Visi dzīvie organismi uz Zemes ir atvērtas sistēmas, kas spēj aktīvi organizēt enerģijas un vielas piegādi no ārpuses. Enerģija ir nepieciešama dzīvībai svarīgu procesu veikšanai, bet galvenokārt to vielu ķīmiskajai sintēzei, ko izmanto šūnu un ķermeņa struktūru veidošanai un atjaunošanai. Dzīvās būtnes spēj izmantot tikai divu veidu enerģiju: gaisma(saules starojuma enerģija) un ķīmiska(ķīmisko savienojumu saišu enerģija) - pamatojoties uz to, organismus iedala divās grupās - fototrofos un ķīmijtrofos.

Galvenais strukturālo molekulu avots ir ogleklis. Atkarībā no oglekļa avotiem dzīvos organismus iedala divās grupās: autotrofos, kas izmanto neorganisko oglekļa avotu (oglekļa dioksīdu), un heterotrofos, kas izmanto organiskā oglekļa avotus.

Tiek saukts enerģijas un matērijas patērēšanas process ēdiens. Ir zināmas divas uztura metodes: holozoiskā - ar pārtikas daļiņu uztveršanu ķermeņa iekšienē un holofītiskā - bez uztveršanas, caur izšķīdušo barības vielu uzsūkšanos caur ķermeņa virsmas struktūrām. Uzturvielas, kas nonāk organismā, ir iesaistītas vielmaiņas procesos.

Metabolisms ir savstarpēji saistītu un līdzsvarotu procesu kopums, kas ietver dažādas ķīmiskās pārvērtības organismā. Sintēzes reakcijas, kas tiek veiktas ar enerģijas patēriņu, veido anabolisma (plastiskās metabolisma vai asimilācijas) pamatu.

Pamatu veido sadalīšanas reakcijas, ko pavada enerģijas izdalīšanās katabolisms(enerģijas apmaiņa vai disimilācija).

1. ATP nozīme metabolismā

Organisko vielu sadalīšanās laikā izdalīto enerģiju šūna neizmanto uzreiz, bet gan uzkrājas augstas enerģijas savienojumu veidā, parasti adenozīna trifosfāta (ATP) formā. Pēc ķīmiskās būtības ATP ir mononukleotīds un sastāv no slāpekļa bāzes adenīna, ogļhidrātu ribozes un trim fosforskābes atlikumiem.

ATP hidrolīzes laikā izdalīto enerģiju šūna izmanto visu veidu darbu veikšanai. Ievērojams enerģijas daudzums tiek tērēts bioloģiskajai sintēzei. ATP ir universāls šūnu enerģijas avots. ATP piegāde šūnā ir ierobežota un tiek papildināta fosforilēšanās procesa dēļ, kas notiek dažādos ātrumos elpošanas, fermentācijas un fotosintēzes laikā. ATP atjaunojas ārkārtīgi ātri (cilvēkiem vienas ATP molekulas dzīves ilgums ir mazāks par 1 minūti).

2. Enerģijas vielmaiņa šūnā. ATP sintēze

ATP sintēze notiek visu organismu šūnās fosforilēšanās procesā, t.i. neorganiskā fosfāta pievienošana ADP. Enerģija ADP fosforilēšanai rodas enerģijas metabolisma laikā. Enerģijas vielmaiņa jeb disimilācija ir organisko vielu sadalīšanās reakciju kopums, ko pavada enerģijas izdalīšanās. Atkarībā no biotopa disimilācija var notikt divos vai trīs posmos.

Lielākajā daļā dzīvo organismu - aerobos, kas dzīvo skābekļa vidē - disimilācijas laikā tiek veikti trīs posmi: sagatavošanās, bezskābekļa, skābekļa. Anaerobos, kas dzīvo vidē, kurā trūkst skābekļa, vai aerobos ar skābekļa trūkumu, disimilācija notiek tikai pirmajos divos posmos, veidojot starpposma organiskos savienojumus, kas joprojām ir bagāti ar enerģiju.

Pirmais posms - sagatavošanās - sastāv no sarežģītu organisko savienojumu fermentatīvās sadalīšanas vienkāršākos (olbaltumvielas aminoskābēs; polisaharīdi monosaharīdos; nukleīnskābes nukleotīdos). Organisko vielu intracelulāra sadalīšanās notiek lizosomu hidrolītisko enzīmu ietekmē. Šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek izkliedēta siltuma veidā, un iegūtās mazās organiskās molekulas var tālāk sadalīties, un šūna tās var izmantot kā “celtniecības materiālu” savu organisko savienojumu sintēzei.

Otrais posms – nepilnīga oksidēšanās – notiek tieši šūnas citoplazmā, tai nav nepieciešama skābekļa klātbūtne un sastāv no turpmākas organisko substrātu sadalīšanās. Galvenais enerģijas avots šūnā ir glikoze. Nepilnīgu glikozes sadalīšanos bez skābekļa sauc par glikolīzi.

Trešais posms - pilnīga oksidēšana - notiek ar obligātu skābekļa piedalīšanos. Tā rezultātā glikozes molekula tiek sadalīta neorganiskā oglekļa dioksīdā, un šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek daļēji tērēta ATP sintēzei.

3. Plastmasas apmaiņa

Plastiskā vielmaiņa jeb asimilācija ir reakciju kopums, kas nodrošina sarežģītu organisko savienojumu sintēzi šūnā. Heterotrofie organismi paši veido organiskās vielas no bioloģiskās pārtikas sastāvdaļām. Heterotrofā asimilācija būtībā ir samazināta līdz molekulu pārkārtošanai.

Pārtikas organiskās vielas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti) --> gremošana --> vienkāršas organiskās molekulas (aminoskābes, taukskābes, monosaharīdi) --> bioloģiskā sintēze --> organisma makromolekulas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti)

Autotrofiskie organismi spēj pilnīgi neatkarīgi sintezēt organiskās vielas no neorganiskām molekulām, ko patērē no ārējās vides. Autotrofās asimilācijas procesā foto- un ķīmiskās sintēzes reakcijas, kas nodrošina vienkāršu organisko savienojumu veidošanos, notiek pirms makromolekulu bioloģiskās sintēzes:

Neorganiskās vielas (oglekļa dioksīds, ūdens) --> fotosintēze, ķīmiskā sintēze --> vienkāršas organiskās molekulas (aminoskābes, taukskābes, monosaharīdi) -----bioloģiskās sintēzes --> Ķermeņa makromolekulas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti)

4. Fotosintēze

Fotosintēze ir organisko savienojumu sintēze no neorganiskiem, izmantojot šūnas enerģiju. Galvenā loma fotosintēzes procesos ir fotosintēzes pigmentiem, kuriem ir unikāla īpašība uztvert gaismu un pārvērst tās enerģiju ķīmiskajā enerģijā. Fotosintētiskie pigmenti ir diezgan liela olbaltumvielām līdzīgu vielu grupa. Galvenais un vissvarīgākais enerģijas ziņā ir pigments. hlorofils a, kas atrodams visos fototrofos, izņemot fotosintētiskās baktērijas. Fotosintētiskie pigmenti ir iestrādāti plastidu iekšējā membrānā eikariotos vai citoplazmas membrānas invaginācijās prokariotos.

Fotosintēzes procesā papildus monosaharīdiem (glikozei u.c.), kurus augs pārvērš cietē un uzglabā, tiek sintezēti arī citu organisko savienojumu monomēri - aminoskābes, glicerīns un taukskābes. Tādējādi, pateicoties fotosintēzei, augu šūnas jeb, precīzāk, hlorofilu saturošās šūnas, nodrošina sevi un visas dzīvās būtnes uz Zemes ar nepieciešamajām organiskajām vielām un skābekli.

5. Ķīmijsintēze

Ķīmisintēze ir arī organisko savienojumu sintezēšanas process no neorganiskiem, taču tas tiek veikts nevis uz gaismas enerģijas rēķina, bet gan uz ķīmiskās enerģijas rēķina, kas iegūta neorganisko vielu (sēra, sērūdeņraža, dzelzs, amonjaka, nitrīts utt.). Nozīmīgākās ir nitrificējošās, dzelzs un sēra baktērijas.

Oksidācijas reakciju laikā atbrīvoto enerģiju baktērijas uzglabā ATP formā un izmanto organisko savienojumu sintēzei. Ķīmisintētiskajām baktērijām ir ļoti svarīga loma biosfērā. Tie piedalās notekūdeņu attīrīšanā, veicina minerālvielu uzkrāšanos augsnē un palielina augsnes auglību.

DNS - biopolimērs, mikromolekula, polinukleotīds, -manomērs-nukleotīds Slāpekļa bāzes - dezoksiriboze - fosforskābes atlikums Slāpekļa bāzes: adenīns, timīns, guanīns, citozīns - RNS divpavedienu struktūra - biopolimērs, makromolekula, manogēna polinukleotīds, - polinukleotīds - Riboze - Fosforskābes atlikums Slāpekļa bāzes: adenīns, uracils, guanīns, citozīns. RNS molekula ir vienpavediena. Funkcijas: DNS - ģenētiskās informācijas uzglabāšana RNS - ģenētiskās informācijas pārraide

Kodolā tiek sintezēta Messenger RNS, kas satur informāciju par olbaltumvielu molekulu primāro struktūru. Izejot cauri kodola membrānas porām, mRNS tiek nosūtīta uz ribosomām, kur tiek atšifrēta ģenētiskā informācija - pārtulkota no nukleotīdu valodas uz aminoskābju valodu.

Aminoskābes, no kurām tiek sintezēti proteīni, tiek nogādātas ribosomās, izmantojot īpašas RNS, ko sauc par pārneses RNS (t-RNS). t-RNS trīs nukleotīdu secība ir komplementāra ar i-RNS kodona nukleotīdiem. Šo nukleotīdu secību tRNS struktūrā sauc par antikodonu. Katra t-RNS piesaista noteiktu aminoskābi, izmantojot fermentus un izmantojot ATP. Šis ir pirmais sintēzes posms.

Lai aminoskābe tiktu iekļauta olbaltumvielu ķēdē, tai ir jāatdalās no tRNS. Otrajā olbaltumvielu sintēzes posmā tRNS darbojas kā tulks no nukleotīdu valodas uz aminoskābju valodu. Šis tulkojums notiek ribosomā. Tajā ir divas sadaļas: vienā t-RNS saņem komandu no mRNS - antikodons atpazīst kodonu, otrā tiek izpildīta pavēle ​​- aminoskābe tiek norauta no t-RNS.

Trešais olbaltumvielu sintēzes posms ir tāds, ka enzīma sintetāze piesaista aminoskābi, kas atdalīta no tRNS, augošajai proteīna molekulai. Messenger RNS nepārtraukti slīd gar ribosomu, katrs triplets vispirms iekrīt pirmajā sadaļā, kur to atpazīst tRNS antikodons, pēc tam uz otro sekciju. Šeit nonāk arī t-RNS ar tai pievienotu aminoskābi; šeit aminoskābes tiek atdalītas no t-RNS un savienotas viena ar otru tādā secībā, kurā viens pēc otra seko tripleti.

Kad ribosomā pirmajā sadaļā parādās viens no trim tripletiem, kas ir pieturzīmes starp gēniem, tas nozīmē, ka proteīnu sintēze ir pabeigta. Gatavā olbaltumvielu ķēde atstāj ribosomu. Olbaltumvielu sintēzes process prasa daudz enerģijas. Katras aminoskābes savienošanai ar t-RNS ir nepieciešama vienas ATP molekulas enerģija.

Lai palielinātu olbaltumvielu ražošanu, mRNS bieži vien vienlaikus iziet cauri nevis vienai, bet vairākām ribosomām pēc kārtas. Šādu struktūru, ko vieno viena mRNS molekula, sauc par polisomu. Uz katras ribosomas konveijerā, kas ir līdzīgs pērlīšu virtei, secīgi tiek sintezētas vairākas identisku proteīnu molekulas.

Olbaltumvielu sintēzi uz ribosomām sauc par translāciju. Olbaltumvielu molekulu sintēze notiek nepārtraukti un notiek lielā ātrumā: vienā minūtē veidojas no 50 līdz 60 tūkstošiem peptīdu saišu. Vienas proteīna molekulas sintēze ilgst tikai 3-4 sekundes. Katrs biosintēzes posms tiek katalizēts ar atbilstošu enzīmu palīdzību un tiek piegādāts ar enerģiju, sadaloties ATP. Sintezētie proteīni iekļūst endoplazmatiskā tīklveida kanālos, pa kuriem tie tiek transportēti uz noteiktām šūnas daļām.

Augu šūna kā osmotiska sistēma

Augu šūna ir osmotiska sistēma. Vakuola šūnu sula ir ļoti koncentrēts šķīdums. Šūnu sulas osmotisko spiedienu apzīmē -.

Lai iekļūtu vakuolā, ūdenim ir jāiziet cauri šūnas sieniņai, plazmalemmai, citoplazmai un tonoplastam. Šūnu siena ir ļoti ūdens caurlaidīga. Plazlamemmai un tonoplastam ir selektīva caurlaidība. Tāpēc augu šūnu var uzskatīt par osmotisku sistēmu, kurā plazmas membrāna un tonoplasts ir daļēji caurlaidīga membrāna, bet vakuola ar šūnu sulu ir koncentrēts šķīdums. Tāpēc, ja šūna tiek ievietota ūdenī, tad ūdens, saskaņā ar osmozes likumiem, sāks ieplūst šūnā.

Spēku, ar kādu ūdens nonāk šūnā, sauc par sūkšanas spēku - S.

Tas ir identisks ūdens potenciālam.

Ūdenim nonākot vakuolā, palielinās tā tilpums, ūdens atšķaida šūnu sulu, un šūnu sienas sāk izjust spiedienu. Šūnu sieniņai ir noteikta elastība un tā var izstiepties.

Palielinoties vakuola tilpumam, citoplazma tiek nospiesta pret šūnas sieniņu un uz šūnas sieniņas rodas turgora spiediens (P). Tajā pašā laikā vienāds pretspiediena daudzums no šūnas sienas uz protoplastu rodas no šūnas sienas. Šūnas sienas pretspiedienu sauc par spiediena potenciālu (-P).

Tādējādi sūkšanas spēka S lielumu nosaka šūnas sulas osmotiskais spiediens un šūnas P turgora hidrostatiskais spiediens, kas ir vienāds ar šūnas sienas pretspiedienu, kas rodas, to izstiepjot -P.

S = - P vai - - .

Ja augs atrodas pietiekama augsnes un gaisa mitruma apstākļos, tad šūnas atrodas pilnīga turgora stāvoklī. Kad šūna ir pilnībā piesātināta ar ūdeni (turgescent), tad tās sūkšanas spēks ir nulle S = 0, un turgora spiediens ir vienāds ar potenciālo osmotisko spiedienu P =.

Ja augsnē trūkst mitruma, ūdens trūkums vispirms rodas šūnu sieniņā. Šūnas sienas ūdens potenciāls kļūst zemāks nekā vakuolā, un ūdens no vakuolas sāk pārvietoties šūnas sieniņā. Ūdens aizplūšana no vakuolas samazina turgora spiedienu šūnās un palielina to sūkšanas spēku. Ar ilgstošu mitruma trūkumu lielākā daļa šūnu zaudē turgoru, un augs sāk nokalst, zaudējot elastību un tvirtumu. Šajā gadījumā turgora spiediens P = 0 un sūkšanas spēks S =

Ja ļoti liela ūdens zuduma dēļ turgora spiediens nokrītas līdz nullei, lapa pilnībā nokalst. Turpmāks ūdens zudums novedīs pie šūnas protoplasta nāves. Pielāgošanās īpašība pēkšņam ūdens zudumam ir strauja stomatu aizvēršanās, kad trūkst mitruma.

Šūnas var ātri atjaunot turgoru, ja augs saņem pietiekami daudz ūdens vai naktī, kad augs saņem pietiekami daudz ūdens no augsnes. Un arī laistīšanas laikā.

Ūdens potenciāls; vienāds ar 0 tīram ūdenim; vienāds ar 0 vai negatīvs šūnām.

Osmotiskais potenciāls vienmēr ir negatīvs

Spiediena potenciāls; parasti pozitīvs dzīvās šūnās (šūnās, kuru saturs ir zem spiediena), bet negatīvs ksilēma šūnās (kurās veidojas ūdens spriegums).

Kopējais darbības rezultāts

Ar pilnu turgoru

Sākotnējās plazmolīzes laikā

Ja jūs ievietojat šūnu hipertoniskā šķīdumā ar zemāku ūdens potenciālu, ūdens sāk iziet no šūnas ar osmozes palīdzību caur plazmas membrānu. Pirmkārt, ūdens pametīs citoplazmu, pēc tam caur tonoplastu no vakuolas. Šūnas dzīvais saturs, protoplasts, saraujas un atpaliek no šūnas sienas. Notiek process plazmolīze. Telpu starp šūnas sieniņu un protoplastu piepilda ar ārēju šķīdumu. Šādu šūnu sauc par plazmolizētu. Ūdens pametīs šūnu, līdz protoplasta ūdens potenciāls kļūst vienāds ar apkārtējā šķīduma ūdens potenciālu, pēc kura šūna pārstāj sarukt. Šis process ir atgriezenisks, un šūna nesaņem bojājumus.

Ja šūnu ievieto tīrā ūdenī vai hipotoniskā šķīdumā, tiek atjaunots šūnas turgora stāvoklis un process deplazmolīze.

Ūdens trūkuma apstākļos jaunos audos straujš ūdens zuduma pieaugums noved pie tā, ka šūnas turgora spiediens kļūst negatīvs un protoplasts, sarukt apjomā, neatdalās no šūnas sienas, bet velk to sev līdzi. . Šūnas un audi saraujas. Šo fenomenu sauc citorhiz.

Vielu un enerģijas vielmaiņa (metabolisms) notiek visos ķermeņa līmeņos: šūnu, audu un organisma. Tas nodrošina organisma iekšējās vides – homeostāzes – noturību nepārtraukti mainīgos eksistences apstākļos. Šūnā vienlaikus notiek divi procesi – plastiskā vielmaiņa (anabolisms jeb asimilācija) un enerģijas metabolisms (fatabolisms vai disimilācija).

Plastiskā apmaiņa ir visu sintēzes procesu kopums, kad no vienkāršām vielām veidojas sarežģītas vielas, vienlaikus iztērējot enerģiju.

Enerģijas vielmaiņa ir visu šķelšanās procesu kopums, kad sarežģītas vielas veidojas vienkāršās un atbrīvojas enerģija.

Homeostāzi uztur līdzsvars starp plastmasas un enerģijas metabolismu. Ja šis līdzsvars tiek izjaukts, tad organismā vai tā daļā rodas patoloģijas (slimības).

Metabolisms notiek normālā temperatūrā, spiedienā un noteiktā pH vidē

11.Enerģijas vielmaiņa šūnā.

Enerģijas vielmaiņa ir ķīmisko reakciju kopums pakāpeniskai organisko savienojumu sadalīšanai, ko papildina enerģijas izdalīšanās, kuras daļa tiek tērēta ATP sintēzei. Sintezētais ATP kļūst par universālu enerģijas avotu organismu dzīvībai.

Enerģijas metabolisma posmi:

1. Preparāts - uz tā kompleksās vielas sadalās vienkāršās, piemēram, polisaharīdi monosaharīdos. Šis posms notiek citoplazmā un atbrīvo enerģiju, bet tāpēc ļoti maz enerģijas tiek izkliedēts kā siltums.

2. Bez skābekļa - lizosomās šajā posmā turpinās vielu sadalīšanās vienkāršākos bez skābekļa līdzdalības ar divu ATP molekulu izdalīšanos

3. Skābeklis - tas turpina vielu sadalīšanos ar skābekļa piedalīšanos līdz gala produktiem (oglekļa dioksīds un ūdens) ar 36 ATP izdalīšanos. Šis process notiek mitohondrijās.

Šūnu uzturs. Ķīmijsintēze

Šūnu barošanās notiek sarežģītu ķīmisku reakciju virknes rezultātā, kuru laikā vielas, kas šūnā nonāk no ārējās vides (oglekļa dioksīds, minerālsāļi, ūdens) nonāk pašas šūnas ķermenī proteīnu, cukuru, tauku veidā. , eļļas, slāpeklis un fosfors.savienojumi.

Visus dzīvos organismus var iedalīt 2 grupās:

1. Autotrofiskais uztura veids - tie ietver organismus, kas paši sintezē organiskos savienojumus no neorganiskiem.

2 autotrofu veidi:

Fotosintētika ir autotrofi, kas izmanto saules gaismas enerģiju (augi, zilaļģes, vienšūņi)

Ķīmisintētika ir organismi, kas izmanto ķīmisko saišu enerģiju. Šis tips ietver gandrīz visas baktērijas (slāpekļa fiksatorus, sēra baktērijas, dzelzs baktērijas)

Ķīmijsintēzi atklāja Vinogradovs.

Ķīmijsintēze ir autotrofiskas uztura metode, kurā enerģijas avots organisko vielu sintēzei no CO2 ir neorganisko savienojumu oksidācijas reakcijas. Šo enerģijas iegūšanas iespēju izmanto tikai baktērijas vai arhejas.

2. Heterotrofiskais uztura veids - raksturīgs organismiem, kas barojas ar gataviem organiskiem savienojumiem.

Soprofīti ir heterotrofi, kas barojas ar mirušiem audiem vai organismiem (vārnas, grifi, hiēnas..)

Augu ēšana - heterotrofi, kas ēd augu organismus (zālēdājus)

Plēsēji (plēsēji) ir heterotrofi, kas ķer un ēd citus organismus (kukaiņēdājus)

Visēdāji - ēd augu un dzīvnieku pārtiku

3. Mixotrofiskais barošanas veids - apvieno autotrofiskos un heterotrofos uztura veidus (saules rasa, zaļā eiglēna)

Fotosintēze

Fotosintēze ir sarežģīts neorganisko vielu veidošanās process, izmantojot saules gaismas enerģiju. Galvenais fotosintēzes orgāns ir lapa, jo tajā ir visvairāk hloroplastu un tās forma ir vispiemērotākā saules gaismas uztveršanai.

Fotosintēzes fāzes:

1. Gaismas fāze – ietver 2 galvenos procesus: ūdens fotolīzi un neciklisko fosforilēšanos.

Tilakoīdi ir saplacināti membrānas maisiņi, uz kuriem atrodas hlorofila pigmenti un īpašs elektronu nesējs, ko sauc par citohromu.

Uz tilakoīdiem ir izvietotas 2 foto sistēmas:

Photosystem 1 satur hlorofilu a1, kas uztver gaismas kvantu ar garumu 700 nanometri

Photosystem 2 satur hlorofilu a2, kas uztver gaismas kvantu, kura garums ir 680 nanometri

Kad gaismas kvants sasniedz fotosistēmu 1, hlorofila a1 elektroni tiek ierosināti un pārnesti uz tādu procesu kā ūdens fatolīze, t.i., ūdens tiek sadalīts ūdeņradi un hidroksogrupā. Vielas reducēšanai izmanto ūdeņradi. Iegūtā hidroksogrupa uzkrājas un pārvēršas ūdenī un skābeklī, kas atstāj šūnu.

Kad gaismas kvants saskaras ar 2. fotosistēmu, hlorofila elektroni tiek ierosināti gaismas ietekmē un ADP molekulai enerģijas ietekmē tiek pievienots fosforskābes atlikums, kā rezultātā veidojas ATP molekula.

Gaismas fāze notiek uz tilakodiem, kur tiek ģenerēta organisko vielu veidošanai nepieciešamā enerģija.

Tumšā fāze - notiek stromā, neatkarīgi no saules gaismas. Šeit sarežģītu reakciju gaitā oglekļa dioksīds tiek pārveidots par glikozi, izmantojot saražoto enerģiju. Šīs reakcijas sauc par Kalvina ciklu.

Ģenētiskais kods

Šī ir metode, kas raksturīga visiem dzīviem organismiem proteīnu aminoskābju secības kodēšanai, izmantojot nukleotīdu secību.

DNS var saturēt 4 slāpekļa bāzes:

Adenīns, guanīns, timīns, citozīns

DNS var kodēt 64 aminoskābes

Īpašības:

1. Deģenerācija - palielina ģenētiskās informācijas uzglabāšanas un pārraides uzticamību šūnu dalīšanās laikā

2. Specifiskums – 1 triplets vienmēr kodē tikai 1 aminoskābi

Ģenētiskais co ir universāls visiem dzīviem organismiem no baktērijām līdz cilvēkiem

15. Transkripcija un pārraide

Olbaltumvielu sintēze ietver 2 posmus:

1. Transkripcija ir informācijas transkripcija no DNS molekulas uz ziņojuma RNS

Šis process notiek kodolā, piedaloties fermentam RNS polimerāzei. Šis ferments nosaka sintēzes sākumu un beigas. Sākums ir noteikta nukleotīdu secība, ko sauc par promotoru. Beigas ir arī nukleotīdu secība, ko sauc par terminatoru.

Transkripcija sākas ar DNS molekulas sadaļas noteikšanu, no kuras informācija tiks kopēta

Pēc tam šī sadaļa tiek atritināta saskaņā ar vienas DNS virknes komplementaritātes principu un tiek veidota ziņotāja RNS. Kad DNS sintēze ir pabeigta, tā atkal griežas.

2. Translācija ir ziņotāja RNS nukleotīdu secības pārvēršana aminoskābju secībā

Pārneses RNS pārnēsā ziņojuma RNS uz ribosomu. Šeit kurjera RNS ir integrēta mazajā ribosomas apakšvienībā, bet tajā iekļaujas tikai 2 tripleti, tāpēc sintēzes laikā ziņnesis RNS pārvietojas lielajā apakšvienībā, pārneses RNS nes aminoskābes, ja aminoskābe ir piemērota, tad tā ir atdalīta no pārneses RNS un pievienota citām aminoskābēm saskaņā ar peptīdu principa savienojumiem.

Pārneses RNS atstāj ribosomu, un jaunas pārneses RNS nonāk lielajā apakšvienībā

Ja aminoskābe neatbilst informācijai mazajā apakšvienībā pēc komplementaritātes principa, tad šī transporta RNS ar aminoskābi atstāj ribosomu

Olbaltumvielu sintēzes sākumu norāda adenīns, uracils, guanīns un beidzas ar stopkadonu

Kad proteīna sintēze beidzas, proteīna primārā struktūra tiek atdalīta no ribosomas un proteīns iegūst vēlamo struktūru

Šūnu dzīves cikls

Šūnu cikls ir šūnas pastāvēšanas periods no tās veidošanās brīža, daloties mātes šūnai, līdz pašai dalīšanai vai nāvei.

Starpfāze ir dzīves cikla fāze starp divām šūnu dalīšanām. To raksturo aktīvi vielmaiņas procesi, olbaltumvielu un RNS sintēze, barības vielu uzkrāšanās šūnā, augšana un apjoma palielināšanās. Starpfāzes vidū notiek DNS dublēšanās (replikācija). Rezultātā katra hromosoma satur 2 DNS molekulas un sastāv no diviem māsu hromatīdiem, kas ir savienoti ar centromēru un veido vienu hromosomu. Šūna gatavojas dalīšanai, visas tās organellas dubultojas. Starpfāzes ilgums ir atkarīgs no šūnas veida un vidēji veido 4/5 no kopējā šūnas dzīves cikla laika. Šūnu dalīšanās. Organisma augšana notiek, daloties tā šūnām. Spēja dalīties ir vissvarīgākā šūnu dzīves īpašība. Kad šūna dalās, tā dubulto visas tās strukturālās sastāvdaļas, kā rezultātā veidojas divas jaunas šūnas. Visizplatītākā šūnu dalīšanās metode ir mitoze – netiešā šūnu dalīšanās. Mitoze ir process, kurā tiek ražotas divas meitas šūnas, kas ir identiskas sākotnējai mātes šūnai. Tas nodrošina šūnu atjaunošanos novecošanās procesa laikā. Mitoze sastāv no četrām secīgām fāzēm:

1. Profāze - hromosomu veidošanās ar diviem hromatīdiem, kodola membrānas iznīcināšana.

2.Metofāze — vārpstas veidošanās, hromosomu saīsināšana, ekvateriālās šūnas veidošanās

3. Anafāze - hromatīdu atdalīšana, to diverģence uz poliem gar vārpstas šķiedrām

4. Telofāze – vārpstas izzušana, kodolmembrānu veidošanās, hromosomu sašķelšanās.

Mitoze. Amitoze

Mitoze ir eikariotu somatisko šūnu netiešas dalīšanās process, kā rezultātā iedzimtais materiāls vispirms tiek dubultots un pēc tam vienmērīgi sadalīts starp meitas šūnām. Tas ir galvenais eikariotu šūnu dalīšanās veids. Mitozes ilgums dzīvnieku šūnās ir 30-60 minūtes, bet augu šūnās - 2-3 stundas Tas sastāv no 4 galvenajām fāzēm:

1. Profāze - sākas ar DNS ķēžu speralizāciju līdz hromosomām, tiek iznīcināti nukleoli un kodola membrāna, hromosomas sāk brīvi peldēt citoplazmā.Profāzes beigās sāk veidoties vārpsta

2. Metafāze - hromosomas atrodas stingri pie ekvatora metafāzes plāksnes veidā. Vārpstas pavedieni, kas jau ir pilnībā izveidoti, iziet cauri hromosomu centromēriem, sadalot hromosomu 2 hromatīdos

3. Anafāze – šeit vārpstas pavedieni atdalās un stiepjas līdz dažādiem hromatīda poliem. Skaldīšanās vārpsta sāk sabrukt.

4. Telofāze Šeit šūnas polos hromatīdi tiek izkliedēti, pārklāti ar kodolmembrānu, un sākas citoplazmas un pašas šūnas dalīšanās.

Mitozes rezultātā veidojas 2 identiskas diploīdas šūnas.

Kariokēze ir kodoldalījums

Citoģenēze ir citoplazmas un pašas šūnas dalīšanās

Amitoze ir tieša kodola dalīšanās, kā rezultātā veidojas šūna ar diviem kodoliem, šis veids ir raksturīgs muskuļu šūnām un saistaudiem

Tas ir nepieciešams, lai pilnībā organizētu šūnu darbu.

Ja pēkšņi šāda šūna sadalās, tad jaunajās šūnās būs nepilnīgs ģenētiskais komplekts, kas novedīs pie to nāves vai padarīs tās par patogēnu.

Mejoze

Tā ir netieša dzimumšūnu dalīšanās, kuras rezultātā veidojas 4 haploīdas meitas šūnas ar dažādiem ģenētiskiem materiāliem. Tas ir galvenais dzimumšūnu veidošanās posms.

Mejozes bioloģiskā nozīme:

1. Pateicoties mejozei, veidojas ģenētiski atšķirīgas gametas

2. Somatiskajās šūnās tiek saglabāta hromosomu diploīdā komplekta noturība

3. Pateicoties mejozei, 1 šūna rada 4 jaunas šūnas

Mejoze ietver 2 nodaļas:

Samazinājums - šī dalījuma laikā hromosomu skaits samazinās

Vienādojums - notiek tāpat kā mitoze

Starpfāze notiek tāpat kā mitoze, t.i., DNS dalīšanās šūnas kodolā dubultojas.

1 meiotiskais iedalījums

Profāze ir vissarežģītākā un garākā mejozes fāze, jo šeit parādās 2 papildu procesi.

1. Konjugācija ir homologu hromosomu cieša pieeja, kā rezultātā veidojas 4 hromatīdi, ko apvieno 1 centromērs, un šādu struktūru sauks par divvērtīgu. Tad notiek krustošanās starp hromosomām, kuras ir apvienotas divvērtīgās.

2- Crossing over - hromosomu sekciju apmaiņa. Šo procesu rezultātā notiek 1 gēna rekombinācija

Metafāze - šeit, pie šūnas ekvatora, bivalenti veido metafāzes plāksni, caur kuras centromēriem iziet arī vārpstas pavedieni

Anafāze - atšķirībā no mitozes, šeit veselas hromosomas izkliedējas uz šūnas poliem. Šeit notiek 2 gēnu rekombinācijas

Telofāze - dzīvniekiem un dažiem augiem hromosomas sāk atraisīties, polos pārklājas ar kodolmembrānu un sadalās 2 šūnās (tikai dzīvniekiem)

Augos pēc anafāzes nekavējoties notiek 2. profāze.

Starpfāze ir raksturīga tikai dzīvniekiem, atšķirībā no mitozes starpfāzes, iedzimta informācija nepalielinās

Mejozes 2. nodaļa ietver profāzi, metafāzi, telofāzi, anafāzi, kas notiek tieši tāpat kā mitozē, bet ar mazāku hromosomu skaitu.

Aseksuāla reprodukcija.

Šis ir reprodukcijas veids, kam raksturīgs:

2. Piedalās 1 indivīds

3. notiek labvēlīgos apstākļos

4. visi organismi izrādās vienādi

5. saglabā stabili nemainīgu apstākļu īpašības un raksturlielumus

Bioloģiskā nozīme:

1. nepieciešami organismu ar identiskām anatomiskām īpašībām rašanās

2. evolucionārā izteiksmē aseksuālā vairošanās nav izdevīga, bet pateicoties šai savairošanai, indivīdu skaits populācijā īsā laikā palielinās

Aseksuālās reprodukcijas veidi:

Mitotiskā dalīšanās - notiek mitozes dēļ (amoeba, aļģes, baktērijas...)

Sporulācija tiek veikta caur sporām, specializētām sēņu un augu šūnām. Ja sporai ir flagellum, tad to sauc par zoosporu un ir raksturīga ūdens videi (sporas, sēnes, ķērpji..)

Kumpings - uz mātes indivīda rodas izaugums - pumpurs (satur meitas kodolu), no kura attīstās jauns īpatnis.Pumpurs izaug un sasniedz mātes īpatņa izmēru, tikai pēc tam atdalās no tā (Hidra, rauga sēnītes, sūkšana ciliāti)

Veģetatīvs - raksturīgs daudzām augu grupām, jauns indivīds attīstās vai nu no īpašām struktūrām, vai no mātes indivīda daļas.

Dažiem daudzšūnu dzīvniekiem ir arī veģetatīvā vairošanās (sūkļi, jūras zvaigznes, plakanie tārpi)

Seksuālā reprodukcija

Raksturīgs:

Piedalās 1,2 organizācijas

2. ir iesaistītas dzimumšūnas

3. bērni izrādās dažādi

4. evolucionārā izteiksmē tas parādījās vēlāk nekā aseksuāls

5. rodas nelabvēlīgos apstākļos

Bioloģiskā nozīme:

1. pēcnācēji ir labāk pielāgojušies mainīgajiem vides apstākļiem un ir dzīvotspējīgāki

2. rodas jauni organismi

Patoģenēze (neapstrādāta reprodukcija)

Meitas organismi attīstās no neapaugļotām olām.

Patoģenēzes nozīme:

1. Vairošanās iespējama ar retiem dažādu dzimumu organismu kontaktiem

2. Nepieciešams, lai palielinātu skaitu populācijās ar augstu mirstību

3. Sezonālam skaita pieaugumam dažās populācijās

1. Obligāts (obligāts) — sastopams populācijās, kurās ir tikai mātītes (kaukāza klinšu ķirzaka)

2. Ciklisks (sezonāls) - raksturīgs laputīm, planktonam, dafnijām, sastopams populācijās, kuras histēriski izmirst noteiktā sezonā.

3. Fakultatīvs (nav obligāti) - sastopams sociālajos kukaiņos. Tēviņi parādās no neapaugļotām olām, un strādnieku kukaiņi parādās no apaugļotām olām.

Dzimumšūnu attīstība

Gametoģenēze

Gametes ir dzimumšūnas, kas saplūst, veidojot zigotu, no kuras attīstās jauns organisms.

Atšķirība starp somatiskajām šūnām un dzimumšūnām:

1 gametas satur haploīdu hromosomu komplektu, bet somatiskās - diploīdu

2. gametas nedalās, bet gan somatiskās

3. gametas, īpaši olas, kas lielākas par somatiskajām šūnām

Gametoģenēze ir dzimumšūnu veidošanās, kas notiek dzimumdziedzeros (olnīcās, sēkliniekos)

Ooģenēze ir gametoģenēze, kas notiek sievietes ķermenī un izraisa sieviešu dzimumšūnu (olšūnu) veidošanos.

Spermatoģenēze ir gametoģenēze, kas notiek vīrieša ķermenī un noved pie vīriešu gametu (spermas) veidošanās.

Gametoģenēze sastāv no vairākiem posmiem:

1. Reprodukcija. Šeit no primārajām dzimumšūnām, ko sauc par spermatogoniju un oogoniju, mitozes rezultātā palielinās nākamo gametu skaits. Spermatogonijas vīrieša ķermenī vairojas visā reproduktīvajā periodā.

Sievietes ķermenī 1. stadija notiek no 2 līdz 5 mēnešiem pēc intrauterīnās attīstības.

2. Izaugsme - primārās dzimumšūnas palielinās un pārvēršas par pirmās kārtas oocītiem un spermatocītiem. Šīs šūnas veidojas starpfāzēs. Šajā posmā sākas mejoze.

3. Nobriešana – notiek divās secīgās daļās – reducēšanā un vienādojumā. Mejozes 1.dalīšanās rezultātā veidojas otrās kārtas oocīti un spermatocīti, pēc 2.mejozes dalījuma no spermatocītiem veidojas 4 spermotīdi.

No otrās kārtas oocītiem veidojas 1 liela olšūna un 3 redukcijas ķermeņi. Tas ir saistīts ar to, ka visa enerģija un barības vielas aiziet uz 1 lielas gametas veidošanos un atlikušo 3 šūnu veidošanai nepietiek spēka.

Tāpēc reprodukcijas kodā tiek sadalīti 3 reducēšanas ķermeņi

4. Veidošanās - šajā posmā aug, attīstās spermatīdi, t.i., pilnībā izveidojušās dzimumšūnas, iegūst kauliņu un pieauguša dzimumšūnas formu. Spermatīdus ražo no spermatozoīdiem.

Spermatozoīdus veido galva, kakls un aste.

Ola ir līdzīga somatiskajai šūnai, tikai tā ir lielāka izmēra un tai ir papildu membrānas.

Mēslošana

Tas ir dzimumšūnu saplūšanas process, kā rezultātā veidojas zigota - šī ir pirmā jauna organisma šūna

1. Ārējā - ar šāda veida apaugļošanu mātīte atliek spēlēšanos, un vīrietis viņu dzirdina ar sēklu šķidrumu. Šis tips sastopams tikai ūdens vidē. Nav nepieciešamas īpašas reproduktīvās struktūras, tiek ražots liels daudzums iedzimtības materiāla un pēcnācēju izdzīvošanas rādītājs ir minimāls.

2. Iekšējais - šajā tipā vīriešu reproduktīvās šūnas tiek ievietotas sievietes reproduktīvajā traktā. Šim tipam ir nepieciešamas īpašas reproduktīvās struktūras. Tiek ražots mazāk iedzimtības materiāla. Palielinās pēcnācēju izdzīvošanas rādītājs. Tiklīdz vīrišķās reproduktīvās šūnas nonāk mātītes reproduktīvajā traktā, tās mērķtiecīgi virzās uz olšūnu, vienam no spermatozoīdiem iekļūstot olšūnā, tās membrānas kļūst blīvākas un kļūst nepieejamas citiem spermatozoīdiem. Tas ir nepieciešams, lai saglabātu organismu diploiditāti.

Dubultā mēslošana

Raksturīgs tikai segsēkļiem. Putekšņos primārās vīriešu dzimumšūnas dalās ar mejozi, veidojot 4 mikrosporas, katra mikrospora atkal tiek sadalīta 2 šūnās (veģetatīvā un ģeneratīvā)

Šīs šūnas ir pārklātas ar dubultu membrānu, veidojot ziedputekšņu graudus

Pieslājā no primārās sievišķās šūnas meiozes ceļā veidojas 1 megaspora, un 3 šūnas iet bojā. Iegūtā megaspora joprojām tiek sadalīta 2 šūnās, 1 ieņem centrālo vietu sporā, bet 2 iet uz leju.

Ziedputekšņu graudi nokrīt uz pūtītes stigmas, veģetatīvā šūna uzdīgst, veidojot putekšņu caurulīti uz olnīcu. Ģeneratīvā šūna nolaižas pa šo cauruli un sadalās 2 spermās. 1 spermatozoīds apaugļo centrālo šūnu, no kuras veidojas endosperma.

2 spermas apaugļo otro šūnu, no kuras attīstās embrijs.

Ontoģenēze

Tā ir zigotas (organisma) individuālā attīstība līdz tās nāvei. Šo terminu 1866. gadā izveidoja Ernests Hekels

Zīdītājiem otnoģenēzi regulē nervu un endokrīnās sistēmas

1. Kāpurs - šajā tipā, iznākot no olu čaumalām, organisms kādu laiku paliek kāpura stadijā, pēc tam piedzīvo metamorfozi (pārvēršas par pieaugušo)

2. Oviparous - ar šāda veida attīstību organisms ilgstoši saglabājas olu membrānās un nav kāpura stadijas

3. Intrauterīnā - šeit ķermeņa attīstība notiek mātes ķermeņa iekšienē

Ontoģenēzes periodi:

1. Embrionāls (intrauterīns) no ieņemšanas līdz dzimšanai

2. Postembryonic - no dzimšanas līdz nāvei

Embrionālais periods

3 attīstības posmi

1. Sasmalcināšana

Sākas dažas stundas pēc apaugļošanas. Šeit zigota sāk mitotiski sadalīties 2 šūnās( blastomēri).Šīs šūnas neatšķiras un neaug. Tad šīs šūnas atkal sadalās un veido 4 šūnas, un tas turpinās līdz veidojas 32 šūnas, līdz veidojas morula - tas ir embrijs, kas sastāv no 32 mazām šūnām, kas atgādina aveņu un ir zigotas lielumā.

Šī morula gar olšūnu nolaižas dzemdes dobumā un implantējas tās sieniņā. Tas notiek 6 stundas pēc apaugļošanas.

Tad morulas šūnas turpina dalīties un veidojas blastula - tas ir embrijs, kas sastāv no vairākiem simtiem šūnu, kas atrodas 1 slānī.Blastulai ir dobums un tās izmērs ir tāds pats kā zigotai.

2. Gastrulācija

Satur blastulu un gastrulu

Blastula turpina dalīties, un vienā galā šūnu dalīšanās ir intensīvāka. Tas noved pie šo šūnu invaginācijas blastulā, t.i., veidojas gastrula

Gastrula ir divslāņu embrijs ar primāro muti, kas zīdītājiem un augstākiem organismiem attīstības laikā pārvēršas par tūpļa atveri. Un īstā mute veidojas otrā galā. Gastrulas dobums ir primārā šūna.

Šūnu ārējais slānis ir ektoderma (1 dīgļa slānis)

Šūnu iekšējais slānis ir endoderma (2 iepakojuma loksnes)

Tad starp ektodermu un endodermu primārās mutes abos galos simetriski veidojas 3 dīgļu slāņi (mezoderma).

3.Organoģenēze

Šajā stadijā veidojas neirula, uz embrija muguras daļas ārējais šūnu slānis veido rievu, kas aizveras un veido nervu caurulīti. Paralēli šim procesam no endodermas veidojas zarnu caurule. Un no mezodermas veidojas notohorda. No ektodermas veidojas nervu sistēma un maņu orgāni, kā arī morgas epitēlijs un tā atvasinājumi (mati, nagi).

endoderms - veido gremošanas sistēmu un gremošanas dziedzerus, elpošanas sistēmu un vairogdziedzeri.

4. Mezoderma

Tiek veidota muskuļu un skeleta sistēma, asinsrites, ekskrēcijas un reproduktīvās sistēmas.

Postembrionālais periods

Pēcembrionālā attīstība var notikt divos veidos:

Tieša un netieša: ar pilnīgu un nepilnīgu transformāciju

Tieša attīstība ir raksturīga putniem, zivīm, zīdītājiem un cilvēkiem. Jauns indivīds, piedzimstot un iznākot no olu čaumalām, ir līdzīgs pieaugušam indivīdam, bet pēc izmēra, ar dažādām proporcijām, ar nepietiekami attīstītu nervu un reproduktīvo sistēmu, un var atšķirties arī apvalks.

Pēcembrionālās attīstības laikā nervu un reproduktīvā sistēma attīstās tālāk. Vāks mainās, un ķermenis tiek apmācīts un izglītots.

Netiešā attīstība - ar šo tipu kāpuru stadija ir sastopama pēcembrionālajā attīstībā. Kāpuram ir maz līdzības vai nav nekādas līdzības ar pieaugušo. Viņa intensīvi aug, attīstās un ēd daudz pārtikas.

Ar šāda veida netiešu attīstību organisms, iznākot no olas, iziet cauri kāpura stadijai, kas pārvērtīsies par kūniņu un kāpurs pilnībā sabruks organiskos savienojumos, no kuriem tiks uzbūvēts jauns organisms.Pieaugušs indivīds (imago) iznāk no zīlītes.

ola-larva-pupa-imago

Abinieki un daži kukaiņi attīstās ar nepilnīgu transformāciju

Šeit nav zīlīšu, un kāpuru stadijā notiek metamorfoze.

Olu-larva-pieaugušo

26. Cilvēka stāvoklis dzīvnieku pasaules sistēmā.

Vielas agregāti: ciets, šķidrs un gāzveida. Kristāliskie un amorfie stāvokļi. Kristāla režģi

Bioloģija. Vispārējā bioloģija. 10. klase. Pamatlīmenis Sivoglazovs Vladislavs Ivanovičs

16. Vielmaiņa un enerģijas pārveide. Enerģijas apmaiņa

Atcerieties!

Kas ir vielmaiņa?

No kādiem diviem savstarpēji saistītiem procesiem tas sastāv?

Kur cilvēka organismā notiek lielākā daļa no pārtikas iegūto organisko vielu sadalīšanās?

Metabolisms un enerģija. Jebkura organisma dzīves galvenais nosacījums ir vielu un enerģijas apmaiņa ar vidi. Katrā šūnā nepārtraukti notiek sarežģīti procesi, kuru mērķis ir uzturēt un nodrošināt normālu pašas šūnas un organisma darbību kopumā. Tiek sintezēti sarežģīti lielmolekulārie savienojumi: no aminoskābēm veidojas olbaltumvielas, no vienkāršiem cukuriem veidojas polisaharīdi, no nukleotīdiem veidojas nukleīnskābes. Šūnas dalās un veido jaunus organellus, no šūnas un iekšā tiek aktīvi transportētas dažādas vielas. Elektriskie impulsi tiek pārraidīti pa nervu šķiedrām, muskuļi saraujas, tiek uzturēta nemainīga ķermeņa temperatūra - tas viss, kā arī daudzi citi organismā notiekošie procesi, prasa enerģiju. Šo enerģiju rada organisko vielu sadalīšanās. Augstmolekulāro savienojumu šķelšanās reakciju kopums, ko pavada enerģijas izdalīšanās un uzglabāšana, zvanīja enerģijas metabolisms vai disimilācija . Enerģija galvenokārt tiek uzkrāta universāla energoietilpīga savienojuma - ATP - veidā.

Adenozīna trifosforskābe (ATP) ir nukleotīds, kas sastāv no slāpekļa bāzes (adenīna), ribozes cukura un trīs fosforskābes atlikumiem (53. att.). ATP ir galvenā šūnas enerģijas molekula, sava veida enerģijas akumulators. Visus procesus dzīvajos organismos, kuriem nepieciešams enerģijas patēriņš, pavada ATP molekulas pārvēršana par ADP (adenozīndifosforskābi). Izvadot fosforskābes atlikumu, izdalās liels enerģijas daudzums - 40 kJ/mol. ATP molekulā ir divas šādas augstas enerģijas (tā sauktās augstas enerģijas) saites. ATP struktūras atjaunošana no ADP un fosforskābes notiek mitohondrijās, un to pavada enerģijas absorbcija.

Organisko vielu krājumi, ko organisms izmanto enerģijas iegūšanai, ir nepārtraukti jāpapildina vai nu ar pārtiku, kā tas notiek dzīvniekiem, vai ar sintēzi no neorganiskām vielām (augiem). Visu dzīvajos organismos notiekošo biosintētisko procesu kopums, sauca plastmasas apmaiņa vai asimilācija . Plastmasas apmaiņu vienmēr pavada enerģijas absorbcija. Galvenie plastiskā metabolisma procesi ir proteīnu biosintēze (§ 13) un fotosintēze (§ 17).

Rīsi. 53. ATP molekulas struktūra (“~” zīme norāda uz augstas enerģijas saiti)

Tātad enerģijas apmaiņas procesā organiskie savienojumi tiek sadalīti un enerģija tiek uzkrāta, savukārt plastmasas apmaiņas laikā tiek patērēta enerģija un sintezētas organiskās vielas. Enerģijas un plastmasas apmaiņas reakcijas ir nesaraujami saistītas, kopā veidojot vienu procesu - vielmaiņa un enerģija , vai vielmaiņa . Metabolisms nepārtraukti tiek veikts visās šūnās, audos un orgānos, saglabājot ķermeņa iekšējās vides noturību - homeostāze.

Enerģijas apmaiņa. Lielākajai daļai mūsu planētas organismu funkcionēšanai nepieciešams skābeklis. Tādus organismus sauc aerobikas. Enerģijas metabolisms aerobos notiek trīs posmos: sagatavošanās, bezskābekļa un skābekļa. Skābekļa klātbūtnē organiskās vielas elpošanas laikā pilnībā oksidējas līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, kā rezultātā tiek uzkrāts liels enerģijas daudzums.

Anaerobie organismi spēj izdzīvot bez skābekļa. Dažiem no viņiem skābeklis kopumā ir postošs, tāpēc viņi dzīvo tur, kur skābekļa nav vispār, piemēram, stingumkrampju izraisītāja. Citi, tā sauktie fakultatīvie anaerobi, var pastāvēt gan bez skābekļa, gan tā klātbūtnē. Enerģijas vielmaiņa anaerobos organismos notiek divos posmos: sagatavošanās un bezskābekļa, tāpēc organiskās vielas netiek pilnībā oksidētas un tiek uzkrāts daudz mazāk enerģijas.

Apskatīsim trīs enerģijas metabolisma posmus (54. att.).

Sagatavošanas posms. Šis posms notiek kuņģa-zarnu traktā un šūnu lizosomās. Šeit gremošanas enzīmu ietekmē lielmolekulārie savienojumi sadalās vienkāršākos, mazmolekulāros savienojumos: olbaltumvielas - aminoskābēs, polisaharīdi - monosaharīdos, tauki - glicerīnā un taukskābēs. Šo reakciju laikā atbrīvotā enerģija netiek uzkrāta, bet tiek izkliedēta kā siltums. Zemas molekulmasas vielas, kas veidojas sagatavošanas stadijā, organisms var izmantot savu organisko savienojumu sintezēšanai, t.i., iekļūt plastiskā vielmaiņā vai tālāk sadalīties, lai uzkrātu enerģiju.

Rīsi. 54. Enerģijas vielmaiņas stadijas

Bezskābekļa stadija. Otrais posms notiek šūnu citoplazmā, kur notiek tālāka vienkāršu organisko vielu sadalīšanās. Ķermenis neizmanto aminoskābes, kas radušās pirmajā posmā, nākamajos disimilācijas posmos, jo tās tam ir vajadzīgas kā materiāls savu olbaltumvielu molekulu sintēzei. Tāpēc olbaltumvielas enerģijas iegūšanai izmanto ļoti reti, parasti tikai tad, kad atlikušās rezerves (ogļhidrāti un tauki) jau ir izsmeltas. Parasti šūnā pieejamākais enerģijas avots ir glikoze.

Tiek saukts komplekss daudzpakāpju glikozes sadalīšanās process bez skābekļa enerģijas metabolisma otrajā posmā glikolīze(no grieķu val glikozes– salds un līze– sadalīšana).

Glikolīzes rezultātā glikoze tiek sadalīta vienkāršākos organiskos savienojumos (glikoze C 6 H 12 O 6 - pirovīnskābe C 3 H 4 O 3). Tas atbrīvo enerģiju, no kuras 60% tiek izkliedēti kā siltums, un 40% tiek izmantoti ATP sintēzei. Sadalot vienu glikozes molekulu, veidojas divas ATP molekulas un divas pirovīnskābes molekulas. Tādējādi otrajā disimilācijas posmā ķermenis sāk uzkrāt enerģiju.

Pirovīnskābes tālākais liktenis ir atkarīgs no skābekļa klātbūtnes šūnā. Ja skābeklis ir klāt, tad pirovīnskābe nonāk mitohondrijās, kur tā pilnībā oksidējas līdz CO 2 un H 2 O un notiek enerģijas metabolisma trešais, skābekļa posms (skat. zemāk).

Ja trūkst skābekļa, notiek tā sauktā anaerobā elpošana, ko bieži sauc fermentācija. Rauga šūnās spirta fermentācijas laikā pirovīnskābe (PVS) pārvēršas etilspirtā (PVA? Etilspirts + CO 2).

Pienskābes fermentācijas laikā no PVC veidojas pienskābe. Šis process var notikt ne tikai pienskābes baktērijās. Spēcīga fiziska darba laikā cilvēka muskuļu audu šūnās rodas skābekļa trūkums, kā rezultātā veidojas pienskābe, kuras uzkrāšanās rada noguruma sajūtu, sāpes un dažkārt pat krampjus.

Skābekļa stadija. Trešajā posmā produkti, kas veidojas bezskābekļa glikozes sadalīšanās laikā, tiek oksidēti līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim. Tādējādi tiek atbrīvots liels enerģijas daudzums, kura ievērojama daļa tiek izmantota ATP sintēzei. Šis process notiek mitohondrijās un tiek saukts šūnu elpošana.Šūnu elpošanas laikā divu PVC molekulu oksidēšanās atbrīvo ķermeni 36 ATP molekulu veidā.

Tātad enerģijas metabolisma procesā, pilnībā oksidējot vienu glikozes molekulu līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, veidojas 38 ATP molekulas (2 molekulas glikolīzes procesā un 36 šūnu elpošanas procesā mitohondrijās):

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 38ADP + 38F 6CO 2? 6H2O + 38ATP.

Anaerobos apstākļos enerģijas metabolisma efektivitāte ir daudz zemāka – tikai 2 ATP molekulas. Fermentācijas produkti (etilspirts, pienskābe, sviestskābe) savās ķīmiskajās saitēs joprojām saglabā daudz enerģijas, t.i., skābekļa disimilācijas ceļš ir enerģētiski labvēlīgāks. Bet vēsturiski fermentācija ir senāks process. To varēja veikt pat tad, kad senās Zemes atmosfērā nebija brīva skābekļa.

Pārskatiet jautājumus un uzdevumus

1. Kas ir disimilācija? Uzskaitiet tā posmus.

2. Kāda ir ATP loma šūnu metabolismā?

3. Kādas šūnu struktūras veic ATP sintēzi?

4. Izskaidrojiet enerģijas metabolismu šūnā, kā piemēru izmantojot glikozes sadalīšanos.

5. Uzzīmējiet disimilācijas procesa shematisku diagrammu, uz vienas diagrammas apkopojot visus tā iespējamos variantus, kas minēti rindkopas tekstā (ieskaitot fermentāciju).

6. Sinonīmi vārdiem “disimilācija” un “asimilācija” ir termini “katabolisms” un “anabolisms”. Paskaidrojiet šo terminu izcelsmi.

Padomājiet! Izdari to!

1. Paskaidrojiet, kāpēc, ēdot pārāk daudz pārtikas, rodas aptaukošanās.

2. Kāpēc enerģijas apmaiņa nevar pastāvēt bez plastmasas apmaiņas?

3. Kāpēc, jūsuprāt, pēc smaga fiziska darba, lai ātri remdētu muskuļu sāpes, ieteicams ieiet siltā vannā?

Darbs ar datoru

Skatiet elektronisko pieteikumu. Izpētiet materiālu un izpildiet uzdevumus.

No grāmatas Servisa suns [Pakalpojuma suņu audzēšanas speciālistu apmācības ceļvedis] autors Krušinskis Leonīds Viktorovičs

3. Metabolisms kā dzīvības pamats “Dzīvība ir proteīna ķermeņu eksistences forma,” rakstīja F. Engels. Tāpēc mēs varam teikt, ka olbaltumvielas ir dzīvības nesējs. Olbaltumvielas ir sarežģīta viela, kas sastāv no daudziem elementiem, tostarp slāpekļa klātbūtnes.

No grāmatas Vecuma anatomija un fizioloģija autors Antonova Olga Aleksandrovna

10. tēma. VIELMAIŅAS UN ENERĢIJAS VECUMA ĪPAŠĪBAS 10.1. Vielmaiņas procesu raksturojums Vielmaiņa un enerģija ir ķermeņa dzīvības procesu pamatā. Cilvēka organismā, tā orgānos, audos, šūnās notiek nepārtraukts sintēzes process, t.i.

No grāmatas Bioloģija [Pilnīga uzziņu grāmata, lai sagatavotos vienotajam valsts eksāmenam] autors Lerners Georgijs Isaakovičs

No grāmatas Stop, kas vada? [Cilvēku un citu dzīvnieku uzvedības bioloģija] autors Žukovs. Dmitrijs Anatoljevičs

No grāmatas Stāsti par bioenerģiju autors Skulačevs Vladimirs Petrovičs

No grāmatas Bioloģija. Vispārējā bioloģija. 11. klase. Pamata līmenis autors Sivoglazovs Vladislavs Ivanovičs

No grāmatas Cilvēka iedzimtības noslēpumi autors Afonkins Sergejs Jurjevičs

No grāmatas Antropoloģija un bioloģijas jēdzieni autors Kurčanovs Nikolajs Anatoļjevičs

No grāmatas Bioloģiskā ķīmija autors Leļēvičs Vladimirs Valerjanovičs

No autora grāmatas

OGĻHIDRĀTU VIELMAIŅA Vēlreiz jāuzsver, ka organismā notiekošie procesi pārstāv vienotu veselumu un tikai izklāsta ērtībai un uztveres vienkāršībai tiek aplūkoti mācību grāmatās un rokasgrāmatās atsevišķās nodaļās. Tas attiecas arī uz iedalījumu

No autora grāmatas

2. nodaļa. Kas ir enerģijas metabolisms? Kā šūna saņem un izmanto enerģiju Lai dzīvotu, ir jāstrādā. Šī ikdienas patiesība ir diezgan piemērojama jebkurai dzīvai būtnei. Visi organismi: no vienšūnas mikrobiem līdz augstākiem dzīvniekiem un cilvēkiem - nepārtraukti darbojas

No autora grāmatas

25. Pārtikas savienojumi. Vielas un enerģijas cikls ekosistēmās Atcerieties!Kādi būtiski komponenti ietilpst jebkurā ekosistēmā?Dzīvie organismi ir pastāvīgā mijiedarbībā savā starpā un ar vides faktoriem, veidojot ilgtspējīgu

No autora grāmatas

Vielmaiņa Mūsu slimības joprojām ir tādas pašas kā pirms tūkstošiem gadu, taču ārsti tām ir atraduši dārgākus nosaukumus. Tautas gudrība - Augsts holesterīna līmenis var būt iedzimts - Agrīna mirstība un gēni, kas ir atbildīgi par holesterīna izmantošanu - Vai tas ir iedzimts

No autora grāmatas

2.3. Metabolisms un enerģija Visu ķīmisko reakciju kopumu, kas notiek dzīvos organismos, sauc par vielmaiņu jeb vielmaiņu. Šo reakciju rezultātā ķīmiskajās saitēs uzkrātā enerģija tiek pārveidota citās formās, t.i., vielmaiņa vienmēr notiek.

No autora grāmatas

10. nodaļa. Enerģijas vielmaiņa. Bioloģiskā oksidēšanās Dzīvie organismi no termodinamikas viedokļa ir atvērtas sistēmas. Starp sistēmu un vidi iespējama enerģijas apmaiņa, kas notiek saskaņā ar termodinamikas likumiem. Katrs organiskais

Visi dzīvie organismi apmainās ar vielām ar ārējo vidi. Šūnās pastāvīgi tiek veikti biosintēzes procesi. Pateicoties fermentiem, no vienkāršām vielām veidojas kompleksie savienojumi: no aminoskābēm tiek sintezēti olbaltumvielas, no monosaharīdiem sintezēti kompleksie ogļhidrāti, no slāpekļa bāzēm – nukleīnskābes. Salīdzinoši vienkāršu vielu ķīmiskās pārvērtības rezultātā veidojas dažādi tauki un eļļas. Hitīns ir posmkāju ārējais apvalks, veidojot hitīnu - kompleksu polisaharīdu (7. lpp.), putniem un zīdītājiem ārējais apvalks ir ragveida viela, kuras pamatā ir proteīns keratīns. Galu galā lielo sintezēto organisko molekulu sastāvu nosaka genotips. Sintezētās vielas augšanas laikā tiek izmantotas, lai konstruētu šūnas un to organellus un aizstātu izlietotās vai iznīcinātās molekulas. Bez izņēmuma visas biosintēzes mijiedarbības notiek ar enerģijas absorbciju.

Plastmasas apmaiņa

Plastiskā vielmaiņa, citādi saukta par biosintēzi vai anabolismu, šī apmaiņa notiek tikai šūnā. Plastiskajam metabolismam ir trīs veidi: fotosintēze, ķīmiskā sintēze un olbaltumvielu biosintēze. Fotosintēzi izmanto augi un tikai dažas baktērijas (cianobaktērijas). Šādus organismus sauc par autotrofiem. Ķīmijsintēzi izmanto noteiktas baktērijas, tostarp anaerobās. Šādus organismus sauc par ķīmijtrofiem. Dzīvnieki un sēnes tiek klasificēti kā heterotrofiski radījumi.

Fotosintēze

Fotosintēzes process notiek reakcijā, kas ietver glikozes un skābekļa veidošanos no oglekļa dioksīda un ūdens. Fotosintēzei ir divas fāzes, gaišā un tumšā. Gaismas fāzē fotosintēzes process notiek hloroplasta granātā, bet tumšajā fāzē hloroplasta stromā. (skat. 7. pielikumu). Bez saules enerģijas fotosintēzei nebūtu nozīmes, tāpēc tas ir svarīgs faktors. Šī procesa laikā no sešām skābekļa molekulām un vienas glikozes molekulas veidojas sešas oglekļa dioksīda un ūdens molekulas. Fotosintēzes process notiek hloroplastos, hlorofils ir atrodams organellās, pateicoties kurām notiek sintēze.

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Ķīmijsintēze

Ķīmijsintēze ir raksturīga baktērijām, piemēram, sēra, nitrificējošām un dzelzs baktērijām. Baktērijas izmanto enerģiju, kas iegūta vielu oksidēšanas procesā, lai oglekļa dioksīdu reducētu par organiskiem savienojumiem. (skat. 8. pielikumu) Sēra baktērijas oksidē tādas vielas kā sērūdeņradis, nitrificējošās baktērijas oksidē amonjaku, bet dzelzs baktērijas oksidē dzelzs oksīdu.

Olbaltumvielu biosintēze

Plastiskā vielmaiņa ir olbaltumvielu sintēze šūnā. Apmaiņai ir divi galvenie procesi: transkripcija un tulkošana.

Transkripcija- Šis ir ziņneša RNS sintezēšanas process, izmantojot DNS saskaņā ar komplementaritātes principu. (skat. 9. pielikumu)

Transkripcijai ir trīs posmi:

Primārā atšifrējuma veidošana

Apstrāde

Savienošana

Raidījums- informācijas pārnešana par proteīna struktūru no mesendžera RNS uz sintezēto polipeptīdu. (skat. 10. pielikumu)Šis process tiek veikts citoplazmā uz ribosomas. Raidījums notiek četros posmos. Pirmajā posmā aminoskābes aktivizē īpašs enzīms - aminoacil-T-RNS sintetāze. Šis process izmanto enerģiju ATP formā. Pēc tam veidojas minoaciladenilāts. Tam seko aktivētās aminoskābes blakus RNS process, un tiek atbrīvots AMP. Turklāt trešajā posmā izveidotais komplekss saistās ar ribosomu. Pēc tam aminoskābes tiek iekļautas proteīna struktūrā noteiktā secībā, pēc tam tiek atbrīvota pārneses RNS.

Enerģijas apmaiņa

Enerģijas metabolismu sauc arī par katabolismu. Plastiskā un enerģētiskā vielmaiņa ir ļoti saistītas, jo plastiskas vielmaiņas (anabolisma) veikšanai ir nepieciešama enerģija, ko šūna iegūst katabolisma ceļā. Izmantojot šo procesu, šūna sintezē nepieciešamās nukleīnskābes, olbaltumvielas, ogļhidrātus utt. Enerģijas vielmaiņa ir process, kura laikā sarežģītas struktūras vielas sadalās vienkāršākos vai oksidējas, kā rezultātā organisms iegūst pastāvēšanai nepieciešamo enerģiju. Ir trīs enerģijas metabolisma posmi:

Sagatavošanas posms

Anaerobā stadija - glikolīze (bez skābekļa)

Aerobā stadija - šūnu elpošana (ar skābekļa piedalīšanos)

Sagatavošanas posms

Šajā posmā polimēri tiek pārvērsti monomēros, tas ir, savienojumi, piemēram, olbaltumvielas, ogļhidrāti un lipoīdi, tiek sadalīti vienkāršākos. Šis process notiek ārpus šūnas, gremošanas sistēmas orgānos. Šajā enerģijas metabolisma posmā skābeklis nav nepieciešams. Reakciju rezultātā olbaltumvielas sadalās aminoskābēs, kompleksie ogļhidrāti – vienkāršos monosaharīdos, bet lipīdi – glicerīnā un augstākās skābēs. Šis posms notiek arī šūnas lizosomās.

Anaerobā stadija

Šo posmu citādi sauc par fermentāciju vai glikolīzi. Sagatavošanas stadijā izveidotās vielas - glikoze, aminoskābes utt. - tiek pakļautas sekojošam fermentatīvām sadalīšanās bez skābekļa līdzdalības. Ogļhidrāti galvenokārt tiek fermentēti. Šajā katabolisma stadijā izmantoto ķīmisko reakciju laikā veidojas spirti, oglekļa dioksīds, acetons, organiskās skābes, dažos gadījumos ūdeņradis un citas vielas. Glikolīze ir glikozes sadalīšanās process anaerobos apstākļos līdz pirovīnskābei (PVS), pēc tam par pienskābi, etiķskābi, sviestskābi vai etilspirtu, kas notiek šūnas citoplazmā. Bezskābekļa skaldīšanas laikā daļa atbrīvotās enerģijas tiek izkliedēta siltuma veidā, bet daļa tiek uzkrāta ATP molekulās. Bieži sastopama reakcija dzīvnieku un sēnīšu šūnās ir pirovīnskābes izdalīšanās.

Galvenā ķīmiskā reakcija šajā posmā izskatās šādi:

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

Šī procesa rezultātā veidojas divas ATP molekulas.

Aerobikas posms

Šis posms notiek mitohondrijās. (skat. 11. pielikumu)Šajā posmā vielas tiek oksidētas, kā rezultātā tiek atbrīvots noteikts enerģijas daudzums. Skābeklis piedalās šajā pašā procesā. Skābeklis tiek transportēts, izmantojot sarkanās asins šūnas, kas satur hemoglobīnu. Iepriekšējos posmos iegūtās vielas šūna sadala līdz vienkāršākajam, tas ir, līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim. Lizosomās esošie enzīmi oksidē organiskos savienojumus šūnā. ADP - adenozīna difosfāts - viela, kas nepieciešama arī enerģijas ražošanai, pateicoties šūnu elpošanai. Galvenā ķīmiskā reakcija šajā posmā izskatās šādi:

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

Šī procesa rezultātā veidojas 36 ATP molekulas.

No šī vienādojuma var redzēt, ka šajā posmā tiek atbrīvots ievērojams enerģijas daudzums. Turklāt šajā posmā var notikt pirovīnskābes pilnīgas oksidēšanās reakcija, kā rezultātā tiek atbrīvota arī enerģija, bet mazākos daudzumos.

Līdz ar to, pilnībā sadaloties vienai glikozes molekulai, šūna var sintezēt 38 ATP molekulas (2 molekulas glikolīzes laikā un 36 molekulas aerobā stadijā). (skat. 12. pielikumu)

Vispārējo aerobās elpošanas vienādojumu var uzrakstīt šādi:

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

Secinājums

Šūna ir ļoti organizēta dzīvības vienība. Vielu un enerģijas absorbcija, transformācija, uzglabāšana un izmantošana notiek caur šūnām. Tieši šūnā notiek tādi procesi kā elpošana, fermentācija, fotosintēze un ģenētiskā materiāla dublēšanās. Un šādi procesi notiek gan organismos, kuru uzbūve ir vienkārša (vienšūnu), gan organismos, kuriem ir sarežģīta uzbūve (daudzšūnu). Visu organismu dzīve ir atkarīga no to šūnām.

Pieteikums

1.pielikums

2. pielikums

3. pielikums

4. pielikums

5. pielikums

6. pielikums

7. pielikums

8. pielikums

9. pielikums

Vielu un enerģijas vielmaiņa (metabolisms) notiek visos ķermeņa līmeņos: šūnu, audu un organisma. Tas nodrošina organisma iekšējās vides – homeostāzes – noturību nepārtraukti mainīgos eksistences apstākļos. Šūnā vienlaikus notiek divi procesi – plastiskā vielmaiņa (anabolisms jeb asimilācija) un enerģijas metabolisms (fatabolisms vai disimilācija).

Plastiskā vielmaiņa ir biosintēzes reakciju kopums jeb sarežģītu molekulu izveidošana no vienkāršām. Šūna pastāvīgi sintezē olbaltumvielas no aminoskābēm, taukus no glicerīna un taukskābēm, ogļhidrātus no monosaharīdiem, nukleotīdus no slāpekļa bāzēm un cukuriem. Šīm reakcijām ir nepieciešama enerģija. Izmantotā enerģija tiek atbrīvota enerģijas apmaiņas ceļā. Enerģijas vielmaiņa ir reakciju kopums, kas sarežģītus organiskos savienojumus sadala vienkāršākos molekulās. Daļa no šajā gadījumā atbrīvotās enerģijas nonāk ATP (adenozīntrifosforskābes) molekulu, kas bagātas ar enerģijas saitēm, sintēzei. Organisko vielu sadalīšanās notiek citoplazmā un mitohondrijās, piedaloties skābeklim. Asimilācijas un disimilācijas reakcijas ir cieši saistītas viena ar otru un ārējo vidi. Ķermenis saņem barības vielas no ārējās vides. Atkritumu vielas izdalās ārējā vidē.

Fermenti (enzīmi) ir specifiski proteīni, bioloģiskie katalizatori, kas paātrina vielmaiņas reakcijas šūnā. Visi procesi dzīvā organismā notiek tieši vai netieši, piedaloties fermentiem. Ferments katalizē tikai vienu reakciju vai iedarbojas tikai uz viena veida saiti. Tas nodrošina visu šūnā vai organismā notiekošo dzīvībai svarīgo procesu (elpošana, gremošana, fotosintēze utt.) smalku regulēšanu. Katra fermenta molekulā ir vieta, kas veido kontaktu starp fermenta molekulām un konkrētu vielu (substrātu). Fermenta aktīvais centrs ir funkcionāla grupa (piemēram, OH - serīna grupa) vai atsevišķa aminoskābe.

Enzīmu reakciju ātrums ir atkarīgs no daudziem faktoriem: temperatūras, spiediena, vides skābuma, inhibitoru klātbūtnes utt.

Enerģijas metabolisma posmi:

• Sagatavošanas- rodas šūnu citoplazmā. Enzīmu iedarbībā polisaharīdi sadalās monosaharīdos (glikoze, fruktoze u.c.), tauki sadalās glicerīnā un taukskābēs, olbaltumvielas – aminoskābēs, bet nukleīnskābes – nukleotīdos. Tas atbrīvo nelielu daudzumu enerģijas, kas tiek izkliedēta kā siltums.
• Bez skābekļa(anaerobā elpošana vai glikolīze) - daudzpakāpju glikozes sadalīšanās bez skābekļa līdzdalības. To sauc par fermentāciju. Muskuļos anaerobās elpošanas rezultātā glikozes molekula sadalās divās liruvīnskābes (C 3 H 4 O 3) molekulās, kuras pēc tam tiek reducētas līdz pienskābei (C 3 H 6 O 3). Fosforskābe un ADP ir iesaistīti glikozes sadalīšanā.

  Kopējais vienādojums šim posmam: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

  Rauga sēnēs glikozes molekula bez skābekļa līdzdalības tiek pārvērsta etilspirtā un oglekļa dioksīdā (alkoholiskā fermentācija). Citos mikroorganismos glikolīzes rezultātā var veidoties acetons, etiķskābe u.c., sadaloties vienai glikozes molekulai, veidojas divas ATP molekulas, kuru saitēs uzkrājas 40% enerģijas, pārējā enerģija tiek izkliedēta siltuma forma.

• Skābekļa elpošana- aerobās elpošanas jeb skābekļa šķelšanās stadija, kas notiek uz mitohondriju iekšējās membrānas krokām - cristae. Šajā posmā iepriekšējā posma vielas tiek sadalītas galīgajos sadalīšanās produktos - ūdenī un oglekļa dioksīdā. Divu pienskābes molekulu sadalīšanās rezultātā veidojas 36 ATP molekulas. Galvenais nosacījums normālai skābekļa sadalīšanās gaitai ir mitohondriju membrānu integritāte. Skābekļa elpošana ir galvenais solis, lai nodrošinātu šūnas ar skābekli. Tas ir 20 reizes efektīvāks nekā bezskābekļa posms.

  Kopējais skābekļa sadalīšanas vienādojums ir: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2 O + 36ATP

Pēc enerģijas iegūšanas metodes visus organismus iedala divās grupās – autotrofiskajos un heterotrofiskajos.

Enerģijas vielmaiņa augu, sēnīšu un dzīvnieku aerobās šūnās notiek tādā pašā veidā. Tas norāda uz viņu attiecībām. Mitohondriju skaits audu šūnās ir atšķirīgs, tas ir atkarīgs no šūnu funkcionālās aktivitātes. Piemēram, muskuļu šūnās ir daudz mitohondriju.

Tauku sadalīšanu glicerīnā un taukskābēs veic fermenti - lipāzes. Olbaltumvielas vispirms sadalās oligopeptīdos un pēc tam aminoskābēs.

Fermenti (no latīņu “fermentum” - fermentācija, ieraugs), fermenti, specifiski proteīni, kas palielina ķīmisko reakciju ātrumu visu dzīvo organismu šūnās. Pēc ķīmiskās būtības - proteīni, kuriem ir optimāla aktivitāte pie noteikta pH, nepieciešamo koenzīmu un kofaktoru klātbūtne un inhibitoru trūkums. Fermentus sauc arī par biokatalizatoriem pēc analoģijas ar katalizatoriem ķīmijā. Katrs enzīmu veids katalizē noteiktu vielu (substrātu) transformāciju, dažreiz tikai vienas vielas pārveidošanu vienā virzienā. Tāpēc daudzas bioķīmiskās reakcijas šūnās veic milzīgs skaits dažādu enzīmu. Tās iedala 6 klasēs: oksidoreduktāzes, transferāzes, hidrolāzes, liāzes, izomerāzes un ligāzes. Daudzi fermenti ir izolēti no dzīvām šūnām un iegūti kristāliskā formā (pirmo reizi 1926. gadā).

Fermentu loma organismā

Fermenti ir iesaistīti visos vielmaiņas procesos un ģenētiskās informācijas īstenošanā. Barības vielu sagremošana un asimilācija, olbaltumvielu, nukleīnskābju, tauku, ogļhidrātu un citu savienojumu sintēze un sadalīšana visu organismu šūnās un audos – visi šie procesi nav iespējami bez enzīmu līdzdalības. Jebkura dzīva organisma funkciju izpausme – elpošana, muskuļu kontrakcija, neiropsihiskā darbība, vairošanās u.c. – tiek nodrošināta ar enzīmu darbību. Šūnu, kas veic noteiktas funkcijas, individuālās īpašības lielā mērā nosaka unikāls enzīmu kopums, kura ražošana ir ģenētiski ieprogrammēta. Pat viena fermenta trūkums vai tā defekts var radīt nopietnas negatīvas sekas organismam.

Fermentu katalītiskās īpašības

Fermenti ir visaktīvākie no visiem zināmajiem katalizatoriem. Lielākā daļa reakciju šūnā norit miljoniem un miljardiem reižu ātrāk nekā tad, ja tās notiktu bez fermentu. Tādējādi viena katalāzes enzīma molekula sekundē spēj pārvērst ūdenī un skābeklī līdz 10 tūkstošiem šūnām toksiskā ūdeņraža peroksīda molekulu, kas veidojas dažādu savienojumu oksidēšanās laikā. Fermentu katalītiskās īpašības ir saistītas ar to spēju ievērojami samazināt reaģējošo savienojumu aktivācijas enerģiju, tas ir, fermentu klātbūtnē ir nepieciešams mazāk enerģijas, lai "iesāktu" noteiktu reakciju.

Fermentu atklāšanas vēsture

Procesi, kas notiek ar enzīmu piedalīšanos, cilvēkam ir zināmi kopš seniem laikiem, jo ​​maizes, siera, vīna un etiķa pagatavošanas pamatā ir fermentatīvie procesi. Bet tikai 1833. gadā pirmo reizi no dīgstošiem miežu graudiem tika izolēta aktīvā viela, kas cieti pārveidoja cukurā un tika saukta par diastāzi (tagad šo fermentu sauc par amilāzi). 19. gadsimta beigās. Ir pierādīts, ka sula, kas iegūta, samaļot rauga šūnas, satur sarežģītu enzīmu maisījumu, kas nodrošina spirta fermentācijas procesu. Kopš tā laika sākās intensīva enzīmu izpēte – to struktūra un darbības mehānisms. Kopš atklājās biokatalīzes loma fermentācijas izpētē, tieši ar šo procesu kopš 19. gadsimta ir saistīti divi iedibināti. nosaukumi ir “enzīms” (tulkojumā no grieķu valodas “no rauga”) un “enzīms”. Tiesa, pēdējais sinonīms tiek izmantots tikai krievu valodas literatūrā, lai gan zinātniskais virziens, kas saistīts ar fermentu un procesu izpēti ar to līdzdalību, tradicionāli tiek saukts par fermentoloģiju. 20. gadsimta pirmajā pusē. Tika konstatēts, ka pēc ķīmiskās būtības fermenti ir olbaltumvielas, un gadsimta otrajā pusē daudziem simtiem fermentu jau tika noteikta aminoskābju atlieku secība un tika izveidota telpiskā struktūra. 1969. gadā pirmo reizi tika veikta enzīma ribonukleāzes ķīmiskā sintēze. Ir panākts milzīgs progress fermentu darbības mehānisma izpratnē.

Fermentu atrašanās vieta organismā

Šūnā daži enzīmi atrodas citoplazmā, bet pārsvarā fermenti ir saistīti ar noteiktām šūnu struktūrām, kur tie iedarbojas. Kodolā, piemēram, ir fermenti, kas atbild par replikāciju - DNS sintēzi (DNS polimerāze), un par tās transkripciju - RNS (RNS polimerāzes) veidošanos. Mitohondrijās ir fermenti, kas atbild par enerģijas uzglabāšanu; lizosomas satur lielāko daļu hidrolītisko enzīmu, kas iesaistīti nukleīnskābju un olbaltumvielu sadalīšanā.

Fermentu darbības apstākļi

Visas reakcijas, kurās iesaistīti fermenti, galvenokārt notiek neitrālā, nedaudz sārmainā vai nedaudz skābā vidē. Tomēr katra atsevišķa enzīma maksimālā aktivitāte notiek pie stingri noteiktām pH vērtībām. Lielākajai daļai enzīmu darbībai siltasiņu dzīvniekiem vislabvēlīgākā temperatūra ir 37-40oC. Augos temperatūrā, kas zemāka par 0o C, enzīmu darbība pilnībā neapstājas, lai gan augu dzīvībai svarīgā aktivitāte ir krasi samazināta. Enzīmu procesi, kā likums, nevar notikt temperatūrā virs 70o C, jo fermenti, tāpat kā jebkuras olbaltumvielas, tiek pakļauti termiskai denaturācijai (strukturālai iznīcināšanai).

Fermentu izmēri un struktūra

Fermentu, tāpat kā visu citu olbaltumvielu, molekulmasa ir robežās no 10 tūkstošiem līdz 1 miljonam (bet var būt arī vairāk). Tās var sastāvēt no vienas vai vairākām polipeptīdu ķēdēm, un tās var attēlot ar sarežģītiem proteīniem. Pēdējais kopā ar proteīna komponentu (apoenzīmu) ietver mazmolekulāros savienojumus - koenzīmus (kofaktorus, koenzīmus), tostarp metālu jonus, nukleotīdus, vitamīnus un to atvasinājumus. Daži fermenti veidojas neaktīvu prekursoru (proenzīmu) veidā un kļūst aktīvi pēc noteiktām molekulas struktūras izmaiņām, piemēram, pēc neliela fragmenta atdalīšanas no tās. Tajos ietilpst gremošanas enzīmi tripsīns un himotripsīns, ko aizkuņģa dziedzera šūnas sintezē neaktīvu prekursoru (tripsinogēna un himotripsinogēna) veidā un aktivizējas tievajās zarnās kā daļa no aizkuņģa dziedzera sulas. Daudzi fermenti veido tā sauktos enzīmu kompleksus. Šādi kompleksi, piemēram, ir iestrādāti šūnu membrānās vai šūnu organellās un ir iesaistīti vielu transportēšanā.

Viela, kas tiek pārveidota (substrāts), saistās ar noteiktu fermenta daļu, aktīvo centru, ko veido aminoskābju sānu ķēdes, kas bieži atrodas polipeptīdu ķēdes posmos, kas ir ievērojami attālināti viens no otra. Piemēram, himotripsīna molekulas aktīvo centru veido histidīna atlikumi, kas atrodas polipeptīdu ķēdē 57. pozīcijā, serīns 195. pozīcijā un asparagīnskābe 102. pozīcijā (kopā himotripsīna molekulā ir 245 aminoskābes). Tādējādi polipeptīdu ķēdes kompleksais izkārtojums proteīna molekulā – enzīmā nodrošina iespēju vairākām aminoskābju sānu ķēdēm parādīties stingri noteiktā vietā un noteiktā attālumā vienai no otras. Koenzīmi ir arī aktīvā centra sastāvdaļa (olbaltumvielu daļai un neolbaltumvielu komponentam atsevišķi nav fermentatīvās aktivitātes un tie iegūst fermenta īpašības tikai tad, ja tie tiek apvienoti kopā).

Procesi, kuros iesaistīti fermenti

Lielākajai daļai enzīmu ir raksturīga augsta darbības specifika (selektivitāte), kad katra reaģenta (substrāta) pārvēršanu reakcijas produktā veic īpašs ferments. Šajā gadījumā fermenta darbību var stingri ierobežot ar vienu substrātu. Piemēram, enzīms ureāze, kas piedalās urīnvielas sadalīšanā par amonjaku un oglekļa dioksīdu, nereaģē uz metilurīnvielu, kas pēc struktūras ir līdzīga. Daudzi fermenti iedarbojas uz vairākiem strukturāli saistītiem savienojumiem vai viena veida ķīmiskajām saitēm (piemēram, enzīmu fosfatāzes, kas sašķeļ fosfodiestera saiti). Enzīms veic savu darbību, veidojot enzīma-substrāta kompleksu, kas pēc tam sadalās, veidojot fermentatīvās reakcijas produktus un atbrīvojot fermentu. Enzīma-substrāta kompleksa veidošanās rezultātā substrāts maina savu konfigurāciju; šajā gadījumā pārveidotā enzīmu-ķīmiskā saite tiek novājināta un reakcija norisinās ar mazākiem sākotnējiem enerģijas izdevumiem un līdz ar to ar daudz lielāku ātrumu. Fermentatīvās reakcijas ātrumu mēra ar substrāta daudzumu, kas pārveidots laika vienībā, vai izveidotā produkta daudzumu. Daudzas fermentatīvās reakcijas atkarībā no substrāta un reakcijas produkta koncentrācijas vidē var noritēt gan uz priekšu, gan atpakaļ (substrāta pārpalikums novirza reakciju uz produkta veidošanos, savukārt ar pārmērīgu substrāta uzkrāšanos. pēdējā gadījumā notiks substrāta sintēze). Tas nozīmē, ka fermentatīvās reakcijas var būt atgriezeniskas. Piemēram, ogļskābā anhidrāze asinīs pārvērš ogļskābi, kas nāk no audiem, ogļskābē (H2CO3), bet plaušās, gluži pretēji, katalizē ogļskābes pārvēršanos ūdenī un oglekļa dioksīdā, kas tiek izvadīts izelpas laikā. Tomēr jāatceras, ka fermenti, tāpat kā citi katalizatori, nevar mainīt ķīmiskās reakcijas termodinamisko līdzsvaru, bet tikai ievērojami paātrina šī līdzsvara sasniegšanu.

Fermentu nosaukumu nomenklatūra

Nosaucot fermentu kā bāzi, ņemiet substrāta nosaukumu un pievienojiet sufiksu “aza”. Tā jo īpaši parādījās proteināzes - enzīmi, kas noārda olbaltumvielas (olbaltumvielas), lipāzes (sašķeļ lipīdus vai taukus) utt. Daži fermenti saņēma īpašus (triviālus) nosaukumus, piemēram, gremošanas enzīmi - pepsīns, himotripsīns un tripsīns. .

Ķermeņa šūnās notiek vairāki tūkstoši dažādu vielmaiņas reakciju, līdz ar to ir vienāds skaits enzīmu. Lai ieviestu sistēmā šādu dažādību, tika pieņemts starptautisks līgums par fermentu klasifikāciju. Saskaņā ar šo sistēmu visi fermenti atkarībā no to katalizēto reakciju veida tika sadalīti sešās galvenajās klasēs, no kurām katra ietver vairākas apakšklases. Turklāt katrs ferments saņēma četrciparu koda numuru (šifru) un nosaukumu, kas norāda reakciju, ko ferments katalizē. Fermenti, kas katalizē vienu un to pašu reakciju dažādu sugu organismos, var būtiski atšķirties pēc olbaltumvielu struktūras, taču nomenklatūrā tiem ir kopīgs nosaukums un viens koda numurs.

Slimības, kas saistītas ar enzīmu ražošanas traucējumiem

Jebkura enzīma aktivitātes trūkums vai samazināšanās (bieži pārmērīga aktivitāte) cilvēkiem izraisa slimību (enzimopātiju) attīstību vai ķermeņa nāvi. Tādējādi iedzimta bērnu slimība - galaktozemija (izraisa garīgu atpalicību) - attīstās fermenta sintēzes pārkāpuma rezultātā, kas ir atbildīgs par galaktozes pārvēršanu viegli sagremojamā glikozē. Citas iedzimtas slimības - fenilketonūrijas cēlonis, ko pavada garīgās aktivitātes traucējumi, ir aknu šūnu spējas sintezēt fermentu, kas katalizē aminoskābes fenilalanīna pārvēršanu tirozīnā, zudums. Daudzu enzīmu aktivitātes noteikšana asinīs, urīnā, cerebrospinālajā, sēklas un citos ķermeņa šķidrumos tiek izmantota, lai diagnosticētu vairākas slimības. Izmantojot šo asins seruma analīzi, ir iespējams agrīnā stadijā noteikt miokarda infarktu, vīrusu hepatītu, pankreatītu, nefrītu un citas slimības.

Fermentu lietošana cilvēkiem

Tā kā fermenti saglabā savas īpašības ārpus ķermeņa, tos veiksmīgi izmanto dažādās nozarēs. Piemēram, papaijas proteolītiskais enzīms (no papaijas sulas) - brūvē, gaļas mīkstināšanai; pepsīns - "gatavu" graudaugu ražošanā un kā ārstniecības līdzeklis; tripsīns - bērnu pārtikas produktu ražošanā; reīns (renīns no teļa vēdera) - siera gatavošanā. Katalāzi plaši izmanto pārtikas un gumijas rūpniecībā, un celulāzes un pektidāzes, kas šķeļ polisaharīdus, izmanto augļu sulu dzidrināšanai. Fermenti ir nepieciešami proteīnu, nukleīnskābju un polisaharīdu struktūras noteikšanā, gēnu inženierijā uc Ar fermentu palīdzību tiek iegūti medikamenti un sarežģīti ķīmiskie savienojumi.

Ir atklāta dažu ribonukleīnskābju formu (ribozīmu) spēja katalizēt atsevišķas reakcijas, tas ir, darboties kā fermenti. Iespējams, organiskās pasaules evolūcijas laikā ribozīmi kalpoja kā biokatalizatori, pirms fermentatīvā funkcija tika pārnesta uz olbaltumvielām, kas ir labāk piemērotas šī uzdevuma veikšanai.