Материал: Л1 Понятия и законы

Энергия углеводов выделяется в метаболических процессах при дыхании организмов.

Дыхание – процесс, в результате которого энергия, выделенная при распаде углеводов, передаётся на универсальную энергонесущую молекулу АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), где она хранится в виде высокоэнергетических фосфатных связей.

При дыхании, то есть при разложении одного моль глюкозы, выделяется 686 калорий:

С6Н12О6 + О2 →СО2 + Н2О + 686 кал.

В случае, если бы эта энергия выделялась быстро, произошло бы резкое повышение температуры и свертывание белка и гибель организма. Поэтому природа придумала хитрый механизм выделения энергии частями.

Виды дыхания:

1. Аэробное – дыхание в присутствии кислорода. Аэробное дыхание – процесс, обратный нормальному фотосинтезу, то есть синтезируемое орга - ническое вещество снова разлагается на составные части СО 2 и Н2О, вы - свобождая при этом потенциальную энергию, аккумулированную в этом веществе. Особенности аэробного дыхания:

a. Идёт полное высвобождение энергии, равное потенциальной энергии химических связей (686 кал).

б. Окислителем является кислород.

в. Восстановителем является органическое вещество.

2. Анаэробное – дыхание в отсутствии кислорода. Служит основой жизнедеятельности многих простейших организмов, бактерий, грибов. Осо - бенности анаэробного дыхания:

a. Протекает без участия кислорода:

C6H12O6 + CH3COOH → 4CO2 + 4CH4 + Q

б. Высвобождаемая энергия меньше потенциальной энергии хи - мических связей:

11

Q < Qпот

CH4 + 2O2 →CO2 + 2H2O + q1

Q + q1 = Qпот

Анаэробное дыхание является необходимым условием существования сапро - трофов (бактерий, дрожжей, плесневых грибов, простейших), но может встре - чаться в тканях высших животных.

Брожение. Основная реакция:

C6H12O6 →C2H5OH + CO2 + Q3.

Q3 < Qпот

C2H5OH + O2 →CO2 + H2O + q3

Q3 + q3 = Qпот

В этом процессе углевод является и окислителем, и восстановителем. Окончательное разложение отмерших животных и растительных остатков

осуществляется редуцентами, которые возвращают в основном неорганические вещества в биосферу в форме, доступной для продуцентов, то есть вещество возвращается в круговорот. Возвращение неорганических веществ в круговорот является основной задачей редуцентов.

Разложение органического вещества есть результат добывания необходимых химических элементов и энергии при преобразовании пищи внутри клеток.

Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание процессов разложения органических веществ от процесса синтеза. Именно это отставание обусловило накопление в недрах горючих ископаемых, а в атмосфере кислоро - да.

12

Продукция и деструкция В экологии принято рассматривать две группы процессов, соотношение ско -

ростей которых позволяет характеризовать экосистему: Продукция – процесс образования органических веществ. Деструкция – процесс разложения органических веществ.

Именно преобладание скорости продукции над скоростью деструкции явля - ется причиной накопления кислорода в атмосфере (табл.1).

Таблица 1. Атмосферные и температурные условия на Земле и других планетах

Таким образом, соотношение скорости продукции и скорости деструкции определяет баланс скорости автотрофных и гетеротрофных процессов в целом. В автотрофных системах продукция преобладает над деструкцией (тайга). В ге - теротрофных процессах деструкция преобладает над продукцией (город).

13

Лекция 3. Шкала Кэлдера. Живое вещество, его свойства и функции. Эколо -

год приравнивается к 100 млн. лет. Тогда, согласно этой шкале, возраст планеты Земля составляет 46 лет. До 20 лет поверхность Земли была безжизненна и лишь в 45-летнем возрасте ее поверхность покрылась растительностью. Дино - завры вымерли 8 месяцев назад. На прошлой неделе некоторые обезьяны пре - вратились в человека; 4 часа назад люди начали промышлять охотой, а час назад

– земледелием. 30 сек назад человечество стало индустриально-мощным. Всего 3 сек назад было замечено, что человек стал оказывать серьезное влияние на облик Земли.

Эволюция экосферы

Этапы эволюции: добиотическая фаза, в ходе которой химическая эволю - ция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологическая эволю - ция. Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы 4,5 млрд. лет назад. Первичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала H2, N2, пары H2O, CH4, NH3 , инертные газы, возможно, также CO, HCN, формальдегид и другие соединения.

2.Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет

еепостоянного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жид -

кая вода, формируется гидросфера; круговорот воды; водная миграция эле - ментов и многофазные химические реакции в растворах. Благодаря явлению автокатализа происходит отбор и рост молекул.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации соединений C, H, O, N за счет энергии УФ излучения солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических

14

импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций и образование макроэргических соединений.

4. Возникновение круговорота органических соединений, включающие ре - акции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительных реакций – зародыш биотического круговорота экосферы. Дальнейшее услож -

5.Возникновение жизни на Земле ( 3,5 млрд. лет назад). Структуризация

биопродукция О2 обуславливает постепенный переход к окислительной атмо - сфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов наземных растений и животных приводит к дальнейшему ускоре -

15