Охарактеризуйте особенности обмена веществ автотрофных и гетеротрофных организмов.

В зависимости от источника энергии и химизма исходных веществ все живые организмы планеты делятся на две группы по типу питания - автотрофы и гетеротрофы. Основным источником энергии является сол­нечный свет, благодаря которому прямо или косвенно удовлетворяются энергетические потребности организмов.

Организмы, способные синтезировать органические вещества из не­органических, называют автотрофами (в переводе с греческого «само­питающиеся»). Для их существования достаточно наличия воды, угле­кислого газа, неорганических солей и источника энергии. Автотрофное питание свойственно группам организмов:

1) фотосинтезирующим зеленым растениям и пурпурным бакте­риям, использующим для синтеза молекул органических веществ сол­нечную энергию; энергия используется для обеспечения процессов жизнедеятельности или фототрофы накапливают ее в виде химичес­ких связей синтезированных соединений. Фототрофное питание на­зывают фотосинтезом;

2) хемосинтезирующим - некоторым бактериям, получающим энер­гию при окислении определенных минеральных соединений. Благодаря наличию ферментных систем ряд бактерий способны осуществлять спе­цифические окислительные реакции и использовать выделяющуюся при этом энергию, которая расходуется для синтеза всех органических ве­ществ, необходимых для процессов жизнедеятельности.

Гетеротрофные организмы строят органическое вещество своего тела из уже имеющихся готовых органических соединений, перестраи­вая их применительно к своим потребностям. При этом узловые пункты энергетического обмена у них одинаковые с растениями. Гетеротрофные организмы находятся в прямой или косвенной зависимости от продук­тов фотосинтетической деятельности зеленых автотрофных растений. По источнику получения органического вещества гетеротрофы делят на:

- сапротрофные организмы: используют готовые органические ве­щества мертвых тел;

- паразиты: используют готовые органические вещества живых тел;

- особая группа - симбионты (симбиоз - более или менее длительное взаимовыгодное сожительство двух или нескольких организмов). Сим­бионтами могут быть лишь растения, растения и животные, только жи­вотные, бактерии и другие организмы.

Так, гетеротрофные клетки получают углеводы извне, а автотрофные клетки сами создают их в хлоропластах путем фотосинтеза (из С0₂ и Н₂0, которые поступают из окружающей среды). Большая часть углеводов рас­щепляется с целью высвобождения энергии. Получаемая энергия связы­вается в форме АТФ. Энергию АТФ клетка использует на различные жиз­ненные процессы - синтез, разрушение, движение и т.д. Глюкоза и другие углеводы используются также для биосинтеза полисахаридов, которые в форме гликолипидов и гликопротеинов включаются в гликокаликс (у животных), в форме гемицеллюлозы и пектиновых веществ - в клеточ­ную стенку растений, в форме хитина - в клеточную стенку грибов.

Растительные клетки сами синтезируют все аминокислоты, входя­щие в состав белков; это происходит в хлоропластах, митохондриях. Но часть аминокислот (незаменимых) животным клеткам приходится получать из окружающей среды; они поглощают и белки, в основном путем эндоцитоза, и расщепляют их затем в лизосомах до аминокис­лот. Белки, в том числе и ферменты, синтезируются на рибосомах с участием иРНК и тРНК. Этот синтез идет главным образом в цитоп­лазме, хлоропластах и митохондриях. Клеточные белки расщепляют­ся до аминокислот.

Обмен веществ как основное свойство организмов. Организм находится в сложных взаимоотношениях с окружающей средой. Из нее он получает пищу, воду, кислород, свет, тепло. Создавая посредством этих веществ и энергии массу живого вещества, строит свое тело. Однако, используя эту среду, организм благодаря своей жизнедеятельности одновременно и воздействует на нее, изменяет ее. Следовательно, главным процессом взаимосвязи организма и среды является обмен веществ и энергией.

Типы обмена веществ. Факторы внешней среды имеют различное значение для разных организмов. Растениям для роста и развития необходимы свет, вода и углекислый газ, минеральные вещества. Животным и грибам такие условия недостаточны. Им необходимы питательные органические вещества. По способу питания, источнику получения органических веществ и энергии все организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные организмы синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя энергию солнечного света. К ним относятся все растительные организмы, фотосинтезирующие цианобактерии. К автотрофному питанию способны и хемосинтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ: серы, железа, азота.

Процесс автотрофной ассимиляции осуществляется за счет энергии солнечного света или окисления неорганических веществ, а органические вещества синтезируются при этом из неорганических. В зависимости от поглощения неорганического вещества различают ассимиляцию углерода, ассимиляцию азота, ассимиляцию серы и других минеральных веществ. Автотрофная ассимиляция связана с процессами фотосинтеза и хемосинтеза и носит название первичного синтеза органического вещества.

Гетеротрофные организмы получают готовые органические вещества от автотрофов. Источником энергии для них является энергия, запасенная в органических веществах и выделяющаяся при химических реакциях распада и окисления этих веществ. К ним относятся животные, грибы, многие бактерии.

При гетеротрофной ассимиляции организм поглощает органические вещества в готовом виде и преобразует их в собственные органические вещества за счет энергии, содержащейся в поглощенных веществах. Гетеротрофная ассимиляция включает процессы потребления пищи, переваривания ее, усвоения и синтеза новых органических веществ. Этот процесс носит название вторичного синтеза органических веществ.

Процессы диссимиляции у организмов также различаются. Одним из них для жизнедеятельности необходим кислород – это аэробные организмы. Другим кислород не нужен, и процессы их жизнедеятельности могут протекать в бескислородной среде – это анаэробные организмы.

1. Большинство организмов являются аэробными. Это все растения, животные (за исключением некоторых паразитов), основная часть грибов и бактерий. Дыхание для них является главной формой диссимиляции. При дыхании богатые энергией органические вещества полностью окисляются до энергетически бедных веществ – углекислого газа и воды. В этих процессах используется молекулярный кислород, который образуется в процессе фотосинтеза, т. е. автотрофной ассимиляции. Этот процесс носит название биологического окисления.

Различают внешнее дыхание и внутреннее. Газообмен между организмом и внешней средой, включающий в себя поглощение кислорода и выделение углекислого газа, а также транспорт этих веществ по организму к отдельным органам, тканям и клеткам, называется внешним дыханием. В этом процессе кислород не используется, а только транспортируется.

Внутреннее, или клеточное, дыхание включает в себя биохимические процессы, которые приводят к усвоению кислорода, освобождению энергии и образованию воды и углекислого газа. Эти процессы протекают в цитоплазме и митохондриях эукариотических клеток или на специальных мембранах прокариотических клеток.

Обобщенное уравнение процесса дыхания:

C₆H ₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O.

2. Другой формой диссимиляции является анаэробное, или бескислородное, окисление. Процессы энергетического обмена в этом случае протекают по типу брожения. Брожение – это форма диссимиляции, при которой богатые энергией органические вещества расщепляются с освобождением энергии до менее богатых энергией, но тоже органических веществ.

В зависимости от конечных продуктов различают типы брожения: спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и т. д. Спиртовое брожение встречается у дрожжевых грибов, некоторых бактерий, а также протекает в некоторых растительных тканях. Молочнокислое брожение встречается у молочнокислых бактерий, а также протекает в мышечной ткани человека и животных при недостатке кислорода.

В эволюционном отношении брожение – более древний процесс. Но анаэробных организмов значительно меньше по сравнению с аэробными. К ним относятся многие микроорганизмы – бактерии и грибы, а также паразитические организмы, утратившие вторично способность к биологическому окислению в связи с образом жизни. Кислородный путь диссимиляции оказался более выгодным в энергетическом отношении.