Источник вещества и энергии живых организмов

Содержание
  1. Источник энергии для организма: белки, жиры и углеводы, полезные вещества, процессы и виды энергии
  2. Строение белков
  3. Функции и расположение в организме
  4. Свойства и превращение белков в организме
  5. Обмен белков
  6. Сахариды
  7. Отличительные особенности дисахаридов
  8. Полисахариды
  9. Обмен углеводов
  10. Изменение уровня сахара в организме
  11. О важности глюкозы
  12. Коротко о жирах
  13. Экосистема и ее факторы
  14. Продуценты, консументы и редуценты
  15. Пищевые цепи
  16. Экологическая пирамида
  17. Агроценоз
  18. Факторы экосистемы
  19. Закон оптимума
  20. БИОЭНЕРГЕ́ТИКА
  21. Историческая справка
  22. Источники энергии для организмов
  23. Механизмы усвоения и использования энергии в организмах
  24. Круговорот веществ в биосфере, геологический и биохимический виды, значение живых организмов
  25. Виды круговоротов веществ
  26. Геологический
  27. Биохимический
  28. Какую функцию выполняет круговорот веществ в биосфере?
  29. Функция и значение живых организмов
  30. Роль редуцентов в круговороте веществ
  31. Значение бактерий
  32. Какова роль грибов в круговороте веществ в биосфере?

Источник энергии для организма: белки, жиры и углеводы, полезные вещества, процессы и виды энергии

Источник вещества и энергии живых организмов

Основными источниками энергии для организма являются углеводы, белки, минеральные соли, жиры, витамины. Они обеспечивают его нормальную деятельность, позволяют организму функционировать без особых проблем. Питательные вещества – это источники энергии в организме человека.

Кроме того, они выступают в качестве строительного материала, способствуют росту и воспроизводству новых клеток, появляющихся на месте отмирающих. В том виде, в котором они употребляются в пищу, их невозможно всосать и использовать организмом.

Только вода, а также витамины и минеральные соли усваиваются и всасываются в том виде, в котором они поступают.

Основными источниками энергии для организма являются белки, углеводы, жиры. В пищеварительном тракте они подвергаются не только физическим воздействиям (перетираются и измельчаются), но и химическим превращениям, происходящим под воздействием ферментов, которые находятся в соке специальных пищеварительных желез.

Строение белков

В растениях и животных есть определенное вещество, являющееся основой жизни. Этим соединением является протеин. Обнаружены белковые тела были биохимиком Жераром Мюльдером в 1838 году.

Именно им была сформулирована теория протеина. Слово «протеин» с греческого языка означает «занимающий первое место». Примерно половину сухого веса любого организма составляют именно белки.

У вирусов такое содержание колеблется в диапазоне 45-95 процентов.

Рассуждая о том, что является главным источником энергии в организме, нельзя оставить без внимания белковые молекулы. Они занимают особое место по биологическим функциям и значению.

Функции и расположение в организме

Около 30 % белковых соединений располагается в мышцах, порядка 20 % обнаружено в сухожилиях и в костях, а 10 % содержится в коже. Максимально значимыми для организмов являются ферменты, управляющие обменными химическими процессами: перевариванием пищи, активностью желез внутренней секреции, работой мозга, мышечной деятельностью. Даже в небольших бактериях содержатся сотни ферментов.

Протеины – это обязательная часть живых клеток. В них содержится водород, углерод, азот, сера, кислород, а в некоторых есть и фосфор. Обязательным химическим элементом, содержащимся в белковых молекулах, является азот. Именно поэтому эти органические вещества называют азотсодержащими соединениями.

Свойства и превращение белков в организме

Попадая в пищеварительный тракт, они расщепляются на аминокислоты, которые всасываются в кровь и используются для синтеза специфичного для организма пептида, затем окисляются до воды и углекислого газа. При повышении температуры происходит свертывание белковой молекулы. Известны такие молекулы, которые способны растворяться в воде только при нагревании. К примеру, такими свойствами обладает желатин.

После поглощения пища сначала оказывается в ротовой полости, потом она движется по пищеводу, попадает в желудок. В нем находится кислая реакция среды, которая обеспечивается соляной кислотой.

В желудочном соке есть фермент пепсин, который расщепляет белковые молекулы на альбумозы и пептоны. Это вещество активно только в кислой среде. Пища, которая поступила в желудок, способна задерживаться в нем 3-10 часов, в зависимости от ее агрегатного состояния и характера.

Поджелудочный сок обладает щелочной реакцией, в нем есть ферменты, способные расщеплять жиры, углеводы, белки.

Среди его основных ферментов выделяют трипсин, который в соке поджелудочной железы располагается в виде трипсиногена. Он не способен расщеплять белки, но при соприкосновении с кишечным соком превращается в активное вещество – энтерокиназу. Трипсин расщепляет белковые соединения до аминокислот.

Заканчивается переработка пищи в тонкой кишке. Если в двенадцатиперстное кишке и в желудке жиры, углеводы, белки почти полностью распадаются, то в тонкой кишке происходит полное расщепление питательных веществ, всасывание в кровь продуктов реакции.

Осуществляется процесс через капилляры, каждый из которых подходит к ворсинкам, располагающимся на стенке тонкой кишки.

Обмен белков

После того как белок полностью распадется на аминокислоты в пищеварительном тракте, они всасываются в кровь. Также в нее попадает и незначительное количество полипептидов.

Из аминокислотных остатков в организме живого существа синтезируется специфичный белок, в котором нуждается человек или животное.

Процесс образования новых белковых молекул протекает в живом организме непрерывно, поскольку отмирающие клетки кожи, крови, кишечника, слизистой оболочки удаляются, а на их месте образуются молодые клетки.

Для того чтобы осуществлялся синтез белков, необходимо, чтобы они вместе с пищей поступали в пищеварительный тракт.

Если полипептид вводится в кровь, минуя пищеварительный тракт, человеческий организм не имеет возможности его использовать.

Подобный процесс может негативно отражаться на состоянии человеческого организма, вызывать многочисленные осложнения: повышение температуры, паралич дыхания, сбой сердечной деятельности, общие судороги.

Белки нельзя заменить иными пищевыми веществами, поскольку для их синтеза внутри организма необходимы аминокислоты. Недостаточное количество этих веществ приводит к задержке либо приостановлению роста.

Сахариды

Начнем с того, что углеводы – главный источник энергии организма. Они представляют собой одну из главных групп органических соединений, в которых нуждается наш организм.

Этот источник энергии живых организмов является первичным продуктом фотосинтеза.

в живой растительной клетке углеводов может колебаться в диапазоне 1-2 процентов, а в некоторых ситуациях этот показатель достигает 85-90 процентов.

Основными источниками энергии живых организмов являются моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза.

В составе углеводов есть атомы кислорода, водорода, углерода. К примеру, глюкоза – источник энергии в организме, имеет формулу С6Н12О6. Существует подразделение всех углеводов (по строению) на простые и сложные соединения: моно- и полисахариды. По количеству углеродных атомов моносахариды делят на несколько групп:

  • триозы;
  • тетрозы;
  • пентозы;
  • гексозы;
  • гептозы.

Моносахариды, которые имеют в составе пять и более углеродных атомов, при растворении в воде могут образовывать кольцевую структуру.

Основным источником энергии в организме является глюкоза. Дезоксирибоза и рибоза являются углеводами, имеющими особое значение для нуклеиновых кислот и АТФ.

Глюкоза – это главный источник энергии в организме. С процессами превращения моносахаридов напрямую связан биосинтез многих органических соединений, а также процесс выведения из него ядовитых соединений, которые попадают извне либо образуются в результате распада белковых молекул.

Отличительные особенности дисахаридов

Моносахарид и дисахарид – это основной источник энергии для организма. При объединении моносахаридов происходит отщепление, а продуктом взаимодействия выступает дисахарид.

Среди типичных представителей данной группы можно отметить сахарозу (тростниковый сахар), мальтозу (солодовый сахар), лактозу (молочный сахар).

Такой источник энергии для организма, как дисахариды, заслуживает детального изучения. Они отлично растворяются в воде, обладают сладким вкусом. Чрезмерное употребление сахарозы приводит к появлению серьезных сбоев в организме, поэтому так важно соблюдать нормы.

Полисахариды

Отличным источником энергии для организма служат такие вещества, как целлюлоза, гликоген, крахмал.

В первую очередь любой из них можно рассматривать как источник энергии для человеческого организма. В случае их ферментативного расщепления и распада происходит выделение большого количества энергии, используемой живой клеткой.

Этот источник энергии для организма выполняет и иные важные функции. Например, хитин, целлюлоза применяются в качестве строительного материала.

Полисахариды отлично подходят организму в качестве запасных соединений, поскольку они не растворяются в воде, не оказывают химического и осмотического действия на клетку. Подобные свойства позволяют им сохраняться длительное время в живой клетке.

В обезвоженном виде полисахариды способны увеличивать массу запасаемых продуктов благодаря экономии объема.

Такой источник энергии для организма способен противостоять болезнетворным бактериям, попадающим в организм вместе с пищей. В случае необходимости при гидролизе происходит превращение запасных полисахаридов в простые сахара.

Обмен углеводов

Как ведет себя главный источник энергии в организме? Углеводы поступают в большей степени в виде полисахаридов, к примеру, в виде крахмала. В результате гидролиза из него образуется глюкоза.

Моносахарид всасывается в кровь, благодаря нескольким промежуточным реакциям он расщепляется на углекислый газ и воду.

После окончательного окисления происходит высвобождение энергии, которую использует организм.

Процесс расщепления солодового сахара и крахмала протекает непосредственно в полости рта, в качестве катализатора реакции выступает фермент птиалин. В тонких кишках углеводы распадаются до моносахаридов. В кровь они всасываются в основном в виде глюкозы.

Процесс протекает в верхних отделах кишечника, а вот в нижних углеводов почти нет. Вместе с кровью сахариды попадают в воротную вену, доходят до печени.

В том случае, когда концентрация сахара в человеческой крови составляет 0,1 %, углеводы проходят через печень, оказываются в общем кровотоке.

Необходимо поддерживать постоянное количество сахара в крови около 0,1 %. При избыточном попадании в кровь сахаридов, излишки накапливаются в печени. Подобный процесс сопровождается резким падением сахара в крови.

Изменение уровня сахара в организме

Если в пище присутствует крахмал, это не приводит к масштабным изменениям сахара в крови, поскольку процесс гидролиза полисахарида протекает достаточно долго.

Если доза сахара оставляет порядка 15-200 граммов, наблюдается резкое повышение его содержания в крови. Этот процесс называют алиментарной или пищевой гипергликемией.

Избыточное количество сахара выводится почками, поэтому в моче содержится глюкоза.

Из организма почки начинают выводить сахар в том случае, если его уровень в крови достигает диапазона 0,15-0,18 %. Подобное явление возникает при единовременном употреблении существенного количества сахара, достаточно быстро проходит, не приводя к серьезным нарушениям обменных процессов в организме.

Если нарушается внутрисекреторная работа поджелудочной железы, возникает такое заболевание, как сахарный диабет. Оно сопровождается существенным увеличением количества сахара в крови, что приводит к потере печенью способности удерживать глюкозу, в итоге сахар выводится с мочой из организма.

Существенное количество гликогена может откладываться в мышцах, здесь он востребован при осуществлении химических реакций, происходящих в ходе сокращений мышц.

О важности глюкозы

Значение глюкозы для живого организма не ограничивается только энергетической функцией. Потребность в глюкозе возрастает при выполнении тяжелой физической работы. Удовлетворяется такая потребность путем расщепления в печени гликогена на глюкозу, которая поступает в кровь.

Данный моносахарид есть и в составе протоплазмы клеток, поэтому требуется для формирования новых клеток, особенно актуальна глюкоза в процессе роста. Особое значение имеет данный моносахарид для полноценной деятельности центральной нервной системы. Как только концентрация сахара в крови понижается до показателя 0,04 %, возникают судороги, человек теряет сознание.

Это является прямым подтверждением того, что понижение сахара в крови вызывает мгновенное нарушение деятельности центральной нервной системы. Если пациенту вводят глюкозу в кровь либо предлагают сладкую пищу, все нарушения пропадают. При длительном понижении сахара в крови развивается гипогликемия.

Она приводит к серьезным нарушениям деятельности организма, которые могу вызвать его смерть.

Коротко о жирах

В качестве еще одного источника энергии для живого организма можно рассматривать жиры. В их составе присутствуют углерод, кислород, водород. Жиры имеют сложное химическое строение, представляют собой соединения многоатомного спирта глицерина и жирных карбоновых кислот.

В ходе пищеварительных процессов происходит расщепление жира на составные части, из которых он был получен. Именно жиры являются составной частью протоплазмы, содержатся в тканях, органах, клетках живого организма.

Они по праву считаются отличным источником энергии. Расщепление этих органических соединений начинается в желудке. В желудочном соке содержится липаза, которая превращает молекулы жира в глицерин и карбоновую кислоту.

Глицерин отлично всасывается, так как имеет хорошую растворимость в воде. Для растворения кислот используется желчь. Под ее влиянием эффективность воздействия на жир липазы возрастает до 15-20 раз. Из желудка пища движется в двенадцатиперстную кишку, где под действием сока происходит ее дальнейшее расщепление до продуктов, которые способны всасываться в лимфу и кровь.

Далее пищевая кашица движется по пищеварительному тракту, попадает в тонкий кишечник. Здесь происходит ее полное расщепление под влиянием кишечного сока, а также всасывание.

В отличие от продуктов расщепления белков и углеводов, вещества, получаемые при гидролизе жиров, всасываются в лимфу.

Глицерин и мыла после прохождения через клетки слизистой оболочки кишечника опять соединяются, формируют жир.

Подводя общий итог, отметим, что основными источниками энергии для организма человека и животных выступают белки, жиры, углеводы.

Именно благодаря углеводному, белковому обмену, сопровождающемуся образованием дополнительной энергии, функционирует живой организм.

Поэтому не стоит долго сидеть на диетах, ограничивая себя в каком-то конкретном микроэлементе или веществе, иначе это может отрицательно сказаться на здоровье и самочувствии.

Источник: https://FB.ru/article/381685/istochnik-energii-dlya-organizma-belki-jiryi-i-uglevodyi-poleznyie-veschestva-protsessyi-i-vidyi-energii

Экосистема и ее факторы

Источник вещества и энергии живых организмов

Экосистема (греч. oikos – жилище) – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему.

Вы можете встретить синоним понятия экосистема – биогеоценоз (греч. bios – жизнь + geo – земля + koinos – общий). Следует разделять биогеоценоз и биоценоз. В понятие биоценоз не входит компонент окружающей среды, биоценоз – совокупность исключительно живых организмов со связями между ними.

Совокупность биогеоценозов образует живую оболочку Земли – биосферу.

Продуценты, консументы и редуценты

Организмы, населяющие биогеоценоз, по своим функциям разделены на:

  • Продуцентов
  • Растения, преобразующие энергию солнечного света в энергию химических связей. Создают органические вещества, потребляемые животными.

  • Консументы
  • Животные – потребители готового органического вещества. Встречаются консументы I порядка – растительноядные организмы, консументы II, III и т.д. порядка – хищники.

  • Редуценты
  • Это сапротрофы (греч. sapros – гнилой + trophos – питание) – грибы и бактерии, а также некоторые растения, которые разлагают останки мертвых организмов. Редуценты обеспечивают круговорот веществ, они преобразуют накопленные организмами органические вещества в неорганические.

Продуценты, консументы и редуценты образуют в экосистеме так называемые трофические уровни (греч. trophos – питание), которые тесно взаимосвязаны между собой переносом питательных веществ и энергии – процессом, который необходим для круговорота веществ, рождения новой жизни.

Пищевые цепи

Взаимоотношения между организмами разных трофических уровней отражаются в пищевых цепочках (трофических цепях), в которых каждое предыдущее звено служит пищей для последующего звена. Поток энергии и веществ идет однонаправленно: продуценты → консументы → редуценты.

Трофические цепи бывают двух типов:

  • Пастбищные – начинаются с продуцентов (растений), производителей органического вещества
  • Детритные (лат. detritus – истертый) – начинаются с органических веществ отмерших растений и животных

В естественных сообществах пищевые цепи часто переплетаются, в результате чего образуются пищевые сети. Это связано с тем, что один и тот же организм может быть пищей для нескольких разных видов. Например, филины охотятся на полевок, лесных мышей, летучих мышей, некоторых птиц, змей, зайцев.

Экосистемы обладают важным свойством – устойчивостью, которая противостоит колебаниям внешних факторов среды и помогает сохранить экосистему и ее отдельные компоненты.

Устойчивость экосистемы обусловлена:

  • Большим разнообразием обитающих видов
  • Длинными пищевыми цепочками
  • Разветвленностью пищевых цепочек, образующих пищевую сеть
  • Наличием форм взаимоотношений между организмами (симбиоз)

Экологическая пирамида

Экологическая пирамида представляет собой графическую модель отражения числа особей (пирамида чисел), количества их биомассы (пирамида биомасс), заключенной в них энергии (пирамида энергии) для каждого уровня и указывающая на снижение всех показателей с повышением трофического уровня.

Существует правило 10%, которое вы можете встретить в задачах по экологии. Оно гласит, что на каждый последующий уровень экологической пирамиды переходит лишь 10% энергии (массы), остальное рассеивается в виде тепла.

Представим следующую пищевую цепочку: фитопланктон → зоопланктон → растительноядные рыбы → рыбы-хищники → дельфин. В соответствии с изученным правилом, чтобы дельфин набрал 1кг массы нужно 10 кг рыб хищников, 100 кг растительноядных рыб, 1000 кг зоопланктона и 10000 кг фитопланктона.

Агроценоз

Агроценоз – искусственно созданный биоценоз. Между агроценозом и биоценозом существует ряд важных отличий.

Агроценоз характеризуется:

  • Преобладает искусственный отбор – выживают особи с полезными для человека признаками и свойствами
  • Источник энергии – солнце (открытая система)
  • Круговорот веществ – незамкнутый, так как часть веществ и энергии изымается человеком (сбор урожая)
  • Видовой состав – скудный, преобладают 1-2 вида (поле пшеницы, ржи)
  • Устойчивость экосистемы – снижена, так как пищевые цепочки короткие, пищевые сети неразветвленные
  • Биомассы на единицу площади – мало

Биоценоз характеризуется:

  • Преобладает естественный отбор – выживают наиболее приспособленные особи
  • Источник энергии – солнце (открытая система)
  • Круговорот веществ – замкнутый
  • Видовой состав – разнообразный, тысячи видов
  • Устойчивость экосистемы – высокая, так как пищевые цепочки длинные, разветвленные
  • Биомассы на единицу площади – много

Факторы экосистемы

Любой организм в экосистеме находится под влиянием определенных факторов, называемых экологическими факторами. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

  • Абиотические (греч. α — отрицание + βίος — жизнь)
  • К абиотическим факторам относятся факторы неживой природы. Существуют физические – климат, рельеф, химические – состав воды, почвы, воздуха. В понятие климата можно включить такие важные факторы как освещенность, температура, влажность.

  • Биотические (греч. βίος — жизнь)
  • К биотическим факторам относятся все живые существа и продукты их жизнедеятельности. Например: хищники регулируют численность своих жертв, животные-опылители влияют на цветковые растения и т.д. Это и самые разнообразные формы взаимоотношений между животными (нейтрализм, комменсализм, симбиоз).

  • Антропогенные (греч. anthropos — человек)
  • К антропогенным факторам относится влияние человека на окружающую среду в процессе хозяйственной и другой деятельности. Человек “разумный” (Homo “sapiens”) вырубает леса, осушает болота, распахивает земли – уничтожает дом для сотен видов животных.В результате деятельности человека произошли глобальные изменения: над Антарктикой появились “озоновые дыры”, ускорилось глобальное потепление, которое ведет к таянию ледников и повышению уровня мирового океана.

За миллионы лет эволюции растения и животные вырабатывают приспособления к тем условиям среды, где они обитают. Так у алоэ, растения живущего в засушливом климате, имеются толстые мясистые листья с большим запасом воды на случай засухи. У каждого организма вырабатывается своя адаптация.

Формируются привычные биологические ритмы (биоритмы): организм адаптируется к изменениям освещенности, температуры, магнитного поля и т.д. Эти факторы играют важную роль в таких событиях как сезонные перелеты птиц, осенний листопад.

Если адаптация не вырабатывается, или это происходит слишком медленно по сравнению с другими видами, то данный вид подвергается биологическому регрессу: количество особей и ареал их обитания уменьшаются и со временем вид исчезает. Иногда деятельность человека играет решающий фактор в исчезновении видов.

Закон оптимума

Если фактор оказывает на жизнедеятельность организма благоприятное влияние (отлично подходит для животного/растения), то про фактор говорят – оптимальный, значение фактора в зоне оптимума. Зона оптимума – диапазон действия фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности.

За пределами зоны оптимума начинается зона угнетения (пессимума). Если значение фактора лежит в зоне пессимума, то организм испытывает угнетение, однако процесс жизнедеятельности может продолжаться. Таким образом, зона пессимума лежит в пределах выносливости организма. За переделами выносливости организма происходит его гибель.

Фактор, по своему значению находящийся на переделе выносливости организма, или выходящий за такое значение называется ограничивающим (лимитирующим). Существует закон ограничивающего фактора (закон минимума Либиха), гласящий, что для организма наиболее значим фактор, который более всего отклоняется от своего оптимального значение.

Метафорически представить этот закон можно с помощью “бочки Либиха”. Смысл данной метафоры в том, что вода при заполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску, таким образом, длина остальных досок уже не играет роли. Так и наличие выраженного ограничивающего фактора сводит на нет благоприятность остальных факторов.

Источник: https://studarium.ru/article/137

БИОЭНЕРГЕ́ТИКА

Источник вещества и энергии живых организмов

Авторы: В. П. Скулачёв, Ф. О. Каспаринский

БИОЭНЕРГЕ́ТИКА (био­ло­ги­че­ская энер­ге­ти­ка), со­во­куп­ность про­цес­сов пре­об­ра­зо­ва­ния энер­гии, по­сту­паю­щей из­вне, в био­ло­ги­че­ски по­лез­ную ра­бо­ту жи­вых сис­тем, а так­же раз­дел био­ло­гии, изу­чаю­щий эти про­цес­сы.

Историческая справка

Ис­то­ки Б. как нау­ки мож­но об­на­ру­жить ещё в рас­су­ж­де­ни­ях древ­них о при­ро­де бро­же­ния и ро­ли воз­ду­ха при ис­поль­зо­ва­нии пи­щи жи­вы­ми ор­га­низ­ма­ми. Ле­о­нар­до да Вин­чи срав­нил пи­та­ние жи­вот­ных с го­ре­ни­ем све­чи. Эта идея бы­ла раз­ви­та в опы­тах с рас­те­ния­ми Я. Б. Гель­мон­том. Пер­вые фун­дам. ис­сле­до­ва­ния в об­лас­ти Б.

бы­ли про­ве­де­ны Ю. Р. Май­е­ром (1842), ко­то­рый в ре­зуль­та­те изу­че­ния энер­ге­тич. про­цес­сов в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка сфор­му­ли­ро­вал пер­вое на­ча­ло тер­мо­ди­на­ми­ки. Ис­сле­до­ва­ния про­цес­сов пре­вра­ще­ния энер­гии в клет­ке на­чались в 1930-х гг., ко­гда бы­ла об­на­ру­же­на эте­ри­фи­ка­ция не­ор­га­нич. фос­фа­та в хо­де бро­же­ния (нем. био­хи­ми­ки Г.

 Эм­бден и О. Мей­ер­гоф, 1933) и ды­ха­ния (рос. био­хи­ми­ки В. А. Эн­гель­гардт, 1930, и В. А. Бе­ли­цер (1939), амер. био­хи­мик Г. Каль­кар, 1937–41) и вы­де­ле­ны био­ло­гич. ак­ку­му­ля­то­ры энер­гии – аде­но­зин­три­фос­фат (АТФ) и креа­тин­фос­фат. Боль­шой вклад в по­ни­мание ме­ха­низ­мов кле­точ­ной Б. вне­сли О. Г. Вар­бург, амер. био­хи­мик А. Ле­нинд­жер и П. Мит­челл.

Тер­мин «Б.» был пред­ло­жен А. Сент-Дьёр­дьи в 1956 и по­лу­чил офиц. при­зна­ние на­уч. со­об­ще­ст­ва в 1968. Че­рез 20 лет на­ча­лось сти­хий­ное ис­поль­зо­ва­ние тер­ми­на экс­т­ра­сен­са­ми, па­ра­пси­хо­ло­га­ми и це­ли­те­ля­ми. В па­рана­уч­ной Б. фи­лософские по­ня­тия энер­гии (пра­на, ци и т. п.

) при по­мо­щи тер­ми­ноло­гии фи­зи­ки и био­ло­гии транс­фор­ми­ру­ют­ся в фан­та­стические ги­по­те­зы био­энер­го­ин­фор­ма­ци­он­но­го взаи­мо­дей­ст­вия при­род­ных про­цес­сов, чер­паю­щих энер­гию из фи­зи­че­ского ва­ку­ума. В дей­ст­ви­тель­но­сти пре­вра­ще­ния энер­гии в жи­вых сис­те­мах под­чи­ня­ют­ся за­ко­нам тер­мо­ди­на­ми­ки.

Жи­вые ор­га­низ­мы – от­кры­тые сис­те­мы, по­сто­ян­но об­ме­ни­ваю­щие­ся с внеш­ней сре­дой ве­ще­ст­вом, энер­ги­ей и ин­фор­ма­ци­ей.

Источники энергии для организмов

Осн. ис­точ­ни­ком энер­гии для ав­то­троф­ных ор­га­низ­мов яв­ля­ет­ся энер­гия сол­неч­но­го све­та, ко­то­рая ус­ваи­ва­ет­ся ими в хо­де фо­то­син­те­за и за­па­са­ет­ся гл. обр. в ви­де вос­ста­нов­лен­ных ор­га­нич. со­еди­не­ний.

Ге­те­ро­троф­ные ор­га­низ­мы из­вле­ка­ют не­об­хо­ди­мую для них энер­гию из ор­га­нич. ве­ществ пи­щи. И у ав­то-, и у ге­те­ро­тро­фов ор­га­нич. ве­щест­ва во­вле­ка­ют­ся в об­мен ве­ществ (ме­та­бо­лизм), ко­то­рый скла­ды­ва­ет­ся из двух взаи­мо­свя­зан­ных про­цес­сов – ка­та­бо­лиз­ма и ана­бо­лиз­ма.

В хо­де ка­табо­ли­че­ских пре­вра­ще­ний про­ис­хо­дит гид­ро­лиз и окис­ле­ние ор­га­нич. со­еди­не­ний с од­но­вре­мен­ным вы­де­ле­ни­ем энер­гии. Ана­бо­ли­че­ские пре­вра­ще­ния, на­про­тив, свя­за­ны с био­син­те­зом вы­со­ко­мо­ле­ку­ляр­ных со­еди­не­ний ор­га­низ­ма (в т. ч.

белков, нук­леи­но­вых ки­слот, уг­ле­во­дов, ли­пи­дов) из бо­лее про­стых и со­про­во­ж­да­ют­ся по­треб­ле­ни­ем энер­гии.

У мно­го­кле­точ­ных ге­те­ро­тро­фов для дол­го­вре­мен­но­го хра­не­ния в ка­че­ст­ве по­тен­ци­аль­ных ис­точ­ни­ков энер­гии ис­поль­зу­ют­ся по­ли­мер­ные уг­ле­во­ды (крах­мал у рас­те­ний, гли­ко­ген у жи­вот­ных и гри­бов), ли­пи­ды (мас­лá у бак­те­рий, рас­те­ний и гри­бов, жи­ры у жи­вот­ных), бел­ки (ви­тел­лин ооци­тов и др.

) и по­лифос­фа­ты (у бак­те­рий и гри­бов). Уг­ле­во­ды от­ли­ча­ет вы­со­кая ско­рость мо­би­ли­за­ции, а ли­пи­ды – наи­боль­шая энер­го­ём­кость. Пе­рио­ды ог­ра­нич. дос­туп­но­сти внеш­них ре­сур­сов мн. ор­га­низ­мы спо­соб­ны пе­ре­но­сить в со­стоя­нии ана­био­за или спяч­ки, ко­гда об­мен­ные про­цес­сы рез­ко за­тор­мо­же­ны.

На­прав­ле­ния ме­та­бо­лич. ре­ак­ций и ве­ли­чи­на мак­си­маль­но по­лез­ной ра­бо­ты оп­ре­де­ля­ют­ся из­ме­не­ния­ми дос­туп­ной сво­бод­ной энер­гии, или энер­гии Гиб­б­са (СЭ).

В по­дав­ляю­щем боль­шин­ст­ве слу­ча­ев за­па­са­ние СЭ свя­за­но с пе­ре­ходом од­но­го или двух элек­тро­нов от ве­ще­ст­ва-до­но­ра к ве­ще­ст­ву-ак­цеп­то­ру (с бо­лее вы­со­ким срод­ст­вом к элек­тро­нам); при этом до­нор окис­ля­ет­ся, а ак­цеп­тор вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся.

Пер­вич­ны­ми до­но­ра­ми элек­тро­нов у ли­то­тро­фов слу­жат не­ор­га­нич. со­еди­не­ния (се­ра, двух­ва­лент­ное же­ле­зо, ам­ми­ак и его со­ли, нит­ри­ты, во­до­род и ок­сид уг­ле­ро­да), а у ор­га­но­тро­фов – ор­га­нич. ве­ще­ст­ва (бел­ки, уг­ле­во­ды, ли­пи­ды и про­дук­ты их час­тич­но­го рас­ще­п­ле­ния).

Ак­цеп­то­ром элек­тро­нов у аэроб­ных ор­га­низ­мов яв­ля­ет­ся ки­сло­род, а у ан­аэроб­ных – нит­ра­ты, нит­ри­ты, суль­фа­ты, ди­ок­сид уг­ле­ро­да и не­ко­то­рые ор­га­нич. ве­ще­ст­ва.

Ор­га­низ­мы, спо­соб­ные ути­ли­зи­ро­вать энер­гию све­та (фо­то­тро­фы) вос­ста­нав­ли­ва­ют мо­ле­ку­лы ак­цеп­то­ров элек­тро­на­ми, по­лу­чен­ны­ми от та­ких сла­бых вос­ста­но­ви­те­лей, как се­ро­во­до­род и во­да, за счёт энер­гии кван­тов све­та.

Ко­ли­че­ст­вен­ная оцен­ка срод­ст­ва ве­ществ к элек­тро­нам оп­ре­де­ля­ет­ся стан­дарт­ны­ми окис­ли­тель­но-вос­ста­но­ви­тель­ны­ми по­тен­циа­ла­ми (ре­докс-по­тен­циа­ла­ми), ис­чис­ляе­мы­ми в воль­тах. Зна­че­ния ре­докс-по­тен­циа­лов ве­ществ, уча­ст­вую­щих в Б., на­хо­дят­ся в пре­де­лах от –0,7 В (α-ке­тог­лу­та­рат) до 0,8 В (ки­сло­род).

До­но­ры име­ют бо­лее от­рица­тель­ный ре­докс-по­тен­ци­ал, чем ак­цеп­то­ры. Для по­лу­че­ния и по­сле­дую­ще­го за­па­са­ния СЭ ис­поль­зу­ет­ся лю­бая до­нор­но-ак­цеп­тор­ная па­ра, обес­пе­чи­ваю­щая раз­ни­цу ре­докс-по­тен­циа­лов не ме­нее 0,2 В, что по­зво­ля­ет пре­об­ра­зо­вать СЭ раз­но­об­раз­ных со­еди­не­ний в уни­фи­ци­ров. фор­му осн.

внут­ри­кле­точ­но­го ак­ку­му­ля­то­ра энер­гии – АТФ.

Механизмы усвоения и использования энергии в организмах

На­ря­ду с са­мо­вос­про­из­ве­де­ни­ем энер­го­обес­пе­че­ние яв­ля­ет­ся од­ним из осн. свойств жиз­ни. Ве­ро­ят­но, эво­лю­ция ме­ха­низ­мов Б. бы­ла на­прав­ле­на на уве­ли­че­ние не столь­ко эф­фек­тив­но­сти, сколь­ко на­дёж­но­сти энер­го­обес­пе­че­ния. По­это­му жи­вые сис­те­мы в хо­де их ис­то­рич. раз­ви­тия ста­ли ис­поль­зо­вать энер­гию хи­мич.

свя­зей, све­та и ион­ных гра­ди­ентов, а не вос­поль­зо­ва­лись атом­ны­ми, те­п­ло­вы­ми или ме­ха­нич. ис­точ­ни­ка­ми энер­гии. В хо­де эво­лю­ции ор­га­низ­мов по­яв­ля­ют­ся спец.

мо­ле­ку­ляр­ные ме­ха­низ­мы, обес­пе­чи­ваю­щие наи­бо­лее безо­пас­ное и эф­фек­тив­ное пре­об­ра­зо­ва­ние СЭ, при ко­то­ром по­сред­ни­ка­ми ме­ж­ду до­но­ра­ми и ак­цеп­то­ра­ми слу­жат фер­мен­ты клас­са ок­си­до­ре­дук­таз.

Для пе­ре­но­са вос­ста­но­ви­тель­ных эк­ви­ва­лен­тов (ато­мов во­до­ро­да или элек­тро­нов) ок­си­до­ре­дук­та­зы ис­поль­зу­ют не­бел­ко­вые ком­по­нен­ты (ко­фак­то­ры и про­сте­ти­че­ские груп­пы): ни­ко­ти­но­вые и фла­ви­но­вые нук­лео­ти­ды, хи­но­ны, ме­тал­ло­пор­фи­ри­ны и же­ле­зо­сер­ные кла­сте­ры.

Эле­мен­ты элек­трон-транс­порт­ных це­пей рас­по­ла­га­ют­ся в по­ряд­ке воз­рас­та­ния срод­ст­ва к элек­тро­ну. Пе­ре­нос вос­ста­но­вит. эк­ви­ва­лен­тов в рас­тво­рах осу­ще­ст­в­ля­ют ни­ко­ти­на­мид­ные ко­фер­мен­ты, струк­ту­ра ко­то­рых пре­пят­ст­ву­ет их пря­мо­му окис­ле­нию ки­сло­ро­дом. В ка­та­боли­че­ских пре­вра­ще­ни­ях в осн. уча­ству­ет ни­ко­ти­на­ми­да­де­нин­ди­нук­ле­о­тид (НАД+), а в ре­ак­ци­ях ана­бо­лиз­ма – его фос­фо­ри­ли­ро­ван­ный ана­лог (НАДФ+).

Жи­вая клет­ка из­бе­га­ет пря­мо­го пре­об­ра­зо­ва­ния внеш­них ис­точ­ни­ков энер­гии для со­вер­ше­ния по­лез­ной ра­бо­ты.

Эта энер­гия сна­ча­ла транс­фор­ми­ру­ет­ся в ту или иную вза­им­но кон­вер­ти­руе­мую фор­му: АТФ или транс­мем­бран­ную раз­ность элек­тро­хи­мических по­тен­циа­лов ли­бо ио­нов $\ce{H+}$ (про­тон­ный по­тен­ци­ал, $Δμ̅_{\text H+}$), ли­бо ио­нов $\ce{Na+}$ (на­трие­вый по­тен­ци­ал, $Δμ̅_{\text{Na}+}$), что­бы за­тем ис­поль­зо­вать­ся в энер­го­ём­ких про­цес­сах. Лю­бая жи­вая клет­ка рас­по­ла­га­ет по мень­шей ме­ре дву­мя про­ме­жу­точ­ны­ми но­си­те­ля­ми энер­гии – АТФ и про­тон­ным (ли­бо на­трие­вым) по­тен­циа­лом.

В фи­зио­ло­гич. ус­ло­ви­ях струк­ту­ра АТФ обес­пе­чи­ва­ет со­че­та­ние вы­со­ко­го по­тен­циа­ла пе­ре­но­са ка­ж­дой из двух кон­це­вых фос­фо­риль­ных групп (тер­моди­на­мич. не­ста­биль­ность) с ки­не­тич.

ус­той­чи­во­стью (при темп-ре те­ла и ней­траль­ном $\ce{pH}$ АТФ са­мо­про­из­воль­но не гид­ро­ли­зу­ет­ся). Рас­ход АТФ про­ис­хо­дит при со­вер­ше­нии разл. ви­дов ра­бо­ты: хи­ми­че­ской (био­син­тез), элек­три­че­ской (соз­да­ние раз­но­сти элек­трич. по­тен­циа­лов на био­ло­гич.

мем­бра­нах), ос­мо­ти­че­ской (об­ра­зо­ва­ние гра­ди­ен­тов кон­цен­тра­ций не­за­ря­жен­ных ве­ществ) и ме­ха­ни­че­ской (со­кра­ще­ние ак­то­мио­зи­но­вых ком­плек­сов мышц). СЭ, за­па­сён­ная в по­тен­циа­ле пе­ре­но­са групп АТФ (фос­фо­риль­ный по­тен­ци­ал), при по­мо­щи спец.

фер­мен­тов (нук­лео­зид­дифосфаткиназ и нуклеозидмо­но­фос­фат­ки­наз) мо­жет пе­ре­рас­пре­де­лять­ся ме­ж­ду разл. нук­лео­зид­трифосфатами и нуклеозидди­фос­фа­та­ми, ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют про­те­ка­ние спе­ци­фич. ре­ак­ций био­син­те­за.

Фос­фо­риль­ный по­тен­ци­ал у боль­шин­ст­ва жи­вот­ных ста­би­ли­зи­ру­ет­ся по­сред­ст­вом об­ра­ти­мо­го пе­ре­но­са фос­фо­ри­ла на креа­тин (у не­ко­то­рых ра­ко­об­раз­ных – на ар­ги­нин, у гри­бов – на по­ли­фос­фа­ты).

Пре­об­ра­зо­ва­ние СЭ в по­тен­ци­ал пе­ре­но­са фос­фо­риль­ных групп АТФ мо­жет про­ис­хо­дить пу­тём суб­страт­но­го или мем­бран­но­го фос­фо­ри­ли­ро­ва­ния. Суб­страт­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ци­то­зо­ле в ре­ак­ци­ях гли­ко­ли­за и в мат­рик­се ми­то­хон­д­рий в три­кар­бо­но­вых ки­слот цик­ле.

У не­мно­го­числ. бак­те­рий и ар­хе­бак­те­рий, уча­ст­вую­щих в про­цес­сах бро­же­ния, а так­же у не­ко­то­рых вы­со­ко­спе­циа­ли­зи­ро­ван­ных эу­ка­рио­тич. кле­ток, ли­шён­ных ор­га­нелл (напр., эрит­ро­ци­ты че­ло­ве­ка), ис­поль­зую­щих гли­ко­лиз для по­лу­че­ния энер­гии, суб­страт­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние – един­ст­вен­ный спо­соб по­лу­че­ния энер­гии.

Од­на­ко у по­дав­ляю­ще­го боль­шин­ст­ва бак­те­рий, жи­вот­ных, рас­те­ний и гри­бов он слу­жит подсоб­ным ме­ха­низ­мом, а глав­ную роль игра­ет др. ме­ха­низм син­те­за АТФ, тре­бую­щий уча­стия мем­бран­ных струк­тур. К не­му от­но­сят­ся окис­ли­тель­ное фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние, от­кры­тое В. А.

Эн­гель­гард­том (1930), и фо­то­фос­фо­ри­ли­ро­вание, об­на­ру­жен­ное амер. био­хи­ми­ком Д. Ар­но­ном (1954). В со­от­вет­ст­вии с тео­ри­ей хе­ми­ос­мо­тич. со­пря­же­ния, пред­ло­жен­ной П. Мит­чел­лом (1961), дан­ные про­цес­сы про­ис­хо­дят во внутр. мем­бра­нах бак­те­рий, ар­хе­бак­те­рий, ми­тохон­д­рий и хло­ро­пла­стов.

В этих мем­бра­нах ге­не­ра­то­ра­ми $Δμ̅_{\text H+}$ яв­ля­ют­ся ды­ха­тель­ные или фо­то­син­тетич. фер­мен­ты – пе­ре­нос­чи­ки элек­тро­нов и во­до­ро­да, слу­жа­щие од­но­вре­мен­но про­тон­ны­ми на­со­са­ми, спо­соб­ными пре­вра­щать вы­де­ляю­щую­ся при окис­ле­нии энер­гию в $Δμ̅_{\text H+}$.

Ге­не­ра­то­ры $Δμ̅_{\text H+}$ бак­те­рий, ар­хе­бак­те­рий и ми­то­хон­д­рий пе­ре­но­сят $\ce{H+}$ сквозь мем­бра­ну на­ру­жу (у хло­ро­пла­стов – внутрь). Пе­ре­нос $\ce{H+}$ че­рез мем­бра­ну в об­рат­ном на­прав­ле­нии мо­жет ис­поль­зо­вать­ся фер­мен­та­ми-по­тре­би­те­ля­ми $Δμ̅_{\text H+}$ для со­вер­ше­ния разл.

ви­дов по­лез­ной ра­бо­ты: син­тез АТФ, вра­ще­ние жгу­ти­ка бак­те­рий, соз­да­ние ион­ных гра­ди­ен­тов и кон­тро­ли­руе­мо­го тер­мо­ге­не­за (ра­зо­гре­ва­ние ор­га­нов жи­вот­ных и не­ко­то­рых рас­те­ний). Син­тез АТФ за счёт $Δμ̅_{\text H+}$ при ды­ха­тельном фосфорилировании и фо­то­фос­фо­ри­ли­ро­ва­нии ка­та­ли­зи­ру­ет фер­мент \ce{H+}// -АТФ-син­та­за.

Ре­ак­ция об­ра­зо­ва­ния АТФ из АДФ и фос­фа­та про­ис­хо­дит без за­тра­ты $Δμ̅_{\text H+}$ (она рас­хо­ду­ет­ся на вра­ще­ние субъ­е­ди­ни­цы фер­мен­та, обес­пе­чи­ваю­щее вы­ход АТФ в рас­твор). СЭ $Δμ̅_{\text H+}$ мо­жет транс­фор­ми­ро­вать­ся в гра­ди­ен­ты ио­нов $\ce{Na+}$ и $\ce{K+}$. На кле­точ­ной мем­бра­не эу­ка­ри­от и мн.

мор­ских бак­те­рий на­ря­ду с (или вме­сто) $Δμ̅_{\text H+}$ об­ра­зу­ет­ся $Δμ̅_{\text {Na}+}$, под­дер­жи­вае­мый гра­ди­ен­та­ми ио­нов ка­лия и во­до­ро­да. Ге­не­ра­то­ра­ми $Δμ̅_{\text {Na}+}$ яв­ля­ют­ся осо­бые ды­ха­тельные фер­мен­ты у бак­те­рий и $\ce{Na+, K+}$-АТФаза у жи­вот­ных.

Окис­лит. фос­фо­ри­ли­ро­ва­ние – один из са­мых мас­штаб­ных про­цес­сов, про­те­каю­щих в ор­га­низ­ме че­ло­ве­ка и жи­вот­ных.

Так, взрос­лый че­ло­век в те­че­ние дня по­гло­ща­ет до 400 л $\ce{O_2}$. В его ор­га­низ­ме со­дер­жит­ся ок. 50 г АТФ и АДФ. Ка­ж­дая мо­ле­ку­ла АТФ со­вер­ша­ет ок. 1300 цик­лич.

пре­вра­ще­ний (в АДФ и об­рат­но), что в сум­ме мо­жет дос­ти­гать 40 кг АТФ.

Окис­лит. фос­фо­ри­ли­ро­ва­нию пред­ше­ст­ву­ет ряд ста­дий под­го­тов­ки «то­п­ли­ва», ко­гда разл.

са­ха­ра, жир­ные ки­сло­ты и ами­но­кис­ло­ты рас­ще­п­ля­ют­ся, да­вая ог­ра­ни­чен­ный на­бор кар­бо­но­вых ки­слот, ко­то­рые пре­тер­пе­ва­ют пре­вра­ще­ния в цик­ле три­кар­бо­но­вых ки­слот.

В хо­де этих пре­вра­ще­ний ато­мы $\ce{H}$ ос­во­бо­ж­да­ют­ся и пе­ре­да­ют­ся на НАД+ (ре­же на НАДФ+ или уби­хи­нон), а за­тем на фер­мен­ты-ге­не­ра­то­ры $Δμ̅_{\text H+}$, об­ра­зую­щие ды­ха­тель­ную цепь. Та­ких ге­не­ра­то­ров в ми­то­хон­д­ри­ях эу­ка­рио­тич.

кле­ток и боль­шин­ст­ве аэроб­ных бак­те­рий три: НАДН-уби­хи­нон-ре­дук­та­за, уби­хи­нол-ци­то­хром $c$-ре­дук­та­за и ци­то­хром $c$-ок­си­да­за. По­след­ний ка­та­ли­зи­ру­ет за­вер­шаю­щий этап кле­точ­но­го ды­ха­ния – при­сое­ди­не­ние 4 элек­тро­нов и 4 про­то­нов к $\ce{O_2}$ с об­ра­зо­ва­ни­ем $\ce{H_2O}$.

В то же вре­мя на­чаль­ные и сред­ние уча­ст­ки ды­ха­тель­ной це­пи, а так­же не­ко­то­рые др. окис­ли­тель­но-вос­ста­но­вит. фер­мен­ты спо­соб­ны к од­но- и двух­элек­трон­но­му вос­ста­нов­ле­нию $\ce{O_2}$. При этом вме­сто во­ды об­ра­зу­ют­ся со­от­вет­ст­вен­но

су­пер­ок­сид-ион ($\ce{O_2{\underline{•}}}$) и пе­рок­сид во­до­ро­да. Оба эти ком­по­нен­та мо­гут слу­жить пред­ше­ст­вен­ни­ка­ми ра­ди­ка­ла гид­р­о­кси­ла ($\ce{HO{•}}$), силь­ней­ше­го окис­ли­те­ля, и по­то­му очень ток­сич­ны.

По-ви­ди­мо­му, $\ce{HO{•}}$, об­ра­зуе­мый внут­ри ми­то­хон­д­рий, иг­ра­ет клю­че­вую роль в про­цес­сах за­про­грам­ми­ро­ван­ной ги­бе­ли клет­ки (см. Апоп­тоз) и ста­ре­ния, а так­же в раз­ви­тии ин­фарк­тов и ин­суль­тов.

По­это­му по­иск ан­ти­ок­си­дан­тов, спе­ци­фи­че­ски ад­ре­со­ван­ных внутрь ми­то­хон­д­рий, ос­та­ёт­ся од­ним из са­мых пер­спек­тив­ных на­прав­ле­ний фар­ма­ко­ло­гии. О прев­ра­ще­ни­ях энер­гии в эко­си­сте­мах см. в ст. Тро­фи­че­ский уро­вень. См. так­же Ды­ха­ние.

Источник: https://bigenc.ru/biology/text/1868034

Круговорот веществ в биосфере, геологический и биохимический виды, значение живых организмов

Источник вещества и энергии живых организмов

Длительное существование жизни на Земле возможно благодаря постоянному круговороту веществ в биосфере. Все элементы, которые есть на планете, находятся в ограниченном количестве. Использование всех запасов привело бы к исчезновению всего живого. Поэтому в природе существуют механизмы, обеспечивающие перемещение химических соединений из живого к неживой природе и обратно.

Виды круговоротов веществ

Неоднократное использование существующих элементов способствует постоянству жизненных процессов при достаточном количестве энергетических ресурсов. Главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ в биосфере — Солнце.

Выделяют три круговорота: геологический, биогеохимический и антропогенный (появился после возникновения человечества).

Геологический

Геологический или большой круговорот веществ функционирует благодаря внешним и внутренним геологическим процессам.

Эндогенные (глубинные) процессы происходят под воздействием внутренней энергии планеты. Ее источником служит радиоактивность, а также ряд биохимических реакций при формировании минералов и др. К глубинным процессам относят: перемещение земной коры, землетрясения, возникновение магматических расплавов, преобразования твердых пород.

Экзогенные процессы вызваны влиянием солнечной энергии. Основные из них: разрушение и изменение минеральных и органических пород, перенос этих остатков на другие участки земли, формирование осадочных пород. Экзогенные процессы также включают деятельность живой природы и человека.

Континенты, впадины океанического дна — результат влияния эндогенных факторов, а незначительные изменения существующего рельефа сформировались под действием экзогенных процессов (холмы, овраги, дюны). По сути, деятельность эндогенных и экзогенных факторов направлена друг на друга. Эндогенные отвечают за создание крупных форм рельефа, а экзогенные сглаживают их.

Силикатный расплав земной коры (магма) после выветривания переходит в осадочные породы. Проходя через подвижныеслои земной коры, они опускаются вглубь земного шара, где плавятся и обращаются в магму. Она снова извергается на поверхность и, после застывания, превращается в магматические породы.

Так, большой круговорот обеспечивает постоянный обмен вещества между биосферой и глубинами Земли.

Биохимический

Биогеохимический или малый круговорот осуществляется благодаря взаимодействию всего живого. Отличие от геологического состоит в том, что малый ограничен границами биосферы.

Биохимический круговорот в биосфере

Благодаря солнечной энергии здесь идет важный процесс — фотосинтез. При этом органические вещества продуцируются автотрофами, путем синтеза из неорганических.

Далее они поглощаются гетеротрофами. После, отмершие тела животных и растений минерализуются (превращаются в неорганические продукты).

Полученные неорганические вещества снова используются автотрофными организмами.

Малый круговорот веществ делится на две составляющие:

  • Резервный фонд — та доля веществ, что еще не используется живыми особями;
  • обменный фонд — небольшая доля вещества, задействованная в обменных процессах.

Резервный фонд делится на 2 вида:

  • Газового типа — это резервный фонд воздушной и водной среды (задействованы следующие элементы: C, O, N);
  • осадочного типа — резервный фонд, что находится в твердой оболочке земли (задействованы следующие элементы: P, Ca, Fe).

Интенсивные обменные процессы возможны при достаточном поступлении воды и оптимальном температурном режиме. Поэтому в тропических широтах круговорот протекает быстрее, чем в северных.

Какую функцию выполняет круговорот веществ в биосфере?

Единство биосферы поддерживается круговоротом вещества и энергии. Постоянное их взаимодействие поддерживает жизнь на всей планете. Углерод — один из незаменимых элементов живых существ. Круговорот углерода поддерживается за счет деятельности представителей растительного мира.

Углерод вступает в круговорот веществ в биосфере и завершает его в форме углекислого газа. Во время фотосинтеза из атмосферы поглощается диоксид углерода, который превращается фотосинтезирующими организмами в углеводы. Назад возвращается CO2 в процессе дыхания.

Азот — важный элемент, структурная часть ДНК, АТФ, белков. Он в большей мере представлен молекулярным азотом, и в таком виде не усваивается растениями. Круговороту азота способствуют бактерии и цианобактерии.

Они могут переводить молекулы N в соединения, которые доступны для растений. После гибели органика поддается действию сапрогенных бактерий и расщепляется до аммиака.

Часть которого подымается в верхние слои атмосферы и вместе с диоксидом углерода удерживает тепло планеты.

Функция и значение живых организмов

Живые организмы в круговороте веществ

Все живое участвует в круговороте веществ, при этом усваивая одни вещества и выделяя другие. Существует ряд функций, которые выполняют живые организмы.

  1. Энергетическая
  2. Газовая
  3. Концетрационная
  4. Окислительно-востановительная
  5. Деструктивная
  6. Транспортная
  7. Средообразующая

Роль редуцентов в круговороте веществ

Редуценты в процессе круговорота веществ возвращают минералы и водные ресурсы в почву, при этом они становятся доступными для автотрофных организмов. Таким образом, вся живая природа не может существовать без редуцентов. Типичными представителями редуцентов являются грибы и бактерии.

Значение бактерий

Бактерии в круговороте веществ в биосфере играют огромную роль. Значимость микроорганизмов определяется, главным образом, их широкой распространённостью, быстрыми обменными процессами.

Бактерии разлагают органические соединения отмерших растений и освобождают в биосферу углерод. Также бактерии способны осуществлять химические реакции, недоступные для других живых существ (азотфиксирующие бактерии).

Какова роль грибов в круговороте веществ в биосфере?

Они превращают органические соединения в неорганические, которые становятся источником питания для растений. Также некоторые грибы участвуют в почвообразовании. Накопившаяся органика в теле гриба после его отмирания превращается в перегной.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:)
Загрузка…

Источник: https://animals-world.ru/krugovorot-veshhestv-v-biosfere/

Ваш лекарь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: