Как называется способ питания животных
Какие существуют типы питания живых организмов? Две группы организмов по способу получения пищи
Мы заняты множеством повседневных дел, требующих большого количества энергии. Эта энергия поступает из пищи, которую мы потребляем. Пища жизненно важна, так как она содержит питательные вещества, обеспечивающие нас энергией для роста, восстановления и других физиологических процессов. Все это возможно благодаря процессу питания.
Давайте подробнее узнаем о питании живых организмов и его типах.
Что такое питание?
Питание – это процесс приема пищи и преобразования ее в энергию и другие жизненно важные питательные вещества, необходимые для жизни.
Питательные вещества – это компоненты, обеспечивающие энергию и биомолекулы, необходимые для выполнения различных функций организма. Все живые существа нуждаются в питательных веществах для правильного функционирования и роста. Но они по-разному их получают. Одни питаются простыми неорганическими соединениями для удовлетворения своих потребностей в питательных веществах, в то время как другие используют сложные соединения. Способ питания варьируется от одного вида к другому.
Типы питания живых организмов
Существует два основных способа получения питательных веществ живыми организмами:
Автотрофное питание
При автотрофном способе питания организмы используют простые неорганические вещества, такие как вода и углекислый газ, в присутствии света и хлорофилла, чтобы самостоятельно синтезировать пищу. Другими словами, процесс фотосинтеза используется для преобразования световой энергии в пищу, такую как глюкоза. Растения, водоросли и бактерии (цианобактерии) – вот некоторые примеры автотрофных организмов.
Во время фотосинтеза углекислый газ и вода превращаются в углеводы. Эти углеводы хранятся в растениях в виде крахмала. Позже растения получают необходимую энергию из запасенного крахмала. Процесс фотосинтеза можно описать тремя этапами:
Все три этапа не являются непрерывным процессом. Они могут происходить или не происходить последовательно.
У растений есть устьица – отверстия на листьях, где происходит газообмен, который регулируется замыкающими клетками. Растения поглощают и выделяют газы через эти устьичные поры.
В пустынной среде обитания, чтобы избежать потери воды, замыкающие клетки закрывают эти поры в дневное время. Позже, в ночное время, устьица открываются для поглощения углекислого газа и накопления в вакуолях. В дневное время они будут использовать накопленный углекислый газ для фотосинтеза.
Помимо фотосинтеза, растения также зависят от почвы, содержащей микро- и макроэлементы. Эти элементы используются для синтеза белков и других важных соединений, необходимых для правильного функционирования и роста.
Гетеротрофное питание
Не каждый организм способен самостоятельно синтезировать питательные вещества. Организмы, которые не могут производить пищу самостоятельно и зависят от других источников/организмов, называются гетеротрофами. Этот способ питания известен как гетеротрофное питание.
Грибы и все животные, включая человека, являются гетеротрофами. Гетеротрофное питание может различаться в зависимости от вида, среды обитания и адаптаций. Одни питаются растениями (травоядные), а другие – животными (плотоядные), а некоторые едят и то и другое (всеядные). Таким образом, можно сказать, что выживание гетеротрофов прямо или косвенно зависит от растений.
Гетеротрофы подразделяются на различные группы в зависимости от способа их питания:
По типу получаемой пищи гетеротрофов подразделяют:
Подведение итогов
Живые организмы не способные самостоятельно производить питательные вещества относятся гетеротрофам. Автотрофы в свою очередь могут синтезировать свою пищу в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Автотрофные организмы часто являются источником пищи для большинства гетеротрофных. Основная часть живых организмов на планете – это гетеротрофы, включая некоторые виды паразитических или плотоядных растений.
Как называется способ питания животных
Пищей являются растения – их листья, побеги, плоды, семена, корни и т.д.
Особенностью устройства ротового аппарата является преобладание резцов и коренных зубов (для млекопитающих) или роговых пластин, приспособленных для перетирания растительной пищи. Клопы, тли, цикады обладают колюще-сосущим ротовыми аппаратами – этим обеспечивается питание соками растений. Развиваются дополнительные отделы желудочно-кишечного тракта – слепая кишка, рубец и т.д., формируется симбиоз с бактериями, перерабатывающими клетчатку. Для травоядных млекопитающих характерно относительное развитие периферического зрения. Сравнительно с хищными млекопитающими, у травоядных скелет и мускулатура более грубые и менее координационно развиты, вместе с этим, однако, повышается выносливость.
У некоторых животных развиваются узкоспецифические предпочтения – например, питание листьями и побегами лишь одного вида растения (коала – эвкалипт).
Пищей в этом случае являются другие животные.
Развиваются различные орудия нападения и удержания жертвы: особенности ротового аппарата, в том числе устройство зубов и челюстей – преимущественное развитие получают клыки (для млекопитающих), вытянутая пасть (крокодилы), с несколькими рядами зубов направленными вовнутрь (акула); когти (кошачьи, хищные птицы). Для хищных млекопитающих характерно относительное снижение периферического зрения за счет увеличения его остроты. Для многих хищников характерен засадный метод охоты – выжидание жертвы и относительно короткий бросок – необходимы высокая скорость, точная координация, но это происходит в общем случае за счет снижения выносливости; развиваются различные виды покровительственной (маскирующей) окраски.
Своеобразный метод охоты мы встречаем у представителя иглокожих – морской звезды – она наползает на мидию, выворачивает желудок, оплетая им мидию, дожидается открытия створок и впрыскивает пищеварительные ферменты внутрь раковины.
Дятлы, которых можно отнести к насекомоядным, питаются личинками насекомых, живущими под корой деревьев. Приспособлением к этому служит массивный прочный клюв и особенное устройство лап и хвоста, позволяющих удерживаться на вертикальном стволе дерева.
Трупоеды – питаются остатками организмов.
Падальщики – питаются мертвыми животными. Птицы падальщиков (грифы) обладают длинными шеями, практически лишенными оперенья, млекопитающие падальщики обладают узкими мордами. Для них характерно хорошее обоняние. К падальщикам можно отнести крабов. Личинки мух питаются мертвыми органическими остатками животных и растений. Жуки навозники, питаются экскрементами содержащими большое количество органических остатков.
Паразиты – питаются соками, тканями или пищей своего хозяина.
Адаптации к паразитизму: высокая плодовитость, органы прикрепления (например присоски у паразитических червей), покровы, не переваривающиеся в теле хозяина, особенности ротового аппарата (например, колюще-сосущий), способность переживать неблагоприятные условия среды (образование цист, устойчивые яйца и капсулы с личинками, инкапсуляция в теле хозяина)
Паразитизм близок к хищничеству, однако в отличие от настоящего хищника паразит не убивает хозяина сразу. Обычно он использует живого хозяина как место своего временного или постоянного проживания. Паразитов подразделяют на две основные категории: микропаразиты и макропаразиты.
К микропаразитам относятся те, которые непосредственно размножаются внутри тела хозяина (вирусы, бактерии, простейшие). Микропаразиты растут в теле хозяина, но, размножаясь, образуют особые формы, которые покидают одного хозяина, чтобы заселить другого.
В основном паразитами являются животные, стоящие относительно низко на систематической лестнице: типы Плоские и круглые черви, Членистоногие: Паукообразные (клещи), Насекомые (блохи, клопы, двукрылые (комары, москиты, мошки, слепни), вши), Ракообразные. Круглоротые (миксина).
Симбионты – организмы, живущие совместно и помогающие друг другу добывать и усваивать питательные вещества.
Классические примеры симбиоза — сожительство рака – отшельника и актинии, зеленой гидры с одноклеточными водорослями.
Форму симбиоза приобретают взаимоотношения при питании муравьев сахаристыми выделениями гусениц бабочки – голубянки. Муравьи защищают этих гусениц от хищников и паразитов, а гусеницы перед окукливанием зарываются в муравейник. Аналогичные отношения отмечаются у многих муравьев и тли: муравьи защищают тлю от врагов, а сами питаются их выделениями.
В животном мире пример наиболее совершенного симбиоза дают термиты, пищеварительный тракт которых служит приютом для жгутиковых или бактерий. Благодаря симбиозу, термиты в состоянии переварить древесину, а микроорганизмы получают убежище, вне которого они существовать не способны. Или взаимоотношения воловьих птиц и носорогов. Птицы кормятся насекомыми-паразитами на коже носорога, а их взлет служит ему сигналом об опасности.
Всеядные – питание пищей как растительного, так и животного происхождения.
Для таких животных характерен наименее специализированный ротовой аппарат. В общем случае имеются черты свойственные и для хищников, и для травоядных. К всеядным животным можно отнести медведей, крыс, некоторых приматов, сверчков. Из пресмыкающихся это то агамы, синеязыкие сцинки, дневные гекконы и некоторые другие рептилии. Жабы, лягушки-рогатки и многие ящерицы не откажутся от мышонка подходящего размера. К этой группе относится и человек
Урок по теме «Питание животных»
Разделы: Биология
Цель урока: предоставить возможность учащимся 6 класса усовершенствовать свои знания по теме: “Питание животных”, создать условия для осознания и осмысления новой информации.
Тип урока: комбинированный.
Методы обучения: частично – поисковый, объяснительно-иллюстративный.
Формы организации познавательной деятельности: групповая, индивидуальная.
1. Организационный момент. Приветствие. Ребята сидят по группам. Группы подобраны с учетом интеллектуальных способностей учащихся и желания ребят.
2. Постановка целей урока перед учащимися.
Для этого учащимся задаются следующие загадки:
Под корой сосны и ели
Точит сложные тоннели
Только к дятлу на обед
Попадает … (короед)
От зубастых щук таясь,
Стороной проплыл … (карась)
Все жуки, букашки, мушки –
Вкусный завтрак для … (лягушки)
Всех перелетных птиц черней,
Чистит пашню от червей,
Взад, вперед по полю вскачь,
А зовется птица … (грач)
В лесу мне видеть довелось,
Как грыз кору могучий…(лось)
Постановка цели изучения нового материала.
Вопрос к учащимся: О чем пойдет речь на сегодняшнем уроке?
– О питании животных
На предыдущем уроке было изучено питание растений; сформулируем тему сегодняшнего урока и запишем ее в тетради: “Питание животных”.
Постановка целей урока для учащихся:
– Мы должны узнать, как питаются разные животные.
– Выяснить, какие приспособления имеют животные для добывания пищи.
– Выяснить, что общего в процессе питания у всех животных.
3. Изучение нового материала:
Учащимся разных групп задаются вопросы:
А) Что такое процесс питания?
Б) На какие группы делятся организмы по способу питания?
В) Что вам было знакомо о питании животных?
Г) на какие группы вы делили всех животных по способу питания при изучении окружающего мира в начальной школе?
4. Знакомство учащихся с представителями разных групп животных по способу питания.
А) Ребята работают в группах с текстом учебника. Каждой группе дается карточка с названием группы животных. Также дается инструктивная карточка для устного ответа группы.
Б) Выступление групп. Учащиеся отвечают по вопросам инструктивной карточки.
В) Рассказ каждой группы сопровождается слайдовой презентацией и кратким рассказом учителя.
Слайдовая презентация. В течение знакомства беседа с ребятами о приспособлениях к определенному типу питания.
Пищей являются растения – их листья, побеги, плоды, семена, корни и т.д.
Особенностью устройства ротового аппарата является преобладание резцов и коренных зубов (для млекопитающих) или роговых пластин, приспособленных для перетирания растительной пищи. Клопы, тли, цикады обладают колюще-сосущим ротовыми аппаратами – этим обеспечивается питание соками растений. Развиваются дополнительные отделы желудочно-кишечного тракта – слепая кишка, рубец и т.д., формируется симбиоз с бактериями, перерабатывающими клетчатку. Для травоядных млекопитающих характерно относительное развитие периферического зрения. Сравнительно с хищными млекопитающими, у травоядных скелет и мускулатура более грубые и менее координационно развиты, вместе с этим, однако, повышается выносливость.
У некоторых животных развиваются узкоспецифические предпочтения – например, питание листьями и побегами лишь одного вида растения (коала – эвкалипт).
Пищей в этом случае являются другие животные.
Развиваются различные орудия нападения и удержания жертвы: особенности ротового аппарата, в том числе устройство зубов и челюстей – преимущественное развитие получают клыки (для млекопитающих), вытянутая пасть (крокодилы), с несколькими рядами зубов направленными вовнутрь (акула); когти (кошачьи, хищные птицы). Для хищных млекопитающих характерно относительное снижение периферического зрения за счет увеличения его остроты. Для многих хищников характерен засадный метод охоты – выжидание жертвы и относительно короткий бросок – необходимы высокая скорость, точная координация, но это происходит в общем случае за счет снижения выносливости; развиваются различные виды покровительственной (маскирующей) окраски.
Своеобразный метод охоты мы встречаем у представителя иглокожих – морской звезды – она наползает на мидию, выворачивает желудок, оплетая им мидию, дожидается открытия створок и впрыскивает пищеварительные ферменты внутрь раковины.
Дятлы, которых можно отнести к насекомоядным, питаются личинками насекомых, живущими под корой деревьев. Приспособлением к этому служит массивный прочный клюв и особенное устройство лап и хвоста, позволяющих удерживаться на вертикальном стволе дерева.
Трупоеды – питаются остатками организмов.
Падальщики – питаются мертвыми животными. Птицы падальщиков (грифы) обладают длинными шеями, практически лишенными оперенья, млекопитающие падальщики обладают узкими мордами. Для них характерно хорошее обоняние. К падальщикам можно отнести крабов. Личинки мух питаются мертвыми органическими остатками животных и растений. Жуки навозники, питаются экскрементами содержащими большое количество органических остатков.
Паразиты – питаются соками, тканями или пищей своего хозяина.
Адаптации к паразитизму: высокая плодовитость, органы прикрепления (например присоски у паразитических червей), покровы, не переваривающиеся в теле хозяина, особенности ротового аппарата (например, колюще-сосущий), способность переживать неблагоприятные условия среды (образование цист, устойчивые яйца и капсулы с личинками, инкапсуляция в теле хозяина)
Паразитизм близок к хищничеству, однако в отличие от настоящего хищника паразит не убивает хозяина сразу. Обычно он использует живого хозяина как место своего временного или постоянного проживания. Паразитов подразделяют на две основные категории: микропаразиты и макропаразиты.
К микропаразитам относятся те, которые непосредственно размножаются внутри тела хозяина (вирусы, бактерии, простейшие). Микропаразиты растут в теле хозяина, но, размножаясь, образуют особые формы, которые покидают одного хозяина, чтобы заселить другого.
В основном паразитами являются животные, стоящие относительно низко на систематической лестнице: типы Плоские и круглые черви, Членистоногие: Паукообразные (клещи), Насекомые (блохи, клопы, двукрылые (комары, москиты, мошки, слепни), вши), Ракообразные. Круглоротые (миксина).
Симбионты – организмы, живущие совместно и помогающие друг другу добывать и усваивать питательные вещества.
Классические примеры симбиоза — сожительство рака – отшельника и актинии, зеленой гидры с одноклеточными водорослями.
Форму симбиоза приобретают взаимоотношения при питании муравьев сахаристыми выделениями гусениц бабочки – голубянки. Муравьи защищают этих гусениц от хищников и паразитов, а гусеницы перед окукливанием зарываются в муравейник. Аналогичные отношения отмечаются у многих муравьев и тли: муравьи защищают тлю от врагов, а сами питаются их выделениями.
В животном мире пример наиболее совершенного симбиоза дают термиты, пищеварительный тракт которых служит приютом для жгутиковых или бактерий. Благодаря симбиозу, термиты в состоянии переварить древесину, а микроорганизмы получают убежище, вне которого они существовать не способны. Или взаимоотношения воловьих птиц и носорогов. Птицы кормятся насекомыми-паразитами на коже носорога, а их взлет служит ему сигналом об опасности.
Всеядные – питание пищей как растительного, так и животного происхождения.
Для таких животных характерен наименее специализированный ротовой аппарат. В общем случае имеются черты свойственные и для хищников, и для травоядных. К всеядным животным можно отнести медведей, крыс, некоторых приматов, сверчков. Из пресмыкающихся это то агамы, синеязыкие сцинки, дневные гекконы и некоторые другие рептилии. Жабы, лягушки-рогатки и многие ящерицы не откажутся от мышонка подходящего размера. К этой группе относится и человек
Г) Запись групп животных в тетради в виде схемы:
5. Закрепление изученного материала:
А) Закрепление знаний о группах организмов с помощью игрового приема:
К нам на урок были приглашены представители всех групп, но они, к сожалению, приехать не смогли, а прислали нам телеграммы. Наша задача – определить, кто является авторами телеграмм.
(Детям раздаются телеграммы, они их зачитывают и определяют авторов.)
№ 1. Мы ближе всех к автотрофам. Зря они нас не любят! Ведь некоторые из нас помогают им размножаться!
№ 2. Мы – самые беспощадные! Нет от нас спасения! Мы бы не были такими, только …
№ 3. Мы – санитары планеты. Без нас Земля быстро превратится в свалку!
№ 4. Мы – самые дружелюбные. Мы любим жить в мире и дружбе с другими существами! Мы очень много делаем друг для друга!
№ 5. А мы – эгоисты! Себя обожаем! Хозяйскою пищей себя мы питаем! Вот только мы хищников не понимаем: хозяев мы видеть живыми желаем!
Б) Распределить животных по типам питания. Индивидуальная работа в группах.
(Учащиеся на заранее выданных карточках заполняют таблицу, распределяя животных по группам питания, список животных прилагается.)
После окончания работы учащиеся осуществляют проверку друг друга. Ребятам или выдаются правильные ответы для ускорения работы или они проецируются на экране.
| волк | личинка мухи | фазан | пиявка | свинья |
| 2 | 4 | 1 | 3 | 5 |
| лев | гиена | ласточка | клещ | голубь |
| 2 | 4 | 2 | 3 | 1 |
| пантера | клест | акула | медведь | аскарида |
| 2 | 1 | 2 | 5 | 3 |
| орел | гриф | белка | гадюка | вирус |
| 2 | 4 | 1 | 2 | 3 |
| сова | хомяк | вороны | махаон | блоха |
| 2 | 1 | 5 | 1 | 3 |
5 – нет ошибок
4 – одна ошибка
3 – две ошибки
2 – три и более ошибок
6. Общий вывод по уроку:
Учащиеся делают вывод по уроку:
7. Подведение итогов. Рефлексия.
Проанализировать, дать оценку успешности достижения цели и наметить перспективу на будущее. Самооценка и оценка работы класса и отдельных учащихся. Учитель задает ученикам вопросы:
Учащиеся сдают рисунок, отражающий их эмоции по уроку.
На изображенном на листе ватмана дереве они прикрепляют листья разного цвета: Зеленый цвет – у меня хорошее настроение
Желтый цвет – у меня настроение так себе, ни хорошее, ни плохое
Красный цвет – у меня плохое настроение
Выставление оценок, их аргументация. Выставление отметок по карточкам возможно на следующем уроке.
8. Домашнее задание. Стр. 60–62. Вопросы на стр. 66–67. Возможна запись домашнего задания в начале урока.
Последовательности биологических процессов
Типы питания живых организмов
Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, зависящие от поступления вещества и энергии извне. Процесс потребления вещества и энергии называется питанием. Химические вещества необходимы для построения тела, энергия — для осуществления процессов жизнедеятельности. Существует два типа питания живых организмов: автотрофное и гетеротрофное, и три группы организмов по типу питания: автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы.
Классификация живых организмов по типам питания
В зависимости от источника энергии автотрофы делятся на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов.
Классификация автотрофов в зависимости от источника энергии
| Тип | Характеристика | Организмы |
| Фототрофы | Организмы, использующие для биосинтеза световую энергию | Растения, цианобактерии |
| Хемотрофы | Организмы, использующие для биосинтеза энергию химических реакций окисления неорганических соединений | Хемотрофные бактерии: водородные, нитрифицирующие, железобактерии, серобактерии и др. |
По способу получения пищи гетеротрофы делятся на фаготрофов (голозоев) и осмотрофов.
Классификация гетеротрофов по способу получения пищи
| Тип | Характеристика | Организмы |
| Фаготрофы (голозои) | Заглатывают твёрдые куски пищи | Животные |
| Осмотрофы | Поглощают органические вещества из растворов непосредственно через клеточные стенки | Грибы, большинство бактерий |
По состоянию источника пищи гетеротрофы делятся на биотрофов и сапротрофов.
Классификация гетеротрофов по состоянию источника пищи
| Тип | Характеристика | Примеры |
| Биотрофы: | Питаются живыми организмами | |
| фитофаги | Питаются растениями | Зебры, зайцы |
| зоофаги | Питаются животными | Львы, волки |
| в том числе паразиты | Бычий цепень, повилика, трутовик, вирус гриппа | |
| Сапротрофы: | Используют в качестве пищи органические вещества мёртвых тел или выделения (экскременты) животных | |
| сапротрофные бактерии | Целлюлозоразрущающие, молочнокислые, уксуснокислые бактерии | |
| сапротрофные грибы | Мукор, пеницилл | |
| сапротрофные животные (сапрофаги): | ||
| детритофаги | Питаются детритом | Дождевой червь |
| некрофаги | Питаются трупами животных | Гриф-стервятник, гиены |
| копрофаги | Питаются экскрементами | Жук-навозник |
Понятие метаболизма
Метаболизм — совокупность всех химических реакций, протекающих в живом организме. Значение метаболизма состоит в создании необходимых организму веществ и обеспечении его энергией.
Составные части метаболизма
Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой. Все синтетические (анаболические) процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.
Роль АТФ в метаболизме
Энергия, высвобождающаяся 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.
АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) — мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты, соединяющихся между собой макроэргическими связями.
В этих связях запасена энергия, которая высвобождается при их разрыве:
АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + Q1
АДФ + H2O → АМФ + H3PO4 + Q2
АМФ + H2O → аденин + рибоза + H3PO4 + Q3,
где АТФ — аденозинтрифосфорная кислота; АДФ — аденозиндифос- форная кислота; АМФ — аденозинмонофосфорная кислота; Q1 = Q2 = 30,6 кДж; Q3 = 13,8 кДж.
Запас АТФ в клетке ограничен и пополняется благодаря процессу фосфорилирования. Фосфорилирование — присоединение остатка фосфорной кислоты к АДФ (АДФ + Ф → АТФ). Он происходит с разной интенсивностью при дыхании, брожении и фотосинтезе. АТФ обновляется чрезвычайно быстро (у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин).
Энергия, накопленная в молекулах АТФ, используется организмом в анаболических реакциях (реакциях биосинтеза). Молекула АТФ является универсальным хранителем и переносчиком энергии для всех живых существ.
Энергетический обмен
Энергию, необходимую для жизнедеятельности, большинство организмов получают в результате процессов окисления органических веществ, то есть в результате катаболических реакций. Важнейшим соединением, выступающим в роли топлива, является глюкоза.
По отношению к свободному кислороду организмы делятся на три группы.
Классификация организмов по отношению к свободному кислороду
| Группа | Характеристика | Организмы |
| Аэробы (облигатные аэробы) | Организмы, способные жить только в кислородной среде | Животные, растения, некоторые бактерии и грибы |
| Анаэробы (облигатные анаэробы) | Организмы, неспособные жить в кислородной среде | Некоторые бактерии |
| Факультативные формы (факультативные анаэробы) | Организмы, способные жить как в присутствии кислорода, так и без него | Некоторые бактерии и грибы |
У облигатных аэробов и факультативных анаэробов в присутствии кислорода катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, бес- кислородный и кислородный. В результате органические вещества распадаются до неорганических соединений. У облигатных анаэробов и факультативных анаэробов при недостатке кислорода катаболизм протекает в два первых этапа: подготовительный и бескислородный. В результате образуются промежуточные органические соединения, еще богатые энергией.
Этапы катаболизма
Пластический обмен
Пластический обмен, или ассимиляция, представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений из более простых (фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка и др.).
Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул:
органические вещества пищи (белки, жиры, углеводы) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды. В процессе фото- и хемосинтеза происходит образование простых органических соединений, из которых в дальнейшем синтезируются макромолекулы:
неорганические вещества (СО2, Н2О) → простые органические молекулы (аминокислоты, жирные кислоты, моносахариды) → макромолекулы тела (белки, жиры, углеводы).
Фотосинтез
Фотосинтез — синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии света.
Суммарное уравнение фотосинтеза:
Фотосинтез протекает при участии фотосинтезирующих пигментов, обладающих уникальным свойством преобразования энергии солнечного света в энергию химической связи в виде АТФ. Фотосинтезирующие пигменты представляют собой белковоподобные вещества. Наиболее важным является пигмент хлорофилл. У эукариот фотосинтезирующие пигменты встроены во внутреннюю мембрану пластид, у прокариот — во впячивания цитоплазматической мембраны.
Строение хлоропласта очень похоже на строение митохондрии. Во внутренней мембране тилакоидов гран содержатся фотосинтетические пигменты, а также белки цепи переноса электронов и молекулы фермента АТФ-синтетазы.
Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз: световой и темновой.
1. Световая фаза фотосинтеза протекает только на свету в мембране тилакоидов граны.
К ней относятся поглощение хлорофиллом квантов света, образование молекулы АТФ и фотолиз воды.
Под действием кванта света (hv) хлорофилл теряет электроны, переходя в возбуждённое состояние:
Эти электроны передаются переносчиками на наружную, то есть обращенную к матриксу поверхность мембраны тилакоидов, где накапливаются.
Одновременно внутри тилакоидов происходит фотолиз воды, то есть её разложение под действием света:
Образование АТФ в процессе фотосинтеза под действием энергии света называется фотофосфорилированием.
Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами и образуют атомарный водород, который связывается с молекулой-переносчиком водорода НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат):
2Н + + 4е – + НАДФ + → НАДФ·Н2.
Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса: образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ·Н2. Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ·Н2 участвуют в процессах темновой фазы.
2. Темновая фаза фотосинтеза протекает в матриксе хлоропласта как на свету, так и в темноте и представляет собой ряд последовательных преобразований СО2, поступающего из воздуха, в цикле Кальвина. Осуществляются реакции темновой фазы за счёт энергии АТФ. В цикле Кальвина СО2 связывается с водородом из НАДФ·Н2 с образованием глюкозы.
В процессе фотосинтеза кроме моносахаридов (глюкоза и др.) синтезируются мономеры других органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом, благодаря фотосинтезу растения обеспечивают себя и всё живое на Земле необходимыми органическими веществами и кислородом.
Сравнительная характеристика фотосинтеза и дыхания эукариот
Генетическая информация у всех организмов хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК (или РНК у РНК-содержащих вирусов). Прокариоты содержат генетическую информацию в виде одной молекулы ДНК. В эукариотических клетках генетический материал распределён в нескольких молекулах ДНК, организованных в хромосомы.
ДНК состоит из кодирующих и некодирующих участков. Кодирующие участки кодируют РНК. Некодирующие области ДНК выполняют структурную функцию, позволяя участкам генетического материала упаковываться определённым образом, или регуляторную функцию, участвуя во включении генов, направляющих синтез белка.
Кодирующими участками ДНК являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, кодирующей синтез одной мРНК (и соответственно полипептида), рРНК или тРНК.
Участок хромосомы, где расположен ген называется локусом. Совокупность генов клеточного ядра представляет собой генотип, совокупность генов гаплоидного набора хромосом — гено́м, совокупность генов внеядерных ДНК (митохондрий, пластид, цитоплазмы) — плазмон.
Реализация информации, записанной в генах, через синтез белков называется экспрессией (проявлением) генов. Генетическая информация хранится в виде определённой последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде последовательности аминокислот в белке. Посредниками, переносчиками информации выступают РНК. То есть реализация генетической информации происходит следующим образом:
ДНК → РНК → белок.
Этот процесс осуществляется в два этапа:
1) транскрипция;
2) трансляция.
Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. В результате образуются мРНК, тРНК и рРНК. Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом РНК-полимеразой.
Одновременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные её отрезки. Такой отрезок (транскриптон) начинается промотором — участком ДНК, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция, а заканчивается терминатором — участком ДНК, содержащим сигнал окончания транскрипции. Транскриптон — это ген с точки зрения молекулярной биологии.
Транскрипция, как и репликация, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается, и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК.
В процессе транскрипции последовательность нуклеотидов ДНК переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка.
Гены прокариот состоят только из кодирующих нуклеотидных последовательностей.
Гены эукариот состоят из чередующихся кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов) участков.
После транскрипции участки мРНК, соответствующие интронам, удаляются в ходе сплайсинга, являющегося составной частью процессинга.
Процессинг — процесс формирования зрелой мРНК из её предшественника пре-мРНК. Он включает два основных события. 1.Присоединение к концам мРНК коротких последовательностей нуклеотидов, обозначающих место начала и место конца трансляции. 2. Сплайсинг — удаление неинформативных последовательностей мРНК, соответствующих интронам ДНК. В результате сплайсинга молекулярная масса мРНК уменьшается в 10 раз.
Трансляция (от лат. translatio — перевод) — синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы.
В трансляции участвуют все три типа РНК: мРНК является информационной матрицей; тРНК доставляют аминокислоты и узнают кодоны; рРНК вместе с белками образуют рибосомы, которые удерживают мРНК, тРНК и белок и осуществляют синтез полипептидной цепи.
Этапы трансляции
Реакции матричного синтеза
Все эти реакции объединяет то, что молекула ДНК в одном случае или молекула мРНК в другом выступают в роли матрицы, на которой происходит образование одинаковых молекул. Реакции матричного синтеза являются основой способности живых организмов к воспроизведению себе подобных.
Регуляция экспрессии генов. Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Они отличаются структурой и функциями, то есть дифференцированы. Различия проявляются в том, что помимо белков, необходимых любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют ещё и специализированные белки: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин и т. д. Клеточная дифференцировка обусловлена изменением набора экспрессируемых генов и не сопровождается какими-либо необратимыми изменениями в структуре самих последовательностей ДНК.
Деление клеток
Хромосомный набор
Хромосомный набор — совокупность хромосом, содержащихся в ядре. В зависимости от хромосомного набора клетки бывают соматическими и половыми.
Соматические и половые клетки
| Тип | Хромосомный набор | Характеристика |
| Соматические | 2n | Диплоидны — содержат двойной набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены парами. Хромосомы, принадлежащие к одной паре, называются гомологичными. |
| Половые | 1n | Гаплоидны — содержат одинарный набор хромосом. В этих клетках хромосомы представлены в единственном числе и не имеют пары в виде гомологичной хромосомы. |
Клеточный цикл
Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) — существование клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления или смерти. Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки, её функционального состояния и условий среды. Клеточный цикл включает митотический цикл и период покоя.
В период покоя (G0) клетка выполняет свойственные ей функции и избирает дальнейшую судьбу — погибает либо возвращается в митотический цикл. В непрерывно размножающихся клетках клеточный цикл совпадает с митотическим циклом, а период покоя отсутствует.
Митотический цикл состоит из четырёх периодов: пресинтетического (постмитотического) — G1, синтетического — S, постсинтетического (премитотического) — G2, митоза — М. Первые три периода — это подготовка клетки к делению (интерфаза), четвёртый период — само деление (митоз).
Интерфаза — подготовка клетки к делению.
Периоды интерфазы
| Периоды | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Пресинтетический (G1) | 2n2c | Увеличивается объем цитоплазмы и количество органоидов, происходит рост клетки после предыдущего деления. |
| Синтетический (S) | 2n4c | Происходит удвоение генетического материала (репликация ДНК), синтез белковых молекул, с которыми связывается ДНК, и превращение каждой хромосомы в две хроматиды. |
| Постсинтетический (G2) | 2n4c | Усиливаются процессы биосинтеза, происходит деление митохондрий и хлоропластов, удваиваются центриоли. |
Деление эукариотических клеток
Основой размножения и индивидуального развития организмов является деление клетки.
Эукариотические клетки имеют три способа деления:
Амитоз — редкий способ деления клетки, характерный для стареющих или опухолевых клеток. При амитозе ядро делится путём перетяжки и равномерное распределение наследственного материала не обеспечивается. После амитоза клетка не способна вступать в митотическое деление.
Митоз — тип клеточного деления, в результате которого дочерние клетки получают генетический материал, идентичный тому, который содержался в материнской клетке. В результате митоза из одной диплоидной клетки образуется две диплоидные, генетически идентичные материнской.
Фазы митоза
Биологическое значение митоза:
Мейоз
Мейоз — тип клеточного деления, сопровождающийся редукцией числа хромосом. В результате мейоза из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных, генетически отличающиеся от материнской. В ходе мейоза происходит два клеточных деления (первое и второе мейотические деления), причём удвоение числа хромосом происходит только перед первым делением.
Фазы мейоза
| Фазы | Число хромосом и хроматид | Процессы |
| Профаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам профазы митоза. Кроме того, гомологичные хромосомы, представленные двумя хроматидами, сближаются и «слипаются» друг с другом. Этот процесс называется конъюгацией. При этом происходит обмен участков гомологичных хромосом — кроссинговер (перекрест хромосом), то есть обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. |
| Метафаза I | 2n4c | Происходят процессы, аналогичные процессам метафазы митоза. |
| Анафаза I | 1n2c | В отличие от анафазы митоза, центромеры не делятся и к полюсам клетки отходит не по одной хроматиде от каждой хромосомы, а по одной хромосоме, состоящей из двух хроматид и скреплённой общей центромерой. |
| Телофаза I | 1n2c | Образуются две клетки с гаплоидным набором. |
| Интерфаза | 1n2c | Короткая. Репликации (удвоения) ДНК не происходит и, следовательно, диплоидность не восстанавливается. |
| Профаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Метафаза II | 1n2c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Анафаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
| Телофаза II | 1n1c | Аналогичны процессам во время митоза. |
Биологическое значение мейоза:
Деление прокариотических клеток
У прокариот митоза и мейоза нет. Бактерии размножаются бесполым путём — делением клетки при помощи перетяжек или перегородок, реже почкованием. Этим процессам предшествует удвоение кольцевой молекулы ДНК.
Кроме того, для бактерий характерен половой процесс — конъюгация. При конъюгации по специальному каналу, образующемуся между двумя клетками, фрагмент ДНК одной клетки передаётся другой клетке, то есть изменяется наследственная информация, содержащаяся в ДНК обоих клеток. Поскольку количество бактерий при этом не увеличивается, для корректности используют понятие «половой процесс», но не «половое размножение».