 16).

Взаємозв’язок пластичного та енергетичного обміну можна проілюструвати на процесах метаболізму рослинної клітини, з якими ви знайомилися в дев’ятому класі. Під час фотосинтезу утворюється глюкоза - одне з основних джерел енергії для більшості клітин, а внаслідок енергетичного обміну відбувається безкисневе розщеплення глюкози та подальше окиснення органічних речовин у мітохондріях за участі кисню. Частина енергії, що вивільняється, розсіюється у формі теплової енергії, а частина забезпечує синтез АТФ - універсального внутрішньоклітинного переносника енергії, про значення якого ми вже розповідали (рис. 106). Такий процес окиснення називається клітинним диханням, і він пов’язаний з дифузією газів. Дифузія кисню та вуглекислого газу в рослин відбувається через продихи. У інших організмів це може здійснюватися через поверхню тіла або спеціалізовані органи (зябра, трахеї, легені).

Рис. 106. Процеси метаболізму рослинної клітини

Порівняйте особливості енергетичного обміну клітин автотрофних і гетеротрофних організмів.

Дихання - це сукупність процесів, які забезпечують надходження в організм кисню, використання його в окиснювальних процесах і видалення з організму вуглекислого газу.

Реакції енергетичного обміну подібні в усіх організмів. Повне окиснення глюкози в більшості еукаріотів відбувається за участі мітохондрій, тому їх називають «енергетичними станціями» клітини. Навіть в аеробних прокаріотів, які не мають таких органел, відбуваються схожі процеси. При цьому їхня АТФ-аза вбудована в плазматичну мембрану.

В енергетичному обміні виділяють три етапи: підготовчий, безкисневий та кисневий. Під час підготовчого етапу енергетичного обміну полісахариди розщеплюються до мономерів, унаслідок чого вивільняється незначна кількість енергії, яка розсіюється у формі теплової енергії. Першим етапом розщеплення глюкози є сукупність реакцій, яка називається гліколізом. Ці реакції не потребують кисню й називаються анаеробними. Гліколіз є низкою послідовних хімічних перетворень з участю ферментів (див. § 19). У результаті утворюються дві молекули трикарбонової органічної кислоти, яка називається піровиноградною. Сумарний енергетичний вихід гліколізу становить 2 молекули АТФ на одну молекулу глюкози. Піровиноградна кислота ще містить значну кількість зв’язаної енергії, яку клітини можуть використовувати для синтезу АТФ. Наступні реакції відбуваються в мітохондріальному матриксі з використанням кисню, що надходить у мітохондрії шляхом дифузії. Ці реакції потребують кисню, а тому даний етап називається кисневим або аеробним. Унаслідок повного окиснення однієї молекули глюкози утворюються вода та вуглекислий газ, і відбувається синтез 38 молекул АТФ (рис. 107). Надалі молекули АТФ можуть зазнавати розщеплення завжди, коли клітині потрібна енергія для здійснення процесів метаболізму.

Рис. 107. Етапи енергетичного обміну

Проаналізуйте схему. Прокоментуйте перетворення енергії на кожному етапі.

Чому більшість організмів використовує аеробний спосіб енергетичного обміну?

1. Дайте означення понять дихання, клітинне дихання.

2. Поясніть особливості енергетичного обміну клітин автотрофних і гетеротрофних організмів.

3. Опишіть процес енергетичного обміну.

4. Поясніть роль АТФ у процесах обміну речовин.