Transformácia energie v bunke je krátka. Metabolizmus a premena energie. Vlastnosti energetického metabolizmu. História objavu enzýmov

Hlavnou náplňou témy je pojem metabolizmus ako súbor chemických reakcií, ktoré zabezpečujú rast životnej činnosti, rozmnožovanie a neustály kontakt a výmenu s životné prostredie... Všetky chemické reakcie živej bunky možno rozdeliť do dvoch typov: reakcie syntézy (biosyntézy), pomocou ktorých sa uskutočňuje výmena plastov, a reakcie štiepenia - energetický metabolizmus.

Výmena energie pozostáva z troch etáp. Prvý z nich je: PRÍPRAVNÝ etapa. V tomto štádiu sa veľké molekuly bielkovín, nukleových kyselín, tukov, sacharidov rozkladajú na menšie: glukóza, glycerín, mastné kyseliny, nukleotidy. Tým sa uvoľní malé množstvo energie, ktorá sa rozptýli vo forme tepla.

Druhým stupňom je anoxický resp ANAERÓBNY... Tento krok je možné vidieť na príklade rozkladu glukózy. Upozorňujeme, že sa pri tom nepoužíva kyslík a tvoria sa iba dve molekuly. ATF... Treba mať na pamäti, že vo forme ATF len 40 % energie sa akumuluje, zvyšok sa rozptýli vo forme tepla.

Tretím stupňom je kyslík resp AERÓBNY... Zvláštnosťou tohto štádia je, že kyslík sa zúčastňuje reakcií glykolýzy a vzniká 36 molekúl ATF.

Majte na pamäti, že v prípadoch veľkej potreby energie v eukaryotických bunkách môže proces energetického metabolizmu prebiehať len do druhého štádia, teda len anaeróbnej glykolýzy.Pri štúdiu metabolizmu plastov si všímajte, ktoré organely tzv. bunky sú syntetizované z určitých organických látok (sacharidy, tuky, bielkoviny, nukleové kyseliny).

FOTOSYNTÉZA je proces vzniku organických látok z anorganických pomocou svetelnej energie. Východiskom fotosyntézy sú oxid uhličitý a voda, ktoré obsahujú podstatne menej energie ako glukóza. Preto sa v procese fotosyntézy slnečná energia premieňa na chemickú energiu. (Energia sa presúva z jednej formy do druhej.) Všimnite si, že proces fotosyntézy má niekoľko kľúčových bodov. Molekula chlorofylu obsahuje atóm Mg. Elektróny vo vonkajších kovových orbitáloch sú nestabilné. Keď zasiahne fotón, elektrón sa vymrští z atómu. Ale v takom stave nemôže dlho existovať. Musí sa vrátiť na svoje miesto, pričom predtým vyžaroval energiu prijatú z fotónu, alebo ju rozdal. Táto energia sa nestráca v chloroplastoch v rastlinách. Čiastočne ide do syntézy ATF, ale čo je najdôležitejšie, tento elektrón prechádza fotolýzou vody. Vzniknuté vodíkové ióny sa využívajú na syntézu organických látok a do atmosféry sa uvoľňuje kyslík. Toto sú reakcie svetelnej fázy. Ďalšia fáza sa konvenčne nazývala tmavá. Ide o sériu enzymatických reakcií, počas ktorých sa viaže oxid uhličitý a syntetizujú sa sacharidy. To spotrebúva energiu ATF a atómy vodíka.Reakcie biosyntézy zahŕňajú reakcie syntézy bielkovín. Pred štúdiom tejto časti témy si zopakujte štruktúru proteínov, štruktúru a funkcie nukleových kyselín ( DNA a RNA), princíp komplementarity ( AT,C-G Biosyntéza bielkovín prebieha za účasti ribozómov. Tento zložitý proces začína syntézou na molekule DNA molekuly i-RNA to sa deje v jadre. Ďalej i-RNA prenesené z jadra do miesta syntézy bielkovín. Zvážte - Molekuly i-RNA sú prísne individuálne a nesú informácie len o jednom proteíne. Proces syntézy i-RNA volal PREPIS... V cytoplazme na i-RNA jeden alebo viac ribozómov je navlečených. Proces čítania informácií a syntézy bielkovín sa nazýva Vysiela... Osobitnú úlohu vo vysielaní zohráva t-RNA(doprava RNA), zabezpečujú súlad informácií i-RNA zloženie bielkovín. Navyše každé tri nukleotidy i-RNA zodpovedá jednej aminokyseline, poddajnosť sa dosiahne štruktúrnym znakom t-RNA... Na jednom konci je pripojená aminokyselina a na druhom konci je trojica nukleotidov, ktorá zodpovedá tejto aminokyseline. Pri biosyntéze bielkovín sa prísne dodržiava princíp komplementarity. Tripletová korešpondencia je fixovaná na ribozóme i-RNA trojčatá t-RNA a fixácia aminokyseliny, po ktorej nasleduje jej pripojenie k syntetizovanému proteínovému reťazcu.Ako sa proteínové vlákno syntetizuje, okamžite sa skladá do sekundárnej a terciárnej štruktúry. Ribozóm sa pohybuje pozdĺž i-RNA z trojky na trojku. Všetky biosyntetické reakcie prebiehajú za účasti enzýmov a s výdajom energie.

Schéma biosyntézy proteínov možno zhrnúť takto: GENE(zápletka DNA) - I-RNA - Ribozómy s T-RNA - PROTEÍN.

VO VŠEOBECNÝCH PROCESOCH VÝMENY LÁTOK BUNKY(na rozdiel od konvenčných chemických reakcií) VYZNAČUJÚCE SA SMEROVANÍM, JASNOU LOKALIZÁCIOU V BUNKE, DISTRIBÚCIA V BUŇKOVOM PRIESTORE SÚČASNÝCH PROCESOV SYNTÉZY A DELENIA, VEĽKÁ RÝCHLOSŤ, MATRIXOVÁ SYNTÉZA BIOPOLYMÉROV.

Otázka číslo 2

Človek patrí do triedy cicavcov, radu primátov. Najbližší evolučne príbuzní človeka sú šimpanzy, gorily a orangutany. To vedie k veľmi veľkej podobnosti ľudskej kostry s kostrami iných cicavcov a najmä primátov.

Ľudská kostra, podobne ako kostry iných cicavcov, pozostáva z chrbtice, lebky, hrudného koša, pletencov končatín a kostry vlastných končatín. Ľudia však majú lepšie vyvinutý mozog ako iné cicavce, ľudia sa vyznačujú schopnosťou pracovať a vzpriameným držaním tela. Tieto vlastnosti zanechali odtlačok na štruktúre ľudskej kostry.

Porovnávacia séria kostier označujúca rozdiel a podobnosť v ich štruktúre:
1 - gorila; 2 - neandertálec; 3 - moderný človek

Objem ľudskej lebečnej dutiny je teda väčší ako u akéhokoľvek zvieraťa s rovnakou veľkosťou tela. Veľkosť tvárovej časti lebky u ľudí je menšia ako u mozgu, zatiaľ čo u zvierat je to naopak. Je to spôsobené tým, že zvieratá jedia surovú potravu, ktorá sa ťažko melie, a preto majú veľké čeľuste a zuby, ktoré sú zároveň ochrannými orgánmi. Objem mozgu u zvierat v pomere k veľkosti tela je oveľa menší ako u ľudí. Chrbtica u zvierat nemá výrazné ohyby, zatiaľ čo u ľudí má 4 ohyby: krčný, hrudný, driekový a krížový. Tieto ohyby sa objavili v súvislosti so vzpriameným držaním tela a poskytujú chrbtici elasticitu pri chôdzi, behu, skákaní.

Hrudný kôš u zvierat je stlačený spredu dozadu. U zvierat je telesná hmotnosť rozdelená medzi všetky štyri končatiny a panva nie je príliš masívna. U človeka spočíva celá váha tela na dolných končatinách, panva je široká a pevná.

Kostra predných a zadných končatín u zvierat sa od seba veľmi nelíši. Ľudské kosti dolných končatín hrubšie a odolnejšie ako vrch. Existujú tiež veľké rozdiely v štruktúre ľudskej nohy a ruky. Štruktúra prstov umožňuje človeku vykonávať zložité druhy práce.

Človek, rovnako ako ostatné cicavce, má zuby troch typov: očné zuby, rezáky a stoličky, avšak počet a tvar týchto zubov u ľudí a zástupcov iných rádov cicavcov je veľmi odlišný.

Podobnosť kostry človeka a ľudoopov je jedným z dôkazov, že ľudia majú s týmito ľudoopmi spoločných predkov.

Otázka číslo 3

Úloha nahosemenných rastlín v prírode. Gymnospermy tvoria ihličnaté a zmiešané lesy, ktoré zaberajú obrovské plochy. Obohacujú vzduch o kyslík, a preto sa často nazývajú „pľúca planéty“. Lesy regulujú topenie snehu, hladinu vody v riekach, pohlcujú hluk, oslabujú silu vetra a kotvia piesky. Les je biotopom mnohých druhov zvierat, ktoré sa živia výhonkami, semenami, šiškami ihličnanov.

Ihličnaté rastliny nepretržite vypúšťajú do ovzdušia veľké množstvo fytoncídov (z gréckeho fitonu a latinského tsedo - zabíjam) - látok, ktoré inhibujú aktivitu iných organizmov. Zvlášť intenzívne sa to deje v smrekových lesoch. Takže podľa vedcov 1 m3 vzduchu v ihličnatom lese obsahuje nie viac ako 500 buniek patogénnych baktérií, zatiaľ čo mestský vzduch - až 30 - 40 000. Preto sú umiestnené sanatóriá a nemocnice pre ľudí s chorobami dýchacieho systému v ihličnatých lesoch.

Nahosemenné rastliny zohrávajú obrovskú úlohu, už len preto, že väčšina pôdy pokrytá vegetáciou je pokrytá nahosemennými rastlinami - tajgou. Je hlavným dodávateľom kyslíka do biosféry, krmiva a prístrešia pre zvieratá, stavebných materiálov, paliva, papiera, surovín

Lístok číslo 7 Otázka číslo 1

Metabolizmus a energia v bunke (Tiket číslo 6 Otázka číslo 1)

Charakteristiky dýchacieho procesu:

Bunkovýalebo tkanivové dýchanie- súbor biochemických reakcií prebiehajúcich v bunkách živých organizmov, pri ktorých dochádza k oxidácii uhľohydrátov, lipidov a aminokyselín na oxid uhličitý a vodu.

Bunkové dýchanie teda prebieha v bunke. Ale kde presne? Ktorá organela vykonáva tento proces?

Všetky štádiá bunkového dýchania prebiehajú v mitochondriách. Ako viete, hlavný produkt mitochondrií – molekula ATP – je v biológii synonymom pre pojem „energia“. V skutočnosti je hlavným produktom tohto procesu energia, molekuly ATP.

Všetky živé organizmy si vymieňajú látky s vonkajším prostredím. V bunkách neustále prebiehajú procesy biosyntézy. Z jednoduchých látok sa vďaka enzýmom tvoria komplexné zlúčeniny: z aminokyselín sa syntetizujú bielkoviny, z monosacharidov komplexné sacharidy a z dusíkatých zásad nukleové kyseliny. Chemickými premenami relatívne jednoduchých látok vznikajú rôzne tuky a oleje. Chitín je vonkajší obal článkonožcov, ktorý tvorí chitín, komplexný polysacharid (str. 7), u vtákov, cicavcov je vonkajší obal rohovinová látka, ktorej základom je bielkovina keratín. V konečnom dôsledku je zloženie syntetizovaných veľkých organických molekúl určené genotypom. Syntetizované látky sa používajú počas rastu na vzpriamenie buniek a ich organel a na nahradenie spotrebovaných alebo zničených molekúl. Bez výnimky všetky interakcie biosyntézy prebiehajú s absorpciou energie.

Výmena plastov

Metabolizmus plastov, inak nazývaný biosyntéza alebo anabolizmus, k tejto výmene dochádza iba v bunke. Metabolizmus plastov je troch typov: fotosyntéza, chemosyntéza a biosyntéza bielkovín. Fotosyntézu využívajú rastliny a len niektoré baktérie (sinice). Takéto organizmy sa nazývajú autotrofy. Chemosyntézu využívajú niektoré baktérie, vrátane anaeróbnych baktérií. Takéto organizmy sa nazývajú chemotrofy. Zvieratá a huby sú klasifikované ako heterotrofné tvory.

Fotosyntéza

Proces fotosyntézy prebieha prostredníctvom reakcie, ktorá zahŕňa tvorbu glukózy a kyslíka z oxidu uhličitého a vody. Fotosyntéza má dve fázy, svetlú a tmavú. Počas svetlej fázy prebieha proces fotosyntézy v granulách chloroplastov a v tmavej fáze v stróme chloroplastu. (pozri prílohu 7)... Bez slnečnej energie by fotosyntéza nemala význam, takže ide o dôležitý faktor. Počas tohto procesu sa zo šiestich molekúl oxidu uhličitého a vody vytvorí šesť molekúl kyslíka a jedna molekula glukózy. Proces fotosyntézy prebieha v chloroplastoch, chlorofyl je v organelách, vďaka nemu dochádza k syntéze.

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Chemosyntéza

Chemosyntéza je charakteristická pre baktérie, ako sú sírové, nitrifikačné a železité baktérie. Baktérie využívajú energiu získanú z procesu oxidácie látok na redukciu oxidu uhličitého na organické zlúčeniny. (pozri prílohu 8) Sírne baktérie oxidujú látku, ako je sírovodík, nitrifikačné baktérie oxidujú amoniak a železité baktérie oxidujú oxid železa.

Biosyntéza bielkovín

Metabolizmus plastov je syntéza bielkovín bunkou. Výmena má dva hlavné procesy: transkripciu a preklad.

prepis- je to proces syntézy messenger RNA pomocou DNA podľa princípu komplementarity. (pozri prílohu 9)

Transkripcia pozostáva z troch fáz:

Tvorba primárneho transkriptu

Spracovanie

Spájanie

Vysielanie- prenos informácie o štruktúre proteínu z messenger RNA do syntetizovaného polypeptidu. (pozri prílohu 10) Tento proces prebieha v cytoplazme na ribozóme. Vysielanie prebieha v štyroch etapách. V prvej fáze sú aminokyseliny aktivované špeciálnym enzýmom - aminoacyl T-RNA syntetázou. Tento proces využíva energiu vo forme ATP. Potom sa vytvorí minoacyladenylát. Nasleduje proces adhézie aktivovanej aminokyseliny na transportnú RNA, pričom sa uvoľňuje AMP. Ďalej, počas tretej fázy sa vytvorený komplex viaže na ribozóm. Potom sú aminokyseliny zahrnuté do proteínovej štruktúry v špecifickej sekvencii, po ktorej sa uvoľní transportná RNA.

Výmena energie

Energetický metabolizmus sa nazýva aj katabolizmus. Metabolizmus plastov a energetický metabolizmus spolu veľmi súvisia, pretože na realizáciu metabolizmu plastov (anabolizmu) je potrebná energia, ktorú bunka získava katabolizmom. Prostredníctvom tohto procesu bunka syntetizuje požadované nukleové kyseliny, bielkoviny, sacharidy atď. Energetický metabolizmus je proces, pri ktorom sa látky so zložitou štruktúrou štiepia na najjednoduchšie alebo sa okysličujú, čím telo získava energiu potrebnú na existenciu. Celkovo existujú tri stupne energetického metabolizmu:

Prípravná fáza

Anaeróbne štádium – glykolýza (bez kyslíka)

Aeróbne štádium - bunkové dýchanie (za účasti kyslíka)

Prípravná fáza

Počas tohto kroku sa polyméry premieňajú na monoméry, to znamená, že zlúčeniny, ako sú proteíny, sacharidy a lipoidy, sa rozkladajú na jednoduchšie. Tento proces prebieha mimo bunky, v orgánoch tráviaceho systému. V tomto štádiu energetického metabolizmu nie je potrebný kyslík. V dôsledku reakcií sa proteín rozkladá na aminokyseliny, komplexné sacharidy - na jednoduché monosacharidy a lipidy - na glycerol a vyššie kyseliny. Toto štádium prebieha aj v lyzozómoch bunky.

Anaeróbne štádium

Táto fáza sa inak nazýva fermentácia alebo glykolýza. Látky vznikajúce v prípravnom štádiu – glukóza, aminokyseliny atď. – podliehajú následnému enzymatickému rozkladu bez účasti kyslíka. Prevažne sacharidy sú fermentované. V priebehu chemických reakcií používaných v tomto štádiu katabolizmu vznikajú alkoholy, oxid uhličitý, acetón, organické kyseliny, v niektorých prípadoch vodík a ďalšie látky. Glykolýza je proces štiepenia glukózy za anaeróbnych podmienok na kyselinu pyrohroznovú (PVA), potom na kyselinu mliečnu, octovú, maslovú alebo etylalkohol, ktorý sa vyskytuje v bunkovej cytoplazme. Pri bezkyslíkovom štiepení sa časť uvoľnenej energie odvedie vo forme tepla a časť sa uloží do molekúl ATP. V bunkách zvierat a húb je bežná reakcia, v dôsledku ktorej sa uvoľňuje kyselina pyrohroznová.

Hlavná chemická reakcia v tomto štádiu vyzerá takto:

C6H1206 = 2C3H403 + (4H) + 2ATF

Výsledkom tohto procesu sú dve molekuly ATP.

Aeróbne štádium

Tento krok prebieha v mitochondriách. (pozri prílohu 11) V tomto štádiu prebieha oxidácia látok, vďaka čomu sa uvoľňuje určité množstvo energie. Kyslík sa zúčastňuje rovnakého procesu. Kyslík je transportovaný červenými krvinkami obsahujúcimi hemoglobín. Látky získané v predchádzajúcich štádiách bunka rozloží na tie najjednoduchšie, teda na oxid uhličitý a vodu. Enzýmy obsiahnuté v lyzozómoch oxidujú Organické zlúčeniny v klietke. ADP – adenozíndifosfát – látka, ktorá je potrebná aj na tvorbu energie, vďaka bunkovému dýchaniu. Hlavná chemická reakcia v tomto štádiu vyzerá takto:

2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP = 6CO2 + 42H2O + 36ATF

V dôsledku tohto procesu sa vytvorí 36 molekúl ATP.

Z tejto rovnice môžete vidieť, že v tomto štádiu sa uvoľňuje značné množstvo energie. Okrem toho sa v tomto štádiu môže uskutočniť reakcia úplnej oxidácie kyseliny pyrohroznovej, v dôsledku čoho sa tiež uvoľňuje energia, ale v menšom množstve.

Preto pri úplnom odštiepení jednej molekuly glukózy môže bunka syntetizovať 38 molekúl ATP (2 molekuly počas glykolýzy a 36 molekúl počas aeróbneho štádia). (pozri prílohu 12)

Všeobecná rovnica aeróbneho dýchania môže byť napísaná nasledujúcim spôsobom:

C6H1206 + 602 + 38ADP + 38H3P04> 6C02 + 6H20 + 38ATF.

Záver

Bunka je vysoko organizovaná jednotka života. Absorpcia, premena, ukladanie a využitie látok a energie prebieha cez bunky. Práve v bunke prebiehajú procesy ako dýchanie, fermentácia, fotosyntéza a duplikácia genetického materiálu. A takéto procesy sa vyskytujú v organizmoch, ktoré majú jednoduchú štruktúru (jednobunkové), ako aj v organizmoch, ktoré sú štruktúrou zložité (mnohobunkové). Život všetkých organizmov závisí od ich buniek.

Dodatok

Príloha 1

Dodatok 2

Dodatok 3

Dodatok 4

Dodatok 5

Dodatok 6

Dodatok 7

Dodatok 8

Dodatok 9

Otázka 1. Čo je disimilácia? Uveďte fázy.
Disimilácia, alebo výmena energie, je súbor reakcií na štiepenie vysokomolekulárnych zlúčenín, ktoré sú sprevádzané uvoľňovaním a skladovaním energie. Disimilácia v aeróbnych organizmoch (dýchajúcich kyslík) prebieha v troch fázach:
prípravné - štiepenie vysokomolekulárnych zlúčenín na nízkomolekulové bez uchovávania energie;
bezkyslíkatý - čiastočný bezkyslíkový rozklad zlúčenín, energia sa ukladá vo forme ATP; kyslík - konečný rozklad organických látok na oxid uhličitý a vodu, energia sa ukladá aj vo forme ATP.
Disimilácia v anaeróbnych (bez kyslíka) organizmoch prebieha v dvoch fázach: prípravnej a anoxickej. V tomto prípade sa organická hmota úplne nerozloží a uloží sa oveľa menej energie.

Otázka 2. Aká je úloha ATP v bunkovom metabolizme?
Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP) pozostáva z dusíkatej bázy – adenínu, cukru – ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej. Molekula ATP je veľmi nestabilná a je schopná odštiepiť jednu alebo dve molekuly fosfátu s uvoľnením veľkého množstva energie vynaloženej na zabezpečenie všetkých životne dôležitých funkcií bunky (biosyntéza, transmembránový prenos, pohyb, tvorba elektrického impulzu atď. .). Väzby v molekule ATP sa nazývajú vysokoenergetické.
Odštiepenie koncového fosfátu z molekuly ATP je sprevádzané uvoľnením 40 kJ energie.). V tomto prípade sa ATP premieňa na ADP. Ak sa odštiepi druhý zvyšok kyseliny fosforečnej, ADP sa premení na AMP. Všetky procesy v živých organizmoch, ktoré vyžadujú výdaj energie, sú sprevádzané premenou molekúl ATP na ADP (alebo aj AMP).
Syntéza ATP prebieha v mitochondriách.

Otázka 3. Ktoré bunkové štruktúry vykonávajú syntézu ATP?
V eukaryotických bunkách prebieha syntéza väčšiny ATP z ADP a kyseliny fosforečnej v mitochondriách a je sprevádzaná absorpciou (skladovaním) energie. V plastidoch vzniká ATP ako medziprodukt svetelného štádia fotosyntézy.

Otázka 4. Povedzte nám o energetickom metabolizme v bunke na príklade rozkladu glukózy.
Výmena energie je zvyčajne rozdelená do troch etáp. Prvá fáza je prípravná, nazývaná aj trávenie. Vykonáva sa hlavne mimo buniek pôsobením enzýmov vylučovaných do dutiny tráviaceho traktu. V tomto štádiu sa veľké molekuly polyméru rozkladajú na monoméry: bielkoviny - na aminokyseliny, polysacharidy - na jednoduché cukry, tuky - na mastné kyseliny a glycerín. Zároveň sa uvoľňuje malé množstvo energie, ktorá sa tiež odvádza vo forme tepla.
Bez kyslíka. V dôsledku glykolýzy sa jedna molekula glukózy rozdelí na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej:
S6Ni206<----->2C3H403.
Rozpad jednej molekuly glukózy je sprevádzaný tvorbou dvoch molekúl ATP. V tomto prípade sa 60% uvoľnenej energie premení na teplo a 40% sa ukladá vo forme ATP. Keď sa rozpadne jedna molekula glukózy, vytvoria sa 2 molekuly ATP. Potom v anaeróbnych organizmoch nastáva fermentácia - alkohol (C 2 HC 5 OH - etylalkohol) alebo kyselina mliečna (C 3 H 4 0 3 - kyselina mliečna). V aeróbnych organizmoch začína tretia etapa energetického metabolizmu.
Kyslík. Toto štádium katabolizmu vyžaduje prítomnosť molekulárneho kyslíka a nazýva sa dýchanie. Rozvoj bunkového dýchania v aeróbnych mikroorganizmoch a v eukaryotických bunkách bol možný až po objavení sa molekulárneho kyslíka v zemskej atmosfére v dôsledku fotosyntézy. Pridanie kyslíka do katalytického procesu poskytuje bunkám výkonnú a efektívnu cestu na extrakciu živín a energie z molekúl.
Reakcie štiepenia kyslíkom alebo oxidačný katabolizmus prebiehajú v špeciálnych organelách bunky – mitochondriách, kam vstupujú molekuly kyseliny pyrohroznovej. Po sérii zastávok sa vytvoria konečné produkty - CO 2 a H 2 O, ktoré následne difundujú von z bunky. Celková rovnica aeróbneho dýchania vyzerá takto:
C6H1206 + 602 + 36H3PO4 + 36ADF<----->6C02 + 6H20 + 36ATF.
Počas oxidácie dvoch molekúl kyseliny mliečnej teda vzniká 36 molekúl ATP. Celkovo počas druhej a tretej etapy energetického metabolizmu vzniká pri štiepení jednej molekuly glukózy 38 molekúl ATP. V dôsledku toho hrá aeróbne dýchanie hlavnú úlohu pri zásobovaní bunky energiou.

Všetky živé organizmy na Zemi sú otvorené systémy schopné aktívne organizovať tok energie a hmoty zvonku. Energia je potrebná na realizáciu životne dôležitých procesov, ale predovšetkým na chemickú syntézu látok používaných na stavbu a obnovu štruktúr bunky a tela. Živé bytosti sú schopné využívať iba dva druhy energie: svetlo(slnečná energia) a chemický(energia väzieb chemických zlúčenín) - podľa tohto znaku sa organizmy delia na dve skupiny - fototrofy a chemotrofy.

Hlavným zdrojom štruktúrnych molekúl je uhlík. V závislosti od zdrojov uhlíka sa živé organizmy delia do dvoch skupín: autotrofné, využívajúce zdroj anorganického uhlíka (oxid uhličitý) a heterotrofné, využívajúce zdroje organického uhlíka.

Proces spotrebovávania energie a hmoty je tzv jedlo. Sú známe dva spôsoby výživy: nahý – zachytávaním čiastočiek potravy vo vnútri tela a holofytický – bez zachytávania, vstrebávaním rozpustených živín cez povrchové štruktúry tela. Živiny, ktoré vstupujú do tela, sa podieľajú na metabolických procesoch.

Metabolizmus je súbor vzájomne prepojených a vyvážených procesov, ktoré zahŕňajú rôzne chemické premeny v tele. Syntetické reakcie, uskutočňované so spotrebou energie, tvoria základ anabolizmu (plastový metabolizmus alebo asimilácia).

Základ tvoria štiepne reakcie sprevádzané uvoľňovaním energie katabolizmus(výmena energie alebo disimilácia).

1. Hodnota ATP v metabolizme

Energia uvoľnená pri rozklade organických látok nie je bunkou okamžite využitá, ale je uložená vo forme vysokoenergetických zlúčenín, zvyčajne vo forme adenozíntrifosfátu (ATP). Svojou chemickou povahou patrí ATP k mononukleotidom a pozostáva z dusíkatej bázy adenínu, sacharidovej ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej.

Energiu uvoľnenú počas hydrolýzy ATP bunka využíva na vykonávanie všetkých druhov práce. Na biologickú syntézu sa vynakladá značné množstvo energie. ATP je univerzálnym zdrojom energie pre bunku. Zásoba ATP v bunke je obmedzená a dopĺňa sa v dôsledku procesu fosforylácie, ktorý prebieha s rôznou intenzitou počas dýchania, fermentácie a fotosyntézy. ATP sa obnovuje extrémne rýchlo (u ľudí je životnosť jednej molekuly ATP kratšia ako 1 minúta).

2. Energetický metabolizmus v bunke. Syntéza ATP

K syntéze ATP dochádza v bunkách všetkých organizmov v procese fosforylácie, t.j. pridanie anorganického fosfátu k ADP. Energia na fosforyláciu ADP vzniká počas energetického metabolizmu. Energetický metabolizmus alebo disimilácia je kombinácia rozkladu organických látok, sprevádzaná uvoľňovaním energie. V závislosti od biotopu môže disimilácia prebiehať v dvoch alebo troch etapách.

Vo väčšine živých organizmov - aeróbov žijúcich v kyslíkovom prostredí - sa v priebehu disimilácie uskutočňujú tri fázy: prípravná, bezkyslíková, kyslíková. V anaeróboch žijúcich v prostredí bez kyslíka alebo v aeróboch s nedostatkom kyslíka prebieha disimilácia len v prvých dvoch štádiách za vzniku medziproduktov organických zlúčenín, ktoré sú ešte bohaté na energiu.

Prvý stupeň - prípravný - spočíva v enzymatickom štiepení zložitých organických zlúčenín na jednoduchšie (proteíny na aminokyseliny; polysacharidy na monosacharidy; nukleové kyseliny na nukleotidy). Intracelulárne štiepenie organických látok prebieha pôsobením hydrolytických enzýmov lyzozómov. Uvoľnená energia sa v tomto prípade rozptýli vo forme tepla a vzniknuté malé organické molekuly sa môžu ďalej rozkladať a bunka ich využiť ako „stavebný materiál“ na syntézu vlastných organických zlúčenín.

Druhý stupeň - neúplná oxidácia - sa uskutočňuje priamo v cytoplazme bunky, nevyžaduje prítomnosť kyslíka a spočíva v ďalšom štiepení organických substrátov. Hlavným zdrojom energie v bunke je glukózy... Anoxický, neúplný rozklad glukózy sa nazýva glykolýza.

Tretia etapa - úplná oxidácia - prebieha za povinnej účasti kyslíka. V dôsledku toho sa molekula glukózy rozkladá na anorganický oxid uhličitý a uvoľnená energia sa čiastočne vynakladá na syntézu ATP.

3. Výmena plastov

Metabolizmus plastov alebo asimilácia je súbor reakcií, ktoré zabezpečujú syntézu zložitých organických zlúčenín v bunke. Heterotrofné organizmy si budujú vlastnú organickú hmotu zo zložiek biopotravín. Heterotrofná asimilácia sa v podstate redukuje na preskupenie molekúl.

Organická hmota potravy (bielkoviny, tuky, sacharidy) -> trávenie -> Jednoduché organické molekuly (aminokyseliny, mastné kyseliny, monocukor) -> biologické syntézy -> Makromolekuly tela (bielkoviny, tuky, sacharidy)

Autotrofné organizmy sú schopné úplne nezávisle syntetizovať organické látky z anorganických molekúl spotrebovaných z vonkajšie prostredie... V procese autotrofnej asimilácie predchádzajú biologickej syntéze molekúl makromolekúl reakcie foto- a chemosyntézy, ktoré zabezpečujú tvorbu jednoduchých organických zlúčenín:

Anorganické látky (oxid uhličitý, voda) -> fotosyntéza, chemosyntéza -> Jednoduché organické molekuly (aminokyseliny, mastné kyseliny, monocukor) ----- biologické syntézy -> Makromolekuly tela (bielkoviny, tuky, sacharidy)

4. Fotosyntéza

Fotosyntéza je syntéza organických zlúčenín z anorganických, ktorá pochádza z energie bunky. Vedúcu úlohu v procesoch fotosyntézy zohrávajú fotosyntetické pigmenty, ktoré majú jedinečnú vlastnosť – zachytávať svetlo a premieňať jeho energiu na chemickú energiu. Fotosyntetické pigmenty sú pomerne veľkou skupinou látok podobných proteínom. Hlavným a najdôležitejším z hľadiska energie je pigment. chlorofyl a nachádzajúce sa vo všetkých fototrofoch, okrem fotosyntetických baktérií. Fotosyntetické pigmenty sú u eukaryotov zabudované vo vnútornej plastidovej membráne alebo u prokaryotov v invagináciách cytoplazmatickej membrány.

V procese fotosyntézy sa okrem monosacharidov (glukóza a pod.), ktoré sa premieňajú na škrob a ukladajú rastlinou, syntetizujú monoméry iných organických zlúčenín – aminokyselín, glycerolu a mastných kyselín. Rastlinné bunky, či skôr bunky obsahujúce chlorofyl, teda vďaka fotosyntéze dodávajú sebe a všetkému životu na Zemi potrebné organické látky a kyslík.

5. Chemosyntéza

Chemosyntéza je tiež proces syntézy organických zlúčenín z anorganických, ale neuskutočňuje sa vďaka energii svetla, ale vďaka chemickej energii získanej pri oxidácii anorganických látok (síry, sírovodíka, železa, amoniaku, dusitanov). , atď.). Najdôležitejšie sú nitrifikačné, železité a sírne baktérie.

Energiu uvoľnenú pri oxidačných reakciách ukladajú baktérie vo forme ATP a využívajú ju na syntézu organických zlúčenín. Chemosyntetické baktérie zohrávajú v biosfére veľmi dôležitú úlohu. Podieľajú sa na čistení odpadových vôd, prispievajú k hromadeniu minerálov v pôde, zvyšujú úrodnosť pôdy.

DNA-biopolymér, mikromolekula, polynukleotid, -nukleotid-manometer Dusíkaté bázy-deoxyribóza-zvyšok kyseliny fosforečnej Dusíkaté bázy: adenín, tymín, guanín, cytozín-dvojvláknová štruktúra RNA-biopolymér, makromolekula, polynukleotid-nukleotid-manotomér-RIBOS - Zvyšok kyseliny fosforečnej Dusíkaté zásady: adenín, uracil, guanín, cytozín. Molekula RNA je jednovláknová. Funkcie: DNA - uchovávanie genetickej informácie RNA - prenos genetickej informácie

Informačná RNA, ktorá nesie informácie o primárnej štruktúre proteínových molekúl, sa syntetizuje v jadre. Po prechode cez póry jadrového obalu je i-RNA nasmerovaná do ribozómov, kde sa dešifruje genetická informácia - je preložená z nukleotidového jazyka do jazyka aminokyselín.

Aminokyseliny, z ktorých sa syntetizujú proteíny, sú dodávané do ribozómov pomocou špeciálnych RNA nazývaných transportné RNA (t-RNA). V t-RNA je sekvencia troch nukleotidov komplementárna ku kodónovým nukleotidom v i-RNA. Takáto sekvencia nukleotidov v štruktúre t-RNA sa nazýva antikodón. Každá t-RNA pripája určitú asimilovanú aminokyselinu pomocou enzýmov a so spotrebou ATP. Toto je prvá fáza syntézy.

Aby sa aminokyselina začlenila do proteínového reťazca, musí sa oddeliť od t-RNA. V druhom štádiu proteínovej syntézy pôsobí t-RNA ako translátor z nukleotidového jazyka do aminokyselinového. Tento prenos prebieha na ribozóme. Má dve oblasti: na jednej t-RNA dostane príkaz od m-RNA - antikodón rozpozná kodón, na druhej - príkaz sa vykoná - aminokyselina sa odpojí od t-RNA.

Tretí stupeň syntézy proteínov spočíva v tom, že enzým syntetáza pripojí aminokyselinu odpojenú od t-RNA k rastúcej molekule proteínu. Messenger RNA nepretržite kĺže pozdĺž ribozómu, každý triplet najskôr vstúpi do prvej oblasti, kde je rozpoznaný antikodónom t-RNA, potom do druhej oblasti. Tu ide t-RNA s pripojenou aminokyselinou, tu sa aminokyseliny odpájajú od t-RNA a spájajú sa navzájom v poradí, v akom idú za sebou triplety.

Keď sa na ribozóme v prvej oblasti objaví jeden z troch tripletov, čo sú interpunkčné znamienka medzi génmi, znamená to, že syntéza proteínov je dokončená. Hotový proteínový reťazec opúšťa ribozóm. Syntéza proteínovej molekuly vyžaduje veľa energie. Kombinácia každej aminokyseliny s t-RNA spotrebuje energiu jednej molekuly ATP.

Na zvýšenie produkcie proteínov i-RNA často prechádza súčasne nie cez jeden, ale cez niekoľko ribozómov za sebou. Takáto štruktúra spojená jednou molekulou i-RNA sa nazýva polyzóm. Na každom ribozóme v takomto guľôčkovom dopravníku sa postupne syntetizuje niekoľko molekúl rovnakých proteínov.

Syntéza bielkovín na ribozómoch sa nazýva translácia. Syntéza proteínových molekúl prebieha nepretržite a prebieha vysokou rýchlosťou: za jednu minútu sa vytvorí 50 až 60 tisíc peptidových väzieb. Syntéza jednej molekuly proteínu trvá len 3-4 sekundy. Každý krok biosyntézy je katalyzovaný vhodnými enzýmami a zásobovaný energiou rozkladom ATP. Syntetizované proteíny vstupujú do kanálov endoplazmatického retikula, cez ktoré sú transportované do určitých častí bunky.

Rastlinná bunka ako osmotický systém

Rastlinná bunka je osmotický systém. Vakuolová bunková šťava je vysoko koncentrovaný roztok. Osmotický tlak bunkovej šťavy je označený -.

Aby sa voda dostala do vakuoly, musí prejsť cez bunkovú stenu, plazmalemu, cytoplazmu a tonoplast. Bunková stena je dobre priepustná pre vodu. Plazmalema a tonoplast majú selektívnu permeabilitu. Preto možno rastlinnú bunku považovať za osmotický systém, v ktorom sú plazmalema a tonoplast semipermeabilná membrána a vakuola s bunková šťava- koncentrovaný roztok. Preto, ak je bunka umiestnená vo vode, voda podľa zákonov osmózy začne prúdiť do bunky.

Sila, ktorou voda vstupuje do bunky, sa nazýva sacia sila - S.

Je identický s vodným potenciálom.

Keď voda vstupuje do vakuoly, jej objem sa zväčšuje, voda riedi bunkovú šťavu a na steny buniek sa začína vyvíjať tlak. Bunková stena má určitú elasticitu a môže sa natiahnuť.

So zväčšovaním objemu vakuoly sa cytoplazma tlačí na bunkovú stenu a vzniká turgorový tlak na bunkovú stenu (P). Súčasne zo strany bunková stena existuje rovnako veľký protitlak bunkovej steny na protoplast. Protitlak bunkovej steny sa nazýva tlakový potenciál (-P).

Veľkosť sacej sily S je teda určená osmotickým tlakom bunkovej miazgy a turgorovým hydrostatickým tlakom bunky P, ktorý sa rovná protitlaku bunkovej steny vznikajúcemu pri jej naťahovaní –P.

S = - P alebo - -.

Ak je rastlina v podmienkach dostatočnej vlhkosti v pôde a vzduchu, potom sú bunky v stave úplného turgoru. Keď je bunka úplne nasýtená vodou (turgidná), potom sa jej sacia sila rovná nule S = 0 a tlak turgoru sa rovná potenciálnemu osmotickému tlaku P =.

Pri nedostatku vlahy v pôde najskôr vzniká deficit vody v bunkovej stene. Vodný potenciál bunkovej steny sa znižuje ako vo vakuolách a voda sa začína presúvať z vakuoly do bunkovej steny. Odtok vody z vakuoly znižuje turgorový tlak v bunkách a zvyšuje ich saciu silu. Pri dlhšom nedostatku vlahy väčšina buniek stráca turgor a rastlina začína vädnúť, stráca svoju elasticitu a pevnosť. V tomto prípade je tlak turgora P = 0 a sacia sila je S =

Ak v dôsledku veľmi veľkej straty vody klesne tlak turgoru na nulu, list úplne zvädne. Ďalšia strata vody povedie k smrti protoplastových buniek. Adaptívnym príznakom prudkej straty vody je rýchle uzavretie prieduchov s nedostatkom vlhkosti.

Bunky môžu rýchlo získať späť turgor, ak rastlina dostane dostatok vody alebo v noci, keď rastlina dostáva dostatok vody z pôdy. A tiež pri polievaní.

Vodný potenciál; rovná 0 pre čistú vodu; je 0 alebo záporné pre bunky.

Osmotický potenciál, vždy negatívny

Potenciál tlaku; zvyčajne pozitívny pre v živých bunkách (v bunkách, ktorých obsah je pod tlakom, ale negatívny v xylémových bunkách (v ktorých sa sťahuje voda).

Celkový výsledok akcie

S plným nepokojom

S počiatočnou plazmolýzou

Ak umiestnite bunku do hypertonického roztoku s nižším vodným potenciálom, voda začne opúšťať bunku osmózou cez plazmatickú membránu. Najprv voda opustí cytoplazmu a potom cez tonoplast z vakuoly. Živý obsah bunky – protoplast sa zároveň zmenšuje a zaostáva za bunkovou stenou. Proces prebieha plazmolýza. Priestor medzi bunkovou stenou a protoplastom je vyplnený vonkajším roztokom. Takáto bunka sa nazýva plazmolyzovaná. Voda bude opúšťať bunku, kým sa vodný potenciál protoplastu nerovná vodnému potenciálu okolitého roztoku, potom sa bunka prestane zmenšovať. Tento proces je reverzibilný a bunka sa nepoškodí.

Ak je klietka umiestnená v čistá voda alebo hypotonický roztok, potom sa turgorový stav bunky obnoví a proces nastane deplazmolýza.

V podmienkach nedostatku vody v mladých tkanivách vedie prudké zvýšenie straty vody k tomu, že turgorový tlak bunky sa stáva negatívnym a protoplast, ktorý sa zmenšuje, sa neoddeľuje od bunkovej steny, ale ťahá ju. Bunky a tkanivá sa zmenšujú. Tento jav sa nazýva cytorrisy.

Rast, vývoj, duševná a fyzická aktivita sú možné vďaka metabolizmu a energii v bunke. Premena látok na energiu je hlavnou podmienkou živých organizmov, od jednobunkových rastlín až po človeka.

Anabolizmus a katabolizmus

Metabolizmus alebo metabolizmus je súbor zložitých chemických reakcií, ktoré prebiehajú v každej bunke živého organizmu. Hlavnou vlastnosťou metabolizmu a energie je zabezpečiť interakciu vonkajšieho prostredia s telom na udržanie života a normálneho fungovania tkanív a orgánov. Všetky životne dôležité látky (voda, kyslík, organické zlúčeniny) pochádzajú z vonkajšieho prostredia. Bez ich prístupu je metabolizmus narušený alebo zastavený, čo vedie k smrti živého organizmu.

Metabolizmus zahŕňa dva úzko súvisiace, opačné procesy:

• katabolizmus alebo disimilácia;
• anabolizmus alebo asimilácia.

Katabolizmus alebo energetický metabolizmus je proces rozkladu zložitých látok (cukry, tuky) na jednoduchšie. V dôsledku toho vzniká energia vo forme molekuly ATP (adenozíntrifosfát alebo adenozíntrifosfát), ktorá je univerzálnym zdrojom energie. Časť vytvorených molekúl ATP sa podieľa na syntéze rôznych látok a časť sa rozptýli vo forme tepla.

Ryža. 1. Formula ATP.

Príklady katabolizmu:

TOP-4 článkyktorí čítajú spolu s týmto

• štiepenie etanolu;
• glykolýza - premena glukózy na kyselinu a potom na vodu a oxid uhličitý;
• intracelulárne dýchanie (oxidácia).

Anabolizmus alebo metabolizmus plastov zahŕňa komplex chemické reakcie, v dôsledku čoho vznikajú látky s vysokou molekulovou hmotnosťou, ktoré sú nevyhnutné pre stavbu a obnovu organizmu (bielkoviny, tuky, sacharidy). Na uskutočnenie takýchto reakcií je potrebná energia, t.j. anabolizmus sa vyskytuje za účasti ATP.

Anabolizmus možno pozorovať ako:

• rast vlasov a nechtov;
• budovanie svalov;
• hojenie rán, hojenie kostí atď.

Fotosyntéza je anabolická, no namiesto ATP sa využíva energia zo slnečných lúčov.

Ryža. 2. Proces fotosyntézy v bunke.

V dôsledku katabolizmu (rozpadu) vznikajú jednoduché látky, ktoré sa môžu pri anabolizme (stavbe) spájať a pri katabolizme opäť rozkladať s uvoľňovaním ATP. Dobrým príkladom sú tuky, ktoré vznikajú pri asimilácii, ukladajú sa v tkanivách a rozkladajú sa na energiu. Pomer vytvorenej a vynaloženej energie sa nazýva energetická bilancia. Anabolizmus a katabolizmus by mali prebiehať paralelne bez prevahy jedného z procesov.

Etapy

Kým sa jedlo zmení na energiu, musí prejsť dlhú cestu gastrointestinálny trakt, dostať sa do krvného obehu a dostať sa do každej bunky, kde začína metabolizmus. Celý proces je rozdelený do troch etáp, ktoré sú popísané v tabuľke.

Ryža. 3. Metabolická schéma.

V celom metabolizme sa zúčastňujú katalyzátory – enzýmy, ktoré urýchľujú syntézu alebo rozklad. Enzýmy pôsobia selektívne: každý druh sa zúčastňuje presne definovaných reakcií. Napríklad amyláza pomáha rozkladať škrob v ústach.

Reguláciu metabolizmu vykonáva hypotalamus, kde sa nachádzajú centrá výmeny tepla, pocity hladu, smädu, nasýtenia. Neuróny hypotalamu reagujú na hladiny glukózy, zmeny tlaku, teploty atď. V súlade s prijatými informáciami hypotalamus upravuje metabolizmus.

Čo sme sa naučili?

Stručne sme sa dozvedeli o hlavných štádiách a štádiách metabolizmu, interakciách a príkladoch katabolizmu a anabolizmu, o význame enzýmov pre metabolizmus a o centre riadenia všetkých vnútrobunkových procesov.

Test podľa témy

Posúdenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.7. Celkový počet získaných hodnotení: 140.