Краткое содержание: Параграф § 17 / Биология 10 класс

Обмен веществ и превращение энергии в клетке (Метаболизм)

Жизнедеятельность клетки, как и биосистемы в целом, обусловлена обменом веществ и превращением энергии, или метаболизмом (от греч. *metabole* — перемена, превращение). Этот единый процесс является совокупностью всех реакций синтеза и распада, происходящих внутри клетки, обеспечивая её необходимыми веществами и энергией, а также выводя конечные продукты обмена. Клетка и биосистема считаются открытыми системами, поскольку постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой.

Обмен веществ (метаболизм) состоит из двух взаимосвязанных и противоположных процессов: ассимиляции и диссимиляции.

• Ассимиляция, или анаболизм (от греч. *anabole* — подъём), также известная как пластический обмен, представляет собой совокупность реакций синтеза высокомолекулярных органических веществ из низкомолекулярных органических или неорганических. Эти процессы требуют затрат энергии, источником которой часто выступает молекула АТФ (аденозинтрифосфат).
• Диссимиляция, или катаболизм (от греч. *katabole* — разрушение), также известная как энергетический обмен, включает совокупность реакций распада высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных органических или неорганических. Эти процессы сопровождаются высвобождением энергии, которая запасается в виде молекул АТФ.

АТФ является ключевым энергетическим веществом в клетке, аккумулируя энергию и участвуя в энергетическом и пластическом обменах. Цикл обмена веществ и энергии в биосфере начинается с солнечной энергии, которую автотрофы (например, зелёные растения и цианобактерии) улавливают и преобразуют в химическую энергию органических веществ в процессе фотосинтеза. Таким образом, солнечная энергия аккумулируется в связях молекул АТФ, а затем — в химических связях синтезированных органических веществ.

Типы организмов по способу питания

Организмы делятся на две основные группы по способу получения энергии и питательных веществ:

• Автотрофы (от греч. *autos* — сам и *trophe* — пища) — способны самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических.
• Фотоавтотрофы — используют энергию света для синтеза (например, зелёные растения, цианобактерии). Процесс: \( CO_2 + H_2O + \text{свет} \to \text{органические вещества} + O_2 \).
• Хемоавтотрофы — используют энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ (например, серо-, железо- и нитрифицирующие бактерии).
• Гетеротрофы (от греч. *heteros* — другой и *trophe* — пища) — питаются готовыми органическими веществами, которые служат им источником энергии и строительным материалом. К ним относятся животные, грибы и большинство бактерий.

Типы энергетического обмена

Процессы диссимиляции (распада) могут быть аэробными или анаэробными.

• Аэробные организмы (от греч. *aer* — воздух и *bios* — жизнь), или аэробы, проводят диссимиляцию с использованием кислорода (дыхание), что является основным способом энергетической диссимиляции. Кислород окисляет богатые энергией органические вещества до \( CO_2 \) и \( H_2O \), выделяя значительное количество энергии. К аэробам относятся большинство организмов: растения, животные (кроме некоторых паразитов), основные группы грибов и бактерий.
• Анаэробные организмы (от греч. *an* — отрицательная частица, *aer* — воздух и *bios* — жизнь), или анаэробы, осуществляют диссимиляцию без участия кислорода. В этом случае расщепление органических веществ происходит неполностью, и выделяется меньше энергии. Примером анаэробного процесса является брожение (например, молочнокислое брожение у молочнокислых бактерий). К анаэробам относятся почвенные микроорганизмы (бактерии и грибы), внутренние паразиты, а также организмы, способные переключаться на аэробный обмен (факультативные анаэробы).

Обмен веществ и энергии в биосфере представляет собой круговорот. Автотрофы синтезируют первичные органические вещества, которые затем потребляются гетеротрофами. В процессе жизнедеятельности организмов часть энергии теряется в виде тепла, но необходимый постоянный приток энергии обеспечивается извне (Солнцем).

Основные понятия:

• Метаболизм (Обмен веществ и превращение энергии): Совокупность всех химических реакций синтеза и распада, происходящих в клетке.
• Ассимиляция (Анаболизм / Пластический обмен): Синтез сложных органических веществ из более простых, требующий затрат энергии (например, фотосинтез).
• Диссимиляция (Катаболизм / Энергетический обмен): Распад сложных органических веществ до более простых, сопровождающийся выделением энергии (например, дыхание).
• АТФ (Аденозинтрифосфат): Универсальный аккумулятор и переносчик энергии в клетке.
• Автотрофы: Организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических, используя световую (фотоавтотрофы) или химическую (хемоавтотрофы) энергию.
• Гетеротрофы: Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами.
• Аэробы (Аэробные организмы): Организмы, использующие кислород для энергетического обмена (дыхания).
• Анаэробы (Анаэробные организмы): Организмы, способные осуществлять энергетический обмен без участия кислорода (брожение).

Ключевые процессы и формулы:

• Фотосинтез (пример ассимиляции): \( CO_2 + H_2O + \text{свет} \to \text{органические вещества} + O_2 \)
• Дыхание (пример диссимиляции): Расщепление органических веществ с участием \( O_2 \) до \( CO_2 \) и \( H_2O \) с выделением большого количества энергии.
• Роль АТФ: Аккумулирует энергию, выделяющуюся при диссимиляции, и поставляет её для ассимиляции и других клеточных процессов.