Автотрофы и гетеротрофы. Фототрофы и хемотрофы.

 Автотрофы— организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов.

Для синтеза необходимых для своей жизнедеятельности органических веществ гетеротрофам требуются экзогенные органические вещества, то есть произведённые другими организмами. В процессе пищеварения пищеварительные ферменты расщепляют полимеры органических веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы — это консументы различных порядков и редуценты.

Фототрофы – организмы, способные преобразовывать энергию света в энергию химических связей, используемую затем для синтеза органических веществ из неорганических.

Хемотрофы — организмы, получающие энергию в результате окислительно-восстановительных реакций, окисляя химические соединения, богатые энергией — хемосинтеза.

Этапы метаболизма и их характеристика.

Обмен веществ протекает в несколько этапов:

1. Подготовительный этап– переработка пищевых веществ в органах пищеварения. Превращение полимеров в мономеры. (расщепление белков до аминокислот, жиров до глицирина и жирных кислот, углеводов до глюкозы).

2. Межуточный (промежуточный) обмен веществ - всасывание мономеров в кровь и поступление их в клетки, поступившие вещества учавствуют в востановление клеточных мембран, учавствуют в иных процессах на молекулярном уровне и тд..

3. Образование и выделение продуктов метаболизма.

Способы поступления веществ в клетку.

Различают пассивный и активный транспорт веществ через клеточную мембрану.

Пассивный транспорт веществ происходит без использования энергии по градиенту концентрации (из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Пассивный транспорт осуществляется путем диффузии и осмоса.

Диффузия – это процесс, в ходе которого молекулы (или ионы) переходят через мембрану из области с высокой концентрацией в область низкой концентрации в результате броуновского движения (теплового движения атомов и молекул).

Различают простую и облегченную диффузию веществ через клеточную мембрану.

Простая диффузия происходит через те участки мембран, где преобладают липиды. Характеризуется низкой избирательностью мембраны к веществам, которые переносятся.

При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики временно соединяются с молекулой вещества и проводят его через мембрану.

Осмос – диффузия воды через мембрану из менее концентрированного в более концентрированный раствор. Естественно в более разбавленном растворе концентрация воды «выше», чем в концентрированном. В процессе осмоса происходит выравнивание концентраций двух растворов, разделенных избирательно проницаемой мембраной.

Активный транспорт – перенесение веществ против градиента концентрации с использованием энергии. Он осуществляется с помощью белков-переносчиков, образующих так называемые ионные насосы для переноса ионов в сторону более высокого биохимического потенциала. Наиболее известным является Na+/K+– насос в клетках животных, который обуславливает активный транспорт в клетку ионов калия и выведения из нее ионов натрия.

Макромолекулы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот, липопротеидов поступают в клетку путем эндоцитоза. Эндоцитоз – способность клетки активно поглощать питательные вещества в виде мелких пузырьков (пиноцитоз) или твердых частиц (фагоцитоз). В результате этого образуются мелкие мембранные вакуоли, которые соединяются с лизосомой. Под влиянием ферментов лизосом макромолекулы вакуолей расщепляются до мономеров, которые используются в клетке как пластический и энергетический материал.

Энергетический обмен у анаэробов.

Данный процесс включает в себя несколько этапов:

а) подготовительныей этап (переработка пищевых веществ в органах пищеварения, расщепление полимеров до мономеров);

б) анаэробный этап (расщепление мономеров органических соединений до ещё более простых продуктов, например, пирувата, или пировиноградной кислоты; протекает в цитоплазме):

С₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ + 2НАД → 2C₃H₄O₃ + 2АТФ + 2НАДН+Н⁺ + 2Н₂О

в) возможна в двух вариантах:

 - брожение (у анаэробов, в результате не образуется АТФ, остаются с первого этапа 2 молекулы АТФ = 150 кДж энергии):

2C₃H₄O₃ + 2НАДН+Н⁺ → 2C₃H₆O₃ + 2НАД

При энергетическом обмене у аноэробов происходит выработка 2-х молекул АТВ, то есть 150 кДж энергии.

Обмен энергией и аэробов.

Стадии энергетического обмена:

а) подготовительныей этап (переработка пищевых веществ в органах пищеварения, расщепление полимеров до мономеров);

б) анаэробный этап (расщепление мономеров органических соединений до ещё более простых продуктов, например, пирувата, или пировиноградной кислоты; протекает в цитоплазме):

С₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2АДФ + 2НАД → 2C₃H₄O₃ + 2АТФ + 2НАДН+Н⁺ + 2Н₂О

в) возможна в двух вариантах:

 - брожение (у анаэробов, в результате не образуется АТФ, остаются с первого этапа 2 молекулы АТФ = 150 кДж энергии):

2C₃H₄O₃ + 2НАДН+Н⁺ → 2C₃H₆O₃ + 2НАД

 - дыхание (характерно для аэробов, в результате образуется 36 молекул АТФ, что в сумме с 2 молекулами первой стадии даёт 38 молекул АТФ = 2850 кДж энергии):

2C₃H₄O₃ + 6O₂ + 36H₃PO₄ + 36АДФ → 6CO₂ + 38H₂O + 36АТФ

Значение АТФ в энергетическом обмене.

 Энергия, высвобождающая при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме аденозинтрифосфата (АТФ) . По своей химической природе АТФ относится к мононуклеотидам и состоит из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ, используется клеткой для совершения всех видов работы. Значительные количества энергии расходуются на биологические синтезы. АТФ является универсальным источником энергообеспечения клетки. Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования, происходящему с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе.