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.

Обмен веществ и его типы

Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма в изменяющихся условиях существования – гомеостаз . Обмен веществ слагается из двух взаимосвязанных и взаимопротивоположных процессов. Это процессы диссимиляции , в которых происходит расщепление органических веществ и выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ, и процессы ассимиляции, в которых энергия АТФ используется для синтеза собственных, необходимых организму соединений.

Процессы диссимиляции называют, также, катаболизмом и энергетическим обменом . А процессы ассимиляции носят еще названия анаболизма и пластического обмена . Такое обилие синонимов одного и того же понятия возникло потому, что реакции обмена веществ изучали ученые различных специальностей:

• биохимики,
• физиологи,
• цитологии,
• генетики,
• молекулярные биологи.

Но все названия и термины прижились и активно используются учеными.

Формы поступления энергии в живые организмы

Для всех живых организмов Земли Солнце является основным источником энергии. Именно благодаря ему организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.

Организмы, которые могут синтезировать органические соединения из неорганических, называются автотрофами. Они разделяются на две группы. Одни способны использовать энергию солнечного света. Это – фотосинтетики или фототрофы. В основном это - зеленые растения, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

Другая группа автотрофов использует энергию, которая освобождается во время химических реакций. Такие организмы называются хемотрофами или хемосинтетиками.

Грибы, большая часть животных и бактерий не могут сами синтезировать органические вещества. Такие организмы называются гетеротрофами. Для них источником энергии служат органические соединения, синтезированные автотрофами. Энергия используется живыми организмами для химических, механических, тепловых и электрических процессов.

Подготовительный этап энергетического обмена

Энергетический обмен принято условно разделять на три основных этапа. Первый этап назвали подготовительным. На этом этапе макромолекулы под воздействием ферментов расщепляются до мономеров. В ходе реакций происходит выделение довольно незначительного количества энергии, которое рассеивается в виде тепла.

Бескислородный этап энергетического обмена

Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена происходит в клетках. Мономеры, которые образовались на предыдущем этапе (глюкоза, глицерин и т.п.), подвергаются дальнейшему многоступенчатому расщеплению без доступа кислорода. Главным на этом этапе является процесс расщепления молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты с образованием двух молекул АТФ.

$C_6H_{12}O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_3H_6O_3 + 2АТФ + 2H_2O$

В ходе этой реакции (реакция гликолиза) выделяется около $200$ кДж энергии. Однако она не вся превращается в тепло. Часть ее используется для синтеза двух, богатых на энергию (макроэргических), фосфатных связей в молекулах АТФ. Глюкоза также расщепляется в ходе спиртового брожения.

$C_6H_{12}O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2АТФ + 2H_2O$

Кроме спиртового существуют еще такие виды бескислородного брожения, как маслянокислое и молочнокислое.

Кислородный этап энергетического обмена

На этом этапе соединения, образованные на бескислородном этапе, окисляются до конечных продуктов реакции – углекислого газа и воды. Английский биохимик Адольф Кребс в $1937$ году открыл последовательность превращений органических кислот в матриксе митохондрий. В его честь совокупность этих реакций назвали циклом Кребса.

Замечание 1

Полное окисление молекул молочной или пировиноградной кислоты, образованных в ходе анаэробного процесса, до углекислого газа и воды сопровождается выделением $2800$ кДЖ энергии. Этого количества хватит на синтез $36$ молекул АТФ (в $18$ раз больше, чем на предыдущем этапе).

Суммарное уравнение кислородного этапа энергетического обмена выглядит так:

$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36АДФ + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36АТФ$

Подводя общий итог, можно записать суммарное уравнение энергетического обмена:

$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 38АДФ + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38АТФ$

На завершающей стадии происходит выведение продуктов метаболизма из организма.

Ассимиляция в биологии - это процесс, который играет важную роль в пищеварительной системе живого организма. Что же это такое? Допустим, вы сегодня съели еду, чтобы получить определенную энергию. Но вы когда-нибудь задумывались о том, как пища попадает из тарелки в клетки? После того как вы что-то съели, ваш организм начинает расщеплять пищу во время пищеварения, поглощает питательные вещества и распределяет их по клеткам во время ассимиляции, где они используются для роста и восстановления.

Что происходит после еды?

Чтобы понять, что такое усвоение пищи и ассимиляция в биологии, давайте сначала посмотрим, как мы перевариваем обычную еду. Возьмем такой пример, как чизбургер. Во время жевания происходит вымачивание, измельчение и превращение еды в болюс, который затем перемещается через пищевод в желудок, где уже сильные кислоты и ферменты разбивают его на части.

Углеводы и белки (булочка и мясо) начинают перевариваться раньше всех. Далее в тонком кишечнике жиры (сыр) начинают разрушаться до их отдельных компонентов, называемых жирными кислотами. На данный момент переваривание чизбургера завершено. Теперь пришло время, чтобы усвоить питательные вещества, поступившие в ваш организм.

Усвоение питательных веществ

Усвоение питательных веществ осуществляется в тонком кишечнике, который снабжен мелкими выступами, которые называются микроворсинками. Эти важные клетки принимают питательные вещества из кишечника и перекачивают его в кровь, которая доставляет их к телу. Чтобы понять этот процесс, давайте посмотрим на то, как конкретно усваиваются углеводы.

К тому времени, как углеводы, содержащиеся в булочке гамбургера, достигают тонкого кишечника, они разбиваются на сахар, известный как глюкоза. Микроворсинки содержат небольшие насосы, которые высасывают ее из просвета кишечника, и перемещают в его эпителиальные клетки. Однако, чтобы сахар поступил к остальной части тела, он должен войти в поток крови. Другая сторона кишечных эпителиальных клеток имеет еще один насос, который направляет глюкозу в кровеносные сосуды, которые окружают кишечник.

Слишком много глюкозы в крови может вызвать серьезные проблемы, поэтому часть ее доставляется в печень для хранения. Клетки этого жизненно важного органа хранят избыток сахара в виде гликогена. Оттуда глюкоза доставляется ко всем клеткам в организме, которые используют ее для создания клеточной энергии, или АТФ, необходимой для удовлетворения всех потребностей клеток и организма в целом. Питательные вещества - это не единственное, что необходимо для того, чтобы тело продолжало оставаться здоровым. Очень важным является достаточное употребление воды.

Ассимиляция в биологии - это что?

Биологическое усвоение представляет собой сочетание двух процессов, во время которых в клетки поставляются питательные вещества. Первый включает в себя поглощение витаминов, минералов и других химических веществ из пищи. В организме человека это делается с помощью физического (пероральное жевание и желудочное вспенивание) и химического распада (ферментов и кислот). Второй процесс, который называется биоассимиляцией, является химическим изменением веществ в крови, печени или клеточных выделениях.

Ассимиляция и диссимиляция в биологии

Диссимиляцией в биологии называют процесс распада органических соединений (белков, жиров, углеводов и т. д.) на простые вещества. Единство ассимиляции и диссимиляции обеспечивает обмен вещества и энергии, которая является краеугольным камнем жизнедеятельности и обеспечивает непрерывность обновления органического вещества в течение всего жизненного цикла организма.

Диссимиляция в растительных и животных организмах

Диссимиляция в растениях занимает центральное место в метаболизме целого ряда процессов, в том числе дыхания и гликолиза. Высвобождение энергии и используемый результат этих процессов необходим для существования жизненно важных признаков. Среди конечных продуктов диссимиляции лидирующие позиции занимают вода, газообразный диоксид углерода и аммиак.

Если у животных эти продукты в процессе накопления выделяются снаружи, то у растений углекислый газ (не в полной мере) и аммиак применяются для биосинтеза органики и являются исходным материалом для усвоения. Интенсивность процессов диссимиляции у растений изменяется в зависимости от стадии онтогенеза организма и зависит от некоторых других факторов.

Примеры биологической ассимиляции

Основным источником энергии для всего живого на планете является солнечное излучение. Все организмы, обитающие на Земле, могут быть разделены на автотрофные и гетеротрофные. Первая группа - это преимущественно зеленые растения, способные преобразовывать лучистую энергию от солнца и путем фотосинтеза получать органические соединения из неорганических веществ.

Остальные живые организмы, не считая некоторых микроорганизмов, способных получать энергию с помощью средств от химических реакций, усваивают уже сформированное органическое вещество и используют его в качестве источника энергии или в качестве структурного материала для создания органов. Время, когда происходит самая активная и интенсивная ассимиляция в биологии, - это молодой возраст у животных и вегетационный период у растений.

Метаболизм: единство двух процессов

Метаболизм представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. Усвоение является суммой всех процессов создания живой материи: поглощение клеткой веществ, поступающих в организм из окружающей среды, формирование более сложных химических соединений из более простых и так далее. Ассимиляция в биологии - это процесс, в котором клетки, использующие различные материалы, превращаются в живую материю. Диссимиляция - это разрушение живой материи, распад, расщепление веществ в клеточных структурах, в частности в белковых соединениях. Ассимиляция (примеры в природе - это фотосинтез, фиксация азота из почвы, поглощение питательных веществ при пищеварении) и диссимиляция неразрывно связаны между собой. Усвоение сопровождается увеличением процессов разрушения, которые, в свою очередь, подготавливают почву для ассимиляции.

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА

Тема: Ассимиляция и диссимиляция. Метаболизм.

ФИО Муратова Гульназ Раушановна

Место работы МБОУ «Нижнебишевская СОШ»

Должность учитель биологии

Предмет биология

6. Базовый учебник Биология. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс: учеб. для общеобразовательных учреждений / А.А. Каменский,Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник.- 11-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2010

Цель урока:

Познакомить учащихся с понятием «обмен веществ в организме», ассимиляция, диссимиляция, метаболизм.

Задачи урока:

Образовательные: конкретизировать знания об обмене веществ (метаболизме) как свойстве живых организмов, познакомить с двумя сторонами обмена, выявить общие закономерности метаболизма; установить связь пластического и энергетического обмена на разных уровнях организации живого и их связь с окружающей средой.

Развивающие:формировать умение выделять сущность процесса в изучаемом материале; обобщать и сравнивать, делать выводы; работать с текстом, схемами, другими источниками;

реализация творческого потенциала учащихся, развитие самостоятельности.

Воспитательные: используя приобретенные знания, понимать перспективы практического использования фотосинтез; понимать влияние обмена веществ на сохранение и укрепление здоровья.

Оборудование: компьютер, проектор, презентация.

Тип урока: изучение нового материала.

Формы работы учащихся: самостоятельная работа с учебником, индивидуальная работа у доски, фронтальная работа.

Ход урока

Организационный момент.

II . Повторение материала

Проверка правильности заполнения таблицы «Сравнение строения клеток эукариот и прокариот». (Ответ учащегося у доски.)

Фронтальная беседа по вопросам:

Какую роль выполняет спора у прокариот? Чем она отличается от спор эукариот?

Сравнивая строение и процессы жизнедеятельности эукариот и прокариот, выделите признаки, позволяющие предположить, какие клетки исторически более древние, а какие - более молодые.

Что такое ферменты? Какова их роль в организме?

Что такое обмен веществ? Приведите примеры обмена веществ в организме.

III. Изучение нового материала .

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

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

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).

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

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде 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.

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.

IV. Закрепление изученного материала.

Что такое ассимиляция? Приведите примеры реакций синтеза в клетке.

Что такое диссимиляция? Приведите примеры реакций распада в клетке.

Докажите, что ассимиляция и диссимиляция - две стороны единого процесса обмена веществ и энергии - метаболизма.

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

Процессы, протекающие в клетках		Обмен веществ
1. Испарение воды 2. Дыхание 3. Расщепление жиров 4. Биосинтез белков 5. Фотосинтез 6. Расщепление белков	7.Расщепление полисахаридов 8. Биосинтез жиров 9.Синтез нуклеиновых кислот 10. Хемосинтез	А – ассимиляция Б – диссимиляция

Ответ: 1 – Б, 2 – Б, 3 – Б, 4 – А, 5 – А, 6 – Б, 7 – Б, 8 – А, 9 – А, 10 – А.

Домашнее задание: Изучить § 2.8 «Ассимиляция и диссимиляция. Метаболизм», ответить на вопросы в конце параграфа, повторить § 1.7.