Общность и различия фотосинтеза и дыхания

Фотосинтез - процесс образования органических веществ из неорганических в зеленых частях растений, на свету.

А дыхание - это процесс расщепления веществ из кислорода.

Сходства	Различия
1. Фотосинтез в световой фазе и дыхание идут с образованием АТФ. 2. Аналогичные переносчики водорода. 3. Процессы идут в органоидах‚ имеющих двумембранную структуру.	Фотосинтез 1. Источником энергии при образовании АТФ является свет. 2. Энергия АТФ идет на синтез органических веществ. 3. Поглощается СО2 и выделяется в атмосферу О2. Дыхание 1. Источником энергии при синтезе АТФ служат органические вещества. 2. Энергия АТФ обеспечивает жизнедеятельность клетки и дает тепло. 3. Поглощается О2 и выделяется в атмосферу СО2

15) Химические превращения веществ в организме являются частью сложнейшего процесса, называемого обменом веществ. Из окружающей среды человек получав питательные вещества, воду, минеральные соли и витамины. В окружающую среду он выделяет углекислый газ, некоторое количество влаги, минеральных солей, органических веществ.

В процессе обмена веществ человек получает энергию, аккумулированную в продуктах животного и растительного происхождения, и отдает тепловую энергию в окружающее пространство. Так постоянно происходит обмен веществ и энергии с окружающей средой, посредством которого человек включается в общий круговорот веществ в природе. Обмен веществами между организмом и окружающей средой — необходимое условие существования живых организмов.

Усвоение, накопление веществ и энергии называется ассимиляцией. В ходе ассимиляции питательных и других веществ образуются белки, жиры, гликоген, строятся новые клетки. Образовавшиеся в процессе ассимиляции вещества подвергаются сложным химическим изменениям и при этом высвобождается энергия. Этот процесс называется диссимиляцией. Химические реакции, высвобождающие энергию, осуществляются в митохондриях клеток.

Процессы ассимиляции и диссимиляции не только протекают одновременно. Энергия, необходимая для переваривания пищи, переноса питательных веществ и их накопления (ассимиляции), образуется в результате диссимиляции. Значит, ассимиляция зависит от диссимиляции и тесно связана с ней. Ассимиляция и диссимиляция — единый процесс, протекающий постоянно в клетках и во всем организм процесс обмена веществ и энергии.

Обмен веществ с окружающей средой является не только условием существования организмов, но и их основным, отличительным свойством. Ф. Энгельс писал:

«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка»

Процессы обмена веществ полностью подчиняются закону сохранения массы и энергии. Специально постав ленные с этой целью исследования показали, что количество энергии, образованной в организме, равно запасу потенциальной энергии, полученной вместе с пищей. Вес поступающих в организм и выделяющихся из него веществ одинаков. Но необходимо учитывать прибавку или потерю веса.

16). Гетеротрофная ассимиляция.

А) Фазы ассимиляции:

1) Поглощение и переваривание питательных веществ.

2) Транспорт веществ в клетку.

Поступление веществ происходит через мембрану.

3) Синтез веществ в клетке.

Белки будучи ферментами контролируют синтез углеводов, липидов и самих себя.

17) Диссимиляция (энергетический обмен) у гетеротрофных (аэробных) организмов складывается из трех этапов:

1. подготовительного, который проходит в желудочно-кишечном тракте или в клетке под действием ферментов лизосом. Во время этого этапа происходит распад всех биополимеров до мономеров: белки распадаются сначала до пептидов, затем - до аминокислот; жиры — до глицерина и жирных кислот; углеводы — до моносахаридов (до глюкозы и ее изомеров).

2. бескислородного (или анаэробного), который проходит в матриксе цитоплазмы. Этот этап называют гликолизом. Под действием ферментов глюкоза расщепляется до двух молекул ПВК. При этом выделяется 4 атома Н, которые акцептируются веществом под названием НАД+ (никотинамид-аденин-динуклеотид). При этом НАД+ восстанавливается в НАД*Н (эта запасенная энергия в дальнейшем будет использоваться для синтеза АТФ). В результате образуется 2 молекулы АТФ.

3. кислородного, который проходит в митохондриях. Две молекулы ПВК поступают на ферментативный кольцевой «конвейер», который называют циклом Кребса или циклом трикарбоновых кислот. Все ферменты этого цикла находятся в митохондриях. В результате образуются 36 молекул АТФ.

18) Гликолиз — путь ферментативного расщепления глюкозы — является общим практически для всех живых организмов процессом. У аэробов он предшествует собственно клеточному дыханию, у анаэробов завершается брожением. Сам по себе гликолиз является полностью анаэробным процессом и для осуществления не требует присутствия кислорода.

Первый его этап протекает с расходом энергии 2 молекул АТФ и включает в себя расщепление молекулы глюкозы на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата. На втором этапе происходит НАД-зависимое окисление глицеральдегид-3-фосфата, сопровождающееся субстратным фосфорилированием, то есть присоединением к молекуле остатка фосфорной кислоты и формированием в ней макроэргической связи, после которого остаток переносится на АДФ с образованием АТФ. Таким образом, уравнение гликолиза имеет следующий вид:

Глюкоза + 2НАД+ + 4АДФ + 2АТФ + 2Фн = 2ПВК + 2НАД?Н + 2 АДФ + 4АТФ + 2H2O + 4Н+.

Сократив АТФ и АДФ из левой и правой частей уравнения реакции, получим:

Глюкоза + 2НАД+ + 2АДФ + 2Фн = 2НАД?Н + 2ПВК + 2АТФ + 2H2O + 4Н+.

Тканевое(клеточное) дыхание — совокупность биохимических реакций, протекающих в клетках живых организмов, в ходе которых происходит окисление углеводов, липидов и аминокислот до углекислого газа и воды. Высвобожденная энергия запасается в химических связях макроэргических соединений (АТФ и др.) и может быть использована по мере необходимости. Входит в группу процессов катаболизма. О физиологических процессах транспортировки к клеткам многоклеточных организмов кислорода и удалению от них углекислого газа.

Окислительное фосфорилирование — один из важнейших компонентов клеточного дыхания, приводящего к получению энергии в виде АТФ. Субстратами окислительного фосфорилирования служат продукты расщепления органических соединений — белки, жиры иуглеводы. Процесс окислительного фосфорилирования проходит на кристах митохондрий.

Однако чаще всего в качестве субстрата используются углеводы. Так, клетки головного мозга не способны использовать для питания никакой другой субстрат, кроме углеводов.

Предварительно сложные углеводы расщепляются до простых, вплоть до образования глюкозы. Глюкоза является универсальным субстратом в процессе клеточного дыхания. Окисление глюкозы подразделяется на 3 этапа:

• гликолиз;
• окислительное декарбоксилирование и цикл Кребса;
• окислительное фосфорилирование.

При этом гликолиз является общей фазой для аэробного и анаэробного дыхания.

Работа АТФ-синтазы

Процесс окислительного фосфорилирования осуществляется пятым комплексом дыхательной цепи митохондрий — Протонная АТФ-синтаза, состоящая из 9 субъединиц 5 типов:

3 субъединицы (γ,δ,ε) способствуют целостности АТФ-синтазы

β субъединица является основной функциональной единицей. Она имеет 3 конформации:

L-конформация — присоединяет АДФ и Фосфат (поступают в митохондрию из цитоплазмы с помощью специальных переносчиков)

Т-конформация — к АДФ присоединяется фосфат и образуется АТФ

О-конформация — АТФ отщепляется от β-субъединицы и переходит на α-субъединицу.

Для того, чтобы субъединица изменила конформацию необходим протон водорода, так как конформация меняется 3 раза необходимо 3 протона водорода. Протоны перекачиваются из межмембранного пространства митохондрии под действием электрохимического потенциала.

α-субъединица транспортирует АТФ к мембранному переносчику, который «выбрасывает» АТФ в цитоплазму. Взамен из цитоплазмы этот же переносчик транспортирует АДФ. На внутренней мембране митохондрий также находится переносчик Фосфата из цитоплазмы в митохондрию, но для его работы необходим протон водорода. Такие переносчики называются транслоказами.

Суммарный выход

Для синтеза 1 молекулы АТФ необходимо 3 протона.

Ингибиторы окислительного фосфорилирования[

Ингибиторы блокируют V комплекс:

Олигомицин — блокируют протонные каналы АТФ-синтазы.

Атрактилозид, циклофиллин — блокируют транслоказы.

Разобщители окислительного фосфорилирования

Разобщители — липофильные вещества, которые способны принимать протоны и переносить их через внутреннюю мембрану митохондрий минуя V комплекс(его протонный канал). Разобщители:

Естественные — продукты перекисного окисления липидов, жирных кислот с длинной цепью; большие дозы тиреоидных гормонов.

Искусственные — динитрофенол, эфир, производные витамина К, анестетики.

Свободная энергия (общая работа, изотермическая полезная работа) - это энергия, способная производить работу. Для обозначения свободной энергии пользуются символом G в честь физика XIX века Дж. Уиларда Гиббса, введшего это понятие. Чаще всего под свободной энергией понимают свободную энергию Гиббса, хотя есть еще понятие свободной энергии Гельмгольца, обозначаемой символом A. В области биологии и физической химии более применима свободная энергия Гиббса. По определению

G = H - TS, где
H - энтальпия системы,
S - ее энтропия,
T - температура.
Приращение свободной энергии при постоянной температуре

Δ G = Δ H - T Δ S.

В биологических системах обычно постоянны и давление, и объем, так что Δ H = Δ E, где E - внутренняя энергия системы. Определенная таким образом свободная энергия является функцией, которую можно использовать для вычислений в биологических системах при постоянной температуре и постоянном давлении, поскольку в этих условиях она обладает свойством потенциала. Общее правило для таких систем таково:

Если Δ G равно отрицательной величине, то реакция может протекать самопроизвольно;
Если Δ G равно положительной величине, то реакция не может протекать самопроизвольно;
Если Δ G равно нулю, то система находится в равновесии и не может ни приобретать, ни терять свободную энергию.

Для процесса образования химической связи очевидно, что чем прочнее данная связь, другими словами, чем большим изменением свободной энергии сопровождается ее образование, тем большее число атомов в системе находится в связанном состоянии. Это выражается количественно в следующем виде:

Δ G = - RT ln K _eq, где
R - универсальная газовая постоянная,
T - абсолютная температура,
K _eq - константа равновесия, ln K _eq - логарифм константы равновесия по основанию e (e ≈2,718)

Лихорадка — это терморегуляторное повышение температуры тела, которое представляет собой организованный и координированный ответ организма на болезнь или иное повреждение. При лихорадке сохраняется терморегуляция, а установочная точка температурного гомеостаза смещена на более высокий уровень и поэтому нормальная температура воспринимается гипоталямусом как «холод», а повышенная — как «нормальная».

Гипертермия — повышение температуры тела вследствие нарушения терморегуляции без перестройки температурного гомеостаза (например — перегревание).Регуляция температуры тела, в основном, осуществляется центром терморегуляции, который находится в преоптической области передней части гипоталямуса около дна третьего желудочка. Центр терморегуляции состоит из термочувствительной области (термостат), термоустановочной области (установочная точка) и двух эффекторных областей (теплопродукции и теплоотдачи). Термостат (отдел мозга) регистрирует температуру артериальной крови, протекающей через мозг, получает импульсы с периферических областей (кожи, тканей, спинного мозга) и в итоге определяет среднюю температуру «ядра». Эти данные термостат передает на установочную точку (конгломерат нейронов), которая и определяет температуру тела через центры теплопродукции или теплоотдачи. Если температура тела ниже желаемой, то установочная точка активизирует центр теплопродукции и подавляет центр теплоотдачи.

У человека температура тела в обычных условиях поддерживается на уровне 37°С.+1,5°С. Верхняя летальная температура внутренних органов, крови и мозга равна +43°С., а нижняя +23°С. Температура тела максимально падает к 3 часам ночи, затем постепенно возрастает к 17-18 часам. Циркадный ритм отсутствует у новорожденных и детей раннего возраста. Колебания температуры крови и внутренних органов на +2-2,5°С. от нормального уровня вызывают нарушения физиологических функций детского организма. Причины лихорадки:

1.Инфекционные заболевания бактериальной, вирусной, микоплазменной, хламидийной, паразитарной, грибковой этиологии.

2. Заболевания центральной нервной системы — перинатальные поражения ЦНС, кровоизлияние, опухоль, травма, отек мозга, дефекты развития. 3. Эндокринные и нейроэндокринные заболевания — феохромоцитома, гипертиреоз.

Функциональные нарушения высшей нервной деятельности — нервно- психические расстройства, эмоциональное напряжение, воздействие гипноза.

Интраабдоминальные заболевания — кишечная непроходимость, инвагинация, аппендицит, перитонит, панкреатит, холецистит, гепатит.

Диффузные болезни соединительной ткани, аллергические и заболевания крови.

Метаболические заболевания.

Причины гипертермии: тепловой, солнечный удар, чрезмерная физическая активность, чрезмерное укутывание, отравление атропином, ожоги, укусы змеи.

Типы лихорадки:

интермиттирующая — febris intermittens (температура нормализуется один или несколько раз в день),

ремиттирующая — febris remittens (температура колеблется, но не возвращается к норме),

постоянная — febris continua (температура постоянно увеличена с небольшими колебаниями),

возвратная — febris reccurens (безлихорадочные периоды длительностью один и более дней между приступами лихорадки).

По степени повышения температуры тела выделяют:

субфебрильная — до 38,0°С.,

умеренная фебрильная -38,1°-39,0°С.,

высокая фебрильная — 39,1°С. и выше,

гиперпирексическая — выше 41,0°С.

В зависимости от продолжительности лихорадочного периода различают:

эфемерная — от нескольких часов до нескольких дней,

острая — до 15 дней,

подострая — до 45 дней,

хроническая — свыше 45 дней.

«Розовая» лихорадка — теплоотдача соответствует теплопродукции, поведение и самочувствие ребенка не страдают, кожный покров гиперемирован, потоотделение умеренное, одышка незначительная, сердечные сокращения учащены на 10 ударов на каждый градус повышения температуры, конечности теплые.

«Бледная» лихорадка — теплоотдача из-за существенного нарушения периферического кровообращения неадекватна теплопродукции, гиперкатехоламинемия приводит к централизации кровообращения, проявляющееся бледностью кожного покрова, его сухостью и мраморностью; конечности на ощупь холодные, тахикардия, систолическое артериальное давление повышается, разница между подмышечной и ректальной температуры до 1,0 град. С и выше, самочувствие ребенка страдает — озноб, возбуждение, судорожная готовность и судороги.

Биологическое значение лихорадки: возрастает естественная

реактивность организма, увеличивается фагоцитарная активность клеток крови, синтез интерферона, антителообразование; подавляется размножение многих микроорганизмов (кокков, вирусов и др.). Лихорадка неблагоприятно влияет на метаболические процессы (увеличивает скорость основного обмена, потребность в кислороде, калориях, жидкости), на сердце и легкие, на ЦНС (бред, дезориентация, галлюцинации), вызывает церебральную вазоконстрикцию и снижение мозгового кровотока, угнетает моторику желудка.

Митохо?ндрия (от mitos — нить и [chovbros — зёрнышко, крупинка) — двумембранная гранулярная или нитевидная органелла толщиной около 0,5 мкм. Характерна для большинства эукариотических клеток как автотрофов(фотосинтезирующие растения), так и гетеротрофов (грибы, животные). Энергетическая станция клетки; основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул АТФ, который происходит за счёт движения электрона по электронно-транспортной цепи белков внутренней мембраны. Количество митохондрий в клетках различных организмов существенно отличается: так,одноклеточные зелёные водоросли (эвглена, хлорелла, политомелла) и трипаносомы имеют лишь одну гигантскую митохондрию, тогда как ооцит и амёба Chaos chaos содержат 300 000 и 500 000 митохондрий соответственно; у кишечных анаэробных энтамёб и некоторых других паразитических простейших митохондрии отсутствуют.

Содержание