Přednáška ŽIVÁ A NEŽIVÁ PŘÍRODA Téma: Koloběh látek a tok energií t e p l o Elipsa: producent Elipsa: dekompozitorElipsa: Konzument II.Elipsa: Konzument I. t e p l o t e p l o t e p l o Slunce je zdrojem elektromagnetické energie jak tepelné, tak světelné. Jen malý zlomek ze světelné energie dokáží ve svých tělech zachytit rostliny a přeměnit ji na energii chemickou. Takto vázaná energie může být uložena v organických látkách tvořících tělo autotrofních organismů (producentů, rostlin) nebo využita k biochemických procesům v jednotlivých buňkách nutných pro zachování jejich života. Tímto způsobem využitou energii již nelze zpět vázat do chemických vazeb a uniká ve formě tepelné energie do prostředí. K této přeměně dochází v chloroplastech při fotosyntéze , jejíž podstatou je přeměna látek anorganických H2O a CO2 na látky organické C6H12O6 (cukry) a odpadní látku O2. Světelná energie je nutná pro spuštění a udržení této chemické reakce, proto k ní nemůže docházet za tmy stejně jako při nízké teplotě -- pod 4 °C. 6 CO2 + 12 H2O svět.energie 6 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O oxid uhličitý a voda glukóza a kyslík a voda (zjednodušeno) Chemickou energii uloženou v organických sloučeninách autotrofních, případně jiných heterotrofních organismů využívají konzumenti. Během trávení dochází ke štěpení složitých organických látek (tuků, cukrů a bílkovin) na jednodušší, které jsou dopravovány tělními tekutinami k jednotlivým buňkám. Uvnitř buněk v lyzozomech dochází k jejich dalšímu štěpení a v mitochondriích k uvolňování energie v procesu zvaném buněčné dýchání. K tomuto oxidativnímu procesu je potřeba kyslík, který je přiváděn tělními také tekutinami. Při něm dochází k rozkladu organických látek na anorganické a energie při tom uvolněná je vázána do makroergních vazeb ATP. 6 C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energie Takto získanou energii i látky využívá buňka pro biochemické reakce nezbytné pro zachování svého života a využívá je při tvorbě svých vlastních organických látek (růst, rozmnožování). Energie má neustálou zásobu uloženou jak v ATP, tak v krevním cukru -- glykogenu. Při dlouhodobém nadbytku energii ukládá ve formě tuku. Vodu využívá částečně dále a částečně se jí zbavuje ve formě moči, potu a jiných sekretů. Oxid uhličitý odchází z těla pomocí tělních tekutin. Ve zbytcích mrtvých těl producentů a konzumentů je také uložena energie a látky, která využívají dekompozitoři (rozkladači). Ti využívají chemickou energii pro své životní pochody a napomáhají tím uvolnění anorganických látek do půdy (humus). Buňka a její organely Jádro -- nese genetickou informaci obsaženou ve šroubovicích DNA - je kryto jadernou membránou, která má póry umožňující komunikaci buňky s dalšími buněčnými organelami - jadérko -- souvisí s tvorbou ribozomů Cytoplazma -- tekutina obsahující buněčné organely, mikrotubuly, mikrofilamenty a nejrůznější látky Plazmatická membrána -- ze dvou vrstev fosfolipidů - polopropustná (propouští jen nízkomolekulární látky) - podílí se na syntéze buněčné stěny Buněčná stěna -- jen u rostlinných buněk, bakterií a hub - má opornou funkci - je propustná Ribozomy -- tvorba specifických bílkovin Endoplazmatické retikulum -- rozvětvený systém biomembrán - hladké -- tvorba syntéza tuků - drsné -- ribozomy -- syntéza bílkovin Mitochondrie -- dochází zde k buněčnému dýchání, uvolňování energie a jejího vázání do ATP Plastidy -- chloroplasty --zelené barvivo chlorofyl, fotosyntéza - chromoplasty -- barviva karotenoidy -- lákání hmyzu - leukoplasty -- syntéza škrobu - chybí u živočichů Vakuoly -- shromažďují odpadní nebo zásobní látky - chybí u živočichů Golgiho aparát -- syntéza polysacharidů pro tvorbu buněčné stěny - souvislost s vylučováním - tvorba hormonů, enzymů Lyzozomy -- obsahují hydrolytické enzymy -- trávení organických látek - nejsou u autotrofních organismů V buňkách probíhá neustály proces přeměny vyžadující výměnu látek s okolním prostředím a přísun energie -- metabolismus. Způsoby transportu látek do buňky - látky jsou v živých mnohobuněčných organismech přenášeny v tělních roztocích, jejichž důležitou složkou je voda. Tělní roztoky umožňují jak přísun látek potřebných k buňkám, tak odstraňování nepotřebných. Do vlastních buněk se však nedostávají nahodile, ale podle své velikosti a složení různými způsoby. Difúze -- volný průchod nízkomolekulárních látek tam i ven v závislosti na koncentračním spádu (např.voda, oxid uhličitý, kyslík, močovina) Transport -- díky specifickým přenašečům umístěným na membránách dochází k řízenému přenášení látek (tam nebo ven) Endocytóza -- fagocytóza -- obstoupení a uzavření (bílé krvinky) -- pinocytóza -- vznik prolákliny a teprve poté její uzavření Koloběh C (uhlíku) Rostliny získávají uhlík ze vzduchu ve formě CO2 skrze průduchy na povrchu listů. Ty dále putují ke každé fotosyntetizující buňce a zde je uhlík navázán do organických sloučenin a využit rostlinou. Pokud její tělo zkonzumuje jiný organismus, využije tak organickou látku --po úpravě trávicím metabolismem -- pro tvorbu specifických organických látek. Avšak jak rostlina, tak živočich dýchají a při tomto procesu dochází k rozkládání organických látek na anorganické, tedy opět na H2O a CO2. Pokud bychom tělo rostliny nebo živočicha spálili, došlo by opět oxidaci -- tedy uvolnění energie a CO2 do vzduchu. V případě, že se tělo organismu nějakým způsobem zachová (uhlí, ropa), k uvolnění energie, ale také uhlíku dochází s velkým časovým odstupem -> skleníkový efekt. Koloběh O (kyslíku) Molekuly kyslíku O2 se dostávají do atmosféry díky rostlinám, pro které jsou odpadem při fotosyntéze. Kyslík spotřebovávají všechny organismy během dýchání, kdy dochází k oxidaci organických látek na konečné produkty s malým množstvím energie CO2, H2O a NH3. CO2 se dostává přes plíce do ovzduší, je zpracován rostlinami během fotosyntézy na O2. Koloběh N (dusíku) Na Zemi je velké množství vzdušného dusíku, ale v této formě jej nedovedou využívat rostliny ani živočichové. Rostliny využívají dusík z půdy (humusu) a zabudovávají je do aminokyselin (bílkovin) svého těla. Vzdušný kyslík však umí vázat bakterie -- symbióza hlíznatých bakterií s bobovitými. Ve formě aminokyselin využívají dusík živočichové, přetváří je a zabudovávají do svého těla (hl. svaly). V tělech všech živočichů však dochází k neustálé obměně bílkovin. Nové aminokyseliny nahrazují původní, které jsou rozkládány na NH3 a odcházejí z těla především v moči. Zásobní látky rostliny -- sacharidy -- celé rostlinné tělo je z polysacharidu celulózy, dřeviny z polysacharidu ligninu - tuky -- v semenech, plodech, ochranná povrchová vrstva - bílkoviny -- relativně málo, hlavně v semenech bobovitých rostlin živočichové -- sacharidy - krevní cukr glykogen - tuky -- ochrana vnitřních orgánů - bílkoviny -- téměř celé živočišné tělo -- svalová tkáň