Ассимиляция в биологии – это что такое? Примеры ассимиляции и диссимиляции в природе. Метаболизм как единство ассимиляции и диссимиляции

Научные теории происхождения жизни на Земле.

Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путём намеренного заселения планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых свидетельств в пользу космического происхождения жизни нет. Космос, однако, наряду с вулканами мог быть источником низ­комолекулярных органических соединений, раствор которых послужил средой для развития жизни.

Согласно второй гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложи­лась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических.

В середине прошлого столетия Л. Пастер окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в теперешних условиях. Опарин и Холдейн предположили, что в условиях, имевших место на планете несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества было возможно. К таким условиям они относили наличие атмосферы восстановитель­ного типа, воды, источников энергии, приемлемой температуры, а также отсутствие других живых существ.

Научное определение сущности жизни. Свойства живого. Уровни организации живого.

Первое научное определение жизни дал Фридрих Энгельс «Диалектика природы» 1898г. Жизнь есть способ существования белковых молекул, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой. С прекращением обмена веществ прекращается жизнь.

Свойства живого.

Самовоспроизведение

Самообновление

Саморегуляция

Целостность и дискретность

Обмен веществ - это процессы ассимиляции и диссимиляции.

Наследственность-это свойство живых организмов передавать свои признаки потомкам.

Изменчивость-это свойство изменяться под влиянием окружающей среды.

Движение-свойство перемещаться в пространстве.

Раздражимость-свойство отвечать различными реакциями на воздействия окружающей среды.

Уровни организации живого:

Микробиосистема:(-молекулярный –субклеточный –клеточный)

Мезобиосистема:(-тканевой –органный –организменный)

Макробиосистема:(-популяционно-видовой –биогеоценотический –биосферный)

Обмен веществ. Понятие ассимиляции и диссимиляции. Виды обмена веществ.

Обмен веществ - это совокупность химических превращений, обеспечивающих рост, жизнедеятельность, воспроизведение в живых организмах.

Ассимиляция (пластический обмен или анаболизм) -это эндотермический процесс синтеза высокомолекулярных органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии. Происходит в цитоплазме.

Диссимиляция (энергетический обмен или катаболизм) - выделяется энергия. Распад веществ в клетке до простых, неспецифичных соединений. Начинается в цитоплазме, а заканчивается в митохондриях.

Виды обмена веществ:

Белковый

Углеводный

"Введение в общую биологию и экологию. 9 класс". А.А. Каменский (гдз)

Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы метаболизма

Вопрос 1. Почему Солнце - главнейший источник энергии на Земле?
Любая живая клетка, осуществляя многообразные процессы синтеза и распада веществ, подобна сложнейшему химическому комбинату. Для нормального протекания этих химических процессов необходим постоянный обмен веществ между клеткой и окружающей средой, а также постоянное превращение энергии в клетке. Получаемые извне белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы расходуются клетками на синтез необходимых им соединений, построение клеточных структур. Однако для синтеза веществ необходима энергия. Главный источник энергии для живых организмов - Солнце.

Вопрос 2. Почему ассимиляция невозможна без диссимиляции, и наоборот?
Из поступающих в клетку компонентов пищи под действием биологических катализаторов, ферментов, синтезируются новые молекулы для замены израсходованных веществ, для построения органоидов. Весь набор реакций биологического синтеза веществ в клетке (биосинтеза) получил название ассимиляции, или пластического обмена.
Очевидно, что синтез каких-либо веществ невозможен без затрат энергии. Особенно интенсивно реакции ассимиляции происходят в растущей, развивающейся клетке. Важнейшими из таких реакций являются синтез белка и фотосинтез. Как же клетка получает энергию для реакций биосинтеза? Наряду с процессами синтеза новых веществ в клетках происходит постоянный распад запасенных при ассимиляции сложных органических веществ. При участии ферментов эти молекулы распадаются до более простых соединений; при этом высвобождается энергия. Чаще всего эта энергия запасается в виде аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Далее энергия АТФ используется для различных нужд клетки, в том числе и для реакций биосинтеза. Совокупность реакций распада веществ клетки, сопровождающихся выделением энергии, получила название диссимиляции.
Ассимиляция и диссимиляция - противоположные процессы: в первом случае вещества образуются, во втором - разрушаются. Но они тесно взаимосвязаны и друг без друга невозможны. Ведь если в клетке не будут синтезироваться и запасаться сложные вещества, то нечему будет распадаться, когда потребуется энергия. А если вещества не будут распадаться, то где взять энергию для синтеза необходимых веществ?
Таким образом, ассимиляция и диссимиляция - это две стороны единого процесса обмена веществ и энергии, получившего название метаболизма (гр. metabole - превращение).

Вопрос 3. Могли бы какие-либо живые существа выжить на Земле, если бы Солнце погасло?
Солнце является источником энергии для растений, которые благодаря хлорофиллу синтезируют органические вещества. Животные, грибы и бактерии используют эту органику для получения энергии АТФ, затрачиваемой ими для синтеза необходимых соединений, построения клеток. Без солнечной энергии они не смогли бы существовать. Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из СО 2 и Н 2 O. Этот процесс носит название хемосинтеза.
Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии. Исследуя их, С.Н. Виноградский в 1887 г. открыл процесс хемосинтеза . Нитрифицирующие бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты. Другие виды бактерий способны использовать энергию многих других реакций окисления-восстановления (серобактерии, железобактерии и др.). Микроорганизмы, обмен веществ которых не зависит от солнечной энергии, вполне могли бы выжить, если бы Солнце погасло.

Урок 16

Т е м а: АССИМИЛЯЦИЯ И ДИССИМИЛЯЦИЯ.

МЕТАБОЛИЗМ
Задачи : познакомить учащихся с понятием «обмен веществ в организме», показать, что ассимиляция и диссимиляция - это два взаимосвязанных процесса.

Элементы содержания : ассимиляция, диссимиляция, анаболизм, катаболизм, пластический обмен, энергетический обмен, метаболизм, обмен веществ.
Изучение нового материала.

Задание: сравните два определения, найдите, есть ли в них отличие или они сходны. Чем вы это можете объяснить?

Метаболизм - ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.

Обмен веществ - последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни

Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных процессов - анаболизма и катаболизма.

Ассимиляция, или анаболизм (пластический обмен), совокупность химических процессов, направленных на обра зование и обновление структурных частей клеток.

1.В ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул-предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.

2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственный всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).

З.В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.

Диссимиляция, или катаболизм (энергетический обмен), - совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии.

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ),

2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот - в цитоплазме, на мембранных структурах.

3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.

Задание. Установите соответствие между процессами, протекающими в клетках организмов, и их принадлежностью к ассимиляции или диссимиляции:

Домашнее задание: § 2.8.
Урок 17

Тема: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В КЛЕТКЕ
Задачи: изучить этапы энергетического обмена, рассмотреть последовательность протекания энергетического обмена в клетке на примере гликолиза, выявить значение кислорода для гликолиза.

Элементы содержания: АТФ, неполное ферментативное расщепление глюкозы, полное кислородное расщепление глюкозы, гликолиз, клеточное дыхание.

Проверка знаний

Задание 1. Найдите во второй колонке верное окончание предложения, данного в первой колонке , выпишите последовательность цифр и букв правильного ответа.

Задание 2. Заполните в тексте пробелы .

1. 
   В ходе … происходит биосинтез... молекул из веществ, поступивших в клетку.
2. 
   В процессе анаболизма идет... энергии в виде ... связей.
3. 
   Катаболизм - это совокупность реакций, в которых происходит... органических веществ с... энергии.
4. 
   Синтез АТФ у эукариот происходит в...

Изучение нового материала.

Всем живым клеткам постоянно нужна энергия, необходимая для протекания в них различных биологических и химических реакций. Одни организмы для этих реакций используют энергию солнечного света (при фотосинтезе), другие - энергию химических связей органических веществ, поступающих с пищей. Извлечение энергии из пищевых веществ осуществляется в клетке путем их расщепления и окисления кислородом, поступающим в процессе дыхания. Поэтому этот процесс называют биологическим окислением, или клеточным дыханием.

Биологическое окисление с участием кислорода называют аэробным, без кислорода - анаэробным. Процесс биологического окисления идет многоступенчато. При этом в клетке происходит накопление энергии в виде молекул АТФ и других органических соединений.

Источником энергии для всех видов активности служит химическая энергия органических молекул, запасенная в связях между их атомами. При разрыве связей эта энергия высвобождается, при этом она аккумулируется в форме АТФ (содержащей макроэнергетические связи, во время разрыва которых высвобождается около 40 кДж/моль энергии) и в этой форме используется затем для выполнения различной работы в клетке.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Закрепление изученного материала.

Задание 1. Составьте суммарное уравнение гликолиза.

Задание 2. Заполните таблицу «Этапы энергетического обмена»

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Тема: ПИТАНИЕ КЛЕТКИ. ФОТОСИНТЕЗ. ХЕМОСИНТЕЗ. ГЕТЕРОТРОФЫ
Задачи: познакомить учащихся с типами питания живых организмов; подробно рассмотреть процесс фотосинтеза, выявить особенности протекания темновой и световой фаз фотосинтеза; рассмотреть, в чем особенность хемосинтеза и у каких организмов он встречается.

Элементы содержания: автотрофы гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы, фотосинтез, световая фаза фотосинтеза, темновая фаза фотосинтеза, фотолиз воды, хемосинтез.

Проверка знаний учащихся.

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

Изучение нового материала.

1. Все организмы по способу питания делятся на несколько групп.

2. Автотрофы самостоятельно синтезируют органические вещества из неорганических для своего питания (растения, некоторые бактерии). Растения (фототрофы), используя энергию солнечного света, строят сложные органические соединения
из СО 2 и Н 2 О, то есть фотосинтезируют.

Что же такое фотосинтез? Русский ученый, физиолог растений К. А. Тимирязев так описал это явление:

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, - он решит, что вы над ним смеетесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зеленых листьях растений »

Фотосинтез - это длинная и сложная цепь реакций, протекающих в хлоропластах при участии большого количества ферментов. Главное вещество фотосинтеза - зеленый пигмент хлорофилл. Это сложное органическое вещество, в центре которого находится атом магния. Хлорофилл находится в мембранах тила коидов гран, из-за чего хлоропласта приобретают зеленый цвет.

Процесс фотосинтеза включает два типа реакций: световые (светозависимые) и темповые (не зависящие от света). Поэтому фазы фотосинтеза так и называются: световая и темповая.

Общее уравнение фотосинтеза:

6СО 2 + 6Н 2 О (свет, хлоропласта) - > С 6 Н 12 Об + 6 O 2

Продуктивность - 1 г глюкозы / 1 час на 1 м 2 листьев .

Фотосинтез протекает в клетках зеленых растений в хлоропластах. Этот процесс лежит в основе всей жизни на Земле и заключается в превращении энергии солнца в энергию химических связей органических веществ.

3. Хемосинтез (окисление) - синтез органических веществ из неорганических за счет энергии химических реакций окисле ния.

Используется бактериями: нитрифицирующими, серобактериями, железобактериями.

IV. Закрепление изученного материала.

Задание 1.

Ответьте письменно на вопрос: «В чем заключается космическая роль зеленых растений?».

Задание 2. Заполните таблицу «Сравнение фаз фотосинтеза».

Домашнее задание: § 2.10-2.12.
Урок 19

Тема: СИНТЕЗ БЕЛКОВ В КЛЕТКЕ
Задачи: изучить суть пластического обмена веществ, процесс биосинтеза белка, его закономерности; рассмотреть понятия «обмен веществ», «генетический код» и его свойства; формировать умения и навыки выделять главное, сравнивать, анализировать, формулировать выводы.

Элементы содержания: ген, генетический код, триплет, ко-дон, транскрипция, трансляция, антикодон, полисома.

Проверка знаний учащихся.

Задание: закончите предложения, вписав недостающие термины.

1. 
   Фотосинтез - это...
2. 
   Процесс фотосинтеза осуществляется в органеллах клетки -….
3. 
   Свободный кислород при фотосинтезе выделяется при расщеплении...
4. 
   На какой стадии фотосинтеза образуется свободный кислород? На....
5. 
   В течение световой стадии ... АТФ.
6. 
   В темновой стадии в хлоропласте образуется...
7. 
   При попадании солнечного счета на хлорофилл происходит... .
8. 
   Фотосинтез происходит в клетках....
9. 
   Световая фаза фотосинтеза происходит в...
10. 
    Темновая фаза происходит в... время суток.

Изучение нового материала (с предварительным повторением).

1. Итак, живая клетка постоянно поглощает вещества из окружающей среды и выделяет их в окружающую среду. Taк, клетки человека поглощают кислород, воду, глюкозу, амине кислоты, минеральные соли, витамины, а выводят углекислый газ, воду, мочевину, мочевую кислоту и др. Клетка представляет собой открытую систему, поскольку между ней и окружающей средой постоянно происходит обмен веществ и энергии.

2. Биосинтез белка относится к реакциям пластического обмена.

Биосинтез белка - важнейший процесс в живой природе. Это создание молекул белка на основе информации о последовательности аминокислот в его первичной структуре, заключенной в структуре ДНК.

Процесс биосинтеза молекул белка осуществляется в рибосомах и идет с потреблением энергии (АТФ). В биосинтезе участвуют аминокислоты, многочисленные ферменты и различные РНК.

Характер биосинтеза определяется наследственной информацией, закодированной в определенных участках ДНК - генах. Гены содержат информацию об очередности аминокислот в молекуле белка, то есть кодируют его первичную структуру.

Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех нуклеотидов в молекуле ДНК - триплет (например, Ц-А-Ц - валин и т. д.). Зависимость между триплетами нуклеотидов и аминокислотами - генетический код.

Суть генетического кода заключается в том, что последовательность расположения нуклеотидов в ДНК и в иРНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Носителем генетической информации является ДНК, но так как непосредственное участие в синтезе белка принимает иРНК, то генетический код записан на «языке» РНК.

Молекулы иРНК передают этот код для биосинтеза. Схематично процесс биосинтеза можно представить так:

Биосинтез белка состоит из двух последовательных этапов: транскрипции и трансляции.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

Закрепление изученного материала.

Задание 1. Используя текст учебника (§ 2.13), дайте определения понятиям:

• 
  Транскрипция - это...
• 
  Трансляция – это... .

Задание 2. Закончите предложения:

1. 
   Информация о структуре белка хранится в... , а его синтез осуществляется в...
2. 
   Роль иРНК в процессе биосинтеза белка - ... .
3. 
   Роль тРНК в процессе биосинтеза белка - ...

Под действием биологических катализаторов (ферментов) из соединений (компонентов пищи), поступающих в организм, образуются новые вещества, из которых строятся его клетки. Так осуществляется процесс ассимиляции (анаболизма) - усвоения необходимых для организма веществ и превращения их в соединения, аналогичные компонентам этого организма и необходимые для его жизнедеятельности.

Одновременно с процессом ассимиляции в организме происходит и процесс диссимиляции (катаболизма), при котором образованные и накопленные при ассимиляции сложные органические соединения также ферментативно разлагаются до более простых соединений или конечных продуктов с постепенным высвобождением энергии, чаще всего в виде АТФ, которая используется для разнообразных процессов жизнедеятельности, в том числе для синтеза новых соединений.

Ассимиляция и диссимиляция, хотя и противоположные по результатам процессы, в основе своей тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены. Взаимосвязь их обнаруживается в расходовании на биосинтез веществ (ассимиляцию) той энергии, которая освобождается в процессе диссимиляции. Без этой энергии не могут образовываться и продукты распада белков, жиров и углеводов, необходимые для биосинтеза. С другой стороны, ассимиляция обусловливает накопление в организме соответствующего энергетического материала. Эти процессы являются важнейшими звеньями метаболизма - совокупности процессов биохимических превращений веществ и энергии в живых организмах, обмена веществ.

Ассимиляцию называют также обменом пластических, питательных веществ, а диссимиляцию - энергетическим обменом. Для ассимиляции у зеленых растений используется энергия поглощенных световых лучей, у микроорганизмов-хемосинтетиков - энергия, выделяемая при окислении ими разных неорганических веществ.

АТФ - универсальный источник энергии в клетке. В организме человека, животных, большинства, микроорганизмов необходимая энергия образуется в реакциях катаболизма при дыхании или брожении. Эта энергия, прежде чем превратиться в какую-нибудь другую форму (механическую, осмотическую), переходит в особую форму химической энергии - энергию макроэргических связей молекул аденозинтрифосфорной кислоты. У большинства организмов энергия, выделяемая во время одной ферментативной реакции, является звеном «каталитического конвейера» - каскадного процесса освобождения энергии. Аккумуляция и транспорт энергии осуществляются с помощью одного и универсального для всех организмов источника энергии функциональной деятельности клетки - АТФ.

Основные вещества, из которых клетка черпает энергию в АТФ, - широко распространенные моносахариды, в первую очередь глюкоза. Среди многих способов распада глюкозы важную роль играют два тесно связанных между собой процесса, базирующихся на анаэробном расщеплении субстрата, - гликолиз и разные типы брожения продуктов гликолиза.

Источник---

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Подобна сложнейшему комбинату. Для протекания химических процессов в ней необходим постоянный обмен веществами и энергией между клеткой и окружающей средой.

Через плазматическую мембрану внутрь клетки непрерывно поступают белки, жиры, углеводы, и микроэлементы. Получаемые извне питательные вещества расходуются на синтез соединений, нужных , и построение клеточных структур. Но для любого синтеза необходима энергия.

Весь набор реакций биосинтеза веществ в клетке получил пластического обмена (ассимиляции, ). Особенно интенсивно он в развивающихся, растущих клетках.

Фотосинтез и биосинтез белка – важнейшие примеры реакций ассимиляции.

Наряду с процессами синтеза в клетках постоянно происходит распад запасенных органических веществ. При участии ферментов молекулы этих веществ расщепляются до более простых соединений, и при этом высвобождается энергия. Наиболее часто она запасается в виде АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, используемой далее для нужд клетки, и в том числе реакций биосинтеза.

Ассимиляция и диссимиляция – две стороны метаболизма

Процессы анаболизма и катаболизма тесно связаны между собой и не могут протекать друг без друга, ведь в первом случае происходит образование веществ с затратами энергии, а во втором – распад веществ с выделением и запасанием энергии. Если не синтезировать новые органические вещества, то и распадаться будет нечему, а в случае прекращения реакций распада и синтез станет невозможным из-за нехватки энергии. Поэтому реакции ассимиляции и диссимиляции – две единого процесса – метаболизма.

Реакции пластического и энергетического обмена всегда строго сбалансированы и скоординированы. Нарушение такого баланса приводит к заболеваниям как отдельных клеток, так и всего организма в целом.

При каких условиях протекают реакции метаболизма в клетке

Реакции метаболизма протекают при умеренных температурах, малых колебаниях . Вне живых организмов такие реакции были бы или вообще невозможны, или протекали бы очень медленно. Высокая скорость реакций в живых организмах обусловливается участием в них ферментов-катализаторов.

Благодаря высокой активности ферментов их требуется очень мало для обеспечения достаточной скорости метаболических процессов. Но поскольку они действуют избирательно, клетке требуется очень много различных видов ферментов.