الجمع بين الاستيعاب والتنافر. الاستيعاب والتنافر كأساس للتجديد الذاتي للنظم البيولوجية. التعريف، الجوهر، المعنى. تعزيز المواد المستفادة

استقلاب البلاستيك والطاقة في الخلية (الاستيعاب والتشتت). يوجد ما يقرب من ألف إنزيم في الخلية. وبمساعدة هذا الجهاز التحفيزي القوي، يتم تنفيذ الأنشطة الكيميائية الأكثر تعقيدًا وتنوعًا. من بين العدد الهائل من التفاعلات الكيميائية للخلية، يبرز نوعان متعارضان من التفاعلات - التوليف والانقسام.

رد فعل التوليف. عمليات الخلق تجري باستمرار في الخلية.

وتتكون المواد الأكثر تعقيدا من مواد بسيطة، وتتكون المواد ذات الوزن الجزيئي العالي من مواد منخفضة الجزيئي. يتم تصنيع البروتينات والكربوهيدرات المعقدة والدهون والأحماض النووية. تستخدم المواد المركبة لبناء أجزاء مختلفة من الخلية وعضياتها وإفرازاتها وإنزيماتها والمواد الاحتياطية. تكون التفاعلات الاصطناعية مكثفة بشكل خاص في الخلية النامية؛ حيث يتم تصنيع المواد باستمرار لتحل محل الجزيئات التي يتم استهلاكها أو تدميرها عند تلفها. يتم استبدال كل جزيء بروتين مدمر أو مادة أخرى بجزيء جديد. وبهذه الطريقة تحافظ الخلية على شكلها وتركيبها الكيميائي ثابتين، على الرغم من تغيرهما المستمر في عملية الحياة.

يُطلق على تخليق المواد التي تحدث في الخلية اسم التوليف البيولوجي أو التخليق الحيوي للاختصار. جميع تفاعلات التخليق الحيوي تنطوي على امتصاص الطاقة. تسمى مجموعة تفاعلات التخليق الحيوي باستقلاب البلاستيك أو الاستيعاب (باللاتينية "similis" - مشابه). معنى هذه العملية هو أن المواد الغذائية التي تدخل الخلية من البيئة الخارجية، والتي تختلف بشكل حاد عن مادة الخلية، تصبح مواد خلية نتيجة للتحولات الكيميائية.

ردود الفعل الانقسام. تنقسم المواد المعقدة إلى مواد أبسط، والمواد ذات الجزيئات العالية إلى مواد ذات جزيئات منخفضة. تتحلل البروتينات إلى أحماض أمينية، والنشا إلى جلوكوز. يتم تقسيم هذه المواد إلى مركبات ذات وزن جزيئي أقل، وفي النهاية يتم تشكيل مواد بسيطة جدًا فقيرة بالطاقة - CO 2 وH 2 O. وتكون تفاعلات الانقسام مصحوبة في معظم الحالات بإطلاق الطاقة. وتتمثل الأهمية البيولوجية لهذه التفاعلات في تزويد الخلية بالطاقة. أي شكل من أشكال النشاط - الحركة، والإفراز، والتخليق الحيوي، وما إلى ذلك - يتطلب إنفاق الطاقة.

تسمى مجموعة تفاعلات الانقسام استقلاب الطاقة الخلوية أو التشتت. التماثل هو عكس الاستيعاب تمامًا: نتيجة للانقسام، تفقد المواد تشابهها مع المواد الخلوية.

ترتبط عمليات تبادل البلاستيك والطاقة (الاستيعاب والتفكيك) ارتباطًا وثيقًا. من ناحية، تتطلب تفاعلات التخليق الحيوي إنفاق الطاقة، والتي يتم استخلاصها من تفاعلات الانقسام. من ناحية أخرى، لتنفيذ تفاعلات استقلاب الطاقة، من الضروري التخليق الحيوي المستمر للإنزيمات التي تخدم هذه التفاعلات، لأنها تبلى ويتم تدميرها أثناء التشغيل.

ترتبط أنظمة التفاعلات المعقدة التي تشكل عملية تبادل البلاستيك والطاقة ارتباطًا وثيقًا ليس فقط ببعضها البعض، ولكن أيضًا بالبيئة الخارجية. تدخل المواد الغذائية إلى الخلية من البيئة الخارجية، والتي تكون بمثابة مادة لتفاعلات التبادل البلاستيكي، وفي التفاعلات الانقسامية تطلق الطاقة اللازمة لعمل الخلية. يتم إطلاق المواد التي لم تعد الخلية قادرة على استخدامها في البيئة الخارجية.

يُطلق على مجمل جميع التفاعلات الأنزيمية للخلية، أي مجمل تبادلات البلاستيك والطاقة (الاستيعاب والتشتت) المرتبطة ببعضها البعض وبالبيئة الخارجية، اسم التمثيل الغذائي والطاقة. وهذه العملية هي الشرط الأساسي للحفاظ على حياة الخلية، مصدر نموها وتطورها وعملها.

التفكيك (الهدم) هو مجموعة من العمليات التي تتم فيها أكسدة المواد العضوية المعقدة وتحويلها إلى مواد غير عضوية (الماء، ثاني أكسيد الكربون، اليوريا (مادة عضوية بسيطة)، وما إلى ذلك)، مصحوبة بتخليق ATP، والذي يستخدم من خلال يقوم الجسم بعمليات الاستيعاب وغيرها من العمليات الحيوية للجسم.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لعمليات التماثل في الجسم في نقل الطاقة من الشكل "غير المناسب" للجسم (طاقة الروابط الكيميائية للمواد العضوية المعقدة - البروتينات والكربوهيدرات والدهون) إلى شكل "ملائم" - عالي الطاقة روابط مركبات مثل ATP و ADP، والتي يتم نقلها بسهولة من خلال عمليات الفسفرة من اتصال إلى آخر. هذه إحدى الوظائف البيولوجية والبيئية للاستيعاب. وظيفة أخرى من هذا القبيل هي تنفيذ دورة المواد، عندما يتم تحويل المواد العضوية إلى مواد غير عضوية، وهذا الأخير يدخل الدورة مرة أخرى، والمشاركة في تكوين المواد العضوية.

يحدث نقل الطاقة من الشكل "غير المناسب" للجسم إلى الشكل "المريح" بسبب تحويل AMP الأول إلى ADP، ثم ADP إلى ATP.

يتم التعبير عن تحولات فوسفات الأدينوزين مع تكوين روابط عالية الطاقة من خلال المخططات التالية: AMP + H 3 PO 4 → ADP + H 2 O (امتصاص الطاقة)؛ ADP + H 3 PO 4 = ATP + H 2 O (امتصاص الطاقة).

ونتيجة لعمليات التشبيه يتراكم ATP الذي يستخدم بعد ذلك في عمليات الاستيعاب، ويتم نقل الطاقة الموجودة في الروابط عالية الطاقة لجزيئات ATP إلى جزيئات أخرى إما عن طريق عمليات الفسفرة (يتم نقل البقايا من جزيء ATP إلى جزيئات أخرى). جزيئات أخرى)، أو من خلال التحلل المائي للـ ATP وتحويله إلى ADP وحمض الفوسفوريك.

تنقسم الكائنات الحية حسب طبيعة مشاركتها في عمليات تشتيت الأكسجين الجزيئي إلى لاهوائية (خالية من الأكسجين) وهوائية (خالية من الأكسجين). في الكائنات اللاهوائية، يتم التماثل بسبب التخمير، وفي الكائنات الهوائية - بسبب الفهم الواسع لجوهر هذا المفهوم.

التخمير عبارة عن مجموعة من عمليات تحلل المواد العضوية المعقدة إلى مواد أبسط، مصحوبة بإطلاق الطاقة وتخليق ATP.

أكثر أنواع التخمير شيوعًا في الطبيعة هي حمض اللاكتيك والكحول. كوسيلة "لاستخراج" الطاقة، يعتبر التخمير عملية غير فعالة: على سبيل المثال، أثناء تخمير حمض اللاكتيك، يتم تشكيل 2 مول من ATP من 1 مول من الجلوكوز.

1. تخمر حمض اللبنيك هو عملية لاهوائية لتحلل الجلوكوز إلى حمض اللبنيك. أعرب عن طريق المخطط:

C 6 H 12 O 6 (الجلوكوز) → 2CH 3 CH(OH)COOH (حمض اللبنيك)

(يتم إطلاق الطاقة، تحت تأثير جزيئين ATP).

هذا النوع من التخمير هو سمة من سمات بكتيريا حمض اللاكتيك التي يحمض الحليب بوجودها.

يعد تخمر حمض اللاكتيك إحدى مراحل عملية التنفس (بالمعنى الواسع) في الكائنات الهوائية، بما في ذلك الإنسان.

2. التخمير الكحولي هو عملية هوائية لتحلل الجلوكوز مصحوبة بتكوين الكحول الإيثيلي وثاني أكسيد الكربون. تتم وفقا للمخطط التالي:

C6H12O6 (جلوكوز) → 2CO2 + 2C2H5OH (كحول إيثيلي)

(يتم إطلاق الطاقة، وتستخدم لتخليق ATP).

يحدث هذا النوع من التخمر في الفواكه والأعضاء النباتية الأخرى الموجودة في بيئة لاهوائية.

في الطبيعة، هناك طريقة أخرى للتمييز هي الأكثر انتشارا - التنفس، الذي يحدث في بيئة مؤكسدة، أي بيئة تحتوي على الأكسجين الجزيئي. تتكون عملية التنفس من جزأين: تبادل الغازات وتسلسل معقد من العمليات البيوكيميائية لأكسدة المركبات العضوية، والمنتجات النهائية منها هي ثاني أكسيد الكربون والأمونيا (التي تتحول إلى مواد أخرى) وبعض المركبات الأخرى (كبريتيد الهيدروجين، ومركبات الفوسفور غير العضوية). ، إلخ.).

في الحياة اليومية، يعتبر التنفس بمثابة عملية تبادل الغازات (وهذا فهم لمفهوم "التنفس" بالمعنى الضيق). وهكذا، يميز علماء الحيوان الجهاز التنفسي في كائنات الحيوانات العليا - يحدث تبادل الغازات في هذه الأعضاء، ونتيجة لذلك يتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الجسم، ويدخل O 2 إلى الجسم (نحن "نتنفس"، أي أننا نطلق الكربون ثاني أكسيد وامتصاص الأكسجين الجزيئي).

في هذا الدليل، يعتبر التنفس بالمعنى الواسع للكلمة كمجموعة من عمليات تبادل الغازات، وانتقال الغازات في جميع أنحاء الجسم ومجموعة من العمليات الكيميائية التي تتحول فيها المواد العضوية المعقدة إلى مواد غير عضوية، في حين يتم تحويل الطاقة يمتصه الجسم على شكل ATP، ويتم تصنيعه في عملية التفتيت.

لذلك، فإن عملية التنفس بالمعنى الواسع تتكون من مرحلتين: تبادل الغازات ومجموعة من العمليات الكيميائية لإطلاق الطاقة وتخليق ATP. دعونا نصف هذه المراحل بإيجاز.

1. تبادل الغازات.

بالنسبة للكائنات أحادية الخلية والبسيطة التركيب نسبيًا (النباتات والحيوانات والفطريات)، يحدث تبادل الغازات على كامل سطح الجسم: يدخل الأكسجين إلى الخلايا، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون في البيئة. في النباتات العليا، يتم لعب دور أعضاء الجهاز التنفسي إما عن طريق الثغور (الأوراق) أو المسام المرتبة بشكل خاص (العدس) في لحاء الأعضاء المعمرة (السيقان والجذور)، بالإضافة إلى ذلك، تمتص الجذور الأكسجين وتطلق ثاني أكسيد الكربون بشعر الجذر . تحتوي الحيوانات متعددة الخلايا عالية التنظيم على أعضاء تنفسية معقدة - إما خياشيم (في الحيوانات المائية)، أو رئتين (في الحيوانات العليا مثل الفقاريات)، أو نظام القصبة الهوائية (الحشرات).

لنفكر في تبادل الغازات باستخدام مثال الشخص - ممثل النوع الفقاري. هذه العملية معقدة للغاية وتبدأ في الرئتين، حيث يتلامس الدم المخصب بثاني أكسيد الكربون (الوريدي) في الشعيرات الدموية في الحويصلات الهوائية مع الهواء الغني بالأكسجين (الذي يدخل إلى الرئتين أثناء الاستنشاق)، مما يؤدي إلى خروج ثاني أكسيد الكربون يتم إطلاقه في الرئتين، ويتفاعل الأكسجين الجزيئي مع الهيموجلوبين في الدم، ويشكل مركبًا قرمزيًا - أوكسي هيموجلوبين (O 2 يزيح ثاني أكسيد الكربون من ارتباطه بالهيموجلوبين). وينتشر ثاني أكسيد الكربون الموجود في بلازما الدم أيضًا إلى تجويف الرئة. يتدفق الدم الشرياني الناتج عبر أوردة الرئتين إلى الأذين الأيسر، ومنه إلى البطين الأيسر والشريان الأورطي. بعد ذلك، يتم نقل الدم عبر الأوعية الدموية إلى أنسجة الأعضاء المختلفة ومن خلال الشعيرات الدموية في الأنسجة، ويدخل ثاني أكسيد الكربون من سائل الأنسجة (دخل ثاني أكسيد الكربون إلى سائل الأنسجة من الخلايا) إلى خلايا الدم الحمراء، ويتفاعل جزئيًا مع أوكسي هيموجلوبين، ويذوب جزئيًا في بلازما الخلية. ينتشر الأكسجين الجزيئي أولاً في سائل الأنسجة ثم إلى الخلايا. ونتيجة للعمليات الموصوفة يتشكل الدم الوريدي في الأنسجة، والذي يتدفق من الشعيرات الدموية إلى الأوردة، ومن ثم إلى الأذين الأيمن، البطين الأيمن، ومنه يدخل إلى الرئتين عبر الشرايين الرئوية وتتم العملية معاد.

2. خصائص عمليات الأكسدة الكيميائية أثناء التشتيت.

إن كيمياء "إطلاق الطاقة" الموجودة في المركبات الكيميائية الحيوية المعقدة معقدة وتحدث على ثلاث مراحل.

المرحلة 1 - التحضيرية.

تحدث هذه المرحلة في أي كائن حي وتتكون من حقيقة أن المواد العضوية المعقدة تتحول إلى مواد أبسط ( - إلى خليط من أحماض ألفا الأمينية الطبيعية؛ والسكريات - إلى سكريات أحادية؛ - إلى خليط من الجلسرين والأحماض الدهنية). خلال هذه المرحلة، يتم إطلاق كمية صغيرة من الطاقة، والتي لا يستخدمها الجسم عمليا - فهي تتبدد.

المرحلة 2 - اللاهوائية.

وهو يمثل عمليات التخمير. وأهم عملية تخمير هي تخمير حمض اللاكتيك، والتي يمكن تمثيلها بالرسم البياني:

C 6 H 12 O 6 (جلوكوز) + 2ADP + 2H 3 PO 4 → 2 ATP + 2H 2 O + CH 3 CH(OH)COOH (حمض اللبنيك)

هذه المرحلة ضرورية للكائنات الحية لتنفيذ وظائفها الفسيولوجية (أداء الأعمال الميكانيكية، وتحريك الجسم في الفضاء، وما إلى ذلك). بالإضافة إلى ذلك، حمض اللبنيك هو مادة تدخل المرحلة الثالثة.

المرحلة 3 - الهوائية.

لتنفيذ هذه المرحلة، مطلوب الأكسجين الجزيئي. ويتحقق في عضيات الخلية الخاصة - الميتوكوندريا (يطلق عليها مجازيًا "محطات طاقة الخلية"). المرحلة الهوائية هي سلسلة معقدة من التحولات التي تؤدي إلى تكوين مواد غير عضوية. إذا خضع الجلوكوز للتحولات، فيمكن تصوير المرحلة الهوائية بشكل تخطيطي على النحو التالي:

2CH 3 CH(OH)COOH (حمض اللبنيك) + 6O2 + 36 ADP + 36 H3 P04 6CO 2 + 42H 2 O + 36 ATP

يتم أخذ جزيئين من حمض اللاكتيك لأنه من جزيء واحد من الجلوكوز أثناء تخمر حمض اللاكتيك يتكون جزيئين من الحمض.

لذلك، مع الانهيار الكامل لجزيء جلوكوز واحد إلى CO 2 وH 2 O، يتم تصنيع 38 (36 + 2) جزيء ATP، وهو ما يتوافق مع امتصاص 55٪ من الطاقة التي يتم إطلاقها أثناء الأكسدة الكاملة للجلوكوز إلى ما سبق منتجات.

وفي ختام النظر في عمليات التفكيك، تجدر الإشارة إلى الفرق في تبادل الغازات بين النباتات والحيوانات، وبالنسبة لتبادل الغازات بين النباتات - الفرق في تبادل الغازات أثناء النهار والليل. يجب أن نتذكر أن كلا من النباتات والحيوانات لهما نفس تبادل الغازات في الليل - حيث يمتص الجسم الأكسجين ويطلق ثاني أكسيد الكربون في البيئة. خلال النهار، يتكون تبادل الغازات في النباتات من حقيقة أن النبات يمتص ثاني أكسيد الكربون في الضوء ويطلق O 2 في البيئة (في الحيوانات، على العكس من ذلك، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وامتصاص الأكسجين). مما سبق، يتبع الاستنتاج البيئي حول ميزات المنزل: لا ينبغي الاحتفاظ بالعديد من النباتات في غرفة النوم (برر السبب).

هناك مرحلتان في عملية التمثيل الغذائي : الاستيعابو تشبيه. يشمل الاستيعاب (الاستيعاب) دخول الطعام (والأكسجين) إلى الجسم، والمعالجة الأولية لهذه المواد (الهضم)، وامتصاص منتجات الهضم (والأكسجين) في الدم، وتوزيعها في جميع أنحاء الجسم ودخولها إلى الخلايا. وينتهي الاستيعاب بتركيب جزيئات خاصة بالجسم: المواد الهيكلية، ومصادر الطاقة الاحتياطية، والمواد التنظيمية.

المفهوم قريب من المعنى للاستيعاب بناء، بل يتم التعرف عليهم في كثير من الأحيان. ومع ذلك، فمن الأدق تسمية المرحلة الأكثر أهمية في الاستيعاب - تخليق المواد الخاصة بالجسم من منتجات الجهاز الهضمي - الابتنائية. ووفقا لهذا المصطلح المنشطاتينطبق على أي مواد لها تأثير محفز على عمليات تخليق مواد خاصة بالجسم.

التماثل هو تحلل مواد الجسم إلى منتجات أيضية نهائية وإزالتها من الجسم. يضمن تحلل المواد أثناء عملية الهضم امتصاص المنتجات الغذائية ويمكن الإشارة إليه باسم الاستيعاب. على سبيل المثال، يكون امتصاص البروتينات الغذائية مستحيلا دون تقسيمها الأولي إلى أحماض أمينية، والتي تدخل الدم بعد ذلك، وتنتقل في جميع أنحاء الجسم، وتدخل الخلايا وتستخدم في تخليق البروتينات والمواد الأخرى.

قد لا يتم تضمين بعض المنتجات النهائية لعملية الهضم في عمليات الاستيعاب، ولكن يتم تقسيمها إلى المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي. على سبيل المثال، يمكن استخدام الجلوكوز المتكون أثناء هضم الكربوهيدرات المعقدة كمصدر للطاقة وتقسيمه إلى ثاني أكسيد الكربون وH2O. وفي هذه الحالة، يمكن اعتبار التحولات الهضمية بمثابة المرحلة الأولية من التفكك. تسمى العمليات التي يمكن أن تكون جزءًا من كل من الاستيعاب والتباين أمفيموليك.

عادة ما يتبع انهيار بروتينات الأنسجة إلى أحماض أمينية مزيد من التدهور. أولئك. يمكن تمثيل المراحل الفردية للاستيعاب والتباين من خلال تحولات كيميائية متطابقة.

شرط الهدم، والذي غالبًا ما يتم تحديده بالتشبيه، يميز بشكل أساسي الجزء الكيميائي من التشتيت - تحلل مواد الجسم إلى منتجات استقلابية نهائية.

إن الاستيعاب والتنافر ليسا عمليتين مستقلتين، بل هما وجهان لعملية واحدة، مترابطان بشكل وثيق ومترابطان. وبالتالي، فإن تخليق المواد الخاصة بالجسم، والذي يحدث أثناء عملية الاستيعاب، يتطلب إنفاق كميات كبيرة من الطاقة. يتلقى الجسم هذه الطاقة بشكل رئيسي من خلال عملية الأكسدة البيولوجية الهوائية - وهي جزء لا يتجزأ من عملية التفكيك. أي أن تعزيز عملية الاستيعاب يصاحبه بالضرورة تعزيز التفكك.

ومن ناحية أخرى، فإن عمليات التماثل المستمرة بشكل مكثف، والتي تتمثل في زيادة تحلل مواد الجسم، تشكل حافزًا قويًا لعمليات الاستيعاب التي تضمن تخليق هذه المواد لتحل محل تلك التي اضمحلت.

المراحل الأيضية

يتميز التنافر، مثل الاستيعاب، بتحولات متعددة المراحل. ويمكن التمييز بين ثلاث مراحل من التحول. في المرحلة الأولى، تتفكك الجزيئات الكبيرة من الكربوهيدرات والبروتينات والدهون من خلال عمليات التحلل المائي إلى مواد أبسط - المونومرات. في هذه المرحلة، يتم إطلاق كمية صغيرة من الطاقة الموجودة فيها - لا تزيد عن 1-3٪.

ويمكن اعتبار المرحلة الثانية بمثابة مرحلة العولمة. تتقارب تحولات الكربوهيدرات والدهون والبروتينات جزئيًا. يتم تشكيل منتجات وسيطة واحدة، وخاصة Acetyl-K 0 A. في هذه المرحلة، يتم إطلاق كمية أكبر من الطاقة - حوالي 1/3 من الاحتياطيات الأولية.

المرحلة الثالثة والأخيرة من التحول هي الأكسدة الهوائية للمواد، والتي تبلغ ذروتها في تكوين المنتجات الأيضية النهائية (CO 2 ، H 2 O، اليوريا، وما إلى ذلك)، والتي يتم التخلص منها من الجسم. في هذه المرحلة، يتم إطلاق الكمية الرئيسية من الطاقة - 2/3 من الطاقة المحتملة للمنتجات الأولية.

في التين. ويبين الشكل 1 مراحل تحلل العناصر الغذائية في الجسم.

أرز. 1. مراحل التحولات التقويضية للمواد في الجسم.

يسمى هذا الجزء من عملية التمثيل الغذائي، والذي يتكون من التحولات الكيميائية (التحلل، والتخليق، وما إلى ذلك) من المركبات المختلفة تبادل وسيطأو الاسْتِقْلاب، والمواد الداخلة في هذه التحولات هي المستقلبات.

عادة ما يطلق على تناول الطعام والأكسجين في الجسم، وكذلك إطلاق المنتجات النهائية الأيضية من الجسم التبادل مع البيئة الخارجية.

المفهوم واسع الانتشار التبادل الوظيفيوالتي تُفهم على أنها مجموعة معقدة من التحولات الكيميائية التي تضمن النشاط الوظيفي للخلية أو العضو أو الأنسجة. مثال على التبادل الوظيفي يمكن أن يكون التحولات الكيميائية التي توفر تقلص العضلات، وظائف الكبد، وظائف الكلى، وما إلى ذلك. يرتبط التمثيل الغذائي الوظيفي ارتباطًا وثيقًا استقلاب الطاقة، إمدادها بالطاقة. يُفهم استقلاب الطاقة على أنه مجموعة معقدة من التحولات التي تزود الجسم بالطاقة في شكل في متناوله - مما يؤدي إلى تخليق ATP والمركبات المماثلة الأخرى.

إن التشتت في علم الأحياء يعني عملية الاستيعاب العكسية. بمعنى آخر، هذه هي مرحلة التمثيل الغذائي في الجسم التي يتم فيها تدمير المركبات العضوية المعقدة لإنتاج مركبات أبسط. هناك عدة تعريفات مختلفة لمفهوم التباين. تفسر ويكيبيديا هذا المصطلح على أنه فقدان خصوصية المواد المعقدة وتدمير المركبات العضوية المعقدة إلى مركبات أبسط. مرادف لهذا المفهوم هو الهدم.

في تواصل مع

في عملية التمثيل الغذائي للخلية الحية، يتم احتلال مكان مركزي من خلال تفاعلات التشتت المعقدة - التنفس، التخمير، تحلل السكر. نتيجة هذه العمليات البيولوجية هي إطلاق الطاقة الموجودة في الجزيئات المعقدة. يتم تحويل هذه الطاقة جزئيًا إلى طاقة حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (ATP). المنتجات النهائية للتشتت في جميع الخلايا الحية هي ثاني أكسيد الكربون والأمونيا والماء. تمكنت الخلايا النباتية من استخدام هذه المواد جزئيًا لاستيعابها. تفرز الكائنات الحيوانية منتجات التحلل هذه.

أنواع

استنادا إلى طبيعة مشاركة جزيئات الأكسجين في التفاعلات التقويضية، تنقسم جميع الكائنات الحية عادة إلى الهوائية، أي التي تحدث بمشاركة الأكسجين، واللاهوائية (خالية من الأكسجين).

تقوم الكائنات اللاهوائية بعمليات استقلاب الطاقة من خلال التخمر، وتقوم الكائنات الهوائية من خلال التنفس.

التخمير

التخمير عبارة عن مجموعة من تفاعلات تحلل الجزيئات العضوية إلى مركبات أبسط، يتم خلالها إطلاق الطاقة وتصنيع جزيئات ATP. من بين الطرق الأخرى للحصول على الطاقة، يعتبر التخمير هو الأكثر فعالية: من 1 مول من الجلوكوز أثناء تخمير حمض اللاكتيك، يتم الحصول على 2 مول من ATP.

النوعان الأكثر شيوعًا للتخمر في الطبيعة هما:

يتنفس

إن التنفس في سياق القضية التي يتم الكشف عنها له معنى أوسع من عملية تبادل الغازات المعتادة. في هذه الحالة، ينبغي فهم التنفس على أنه نوع من التشبيه الذي يحدث في بيئة تحتوي على جزيئات الأكسجين.

تتضمن عملية التنفس جزأين:

1. عملية تبادل الغازات في الجهاز التنفسي للكائنات متعددة الخلايا وفي الأنسجة؛
2. تسلسل تفاعلات الأكسدة البيوكيميائية التي تخضع لها المركبات العضوية. ونتيجة لهذه العمليات، يتم تشكيل الماء والأمونيا وثاني أكسيد الكربون. من الممكن تكوين بعض المركبات البسيطة الأخرى - كبريتيد الهيدروجين ومركبات الفوسفور غير العضوية وما إلى ذلك.

بالنسبة لمعظم الناس، فإن التفسير الأضيق لعملية التنفس على أنها تبادل الغازات هو أمر شائع.

المراحل وخصائصها

تتكون عملية التفكك في الخلايا الحية من عدة مراحل. وتجدر الإشارة إلى أن هذه المراحل قد تحدث بشكل مختلف في الكائنات الحية المختلفة.

في الكائنات الهوائية عملية الهدميتضمن ثلاث مراحل رئيسية. تحدث كل مرحلة بمشاركة أنظمة إنزيمية خاصة.

نتيجة لردود الفعل التشتتيتم الحصول على الطاقة، والتي يستخدمها الجسم لاحقًا لتبادل البلاستيك.

تحدث عمليات الفسفرة التأكسدية على أغشية الميتوكوندريا الداخلية. تحتوي هذه الأغشية على جزيئات حاملة مدمجة. وتتمثل مهمتها في توصيل الإلكترونات إلى ذرات الأكسجين. ويتبدد بعض الطاقة خلال هذا التفاعل كحرارة.

نتيجة لتفاعلات تحلل السكر، يتم إنتاج كمية صغيرة من الطاقة، وهي ليست كافية للقيام بأنشطة الحياة للكائنات الحية ذات النوع الهوائي من التمثيل الغذائي. وهذا هو السبب في أنه عند نقص الأكسجين، يتكون حمض اللاكتيك في خلايا العضلات. تتراكم هذه المادة على شكل لاكتات وتسبب آلاماً في العضلات.

الدرس 16

الموضوع: الاستيعاب والتفكك.

الاسْتِقْلاب
مهام: تعريف الطلاب بمفهوم "الاستقلاب في الجسم"، وإظهار أن الاستيعاب والتباين عمليتان مترابطتان.

عناصر المحتوى : الاستيعاب، التشتت، الابتنائية، الهدم، التمثيل الغذائي البلاستيكي، استقلاب الطاقة، التمثيل الغذائي، التمثيل الغذائي.
تعلم مواد جديدة.

المهمة: مقارنة تعريفين، ومعرفة ما إذا كانا مختلفين أو متشابهين. كيف تستطيع شرح هذا؟

الاسْتِقْلاب- سلسلة من المراحل، في كل منها يتم تعديل الجزيء بشكل طفيف تحت تأثير الإنزيمات حتى يتم تكوين المركب الضروري للجسم.

التمثيل الغذائي - الاستهلاك المتسلسل والتحول والاستخدام والتراكم وفقدان المواد والطاقة في الكائنات الحية خلال حياتها

يتكون التمثيل الغذائي من عمليتين مترابطتين - الابتنائية والتقويض.

الاستيعاب، أو الابتنائية (استقلاب البلاستيك)، الكلية العمليات الكيميائية التي تهدف إلى خلقالاتصالوتجديد الأجزاء الهيكلية للخلايا.

1. أثناء الاستيعاب، يتم تصنيع الجزيئات المعقدة حيويا من جزيئات سلائف بسيطة أو من جزيئات المواد الواردة من البيئة الخارجية.

2. أهم عمليات الاستيعاب هي تخليق البروتينات والأحماض النووية (المشتركة في جميع الكائنات الحية) وتخليق الكربوهيدرات (فقط في النباتات، وبعض البكتيريا والبكتيريا الزرقاء).

ح. أثناء عملية الاستيعاب أثناء تكوين الجزيئات المعقدة، تتراكم الطاقة، بشكل رئيسي في شكل روابط كيميائية.

الرفض،أو الهدم (استقلاب الطاقة) - مجموعة من التفاعلات التي يحدث فيها تحلل المواد العضوية مع إطلاق الطاقة.

1. عندما تنكسر الروابط الكيميائية في جزيئات المركبات العضوية، يتم إطلاق الطاقة وتخزينها على شكل جزيئات حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (ATP)،

2. يحدث تخليق ATP في حقيقيات النوى في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء، وفي بدائيات النوى - في السيتوبلازم، على الهياكل الغشائية.

3. يزود التشتيت جميع العمليات البيوكيميائية في الخلية بالطاقة.

يمارس. إنشاء مراسلات بين العمليات التي تحدث في خلايا الكائنات الحية وانتمائها إلى الاستيعاب أو التباين:

العمل في المنزل: § 2.8.
الدرس 17

الموضوع: استقلاب الطاقة في الخلية
مهام:دراسة مراحل استقلاب الطاقة، والنظر في تسلسل استقلاب الطاقة في الخلية باستخدام مثال تحلل السكر، وتحديد أهمية الأكسجين في تحلل السكر.

عناصر المحتوى: ATP، التحلل الأنزيمي غير الكامل للجلوكوز، التحلل الكامل للأكسجين في الجلوكوز، تحلل السكر، التنفس الخلوي.

التحقق من المعرفة

المهمة 1. ابحث في العمود الثاني عن النهاية الصحيحة للجملة الواردة في العمود الأول، واكتب تسلسل الأرقام والحروف للإجابة الصحيحة.

1. تسمى مجموعة التفاعلات الكيميائية الكاملة في الخلية.	أ) ... الطاقة الموجودة في جزيئات ATP.
2. تكمن أهمية استقلاب الطاقة في أنها توفر تفاعلات تركيبية...	ب) ...التوليف والتحلل.
3. في عملية استقلاب البلاستيك، تقوم الخلايا بتصنيع...	ب) ...امتصاص الطاقة.
4. يتكون التمثيل الغذائي من عمليتين مترابطتين وموجهتين بشكل معاكس - ...	د)...التمثيل الغذائي.
5. يصاحب عملية البناء...	د)...تحلل المواد العضوية.
6. الهدم يتميز بـ...	ه) ... جزيئات البروتين.

المهمة 2.املأ الفراغات في النص.

1. 
   خلال … يحدث التخليق الحيوي... للجزيئات من المواد التي تدخل الخلية.
2. 
   في عملية البناء هناك... طاقة على شكل ... روابط.
3. 
   الهدم عبارة عن مجموعة من التفاعلات التي تحدث فيها ... مواد عضوية ذات ... طاقة.
4. 
   يتم تصنيع ATP في حقيقيات النوى في ...

تعلم مواد جديدة.

تحتاج جميع الخلايا الحية باستمرار إلى الطاقة للقيام بالتفاعلات البيولوجية والكيميائية المختلفة داخلها. وتستخدم بعض الكائنات الحية طاقة ضوء الشمس (أثناء عملية التمثيل الضوئي) في هذه التفاعلات، بينما يستخدم البعض الآخر طاقة الروابط الكيميائية للمواد العضوية المزودة بالغذاء. يتم استخلاص الطاقة من المواد الغذائية الموجودة في الخلية عن طريق تحللها وأكسدتها بواسطة الأكسجين الذي يتم توفيره أثناء التنفس. ولذلك تسمى هذه العملية الأكسدة البيولوجية، أو التنفس الخلوي.

تسمى الأكسدة البيولوجية التي تنطوي على الأكسجين الهوائية,بدون أكسجين - اللاهوائية.تتم عملية الأكسدة البيولوجية في عملية متعددة المراحل. وفي الوقت نفسه، تتراكم الطاقة في الخلية على شكل جزيئات ATP ومركبات عضوية أخرى.

مصدر الطاقة لجميع أنواع النشاط هو الطاقة الكيميائية للجزيئات العضوية المخزنة في الروابط بين ذراتها. عندما يتم كسر الروابط، يتم إطلاق هذه الطاقة، وتتراكم على شكل ATP (تحتوي على روابط طاقة كبيرة، يتم خلال كسرها إطلاق حوالي 40 كيلوجول/مول من الطاقة) وفي هذا الشكل يتم بعد ذلك استخدامها لأداء مختلف العمل في الخلية.

مراحل تبادل الطاقة

توحيد المواد المدروسة.

المهمة 1. إنشاء معادلة موجزة لتحلل السكر.

المهمة 2. املأ الجدول "مراحل استقلاب الطاقة"

مراحل تبادل الطاقة

الخصائص	المرحلة الأولى	المرحلة الثانية	المرحلة الثالثة
2. ما الذي ينشط الانقسام؟

العمل في المنزل:§ 2.9.
درس18

الموضوع: تغذية الخلايا. البناء الضوئي. التخليق الكيميائي. المتغايرون
مهام:تعريف الطلاب بأنواع تغذية الكائنات الحية. النظر بالتفصيل في عملية التمثيل الضوئي، وتحديد ملامح المراحل المظلمة والخفيفة من عملية التمثيل الضوئي؛ ضع في اعتبارك ما هو المميز في عملية التخليق الكيميائي وفي أي الكائنات يحدث ذلك.

عناصرالمحتويات: ذاتية التغذية، غيرية التغذية، ضوئية التغذية، كيميائية التغذية، عملية التمثيل الضوئي، المرحلة الضوئية من عملية التمثيل الضوئي، المرحلة المظلمة من عملية التمثيل الضوئي، التحلل الضوئي للماء، التركيب الكيميائي.

اختبار معرفة الطلاب.

مراحل تبادل الطاقة

الخصائص	المرحلة الأولى	المرحلة الثانية	المرحلة الثالثة
1	2	3	4
1. أين يحدث الانقسام؟	في أعضاء الجهاز الهضمي	داخل الخلية	في الميتوكوندريا
2. ما الذي ينشط الانقسام؟	إنزيمات العصارات الهضمية	إنزيمات غشاء الخلية	إنزيمات الميتوكوندريا
3. ما هي المواد التي تنقسم إليها المركبات؟	البروتينات -> الأحماض الأمينية -> الكربوهيدرات -> الجلوكوز - الدهون -> الجلسرين والأحماض الدهنية	الجلوكوز -> 2 جزيء حمض اللاكتيك + طاقة	حمض اللاكتيك يصل إلى C0 2 + ن 2 س
4. ما مقدار الطاقة المتحررة؟	منخفض، يتبدد كالحرارة	60% يتبدد كحرارة، 40% يذهب إلى تخليق جزيئين ATP	يتم تخزين أكثر من 90% من الطاقة على شكل ATP
5. ما مقدار الطاقة التي يتم تصنيعها على شكل ATP؟	-	2 جزيئات ATP	36 جزيء ATP

تعلم مواد جديدة.

1. تنقسم جميع الكائنات الحية إلى عدة مجموعات حسب طريقة تغذيتها.

2. تقوم الكائنات ذاتية التغذية بشكل مستقل بتصنيع المواد العضوية من المواد غير العضوية لتغذيتها (النباتات وبعض البكتيريا). تقوم النباتات (الصور الضوئية) باستخدام طاقة ضوء الشمس ببناء مركبات عضوية معقدة
من شركة 2 وH2O، أي أنها تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

ما هو التمثيل الضوئي؟ وصف العالم الروسي عالم فسيولوجيا النبات K. A. Timiryazev هذه الظاهرة على النحو التالي:

"امنح أفضل طباخ قدرًا من الهواء النقي كما يريد، وقدرًا كبيرًا من ضوء الشمس كما يريد، ونهرًا كاملاً من المياه النظيفة واطلب منه أن يعد لك السكر والنشا والدهون والحبوب من كل هذا - سيعتقد أنك تضحك" عنده. ولكن ما يبدو رائعًا للإنسان يحدث دون عوائق في الأوراق الخضراء للنباتات.»

التمثيل الضوئي عبارة عن سلسلة طويلة ومعقدة من التفاعلات التي تحدث في البلاستيدات الخضراء بمشاركة عدد كبير من الإنزيمات. المادة الرئيسية لعملية التمثيل الضوئي هي الصباغ الأخضرالكلوروفيل.وهي مادة عضوية معقدة تتمركز في وسطها ذرة مغنيسيوم. تم العثور على الكلوروفيل في أغشية الثايلرموز غران، وهذا هو سبب تحول البلاستيدات الخضراء إلى اللون الأخضر.

تتضمن عملية البناء الضوئي نوعين من التفاعلات:ضوء(تعتمد على الضوء) ووتيرة(لا تعتمد على الضوء). ولذلك تسمى مراحل عملية البناء الضوئي:ضوءو وتيرة.

عام معادلة البناء الضوئي:

6CO2 + 6H2O (ضوء، البلاستيدات الخضراء) -> ج 6 ح 12 حوالي + 6 س 2

الإنتاجية - 1 جرام الجلوكوز/ 1 ساعة ل 1 م2 أوراق.

يحدث التمثيل الضوئي في الخلايا النباتية الخضراء في البلاستيدات الخضراء. تكمن هذه العملية في أساس كل أشكال الحياة على الأرض وتتكون من تحويل طاقة الشمس إلى طاقة الروابط الكيميائية للمواد العضوية.

3. التخليق الكيميائي(الأكسدة) - تخليق المواد العضويةمن غير عضوي بسبب طاقة التفاعلات الكيميائية للأكسيدنيا.

تستخدمه البكتيريا: البكتيريا الآزوتية، بكتيريا الكبريت، بكتيريا الحديد.

رابعا. توحيد المواد المدروسة.

التمرين 1.

أجب كتابيًا عن السؤال: "ما هو الدور الكوني للنباتات الخضراء؟"

المهمة 2. املأ الجدول "مقارنة مراحل عملية التمثيل الضوئي".

مرحلة الضوء	المرحلة المظلمة

محلي الصنعيمارس:§ 2.10-2.12.
درس19

الموضوع: تركيب البروتين في الخلية
مهام:دراسة جوهر استقلاب البلاستيك، وعملية التخليق الحيوي للبروتين، وأنماطها؛ النظر في مفاهيم "الأيض" و"الشفرة الوراثية" وخصائصها؛ لتطوير المهارات والقدرات على إبراز الشيء الرئيسي والمقارنة والتحليل وصياغة الاستنتاجات.

عناصر المحتوى:الجين، الشفرة الوراثية، الثلاثي، المشترك، النسخ، الترجمة، مضاد الكودون، متعدد الجسيمات.

اختبار معرفة الطلاب.

المهمة: أكمل الجمل بملء المصطلحات الناقصة.

1. 
   عملية التمثيل الضوئي هي...
2. 
   تتم عملية التمثيل الضوئي في عضيات الخلية -….
3. 
   يتم إطلاق الأكسجين الحر أثناء عملية التمثيل الضوئي أثناء التحلل.
4. 
   في أي مرحلة من عملية التمثيل الضوئي يتكون الأكسجين الحر؟ على ال... .
5. 
   خلال مرحلة الضوء...ATP.
6. 
   خلال المرحلة المظلمة، تنتج البلاستيدات الخضراء...
7. 
   عندما تضرب الشمس الكلوروفيل... .
8. 
   تتم عملية البناء الضوئي في الخلايا... .
9. 
   تحدث المرحلة الضوئية من عملية البناء الضوئي في...
10. 
    تحدث المرحلة المظلمة في... وقت من اليوم.

دراسة مواد جديدة (مع التكرار الأولي).

1. إذن، تمتص الخلية الحية باستمرار المواد من البيئة وتطلقها في البيئة. وهكذا تمتص خلايا الإنسان الأكسجين، والماء، والجلوكوز، والأحماض الأمينية، والأملاح المعدنية، والفيتامينات، وتزيل ثاني أكسيد الكربون، والماء، واليوريا، وحمض البوليك وغيرها. والخلية نظام مفتوح، حيث يحدث تبادل مستمر للمواد بينها. والطاقة البيئية.

2. يشير التخليق الحيوي للبروتين إلى التفاعلات الأيضية البلاستيكية.

التخليق الحيوي للبروتين- أهم عملية في الطبيعة الحية. هذا هو إنشاء جزيئات البروتين بناءً على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في بنيتها الأولية المغلقةالخامسهيكل الحمض النووي.

تتم عملية التخليق الحيوي لجزيئات البروتين في الريبوسومات وتحدث مع استهلاك الطاقة (ATP). يتضمن التخليق الحيوي الأحماض الأمينية والعديد من الإنزيمات والـ RNA المختلفة.

يتم تحديد طبيعة التخليق الحيوي من خلال المعلومات الوراثية المشفرة في أقسام معينة من الجينات DNA. تحتوي الجينات على معلومات حول ترتيب الأحماض الأمينية في جزيء البروتين، أي أنها تشفر بنيته الأولية.

يتوافق كل حمض أميني في سلسلة بولي ببتيد مع مجموعة من ثلاث نيوكليوتيدات في جزيء الحمض النووي - ثلاثية(على سبيل المثال، C-A-C - حمض أميني أساسي، وما إلى ذلك). العلاقة بين ثلاثيات النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية - الكود الجيني.

جوهر الشفرة الوراثية هو أن تسلسل النيوكليوتيدات موجود الحمض النووي والخامس مرنايحدد تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات. الناقل للمعلومات الوراثية هو الحمض النووي،ولكن بما أنه يشارك بشكل مباشر في تخليق البروتين مرنا,ومن ثم تتم كتابة الشفرة الوراثية بـ "اللغة" الحمض النووي الريبي.

تنقل جزيئات mRNA هذا الرمز لعملية التخليق الحيوي. يمكن تمثيل عملية التخليق الحيوي بشكل تخطيطي على النحو التالي:

يتكون التخليق الحيوي للبروتين من مرحلتين متتاليتين: النسخ والترجمة.

التخليق الحيوي للبروتين

مراحل التخليق الحيوي	مميزات المراحل
النسخ، أو إعادة الكتابة المعلومات الوراثية من DNA إلى mRNA	تحدث هذه العملية في النواة. بفضل عمل الانزيمات، المنطقة الحمض النوويتتفكك، وتصطف النيوكليوتيدات على طول إحدى السلاسل وفقًا لمبدأ التكامل. من خلال التواصل مع بعضها البعض، فإنها تشكل سلسلة متعددة النوكليوتيدات من الرنا المرسال، والتي تبين أنها نسخة طبق الأصل من جزء من الحمض النووي، "منسوخ" منه، كما هو الحال من المصفوفة
الترجمة، أو ترجمة المعلومات الوراثية إلى بنية البروتين	يخرج mRNA الناتج من النواة إلى السيتوبلازم من خلال المسام الموجودة في الغلاف النووي ويتلامس مع العديد من الريبوسومات. ينزلق الريبوسوم بشكل متقطع على طول الرنا المرسال، كما لو كان من خلال مصفوفة، وبما يتفق بدقة مع تسلسل النيوكليوتيدات، يرتب بعض الأحماض الأمينية في سلسلة بوليمر طويلة من البروتين. يتم تسليم الأحماض الأمينيةل الريبوسومات باستخدام RNAs الناقل (tRNAs) الموجود في السيتوبلازم. يتطلب كل حمض أميني الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الخاص به، وهو مكمل لجزء معين من mRNA. يتم تمثيل هذا القسم من mRNA بثلاثة توائم - مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات تسمىكودون.بدوره، و يتم أيضًا تشفير كل حمض أميني موجود في البروتين بواسطة مجموعة محددة من ثلاث نيوكليوتيداتالحمض الريبي النووي النقال (أنتيكودون)، والتي من خلالهاونجد بعضنا البعض تتحرك العديد من الريبوسومات على طول جزيء mRNA مرة واحدة (يسمى هذا الهيكلتسولوسوما)،وفي هذه الحالة، يتم تصنيع العديد من جزيئات البروتين في وقت واحد

توحيد المواد المدروسة.

المهمة 1. باستخدام نص الكتاب المدرسي (الفقرة 2.13)، حدد المفاهيم:

• 
  النسخ -هذا...
• 
  إذاعة- هذا... .

المهمة 2. أكمل الجمل:

1. 
   يتم تخزين المعلومات حول بنية البروتين في ... , ويتم تركيبه في ...
2. 
   دور mRNA في عملية التخليق الحيوي للبروتين ... .
3. 
   دور tRNA في عملية التخليق الحيوي للبروتين هو ...