készítette: CK-12/adaptálta: Christine Miller
ezek a gyönyörű szán kutyák metabolikus csodát jelentenek. Miközben napi 160 kilométert (kb. 99 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 (0,45 kg) 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 a 4.9.2. ábrán látható.
 |
 |
 |
| 4.9.2. ábra: a fotoszintetikus autotrófok, amelyek a napfényben lévő energiát használják fel, magukban foglalják a növényeket (balra), az algákat (középen) és bizonyos baktériumokat (jobbra). |
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 a 4.9.3.ábrán látható 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?
nézze meg a TED – Ed “a fotoszintézis és az élelmiszer egyszerű története-Amanda Ooten” című videóját, ha többet szeretne megtudni a fotoszintézisről:
a fotoszintézis és az élelmiszer egyszerű története – Amanda Ooten, TED-Ed, 2013.
heterotrófok
a heterotrófok olyan élőlények, amelyek nem képesek saját élelmet 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 4.9. Ábrán.3, az összes szervezet fogyasztó, kivéve a füvet és a fitoplanktont. 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. A 4.9.4. ábrán látható, hogy a fotoszintézis hogyan tárolja a nap energiáját a glükózmolekulában, majd hogyan szakítja meg a sejtlégzés a glükóz kötéseit az energia kinyerése érdekében.
ATP
ha emlékszik a 3.szakaszból.7 A nukleinsavak, az ATP (adenozin-trifoszfát) az energiát hordozó molekula, amelyet a sejtek a legtöbb sejtfolyamat táplálására használnak (az idegimpulzus-vezetés, a fehérjeszintézis és az aktív transzport jó példák a sejtfolyamatokra, amelyek az ATP-re támaszkodnak energiaforrásként). 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 a 4.9.5.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 szükség 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 a 4.9.6.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.
- 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.
- határozza meg az energiát.
- miért van szükségük az élőlényeknek energiára?
- hasonlítsd össze és állítsd össze azt a két alapvető módszert, ahogyan az organizmusok energiát kapnak.
- írja le a glükóz és az ATP energiamolekulák szerepét és kapcsolatait.
- összefoglalja, hogyan áramlik az energia az élőlényeken keresztül.
- miért szabadít fel energiát az ATP ADP-vé történő átalakulása?
Ismerje meg a biológiát: autotrófok vs. heterotrófok, Mahalodotcom, 2011.
energiaátadás trofikus szinteken, tanár kedvence, 2015.
hozzárendelések
4.9.1. ábra
három pilóta vesz részt az amerikai légierő kutyaszán-expedícióján fotó: Tech. Dan Rea őrmestert nyilvánosságra hozzák (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).
ábra 4.9.2
- Plant by Ren futott Unsplash alatt használják Unsplash licenc (https://unsplash.com/license).
- Tristan Schmurr zöld alga a Flickr-en CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/) licenc alatt használható.
- cianobaktériumok által Argon National Laboratory on Flickr alatt használják a CC BY-NC-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/) engedély.
4.9.ábra.3
Biomass_piramid Swiggity szerint.Szajré.YOLO.A Wikipedia Bro-t Christine Miller használja és adaptálja egy CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en) licenc alatt.
4.9.4 ábra
Christine Miller fotoszintézisét és légzését CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) licenc alapján használják.
4.9.5.ábra
a Lady of Hats/ CK-12 Alapítvány fotoszintézise és sejtlégzése CC BY-NC 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) licenc alatt történik.
©CK-12 Alapítvány 
• Felhasználási Feltételek • hozzárendelés LadyofHats/CK-12 Alapítvány. (2016. augusztus 15.). 5. ábra: fotoszintézis és sejtlégzés . Ban ben Brainard, J., and Henderson, R., CK-12 ‘ S College Human Biology FlexBook (4.9. szakasz). CK-12 Alapítvány. https://www.ck12.org/book/ck-12-college-human-biology/section/4.9/
Mahalodotcom. (2011. január 14.). Ismerje meg a biológiát: autotrófok vs. heterotrófok. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eDalQv7d2cs
tanár kedvence. (2015. március 23.). Energiaátadás trofikus szinten. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=0glkXIj1DgE&feature=emb_logo
TED-Szerk. (2013. március 5.). Az egyszerű történet a fotoszintézis és az élelmiszer – Amanda Ooten. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eo5XndJaz-Y&feature=youtu.be
a munka képessége.
az élet legkisebb egysége, amely legalább egy membránból, citoplazmából és genetikai anyagból áll.
minden olyan anyag, amelyet a szervezet táplálkozási támogatására használnak.
olyan szervezet, amely komplex szerves vegyületeket (például szénhidrátokat, zsírokat és fehérjéket) termel a környezetében lévő egyszerű anyagokból, általában fényből (fotoszintézis) vagy szervetlen kémiai reakciókból (kemoszintézis) származó energiát használva.
a fotoszintézis egy olyan folyamat, amelyet a növények és más szervezetek használnak a fényenergia kémiai energiává történő átalakítására, amely később felszabadulhat az organizmusok tevékenységének táplálására.
organizmusok, amelyek saját ételt készítenek. A vegyi anyagokból vagy a napból nyerik az energiát,és a víz segítségével ezt az energiát cukor vagy élelmiszer formájában hasznosítható energiává alakítják. A termelő leggyakoribb példája a növények.
olyan szervezet, amely nem képes saját táplálékot előállítani, ehelyett más szerves szénforrásokból, főleg növényi vagy állati anyagokból származó táplálék bevitelére támaszkodik. Az élelmiszerláncban a heterotrófok elsődleges, másodlagos és harmadlagos fogyasztók, de nem termelők.
olyan organizmusok, amelyek más populációból származó organizmusokat fogyasztanak energiaigényük kielégítése érdekében.
a glükóz (más néven dextróz) egy egyszerű cukor, amelynek molekuláris képlete C6H12O6. A glükóz a leggyakoribb monoszacharid, a szénhidrátok alkategóriája. A glükózt főleg növények és a legtöbb algák állítják elő a fotoszintézis során vízből és szén-dioxidból, a napfény energiájának felhasználásával.
a cukor legegyszerűbb formája és a szénhidrátok legalapvetőbb egységei, más néven egyszerű cukrok.
komplex szerves vegyi anyag, amely energiát szolgáltat az élő sejtekben zajló folyamatok vezetéséhez, pl. izomösszehúzódás, idegimpulzus terjedés és kémiai szintézis. Az élet minden formájában megtalálható ATP-t gyakran az intracelluláris energiaátadás “molekuláris valutaegységének” nevezik.
metabolikus reakciók és folyamatok összessége, amelyek az organizmusok sejtjeiben zajlanak, hogy a tápanyagokból származó biokémiai energiát adenozin-trifoszfáttá (ATP) alakítsák át.