Главным условием жизни как организма в целом, так и отдельной клетки является обмен веществ и энергии с окружающей средой. Для поддержания сложной динамической структуры живой клетки требуется непрерывная затрата энергии. Кроме того, энергия необходима и для осуществления большинства функций клетки (поглощение веществ, двигательные реакции, биосинтез жизненно важных соединений). �сточником энергии в этих случаях служит расщепление органических веществ в клетке.

Энергетический обмен в клетке. Первичным источником энергии в живых организмах является Солнце. Энергия, приносимая световыми квантами (фотонами), поглощается пигментом хлорофиллом, содержащимся в хлоропластах зеленых листьев, и накапливается в виде химической энергии в различных питательных веществах. Все клетки и организмы можно разделить на два основных класса в зависимости от того, каким источником энергии они пользуются. У первых, называемых аутотрофными (зеленые растения), СО2 и Н2О превращаются в процессе фотосинтеза в элементарные органические молекулы глюкозы, из которых и строятся затем более сложные молекулы. Клетки второго класса, называемые гетеротрофными (животные клетки), получают энергию из различных питательных веществ (углеводов, жиров и белков), синтезируемых аутотрофными организмами. Энергия, содержащаяся в этих органических молекулах, освобождается главным образом в результате соединения их с кислородом воздуха (т.е. окисления) в процессе, называемом аэробным дыханием. Этот энергетический цикл у гетеротрофных организмов завершается выделением СО2 и Н2О.
Клеточное дыхание - это окисление органических веществ, приводящее Рє получению химической энергии (РђРўР¤). Большинство клеток использует РІ первую очередь углеводы. Полисахариды вовлекаются РІ процесс дыхания лишь после того, как РѕРЅРё Р±СѓРґСѓС‚ гидролизованы РґРѕ моносхаридов: Крахмал, Глюкоза (Сѓ растений) Гликоген (Сѓ животных) . Р–РёСЂС‹ составляют «РїРµСЂРІС‹Р№ резерв» Рё пускаются РІ дело главным образом тогда, РєРѕРіРґР° запас углеводов исчерпан. Однако РІ клетках скелетных мышц РїСЂРё наличии глюкозы Рё жирных кислот предпочтение отдается жирным кислотам. Поскольку белки выполняют СЂСЏРґ РґСЂСѓРіРёС… важных функций, РѕРЅРё используются лишь после того, как Р±СѓРґСѓС‚ израсходованы РІСЃРµ запасы углеводов Рё жиров, например, РїСЂРё длительном голодании.

Этапы энергетического обмена: Единый процесс энергетического обмена можно условно разделить на три последовательных этапа:

Первый этап: - расщепление органических вещ-в в пищеварительной системе до промежуточных продуктов распада.(гидролиз).
Белки + Н2О=аминокислота + тепло(рассеивается )
Жиры + Н2О = глицерин + жирные кислоты + тепло
Полисахариды + Н2О = глюкоза + тепло

Второй этап: (в клетке, в цитоплазме) - гликолиз - без кислородное расщепление глюкозы.Глюкоза под воздействием ферментов расщипляется до двух молекул С3Н6О3 С свыделением энергии.60% этой энергии рассеивается в виде тепла, 40% в виде АТФ.

Третий этап: (кислородное расщепление в митохондриях ) На кислородном этапе: с внутренней стороны мембраны крист находятся молекулы переносчики . Электрон подхватывается молекулами переносчиками и перетаскивается с одной молекулы на другую (окисление), при этом он теряет энергию. Эта энергия на восстановление АТФ из АДФ. Этот процесс называется окислительное фосфорилирование. В конце цепи переносчиков стоит кислород он является акцептором . Анионы накапливаются с внутренней стороны мембраны , ионы с наружной стороны . Когда разность потенциалов между ними достигнет критического уровня ион через ферментативный канал проходит на внутреннею сторону мембраны. При этом выделяется энергия, она идет на фосфолирирование (АДФ-АТФ). В итоге на кислородном этапе образуется 36 АТФ.
Пластический обмен. Ассимиляция. По типу ассимиляции все клетки делятся на две группы - автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные клетки способны к самостоятельному синтезу необходимых для них органических соединений за счет СО2, воды и энергии света (фотосинтез) или энергии, выделившейся при окислении неорганических соединений (хемосинтез). К автотрофам принадлежат все зеленые растения и некоторые бактерии. Гетеротрофные клетки не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Эти клетки для жизнедеятельности нуждаются в поступлении органических соединений: углеводов, белков, жиров. Гетеротрофами являются все животные, большая часть бактерий, грибы, некоторые высшие растения - сапрофиты и паразиты, а также клетки растений, не содержащие хлорофилл.
Фотосинтез - синтез органических соединений, идущий за счет энергии солнечного излучения.

СВЕТОВАЯ ФАЗА : Во время световой фазы энергия солнечного света (или энергия искусственных источников света) улавливается зелеными растениями и превращается в химическую энергию, заключенную в органических веществах, богатых энергией (богатых энергией АТФ, НАДФ и т.д.). В последующем энергия этих богатых энергией соединений используется в клетке для процессов биосинтеза, которые могут происходить как на свету, так и в темноте.
Во время световой фазы фотосинтеза кванты света поглощаются электроном в молекуле хлорофилла. В результате один из электронов приобретает большой запас энергии и покидает хлорофилл. Эта энергия используется для синтеза АТФ и восстановления НАДФ, что приводит к образованию восстановленного никотинамйдадениндинук-леотидфосфата НАДФ Н. Вместе с тем солнечный свет приводит к фотолизу воды - разложению воды на ион водорода Н+ и ион гидроксила ОН- . Одновременно с этим ион гидроксила отдает свой электрон е. хлорофиллу, а возникающие радикалы ОН образуют воду и кислород Образующийся таким образом кислород выделяется зелеными растениями, что в течение многих сотен миллионов лет привело к созданию кислородной атмосферы Земли. В настоящее время зеленые растения продолжают непрерывно обогащать кислородом атмосферу нашей планеты.

Темновая фаза :фотосинтеза связана СЃ использованием макроэргических веществ (РђРўР¤, НАДФ • Рќ Рё некоторых РґСЂСѓРіРёС…) для синтеза различных органических соединений (главным образом углеводов).
Цель: синтез органических веществ ,в строме (в полости хлоропластов )
СО2 связывается с производными рибозы с образованием глюкозы : 6 СО2 +18АТФ+ 12НАДФ*Н= С6Н12О6.

Кроме фотосинтеза существует еще одна форма автотрофной ассимиляции - хемосинтез.