Реферат Искусственный и естественный отбор. Энергетический обмен клетки
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Негосударственное образовательное учреждение
"ПРАВОВОЙ ТЕХНИКУМ"
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ "ПРАВО И ОРГАНИЗАЦИЯ СОЦИАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ"
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ: "
Искусственный и естественный отбор.
Энергетический обмен клетки
".
Выполнил: Петриашвили М. С.,
студент 1 курса
заочного отделения
Преподаватель: Гартунг Л. Е.
Ростов-на-Дону
Содержание.
Введение……………………………………….……………..стр. 3
1. Искусственный отбор….…………………………….……стр. 5
2. Естественный отбор............................................................стр. 7
3. Половой отбор………………………………………….....стр. 11
4. Сходства и различия между естественным и
искусственным отбором………………………..……………стр. 12
5. Энергетический обмен клетки……………………….…..стр. 14
Заключение…………………………………………………..стр. 21
Список используемой литературы………………………….стр. 24
Введение. Сущность процесса, обозначаемого термином "отбор", сводится к тому, что в ряду последовательных поколений животных или растений данного вида известные признаки постепенно усиливаются вследствие того, что в силу естественных условий (отбор естественный) или вследствие деятельности человека (отбор искусственный) размножаются исключительно или преимущественно те именно особи вида, у которых данные признаки развиты сильнее, между тем как особи, не представляющие этих особенностей, в силу тех или иных естественных или искусственных условий устраняются в большей или меньшей степени от размножения. Отбор действительно может выделить из некоторого разнообразия нечто принципиально новое, но само это новое не появляется в результате отбора. Происходит большая терминологическая и понятийная путаница при сопоставлении естественного и искусственного отборов. Если ограничится констатацией участия человека в искусственном отборе, как целеполагающего элемента, то различение этих двух понятий можно считать вполне однозначным. Но если пытаться вносить в разграничение искусственного и естественного отборов содержательную составляющую, то граница между ними стирается. Любой отбор на приспособление к некой узкой адаптивной функции, например, хоботка бабочки к форме цветка задает те же ограничения на выживаемость потомства, что и искусственный отбор собак по длине хвоста. В обоих случаях речь идет о подгонке популяционной морфологической нормы под специфические внешние условия. И этот отбор по сути своей природы не может привести к формированию нового вида, так как принципиально не затрагивает генетический комплекс видовой определенности, а наоборот стремиться свести генетическую и морфологическую вариативность к минимуму.
Основное значение энергетического обмена в том, что при разрушении сложных органических веществ высвобождается энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций - движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. А поскольку без всех этих функций жизнедеятельность клетки невозможна, то невозможна и жизнедеятельность любого организма.
Цель данной работы – показать специфику искусственного и естественного отборов. Также будет рассмотрен вопрос, касающийся энергетического обмена клетки.
1. Искусственный отбор. Понятие об отборе — selection — введено в биологические науки Ч. Дарвином. Для обоснования исторического принципа развития живой природы он глубоко изучил многовековую практику земледелия и животноводства и пришел к выводу: многообразие пород домашних животных и возделываемых сортов растений является результатом изменчивости, наследственности и искусственного отбора.
Искусственный отбор осуществляется человеком и может быть двояким: сознательным (методическим) — в соответствии с поставленной целью, какую намечает себе селекционер, и бессознательным, когда человек не ставит перед собой цели по выведению породы или сорта с заранее заданными свойствами, а просто устраняет менее ценные особи и оставляет на племя лучшие. Бессознательный отбор проводился человеком на протяжении многих тысячелетий: даже дикари во время голода оставляли на племя более полезных животных, а убивали менее ценных. В неблагоприятные периоды первобытный человек в первую очередь употреблял нележкие плоды или более мелкие семена и в этом случае также совершал отбор, но бессознательный. Во всех случаях такого отбора сохранились наиболее продуктивные формы животных и более урожайные сорта растений, хотя человек здесь выступал как слепой фактор отбора, каким может быть любой другой фактор среды.
Многовековой практикой искусственного отбора были выведены многие ценные формы. В частности, к серединеXIX в. в сельскохозяйственной практике зарегистрировано более 300 сортов пшеницы, в пустынях Северной Африки возделывалось 38 разновидностей финиковой пальмы, в Полинезии — 24 формы хлебного дерева и столько же сортов банана, в Китае — 63 сорта бамбука. Винограда насчитывалось около 1000 сортов, крыжовника — более 300, около 400 пород крупного рогатого скота, 250 пород овец, 350 пород собак, 150 пород голубей, много ценных пород кроликов, кур, уток и др. Сторонники постоянства видов считали, что каждый такой сорт или порода ведет начало от своего прямого предка. Однако Ч. Дарвин доказал, что источник многообразия пород животных и сортов культурных растений — один или небольшое число диких предков, потомки которых были преобразованы человеком в разных направлениях сообразно его хозяйственным целям, вкусам и интересам. При этом селекционер использовал присущую отбираемым формам наследственную изменчивость.
Ч. Дарвин выделял изменчивость определенную (теперь называется модификационной) и неопределенную. При определенной, или групповой, изменчивости все или почти все потомство особей, подвергавшихся действию одинаковых условий, изменяется в одном направлении; например, при нехватке пищи животные теряют в массе, в холодном климате шерсть у млекопитающих более густая и т. д. Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость появляется в бесконечно разнообразных, часто едва заметных, случайных, разнонаправленных отклонениях отдельных особей, живущих вместе, в пределах одного сорта, одной породы, одного вида. В настоящее время эту форму изменчивости называют генотипической. Изменчивость передается потомству не только при половом размножении, но и при вегетативном: нередко у растения вырастают побеги с новыми свойствами или развиваются почки, из которых формируются плоды с новыми качествами (виноград, крыжовник) — результат мутации в соматической клетке почки.
В явлениях изменчивости Ч. Дарвин открыл ряд важных закономерностей, а именно: при изменении одного какого-либо органа или признака возможно изменение других. Например, на участке прикрепления упражняемой мышцы к кости развивается гребень, у болотных птиц шея удлиняется одновременно с удлинением конечностей, толщина волоса у овец изменяется соответственно с увеличением толщины кожи. Такая изменчивость называется соотносительной или коррелятивной. На основе коррелятивной изменчивости селекционер может предсказать те или иные уклонения от первоначальной формы и проводить отбор в желаемом направлении.
Так как признаки, усиленные с помощью искусственного отбора, по большей части не представляют каких-либо преимуществ для самого животного или даже могут быть прямо вредны для него при естественной обстановке, то предоставленные самим себе такие искусственные породы могут быстро утрачивать более или менее свои особенности: нет ничего, что содействовало бы их сохранению.
2. Естественный отбор в отличие от искусственного осуществляется в самой природе и состоит в отборе в пределах вида наиболее приспособленных особей к условиям конкретной среды. Дарвин открыл известную общность в механизме искусственного и естественного отбора: при первой форме отбора в результаты воплощается сознательная или неосознанная воля человека, при второй — господствуют законы природы. В том и другом случае создаются новые формы, однако при искусственном отборе, несмотря на то что изменчивость затрагивает все органы и свойства животных и растений, полученные породы животных и сорта растений сохраняют признаки, полезные для человека, но не для самих организмов. Напротив, естественный отбор сохраняет особи, у которых изменения полезны для их собственного существования в данных условиях.
В природе постоянно наблюдается определенная и неопределенная изменчивость. Ее интенсивность здесь менее выражена, чем у домашних форм, так как изменение природной среды происходит малозаметно и чрезвычайно медленно. Возникающая качественная неоднородность особей внутри видов как бы выводит на эволюционную арену множество “претендентов”, предоставляя естественному отбору браковать менее приспособленных к выживанию. Процесс природной “выбраковки”, по Дарвину, осуществляется на основе изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора. Материал для естественного отбора поставляет неопределенная (генотипическая) изменчивость организмов. Именно по этой причине потомство любой пары диких (как, впрочем, и домашних) организмов оказывается неоднородным. Если изменения полезны, это повышает шансы на выживание и продолжение рода. Всякое вредное для организма изменение неукоснительно приведет к его уничтожению или невозможности оставить потомство. Выживание или гибель особи — конечный итог “борьбы за существование”, которую Дарвин понимал не в прямом, а в переносном смысле. Он различал три формы борьбы за существование:
а) внутривидовую — наиболее ожесточенную, так как особи одного вида нуждаются в сходных источниках питания, которые к тому же ограничены, в сходных условиях для размножения, одинаковых убежищах;
б) межвидовую — борьбу между особями разных видов (растения и их части поедаются копытными, птицами, травоядные животные поедаются хищниками, болезнетворные бактерии и паразиты поражают растительные и животные организмы);
в) борьбу живых организмов с факторами неживой природы — условиями внешней среды при засухе, наводнениях, ранних заморозках, выпадении града гибнут многие мелкие животные, птицы, черви, насекомые, травы.
В результате всех этих сложных взаимоотношений множество организмов погибает либо, будучи ослабленными, не оставляет потомства. Выживают особи, обладающие хотя бы минимальными полезными изменениями. Приспособительные признаки и свойства возникают не сразу, они накапливаются естественным отбором из поколения в поколение, что приводит к тому, что потомки отличаются от своих предков на видовом и более высоком систематическом уровне.
Борьба за существование неизбежна в связи с существующим в природе интенсивным размножением. Эта закономерность не знает исключений. Организмов всегда рождается больше, чем способных дожить до взрослого состояния и оставить потомков. Подсчеты показывают: если бы выживали все рождающиеся мыши, то в течение семи лет потомство одной пары заняло бы всю сушу земного шара. Самка рыбы трески за один раз мечет до 10 млн. икринок, одно растение пастушьей сумки дает 73 тыс. семян, белены — 446 500 и т. п. Однако “геометрическая прогрессия размножения” никогда не осуществляется, так как между организмами происходит борьба за пространство, пищу, убежище от врагов, конкуренция при выборе полового партнера, борьба за выживание при колебаниях температуры, влажности, освещения и т. п. В этой “схватке” большинство родившихся гибнет, не оставляя потомства, и поэтому в природе численность особей каждого вида в среднем остается постоянной.
Гибель большей части родившихся организмов происходит по разным причинам: хищник уничтожает травоядных животных, последние в свою очередь поедают тысячи луговых растений, многие растения погибают от засухи или от мороза или уничтожаются насекомыми, а сами насекомые поедаются насекомоядными птицами. Масса животных и растительных организмов гибнет или ослабляется под влиянием паразитов и болезней.
Смысл дарвиновского представления о борьбе за существование и о выживании наиболее приспособленных можно пояснить таким примером. Взрослая лягушка-бык откладывает около 15 тыс. икринок в год, сохраняя эту интенсивность размножения в течение пяти лет, следовательно, теоретически одна самка может произвести на свет 75 тыс. лягушек, но в действительности из отложенных икринок доживают до взрослого состояния в среднем две взрослые лягушки. Большая часть молоди, едва вылупившись, становится жертвой рыб, птиц, змей, млекопитающих; часть из них гибнет от голода, часть — от болезней, паразитов. Когда выжившие головастики превращаются в лягушек и выползают на сушу, их там подстерегают хищные птицы. К тому времени, когда лягушки достигнут половой зрелости, т. е. через 3—5 лет, число сохранившихся особей резко уменьшается. Но можно не сомневаться в том, что выжившие лягушки — действительно отборные экземпляры. Их выживание не было случайным, это было выживание наиболее приспособленных. Только самые быстрые и ловкие головастики спаслись от хищников в воде; те, что плавали медленнее, оказались добычей врагов. Смогли выжить лишь те особи, которые первыми разыскали и схватили пищу (остальные погибли от голода), а также наиболее крепкие, устойчивые к болезням. Наконец, сохранились только те экземпляры, которые первыми спрятались, заметив надвигающуюся опасность, остальных уничтожили хищники.
В борьбе за существование не всегда выживают наиболее сильные и самые ловкие: черепаха и медлительна, и неуклюжа, но прочный панцирь - надежная защита от хищников; многие паразиты с упрощенным строением поселяются в организме животного или растения, к которому они хорошо приспособлены. Параллельное существование как высших, так и низших форм органической жизни получило логическое объяснение в теории Дарвина — как результат действия естественного отбора, сохраняющего наиболее приспособленных: не пренебрегая в ряде случаев примитивностью организации, природа достигает биологического прогресса (чаще наблюдается усложнение организмов, гораздо реже — упрощение).
Вымирание, вызываемое естественным отбором. Этот вопрос необходимо упомянуть вследствие его тесной связи с естественным отбором. Естественный отбор действует только посредством сохранения изменений, в каком-нибудь смысле полезных и, следовательно, укореняющихся. Вследствие быстрого возрастания численности всех органических существ геометрической прогрессии каждый ареал уже до предела заполнен обитателями, а из этого вытекает, что, так как благоприятствуемые формы будут увеличиваться в числе, то менее благоприятствуемые будут обычно уменьшаться в числе и становиться редкими. Редкость формы - предвестник вымирания. Всякая форма представленная малым числом особей, имеет большие шансы на окончательное исчезновение, вследствие ли значительных климатических колебаний на протяжении года или вследствие временного увеличения числа ее врагов. Виды, наиболее богатые особями, обладают наибольшими шансами для появления во всякий данный период благоприятных изменений. Отсюда виды редкие будут во всякий данный период изменятся, и совершенствоваться медленнее и вследствие этого будут побеждены в жизненной борьбе изменившимися и улучшившимися потомками более обыкновенных видов. Из этого вытекает, что, так как с течением времени деятельностью естественного отбора образуются новые виды, то другие должны становится все более редкими и, наконец, исчезать. Формы, всего сильнее конкурирующие с теми, которые изменяются и совершенствуются, пострадают более всего. Каждая новая разновидность или новый вид будет в процессе своего образования сильнее всего подавлять своих ближних родственников и стремиться их истребить.
3. Половой отбор. Частный случай естественного отбора представляет половой отбор Размножение является в жизни живых существ фактором первостепенной важности, и если известные особенности данных индивидов обеспечивают для них возможность размножения, то они представляют настолько важное преимущество в борьбе за существование, что эти особенности могут накапливаться и усиливаться в последовательном ряде поколений, хотя бы даже они были в известной степени вредны для самой особи. Так, например, яркое оперение самца, громкий голос сами по себе могут быть опасны для него, привлекая внимание врагов, но раз эти особенности делают его более привлекательным в глазах самок, и следовательно, обеспечивают возможность оставить потомство — они имеют все шансы сохранения и усиления. Таким образом, наряду с упрочением и усилением признаков, полезных для каждой особи, может совершаться, тоже путем отбора, усиление признаков, важных для сохранения данной формы в ряду поколений путем обеспечения возможности размножаться и, следовательно, оставить потомство. Этот процесс называется половым П. И помимо указанных случаев естественный отбор может содействовать усилению таких признаков, которые полезны для сохранения вида, но могут быть и вредны для данной особи. Так, инстинкты заботы о потомстве, доходящие до самоотверженной защиты детенышей, могут привести к гибели данной особи, но они в общем выводе полезны для данного вида в борьбе за существование и имеют шансы сохраняться и усиливаться. То же самое относится и к взаимной привязанности между членами той же общины или стада, заставляющей жертвовать собою для защиты других, и т. п. Результат действия естественного отбора есть та поразительная гармония между организацией, привычками и т. п. данной органической формы и окружающими условиями: все, что менее соответствует этим условиям, гибнет, уступая место более приспособленным в тех или иных отношениях. Но было бы весьма ошибочно думать, что естественный отбор непременно должен вести к всестороннему гармоническому развитию организма, к прогрессу организации, как его обыкновенно понимают. В некоторых случаях, напротив, путем естественного отбора вырабатываются формы с весьма упрощенной организацией, иногда настолько, что их истинная природа может быть разгадана лишь с большим трудом; но всегда организмы, изменившиеся таким путем, являются в высшей степени приспособленными к известной определенной сумме внешних условий. Так, паразитизм влечет за собою более или менее сильное упрощение организации, недоразвитие органов движения, органов чувств, нервной системы и т. д., но зато организму обеспечен большой запас пищи; это позволяет ему вырабатывать громадное число яиц, что обеспечивает возможность сохранения вида.
4. Сходства и различия между естественным и искусственным отбором.
Для сравнения искусственного и естественного отборов приведем две таблицы, в которых рассматриваются формы отбора (см. табл. 1) и особенности эволюции культурных форм и природных видов (см. табл. 2).
Таблица 1. Формы отбора.
| Показатели | Искусственный отбор | Естественный отбор |
| Исходный материал для отбора | Индивидуальные признаки организма | Индивидуальные признаки организма |
| Отбирающий фактор | Человек | Условия среды (живая и неживая природа) |
| Путь изменений: | | |
| благоприятных | Отбираются, становятся производительными | Остаются, накаплива-ются, передаются по наследству |
| неблагоприятных | Отбираются, бракуются, уничтожаются | Уничтожаются в борьбе за существование |
| Характер действия | Творческий — нап-равленное накопление признаков на пользу человека | Творческий — отбор приспособительных при знаков на пользу особи, популяции, вида, приво-дящий к возникновению новых форм |
| Результат отбора | Новые сорта растений, породы животных, штам-мы микроорганизмов | Новые виды |
| Формы отбора | Массовый; индивидуальный; бессознательный (стихийный); методический (сознательный) | Движущий, поддерживающий укло-нения в изменяющихся условиях среды; стабилизирующий. поддерживающий посто-янство средней нормы реакции при неизменных условиях среды |
Таблица. 2. Особенности эволюции культурных форм и природных видов.
| Особенности эволюционного процесса | Эволюция культурных форм | Эволюция видов в природе |
| Предпосылки и движущие силы эволюции | Наследственная изменчивость. Искусственный отбор | Наследственная изменчивость. Борьба за существование. Естественный отбор |
| Темпы эволюции | Быстрые (на создание сорта иди породы требуется от 8—10 до 20 лет) | Медленные (тысячи и миллионы лет) |
| Результаты | Многообразие сортов, пород | Многообразие видов |
| Приспособленность | Живые организмы приспо-соблены к нуждам чело-века. Формы, обладающие менее полезными свойст-вами, выбраковываются. | Живые организмы приспо-соблены к условиям среды. Формы, обладающие менее полезными признаками, вымирают. |
Из таблиц видно, что если естественный отбор ведет к эволюции видов в природе, к приспособленности особей вида к условиям окружающей среды, то отбор, производимый человеком, не является формой биологической эволюции. Например, можно сказать, что сорта растений и породы животных исключены из эволюции (в этом случае речь идет только об эволюции породы или сорта), так как, находясь под постоянной зашитой человека, они не вступают в борьбу за существование, или ее действие в значительной степени снижено. В результате особи различных культурных растений и пород животных оказываются приспособлены не столько к условиям окружающей среды, сколько к нуждам и потребностям человека. И если по каким-либо причинам сорта или породы оказываются без защиты человека, то они либо быстро гибнут, не выдерживая конкуренции со своими дикими сородичами, либо утрачивают сортовые и породные качества (вырождаются). Вместе с тем не следует и противопоставлять искусственный отбор естественному, так как последний очень часто подправляет творческую деятельность человека. Как бы человек ни заботился о сортах и породах, многие из них все же подвергаются воздействию абиотических и биотических факторов среды, что в конечном итоге повышает их жизнеспособность.
5. Энергетический обмен клетки.
Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Основное значение энергетического обмена в том, что при разрушении сложных органических веществ высвобождается энергия, необходимая для реакций биосинтеза.
АТФ как единое и универсальное энергетическое вещество. Все проявления жизнедеятельности, все функции клетки осуществляются с затратой энергии. Энергия требуется для движения биосинтетических реакций, переноса веществ через клеточные мембраны, для любых форм клеточной активности.
Источником энергии в живых клетках, обеспечивающим все виды их деятельности, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия обеспечивает любые виды клеточных функций - движение, биосинтез, перенос веществ через мембраны и др. Так как запас АТФ в клетке невелик, то понятно, что по мере убыли АТФ содержание ее должно восстанавливаться. В действительности так и происходит. Биологический смыл остальных реакций энергетического обмена и состоит в том, что энергия, освобождающаяся в результате химических реакций окисления углеводов и других веществ, используется для синтеза АТФ, т. е. для восполнения ее запаса в клетке. При усиленной, но кратковременной работе, например при беге на короткую дистанцию, мышцы работают почти исключительно за счет распада содержащейся в них АТФ. После окончания бега спортсмен усиленно дышит, разогревается: в этот период происходит интенсивное окисление углеводов и других веществ для восполнения убыли израсходованной АТФ. При длительной и не очень напряженной работе содержание АТФ в клетках может существенно не изменяться, так как реакции окисления успевают обеспечить быстрое и полное восстановление израсходованной АТФ.
Синтез АТФ происходит главным образом в митохондриях и обеспечивается в основном энергией, выделяющейся при расщеплении глюкозы, но могут использоваться и другие простые органические соединения - сахара, жирные кислоты и пр.
Митохондрии способны использовать для синтеза АТФ не только расщепление глюкозы. В их матриксе содержатся также ферменты, расщепляющие жирные кислоты. Особенностью этого цикла является большой энергетический выход - 51 молекула АТФ на каждую молекулу жирной кислоты. Не случайно медведи и другие животные, впадая в спячку, запасают именно жиры. Любопытно, что часть запасаемого жира имеет у них бурый цвет. Такие жировые клетки содержат множество митохондрий необычного строения: их внутренние мембраны пронизаны порами. Ионы водорода свободно проходят через эти поры, и синтез АТФ в клетках бурого жира не происходит. Вся энергия, освобождающаяся в процессе кислородного расщепления жирных кислот, выделяется в виде большого количества тепла, согревающего животных во время долгой зимней спячки.
Кроме глюкозы и жирных кислот, митохондрии способны расщеплять аминокислоты, но они - дорогое топливо. Аминокислоты являются важным строительным материалом, из них организм синтезирует свои белки. К тому же использование аминокислот для синтеза АТФ требует предварительного удаления аминогруппы NН2 с образованием токсичного аммиака. Белки и составляющие их аминокислоты используются клеткой для получения энергии только в крайнем случае.
Этапы энергетического обмена. Для изучения энергетического обмена клетки его удобно разделить на три последовательных этапа: подготовительный, бескислородный, кислородный. Рассмотрим их на примере животной клетки.
1) Подготовительный — расщепление в лизосомах полисахаридов до моносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Распад веществ на этом этапе сопровождается незначительным энергетическим эффектом. Вся освобождающаяся при этом энергии рассеивается в виде тепла.
2) Бескислородный или неполный — вещества, образовавшиеся в подготовительном этапе - глюкоза, глицерин, органические кислоты, аминокислоты и др. - вступают на путь дальнейшего распада. Это сложный, многоступенчатый процесс. Он состоит из ряда следующих одна за другой ферментативных реакций. Ферменты, обслуживающие этот процесс, расположены на внутриклеточных мембранах правильными рядами. Вещество, попав на первый фермент этого ряда, передвигается, как на конвейере, на второй фермент, далее - на третий и т. д. Это обеспечивает быстрое и эффективное течение процесса. Разберем его на примере бескислородного расщепления глюкозы, которое имеет специальное название - гликолиза. Гликолиз представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Его обслуживает 13 различных ферментов, и в ходе его образуется более десятка промежуточных веществ. Многие промежуточные реакции гликолиза идут с участием фосфорной кислоты Н3РО4. В нескольких реакциях участвует АДФ. Не останавливаясь на деталях, укажем лишь, что на начальные ступени ферментного конвейера вступают шестиуглеродная глюкоза, Н3РО4 и АДФ, а с последних сходят трехуглеродная молочная кислота, АДФ и вода. Суммарное уравнение гликолиза должно быть записано так:
С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ =2С3Н6О3+2АТФ+2Н2О
Процесс гликолиза происходит у всех животных клеток и у некоторых микроорганизмов. Всем известное молочнокислое брожение (при скисании молока, образовании простокваши, сметаны, кефира) вызывается молочнокислыми грибами и бактериями. По механизму оно вполне тождественно гликолизу.
У растительных клеток и у некоторых дрожжевых грибов распад глюкозы осуществляется путем спиртового брожения. Спиртовое брожение, как и гликолиз, представляет длинный ряд ферментативных реакций, причем большая часть реакций гликолиза и спиртового брожения полностью совпадают, и только на самых последних этапах есть некоторые различия. В ряде промежуточных реакций спиртового брожения, как и при гликолизе, принимают участие Н3РО4 и АДФ. Конечными продуктами спиртового брожения являются двуокись углерода, этиловый спирт, АТФ и вода. Суммарное уравнение спиртового брожения следует записать так:
С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ = 2СО2+2С2Н5ОН+2АТФ+2Н2О
Из приведенных уравнений гликолиза и спиртового брожения видно, что в этих процессах не участвует кислород, поэтому их называют бескислородными, или с неполным расщеплением, так как полное расщепление - это расщепление до конца, т. е. превращение глюкозы в простейшие соединения - СО2 и Н2О, что соответствует уравнению
С6Н12О6+6О2= 6СО2+6Н2О
Наконец, и это особенно важно, из уравнений следует, что при распаде одной молекулы глюкозы в ходе гликолиза и спиртового брожения образуются две молекулы АТФ. Следовательно, распад глюкозы в процессе гликолиза и спиртового брожения сопряжен с синтезом универсального энергетического вещества АТФ.
Так как синтез АТФ представляет эндотермический процесс, то, очевидно, энергия для синтеза АТФ черпается за счет энергии реакций бескислородного расщепления глюкозы. Следовательно, энергия, освобождающаяся в ходе реакций гликолиза, не вся переходит в тепло. Часть ее идет на синтез двух богатых энергией фосфатных связей.
Произведем несложный расчет: всего в ходе бескислородного расщепления грамм-молекулы глюкозы, освобождается 200 кдж (50 ккал). На образование одной связи, богатой энергией, при превращении грамм-молекулы АДФ и АТФ затрачивается 40 кдж (10 ккал).
В ходе бескислородного расщепления образуются две такие связи. Таким образом, в энергию двух грамм-молекул АТФ переходит 2Х40=80 кдж (2Х10=20 ккал). Итак, из 200 кдж (50 ккал) только 80 кдж (20 ккал) сберегаются в виде АТФ, а 120 кдж (30 ккал) рассеиваются в виде тепла. Следовательно, в ходе бескислородного расщепления глюкозы 40% энергии сберегается клеткой.
3) Кислородный или полный (аэробное дыхание) — продукты, возникшие в предшествующей стадии, окисляются до конца, т. е. до СО2 и Н2О.
Основное условие осуществления этого процесса - наличие в окружающей среде кислорода и поглощение его клеткой. Стадия кислородного расщепления, как и предыдущая стадия бескислородного расщепления, представляет собой ряд последовательных ферментативных реакций. Каждая реакция катализируется особым ферментом.
Весь ферментативный ряд кислородного расщепления сосредоточен в митохондриях, где ферменты расположены на мембранах правильными рядами. Сущность каждой из реакций состоит в окислении органической молекулы, которая с каждой ступенью постепенно разрушается и превращается в конечные продукты окисления - СО2 и Н2О.
Все промежуточные реакции кислородного расщепления, как и промежуточные реакции бескислородного процесса, идут с освобождением энергии. Количество энергии, освобождаемой на каждой ступени при кислородном процессе, много больше, чем на каждой ступени бескислрородного процесса. В сумме кислородное расщепление дает громадную величину - 2600 кдж (650 ккал). Если бы вся эта энергия освободилась в результате одной реакции, клетка подверглась бы тепловому повреждению. При рассредоточении процесса на ряд промежуточных звеньев такой опасности нет.
Подробное исследование реакций кислородного расщепления показало, что в этих реакциях, как и в реакциях бескислородного процесса, принимает участие Н3РО4 и АДФ и что кислородный процесс, как и бескислородный, сопряжен с синтезом АТФ. В ходе кислородного расщепления двух трехуглеродных молекул происходит образование 36 молекул АТФ - 36 богатых энергией фосфатных связей. Таким образом, суммарное уравнение кислородного процесса можно записать так:
2С3Н6О3+6О2+36Н3РО4+36АДФ = 6СО2+6Н2О+36АТФ+36Н2О,
а суммарное уравнение полного расщепления глюкозы так:
С6Н12О6+6О2+38Н3РО4+38АДФ =6СО2+6Н2О+38АТФ+38Н2О
Теперь должно быть ясно значение для клетки третьей, кислородной стадии энергетического обмена. Если в ходе бескислородного расщепления освобождается 200 кдж/моль (50 ккал/моль) глюкозы, то в стадии кислородного процесса освобождается 2600 кдж (650 ккал), т. е. в 13 раз больше. Если в ходе бескислородного расщепления синтезируются две молекулы АТФ, то в кислородную стадию их образуется 36, т. е. в 18 раз больше. Иными словами, в ходе расщепления глюкозы в клетке на стадии кислородного процесса освобождается и преобразуется в другие формы энергии свыше 90% энергии глюкозы.
Займемся снова расчетом. Всего в процессе расщепления глюкозы до СО2 и Н2О, т. е. в ходе кислородного и бескислородного процессов, синтезируется 2+36=38 молекул АТФ. Таким образом, в потенциальную энергию АТФ переходит 38 Х 40=1520 кдж (38 Х 10 = 380 ккал). Всего при расщеплении глюкозы (в бескислродную и кислородную стадии) освобождается 200+2600=2800 кдж (50+650 = 700 ккал). Следовательно, почти 55% всей энергии, освобождаемой при расщеплении глюкозы, сберегается клеткой в форме АТФ. Остальная часть (45%) рассеивается в виде тепла. Чтобы оценить значение этих цифр, вспомним, что в паровых машинах из энергии, освобождаемой при сгорании угля, в полезную форму преобразуется не более 12 - 15%. В двигателях внутреннего сгорания он достигает примерно 35%. Таким образом, по эффективности преобразования энергии живая клетка превосходит все известные преобразователи энергии в технике.
При сопоставлении количества энергии, освобождаемой в ходе бескислородного и кислородного расщепления глюкозы, а также числа молекул АТФ, синтезируемых в обе стадии, видно, что кислородный процесс несравненно более эффективен, чем бескислородный. Вполне понятно поэтому, что в нормальных условиях для мобилизации энергии в клетке всегда используется как бескислородный, так и кислородный путь расщепления. Если осуществление кислородного процесса затруднено или вовсе невозможно, например при недостатке кислорода, тогда для поддержания жизни остается только бескислородный процесс. Но при этом для получения АТФ в количестве, необходимом для жизнедеятельности, клетке приходится расщеплять очень большое количество глюкозы.
Заключение. Сущность процесса, обозначаемого термином "отбор", сводится к тому, что в ряду последовательных поколений животных или растений данного вида известные признаки постепенно усиливаются вследствие того, что в силу естественных условий (отбор естественный) или вследствие деятельности человека (отбор искусственный) размножаются исключительно или преимущественно те именно особи вида, у которых данные признаки развиты сильнее, между тем как особи, не представляющие этих особенностей, в силу тех или иных естественных или искусственных условий устраняются в большей или меньшей степени от размножения. Отбор искусственный в обширных размерах применяется в скотоводстве и птицеводстве и в руках опытных специалистов дает поразительные результаты. Механизм отбора может включиться лишь при наличии некоторого спектра вариаций (фактор изменчивости).
Естественный отбор является фактором преимущественно отрицательным: все то, что менее приспособлено к внешним условиям, гибнет, уступая место более приспособленным организмам. Что же касается роли естественного отбора в создании тех первоначальных различий между особями, тех уклонений, которые, постепенно накопляясь и усиливаясь в процессе отбора, ведут к выработке новых разновидностей, видов, родов и т. д., то взгляды натуралистов на этот вопрос сильно расходятся. По мнению одних, источником вариаций являются влияния внешних условий непосредственно или посредственно на организмы; это влияние вызывает изменения, которые и передаются по наследству, между тем как естественный отбор постоянно уничтожает все те формы, которые в том или ином отношении менее других пригодны для жизненной конкуренции; но при этом известные изменения внешних условий могут и сами по себе вести к появлению новых форм, действуя непосредственно на все особи (такого взгляда держался Ч. Дарвин). По мнению других (крайним представителем этого направления является А. Вейсман), изменения, вызванные внешними влияниями на данный организм, вовсе не передаются или передаются лишь в исключительных условиях по наследству; источником вариаций является, по этому взгляду, половое размножение, благодаря которому комбинируются признаки обоих родителей, а затем роль фактора, вырабатывающего новые формы, играет исключительно отбор. Еще один спорный вопрос, связанный с борьбою за существование и естественным отбором, заключается в том, в какой мере необходимо для происхождения новых разновидностей и видов изолирование измененных форм от неизмененных. По мнению одних, образование новых разновидностей и видов может происходить без всякого изолирования; действие естественного отбора обусловливает накопление ряда изменений в том или ином направлении, и путем вымирания форм менее специализированных получаются на место одной разные формы. По мнению других, изоляция, безусловно, необходима и известные изменения лишь в том случае имеют шансы накапливаться, суммироваться, если за возникновением изменений особи, представляющие их, будут изолированы от остальных, переселятся, мигрируют (миграционная теория М. Вагнера). Наконец, некоторые высказываются в том смысле, что изменение внешних условий вызывает те или иные изменения в организмах и действием отбора изменения эти суммируются и ведут к тому, что последовательные поколения все более и более удаляются от первоначальной формы, но в пределах их не происходит образования различных форм: медленно и непрерывно изменяется при таких условиях вся масса особей данного вида, но из одного вида не произойдет двух или более иначе, как в том случае, когда часть особей первоначальной формы будет так или иначе обособлена от остальной и поставлена в иные условия; в этом случае обе части особей данного вида (понятно, что их может быть и несколько) будут развиваться не в одном направлении и послужат источником образования разных видов из одного первоначального.
Во второй части реферата говорилось об энергетическом обмене клетки.
Энергетический обмен — совокупность реакций окисления органических веществ в клетке, синтеза молекул АТФ за счет освобождаемой энергии. Значение энергетического обмена — снабжение клетки энергией, которая необходима для жизнедеятельности.
Этапы энергетического обмена: подготовительный, бескислородный, кислородный:
АТФ представляет единый и универсальный источник энергии для функциональной деятельности клетки. Отсюда понятно, что возможна передача энергии из одних частей клетки в другие и заготовка энергии впрок. Синтез АТФ может происходить в одном месте клетки и в одно время, а использоваться она может в другом месте и в другое время.
Список используемой литературы:
1. Блиновская Ю.В., Давыдова А.И. Эволюция клетки. М., 1994
2. Бохински Р. Современные воззрения в биохимии. М. 1987.
3. Де Дюв К. Путешествие в мир клетки. М., 1987.
4. Лемеза Н. А., Камлюк Л. В., Лисов Н. Д. Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы. М.
5. Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. М., 1983.
6. Саламатова Т.С. Физиология растительной клетки. Л., 1983.
7. Судиьна Е.Г., Лозовая Г.И. Основы эволюционной биохимии растений. Киев, 1982.
