Підручник Біологія 9 клас - О. А. Андерсон - Школяр 2017

Тема 3 ПРИНЦИПИ ФУНКЦІОНУВАННЯ КЛІТИНИ

З історії відкриттів

Ви ознайомилися з будовою органічних сполук, які входять до складу клітини. Людство поступово розкриває таємниці життєдіяльності клітини, процесів перетворення в ній речовин.

Уперше синтезував із неорганічної речовини органічну сполуку німецький хімік, лікар Фрідріх Велер (1800-1882).

Після робіт Велера із часом почали з’ясовуватися механізми таких процесів, як дихання, бродіння, ферментація, фотосинтез. Вивчення хімічного складу й властивостей сполук, виділених із тварин і рослин, стало предметом органічної хімії (хімії органічних сполук).

Початок біохімії ознаменувався відкриттям першого ферменту діастази (нині відомого як амілаза) у 1833 р. Ансельмом Паєном. Труднощі, пов’язані з виділенням ферментів із тканин і клітин, наводили на думку про неможливість вивчення клітинних ферментів поза живими істотами. Проте в 1896 р. можливість спостерігати спиртове бродіння в екстрактах розтертих (тобто позбавлених структурної цілісності) дріжджів було підтверджено німецьким ученим Едуардом Бухнером, який зумів експериментально спостерігати цей процес.

Сам термін біохімія вперше запропонований у 1882 р., проте широко використовуватися він почав після робіт німецького хіміка Карла Нойберга в 1903 р.

Відтоді біохімія швидко розвивалася, особливо починаючи з середини ХХ ст., перш за все завдяки розробці нових методів, таких як хроматографія, рентгеноструктурний аналіз, метод мічених атомів тощо.

Наукові праці К. А. Тімірязєва присвячено вивченню фотосинтезу. Учений установив, що фотосинтез відбувається за законом збереження енергії; інтенсивність фотосинтезу тісно пов’язана з інтенсивністю світла. Тімірязєв висловив думку, що хлорофіл хімічно бере участь у фотосинтезі, передбачивши тим самим розвиток сучасної фізіології рослин.

Перебіг гліколізу в клітинах дріжджів описали Отто Варбург, Ганс фон Ейлер-Хельпін та Артур Гарден (два останні вчені отримали Нобелівську премію з хімії 1929 р.). Гліколіз у м’язах дослідили Густав Ембден та Отто Меєргоф (Нобелівська премія в галузі фізіології та медицини 1922 р.).

За свої дослідження в галузі біохімії отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини 1953 р. два біохіміки німецького походження - англійський Ханс Адольф Кребс та американський Фріц Альберт Ліпман за відкриття циклу біохімічних реакцій під час кисневого етапу енергетичного обміну (названий циклом Кребса). Американський хімік Мелвін Кальвін вивчав процеси темнової фази фотосинтезу (цикл Кальвіна). За ці дослідження він був удостоєний Нобелівської премії 1961 р.

Пізніше Пітер Денніс Мітчелл розкрив механізм синтезу мітохондріями головної енергетичної молекули - АТФ (Нобелівська премія 1978 р.)

Ханс Адольф Кребс (1900-1981)

Мелвін Елліс Кальвін (1911-1997)

§ 13. Обмін речовин і перетворення енергії в клітині

Згадаємо!

Які організми називають автотрофами, а які - гетеротрофами?

Обмін речовин. Клітина є відкритою біологічною системою, тобто такою, для якої необхідно надходження речовин та енергії з навколишнього середовища та їх перетворення.

! Сукупність усіх хімічних перетворень речовин в організмі з моменту надходження їх з навколишнього середовища до моменту виведення продуктів розпаду називають обміном речовин.

В організмі одночасно відбувається перебіг процесів двох типів. Для синтезу сполук, необхідних для життєдіяльності організму, з навколишнього середовища надходять певні речовини. При цьому поглинається енергія, необхідна для утворення хімічних зв’язків, тощо. Сукупність реакцій синтезу складних речовин із простих, що забезпечують розвиток клітин й організмів, поновлення їхнього хімічного складу називають пластичним обміном (від грец. пластос - створений). Водночас у клітині відбувається протилежний процес - розщеплення речовин. Сукупність реакцій розщеплення складних речовин на простіші з вивільненням енергії називається енергетичним обміном.

Пластичний та енергетичний обмін є протилежними складовими єдиного процесу обміну речовин. Реакції біосинтезу потребують поглинання енергії, що вивільняється в результаті реакцій енергетичного обміну. Для перебігу реакцій енергетичного обміну необхідний постійний біосинтез органічних речовин, які надалі будуть розщеплюватися (рис. 56). У процесі енергетичного обміну молекули АТФ утворюються, а в процесі пластичного обміну вони витрачаються, розщеплюються з виділенням енергії. Перебіг реакцій обміну відбувається впорядковано за участі специфічних білків - ферментів. Завдяки їм ці реакції йдуть швидко й ефективно за звичайних умов функціонування клітин.

Рис. 56. Взаємозв’язок пластичного й енергетичного обміну

Перетворення енергії. Для забезпечення власних енергетичних потреб організми використовують енергію, що надходить із навколишнього середовища. Вони акумулюють енергію у формі хімічних зв’язків органічних молекул, отже, перетворення енергії взаємопов’язане з обміном речовин. Ви пам’ятаєте, що організми, здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних, називають автотрофами (від грец. аутос - сам і трофе - їжа, живлення). Одні з них використовують для цих процесів енергію світла (зелені рослини й деякі прокаріоти - ціанобактерії, зелені та пурпурові бактерії). Інші автотрофи використовують енергію, що вивільняється під час хімічних реакцій. До цієї групи належать деякі бактерії (ви дізнаєтеся про них із § 17). Енергію у формі хімічних зв’язків синтезованих сполук ці організми використовують для власних потреб або запасають. Організми ж, які використовують енергію готових органічних речовин, називаються гетеротрофами (від грец. гетерос - інший). До цієї групи належать гриби, більшість тварин і бактерій. Для них джерелом енергії є синтезовані іншими організмами органічні сполуки, які вони одержують із їжею (живі організми, їхні рештки або продукти життєдіяльності) (рис. 57).

Енергія, що надходить до організму з навколишнього середовища, може запасатися в хімічних зв’язках синтезованих сполук або ж витрачатися на різноманітні процеси функціонування. Витрачена енергія перетворюється на теплову. Отже, живим системам притаманний енергетичний баланс: скільки енергії організм отримує, стільки й витрачає або запасає. Основою цього є фізичний принцип збереження енергії.

Рис. 57. Приклади автотрофних і гетеротрофних організмів

Які серед наведених організмів є автотрофними, а які - гетеротрофними?

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

1. Що таке обмін речовин?

2. Порівняйте пластичний та енергетичний обмін.

3. Які організми належать до автотрофних, а які - до гетеротрофних?

4. Обґрунтуйте взаємозв’язок пластичного та енергетичного обміну.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити