Svi živi organizmi na Zemlji otvoreni su sustavi sposobni aktivno organizirati opskrbu energijom i materijom izvana. Energija je neophodna za odvijanje vitalnih procesa, ali prije svega za kemijsku sintezu tvari koje se koriste za izgradnju i obnovu struktura stanica i tijela. Živa bića su sposobna koristiti samo dvije vrste energije: svjetlo(energija sunčevog zračenja) i kemijski(energija veza kemijskih spojeva) – na temelju toga organizmi se dijele u dvije skupine – fototrofe i kemotrofe.

Glavni izvor strukturnih molekula je ugljik. Ovisno o izvoru ugljika, živi organizmi se dijele u dvije skupine: autotrofe koji koriste anorganski izvor ugljika (ugljikov dioksid) i heterotrofe koji koriste organske izvore ugljika.

Proces trošenja energije i tvari naziva se hrana. Poznata su dva načina prehrane: holozoik - hvatanjem čestica hrane unutar tijela i holofitski - bez hvatanja, apsorpcijom otopljenih hranjivih tvari kroz površinske strukture tijela. Hranjive tvari koje ulaze u tijelo uključene su u metaboličke procese.

Metabolizam je skup međusobno povezanih i uravnoteženih procesa koji uključuju različite kemijske transformacije u tijelu. Reakcije sinteze koje se provode uz utrošak energije temelj su anabolizma (plastični metabolizam ili asimilacija).

Osnovu čine reakcije cijepanja praćene oslobađanjem energije katabolizam(izmjena energije ili disimilacija).

1. Važnost ATP-a u metabolizmu

Energiju koja se oslobađa tijekom razgradnje organskih tvari stanica ne koristi odmah, već se pohranjuje u obliku visokoenergetskih spojeva, obično u obliku adenozin trifosfata (ATP). Po svojoj kemijskoj prirodi ATP je mononukleotid i sastoji se od dušične baze adenina, ugljikohidrata riboze i tri ostatka fosforne kiseline.

Energiju koja se oslobađa tijekom hidrolize ATP stanica koristi za obavljanje svih vrsta rada. Značajne količine energije troše se na biološku sintezu. ATP je univerzalni izvor stanične energije. Zaliha ATP-a u stanici je ograničena i obnavlja se zbog procesa fosforilacije, koji se odvija različitim brzinama tijekom disanja, fermentacije i fotosinteze. ATP se iznimno brzo obnavlja (kod čovjeka je životni vijek jedne molekule ATP-a manji od 1 minute).

2. Energetski metabolizam u stanici. sinteza ATP-a

Sinteza ATP-a događa se u stanicama svih organizama tijekom procesa fosforilacije, tj. dodatak anorganskog fosfata u ADP. Energija za fosforilaciju ADP-a stvara se tijekom energetskog metabolizma. Energetski metabolizam ili disimilacija skup je reakcija razgradnje organskih tvari praćenih oslobađanjem energije. Ovisno o staništu, disimilacija se može odvijati u dvije ili tri faze.

U većini živih organizama - aeroba koji žive u okruženju kisika - tijekom disimilacije provode se tri faze: pripremna, bez kisika, kisik. Kod anaeroba koji žive u okolišu bez kisika ili kod aeroba s nedostatkom kisika, disimilacija se događa samo u prva dva stupnja uz stvaranje međuproduktivnih organskih spojeva koji su još bogati energijom.

Prvi stupanj – pripremni – sastoji se od enzimatske razgradnje složenih organskih spojeva na jednostavnije (proteina u aminokiseline; polisaharida u monosaharide; nukleinskih kiselina u nukleotide). Unutarstanična razgradnja organskih tvari događa se pod djelovanjem hidrolitičkih enzima lizosoma. Energija koja se oslobađa u ovom slučaju raspršuje se u obliku topline, a nastale male organske molekule mogu se dalje razgraditi i koristiti ih stanica kao "građevni materijal" za sintezu vlastitih organskih spojeva.

Drugi stupanj - nepotpuna oksidacija - događa se izravno u citoplazmi stanice, ne zahtijeva prisutnost kisika i sastoji se od daljnje razgradnje organskih supstrata. Glavni izvor energije u stanici je glukoza. Nepotpuna razgradnja glukoze bez kisika naziva se glikoliza.

Treća faza - potpuna oksidacija - događa se uz obvezno sudjelovanje kisika. Kao rezultat toga, molekula glukoze se razgrađuje u anorganski ugljični dioksid, a energija koja se oslobađa u ovom slučaju djelomično se troši na sintezu ATP-a.

3. Zamjena plastike

Plastični metabolizam ili asimilacija skup je reakcija koje osiguravaju sintezu složenih organskih spojeva u stanici. Heterotrofni organizmi izgrađuju vlastitu organsku tvar od organskih sastojaka hrane. Heterotrofna asimilacija se u biti svodi na preraspodjelu molekula.

Organske tvari hrane (proteini, masti, ugljikohidrati) --> probava --> Jednostavne organske molekule (aminokiseline, masne kiseline, monosaharidi) --> biološke sinteze --> Makromolekule tijela (proteini, masti, ugljikohidrati)

Autotrofni organizmi sposobni su potpuno samostalno sintetizirati organske tvari iz anorganskih molekula unesenih iz vanjskog okoliša. U procesu autotrofne asimilacije, reakcije foto- i kemosinteze, koje osiguravaju stvaranje jednostavnih organskih spojeva, prethode biološkim sintezama makromolekula:

Anorganske tvari (ugljični dioksid, voda) --> fotosinteza, kemosinteza --> Jednostavne organske molekule (aminokiseline, masne kiseline, monosaharidi) -----biološke sinteze --> Tjelesne makromolekule (proteini, masti, ugljikohidrati)

4. Fotosinteza

Fotosinteza je sinteza organskih spojeva iz anorganskih, korištenjem energije stanice. Vodeću ulogu u procesima fotosinteze imaju fotosintetski pigmenti koji imaju jedinstveno svojstvo hvatanja svjetlosti i pretvaranja njezine energije u kemijsku. Fotosintetski pigmenti su prilično velika skupina tvari sličnih proteinima. Glavni i energetski najvažniji je pigment. klorofil a, nalazi se u svim fototrofima osim fotosintetskih bakterija. Fotosintetski pigmenti ugrađeni su u unutarnju membranu plastida kod eukariota ili u invaginacije citoplazmatske membrane kod prokariota.

Tijekom procesa fotosinteze, osim monosaharida (glukoza i dr.), koje biljka pretvara u škrob i pohranjuje, sintetiziraju se i monomeri drugih organskih spojeva - aminokiselina, glicerola i masnih kiselina. Tako, zahvaljujući fotosintezi, biljne stanice, točnije stanice koje sadrže klorofil, opskrbljuju sebe i sva živa bića na Zemlji potrebnim organskim tvarima i kisikom.

5. Kemosinteza

Kemosinteza je također proces sinteze organskih spojeva iz anorganskih, ali se ne provodi na račun svjetlosne energije, već na račun kemijske energije dobivene oksidacijom anorganskih tvari (sumpora, sumporovodika, željeza, amonijaka, nitrit, itd.). Najvažnije su nitrifikacijske, željezo i sumporne bakterije.

Energiju oslobođenu tijekom reakcija oksidacije bakterije pohranjuju u obliku ATP-a i koriste za sintezu organskih spojeva. Kemosintetske bakterije imaju vrlo važnu ulogu u biosferi. Sudjeluju u pročišćavanju otpadnih voda, doprinose akumulaciji minerala u tlu i povećavaju plodnost tla.

DNA - biopolimer, mikromolekula, polinukleotid, -manomer-nukleotid Dušikove baze - deoksiriboza - ostatak fosforne kiseline Dušične baze: adenin, timin, gvanin, citozin - dvolančana struktura RNA - biopolimer, makromolekula, polinukleotid, - manomer - nukleotid Dušične baze - Riboza - Ostatak fosforne kiseline Dušične baze: adenin, uracil, gvanin, citozin. Molekula RNK je jednolančana. Funkcije: DNA – pohrana genetske informacije RNA – prijenos genetske informacije

Glasnička RNA, koja nosi informacije o primarnoj strukturi proteinskih molekula, sintetizira se u jezgri. Nakon što prođe kroz pore nuklearne membrane, mRNA se šalje do ribosoma, gdje se dešifrira genetska informacija – prevodi s Jezika nukleotida na Jezik aminokiselina.

Aminokiseline iz kojih se sintetiziraju proteini dostavljaju se ribosomima pomoću posebnih RNA koje se nazivaju prijenosne RNA (t-RNA). U t-RNA, sekvenca od tri nukleotida komplementarna je nukleotidima kodona u i-RNA. Ovaj niz nukleotida u strukturi tRNA naziva se antikodon. Svaka t-RNA vezuje određenu aminokiselinu, koristeći enzime i koristeći ATP. Ovo je prva faza sinteze.

Da bi se aminokiselina uključila u proteinski lanac, mora se odvojiti od tRNA. U drugoj fazi sinteze proteina tRNA djeluje kao prevoditelj s jezika nukleotida na jezik aminokiselina. Ovaj prijevod se događa na ribosomu. U njemu postoje dva odjeljka: na jednom t-RNA prima naredbu od mRNA - antikodon prepoznaje kodon, na drugom se nalog izvršava - aminokiselina se otkida iz t-RNA.

Treća faza sinteze proteina je da enzim sintetaza veže aminokiselinu odvojenu od tRNA na rastuću molekulu proteina. Messenger RNA kontinuirano klizi duž ribosoma, svaki triplet prvo pada u prvi odjeljak, gdje ga prepoznaje antikodon tRNA, zatim u drugi odjeljak. Ovamo ide i t-RNA s aminokiselinom vezanom na nju; ovdje se aminokiseline odvajaju od t-RNA i povezuju jedna s drugom u nizu u kojem trojke slijede jedna za drugom.

Kada se jedan od tri tripleta, koji su interpunkcijski znakovi između gena, pojavi na ribosomu u prvom dijelu, to znači da je sinteza proteina završena. Gotov proteinski lanac napušta ribosom. Proces sinteze proteina zahtijeva puno energije. Veza svake aminokiseline s t-RNA zahtijeva energiju jedne molekule ATP-a.

Kako bi se povećala proizvodnja proteina, mRNA često istovremeno prolazi kroz ne jedan, već nekoliko ribosoma u nizu. Takva struktura, ujedinjena jednom molekulom mRNA, naziva se polisom. Na svakom ribosomu, u pokretnoj traci sličnoj nizu kuglica, sekvencijalno se sintetizira nekoliko molekula identičnih proteina.

Sinteza proteina na ribosomima naziva se translacija. Sinteza proteinskih molekula odvija se kontinuirano i odvija se velikom brzinom: od 50 do 60 tisuća peptidnih veza nastaje u jednoj minuti. Sinteza jedne proteinske molekule traje samo 3-4 sekunde. Svaki stupanj biosinteze kataliziraju odgovarajući enzimi i opskrbljuje se energijom razgradnjom ATP-a. Sintetizirani proteini ulaze u kanale endoplazmatskog retikuluma, kroz koje se transportiraju do određenih dijelova stanice.

Biljna stanica kao osmotski sustav

Biljna stanica je osmotski sustav. Stanični sok vakuole je visoko koncentrirana otopina. Osmotski tlak staničnog soka označava se -.

Da bi ušla u vakuolu, voda mora proći kroz staničnu stijenku, plazmalemu, citoplazmu i tonoplast. Stanična stijenka je visoko propusna za vodu. Plazmalema i tonoplast imaju selektivnu propusnost. Stoga se biljnu stanicu može smatrati osmotskim sustavom, u kojem su plazma membrana i tonoplast polupropusna membrana, a vakuola sa staničnim sokom je koncentrirana otopina. Dakle, ako se stanica stavi u vodu, tada će voda, prema zakonima osmoze, početi teći u stanicu.

Sila kojom voda ulazi u stanicu naziva se usisna sila - S.

Identičan je vodnom potencijalu.

Kako voda ulazi u vakuolu, njezin se volumen povećava, voda razrjeđuje stanični sok, a stanične stijenke počinju osjećati pritisak. Stanična stijenka ima određenu elastičnost i može se rastezati.

Kako se volumen vakuole povećava, citoplazma se pritišće na staničnu stijenku i dolazi do turgorskog tlaka na staničnu stijenku (P). U isto vrijeme, jednaka količina protutlaka stanične stijenke na protoplast proizlazi iz stanične stijenke. Povratni tlak stanične stijenke naziva se tlačni potencijal (-P).

Dakle, veličina usisne sile S određena je osmotskim tlakom staničnog soka i turgor hidrostatskim tlakom stanice P, koji je jednak protutlaku stanične stijenke koji nastaje pri istezanju -P.

S = - P ili - - .

Ako je biljka u uvjetima dovoljne vlažnosti tla i zraka, tada su stanice u stanju potpunog turgora. Kada je stanica potpuno zasićena vodom (turgescentna), tada je njezina usisna sila jednaka nuli S = 0, a turgorski tlak jednak je potencijalnom osmotskom tlaku P =.

Pri nedostatku vlage u tlu, nedostatak vode prvo se javlja u staničnoj stijenci. Potencijal vode stanične stijenke postaje manji nego u vakuoli i voda se počinje kretati iz vakuole u staničnu stijenku. Otjecanje vode iz vakuole smanjuje turgorski tlak u stanicama i povećava njihovu usisnu snagu. Dugotrajnim nedostatkom vlage većina stanica gubi turgor, a biljka počinje venuti, gubeći elastičnost i čvrstoću. U tom slučaju turgor tlak P = 0, a usisna sila S =

Ako zbog vrlo velikog gubitka vode turgorski tlak padne na nulu, list će potpuno uvenuti. Daljnji gubitak vode dovest će do smrti protoplasta stanice. Značajka prilagodbe na nagli gubitak vode je brzo zatvaranje stomata kada nedostaje vlage.

Stanice mogu brzo obnoviti turgor ako biljka dobije dovoljno vode ili noću kada biljka dobije dovoljno vode iz tla. I također kod zalijevanja.

Vodeni potencijal; jednako 0 za čistu vodu; jednak 0 ili negativan za ćelije.

Osmotski potencijal je uvijek negativan

Potencijal pritiska; obično pozitivan u živim stanicama (u stanicama čiji je sadržaj pod pritiskom), ali negativan u stanicama ksilema (u kojima se stvara napetost vode).

Ukupni rezultat akcije

S punim turgorom

Tijekom početne plazmolize

Ako stanicu stavite u hipertoničnu otopinu s nižim vodenim potencijalom, tada voda počinje napuštati stanicu osmozom kroz plazma membranu. Prvo će voda napustiti citoplazmu, zatim kroz tonoplast iz vakuole. Živi sadržaj stanice, protoplast, skuplja se i pada iza stanične stijenke. Odvija se proces plazmoliza. Prostor između stanične stijenke i protoplasta ispunjen je vanjskom otopinom. Takva stanica naziva se plazmolizirana. Voda će napuštati stanicu sve dok se potencijal vode protoplasta ne izjednači s potencijalom vode okolne otopine, nakon čega se stanica prestaje skupljati. Ovaj proces je reverzibilan i stanica se ne oštećuje.

Ako se stanica stavi u čistu vodu ili hipotoničnu otopinu, tada se stanje turgora stanice vraća i proces deplazmoliza.

U uvjetima nedostatka vode u mladim tkivima, nagli porast gubitka vode dovodi do činjenice da turgorski tlak stanice postaje negativan, a protoplast, skupljajući se u volumenu, ne odvaja se od stanične stijenke, već ga povlači sa sobom. . Stanice i tkiva se smanjuju. Ova pojava se zove citoriz.

Metabolizam tvari i energije (metabolizam) odvija se na svim razinama tijela: staničnoj, tkivnoj i organskoj. Osigurava postojanost unutarnje okoline tijela - homeostaze - u stalno promjenjivim uvjetima postojanja. U stanici se istovremeno odvijaju dva procesa - plastični metabolizam (anabolizam ili asimilacija) i energetski metabolizam (fatabolizam ili disimilacija).

Plastična izmjena je ukupnost svih procesa sinteze kada iz jednostavnih tvari nastaju složene tvari uz utrošak energije.

Energetski metabolizam je ukupnost svih procesa razgradnje kada se složene tvari pretvaraju u jednostavne i oslobađa energija.

Homeostaza se održava ravnotežom između plastičnog i energetskog metabolizma. Ako se ta ravnoteža poremeti, tada u tijelu ili njegovom dijelu nastaju patologije (bolesti).

Metabolizam se odvija pri normalnoj temperaturi, tlaku i određenom pH okolišu

11. Metabolizam energije u stanici.

Energetski metabolizam je skup kemijskih reakcija postupne razgradnje organskih spojeva, popraćen oslobađanjem energije, od koje se dio troši na sintezu ATP-a. Sintetizirani ATP postaje univerzalni izvor energije za život organizama.

Faze energetskog metabolizma:

1. Pripremni - na njemu se složene tvari razgrađuju na jednostavne, npr. polisaharidi na monosaharide. Ova faza se događa u citoplazmi i oslobađa energiju, ali se vrlo malo energije stoga rasipa kao toplina.

2. Bez kisika - u lizosomima se u ovoj fazi nastavlja razgradnja tvari na jednostavnije bez sudjelovanja kisika uz oslobađanje dviju molekula ATP-a.

3. Kisik - nastavlja razgradnju tvari uz sudjelovanje kisika do konačnih proizvoda (ugljični dioksid i voda) uz oslobađanje 36 ATP. Taj se proces odvija u mitohondrijima.

Ishrana stanica. Kemosinteza

Prehrana stanice nastaje kao rezultat niza složenih kemijskih reakcija, tijekom kojih tvari koje ulaze u stanicu iz vanjske sredine (ugljični dioksid, mineralne soli, voda) ulaze u tijelo same stanice u obliku proteina, šećera, masti , ulja, dušikove i fosforne veze.

Svi živi organizmi mogu se podijeliti u 2 skupine:

1. Autotrofni tip prehrane - tu spadaju organizmi koji sami sintetiziraju organske spojeve iz anorganskih.

2 vrste autotrofa:

Fotosintetici su autotrofi koji koriste energiju sunčeve svjetlosti (biljke, cijanobakterije, protozoe)

Kemosintetici su organizmi koji koriste energiju kemijskih veza. Ova vrsta uključuje gotovo sve bakterije (fiksatori dušika, sumporne bakterije, željezne bakterije)

Kemosintezu je otkrio Vinogradov.

Kemosinteza je metoda autotrofne prehrane u kojoj su izvor energije za sintezu organskih tvari iz CO2 reakcije oksidacije anorganskih spojeva. Ovu opciju za dobivanje energije koriste samo bakterije ili arheje.

2. Heterotrofni tip ishrane – karakterističan za organizme koji se hrane gotovim organskim spojevima.

Soprofiti su heterotrofi koji se hrane mrtvim tkivima ili organizmima (vrane, lešinari, hijene...)

Biljojedi - heterotrofi koji jedu biljne organizme (biljojedi)

Mesojedi (predatori) su heterotrofi koji hvataju i jedu druge organizme (kukcojedi)

Svaštojedi – hrane se biljnom i životinjskom hranom

3. Miksotrofni tip ishrane - kombinuje autotrofni i heterotrofni tip ishrane (rosika, zelena euglena)

Fotosinteza

Fotosinteza je složen proces stvaranja anorganskih tvari pomoću energije sunčeve svjetlosti. Glavni organ fotosinteze je list jer sadrži najviše kloroplasta i oblikom je najpogodniji za primanje sunčeve svjetlosti.

Faze fotosinteze:

1. Lagana faza - uključuje 2 glavna procesa: fotolizu vode i necikličku fosforilaciju.

Tilakoidi su spljoštene membranske vrećice na kojima se nalaze pigmenti klorofil i poseban prijenosnik elektrona citokrom.

Na tilakoidima se nalaze 2 foto sustava:

Fotosustav 1 sadrži klorofil a1 koji percipira svjetlosni kvant duljine 700 nanometara

Fotosustav 2 sadrži klorofil a2 koji percipira svjetlosni kvant duljine 680 nanometara

Kada kvant svjetlosti pogodi fotosustav 1, elektroni klorofila a1 se pobuđuju i prenose na proces kao što je fatoliza vode, tj. voda se dijeli na vodik i hidrokso skupinu. Za redukciju tvari koristi se vodik. Nastala hidrokso skupina se nakuplja i pretvara u vodu i kisik koji napušta stanicu.

Kada kvant svjetlosti pogodi fotosustav 2, elektroni klorofila se pobuđuju pod utjecajem svjetlosti, a ostatak fosforne kiseline se zbog energije dodaje molekuli ADP, što rezultira molekulom ATP.

Svjetlosna faza javlja se na tilakodama, gdje se stvara energija potrebna za stvaranje organskih tvari.

Tamna faza – javlja se u stromi, neovisno o sunčevoj svjetlosti. Ovdje se u tijeku složenih reakcija ugljični dioksid pretvara u glukozu pomoću proizvedene energije. Te se reakcije nazivaju Calvinov ciklus.

Genetski kod

Ovo je metoda karakteristična za sve žive organizme kodiranja sekvence aminokiselina proteina pomoću sekvence nukleotida

DNK može sadržavati 4 dušične baze:

Adenin, gvanin, timin, citozin

DNK može kodirati 64 aminokiseline

Svojstva:

1. Degeneracija - povećava pouzdanost pohrane i prijenosa genetskih informacija tijekom diobe stanica

2. Specifičnost - 1 triplet uvijek kodira samo 1 aminokiselinu

Genetski co je univerzalan za sve žive organizme od bakterija do ljudi

15. Prijepis i emitiranje

Sinteza proteina uključuje 2 faze:

1. Transkripcija je prijepis informacija s molekule DNA na glasničku RNA

Taj se proces odvija u jezgri uz sudjelovanje enzima RNA polimeraze. Ovaj enzim određuje početak i kraj sinteze. Početak je specifična sekvenca nukleotida koja se naziva promotor. Kraj je također niz nukleotida koji se naziva terminator.

Transkripcija počinje određivanjem dijela molekule DNA iz kojeg će se kopirati informacija

Zatim se ovaj dio odmotava prema principu komplementarnosti na jedan lanac DNK i gradi se glasnička RNK. Nakon što je sinteza DNA završena, ponovno se uvija.

2. Translacija je translacija sekvence tukleotida messenger RNA u sekvencu aminokiselina

Prijenosna RNK prenosi glasničku RNK do ribosoma. Ovdje je glasnička RNA integrirana u malu podjedinicu ribosoma, ali samo 2 tripleta stanu u nju, tako da tijekom sinteze glasnička RNA prelazi u veliku podjedinicu, prijenosna RNA nosi aminokiseline, ako je aminokiselina prikladna, onda je odvojeni od prijenosne RNA i vezani za druge aminokiseline prema vezama peptidnog principa.

Prijenosna RNA napušta ribosom, a nove prijenosne RNA ulaze u veliku podjedinicu

Ako se aminokiselina ne podudara s informacijom u maloj podjedinici prema principu komplementarnosti, tada ta transportna RNA s aminokiselinom napušta ribosom

Početak sinteze proteina označavaju adenin, uracil, guanin, a završava stop kadon

Kada sinteza proteina završi, primarna struktura proteina se odvaja od ribosoma i protein poprima željenu strukturu

Životni ciklus stanice

Stanični ciklus je razdoblje postojanja stanice od trenutka njenog nastanka diobom matične stanice do vlastite diobe ili smrti.

Interfaza je faza u životnom ciklusu između dvije stanične diobe. Karakteriziraju ga aktivni metabolički procesi, sinteza proteina i RNA, nakupljanje hranjivih tvari u stanici, rast i povećanje volumena. U sredini interfaze dolazi do duplikacije (replikacije) DNA. Kao rezultat toga, svaki kromosom sadrži 2 molekule DNA i sastoji se od dvije sestrinske kromatide, koje su povezane centromerom i tvore jedan kromosom. Stanica se priprema za diobu, sve njene organele se udvostruče. Trajanje interfaze ovisi o vrsti stanice i u prosjeku iznosi 4/5 ukupnog vremena životnog ciklusa stanice. Dijeljenje stanica. Rast organizma odvija se diobom njegovih stanica. Sposobnost diobe je najvažnije svojstvo staničnog života. Kada se stanica dijeli, ona udvostručuje sve svoje strukturne komponente, što rezultira u dvije nove stanice. Najčešći način diobe stanica je mitoza – neizravna dioba stanica. Mitoza je proces proizvodnje dviju stanica kćeri identičnih izvornoj stanici majci. Osigurava obnovu stanica tijekom procesa starenja. Mitoza se sastoji od četiri uzastopne faze:

1. Profaza - stvaranje kromosoma s dvije kromatide, razaranje jezgrene membrane.

2.Metofaza-stvaranje vretena, skraćivanje kromosoma, nastanak ekvaterijalne stanice

3. Anafaza - odvajanje kromatida, njihova divergencija prema polovima duž vlakana vretena

4. Telofaza - Nestanak vretena, formiranje jezgrinih membrana, uvijanje kromosoma.

Mitoza. Amitoza

Mitoza je proces neizravne diobe somatskih stanica eukariota, pri čemu se nasljedni materijal prvo udvostručuje, a zatim ravnomjerno raspoređuje između stanica kćeri. To je glavni način na koji se eukariotske stanice dijele. Trajanje mitoze u životinjskim stanicama je 30-60 minuta, au biljnim stanicama - 2-3 sata.Sastoji se od 4 glavne faze:

1. Profaza - počinje speralizacijom lanaca DNA na kromosome, jezgrica i jezgrina membrana se uništavaju, kromosomi počinju slobodno plutati u citoplazmi.Na kraju profaze počinje se stvarati vreteno

2. Metafaza - kromosomi se poredaju strogo na ekvatoru u obliku metafazne ploče. Niti vretena, koje su već potpuno formirane, prolaze kroz centromere kromosoma dijeleći kromosom na 2 kromatide

3. Anafaza - Ovdje se vretenaste niti odvajaju i protežu do različitih polova kromatide. Fisijsko vreteno se počinje urušavati.

4. Telofaza Ovdje se na polovima stanice raspršuju kromatide, prekrivaju jezgrinom membranom te počinje dioba citoplazme i same stanice.

Kao rezultat mitoze nastaju 2 identične diploidne stanice.

Kariokeneza je nuklearna dioba

Citokeneza je dioba citoplazme i same stanice

Amitoza je izravna dioba jezgre koja rezultira stvaranjem stanice s dvije jezgre, ova vrsta je karakteristična za mišićne stanice i vezivna tkiva

Ovo je neophodno za potpunu organizaciju rada stanica.

Ako se iznenada takva stanica podijeli, tada će nove stanice sadržavati nepotpun genetski set, što će dovesti do njihove smrti ili ih učiniti patogenima.

Mejoza

Ovo je neizravna dioba zametnih stanica koja rezultira stvaranjem 4 haploidne stanice kćeri s različitim genetskim materijalom. Ovo je glavna faza u stvaranju zametnih stanica.

Biološki značaj mejoze:

1. Zahvaljujući mejozi nastaju genetski različite gamete

2. Održava se konstantnost diploidnog skupa kromosoma u somatskim stanicama

3. Zahvaljujući mejozi, 1 stanica proizvodi 4 nove stanice

Mejoza uključuje 2 dijela:

Redukcija – tijekom ove diobe broj kromosoma se smanjuje

Equational - nastavlja se na isti način kao mitoza

Interfaza se odvija na isti način kao i mitoza, tj. DNA se udvostručuje u jezgri stanice koja se dijeli.

1 mejotička dioba

Profaza je najsloženija i najduža faza mejoze jer se ovdje pojavljuju 2 dodatna procesa.

1- Konjugacija je bliski pristup homolognih kromosoma koji rezultira stvaranjem 4 kromatide spojene 1 centromerom i takva struktura će se nazvati dvovalentnom. Zatim dolazi do crossing overa između kromosoma koji su spojeni u bivalent.

2- Crossing over - izmjena dijelova kromosoma. Kao rezultat ovih procesa dolazi do rekombinacije 1 gena

Metafaza - ovdje, na ekvatoru stanice, bivalenti tvore metafaznu ploču kroz čije centromere prolaze i niti vretena

Anafaza – za razliku od mitoze, ovdje se cijeli kromosomi raspršuju na polove stanice. Ovdje se odvijaju 2 rekombinacije gena

Telofaza - kod životinja i nekih biljaka kromosomi se počinju odmotavati, prekrivaju se nuklearnom membranom na polovima i dijele se u 2 stanice (samo kod životinja)

Kod biljaka nakon anafaze odmah nastupa profaza 2.

Interfaza je karakteristična samo za životinje, za razliku od interfaze mitoze, nema povećanja nasljedne informacije

Dio 2 mejoze uključuje profazu, metafazu, telofazu, anafazu, koje se odvijaju točno kao u mitozi, ali s manje kromosoma.

Bespolna reprodukcija.

Ovo je vrsta reprodukcije koju karakteriziraju:

2. Sudjeluje 1 osoba

3. javlja se pod povoljnim uvjetima

4. svi organizmi ispadnu isti

5. zadržava svojstva i karakteristike stabilno nepromjenjivih uvjeta

Biološki značaj:

1. nužna za nastanak organizama s identičnim anatomskim svojstvima

2. u evolucijskom smislu nespolno razmnožavanje nije isplativo, ali se zahvaljujući tom razmnožavanju u kratkom vremenu povećava broj jedinki unutar populacije

Vrste nespolnog razmnožavanja:

Mitotička dioba - nastaje uslijed mitoze (amebe, alge, bakterije...)

Sporulacija se provodi putem spora, specijaliziranih stanica gljiva i biljaka. Ako spora ima bič, onda se naziva zoospora i karakteristična je za vodeni okoliš (spore, gljive, lišajevi..)

Grbavost – na matičnoj jedinki nastaje izraslina – pupoljak (sadrži jezgru kćer) iz kojeg se razvija nova jedinka.Pupoljak raste i dostiže veličinu matične jedinke, tek tada se od nje odvaja (Hydra, kvaščeve gljive, sisajuće). trepavice)

Vegetativno - karakteristično za mnoge skupine biljaka, nova jedinka se razvija ili iz posebnih struktura ili iz dijela matične jedinke.

Neke višestanične životinje imaju i vegetativno razmnožavanje (spužve, morske zvijezde, pljosnati crvi)

Spolno razmnožavanje

Karakteristika:

1.2 organizacije sudjeluju

2. uključene su spolne stanice

3. djeca ispadaju raznolika

4. u evolucijskom smislu pojavio se kasnije od nespolnog

5. javlja se u nepovoljnim uvjetima

Biološki značaj:

1. potomci su bolje prilagođeni promjenjivim uvjetima okoliša i sposobniji su za život

2. nastaju novi organizmi

Patogeneza (djevičanska reprodukcija)

Organizmi kćeri razvijaju se iz neoplođenih jaja.

Značenje patogeneze:

1. Razmnožavanje je moguće uz rijetke kontakte organizama različitog spola

2. Neophodan za maksimiziranje broja u populacijama s visokom smrtnošću

3. Za sezonski porast broja u nekim populacijama

1. Obligatan (obligatan) - nalazi se u populacijama gdje su samo ženske jedinke (kavkaski kameni gušter)

2. Ciklički (sezonski) – karakterističan za lisne uši, plankton, dafnije, nalaze se u populacijama koje histerično izumiru u određenoj sezoni.

3. Fakultativno (nije obvezno) - nalazi se u društvenih kukaca. Mužjaci izlaze iz neoplođenih jaja, a kukci radilice iz oplođenih jaja.

Razvoj zametnih stanica

Gametogeneza

Gamete su spolne stanice koje se stapaju u zigotu iz koje se razvija novi organizam.

Razlika između somatskih i zametnih stanica:

1 spolne stanice nose haploidan skup kromosoma, a somatske diploidni

2. gamete se ne dijele, ali somatske da

3. gamete, osobito jajne stanice veće od somatskih stanica

Gametogeneza je stvaranje spolnih stanica koje se javljaju u spolnim žlijezdama-spolnim žlijezdama (jajnici, testisi)

Oogeneza je gametogeneza koja se odvija u ženskom tijelu i dovodi do stvaranja ženskih spolnih stanica (jajne stanice).

Spermatogeneza je gametogeneza koja se odvija u muškom tijelu i dovodi do stvaranja muških spolnih stanica (spermija)

Gametogeneza se sastoji od nekoliko faza:

1. Razmnožavanje - Ovdje se iz primarnih spolnih stanica, koje se nazivaju spermatogonije i oogonije, mitozom povećava broj budućih gameta. Spermatogoniji se razmnožavaju tijekom cijelog reproduktivnog razdoblja u tijelu muškarca.

U ženskom tijelu, stupanj 1 javlja se između 2 i 5 mjeseci intrauterinog razvoja.

2. Rast – primarne spolne stanice se povećavaju i pretvaraju u oocite prvog reda i spermatocite. Ove stanice nastaju u interfazi. U ovoj fazi počinje mejoza.

3. Sazrijevanje – odvija se u dva uzastopna dijeljenja – redukcija i jednačenje. Kao rezultat 1. diobe mejoze nastaju oociti drugog reda i spermatociti, a nakon 2. diobe mejoze iz spermatocita nastaju 4 spermotida.

Od oocita drugog reda nastaje 1 veliko jaje i 3 redukcijska tjelešca. To je zbog činjenice da sva energija i hranjive tvari idu na stvaranje 1 velike spolne stanice, a nema dovoljno snage da se formiraju preostale 3 stanice.

Stoga su 3 redukcijska tijela u kodu reprodukcije podijeljena

4. Stvaranje - u ovoj fazi spermatide, tj. potpuno formirane spolne stanice, rastu, razvijaju se, dobivaju flagelum i oblik odrasle spolne stanice. Spermatide se proizvode od spermija.

Spermatozoidi se tvore od glave, vrata i repa.

Jaje je slično somatskoj stanici, samo što je veće veličine i ima dodatne membrane.

Gnojidba

Ovo je proces spajanja zametnih stanica koji rezultira stvaranjem zigote - to je prva stanica novog organizma

1. Vanjska - kod ove vrste oplodnje ženka odgađa igru, a mužjak je polijeva sjemenom tekućinom. Ova vrsta se javlja samo u vodenim sredinama. Nisu potrebne posebne reproduktivne strukture, stvara se velika količina nasljednog materijala, a stopa preživljavanja potomaka je minimalna.

2. Unutarnji - kod ovog tipa muške spolne stanice smještene su u ženski spolni trakt. Ova vrsta zahtijeva posebne reproduktivne strukture. Stvara se manje nasljednog materijala. Povećava se stopa preživljavanja potomaka. Čim muške spolne stanice uđu u reproduktivni trakt žene, ciljano se kreću prema jajnoj stanici, kada jedan od spermija prodre u jajnu stanicu, njegove membrane postaju gušće i ono postaje nedostupno drugim spermijima. To je neophodno za održavanje diploidnosti organizama.

Dvostruka gnojidba

Karakterističan samo za angiosperme. U prašnicima se primarne muške spolne stanice dijele mejozom, tvoreći 4 mikrospore, svaka se mikrospora ponovno dijeli na 2 stanice (vegetativne i generativne)

Ove stanice su prekrivene dvostrukom membranom, tvoreći peludno zrnce

U tučku iz primarne ženske stanice mejozom nastaje 1 megaspora, a 3 stanice odumiru. Rezultirajuća megaspora još uvijek je podijeljena u 2 stanice, 1 zauzima središnje mjesto u spori, a 2 se spuštaju

Peludno zrno sjedne na žig tučka, vegetativna stanica klija, stvarajući peludnu cjevčicu do plodnice. Kroz ovu cjevčicu spušta se generativna stanica koja se dijeli u 2 spermija. 1 spermij oplodi središnju stanicu iz koje nastaje endosperm.

2 spermija oplođuju drugu stanicu iz koje se razvija embrij.

Ontogeneza

To je individualni razvoj zigote (organizma) do njegove smrti. Pojam je 1866. godine uspostavio Ernest Haeckel

Kod sisavaca otnogenezu reguliraju živčani i endokrini sustav

1. Ličinka - kod ovog tipa, izlazeći iz ljuske jajeta, organizam neko vrijeme ostaje u stadiju ličinke, zatim prolazi kroz metamorfozu (transformacija u odraslu jedinku)

2. Oviparni - kod ovog načina razvoja organizam dugo ostaje u ovojnici jajeta i nema stadija ličinke.

3. Intrauterino - ovdje se razvoj tijela odvija unutar majčinog tijela

Razdoblja ontogeneze:

1. Embrionalni (intrauterini) od začeća do rođenja

2. Postembrionalni – od rođenja do smrti

Embrionalno razdoblje

3 faze razvoja

1. Drobljenje

Počinje nekoliko sati nakon oplodnje. Ovdje se zigota počinje mitotski dijeliti na 2 stanice (blastomere).Te se stanice ne razilaze i ne rastu. Zatim se te stanice ponovno dijele i formiraju 4 stanice, i to traje sve dok se ne formiraju 32 stanice, dok se ne formira morula - to je embrij koji se sastoji od 32 male stanice koje podsjećaju na malinu i veličine su zigote.

Ova se morula spušta duž jajovoda u šupljinu maternice i ugrađuje se u njenu stijenku. To se događa 6 sati nakon oplodnje.

Zatim se stanice morule nastavljaju dijeliti i formira se blastula - ovo je embrij koji se sastoji od nekoliko stotina stanica smještenih u 1 sloju. Blastula ima šupljinu i veličine je iste kao i zigota

2. Gastrulacija

Sadrži blastulu i gastrulu

Blastula se nastavlja dijeliti i na jednom kraju je dioba stanica intenzivnija. To dovodi do invaginacije ovih stanica u blastulu, tj. nastaje gastrula

Gastrula je dvoslojni embrij s primarnim ustima, koji se kod sisavaca i viših organizama tijekom razvoja pretvara u anus. A prava usta se formiraju na drugom kraju. Šupljina gastrule je primarna stanica.

Vanjski sloj stanica je ektoderm (1 klica)

Unutarnji sloj stanica je endoderm (2 pakiranja lista)

Zatim se između ektoderma i endoderma simetrično formiraju 3 klicina listića (mezoderm) na oba kraja primarnih usta.

3.Organogeneza

U ovoj fazi nastaje neurula, na dorzalnom dijelu embrija vanjski sloj stanica oblikuje žlijeb, koji se zatvara i tvori neuralnu cijev. Paralelno s tim procesom iz endoderma nastaje crijevna cijev. A iz mezoderma nastaje notohord. Iz ektoderma nastaju živčani sustav i osjetilni organi te epitel mrtvačnice i njegovi derivati ​​(kosa, nokti).

endoderm - tvori probavni sustav i probavne žlijezde, dišni sustav i štitnu žlijezdu.

4. Mezoderm

Formira se mišićno-koštani sustav, krvožilni, ekskretorni i reproduktivni sustav.

Postembrionalno razdoblje

Postembrionalni razvoj može teći na dva načina:

Izravni i neizravni: s potpunom i nepotpunom preobrazbom

Izravni razvoj tipičan je za ptice, ribe, sisavce i ljude. Nova jedinka, kad se rodi i izađe iz ljuske jajeta, slična je odrasloj jedinki, ali male veličine, drugačijih proporcija, nerazvijenog živčanog i reproduktivnog sustava, a može se razlikovati i pokrov.

Tijekom postembrionalnog razvoja dalje se razvijaju živčani i reproduktivni sustav. Navlaka se mijenja, a tijelo prolazi obuku i edukaciju.

Indirektan razvoj - kod ovog tipa je stadij ličinke prisutan u postembrionalnom razvoju. Larva ima malo ili nimalo sličnosti s odraslom osobom. Intenzivno raste, razvija se i jede dosta hrane.

Ovakvim neizravnim razvojem organizam, koji izlazi iz jajeta, prolazi kroz stadij ličinke, koja će se pretvoriti u kukuljicu, a ličinka će potpuno propasti u organske spojeve od kojih će se izgraditi novi organizam. (imago) izlazi iz kukuljice.

jaje-larva-kukuljica-imago

Vodozemci i neki kukci razvijaju se s nepotpunom preobrazbom

Ovdje nema kukuljice i metamorfoza se događa tijekom stadija ličinke.

Jaje-ličinka-odrasla osoba

26. Položaj čovjeka sa sustavom životinjskog svijeta.

Agregatna stanja tvari: čvrsto, tekuće i plinovito. Kristalno i amorfno stanje. Kristalne rešetke

Biologija. Opća biologija. 10. razred. Osnovna razina Sivoglazov Vladislav Ivanovich

16. Metabolizam i pretvorba energije. Razmjena energije

Zapamtiti!

Što je metabolizam?

Od koja se dva međusobno povezana procesa sastoji?

Gdje se u ljudskom tijelu razgrađuje većina organskih tvari koje dolaze iz hrane?

Metabolizam i energija. Glavni uvjet za život svakog organizma je izmjena tvari i energije s okolinom. U svakoj stanici kontinuirano se odvijaju složeni procesi koji imaju za cilj održati i osigurati normalno funkcioniranje same stanice i organizma u cjelini. Sintetiziraju se složeni visokomolekularni spojevi: od aminokiselina nastaju proteini, od jednostavnih šećera polisaharidi, a od nukleotida nukleinske kiseline. Stanice se dijele i stvaraju nove organele, različite tvari se aktivno prenose iz i u stanicu. Električni impulsi se prenose duž živčanih vlakana, mišići se kontrahiraju, održava se konstantna tjelesna temperatura - sve to, kao i mnogi drugi procesi koji se odvijaju u tijelu, zahtijeva energiju. Ova energija nastaje razgradnjom organskih tvari. Skup reakcija cijepanja visokomolekularnih spojeva, koje prati oslobađanje i skladištenje energije, nazvao energetski metabolizam ili disimilacija . Energija se uglavnom skladišti u obliku univerzalnog energetski intenzivnog spoja - ATP.

Adenozintrifosforna kiselina (ATP) je nukleotid koji se sastoji od dušične baze (adenina), šećera riboze i tri ostatka fosforne kiseline (slika 53). ATP je glavna energetska molekula stanice, neka vrsta akumulatora energije. Svi procesi u živim organizmima koji zahtijevaju utrošak energije praćeni su pretvorbom molekule ATP u ADP (adenozin difosforna kiselina). Kada se eliminira ostatak fosforne kiseline, oslobađa se velika količina energije - 40 kJ/mol. U molekuli ATP postoje dvije takve visokoenergetske (tzv. visokoenergetske) veze. Obnavljanje strukture ATP-a iz ADP-a i fosforne kiseline događa se u mitohondrijima i prati ga apsorpcija energije.

Zalihe organskih tvari koje tijelo koristi za dobivanje energije moraju se stalno nadopunjavati ili hranom, kao što se događa kod životinja, ili sintezom iz anorganskih tvari (biljke). Ukupnost svih biosintetskih procesa koji se odvijaju u živim organizmima, nazvao razmjena plastike ili asimilacija . Plastična izmjena uvijek je praćena apsorpcijom energije. Glavni procesi plastičnog metabolizma su biosinteza proteina (§ 13) i fotosinteza (§ 17).

Riža. 53. Struktura molekule ATP (znak “~” označava visokoenergetsku vezu)

Dakle, tijekom procesa izmjene energije dolazi do razgradnje organskih spojeva i skladištenja energije, a tijekom plastične izmjene energija se troši i sintetiziraju organske tvari. Reakcije izmjene energije i plastike neraskidivo su povezane, zajedno tvoreći jedan proces - metabolizma i energije , ili metabolizam . Metabolizam se kontinuirano odvija u svim stanicama, tkivima i organima, održavajući stalnost unutarnje okoline tijela - homeostaza.

Razmjena energije. Većina organizama na našem planetu treba kisik za funkcioniranje. Takvi se organizmi nazivaju aerobni. Metabolizam energije u aeroba odvija se u tri faze: pripremnu, bezkisičnu i kisikovu. U prisutnosti kisika organske tvari potpuno se oksidiraju tijekom disanja u ugljični dioksid i vodu, pri čemu se pohranjuje velika količina energije.

Anaerobni organizmi sposobni preživjeti bez kisika. Za neke od njih kisik je općenito destruktivan, pa žive tamo gdje kisika uopće nema, poput uzročnika tetanusa. Drugi, takozvani fakultativni anaerobi, mogu postojati i bez kisika i u njegovoj prisutnosti. Energetski metabolizam u anaerobnim organizmima odvija se u dvije faze: pripremnu i bez kisika, stoga se organske tvari ne oksidiraju u potpunosti i pohranjuje se mnogo manje energije.

Razmotrimo tri faze energetskog metabolizma (slika 54).

Pripremna faza. Ovaj stadij se odvija u gastrointestinalnom traktu iu lizosomima stanica. Ovdje se pod utjecajem probavnih enzima visokomolekularni spojevi razgrađuju na jednostavnije niskomolekularne spojeve: proteini - na aminokiseline, polisaharidi - na monosaharide, masti - na glicerol i masne kiseline. Energija koja se oslobađa tijekom tih reakcija ne pohranjuje se, već se rasipa kao toplina. Niskomolekularne tvari nastale u pripremnoj fazi tijelo može koristiti za sintetiziranje vlastitih organskih spojeva, tj. ući u plastični metabolizam ili se dalje razgraditi radi skladištenja energije.

Riža. 54. Faze energetskog metabolizma

Faza bez kisika. Drugi stupanj događa se u citoplazmi stanica, gdje dolazi do daljnje razgradnje jednostavnih organskih tvari. Tijelo ne koristi aminokiseline nastale u prvoj fazi u kasnijim fazama disimilacije, jer su mu potrebne kao materijal za sintezu vlastitih proteinskih molekula. Stoga se bjelančevine vrlo rijetko koriste za dobivanje energije, obično tek kada su preostale rezerve (ugljikohidrati i masti) već potrošene. Tipično, najdostupniji izvor energije u stanici je glukoza.

Složeni višefazni proces razgradnje glukoze bez kisika u drugom stupnju energetskog metabolizma naziva se glikoliza(od grčkog glikozi– slatko i liza– cijepanje).

Kao rezultat glikolize, glukoza se razgrađuje na jednostavnije organske spojeve (glukoza C 6 H 12 O 6 - pirogrožđana kiselina C 3 H 4 O 3). Time se oslobađa energija od koje se 60% rasipa kao toplina, a 40% se koristi za sintezu ATP-a. Kada se jedna molekula glukoze razgradi, nastaju dvije molekule ATP-a i dvije molekule pirogrožđane kiseline. Dakle, u drugom stupnju disimilacije, tijelo počinje skladištiti energiju.

Daljnja sudbina pirogrožđane kiseline ovisi o prisutnosti kisika u stanici. Ako je kisik prisutan, tada pirogrožđana kiselina ulazi u mitohondrije, gdje se potpuno oksidira do CO 2 i H 2 O te se odvija treći, kisikov stupanj metabolizma energije (vidi dolje).

U nedostatku kisika dolazi do tzv. anaerobnog disanja, koje se često naziva vrenje. U stanicama kvasca, tijekom alkoholnog vrenja, pirogrožđana kiselina (PVA) se pretvara u etilni alkohol (PVA? Etilni alkohol + CO 2).

Tijekom mliječno-kiselog vrenja iz PVC-a nastaje mliječna kiselina. Ovaj se proces može dogoditi ne samo u bakterijama mliječne kiseline. Tijekom napornog fizičkog rada dolazi do nedostatka kisika u stanicama ljudskog mišićnog tkiva, što rezultira stvaranjem mliječne kiseline čije nakupljanje uzrokuje osjećaj umora, bolova, a ponekad i grčeva.

Stadij kisika. U trećoj fazi proizvodi nastali tijekom razgradnje glukoze bez kisika oksidiraju se u ugljični dioksid i vodu. Pritom se oslobađa velika količina energije, od koje se značajan dio koristi za sintezu ATP-a. Taj se proces odvija u mitohondrijima i naziva se stanično disanje. Tijekom staničnog disanja, oksidacijom dviju molekula PVC-a oslobađa se energija pohranjena u tijelu u obliku 36 molekula ATP-a.

Dakle, u procesu metabolizma energije uz potpunu oksidaciju jedne molekule glukoze u ugljični dioksid i vodu nastaje 38 molekula ATP (2 molekule u procesu glikolize i 36 u procesu staničnog disanja u mitohondrijima):

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38ADP + 38F 6CO 2? 6H20 + 38ATP.

U anaerobnim uvjetima učinkovitost metabolizma energije znatno je manja – samo 2 molekule ATP-a. Produkti vrenja (etilni alkohol, mliječna kiselina, maslačna kiselina) još uvijek zadržavaju dosta energije u svojim kemijskim vezama, tj. put disimilacije kisika je energetski povoljniji. Ali povijesno, fermentacija je stariji proces. Moglo se izvesti čak i kada u atmosferi drevne Zemlje nije bilo slobodnog kisika.

Pregledajte pitanja i zadatke

1. Što je disimilacija? Navedite njegove faze.

2. Koja je uloga ATP-a u metabolizmu stanica?

3. Koje stanične strukture provode sintezu ATP-a?

4. Objasnite energetski metabolizam u stanici na primjeru razgradnje glukoze.

5. Nacrtajte shematski dijagram procesa disimilacije, sažimajući na jednom dijagramu sve njegove moguće mogućnosti navedene u tekstu odlomka (uključujući fermentaciju).

6. Sinonimi za riječi "disimilacija" i "asimilacija" su pojmovi "katabolizam" i "anabolizam". Objasnite podrijetlo ovih pojmova.

Razmišljati! Učini to!

1. Objasnite zašto konzumiranje previše hrane dovodi do pretilosti.

2. Zašto razmjena energije ne može postojati bez razmjene plastike?

3. Što mislite, zašto se nakon teškog fizičkog rada, za brzo ublažavanje bolova u mišićima, preporuča kupanje u toploj kupki?

Rad s računalom

Pogledajte elektroničku prijavu. Proučite gradivo i riješite zadatke.

Iz knjige Službeni pas [Vodič za obuku specijalista za uzgoj službenih pasa] Autor Krušinski Leonid Viktorovič

3. Metabolizam kao osnova života “Život je oblik postojanja proteinskih tijela”, napisao je F. Engels. Stoga možemo reći da je protein nositelj života. Protein je složena tvar koja se sastoji od mnogih elemenata, uključujući prisutnost dušika.

Iz knjige Dobna anatomija i fiziologija Autor Antonova Olga Aleksandrovna

Tema 10. DOBNE ZNAČAJKE METABOLIZMA I ENERGIJE 10.1. Obilježja metaboličkih procesa Metabolizam i energija osnova su vitalnih procesa u tijelu. U ljudskom tijelu, u njegovim organima, tkivima, stanicama odvija se kontinuirani proces sinteze, tj.

Iz knjige Biologija [Kompletna priručna knjiga za pripremu za jedinstveni državni ispit] Autor Lerner Georgij Isaakovič

Iz knjige Stani, tko vodi? Biologija ponašanja ljudi i drugih životinja Autor Žukov. Dmitry Anatolyevich

Iz knjige Priče o bioenergiji Autor Skulačev Vladimir Petrovič

Iz knjige Biologija. Opća biologija. 11. razred. Osnovna razina Autor Sivoglazov Vladislav Ivanovič

Iz knjige Tajne ljudskog nasljeđa Autor Afonkin Sergej Jurijevič

Iz knjige Antropologija i koncepti biologije Autor Kurčanov Nikolaj Anatolijevič

Iz knjige Biološka kemija Autor Lelevič Vladimir Valerijanovič

Iz autorove knjige

METABOLIZAM UGLJIKOHIDRATA Treba još jednom naglasiti da procesi koji se odvijaju u tijelu predstavljaju jedinstvenu cjelinu, a samo radi praktičnosti prezentacije i lakoće percepcije razmatraju se u udžbenicima i priručnicima u zasebnim poglavljima. To vrijedi i za podjelu na

Iz autorove knjige

Poglavlje 2. Što je energetski metabolizam? Kako stanica prima i koristi energiju Da biste živjeli, morate raditi. Ova svakodnevna istina sasvim je primjenjiva na sva živa bića. Svi organizmi: od jednostaničnih mikroba do viših životinja i ljudi - kontinuirano djeluju

Iz autorove knjige

25. Veze s hranom. Kruženje tvari i energije u ekosustavima Zapamtite! Koje su bitne komponente uključene u bilo koji ekosustav? Živi organizmi su u stalnoj interakciji jedni s drugima i s čimbenicima okoliša, tvoreći održivi

Iz autorove knjige

Metabolizam Naše su bolesti još uvijek iste kao prije tisuća godina, ali liječnici su za njih pronašli skuplja imena. Narodna mudrost - Visoka razina kolesterola može biti naslijeđena - Rana smrtnost i geni odgovorni za iskorištavanje kolesterola - Je li naslijeđena

Iz autorove knjige

2.3. Metabolizam i energija Cijeli skup kemijskih reakcija koje se odvijaju u živim organizmima naziva se metabolizam ili metabolizam. Kao rezultat tih reakcija, energija pohranjena u kemijskim vezama pretvara se u druge oblike, tj. metabolizam se uvijek

Iz autorove knjige

Poglavlje 10. Energetski metabolizam. Biološka oksidacija Živi organizmi sa stajališta termodinamike su otvoreni sustavi. Moguća je izmjena energije između sustava i okoline, koja se odvija u skladu sa zakonima termodinamike. Svaki organski

Svi živi organizmi izmjenjuju tvari s vanjskim okolišem. U stanicama se neprestano odvijaju procesi biosinteze. Zahvaljujući enzimima, složeni spojevi nastaju iz jednostavnih tvari: proteini se sintetiziraju iz aminokiselina, složeni ugljikohidrati se sintetiziraju iz monosaharida, a nukleinske kiseline se sintetiziraju iz dušičnih baza. Kemijskim pretvorbama relativno jednostavnih tvari nastaju razne masti i ulja. Hitin je vanjski pokrov člankonožaca, tvoreći hitin - složeni polisaharid (str. 7), kod ptica i sisavaca, vanjski pokrov je rožnata tvar, čija je osnova protein keratin. U konačnici, sastav sintetiziranih velikih organskih molekula određen je genotipom. Sintetizirane tvari koriste se tijekom rasta za izgradnju stanica i njihovih organela te za zamjenu istrošenih ili uništenih molekula. Bez iznimke, sve interakcije biosinteze odvijaju se uz apsorpciju energije.

Zamjena plastike

Plastični metabolizam, inače nazvan biosinteza ili anabolizam, ova se izmjena događa samo u stanici. Metabolizam plastike ima tri vrste: fotosinteza, kemosinteza i biosinteza proteina. Fotosintezu koriste biljke i samo neke bakterije (cijanobakterije). Takvi organizmi nazivaju se autotrofi. Kemosintezu koriste određene bakterije, uključujući anaerobne. Takvi se organizmi nazivaju kemotrofi. Životinje i gljive klasificiraju se kao heterotrofna bića.

Fotosinteza

Proces fotosinteze odvija se reakcijom koja uključuje stvaranje glukoze i kisika iz ugljičnog dioksida i vode. Fotosinteza ima dvije faze, svijetlu i tamnu. Tijekom svijetle faze proces fotosinteze odvija se u grani kloroplasta, a u tamnoj fazi u stromi kloroplasta. (vidi Dodatak 7). Bez sunčeve energije fotosinteza ne bi imala svoj značaj, stoga je to važan faktor. Tijekom tog procesa od šest molekula kisika i jedne molekule glukoze nastaje šest molekula ugljičnog dioksida i vode. Proces fotosinteze odvija se u kloroplastima, klorofil se nalazi u organelama, zahvaljujući kojima dolazi do sinteze.

6SO2 + 6N2O → S6N12O6 + 6O2

Kemosinteza

Kemosinteza je karakteristična za bakterije kao što su sumporne, nitrifikacijske i željezobakterije. Bakterije koriste energiju stečenu procesom oksidacije tvari za redukciju ugljičnog dioksida u organske spojeve. (vidi Dodatak 8) Sumporne bakterije oksidiraju tvari poput sumporovodika, nitrifikacijske bakterije oksidiraju amonijak, a željezne bakterije oksidiraju željezni oksid.

Biosinteza proteina

Plastični metabolizam je sinteza proteina u stanici. Razmjena ima dva glavna procesa: transkripciju i translaciju.

Transkripcija- Ovo je proces sintetiziranja glasničke RNK pomoću DNK prema principu komplementarnosti. (vidi Dodatak 9)

Transkripcija ima tri faze:

Formiranje primarnog prijepisa

Obrada

Spajanje

Emitiranje- prijenos informacija o strukturi proteina s messenger RNA na sintetizirani polipeptid. (vidi Dodatak 10) Ovaj proces se odvija u citoplazmi na ribosomu. Emitiranje se odvija u četiri faze. U prvoj fazi aminokiseline se aktiviraju posebnim enzimom - aminoacil T-RNA sintetazom. Ovaj proces koristi energiju u obliku ATP-a. Tada nastaje minoacil adenilat. Nakon toga slijedi proces spajanja aktivirane aminokiseline s prijenosnom RNA, te se oslobađa AMP. Nadalje, tijekom treće faze, formirani kompleks se veže na ribosom. Aminokiseline se zatim ugrađuju u strukturu proteina u određenom slijedu, nakon čega se oslobađa prijenosna RNA.

Razmjena energije

Energetski metabolizam naziva se i katabolizam. Plastični i energetski metabolizam vrlo su povezani jer je za obavljanje plastičnog metabolizma (anabolizma) potrebna energija koju stanica dobiva katabolizmom. Koristeći ovaj proces, stanica sintetizira potrebne nukleinske kiseline, proteine, ugljikohidrate itd. Energetski metabolizam je proces tijekom kojeg se tvari složene strukture razgrađuju na jednostavnije ili oksidiraju, čime tijelo dobiva energiju potrebnu za opstanak. Postoje tri faze energetskog metabolizma:

Pripremna faza

Anaerobni stadij - glikoliza (bez kisika)

Aerobni stadij - stanično disanje (uz sudjelovanje kisika)

Pripremna faza

Tijekom ove faze polimeri se pretvaraju u monomere, odnosno spojevi poput proteina, ugljikohidrata i lipoida razgrađuju se na jednostavnije. Taj se proces odvija izvan stanice, u organima probavnog sustava. Kisik nije potreban u ovoj fazi metabolizma energije. Kao rezultat reakcija, proteini se razgrađuju na aminokiseline, složeni ugljikohidrati na jednostavne monosaharide, a lipidi na glicerol i više kiseline. Ovaj stadij se također javlja u lizosomima stanice.

Anaerobni stadij

Ova faza se inače naziva fermentacija ili glikoliza. Tvari nastale u pripremnoj fazi - glukoza, aminokiseline, itd. - prolaze kroz kasniju enzimsku razgradnju bez sudjelovanja kisika. Ugljikohidrati su uglavnom fermentirani. Tijekom kemijskih reakcija koje se koriste u ovoj fazi katabolizma nastaju alkoholi, ugljični dioksid, aceton, organske kiseline, a u nekim slučajevima vodik i druge tvari. Glikoliza je proces razgradnje glukoze u anaerobnim uvjetima do pirogrožđane kiseline (PVA), zatim do mliječne, octene, maslačne kiseline ili etilnog alkohola, koji se odvija u citoplazmi stanice. Tijekom fisije bez kisika dio oslobođene energije se rasipa u obliku topline, a dio se pohranjuje u molekulama ATP-a. Uobičajena reakcija u životinjskim i gljivičnim stanicama je oslobađanje pirogrožđane kiseline.

Osnovna kemijska reakcija u ovoj fazi izgleda ovako:

C6H12O6 = 2C3H4O3 + (4H) + 2ATP

Kao rezultat tog procesa nastaju dvije molekule ATP-a.

Aerobna faza

Ova faza se odvija u mitohondrijima. (vidi Dodatak 11) U ovoj fazi tvari se oksidiraju, zbog čega se oslobađa određena količina energije. Kisik sudjeluje u istom procesu. Kisik se prenosi pomoću crvenih krvnih stanica koje sadrže hemoglobin. Tvari dobivene u prethodnim fazama stanica razgrađuje do najjednostavnijih, odnosno do ugljičnog dioksida i vode. Enzimi sadržani u lizosomima oksidiraju organske spojeve u stanici. ADP - adenozin difosfat - tvar koja je također neophodna za proizvodnju energije zbog staničnog disanja. Osnovna kemijska reakcija u ovoj fazi izgleda ovako:

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

Kao rezultat ovog procesa nastaje 36 molekula ATP-a.

Iz ove jednadžbe možete vidjeti da se u ovoj fazi oslobađa značajna količina energije. Osim toga, u ovoj fazi može doći do reakcije potpune oksidacije pirogrožđane kiseline, pri čemu se također oslobađa energija, ali u manjim količinama.

Posljedično, potpunom razgradnjom jedne molekule glukoze stanica može sintetizirati 38 molekula ATP-a (2 molekule tijekom glikolize i 36 molekula tijekom aerobne faze). (vidi Dodatak 12)

Opća jednadžba za aerobno disanje može se napisati na sljedeći način:

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

Zaključak

Stanica je visoko organizirana jedinica života. Apsorpcija, transformacija, skladištenje i korištenje tvari i energije odvija se kroz stanice. U stanici se odvijaju procesi poput disanja, fermentacije, fotosinteze i umnožavanja genetskog materijala. A takvi se procesi događaju iu organizmima koji su jednostavne građe (jednostanični) iu organizmima koji su složene građe (višestanični). Život svih organizama ovisi o njihovim stanicama.

Primjena

Prilog 1

Dodatak 2

Dodatak 3

Dodatak 4

Dodatak 5

Dodatak 6

Dodatak 7

Dodatak 8

Dodatak 9

Metabolizam tvari i energije (metabolizam) odvija se na svim razinama tijela: staničnoj, tkivnoj i organskoj. Osigurava postojanost unutarnje okoline tijela - homeostaze - u stalno promjenjivim uvjetima postojanja. U stanici se istovremeno odvijaju dva procesa - plastični metabolizam (anabolizam ili asimilacija) i energetski metabolizam (fatabolizam ili disimilacija).

Metabolizam plastike skup je reakcija biosinteze, odnosno stvaranja složenih molekula iz jednostavnih. Stanica neprestano sintetizira bjelančevine iz aminokiselina, masti iz glicerola i masnih kiselina, ugljikohidrate iz monosaharida, nukleotide iz dušičnih baza i šećera. Ove reakcije zahtijevaju energiju. Potrošena energija oslobađa se razmjenom energije. Energetski metabolizam skup je reakcija koje razgrađuju složene organske spojeve na jednostavnije molekule. Dio energije koja se oslobađa u ovom slučaju odlazi na sintezu molekula ATP-a (adenozin trifosforna kiselina) bogatih energetskim vezama. Razgradnja organskih tvari događa se u citoplazmi i mitohondrijima uz sudjelovanje kisika. Reakcije asimilacije i disimilacije usko su povezane jedna s drugom i s vanjskom okolinom. Tijelo dobiva hranjive tvari iz vanjske sredine. Otpadne tvari ispuštaju se u vanjski okoliš.

Enzimi (enzimi) su specifični proteini, biološki katalizatori koji ubrzavaju metaboličke reakcije u stanici. Svi procesi u živom organizmu odvijaju se izravno ili neizravno uz sudjelovanje enzima. Enzim katalizira samo jednu reakciju ili djeluje samo na jednu vrstu veze. Time se osigurava fina regulacija svih vitalnih procesa (disanje, probava, fotosinteza itd.) koji se odvijaju u stanici ili tijelu. U molekuli svakog enzima postoji mjesto koje ostvaruje kontakt između molekula enzima i određene tvari (supstrata). Aktivno središte enzima je funkcionalna skupina (na primjer, OH - serinska skupina) ili zasebna aminokiselina.

Brzina enzimskih reakcija ovisi o mnogim čimbenicima: temperaturi, tlaku, kiselosti okoliša, prisutnosti inhibitora itd.

Faze energetskog metabolizma:

• Pripremni- javlja se u citoplazmi stanica. Pod djelovanjem enzima polisaharidi se razgrađuju na monosaharide (glukoza, fruktoza i dr.), masti se razgrađuju na glicerol i masne kiseline, proteini na aminokiseline, a nukleinske kiseline na nukleotide. Time se oslobađa mala količina energije koja se rasipa kao toplina.
• Bez kisika(anaerobno disanje ili glikoliza) - višestupanjska razgradnja glukoze bez sudjelovanja kisika. To se zove fermentacija. U mišićima, kao rezultat anaerobnog disanja, molekula glukoze se razgrađuje na dvije molekule liruvične kiseline (C 3 H 4 O 3), koje se zatim reduciraju u mliječnu kiselinu (C 3 H 6 O 3). Fosforna kiselina i ADP sudjeluju u razgradnji glukoze.

  Ukupna jednadžba za ovu fazu: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

  U kvasnim gljivama molekula glukoze bez sudjelovanja kisika pretvara se u etilni alkohol i ugljični dioksid (alkoholno vrenje). U drugim mikroorganizmima glikoliza može rezultirati stvaranjem acetona, octene kiseline itd. Razgradnjom jedne molekule glukoze nastaju dvije molekule ATP-a u čijim je vezama pohranjeno 40% energije, ostatak energije se raspršuje u obliku topline.

• Disanje kisikom- stadij aerobnog disanja ili cijepanja kisika, koji se odvija na naborima unutarnje membrane mitohondrija - kristama. U ovoj fazi se tvari prethodne faze razgrađuju na konačne produkte razgradnje - vodu i ugljični dioksid. Kao rezultat razgradnje dviju molekula mliječne kiseline nastaje 36 molekula ATP-a. Glavni uvjet za normalan tijek razgradnje kisika je cjelovitost mitohondrijskih membrana. Disanje kisika glavni je korak u opskrbi stanica kisikom. To je 20 puta učinkovitije od faze bez kisika.

  Ukupna jednadžba za cijepanje kisika je: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2 O + 36ATP

Prema načinu dobivanja energije svi se organizmi dijele u dvije skupine – autotrofne i heterotrofne.

Energetski metabolizam u aerobnim stanicama biljaka, gljiva i životinja odvija se na isti način. To ukazuje na njihov odnos. Broj mitohondrija u stanicama tkiva varira, a ovisi o funkcionalnoj aktivnosti stanica. Na primjer, u mišićnim stanicama postoji mnogo mitohondrija.

Razgradnju masti na glicerol i masne kiseline provode enzimi – lipaze. Proteini se prvo razgrađuju na oligopeptide, a zatim na aminokiseline.

Enzimi (od latinskog "fermentum" - fermentacija, kvasac), enzimi, specifični proteini koji povećavaju brzinu kemijskih reakcija u stanicama svih živih organizama. Po kemijskoj prirodi - proteini koji imaju optimalnu aktivnost pri određenom pH, prisutnost potrebnih koenzima i kofaktora i odsutnost inhibitora. Enzimi se također nazivaju biokatalizatorima po analogiji s katalizatorima u kemiji. Svaka vrsta enzima katalizira pretvorbu određenih tvari (supstrata), ponekad samo jedne tvari u jednom smjeru. Stoga se brojne biokemijske reakcije u stanicama odvijaju uz pomoć velikog broja različitih enzima. Dijele se u 6 klasa: oksidoreduktaze, transferaze, hidrolaze, liaze, izomeraze i ligaze. Mnogi enzimi izolirani su iz živih stanica i dobiveni u kristalnom obliku (prvi put 1926.).

Uloga enzima u organizmu

Enzimi sudjeluju u svim metaboličkim procesima iu implementaciji genetskih informacija. Probava i asimilacija hranjivih tvari, sinteza i razgradnja proteina, nukleinskih kiselina, masti, ugljikohidrata i drugih spojeva u stanicama i tkivima svih organizama - svi su ti procesi nemogući bez sudjelovanja enzima. Svaka manifestacija funkcija živog organizma - disanje, kontrakcija mišića, neuropsihička aktivnost, reprodukcija itd. - osigurava se djelovanjem enzima. Individualne karakteristike stanica koje obavljaju određene funkcije uvelike su određene jedinstvenim skupom enzima, čija je proizvodnja genetski programirana. Nedostatak čak i jednog enzima ili bilo koji nedostatak u njemu može dovesti do ozbiljnih negativnih posljedica za tijelo.

Katalitička svojstva enzima

Enzimi su najaktivniji od svih poznatih katalizatora. Većina reakcija u stanici odvija se milijune i milijarde puta brže nego da se odvijaju u odsutnosti enzima. Dakle, jedna molekula enzima katalaze može u sekundi pretvoriti do 10 tisuća molekula vodikovog peroksida, toksičnog za stanice, nastalog tijekom oksidacije različitih spojeva, u vodu i kisik. Katalitička svojstva enzima posljedica su njihove sposobnosti da značajno smanje aktivacijsku energiju spojeva koji reagiraju, odnosno u prisutnosti enzima potrebno je manje energije za "pokretanje" dane reakcije.

Povijest otkrića enzima

Procesi koji se odvijaju uz sudjelovanje enzima poznati su čovjeku od davnina, jer se priprema kruha, sira, vina i octa temelji na enzimskim procesima. Ali tek 1833. godine po prvi put je iz klijajućih zrna ječma izolirana aktivna tvar koja je pretvarala škrob u šećer i nazvana je dijastaza (sada se taj enzim zove amilaza). Krajem 19.st. Dokazano je da sok dobiven mljevenjem stanica kvasca sadrži složenu mješavinu enzima koji osiguravaju proces alkoholnog vrenja. Od tada počinje intenzivno proučavanje enzima – njihove strukture i mehanizma djelovanja. Budući da je uloga biokatalize otkrivena u proučavanju fermentacije, upravo se uz taj proces od 19. stoljeća povezuju dva etablirana procesa. nazivi su "enzim" (u prijevodu s grčkog "od kvasca") i "enzim". Istina, posljednji sinonim koristi se samo u literaturi na ruskom jeziku, iako se znanstveni smjer koji se bavi proučavanjem enzima i procesa s njihovim sudjelovanjem tradicionalno naziva enzimologija. U prvoj polovici 20.st. Utvrđeno je da su enzimi po kemijskoj prirodi proteini, au drugoj polovici stoljeća za više stotina enzima već je određen redoslijed aminokiselinskih ostataka te je utvrđena prostorna struktura. Godine 1969. prvi put je izvedena kemijska sinteza enzima ribonukleaze. Ogroman napredak postignut je u razumijevanju mehanizma djelovanja enzima.

Položaj enzima u tijelu

U stanici se neki enzimi nalaze u citoplazmi, no većinom su enzimi vezani uz određene stanične strukture, gdje i ostvaruju svoje djelovanje. U jezgri se, primjerice, nalaze enzimi odgovorni za replikaciju – sintezu DNA (DNA polimeraza), te za njezinu transkripciju – stvaranje RNA (RNA polimeraza). Mitohondriji sadrže enzime odgovorne za skladištenje energije; lizosomi sadrže većinu hidrolitičkih enzima uključenih u razgradnju nukleinskih kiselina i proteina.

Uvjeti djelovanja enzima

Sve reakcije koje uključuju enzime odvijaju se uglavnom u neutralnom, blago alkalnom ili blago kiselom okruženju. No, maksimalna aktivnost svakog pojedinog enzima javlja se pri strogo definiranim pH vrijednostima. Za djelovanje većine enzima kod toplokrvnih životinja najpovoljnija je temperatura 37-40oC. U biljkama, pri temperaturama nižim od 0o C, djelovanje enzima ne prestaje potpuno, iako je vitalna aktivnost biljaka naglo smanjena. Enzimski procesi se u pravilu ne mogu odvijati na temperaturama iznad 70o C, jer su enzimi, kao i svi proteini, podložni toplinskoj denaturaciji (strukturnom razaranju).

Veličine enzima i njihova struktura

Molekularna težina enzima, kao i svih drugih proteina, leži u rasponu od 10 tisuća do 1 milijun (ali može biti i više). Mogu se sastojati od jednog ili više polipeptidnih lanaca i mogu biti predstavljeni složenim proteinima. Potonji, zajedno s proteinskom komponentom (apoenzim), uključuje niskomolekularne spojeve - koenzime (kofaktore, koenzime), uključujući metalne ione, nukleotide, vitamine i njihove derivate. Neki enzimi nastaju u obliku neaktivnih prekursora (proenzima) i postaju aktivni nakon određenih promjena u strukturi molekule, na primjer, nakon cijepanja malog fragmenta iz nje. Tu spadaju probavni enzimi tripsin i kimotripsin, koje sintetiziraju stanice gušterače u obliku neaktivnih prekursora (tripsinogen i kimotripsinogen), a postaju aktivni u tankom crijevu kao dio pankreasnog soka. Mnogi enzimi tvore takozvane enzimske komplekse. Takvi su kompleksi, na primjer, ugrađeni u membrane stanica ili stanične organele i uključeni su u transport tvari.

Tvar koja prolazi kroz transformaciju (supstrat) veže se na određeni dio enzima, aktivno središte, koje se sastoji od bočnih lanaca aminokiselina, često smještenih u dijelovima polipeptidnog lanca koji su međusobno značajno udaljeni. Na primjer, aktivno središte molekule kimotripsina čine ostaci histidina smješteni u polipeptidnom lancu na poziciji 57, serina na poziciji 195 i asparaginske kiseline na poziciji 102 (ukupno ima 245 aminokiselina u molekuli kimotripsina). Dakle, složeni raspored polipeptidnog lanca u proteinskoj molekuli - enzimu pruža mogućnost da se nekoliko bočnih lanaca aminokiselina pojavi na strogo određenom mjestu i na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Koenzimi su također dio aktivnog centra (proteinski dio i neproteinska komponenta odvojeno nemaju enzimsku aktivnost i poprimaju svojstva enzima tek kada se spoje zajedno).

Procesi koji uključuju enzime

Većina enzima karakterizira visoka specifičnost (selektivnost) djelovanja, kada pretvorbu svakog reaktanta (supstrata) u produkt reakcije provodi poseban enzim. U tom slučaju djelovanje enzima može biti strogo ograničeno na jedan supstrat. Na primjer, enzim ureaza, koji sudjeluje u razgradnji uree na amonijak i ugljikov dioksid, ne reagira na metilureu, koja je slične strukture. Mnogi enzimi djeluju na nekoliko strukturno srodnih spojeva ili na jednu vrstu kemijske veze (primjerice, enzim fosfataze koji cijepa fosfodiestersku vezu). Enzim provodi svoje djelovanje stvaranjem kompleksa enzim-supstrat, koji se zatim razgrađuje i stvara produkte enzimske reakcije i oslobađa enzim. Kao rezultat stvaranja kompleksa enzim-supstrat, supstrat mijenja svoju konfiguraciju; u ovom slučaju, pretvorena enzimsko-kemijska veza je oslabljena i reakcija se odvija s manjim početnim utroškom energije i, prema tome, mnogo većom brzinom. Brzina enzimske reakcije mjeri se količinom supstrata pretvorenog u jedinici vremena ili količinom nastalog produkta. Mnoge enzimske reakcije, ovisno o koncentraciji supstrata i produkta reakcije u mediju, mogu se odvijati i u pravom i u obrnutom smjeru (višak supstrata pomiče reakciju prema stvaranju produkta, dok kod prekomjernog nakupljanja kasnije će doći do sinteze supstrata). To znači da enzimske reakcije mogu biti reverzibilne. Na primjer, karboanhidraza u krvi pretvara ugljični dioksid koji dolazi iz tkiva u ugljičnu kiselinu (H2CO3), au plućima, naprotiv, katalizira pretvorbu ugljične kiseline u vodu i ugljični dioksid, koji se uklanjaju tijekom izdisaja. Međutim, treba imati na umu da enzimi, poput drugih katalizatora, ne mogu pomaknuti termodinamičku ravnotežu kemijske reakcije, već samo značajno ubrzati postizanje te ravnoteže.

Nomenklatura naziva enzima

Kada imenujete enzim kao bazu, uzmite naziv supstrata i dodajte sufiks "aza". Tako su se, osobito, pojavile proteinaze - enzimi koji razgrađuju bjelančevine (bjelančevine), lipaze (razgrađuju lipide ili masti) itd. Neki su enzimi dobili posebna (trivijalna) imena, npr. probavni enzimi - pepsin, kimotripsin i tripsin. .

U stanicama tijela odvija se nekoliko tisuća različitih metaboličkih reakcija, pa stoga postoji i isti broj enzima. Kako bi se takva raznolikost unijela u sustav, donesen je međunarodni sporazum o klasifikaciji enzima. U skladu s tim sustavom, svi enzimi, ovisno o vrsti reakcija koje kataliziraju, podijeljeni su u šest glavnih klasa, od kojih svaka uključuje nekoliko podklasa. Uz to, svaki je enzim dobio četveroznamenkasti kodni broj (šifru) i naziv koji označava reakciju koju enzim katalizira. Enzimi koji kataliziraju istu reakciju u organizmima različitih vrsta mogu se značajno razlikovati po strukturi proteina, ali u nomenklaturi imaju zajedničko ime i jedan kodni broj.

Bolesti povezane s poremećenom proizvodnjom enzima

Nedostatak ili smanjenje aktivnosti bilo kojeg enzima (često prekomjerna aktivnost) kod ljudi dovodi do razvoja bolesti (enzimopatije) ili smrti tijela. Dakle, nasljedna bolest djece - galaktozemija (dovodi do mentalne retardacije) - razvija se kao posljedica kršenja sinteze enzima odgovornog za pretvaranje galaktoze u lako probavljivu glukozu. Uzrok druge nasljedne bolesti - fenilketonurije, popraćene poremećajem mentalne aktivnosti, je gubitak sposobnosti stanica jetre da sintetiziraju enzim koji katalizira pretvorbu aminokiseline fenilalanina u tirozin. Određivanje aktivnosti mnogih enzima u krvi, urinu, cerebrospinalnoj, sjemenoj i drugim tjelesnim tekućinama koristi se za dijagnosticiranje niza bolesti. Pomoću ove analize krvnog seruma moguće je u ranoj fazi otkriti infarkt miokarda, virusni hepatitis, pankreatitis, nefritis i druge bolesti.

Ljudska upotreba enzima

Budući da enzimi zadržavaju svoja svojstva izvan tijela, uspješno se koriste u raznim industrijama. Na primjer, proteolitički enzim papaje (iz soka papaje) - u pivarstvu, za omekšavanje mesa; pepsin - u proizvodnji "gotovih" žitarica i kao lijek; tripsin - u proizvodnji proizvoda za dječju hranu; rennin (sirilo iz želuca teleta) – u sirarstvu. Katalaza se široko koristi u industriji hrane i gume, a celulaze i pektidaze koje razgrađuju polisaharide koriste se za bistrenje voćnih sokova. Enzimi su nužni u uspostavljanju strukture bjelančevina, nukleinskih kiselina i polisaharida, u genetskom inženjeringu itd. Uz pomoć enzima dobivaju se lijekovi i složeni kemijski spojevi.

Otkrivena je sposobnost nekih oblika ribonukleinskih kiselina (ribozima) da kataliziraju pojedinačne reakcije, odnosno da djeluju kao enzimi. Možda su tijekom evolucije organskog svijeta ribozimi služili kao biokatalizatori prije nego što je enzimska funkcija prenesena na proteine ​​koji su bolje prikladni za obavljanje ove zadaće.