БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

9. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

В гл. 7 мы уже коснулись вопроса о том, что такое энергия и почему она необходима всем живым организмам. Из приведенных там примеров видно, что энергия существует в различных формах — химической, электрической, механической, световой и тепловой. Читатель должен знать, как используются эти различные формы энергии в живых организмах и приводить примеры этого (если он не в состоянии сделать это, то полезно вернуться к разд. 7.1).

Вопросы, связанные с энергией — одни из важнейших в биологии. Все живые системы — от клетки до экосистем — нуждаются в энергии для того, чтобы выполнять свою работу. Как погибнет очень быстро любая клетка, если лишить ее притока энергии (ниже мы увидим, что это легко сделать с аэробными клетками, если воздействовать на них цианидом), так погибнет и любая экосистема, если прервется непрерывно поступающий в нее поток солнечной энергии.

9.1. Объясните, как зависят от световой энергии животные.

Питание — это тот процесс, который поставляет живому организму необходимую ему энергию. Из пищи же организм черпает и материалы для построения и репарации клеточных структур. Однако энергия, заключенная в питательных веществах, должна быть переведена в форму, которую способны использовать клетки. Эту функцию выполняет дыхание — процесс, рассмотрению которого и посвящена данная глава. О взаимосвязи между автотрофным питанием, гетеротрофным питанием и дыханием мы говорили в гл. 7 (см. рис. 7.1). В несколько иной форме представление об обмене энергией между средой и живыми клетками дает рис. 9.1.

Рис. 9.1. Поток энергии от Солнца к клетке (часть энергии рассеивается в виде тепла). Показан также круговорот углерода.

9.1. Что такое дыхание

Дыханием называют процесс, при котором в результате окисления органических веществ высвобождается энергия. Эта энергия становится доступной для живых клеток в форме АТФ. Когда данный биохимический процесс протекает в клетках, его называют клеточным дыханием. Если для него требуется кислород, то дыхание называют аэробным; если же реакции идут в отсутствие кислорода, то говорят об анаэробном дыхании.

Субстратами для клеточного дыхания служат по большей части углеводы (например, глюкоза) или жиры. Они расщепляются последовательно в ряде ферментативных реакций. В каждой такой реакции высвобождается небольшое количество энергии и часть этой энергии запасается в молекулах вещества, называемого аденозинтрифосфатом (АТФ), а остальная энергия рассеивается в виде тепла. АТФ в клетках играет роль носителя энергии. Заключенная в его молекулах энергия используется в реакциях, идущих с потреблением энергии.