stworzone przez: CK-12/zaadaptowane przez Christine Miller

te piękne psy zaprzęgowe to cud metabolizmu. Biegając do 160 kilometrów dziennie, każdy z nich spożywa i spala około 12 tysięcy kalorii — około 240 kalorii na kilogram dziennie, co jest odpowiednikiem około 24 Big Maców! Ludzki sportowiec wytrzymałościowy, w przeciwieństwie do tego, zazwyczaj spala tylko około 100 kalorii na Funt (0,45 kg) każdego dnia. Naukowcy są zaintrygowani niesamowitym metabolizmem psów zaprzęgowych, chociaż nadal nie ustalili, w jaki sposób zużywają tak dużo energii. Ale jedno jest pewne: wszystkie żywe istoty potrzebują energii do wszystkiego, co robią, niezależnie od tego, czy biegają, czy mrugają okiem. W rzeczywistości każda komórka twojego ciała stale potrzebuje energii tylko do przeprowadzenia podstawowych procesów życiowych. Prawdopodobnie wiesz, że otrzymujesz energię z jedzenia, które jesz, ale skąd pochodzi jedzenie? Jak to się stało, że zawiera energię? A jak komórki czerpią energię z pożywienia?

w świecie nauki energia jest definiowana jako zdolność do pracy. Często można zobaczyć energię w pracy w żywych istotach-ptak leci w powietrzu, Świetlik świeci w ciemności, pies macha ogonem. Są to oczywiste sposoby, w jakie żywe istoty zużywają energię, ale żywe istoty stale zużywają energię również w mniej oczywisty sposób.

wewnątrz każdej komórki wszystkich żywych istot, energia jest potrzebna do przeprowadzenia procesów życiowych. Energia jest potrzebna do rozpadu i budowy cząsteczek oraz do transportu wielu cząsteczek przez błony plazmatyczne. Cała praca życia potrzebuje energii. Dużo energii jest również po prostu tracone do środowiska jako ciepło. Historia życia jest opowieścią o przepływie energii — jej wychwytywaniu, zmianie formy, wykorzystaniu do pracy i utracie w postaci ciepła. Energia (w przeciwieństwie do materii) nie może być poddana recyklingowi, więc organizmy wymagają stałego dopływu energii. Życie opiera się na energii chemicznej. Skąd żywe organizmy biorą taką energię chemiczną?

energia chemiczna, której potrzebują organizmy, pochodzi z pożywienia. Żywność składa się z cząsteczek organicznych, które magazynują energię w swoich wiązaniach chemicznych. Pod względem pozyskiwania pożywienia dla energii istnieją dwa rodzaje organizmów: autotrofy i heterotrofy.

autotrofy

autotrofy są organizmami, które wychwytują energię z nieożywionych źródeł i przenoszą tę energię do żywej części ekosystemu. Są również w stanie zrobić własne jedzenie. Większość autotrofów wykorzystuje energię słoneczną do wytwarzania żywności w procesie fotosyntezy. Tylko niektóre organizmy — takie jak rośliny, glony i niektóre bakterie — mogą wytwarzać pokarm poprzez fotosyntezę. Niektóre organizmy fotosyntetyczne przedstawiono na rysunku 4.9.2.

	rysunek 4.9.2 autotrofy fotosyntetyczne, które wytwarzają żywność za pomocą energii słonecznej, obejmują rośliny (po lewej), glony (w środku) i niektóre bakterie (po prawej).

autotrofy są również nazywane producentami. Produkują żywność nie tylko dla siebie, ale także dla wszystkich innych żywych istot (znanych jako konsumenci). To dlatego autotrofy stanowią podstawę łańcuchów pokarmowych, takich jak łańcuch pokarmowy pokazany na rysunku 4.9.3.

Obejrzyj film” prosta historia fotosyntezy i jedzenia – Amanda Ooten ” z TED-Ed, aby dowiedzieć się więcej o fotosyntezie:

prosta historia fotosyntezy i jedzenia – Amanda OOTEN, TED-Ed, 2013.

heterotrofy

heterotrofy są istotami żywymi, które nie mogą wytwarzać własnego pożywienia. Zamiast tego otrzymują pożywienie poprzez spożywanie innych organizmów, dlatego są również nazywani konsumentami. Mogą spożywać autotrofy lub inne heterotrofy. Heterotrofy obejmują wszystkie zwierzęta i grzyby, a także wiele jednokomórkowych organizmów. Na Rysunku 4.9.3, wszystkie organizmy są konsumentami z wyjątkiem traw i fitoplanktonu. Jak myślisz, co by się stało z konsumentami, gdyby wszyscy producenci zniknęli z ziemi?

organizmy wykorzystują głównie dwa rodzaje cząsteczek do energii chemicznej: glukozę i ATP. Obie cząsteczki są używane jako paliwa w całym świecie żywym. Obie cząsteczki są również kluczowymi uczestnikami procesu fotosyntezy.

glukoza

glukoza jest prostym węglowodanem o wzorze chemicznym C6H12O6. Magazynuje energię chemiczną w skoncentrowanej, stabilnej formie. W twoim ciele glukoza jest formą energii, która jest przenoszona we krwi i pobierana przez każdą z bilionów komórek. Glukoza jest produktem końcowym fotosyntezy i jest niemal uniwersalnym pokarmem dla życia. Na rysunku 4.9.4 można zobaczyć, jak fotosynteza gromadzi energię ze Słońca w cząsteczce glukozy, a następnie jak oddychanie komórkowe łamie wiązania w glukozie, aby odzyskać energię.

jeśli pamiętasz z punktu 3.7 kwasy nukleinowe, ATP (trójfosforan adenozyny) jest cząsteczką przenoszącą energię, którą komórki wykorzystują do zasilania większości procesów komórkowych (przewodnictwo impulsów nerwowych, synteza białek i aktywny transport są dobrymi przykładami procesów komórkowych, które opierają się na ATP jako źródle energii). ATP jest wytwarzany w pierwszej połowie fotosyntezy, a następnie wykorzystywany do energii w drugiej połowie fotosyntezy, kiedy powstaje glukoza. ATP uwalnia energię, gdy rezygnuje z jednej z trzech grup fosforanowych (Pi) i zmienia się w ADP (difosforan adenozyny, który ma dwie grupy fosforanowe), jak pokazano na rysunku 4.9.5. Tak więc rozpad ATP na ADP + Pi jest reakcją kataboliczną, która uwalnia energię (egzotermiczną). ATP powstaje z połączenia ADP i Pi, reakcji anabolicznej, która pobiera energię (endotermiczną).

dlaczego organizmy potrzebują zarówno glukozy, jak i ATP

dlaczego żywe istoty potrzebują glukozy, jeśli ATP jest cząsteczką, którą komórki wykorzystują do energii? Dlaczego autotrofy nie robią ATP i nie mają z tym nic wspólnego? Odpowiedź znajduje się w ” opakowaniu.”Cząsteczka glukozy zawiera więcej energii chemicznej w mniejszym „pakiecie” niż cząsteczka ATP. Glukoza jest również bardziej stabilna niż ATP. Dlatego glukoza jest lepsza do przechowywania i transportu energii. Glukoza jest jednak zbyt silna, aby komórki mogły z niej korzystać. ATP, z drugiej strony, zawiera odpowiednią ilość energii do zasilania procesów życiowych w komórkach. Z tych powodów zarówno glukoza, jak i ATP są potrzebne żywym istotom.

przepływ energii przez organizmy żywe zaczyna się od fotosyntezy. Proces ten gromadzi energię ze światła słonecznego w wiązaniach chemicznych glukozy. Poprzez zerwanie wiązań chemicznych w glukozie, komórki uwalniają zmagazynowaną energię i wytwarzają ATP, których potrzebują. Proces, w którym glukoza jest rozkładana i powstaje ATP, nazywa się oddychaniem komórkowym.

fotosynteza i oddychanie komórkowe są jak dwie strony tej samej monety. Jest to widoczne na rysunku 4.9.6. Produkty jednego procesu są reaktantami drugiego. Oba procesy magazynują i uwalniają energię w organizmach żywych. Oba procesy współpracują również ze sobą w celu recyklingu tlenu w ziemskiej atmosferze.