Энергетика живых организмов

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное 

Учреждение  Высшего Профессионального Образования

«Кузбасский Государственный Технический Университет  имени Тимофея Федоровича Горбачёва» 
 
 
 
 

Реферат

«Энергетика живых организмов» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Плуталов Н. С.

Проверила: Жбырь Е. В. 
 
 
 
 

Содержание.

1. Роль обмена веществ и энергии в жизни живых существ.

2. Энергетический обмен со средой обитания.

3. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

4. Список используемой  литературы.

1. Роль обмена веществ и энергии в жизни живых существ.

     Обязательным  условием существования любого организма  является постоянный приток питательных  веществ и постоянное выделение  конечных продуктов химических реакций, происходящих в клетках организма.

     Поступившие в организм в ходе питания органические вещества (или синтезированные в  ходе фотосинтеза) расщепляются ферментами на строительные блоки - мономеры и  направляются во все клетки организма. Часть молекул этих; веществ расходуется на синтез специфических органических веществ, присущих данному организму. В клетках синтезируются белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие вещества, которые выполняют различные функции (строительную, каталитическую, регуляторную, защитную и т.д.).

Другая часть низкомолекулярных  органических соединений, поступивших  в клетки, идет на образование АТФ, в молекулах которой заключена  энергия, доступная непосредственно  для выполнения работы.

В ходе превращения  веществ в клетках организма образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и поэтому выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.

Катаболизм (диссимиляция) - совокупность реакций, приводящих к  образованию простых соединений из более сложных. К катаболическим относят, например, реакции гидролиза  сложных полимеров до простых  мономеров и расщепление последних до углекислого газа, воды, аммиака. К катаболичееким относят реакции энергетического обмена, в ходе которого происходит окисление органических веществ и синтез АТФ.

Анаболизм (ассимиляция) - совокупность реакций синтеза сложных  органических веществ из более простых. Например, фиксация азота и биосинтез белка, синтез углеводов из углекислого газа и воды в ходе фотосинтеза, синтез полисахаридов, липидов, нуклеотидов, ДНК, РНК и других веществ. Синтез веществ в клетках живых организмов часто обозначают понятием пластический обмен, а расщепление веществ и их окисление с целью синтеза АТФ - энергетический обмен. Пластический и энергетический обмены составляют основу жизнедеятельности любой клетки, а, следовательно, и любого организма, и тесно связаны между собой Биология. / Н.П.Соколова, И.И.Андреева и др. - М.: Высшая школа, 1987..

Энергетический обмен - неотъемлемая и составная часть  обмена веществ и энергии в  живом организме, включающая процессы поглощения, запасания, передачи, трансформации, использования и выделения энергии. Любая живая клетка представляет собой активную, динамичную систему. Энергия необходима для осуществления любых проявлений жизнедеятельности. Она требуется для процессов химического синтеза, для всех видов движения (в том числе и мышечного), для передачи нервных импульсов. Энергия тратится и на процесс активного переноса веществ через плазматическую мембрану (в клетку и из клетки), причем на это расходуется весьма значительная часть энергетических ресурсов клетки. Энергия требуется также для образования тепла и поддержания постоянной температуры тела у птиц и млекопитающих и т.д. В организм энергия поступает из окружающей среды. Первичным источником ее для всего живого служит та часть солнечной радиации, которая называется видимым светом, улавливается зелеными растениями и в процессе фотосинтеза превращается сначала в электрохимическую, а затем в химическую энергию, запасаемую в органических продуктах фотосинтеза. Животные организмы, грибы, большинство бактерий и простейших не способны к фотосинтезу и поэтому целиком зависят (в смысле снабжения энергией) от веществ, синтезируемых растениями. Эта зависимость может быть прямой, как у травоядных, или непрямой, как у плотоядных, которые питаются другими животными, в том числе травоядными. Далее запасенная энергия переводится в форму, в которой она может использоваться растительными и животными клетками, клетками других организмов для выполнения какой-либо работы, например для синтеза необходимых клетке веществ, для обеспечения механических, электрических, осмотических и иных процессов. В конечном счете, сущность энергетического обмена в клетке (и организме в целом) сводится к покрытию ее энергетических потребностей за счет осуществления в ней широкого спектра химических, физических и физико-химических реакций и преобразований веществ.

Единый процесс  энергетического обмена можно условно  разделить на три последовательных этапа. Первый из них - подготовительный. На этом этапе высокомолекулярные органические вещества в цитоплазме под действием соответствующих ферментов расщепляются на мелкие молекулы: белки - на аминокислоты, полисахариды (крахмал, гликоген) - на моносахариды (глюкозу), жиры - на глицерин и жирные кислоты, нуклеиновые кислоты - на нуклеотиды и т.д. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде тепла.

Второй этап - бескислородный, или неполный. Образовавшиеся на подготовительном этапе вещества подвергаются дальнейшему  ферментативному расщеплению без  участия кислорода. Примером может  служить гликолиз.

Продукт гликолиза - пировиноградная  кислота - заключает в себе значительную часть энергии, и дальнейшее ее высвобождение  осуществляется в митохондриях. Этот процесс также можно разделить  на три основные стадии: 1) окислительное  декарбоксилирование пировиноградной кислоты, 2) цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса - далее); 3) заключительная стадам окисления - электронтранспортная цепь. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Энергетический  обмен со средой обитания. 

     Энергия существует в природе в различных  формах. Это прежде всего энергия  солнечного света, а также химическая, тепловая и электрическая. Организмам энергия необходима для активного  транспортирования веществ, для  синтеза белков и иных биомолекул, для мышечных сокращений при пере-мощении в пространстве, для клеточного деления и т. д

     Первоисточником энергии в природе является Солнце, но энергию могут использовать только фотосинтетики, а все 1 остальные  организмы могут получать эту  энергию лишь опосредовано, т. е. в форме энергии химических связей между атомами органических соединений. При разрыве связей энергия может высвобождаться, но чаще всего она временно запасается виде особо богатого энергией нуклеотида —аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - используемого клеткой для всех дальнейших процессов жизнедеятельности.

Главная роль в энергетическом обмене клеток животных принадлежит  дыхательному обмену или клеточному дыханию. Клеточное дыханиепредставляет собой процесс, в котором высокомолекулярные органические высокоэнергетические соединения, окисляясь распадаются на низкомолекулярную или неорганические соединения, бедные энергией. При окислении с участием кислорода дыхание называют аэробным, а без его участия — анаэробным.

Процесс потребления  кислорода из среды обитания и возвращения в эту среду диоксида углерода называется газообменом организма с окружающей средой. Это иной процесс, отличный от клеточного дыхания, путь их нельзя.

Более половины энергии, ежедневно расходуемой человеком, затрачивается на мышечную работу. Запасы одних только углеводов могут удовлетворить энергетические потребности нашего организма в течение примерно 12 ч, тогда как человек среднего телосложения может обходиться без пищи, по крайней мере, в течение шести недель.

Животным, впадающим в зимнюю спячку и снижающим скорость метаболизма, накопленных летом запасов жира хватает на долгие месяцы. Последовательность расходования высокомолекулярных соединений в организме (на примере человека, риг. 2.3) следующая: прежде всего углеводы, затем жиры (у животных) или масла (у растений), и в последнюю очередь белки.

Энергетический обмен  клетки осуществляется в три этапа.

Подготовительный  этап — сложные органические соединения распадаются на более простые: белки на аминокислоты, полисахариды на моносахариды и т. п.

Этап  неполного окисления (анаэробное дыхание или брожение). Неполному окислению могут подвергаться глюкоза, жирные кислоты, аминокислоты. При этом главным источником энергии в клетке является глюкоза. При бескислородном окислении одной молекулы глюкозы (процесс гликолиза) из двух молекул АДФ образуются две молекулы АТФ. В процессе

гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии.

Этап  полного расщепления (аэробное дыхание) протекает с обязательным участием кислорода. При дыхании последовательно проходит ряд ферментативных реакций. В условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, недоокисленные продукты гликолизаотдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию, которая аккумулируется в АТФ. 
 
 
 

3. Экологические проблемы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

 

     Биоэнергетические станции по сравнению с традиционными  электростанциями и другими НВИЭ являются наиболее экологически безопасными. Они способствуют избавлению окружающей среды от загрязнения всевозможными  отходами. Так, например, анаэробная ферментация – эффективное средство не только реализации отходов животноводства, но и обеспечения экологической чистоты, так как твердые органические вещества теряют запах и становятся менее привлекательными для грызунов и насекомых (в процессе перегнивания разрушаются болезнетворные микроорганизмы). Кроме того, образуются дополнительный корм для скота (протеин) и удобрения.

Городские стоки  и твердые отходы, отходы при рубках леса и деревообрабатывающей промышленности, представляя собой возможные источники сильного загрязнения природной среды, являются в то же время сырьем для получения энергии, удобрений, ценных химических веществ. Поэтому широкое развитие биоэнергетики эффективно в экологическом отношении. Однако неблагоприятные воздействия на объекты природной среды при энергетическом использовании биомассы имеют место. Прямое сжигание древесины дает большое количество твердых частиц, органических компонентов, окиси углерода и других газов. По концентрации некоторых загрязнителей они превосходят продукты сгорания нефти и ее производных. Другим экологическим последствием сжигания древесины являются значительные тепловые потери.

     По  сравнению с древесиной биогаз –  более чистое топливо, непроизводящее вредных газов и частиц. Вместе с тем необходимы меры предосторожности при производстве и потреблении биогаза, так как метан взрывоопасен. Поэтому при его хранении, транспортировке и использовании следует осуществлять регулярный контроль для обнаружения и ликвидации утечек.

При ферментационных  процессах по переработке биомассы в этанол образуется большое количество побочных продуктов (промывочные воды и остатки перегонки), являющихся серьезным источником загрязнения среды, поскольку их вес в несколько раз (до 10) превышает вес этилового спирта.

Неблагоприятные воздействия биоэнергетики на экологию:

• выбросы твердых частиц, канцерогенных и токсичных веществ, окиси углерода, биогаза, биоспирта;
• выброс тепла, изменение теплового баланса;
• обеднение почвенной органики, истощение и эрозия почв;
• взрывоопасность;
• большое количество отходов в виде побочных продуктов (промывочные воды, остатки перегонки).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Список использованной  литературы. 

http://ommo.ru

http://kfs74.ru

http://www.etginpro.ru

http://lesopromyshlennik.ru

http://dxdy.ru

http://www.domouprav.ru