kása!
ezek a gyönyörű szán kutyák metabolikus csodát jelentenek. Miközben napi 100 mérföldet fut, mindegyik körülbelül 12 ezer kalóriát fogyaszt és éget el — körülbelül 240 kalóriát fontonként naponta, ami körülbelül 24 Big Mac-nek felel meg! Az emberi állóképességű sportoló ezzel szemben általában csak körülbelül 100 kalóriát éget el fontonként naponta. A tudósokat érdekli a szánkó kutyák csodálatos anyagcseréje, bár még mindig nem határozták meg, hogyan használják fel annyi energiát. De egy dolog biztos: minden élőlénynek energiára van szüksége mindenhez, amit csinál, függetlenül attól, hogy fut-e egy versenyen, vagy villog-e. Valójában a test minden sejtjének folyamatosan energiára van szüksége, csak az alapvető életfolyamatok elvégzéséhez. Valószínűleg tudja, hogy energiát kap az elfogyasztott ételből, de honnan származik az étel? Hogyan jön az energia? És hogyan nyerik a sejtjeink az energiát az ételből?
Mi Az Energia?
a tudományos világban az energiát a munka képességének tekintik. Gyakran láthatja az energiát az élőlényekben — egy madár repül a levegőben, egy szentjánosbogár világít a sötétben, egy kutya csóválja a farkát. Ezek nyilvánvaló módszerek arra, hogy az élőlények energiát használnak, de az élőlények folyamatosan kevésbé nyilvánvaló módon használják az energiát, is.
miért van szükség az élőlényeknek energiára
minden élőlény minden sejtjében energiára van szükség az életfolyamatok végrehajtásához. Energiára van szükség a molekulák lebontásához és felépítéséhez, valamint sok molekula plazmamembránon keresztüli szállításához. Az élet minden munkájának energiára van szüksége. Sok energiát egyszerűen elveszít a környezet, mint hő. Az élet története az energiaáramlás története — elfogása, formaváltása, munkára való felhasználása és hővesztesége. Az energiát (az anyaggal ellentétben) nem lehet újrahasznosítani, ezért az organizmusoknak állandó energiabevitelre van szükségük. Az élet kémiai energián fut. Honnan szerzik az élő szervezetek ezt a kémiai energiát?
hogyan jutnak az organizmusok energiához
az organizmusoknak szükséges kémiai energia élelmiszerből származik. Az élelmiszer szerves molekulákból áll, amelyek kémiai kötéseikben tárolják az energiát. Az energiaellátás szempontjából kétféle organizmus létezik: autotrófok és heterotrófok.
autotrófok
az autotrófok olyan organizmusok, amelyek nem élő forrásokból nyerik az energiát, és ezt az energiát továbbítják az ökoszisztéma élő részébe. Ők is képesek saját ételeket készíteni. A legtöbb autotróf a napfényben lévő energiát használja fel az élelmiszer előállításához a fotoszintézis folyamatában. Csak bizonyos organizmusok — például növények, algák és néhány baktérium — képesek táplálékot előállítani a fotoszintézis révén. Néhány fotoszintetikus organizmus az alábbi ábrán látható.
a fotoszintetikus autotrófok, amelyek a napfényben lévő energiát használják fel, magukban foglalják (a) növényeket, (b) algákat és (c) bizonyos baktériumokat.
az Autotrófokat gyártóknak is nevezik. Nem csak maguknak termelnek ételt, hanem minden más élőlénynek (más néven fogyasztóknak) is. Ezért képezik az autotrófok az élelmiszerláncok alapját, például az alább bemutatott élelmiszerláncot.
az élelmiszerlánc megmutatja, hogyan áramlik az energia és az anyag a termelőktől a fogyasztókhoz. Az anyagot újrahasznosítják, de az energiának folyamatosan be kell áramolnia a rendszerbe. Honnan származik ez az energia? (Bár a bomlókat az élelmiszerlánc utolsó lépéseként mutatják be, ezek az organizmusok az élelmiszerlánc minden lépéséből lebontják az anyagot. További információkért lásd az ökológiai koncepciókat.)
heterotrófok
a heterotrófok olyan élőlények, amelyek nem képesek saját ételt készíteni. Ehelyett más organizmusok fogyasztásával kapják meg ételeiket, ezért is hívják őket fogyasztóknak. Fogyaszthatnak autotrófokat vagy más heterotrófokat. A heterotrófok magukban foglalják az összes állatot és gombát, valamint számos egysejtű szervezetet. A fenti ábrán az összes szervezet fogyasztó, kivéve a füvet. Mit gondol, mi történne a fogyasztókkal, ha minden termelő eltűnne a földről?
energiamolekulák: glükóz és ATP
az organizmusok elsősorban kétféle molekulát használnak kémiai energiához: glükóz és ATP. Mindkét molekulát üzemanyagként használják az egész élővilágban. Mindkét molekula kulcsszerepet játszik a fotoszintézis folyamatában is.
glükóz
a glükóz egy egyszerű szénhidrát, amelynek kémiai képlete C6H12O6. A kémiai energiát koncentrált, stabil formában tárolja. A szervezetben a glükóz az energia formája, amelyet a vér hordoz, és minden egyes sejt milliárdja felveszi. A glükóz a fotoszintézis végterméke, és az élet szinte univerzális tápláléka.
ATP
az ATP (adenozin-trifoszfát) az energiát hordozó molekula, amelyet a sejtek energiához használnak. Az összes sejt energiát használ a legtöbb sejtfolyamatban. Az ATP-t a fotoszintézis első felében állítják elő, majd a fotoszintézis második felében energiára használják, amikor glükózt állítanak elő. Az ATP energiát szabadít fel, amikor feladja három foszfátcsoportjának (Pi) egyikét, és ADP-re (adenozin-difoszfátra, amelynek két foszfátcsoportja van) változik, amint azt az alábbi ábra mutatja. Így az ATP ADP + Pi-re történő lebontása katabolikus reakció, amely energiát szabadít fel (exoterm). Az ATP az ADP és a Pi kombinációjából készül, egy anabolikus reakció, amely energiát vesz fel (endoterm).
miért van szükségük az organizmusoknak mind glükózra, mind ATP-re
miért van szükségük az élőlényeknek glükózra, ha az ATP az a molekula, amelyet a sejtek energiához használnak? Miért nem állítják elő az autotrófok az ATP-t és végeznek vele? A válasz a ” csomagolásban van.”A glükóz molekula több kémiai energiát tartalmaz egy kisebb “csomagban”, mint egy ATP molekula. A glükóz szintén stabilabb, mint az ATP. Ezért a glükóz jobb az energia tárolására és szállítására. A glükóz azonban túl erős ahhoz, hogy a sejtek felhasználhassák. Az ATP viszont csak a megfelelő mennyiségű energiát tartalmazza a sejteken belüli életfolyamatok működtetéséhez. Ezen okok miatt mind a glükóz, mind az ATP szükséges az élőlényekhez.
hogyan áramlik az energia az élőlényeken keresztül
az energia áramlása az élő szervezeteken keresztül fotoszintézissel kezdődik. Ez a folyamat a napfény energiáját tárolja a glükóz kémiai kötéseiben. A glükóz kémiai kötéseinek megszakításával a sejtek felszabadítják a tárolt energiát, és előállítják a szükséges ATP-t. A glükóz lebontásának és az ATP előállításának folyamatát sejtlégzésnek nevezzük.
a fotoszintézis és a sejtlégzés olyan, mint egy érem két oldala. Ez az alábbi ábrán látható. Az egyik folyamat termékei a másik reagensei. A két folyamat együtt tárolja és felszabadítja az energiát az élő szervezetekben. A két folyamat együtt működik az oxigén újrahasznosításában a Föld légkörében.
ez a diagram összehasonlítja és szembeállítja a fotoszintézist és a sejtlégzést. Azt is megmutatja, hogy a két folyamat hogyan kapcsolódik egymáshoz.
összefoglaló
- az energia a munka képessége. Minden élőlénynek és minden élő sejtnek szüksége van rá az életfolyamatok végrehajtásához, például molekulák lebontásához és felépítéséhez, valamint sok molekula sejtmembránon történő szállításához.
- az élőlényeknek e folyamatokhoz szükséges energia kémiai energia, amely élelmiszerből származik. Az élelmiszer szerves molekulákból áll, amelyek kémiai kötéseikben tárolják az energiát.
- az autotrófok saját ételt készítenek. A növények például fotoszintézis útján készítenek ételt. Az autotrófokat gyártóknak is nevezik.
- a heterotrófok más organizmusok elfogyasztásával jutnak táplálékhoz. A heterotrófokat fogyasztóknak is nevezik.
- az organizmusok elsősorban a glükóz és az ATP molekulákat használják energiához. A glükóz egy kompakt, stabil energiaforma, amelyet a vér hordoz és a sejtek felvesznek. Az ATP kevesebb energiát tartalmaz, és a cellás folyamatok táplálására szolgál.
- az élőlényeken keresztüli energiaáramlás fotoszintézissel kezdődik, amely glükózt hoz létre. A sejtlégzésnek nevezett folyamat során az organizmusok sejtjei lebontják a glükózt, és előállítják a szükséges ATP-t.
felülvizsgálat
1. Határozza meg az energiát.
2. Miért van szüksége az élőlényeknek energiára?
3. Hasonlítsa össze és szembeállítsa azt a két alapvető módszert, amellyel az organizmusok energiát kapnak.
4. Ismertesse a glükóz és az ATP energiamolekulák szerepét és kapcsolatait.
5. Összegezze, hogyan áramlik az energia az élőlényeken keresztül.
6. Magyarázza el, miért származik végül az emberi test által felhasznált energia a napból.
7. Igaz vagy hamis: egyes emberek (például vegetáriánusok) autotrófok.
8. Igaz vagy hamis: a glükóz kémiai energiát tárol kötéseiben.
9. A termelőket is nevezik ______________ .
10. A fogyasztókat is hívják ______________ .
11. Az alábbiak közül melyik tárolja a kémiai energiát?
a. ATP
b. glükóz
c. A fentiek egyike sem
d. mind a, mind B
12. Az alábbiak közül melyik nem heterotróf?
a. gomba
b. tehén
c. kukorica
d. mind A, Mind C