Номер 3, страница 12 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 1. Классификация химических реакций. Параграф 3. Скорость химических реакций. Вопросы в начале параграфа - номер 3, страница 12.

Условие.

● Как осуществляются химические реакции в живых организмах?

Решение.

Решение 2.

Химические реакции в живых организмах, известные под общим названием метаболизм, представляют собой высокоорганизованный и строго скоординированный комплекс процессов. Эти реакции лежат в основе роста, развития, размножения, поддержания структуры и ответа на воздействия окружающей среды. Осуществление этих реакций возможно благодаря нескольким ключевым особенностям.

Ключевая роль ферментов

Подавляющее большинство химических реакций в клетке протекает с участием ферментов — биологических катализаторов, которые по своей природе чаще всего являются белками (хотя существуют и РНК-ферменты, называемые рибозимами). Ферменты обладают рядом уникальных свойств:

• Каталитическая эффективность: Ферменты многократно (в миллионы и миллиарды раз) ускоряют химические реакции, снижая их энергию активации ($E_a$) — барьер, который необходимо преодолеть для начала реакции. Без ферментов биохимические процессы протекали бы настолько медленно, что жизнь была бы невозможна.
• Высокая специфичность: Каждый фермент, как правило, катализирует только одну определенную реакцию или действует на одну определенную молекулу (субстрат). Это обеспечивается уникальной трехмерной структурой фермента и наличием активного центра — специального участка, который по форме и химическим свойствам комплементарен субстрату. Это взаимодействие часто описывают моделями "ключ-замок" или "индуцированного соответствия".
• Регулируемость: Активность ферментов может тонко настраиваться в зависимости от потребностей клетки с помощью ингибиторов (веществ, замедляющих реакцию) и активаторов (ускоряющих реакцию).

Ответ: Химические реакции в живых организмах осуществляются главным образом с помощью ферментов — биологических катализаторов, которые ускоряют реакции, снижая их энергию активации, и обеспечивают их высокую специфичность.

Типы метаболических путей: Анаболизм и Катаболизм

Все реакции метаболизма можно разделить на две группы:

1. Анаболизм (пластический обмен) — это совокупность реакций синтеза сложных органических веществ из более простых. Эти процессы требуют затрат энергии. Примерами могут служить синтез белка из аминокислот, фотосинтез у растений (синтез глюкозы из углекислого газа и воды) или синтез полисахаридов.
2. Катаболизм (энергетический обмен) — это совокупность реакций расщепления сложных органических веществ до более простых. Эти процессы сопровождаются выделением энергии, которая запасается в виде молекул АТФ. Ключевым процессом катаболизма является клеточное дыхание, в ходе которого глюкоза расщепляется до углекислого газа и воды с выделением большого количества энергии.

Анаболизм и катаболизм тесно взаимосвязаны: энергия, выделяющаяся при катаболизме, используется для реакций анаболизма.

Ответ: Метаболизм состоит из двух взаимосвязанных процессов: анаболизма (синтез веществ с затратой энергии) и катаболизма (распад веществ с выделением энергии).

Регуляция и компартментализация

Химические реакции в организме не происходят хаотично. Они строго упорядочены и регулируются.

• Гормональная регуляция: Гормоны, переносясь с кровью, могут изменять скорость метаболических процессов в клетках-мишенях, влияя на активность ключевых ферментов.
• Принцип обратной связи: Часто конечный продукт метаболического пути ингибирует (подавляет) активность фермента, катализирующего первую стадию этого пути. Это позволяет избежать избыточного накопления продукта.
• Компартментализация: Многие биохимические процессы пространственно разделены внутри клетки. Они происходят в определенных органеллах (компартментах). Например, синтез АТФ в процессе дыхания происходит в митохондриях, фотосинтез — в хлоропластах, а расщепление веществ — в лизосомах. Такое разделение позволяет различным, порой несовместимым, реакциям протекать одновременно, не мешая друг другу.

Ответ: Биохимические реакции строго регулируются на уровне активности ферментов, гормонов и пространственно разделены по разным органеллам клетки (компартментализация), что обеспечивает их согласованное и эффективное протекание.

Энергетическая валюта клетки: АТФ

Для осуществления энергозатратных процессов (анаболизм, движение, транспорт веществ) клетка использует универсальный источник энергии — молекулу аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия, выделяющаяся при распаде веществ (катаболизм), используется для синтеза АТФ из АДФ (аденозиндифосфата) и фосфата. Затем, когда клетке требуется энергия, АТФ гидролизуется обратно до АДФ, и заключенная в макроэргической связи энергия высвобождается и используется для нужд клетки. Таким образом, АТФ выполняет роль универсальной "энергетической валюты", связывающей процессы распада и синтеза.

Ответ: Энергия для химических реакций в живых организмах переносится и используется в виде универсальной молекулы АТФ, которая связывает энерговыделяющие (катаболические) и энергозатратные (анаболические) процессы.