Энергозависимость. Энергия солнечного света Основным источником энергии для всех живых существ, населяющих нашу планету, служит энергия солнечного света, - презентация

1 Энергозависимость

2 Энергия солнечного света Основным источником энергии для всех живых существ, населяющих нашу планету, служит энергия солнечного света, которую используют непосредственно только клетки зеленых растений, одноклеточных водорослей, зеленых и пурпурных бактерий. Эти клетки за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Такой биосинтез, происходящий благодаря энергии света, называют фотосинтезом.

3 Зеленый цвет фотосинтезирующих клеток зависит от наличия в них хлорофилла, поглощающего свет в красной и синей частях спектра и пропускающего лучи, которые дают при смешении зеленый цвет. Имеются и иные светопоглощающие пигменты, которые придают некоторым водорослям и бактериям бурый, красный или пурпурный цвет. Клетки Хлоропласт с гранами Хлорофил в гране

4 Аккумуляторы энергии За счет энергии света в фотосинтезирующих клетках образуются АТФ и некоторые другие молекулы, играющие роль своеобразных аккумуляторов энергии. Возбужденный светом электрон отдает энергию для фосфорилирования АДФ, при этом образуется АТФ.

5 АТФ АТФ аденозинтрифосфорная кислота. Этот нуклеотид играет выдающуюся роль в энергетике клетки. Как во всякий нуклеотид, в АТФ входят остаток азотистого основания (аденин), пентоза (рибоза) и три остатка фосфорной кислоты. Основной синтез АТФ происходит в митохондриях.

6 Расщепление АТФ

7 НАДФ·Н За счёт энергии АТФ и при участии НАДФ¥Н происходит восстановление углекислого газа до глюкозы. Все эти сложные процессы происходят в клетках растений в хлоропластах. Хлоропласты содержатся только в эукариотических клетках зеленых растений. В клетках фотосинтезирующих прокариотов бактерий фотосинтезирующие системы расположены в пластинчатых структурах хроматофорах, которые содержат почти те же элементы фотосинтетического аппарата, что и хлоропласты.

8 Строение хлоропласта

9 Органические вещества, которые образуются в фотосинтезирующих клетках из углекислого газа, воды, азота атмосферы и неорганических солей почвы или водных сред, используются всеми живыми существами нашей планеты, которые не способны к фотосинтезу. В число этих существ входят все животные и человек, живущие благодаря трансформированной растениями энергии солнца. Исключение составляют хемосинтезирующие микроорганизмы.

10 Хемосинтез В природе органические вещества создают не только зеленые растения, но и бактерии, не содержащие хлорофилла. Этот автотрофный процесс называется хемосинтезом, потому что осуществляется он благодаря энергии, выделяющейся при химических реакциях окисления различных неорганических соединений. Энергия, получаемая при окислении, запасается в организме в форме АТФ. Пример: в водоемах, вода которых содержит сероводород, живут серобактерии. Энергию, необходимую для синтеза органических соединений из углекислого газа, они получают, окисляя сероводород. Выделяющаяся в результате свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок. При недостатке сероводорода серобактерии производят дальнейшее окисление находящейся в них свободной серы до серной кислоты.

11 Этап аэробной жизни До появления на нашей планете фотосинтезирующих клеток и организмов атмосфера Земли была лишена кислорода. С появлением фотосинтезирующих клеток она стала насыщаться кислородом. Постепенное наполнение атмосферы кислородом привело к появлению клеток с энергетическим аппаратом нового типа. Это были клетки, производящие энергию вследствие окисления органических соединений, главным образом углеводов и жиров, при участии атмосферного кислорода в качестве окислителя. В результате этого наступил следующий важный этап в развитии жизни на Земле этап кислородной, или аэробной жизни.

12 Гетеротрофы Гетеротрофы получают энергию в результате окисления органических соединений. Следует заметить, что и фотосинтезирующие, и хемосинтезирующие автотрофы также способны получать энергию благодаря окислению органических веществ. Однако у гетеротрофов эти соединения поступают извне готовыми, а у автотрофов они синтезируются в клетках из неорганических соединений и далее используются ими же. Для гетеротрофных организмов окисление органических соединений служит единственным способом получения энергии.

13 Почему при окислении органических соединений освобождается энергия? Электроны в составе молекул органических соединений обладают большим запасом энергии, поскольку находятся на высоких энергетических уровнях этих молекул. Перемещаясь с высшего на более низкий энергетический уровень своей или иной молекулы или атома, электроны освобождают энергию. Широко распространенным конечным акцептором электронов служит кислород. В этом и состоит его главная биологическая роль, именно для этой цели нам необходим кислород воздуха.

14 Энергитический обмен 1 этап Локализация: в пищеварительном тракте; в лизосомах. Процессы: происходит расщепление высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных. Энергетическая ценность: небольшое количество тепловой энергии.

15 Энергитический обмен 2 этап (бескислородный) Локализация: в цитоплазме. Процессы: ферментативное расщепление глюкозы – брожение. Энергетическая ценность: 60% энергии - тепловая 40% энергии - на синтез 2АТФ

16 Энергитический обмен 3 этап (гидролиз, дыхание) Локализация: в митохондриях, в матриксе, в кристах. Процессы: образование СО 2. Атом водорода поступает во внутреннюю мембрану митохондрии, образующую кристы; окисление атомов водорода до катионов; катионы переносятся на наружную поверхность мембраны; образование анионов кислорода на внутренней поверхности мембраны; катионы и анионы скапливаются по разные стороны мембраны. В молеулах ферментов АТФ-синтаз открывается протонный канал. По нему протоны водорода устремляются на внутреннюю поверхность мембраны, отдавая большое количество энергии. Она идёт на синтез АТФ. Протоны водорода соединяются с анионами кислорода. Энергетическая ценность: образование 36 молекул АТФ.

17 Преобразование энергии Энергия АТФ в разнообразных процессах преобразуется в различные виды работ - химическую (синтез), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электирческую, механичесскую, регуляторную.

18

19 Эффективность энергообеспечения клетки Механизмы энергообеспечения клетки отличаются эффективностью. Коофициенты полезного действия хлоропласта и митохондрии, достигая соответсвенно 25, %, существенно превосходят аналогичный показатель паровой машины (8%) или двигателя внутреннего сгорания (17%)

20 В процессах трансформации энергии могут учавствовать белки. Белки мышц взаимодействуют с молекулами АТФ, разрушают в них богатую энергией химическую связь: под воздействием освобождающейся энергии происходит сокращение мышечного белка. Химическая энергия при участии белков мышц превращается в энергию механическую.

21 Потоки энерии в биоценозах Химическая энергия, накопленная в растениях в процессе фотосинтеза, передаётся всем другим живым организмам через цепи питания.

22 Цепи питания Продуценты - зелёные растения, трансформирующие световую энергию в энергию химических связей органически соединений. Консументы - растительноядные и хищные животные. Большее количество потребляемой энергии они расходуют на процессы жизнедеятельности и только около 10 % - на построение тела. Редуценты - бактерии, сопрофиты, грибы. Они разрушают органическое вещество до минерального.

23 Экологическая пирамида За счет энергии света растения образуют биомассу, которая используется насекомыми для построения своего тела. Амфибии используют их для пластического и энергетического обмена, являясь, в свою очередь, источником энергии и материи для рептилий. Ими питаются хищные птицы. Вследствие потери энергии на каждой ступени количество особей прогрессивно снижается от основания к вершине пирамиды

24 Превращение энергии в биосфере Одновременно с круговоротом веществ в биосфере идет и превращение энергии. Биосфера является открытой системой, постоянно принимающей солнечную энергию. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в энергию химических связей. В живом веществе Земли связано 4,19x1018 Дж энергии; при этом ежегодно создается и расходуется 4,19x1017 Дж. Энергия используется растениями на процессы жизнедеятельности, а часть переходит к растительноядным организмам. Последние расходуют ее на процессы жизнедеятельности, а частично она поступает к плотоядным животным и т.д. Таким образом, энергия запасается в тканях растений и животных в виде органических соединений, потребляемых другими животными и человеком. Часть энергии консервируется в нефти, угле, сланцах, торфе.

25 Превращение энергии в биосфере Наряду с накоплением энергии в живых организмах происходит почти равное ему по масштабам выделение энергии при разрушении органических веществ в процессе дыхания, брожения и гниения. Так в биосфере поддерживается баланс энергии. Во время этих превращений происходят затраты энергии на процессы жизнедеятельности организмов. Потери энергии постоянно восполняются за счет световой энергии Солнца.