Конспект для НМТ про обмін речовин і перетворення енергії. Поняття подано за послідовністю їх появи у 43 тренувальних завданнях.
Тема 9. Обмін речовин і перетворення енергії
1. Що таке обмін речовин
Метаболізм — сукупність усіх хімічних перетворень у клітині. Пластичний обмін, або анаболізм, утворює складні речовини з простіших і потребує енергії. Енергетичний обмін, або катаболізм, розщеплює речовини й вивільняє енергію. Обидва напрями пов’язані через АТФ.
2. Фотосинтез і дихання: залежність від умов
Фотосинтез накопичує енергію в органічних речовинах, а клітинне дихання вивільняє її. Інтенсивність обох процесів залежить від температури, але за надто високої температури фотосинтез припиняється через пошкодження ферментів, тоді як розщеплення запасених речовин певний час триває.
3. Дихальний ланцюг і внутрішня мембрана
В еукаріотів білки-переносники електронів розташовані у внутрішній мембрані мітохондрій, на її кристах. Вони перекачують протони й створюють градієнт, який використовує АТФ-синтаза. У прокаріотів мітохондрій немає, тому дихальний ланцюг міститься в плазматичній мембрані.
4. Хемосинтез
Хемосинтез — утворення органічних речовин із вуглекислого газу завдяки енергії окиснення неорганічних сполук. Його здійснюють деякі бактерії: нітрифікувальні, сіркобактерії, залізобактерії та водневі бактерії. Світло для цього процесу не потрібне.
5. Автотрофи, гетеротрофи й міксотрофи
- Фотоавтотрофи використовують світло, CO₂ і воду: рослини, водорості, ціанобактерії.
- Хемоавтотрофи отримують енергію з окиснення неорганічних речовин.
- Гетеротрофи споживають готові органічні речовини: тварини, гриби, більшість бактерій.
- Міксотрофи поєднують різні способи живлення; приклад — евглена зелена.
6. Органели та процеси обміну
- Рибосоми — синтез білка.
- Хлоропласти — фотосинтез і фіксація CO₂.
- Мітохондрії — кисневий етап енергетичного обміну.
- Лізосоми — внутрішньоклітинне розщеплення полімерів у кислому середовищі.
- Комплекс Гольджі — модифікація, сортування та пакування речовин.
7. Безкисневий етап: гліколіз
Гліколіз відбувається в цитоплазмі без обов’язкової участі кисню. Одна молекула глюкози перетворюється на дві молекули пірувату; чистий енергетичний вихід — 2 АТФ і 2 НАД·Н. За нестачі кисню в м’язах піруват відновлюється до молочної кислоти, що дає змогу продовжити гліколіз.
8. Кисневий етап клітинного дихання
Піруват надходить у мітохондрію. У матриксі відбуваються окисне декарбоксилювання та цикл Кребса, утворюються CO₂ і відновлені переносники. На кристах працюють електронтранспортний ланцюг та окисне фосфорилювання; кисень є кінцевим акцептором електронів і утворюється вода.
9. Бродіння
Бродіння — анаеробне перетворення продуктів гліколізу. Молочнокисле бродіння утворює лактат, а спиртове — етанол і CO₂. Загальний енергетичний вихід разом із гліколізом становить лише 2 АТФ на одну глюкозу.
10. АТФ — універсальний переносник енергії
АТФ складається з аденіну, рибози й трьох залишків ортофосфатної кислоти. Під час відщеплення кінцевого фосфату АТФ перетворюється на АДФ і вивільняє енергію. Під час фосфорилювання АДФ знову приєднує фосфат і запасає енергію.
11. Ферменти та чинники їхньої активності
Ферменти — біологічні каталізатори, переважно білки. Субстрат зв’язується з активним центром, утворюється фермент-субстратний комплекс, після реакції продукти відокремлюються. Швидкість залежить від температури, pH і концентрацій. Висока температура або крайній pH змінюють просторову будову білка — відбувається денатурація.
12. Мембранний транспорт і витрати енергії
Проста й полегшена дифузія відбуваються за градієнтом концентрації без витрат АТФ. Активний транспорт переносить речовини проти градієнта й потребує енергії. Ендоцитоз і екзоцитоз переміщують великі частинки або порції речовини у везикулах.
13. Фотосинтез: світлова й темнова фази
Світлові реакції відбуваються на мембранах тилакоїдів: поглинається світло, розщеплюється вода, виділяється O₂, утворюються АТФ і НАДФ·Н. У стромі хлоропласта цикл Кальвіна використовує ці сполуки для фіксації CO₂ та синтезу вуглеводів.
14. Як розв’язувати завдання про енергетичний обмін
- Спочатку визначте процес: синтез чи розщеплення, з киснем чи без нього.
- Зіставте місце: цитоплазма — гліколіз; матрикс — цикл Кребса; кристи — дихальний ланцюг; тилакоїди — світлова фаза.
- Для типу живлення визначте окремо джерело Карбону й енергії.
- У графіках знайдіть оптимум, точку припинення процесу та порівняйте криві.
- Пам’ятайте: фотосинтез запасає енергію, дихання її вивільняє, а АТФ переносить.
