Toate organismele vii de pe Pământ sunt sisteme deschise capabile să organizeze în mod activ aprovizionarea cu energie și materie din exterior. Energia este necesară pentru desfășurarea proceselor vitale, dar mai ales pentru sinteza chimică a substanțelor folosite pentru construirea și refacerea structurilor celulelor și organismului. Ființele vii sunt capabile să folosească doar două tipuri de energie: ușoară(energia radiației solare) și chimic(energia legăturilor compușilor chimici) - pe această bază, organismele sunt împărțite în două grupe - fototrofe și chemotrofe.

Principala sursă de molecule structurale este carbonul. În funcție de sursele lor de carbon, organismele vii sunt împărțite în două grupe: autotrofe, care folosesc o sursă de carbon anorganică (dioxid de carbon) și heterotrofe, care folosesc surse organice de carbon.

Procesul de consum de energie și materie se numește alimente. Sunt cunoscute două metode de nutriție: holozoică - prin captarea particulelor de alimente în interiorul corpului și holofitică - fără captare, prin absorbția nutrienților dizolvați prin structurile de suprafață ale corpului. Nutrienții care intră în organism sunt implicați în procesele metabolice.

Metabolismul este un set de procese interconectate și echilibrate care includ o varietate de transformări chimice în organism. Reacțiile de sinteză efectuate cu consum de energie stau la baza anabolismului (metabolismul plastic sau asimilarea).

Reacțiile de divizare însoțite de eliberarea de energie formează baza catabolism(schimb sau disimilare de energie).

1. Importanța ATP în metabolism

Energia eliberată în timpul descompunerii substanțelor organice nu este utilizată imediat de celulă, ci este stocată sub formă de compuși cu energie înaltă, de obicei sub formă de adenozin trifosfat (ATP). Prin natura sa chimică, ATP este o mononucleotidă și constă din adenină de bază azotată, carbohidrat riboză și trei resturi de acid fosforic.

Energia eliberată în timpul hidrolizei ATP este folosită de celulă pentru a efectua toate tipurile de muncă. Cantități semnificative de energie sunt cheltuite pentru sinteza biologică. ATP este o sursă universală de energie celulară. Furnizarea de ATP în celulă este limitată și este completată datorită procesului de fosforilare, care are loc cu viteze diferite în timpul respirației, fermentației și fotosintezei. ATP este reînnoit extrem de rapid (la om, durata de viață a unei molecule de ATP este mai mică de 1 minut).

2. Metabolismul energetic în celulă. sinteza ATP

Sinteza ATP are loc în celulele tuturor organismelor în timpul procesului de fosforilare, adică. adăugarea de fosfat anorganic la ADP. Energia pentru fosforilarea ADP este generată în timpul metabolismului energetic. Metabolismul energetic, sau disimilarea, este un set de reacții de descompunere a substanțelor organice, însoțite de eliberarea de energie. În funcție de habitat, disimilarea poate avea loc în două sau trei etape.

În majoritatea organismelor vii - aerobi care trăiesc într-un mediu cu oxigen - se desfășoară trei etape în timpul disimilării: pregătitoare, fără oxigen, oxigen. La anaerobii care trăiesc într-un mediu lipsit de oxigen, sau la aerobii cu lipsă de oxigen, disimilarea are loc doar în primele două etape cu formarea de compuși organici intermediari care sunt încă bogați în energie.

Prima etapă - pregătitoare - constă în descompunerea enzimatică a compușilor organici complecși în compuși mai simpli (proteine ​​în aminoacizi; polizaharide în monozaharide; acizi nucleici în nucleotide). Defalcarea intracelulară a substanțelor organice are loc sub acțiunea enzimelor hidrolitice ale lizozomilor. Energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură, iar moleculele organice mici rezultate pot suferi o descompunere suplimentară și pot fi folosite de celulă ca „material de construcție” pentru sinteza propriilor compuși organici.

A doua etapă - oxidarea incompletă - are loc direct în citoplasma celulei, nu necesită prezența oxigenului și constă în descompunerea ulterioară a substraturilor organice. Principala sursă de energie din celulă este glucoză. Descompunerea incompletă și lipsită de oxigen a glucozei se numește glicoliză.

A treia etapă - oxidarea completă - are loc cu participarea obligatorie a oxigenului. Drept urmare, molecula de glucoză este descompusă în dioxid de carbon anorganic, iar energia eliberată în acest caz este cheltuită parțial pentru sinteza ATP.

3. Schimb plastic

Metabolismul plastic, sau asimilarea, este un set de reacții care asigură sinteza compuși organici complecși în celulă. Organismele heterotrofe își construiesc propria materie organică din componentele organice ale alimentelor. Asimilarea heterotrofică se reduce în esență la rearanjarea moleculelor.

Substante organice ale alimentelor (proteine, grasimi, carbohidrati) --> digestie --> Molecule organice simple (aminoacizi, acizi grasi, monozaharide) --> sinteze biologice --> Macromolecule ale organismului (proteine, grasimi, carbohidrati)

Organismele autotrofe sunt capabile să sintetizeze complet independent substanțe organice din molecule anorganice consumate din mediul extern. În procesul de asimilare autotrofă, reacțiile de foto- și chemosinteză, care asigură formarea compușilor organici simpli, preced sintezele biologice ale macromoleculelor:

Substante anorganice (dioxid de carbon, apa) --> fotosinteza, chemosinteza --> Molecule organice simple (aminoacizi, acizi grasi, monozaharide) -----sinteze biologice --> Macromolecule corporale (proteine, grasimi, carbohidrati)

4. Fotosinteză

Fotosinteza este sinteza compușilor organici din cei anorganici, folosind energia celulei. Rolul principal în procesele de fotosinteză îl au pigmenții fotosintetici, care au proprietatea unică de a capta lumina și de a transforma energia acesteia în energie chimică. Pigmenții fotosintetici sunt un grup destul de mare de substanțe asemănătoare proteinelor. Principalul și cel mai important din punct de vedere energetic este pigmentul. clorofila a, găsit în toate fototrofele, cu excepția bacteriilor fotosintetice. Pigmenții fotosintetici sunt încorporați în membrana interioară a plastidelor la eucariote sau în invaginările membranei citoplasmatice la procariote.

În timpul procesului de fotosinteză, pe lângă monozaharide (glucoză etc.), care sunt transformate în amidon și depozitate de plantă, sunt sintetizați monomeri ai altor compuși organici - aminoacizi, glicerol și acizi grași. Astfel, datorită fotosintezei, celulele vegetale, sau mai precis, celulele care conțin clorofilă, se asigură ele înșiși și tuturor viețuitoarelor de pe Pământ cu substanțele organice și oxigenul necesar.

5. Chemosinteza

Chemosinteza este, de asemenea, procesul de sinteză a compușilor organici din cei anorganici, dar se realizează nu în detrimentul energiei luminoase, ci în detrimentul energiei chimice obținute din oxidarea substanțelor anorganice (sulf, hidrogen sulfurat, fier, amoniac, nitrit etc.). Cele mai importante sunt bacteriile nitrificante, fier și sulf.

Energia eliberată în timpul reacțiilor de oxidare este stocată de bacterii sub formă de ATP și utilizată pentru sinteza compușilor organici. Bacteriile chemosintetice joacă un rol foarte important în biosferă. Ele participă la tratarea apelor uzate, contribuie la acumularea de minerale în sol și cresc fertilitatea solului.

ADN - biopolimer, micromoleculă, polinucleotidă, -manomer-nucleotidă Baze azotate - deoxiriboză - reziduu de acid fosforic Baze azotate: adenină, timină, guanină, citozină - structura dublu catenară a ARN - biopolimer, macromoleculă, polinucleotidă, - manomer - baze azotate nucleotidice - Riboza - Reziduu de acid fosforic Baze azotate: adenina, uracil, guanina, citozina. Molecula de ARN este monocatenar. Funcţii: ADN - stocarea informaţiei genetice ARN - transmiterea informaţiei genetice

ARN-ul mesager, care transportă informații despre structura primară a moleculelor de proteine, este sintetizat în nucleu. După ce a trecut prin porii membranei nucleare, ARNm este trimis la ribozomi, unde informația genetică este descifrată - tradusă din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizilor.

Aminoacizii din care sunt sintetizate proteinele sunt livrați la ribozomi folosind ARN-uri speciali numite ARN de transfer (t-ARN). În t-ARN, secvența a trei nucleotide este complementară cu nucleotidele codonului din i-ARN. Această secvență de nucleotide din structura ARNt se numește anticodon. Fiecare t-ARN atașează un aminoacid specific, folosind enzime și folosind ATP. Aceasta este prima etapă a sintezei.

Pentru ca un aminoacid să fie inclus într-un lanț proteic, acesta trebuie să se desprindă de ARNt. În a doua etapă a sintezei proteinelor, ARNt-ul acționează ca un traducător din limbajul nucleotidelor în limbajul aminoacizilor. Această translație are loc pe ribozom. Există două secțiuni în el: pe una, t-ARN primește o comandă de la ARNm - anticodonul recunoaște codonul, pe de altă parte, comanda este executată - aminoacidul este rupt din t-ARN.

A treia etapă a sintezei proteinelor este aceea că enzima sintetaza atașează aminoacidul detașat din ARNt de molecula de proteină în creștere. ARN-ul mesager alunecă continuu de-a lungul ribozomului, fiecare triplet cade mai întâi în prima secțiune, unde este recunoscut de anticodonul ARNt, apoi în a doua secțiune. Aici merge și t-ARN-ul cu un aminoacid atașat; aici aminoacizii sunt separați de t-ARN și conectați unul cu celălalt în secvența în care tripleții urmează unul după altul.

Când unul dintre cele trei triplete, care sunt semne de punctuație între gene, apare pe ribozom în prima secțiune, aceasta înseamnă că sinteza proteinelor este completă. Lanțul proteic finit părăsește ribozomul. Procesul de sinteză a proteinelor necesită multă energie. Conexiunea fiecărui aminoacid cu t-ARN necesită energia unei molecule de ATP.

Pentru a crește producția de proteine, ARNm trece adesea simultan prin nu unul, ci mai mulți ribozomi în succesiune. O astfel de structură, unită de o moleculă de ARNm, se numește polizom. Pe fiecare ribozom, într-o bandă transportoare similară unui șir de margele, sunt sintetizate secvenţial mai multe molecule de proteine ​​identice.

Sinteza proteinelor pe ribozomi se numește translație. Sinteza moleculelor de proteine ​​are loc continuu și are loc cu viteză mare: de la 50 la 60 de mii de legături peptidice se formează într-un minut. Sinteza unei molecule de proteine ​​durează doar 3-4 secunde. Fiecare etapă a biosintezei este catalizată de enzime adecvate și furnizată cu energie prin descompunerea ATP. Proteinele sintetizate intră în canalele reticulului endoplasmatic, prin care sunt transportate în anumite părți ale celulei.

Celula vegetală ca sistem osmotic

Celula vegetală este un sistem osmotic. Seva celulară a vacuolei este o soluție foarte concentrată. Presiunea osmotică a sevei celulare este desemnată -.

Pentru a intra în vacuola, apa trebuie să treacă prin peretele celular, plasmalemă, citoplasmă și tonoplast. Peretele celular este foarte permeabil la apă. Plasmalema și tonoplastul au permeabilitate selectivă. Prin urmare, o celulă vegetală poate fi considerată ca un sistem osmotic, în care membrana plasmatică și tonoplastul sunt o membrană semi-permeabilă, iar vacuola cu seva celulară este o soluție concentrată. Prin urmare, dacă o celulă este plasată în apă, atunci apa, conform legilor osmozei, va începe să curgă în celulă.

Forța cu care apa intră în celulă se numește forță de aspirație - S.

Este identic cu potențialul de apă.

Pe măsură ce apa intră în vacuolă, volumul acesteia crește, apa diluează seva celulară, iar pereții celulari încep să experimenteze presiune. Peretele celular are o anumită elasticitate și se poate întinde.

Pe măsură ce volumul vacuolei crește, citoplasma este presată pe peretele celular și presiunea de turgescență apare pe peretele celular (P). În același timp, o cantitate egală de contrapresiune din peretele celular de pe protoplast ia naștere din peretele celular. Contrapresiunea peretelui celular se numește potențial de presiune (-P).

Astfel, mărimea forței de aspirație S este determinată de presiunea osmotică a sevei celulare și de presiunea hidrostatică de turgență a celulei P, care este egală cu contrapresiunea peretelui celular care apare atunci când este întinsă -P.

S = - P sau - - .

Dacă planta se află în condiții de umiditate suficientă a solului și a aerului, atunci celulele sunt într-o stare de turgență completă. Când o celulă este complet saturată cu apă (turgescentă), atunci forța sa de aspirație este zero S = 0, iar presiunea turgescentă este egală cu presiunea osmotică potențială P =.

Când există o lipsă de umiditate în sol, deficiența de apă apare mai întâi în peretele celular. Potențialul de apă al peretelui celular devine mai mic decât în ​​vacuolă, iar apa începe să se deplaseze din vacuolă în peretele celular. Ieșirea apei din vacuolă reduce presiunea turgenței în celule și crește forța de aspirație a acestora. Cu o lipsă prelungită de umiditate, majoritatea celulelor își pierd turgul, iar planta începe să se ofilească, pierzând elasticitatea și fermitatea. În acest caz, presiunea turgenței P = 0 și forța de aspirație S =

Dacă, din cauza unei pierderi foarte mari de apă, presiunea turgenței scade la zero, frunza se va ofili complet. O pierdere suplimentară de apă va duce la moartea protoplastului celular. O caracteristică adaptativă la o pierdere bruscă de apă este închiderea rapidă a stomatelor atunci când există o lipsă de umiditate.

Celulele pot restabili rapid turgul dacă planta primește suficientă apă sau noaptea când planta primește suficientă apă din sol. Și, de asemenea, la udare.

Potențial de apă; este egal cu 0 pentru apa pură; este egal cu 0 sau negativ pentru celule.

Potențialul osmotic este întotdeauna negativ

Potențial de presiune; de obicei pozitiv în celulele vii (în celulele al căror conținut este sub presiune), dar negativ în celulele xilemului (în care se creează tensiunea apei).

Rezultatul total al acțiunii

Cu turgență deplină

În timpul plasmolizei inițiale

Dacă plasați o celulă într-o soluție hipertonă cu un potențial de apă mai scăzut, atunci apa începe să părăsească celula prin osmoză prin membrana plasmatică. Mai întâi, apa va părăsi citoplasma, apoi prin tonoplasta din vacuola. Conținutul viu al celulei, protoplastul, se micșorează și cad în spatele peretelui celular. Are loc un proces plasmoliza. Spațiul dintre peretele celular și protoplast este umplut cu o soluție externă. O astfel de celulă se numește plasmolizată. Apa va părăsi celula până când potențialul de apă al protoplastei devine egal cu potențialul de apă al soluției din jur, după care celula încetează să se mai micșoreze. Acest proces este reversibil și celula nu este afectată.

Dacă celula este plasată în apă curată sau într-o soluție hipotonică, atunci starea de turgență a celulei este restabilită și procesul deplasmoliza.

În condițiile deficienței de apă în țesuturile tinere, o creștere bruscă a pierderii de apă duce la faptul că presiunea turgenței celulei devine negativă, iar protoplastul, contractându-se în volum, nu se separă de peretele celular, ci îl trage împreună cu acesta. . Celulele și țesuturile se micșorează. Acest fenomen se numește cytorhiz.

Metabolismul substanțelor și energiei (metabolismul) are loc la toate nivelurile corpului: celular, tisular și organism. Asigură constanța mediului intern al organismului – homeostazia – în condiții de existență în continuă schimbare. Două procese au loc simultan în celulă - metabolismul plastic (anabolism sau asimilare) și metabolismul energetic (fatabolism sau disimilare).

Schimbul plastic este totalitatea tuturor proceselor de sinteză atunci când substanțele complexe se formează din substanțe simple, în timp ce energia este cheltuită.

Metabolismul energetic este totalitatea tuturor proceselor de scindare când substanțele complexe se formează în unele simple și se eliberează energie.

Homeostazia este menținută prin echilibrul dintre metabolismul plastic și cel energetic. Dacă acest echilibru este perturbat, atunci apar patologii (boli) în organism sau în o parte a acestuia.

Metabolismul are loc la temperatura normală, presiune și un anumit mediu pH

11.Metabolismul energetic în celulă.

Metabolismul energetic este un set de reacții chimice de descompunere treptată a compușilor organici, însoțite de eliberarea de energie, din care o parte este cheltuită pentru sinteza ATP. ATP sintetizat devine o sursă universală de energie pentru viața organismelor.

Etape ale metabolismului energetic:

1. Preparator - pe el substanțele complexe sunt descompuse în unele simple, de exemplu polizaharidele în monozaharide. Această etapă are loc în citoplasmă și eliberează energie, dar foarte puțină energie este, prin urmare, disipată sub formă de căldură.

2. Fără oxigen - în lizozomi, în această etapă, descompunerea substanțelor în altele mai simple continuă fără participarea oxigenului cu eliberarea a două molecule de ATP

3. Oxigen - continuă descompunerea substanțelor cu participarea oxigenului la produsele finale (dioxid de carbon și apă) cu eliberarea de 36 ATP. Acest proces are loc în mitocondrii.

Nutriția celulară. Chemosinteza

Nutriția celulară are loc ca urmare a unei serii de reacții chimice complexe, în timpul cărora substanțele care pătrund în celulă din mediul extern (dioxid de carbon, săruri minerale, apă) pătrund în corpul celulei în sine sub formă de proteine, zaharuri, grăsimi. , uleiuri, azot și fosfor.conexiuni.

Toate organismele vii pot fi împărțite în 2 grupe:

1. Tipul de nutriție autotrof - acestea includ organisme care sintetizează ele însele compuși organici din cei anorganici.

2 tipuri de autotrofe:

Fotosinteticele sunt autotrofe care folosesc energia luminii solare (plante, cianobacterii, protozoare)

Chemosinteticele sunt organisme care folosesc energia legăturilor chimice. Acest tip include aproape toate bacteriile (fixatori de azot, bacterii cu sulf, bacterii de fier)

Chemosinteza a fost descoperită de Vinogradov.

Chemosinteza este o metodă de nutriție autotrofă în care sursa de energie pentru sinteza substanțelor organice din CO2 o reprezintă reacțiile de oxidare ale compușilor anorganici. Această opțiune de obținere a energiei este folosită doar de bacterii sau arhee.

2. Alimentație de tip heterotrof – caracteristică organismelor care se hrănesc cu compuși organici gata preparati.

Soprofitele sunt heterotrofe care se hrănesc cu țesuturi sau organisme moarte (ciobi, vulturi, hiene..)

Mânca plante - heterotrofe care mănâncă organisme vegetale (erbivore)

Carnivore (prădători) sunt heterotrofe care prind și mănâncă alte organisme (insectivore)

Omnivore - mănâncă alimente vegetale și animale

3. Tipul de nutriție mixotrof - combină tipurile de nutriție autotrofe și heterotrofe (roză soarelui, euglena verde)

Fotosinteză

Fotosinteza este un proces complex de formare a substanțelor anorganice folosind energia luminii solare. Principalul organ al fotosintezei este frunza deoarece conține cele mai multe cloroplaste și forma sa este cea mai potrivită pentru a primi lumina solară.

Fazele fotosintezei:

1. Faza luminii - cuprinde 2 procese principale: fotoliza apei si fosforilarea neciclica.

Tilacoizii sunt saci de membrană turtiți pe care se află pigmenții de clorofilă și un purtător special de electroni numit citocrom.

Există 2 sisteme foto situate pe tilacoizi:

Fotosistemul 1 conține clorofila a1, care percepe un cuantum de lumină cu o lungime de 700 de nanometri.

Fotosistemul 2 conține clorofilă a2, care percepe un cuantum de lumină cu o lungime de 680 nanometri

Când o cantitate de lumină lovește fotosistemul 1, electronii clorofilei a1 sunt excitați și transferați într-un proces precum fatoliza apei, adică apa este împărțită în hidrogen și o grupă hidroxo. Hidrogenul este folosit pentru a reduce substanța. Gruparea hidroxo rezultată se acumulează și este transformată în apă și oxigen, care părăsesc celula.

Când un cuantum de lumină lovește fotosistemul 2, electronii clorofilei sunt excitați sub influența luminii și se adaugă un reziduu de acid fosforic moleculei de ADP datorită energiei, rezultând o moleculă de ATP.

Faza de lumină are loc pe tilacozi, unde se generează energia necesară formării substanțelor organice.

Faza intunecata - apare in stroma, independent de lumina soarelui. Aici, în cursul reacțiilor complexe, dioxidul de carbon este transformat în glucoză folosind energia generată. Aceste reacții se numesc ciclul Calvin.

Cod genetic

Aceasta este o metodă caracteristică tuturor organismelor vii de codificare a secvenței de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide.

ADN-ul poate conține 4 baze azotate:

Adenina, Guanina, Timina, Citozina

ADN-ul poate codifica 64 de aminoacizi

Proprietăți:

1. Degenerare – crește fiabilitatea stocării și transmiterii informațiilor genetice în timpul diviziunii celulare

2. Specificitate - 1 triplet codifică întotdeauna doar 1 aminoacid

Co genetică este universală pentru toate organismele vii, de la bacterii la oameni

15. Transcriere și difuzare

Sinteza proteinelor include 2 etape:

1. Transcrierea este transcrierea informațiilor de la o moleculă de ADN la ARN mesager

Acest proces are loc în nucleu cu participarea enzimei ARN polimeraza. Această enzimă determină începutul și sfârșitul sintezei. Începutul este o secvență specifică de nucleotide numită promotor. Sfârșitul este, de asemenea, o secvență de nucleotide numită terminator.

Transcrierea începe cu determinarea secțiunii moleculei de ADN din care vor fi copiate informații

Apoi, această secțiune se desfășoară conform principiului complementarității cu o catenă de ADN și se construiește ARN-ul mesager. După ce sinteza ADN-ului este completă, acesta se răsucește din nou.

2. Translația este traducerea secvenței de tucleotide ARN mesager într-o secvență de aminoacizi

ARN de transfer transportă ARN mesager la ribozom. Aici, ARN-ul mesager este integrat în subunitatea mică a ribozomului, dar numai 2 tripleți se potrivesc în ea, astfel încât în ​​timpul sintezei, ARN-ul mesager se deplasează în subunitatea mare, ARN-ul de transfer poartă aminoacizi, dacă aminoacidul este potrivit, atunci este separat de ARN-ul de transfer și atașat la alți aminoacizi conform conexiunilor principiului peptidic.

ARN-ul de transfer părăsește ribozomul și noi ARN-uri de transfer intră în subunitatea mare

Dacă aminoacidul nu se potrivește cu informațiile din subunitatea mică conform principiului complementarității, atunci acest ARN de transport cu aminoacidul părăsește ribozomul

Începutul sintezei proteinelor este indicat de adenină, uracil, guanină și se termină cu stop cadone

Când sinteza proteinelor se termină, structura primară a proteinei este separată de ribozom, iar proteina capătă structura dorită.

Ciclul de viață al celulei

Ciclul celular este perioada de existență celulară din momentul formării ei prin divizarea celulei mamă până la propria diviziune sau moarte.

Interfaza este faza din ciclul de viață dintre două diviziuni celulare. Se caracterizează prin procese metabolice active, sinteza proteinelor și ARN, acumularea de nutrienți de către celulă, creșterea și creșterea în volum. La mijlocul interfazei are loc duplicarea (replicarea) ADN-ului. Ca rezultat, fiecare cromozom conține 2 molecule de ADN și este format din două cromatide surori, care sunt legate printr-un centromer și formează un singur cromozom. Celula se pregătește pentru diviziune, toate organelele sale se dublează. Durata interfazei depinde de tipul de celulă și reprezintă în medie 4/5 din timpul total al ciclului de viață al celulei. Diviziune celulara. Creșterea unui organism are loc prin diviziunea celulelor sale. Capacitatea de a diviza este cea mai importantă proprietate a vieții celulare. Când o celulă se divide, își dublează toate componentele structurale, rezultând două celule noi. Cea mai comună metodă de diviziune celulară este mitoza - diviziunea celulară indirectă. Mitoza este procesul de producere a două celule fiice identice cu celula mamă originală. Asigură reînnoirea celulară în timpul procesului de îmbătrânire. Mitoza constă din patru faze secvenţiale:

1. Profaza - formarea cromozomilor cu două cromatide, distrugerea membranei nucleare.

2.Metofaza - formarea fusului, scurtarea cromozomilor, formarea celulei ecuaterial

3. Anafaza - separarea cromatidelor, divergența lor către poli de-a lungul fibrelor fusului

4. Telofază - Dispariția fusului, formarea membranelor nucleare, desfacerea cromozomilor.

Mitoză. Amitoza

Mitoza este procesul de diviziune indirectă a celulelor somatice ale eucariotelor, în urma căruia materialul ereditar este mai întâi dublat și apoi distribuit uniform între celulele fiice. Este principala modalitate prin care celulele eucariote se divid. Durata mitozei în celulele animale este de 30-60 de minute, iar în celulele vegetale - 2-3 ore, constă din 4 faze principale:

1. Profaza - începe cu speralizarea lanțurilor de ADN la cromozomi, nucleolii și membrana nucleară sunt distruse, cromozomii încep să plutească liber în citoplasmă.La sfârșitul profazei, fusul începe să se formeze

2. Metafază - cromozomii se aliniază strict la ecuator sub forma unei plăci de metafază. Firele fusului, care sunt deja complet formate, trec prin centromerii cromozomilor împărțind cromozomul în 2 cromatide.

3. Anafaza - Aici filamentele fusului se separă și se întind la diferiți poli ai cromatidei. Fusul de fisiune începe să se prăbușească.

4. Telofaza Aici, la polii celulei, cromatidele sunt dispersate, acoperite cu o membrană nucleară, și începe diviziunea citoplasmei și a celulei însăși.

Ca urmare a mitozei, se formează 2 celule diploide identice.

Cariokeneza este diviziune nucleară

Citokeneza este diviziunea citoplasmei și a celulei în sine

Amitoza este diviziunea directă a nucleului care are ca rezultat formarea unei celule cu doi nuclei, acest tip fiind caracteristic celulelor musculare și țesuturilor conjunctive.

Acest lucru este necesar pentru organizarea completă a muncii celulare.

Dacă dintr-o dată o astfel de celulă se divide, atunci noile celule vor conține un set genetic incomplet, care va duce la moartea lor sau le va transforma într-un agent patogen.

Meioză

Aceasta este o diviziune indirectă a celulelor germinale care are ca rezultat formarea a 4 celule fiice haploide cu materiale genetice diferite. Aceasta este etapa principală în formarea celulelor germinale.

Semnificația biologică a meiozei:

1. Datorită meiozei, se formează gameți diferiți genetic

2. Se mentine constanta setului diploid de cromozomi din celulele somatice

3. Datorită meiozei, 1 celulă produce 4 celule noi

Meioza include 2 diviziuni:

Reducere - în timpul acestei diviziuni numărul de cromozomi scade

Ecuațional - procedează în același mod ca mitoza

Interfaza se desfășoară în același mod ca mitoza, adică ADN-ul se dublează în nucleul unei celule în diviziune.

1 diviziune meiotică

Profaza este cea mai complexă și mai lungă fază a meiozei deoarece aici apar 2 procese suplimentare.

1- Conjugarea este o abordare apropiată a cromozomilor omologi rezultând în formarea a 4 cromatide unite de 1 centromer și o astfel de structură va fi numită bivalentă. Apoi are loc trecerea între cromozomii care sunt uniți într-un bivalent.

2- Crossing over - schimb de secțiuni de cromozomi. Ca rezultat al acestor procese, are loc recombinarea unei gene

Metafaza - aici, la ecuatorul celulei, bivalenții formează o placă de metafază, prin centromerii căreia trec și filamentele fusului

Anafaza - spre deosebire de mitoză, aici cromozomi întregi se dispersează la polii celulei. Aici au loc 2 recombinări de gene

Telofază - la animale și unele plante, cromozomii încep să se relaxeze, devin acoperiți cu o membrană nucleară la poli și se împart în 2 celule (numai la animale)

La plante, după anafaza, apare imediat profaza 2.

Interfaza este caracteristică numai animalelor; spre deosebire de interfaza de mitoză, nu există o creștere a informațiilor ereditare

Diviziunea 2 a meiozei include profaza, metafaza, telofaza, anafaza, care se desfășoară exact ca în mitoză, dar cu mai puțini cromozomi.

Reproducere asexuată.

Acesta este un tip de reproducere care se caracterizează prin:

2. 1 persoană participă

3. se produce în condiţii favorabile

4. toate organismele se dovedesc la fel

5. păstrează proprietăţile şi caracteristicile condiţiilor stabil neschimbate

Semnificație biologică:

1. necesare pentru apariţia unor organisme cu proprietăţi anatomice identice

2. din punct de vedere evolutiv, reproducerea asexuata nu este rentabila, dar datorita acestei reproduceri numarul indivizilor din cadrul populatiei creste intr-un timp scurt.

Tipuri de reproducere asexuată:

Diviziunea mitotică - apare din cauza mitozei (amibe, alge, bacterii...)

Sporularea se realizează prin spori, celule specializate de ciuperci și plante. Dacă un spor are un flagel, atunci se numește zoospor și este caracteristic unui mediu acvatic (spori, ciuperci, licheni..)

Cocoașa - asupra individului mamă are loc o excrescere - un mugure (conține un nucleu fiică) din care se dezvoltă un nou individ. Mugurele crește și atinge dimensiunea individului mamă, abia apoi se desparte de acesta (Hydra, ciuperci de drojdie, supt). ciliati)

Vegetativ - caracteristic multor grupuri de plante, un nou individ se dezvoltă fie din structuri speciale, fie dintr-o parte a individului mamă.

Unele animale multicelulare au și reproducere vegetativă (bureți, stele de mare, viermi plati)

Reproducere sexuală

Caracteristică:

1.2 organizații participă

2. sunt implicate celulele germinale

3. copiii se dovedesc a fi diversi

4. în termeni evolutivi, a apărut mai târziu decât asexuat

5. se produce în condiţii nefavorabile

Semnificație biologică:

1. descendenții sunt mai bine adaptați la condițiile de mediu în schimbare și sunt mai viabili

2. apar noi organisme

Patogeneza (reproducție virgină)

Organismele fiice se dezvoltă din ouă nefertilizate.

Semnificația patogenezei:

1. Reproducerea este posibilă cu contacte rare ale organismelor de diferite sexe

2. Necesar pentru maximizarea numărului în populațiile cu mortalitate ridicată

3. Pentru o creștere sezonieră a numărului la unele populații

1. Obligatoriu (obligatoriu) - se găsește în populațiile în care doar indivizi de sex feminin (șopârlă de stâncă caucaziană)

2. Ciclic (sezonier) - caracteristic afidelor, planctonului, daphniei, întâlnit la populațiile care se sting isteric într-un anumit anotimp.

3. Facultativ (nu este obligatoriu) - întâlnit la insectele sociale. Masculii ies din ouăle nefertilizate, iar insectele lucrătoare ies din ouăle fertilizate.

Dezvoltarea celulelor germinale

Gametogeneza

Gameții sunt celule sexuale care fuzionează pentru a forma un zigot din care se dezvoltă un nou organism.

Diferența dintre celulele somatice și celulele germinale:

1 gameți poartă un set haploid de cromozomi, iar cei somatici poartă un diploid

2. gameții nu se împart, ci cei somatici

3. gameți, în special ouă mai mari decât celulele somatice

Gametogeneza este formarea de celule germinale care au loc in gonade-genade (ovare, testicule)

Oogeneza este gametogeneza, care are loc în corpul feminin și duce la formarea celulelor germinale feminine (ovul)

Spermatogeneza este gametogeneza, care are loc în corpul masculin și duce la formarea gameților masculini (sperma)

Gametogeneza constă în mai multe etape:

1. Reproducere - Aici, din celulele germinale primare, care se numesc spermatogonie si oogonie, numarul viitorilor gameti creste prin mitoza. Spermatogoniile se reproduc pe parcursul întregii perioade de reproducere în corpul masculin.

În corpul feminin, stadiul 1 are loc între 2 și 5 luni de dezvoltare intrauterină.

2. Creștere – celulele germinale primare cresc în dimensiune și se transformă în ovocite și spermatocite de ordinul întâi. Aceste celule se formează în interfază. În această etapă, începe meioza.

3. Maturarea – are loc în două diviziuni succesive – reducerea și ecuația. Ca urmare a primei diviziuni a meiozei, se formează ovocite și spermatocite de ordinul doi; după a doua diviziune a meiozei, din spermatocite se formează 4 spermotide.

Din ovocitele de ordinul doi se formează 1 ou mare și 3 corpuri reducătoare. Acest lucru se datorează faptului că toată energia și nutrienții se îndreaptă spre formarea unui gamet mare și nu există suficientă putere pentru formarea celor 3 celule rămase.

Prin urmare, 3 corpuri de reducere din codul de reproducere sunt împărțite

4. Formare - în această etapă, spermatidele, adică celulele germinale complet formate, cresc, se dezvoltă, capătă un flagel și forma unei celule germinale adulte. Spermatidele sunt produse din spermatozoizi.

Spermatozoizii sunt formați dintr-un cap, gât și coadă.

Oul este asemănător cu o celulă somatică, doar că este mai mare și are membrane suplimentare.

Fertilizare

Acesta este procesul de fuziune a celulelor germinale care are ca rezultat formarea unui zigot - aceasta este prima celulă a unui nou organism

1. Extern - cu acest tip de fertilizare, femela amână jocul, iar masculul o udă cu lichid seminal. Acest tip apare numai în mediile acvatice. Nu sunt necesare structuri speciale de reproducere, se produce o cantitate mare de material ereditar și rata de supraviețuire a urmașilor este minimă.

2. Intern - în acest tip, celulele reproducătoare masculine sunt plasate în tractul reproducător feminin. Acest tip necesită structuri speciale de reproducere. Se produce mai puțin material ereditar. Rata de supraviețuire a urmașilor crește. De îndată ce celulele reproducătoare masculine intră în tractul reproducător al femelei, ele se deplasează intenționat către ovul, când unul dintre spermatozoizi pătrunde în ovul, membranele sale devin mai dense și devine inaccesibil pentru alți spermatozoizi. Acest lucru este necesar pentru a menține diploiditatea organismelor.

Dubla fertilizare

Caracteristic doar pentru angiosperme. În stamine, celulele germinale masculine primare se divid prin meioză, formând 4 microspori, fiecare microspor este din nou împărțit în 2 celule (vegetative și generative)

Aceste celule sunt acoperite cu o membrană dublă, formând un grăunte de polen

În pistil, se formează 1 megaspor din celula feminină primară prin meioză și 3 celule mor. Megasporul rezultat este încă împărțit în 2 celule, 1 ocupă un loc central în spor și 2 coboară

Granulele de polen aterizează pe stigma pistilului, celula vegetativă germinează, formând un tub de polen către ovar. Celula generatoare coboară prin acest tub și se împarte în 2 spermatozoizi. 1 spermatozoid fecundează celula centrală din care se formează endospermul.

2 spermatozoizi fecundează a doua celulă din care se dezvoltă embrionul.

Ontogeneză

Aceasta este dezvoltarea individuală a zigotului (organismului) până la moartea acestuia. Termenul a fost stabilit în 1866 de Ernest Haeckel

La mamifere, otnogeneza este reglată de sistemele nervos și endocrin

1. Larva - în acest tip, ieșind din cojile ouălor, organismul rămâne în stadiul larvar pentru o anumită perioadă, apoi suferă metamorfoză (transformarea într-un adult)

2. Ovipar – cu acest tip de dezvoltare, organismul rămâne în membranele ouălor timp îndelungat și nu există stadiu larvar.

3. Intrauterin – aici dezvoltarea corpului are loc în interiorul corpului mamei

Perioade de ontogeneză:

1. Embrionar (intrauterin) de la concepție până la naștere

2. Postembrionar – de la naștere până la moarte

Perioada embrionară

3 etape de dezvoltare

1. Zdrobire

Începe la câteva ore după fertilizare. Aici zigotul începe să se dividă mitotic în 2 celule (blastomere).Aceste celule nu diverg și nu cresc. Apoi aceste celule se divid din nou și formează 4 celule, iar acest lucru continuă până când se formează 32 de celule, până când se formează o morula - acesta este un embrion format din 32 de celule mici, asemănătoare unei zmeură și de dimensiunea unui zigot.

Această morula coboară de-a lungul oviductului în cavitatea uterină și se implantează în peretele său. Aceasta se întâmplă la 6 ore după fertilizare.

Apoi, celulele morula continuă să se dividă și se formează o blastula - acesta este un embrion format din câteva sute de celule situate într-un singur strat.Blastula are o cavitate și dimensiunea sa este aceeași cu cea a zigotului

2. Gastrulare

Conține blastula și gastrula

Blastula continuă să se divizeze și la un capăt diviziunea celulară este mai intensă. Aceasta duce la invaginarea acestor celule în blastula, adică se formează o gastrulă.

Gastrula este un embrion cu două straturi cu o gură primară, care la mamifere și organismele superioare în timpul dezvoltării se transformă în anus. Și adevărata gură se formează la celălalt capăt. Cavitatea gastrulei este celula primară.

Stratul exterior al celulelor este ectodermul (1 strat germinativ)

Stratul interior de celule este endoderm (2 foi de pachet)

Apoi, între ectoderm și endoderm, se formează 3 straturi germinale (mezoderm) simetric la ambele capete ale gurii primare.

3.Organogeneza

În acest stadiu, se formează neurula; pe partea dorsală a embrionului, stratul exterior de celule formează un șanț, care se închide și formează tubul neural. În paralel cu acest proces, tubul intestinal se formează din endoderm. Iar din mezoderm se formează notocordul. Din ectoderm se formează sistemul nervos și organele senzoriale, precum și epiteliul mortuar și derivații acestuia (păr, unghii).

endodermul - formează sistemul digestiv și glandele digestive, sistemul respirator și glanda tiroidă.

4. Mezodermul

Se formează sistemul musculo-scheletic, circulator, excretor și reproducător.

Perioada postembrionară

Dezvoltarea postembrionară poate merge în două moduri:

Direct și indirect: cu transformare completă și incompletă

Dezvoltarea directă este tipică pentru păsări, pești, mamifere și oameni. Un nou individ, atunci când se naște și iese din coji de ou, este asemănător cu un individ adult, dar de dimensiuni mici, cu proporții diferite, cu un sistem nervos și reproducător subdezvoltat, iar tegumentul poate fi, de asemenea, diferit.

În timpul dezvoltării postembrionare, sistemele nervos și reproductiv se dezvoltă în continuare. Coperta se schimbă și corpul este supus pregătirii și educației.

Dezvoltare indirectă – la acest tip, stadiul larvar este prezent în dezvoltarea postembrionară. Larva seamănă puțin sau deloc cu adultul. Ea crește intens, se dezvoltă și mănâncă multă mâncare.

Cu acest tip de dezvoltare indirectă, organismul, ieșind din ou, trece prin stadiul de larvă, care se va transforma într-o pupă și larva se va prăbuși complet în compuși organici din care se va construi un nou organism.Un individ adult. (imago) iese din pupă.

ou-larva-pupa-imago

Amfibienii și unele insecte se dezvoltă cu transformare incompletă

Aici nu există pupă și metamorfoza are loc în stadiul larvar.

Ou-larva-adult

26. Poziția omului față de sistemul lumii animale.

Stări agregate ale materiei: solid, lichid și gazos. Stari cristaline si amorfe. Grile de cristal

Biologie. Biologie generală. Clasa 10. Nivel de bază Sivoglazov Vladislav Ivanovici

16. Metabolismul și conversia energiei. Schimb de energie

Tine minte!

Ce este metabolismul?

În ce două procese interconectate constă?

Unde în corpul uman este descompunerea majorității substanțelor organice care provin din alimente?

Metabolism și energie. Condiția principală pentru viața oricărui organism este schimbul de substanțe și energie cu mediul. În fiecare celulă au loc continuu procese complexe care au ca scop menținerea și asigurarea funcționării normale a celulei în sine și a organismului în ansamblu. Sunt sintetizați compuși complexi cu molecule înalte: proteinele sunt formate din aminoacizi, polizaharidele sunt formate din zaharuri simple, iar acizii nucleici sunt formați din nucleotide. Celulele se divid și formează noi organite; diferite substanțe sunt transportate activ din și în celulă. Impulsurile electrice sunt transmise de-a lungul fibrelor nervoase, mușchii se contractă, se menține o temperatură constantă a corpului - toate acestea, precum și multe alte procese care au loc în organism, necesită energie. Această energie este generată de descompunerea substanțelor organice. Un set de reacții de scindare a compușilor cu molecule înalte, care sunt însoțite de eliberarea și stocarea energiei, numit metabolismul energetic sau disimilare . Energia este stocată în principal sub formă de compus universal cu consum mare de energie - ATP.

Acidul adenozin trifosforic (ATP) este o nucleotidă formată dintr-o bază azotată (adenină), zahăr riboză și trei resturi de acid fosforic (Fig. 53). ATP este principala moleculă de energie a celulei, un fel de acumulator de energie. Toate procesele din organismele vii care necesită consum de energie sunt însoțite de conversia moleculei de ATP în ADP (acid adenozin difosforic). Când reziduul de acid fosforic este eliminat, se eliberează o cantitate mare de energie - 40 kJ/mol. Există două astfel de legături de înaltă energie (așa-numitele de înaltă energie) în molecula de ATP. Restaurarea structurii ATP din ADP și acid fosforic are loc în mitocondrii și este însoțită de absorbția de energie.

Aportul de substanțe organice pe care organismul le folosește pentru a obține energie trebuie să fie reînnoit în mod constant fie prin hrană, așa cum se întâmplă la animale, fie prin sinteza din substanțe anorganice (plante). Totalitatea tuturor proceselor de biosinteză care au loc în organismele vii, numit schimb plastic sau asimilare . Schimbul plastic este întotdeauna însoțit de absorbția de energie. Principalele procese ale metabolismului plastic sunt biosinteza proteinelor (§ 13) și fotosinteza (§ 17).

Orez. 53. Structura moleculei de ATP (semnul „~” indică o legătură de înaltă energie)

Deci, în timpul procesului de schimb de energie, compușii organici sunt descompuși și energia este stocată, iar în timpul schimbului plastic, se consumă energie și se sintetizează substanțele organice. Reacțiile de energie și schimbul plastic sunt indisolubil legate, formând colectiv un singur proces - metabolism și energie , sau metabolism . Metabolismul se desfășoară continuu în toate celulele, țesuturile și organele, menținând constanta mediului intern al corpului - homeostaziei.

Schimb de energie. Majoritatea organismelor de pe planeta noastră au nevoie de oxigen pentru a funcționa. Astfel de organisme sunt numite aerobic. Metabolismul energetic în aerobi are loc în trei etape: pregătitoare, fără oxigen și oxigen. În prezența oxigenului, substanțele organice sunt complet oxidate în timpul respirației la dioxid de carbon și apă, în urma cărora este stocată o cantitate mare de energie.

Organisme anaerobe capabil să supraviețuiască fără oxigen. Pentru unii dintre ei, oxigenul este în general distructiv, așa că trăiesc acolo unde nu există deloc oxigen, cum ar fi agentul cauzal al tetanosului. Alții, așa-numiții anaerobi facultativi, pot exista atât fără oxigen, cât și în prezența acestuia. Metabolismul energetic în organismele anaerobe are loc în două etape: pregătitoare și fără oxigen, prin urmare substanțele organice nu sunt complet oxidate și este stocată mult mai puțină energie.

Să luăm în considerare trei etape ale metabolismului energetic (Fig. 54).

Etapa pregătitoare. Această etapă are loc în tractul gastrointestinal și în lizozomii celulelor. Aici, sub influența enzimelor digestive, compușii cu molecul mare se descompun în compuși mai simpli, cu molecul scăzut: proteinele - în aminoacizi, polizaharide - în monozaharide, grăsimi - în glicerol și acizi grași. Energia eliberată în timpul acestor reacții nu este stocată, ci este disipată sub formă de căldură. Substanțele cu greutate moleculară mică formate în etapa pregătitoare pot fi utilizate de organism pentru a-și sintetiza proprii compuși organici, adică, intră în metabolismul plastic sau pot fi descompuse în continuare pentru a stoca energie.

Orez. 54. Etape ale metabolismului energetic

Etapă fără oxigen. A doua etapă are loc în citoplasma celulelor, unde are loc defalcarea ulterioară a substanțelor organice simple. Organismul nu folosește aminoacizii formați în prima etapă în etapele ulterioare de disimilare, deoarece are nevoie de ei ca material pentru sinteza propriilor molecule de proteine. Prin urmare, proteinele sunt folosite foarte rar pentru a obține energie, de obicei doar atunci când rezervele rămase (glucide și grăsimi) au fost deja epuizate. De obicei, cea mai disponibilă sursă de energie în celulă este glucoza.

Procesul complex în mai multe etape de descompunere fără oxigen a glucozei în a doua etapă a metabolismului energetic se numește glicoliza(din greaca glicos– dulce și liza– despicare).

Ca urmare a glicolizei, glucoza este descompusă în compuși organici mai simpli (glucoză C 6 H 12 O 6 - acid piruvic C 3 H 4 O 3). Aceasta eliberează energie, din care 60% este disipată sub formă de căldură, iar 40% este folosită pentru sinteza ATP. Când o moleculă de glucoză este descompusă, se formează două molecule de ATP și două molecule de acid piruvic. Astfel, în a doua etapă de disimilare, organismul începe să stocheze energie.

Soarta ulterioară a acidului piruvic depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă oxigenul este prezent, atunci acidul piruvic intră în mitocondrii, unde este complet oxidat la CO 2 și H 2 O și are loc a treia etapă de oxigen a metabolismului energetic (vezi mai jos).

În absența oxigenului, apare așa-numita respirație anaerobă, care este adesea numită fermentaţie.În celulele de drojdie, în timpul fermentației alcoolice, acidul piruvic (PVA) este transformat în alcool etilic (PVA? Alcool etilic + CO 2).

În timpul fermentației acidului lactic, acidul lactic se formează din PVC. Acest proces poate apărea nu numai în bacteriile de acid lactic. În timpul muncii fizice intense, în celulele țesutului muscular uman apare o lipsă de oxigen, ceea ce duce la formarea acidului lactic, a cărui acumulare provoacă o senzație de oboseală, durere și uneori chiar crampe.

Etapa de oxigen. În a treia etapă, produsele formate în timpul descompunerii fără oxigen a glucozei sunt oxidate în dioxid de carbon și apă. Aceasta eliberează o cantitate mare de energie, din care o parte semnificativă este utilizată pentru sinteza ATP. Acest proces are loc în mitocondrii și se numește respirație celulară.În timpul respirației celulare, oxidarea a două molecule de PVC eliberează energia stocată de organism sub formă de 36 de molecule de ATP.

Deci, în procesul de metabolism energetic cu oxidarea completă a unei molecule de glucoză în dioxid de carbon și apă, se formează 38 de molecule de ATP (2 molecule în procesul de glicoliză și 36 în procesul de respirație celulară în mitocondrii):

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

În condiții anaerobe, eficiența metabolismului energetic este mult mai scăzută - doar 2 molecule de ATP. Produsele de fermentare (alcool etilic, acid lactic, acid butiric) rețin încă multă energie în legăturile lor chimice, adică calea de disimilare a oxigenului este mai favorabilă din punct de vedere energetic. Dar din punct de vedere istoric, fermentația este un proces mai vechi. Ar fi putut fi realizat chiar și atunci când nu exista oxigen liber în atmosfera Pământului antic.

Revizuiți întrebările și temele

1. Ce este disimilarea? Enumerați etapele acesteia.

2. Care este rolul ATP-ului în metabolismul celular?

3. Ce structuri celulare realizează sinteza ATP?

4. Explicați metabolismul energetic într-o celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

5. Desenați o diagramă schematică a procesului de disimilare, rezumând pe o singură diagramă toate opțiunile sale posibile menționate în textul paragrafului (inclusiv fermentația).

6. Sinonime pentru cuvintele „disimilare” și „asimilare” sunt termenii „catabolism” și „anabolism”. Explicați originea acestor termeni.

Gândi! Fă-o!

1. Explicați de ce consumul excesiv de alimente duce la obezitate.

2. De ce nu poate exista schimbul de energie fără schimb plastic?

3. De ce crezi că după o muncă fizică grea, pentru a ameliora rapid durerile musculare, se recomandă să faci o baie caldă?

Lucrați cu computerul

Consultați aplicația electronică. Studiați materialul și finalizați sarcinile.

Din cartea Câine de serviciu [Ghid pentru pregătirea specialiștilor în creșterea câinilor de serviciu] autor Kruşinski Leonid Viktorovici

3. Metabolismul ca bază a vieții „Viața este o formă de existență a corpurilor proteice”, scria F. Engels. Prin urmare, putem spune că proteina este purtătoarea vieții. Proteina este o substanță complexă formată din multe elemente, inclusiv prezența azotului.

Din cartea Age Anatomy and Physiology autor Antonova Olga Alexandrovna

Tema 10. CARACTERISTICI DE VÂRĂ ALE METABOLISMULUI ȘI ENERGIEI 10.1. Caracteristicile proceselor metabolice Metabolismul și energia stau la baza proceselor vitale ale organismului. În corpul uman, în organele, țesuturile, celulele sale, există un proces continuu de sinteză, adică.

Din cartea Biologie [Cartea de referință completă pentru pregătirea pentru examenul de stat unificat] autor Lerner Georgy Isaakovich

Din cartea Stop, Who Leads? [Biologia comportamentului oamenilor și altor animale] autor Jukov. Dmitri Anatolievici

Din cartea Povestiri despre bioenergie autor Skulaciov Vladimir Petrovici

Din cartea Biologie. Biologie generală. Clasa a 11a. Un nivel de bază de autor Sivoglazov Vladislav Ivanovici

Din cartea Secretele eredității umane autor Afonkin Serghei Iurievici

Din cartea Antropologie și concepte de biologie autor Kurchanov Nikolai Anatolievici

Din cartea Chimie biologică autor Lelevici Vladimir Valerianovici

Din cartea autorului

METABOLISMUL CARBOHIDRĂRILOR Trebuie subliniat încă o dată că procesele care au loc în organism reprezintă un singur întreg și doar pentru comoditatea prezentării și ușurința percepției sunt discutate în manuale și manuale în capitole separate. Acest lucru este valabil și pentru împărțirea în

Din cartea autorului

Capitolul 2. Ce este metabolismul energetic? Cum o celulă primește și folosește energia Pentru a trăi, trebuie să muncești. Acest adevăr de zi cu zi este destul de aplicabil oricărei ființe vii. Toate organismele: de la microbi unicelulari la animale superioare și oameni - performează continuu

Din cartea autorului

25. Legături alimentare. Ciclul materiei și energiei în ecosisteme Amintiți-vă! Ce componente esențiale sunt incluse în orice ecosistem? Organismele vii sunt în interacțiune constantă între ele și cu factorii de mediu, formând un mediu durabil.

Din cartea autorului

Metabolism Bolile noastre sunt încă aceleași ca acum mii de ani, dar medicii au găsit nume mai scumpe pentru ele. Înțelepciunea populară - Nivelurile ridicate de colesterol pot fi moștenite - Mortalitatea timpurie și genele responsabile de utilizarea colesterolului - Se moștenește

Din cartea autorului

2.3. Metabolism și energie Întregul set de reacții chimice care apar în organismele vii se numește metabolism sau metabolism. Ca urmare a acestor reacții, energia stocată în legăturile chimice este transformată în alte forme, adică metabolismul este întotdeauna

Din cartea autorului

Capitolul 10. Metabolismul energetic. Oxidarea biologică Organismele vii din punctul de vedere al termodinamicii sunt sisteme deschise. Schimbul de energie este posibil între sistem și mediu, care are loc în conformitate cu legile termodinamicii. Fiecare organic

Toate organismele vii fac schimb de substante cu mediul extern. Procesele de biosinteză sunt efectuate în mod constant în celule. Datorită enzimelor, din substanțe simple se formează compuși complecși: proteinele sunt sintetizate din aminoacizi, carbohidrații complecși sunt sintetizați din monozaharide, iar acizii nucleici sunt sintetizați din baze azotate. Prin transformări chimice ale unor substanțe relativ simple se formează diverse grăsimi și uleiuri. Chitina este învelișul exterior al artropodelor, formând chitina - o polizaharidă complexă (p. 7);la păsări și mamifere, învelișul exterior este o substanță cornoasă, a cărei bază este cheratina proteică. În cele din urmă, compoziția moleculelor organice mari sintetizate este determinată de genotip. Substanțele sintetizate sunt folosite în timpul creșterii pentru a construi celule și organele lor și pentru a înlocui moleculele uzate sau distruse. Fără excepție, toate interacțiunile de biosinteză au loc cu absorbția energiei.

Schimb plastic

Metabolismul plastic, denumit altfel biosinteză sau anabolism, acest schimb are loc numai în celulă. Metabolismul plastic are trei tipuri: fotosinteza, chimiosinteza si biosinteza proteinelor. Fotosinteza este folosită de plante și doar de unele bacterii (cianobacterii). Astfel de organisme sunt numite autotrofe. Chemosinteza este folosită de anumite bacterii, inclusiv cele anaerobe. Astfel de organisme sunt numite chimiotrofe. Animalele și ciupercile sunt clasificate ca creaturi heterotrofe.

Fotosinteză

Procesul de fotosinteză are loc printr-o reacție care implică formarea de glucoză și oxigen din dioxid de carbon și apă. Fotosinteza are două faze, lumină și întuneric. În timpul fazei de lumină, procesul de fotosinteză are loc în granul cloroplastului, iar în faza întunecată, în stroma cloroplastului. (vezi Anexa 7). Fără energia solară, fotosinteza nu ar avea semnificația ei, așa că acesta este un factor important. În timpul acestui proces, șase molecule de dioxid de carbon și apă se formează din șase molecule de oxigen și o moleculă de glucoză. Procesul de fotosinteză are loc în cloroplaste; clorofila se găsește în organele, datorită cărora are loc sinteza.

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Chemosinteza

Chemosinteza este caracteristică bacteriilor cum ar fi bacteriile sulf, nitrificante și fier. Bacteriile folosesc energia dobândită prin procesul de oxidare a substanțelor pentru a reduce dioxidul de carbon în compuși organici. (vezi Anexa 8) Bacteriile cu sulf oxidează substanțe precum hidrogenul sulfurat, bacteriile nitrificatoare oxidează amoniacul, iar bacteriile de fier oxidează oxidul feric.

Biosinteza proteinelor

Metabolismul plastic este sinteza proteinelor de către o celulă. Schimbul are două procese principale: transcrierea și traducerea.

Transcriere- Acesta este procesul de sinteză a ARN mesager folosind ADN-ul conform principiului complementarității. (vezi Anexa 9)

Transcrierea are trei etape:

Formarea transcripției primare

Prelucrare

Îmbinare

difuzare- transferul de informații despre structura unei proteine ​​de la ARN mesager la polipeptida sintetizată. (vezi Anexa 10) Acest proces se desfășoară în citoplasma de pe ribozom. Emisiunea se desfășoară în patru etape. În prima etapă, aminoacizii sunt activați de o enzimă specială - aminoacil T-ARN sintetaza. Acest proces folosește energie sub formă de ATP. Se formează apoi adenilatul de minoacil. Aceasta este urmată de procesul de adiacență a aminoacidului activat cu ARN-ul de transfer, iar AMP este eliberat. Mai mult, în timpul celei de-a treia etape, complexul format se leagă de ribozom. Aminoacizii sunt apoi încorporați în structura proteinei într-o secvență specifică, după care ARN-ul de transfer este eliberat.

Schimb de energie

Metabolismul energetic se mai numește și catabolism. Metabolismul plastic și energetic sunt foarte legate, deoarece pentru a efectua metabolismul plastic (anabolism), este nevoie de energie, care este obținută de celulă prin catabolism. Folosind acest proces, celula sintetizează necesarul de acizi nucleici, proteine, carbohidrați etc. Metabolismul energetic este un proces în care substanțele cu structură complexă sunt descompuse în altele mai simple sau oxidate, datorită căruia organismul dobândește energia necesară existenței. Există trei etape ale metabolismului energetic:

Etapa pregătitoare

Etapa anaerobă - glicoliză (fără oxigen)

Etapa aerobă - respirație celulară (cu participarea oxigenului)

Etapa pregătitoare

În această etapă, polimerii sunt transformați în monomeri, adică compuși precum proteinele, carbohidrații și lipoizii sunt descompuși în alții mai simpli. Acest proces are loc în afara celulei, în organele sistemului digestiv. Oxigenul nu este necesar în această etapă a metabolismului energetic. Ca rezultat al reacțiilor, proteinele se descompun în aminoacizi, carbohidrații complecși în monozaharide simple și lipidele în glicerol și acizi superiori. Această etapă apare și în lizozomii celulei.

Etapa anaerobă

Această etapă se numește altfel fermentație sau glicoliză. Substanțele formate în etapa pregătitoare - glucoză, aminoacizi etc. - suferă ulterioară descompunere enzimatică fără participarea oxigenului. Carbohidrații sunt în principal fermentați. În timpul reacțiilor chimice utilizate în această etapă de catabolism se formează alcooli, dioxid de carbon, acetonă, acizi organici și, în unele cazuri, hidrogen și alte substanțe. Glicoliza este procesul de descompunere a glucozei în condiții anaerobe în acid piruvic (PVA), apoi în acizi lactic, acetic, butiric sau alcool etilic, care apare în citoplasma celulei. În timpul fisiunii fără oxigen, o parte din energia eliberată este disipată sub formă de căldură, iar o parte este stocată în moleculele de ATP. O reacție comună în celulele animale și fungice este eliberarea de acid piruvic.

Reacția chimică de bază în această etapă arată astfel:

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

Ca rezultat al acestui proces, se formează două molecule de ATP.

Etapa aerobă

Această etapă are loc în mitocondrii. (vezi Anexa 11)În această etapă, substanțele sunt oxidate, datorită cărora este eliberată o anumită cantitate de energie. Oxigenul ia parte la același proces. Oxigenul este transportat cu ajutorul globulelor roșii care conțin hemoglobină. Substanțele obținute în etapele anterioare sunt descompuse de către celulă la cele mai simple, adică la dioxid de carbon și apă. Enzimele conținute în lizozomi oxidează compușii organici din celulă. ADP - adenozin difosfat - o substanță care este, de asemenea, necesară pentru producerea de energie datorită respirației celulare. Reacția chimică de bază în această etapă arată astfel:

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

Ca rezultat al acestui proces, se formează 36 de molecule de ATP.

Puteți vedea din această ecuație că o cantitate considerabilă de energie este eliberată în această etapă. În plus, în această etapă, poate avea loc reacția de oxidare completă a acidului piruvic, în urma căreia se eliberează și energie, dar în cantități mai mici.

În consecință, odată cu descompunerea completă a unei molecule de glucoză, celula poate sintetiza 38 de molecule de ATP (2 molecule în timpul glicolizei și 36 molecule în timpul etapei aerobe). (vezi Anexa 12)

Ecuația generală pentru respirația aerobă poate fi scrisă după cum urmează:

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

Concluzie

O celulă este o unitate de viață foarte organizată. Absorbția, transformarea, stocarea și utilizarea substanțelor și a energiei are loc prin intermediul celulelor. În celulă au loc procese precum respirația, fermentația, fotosinteza și duplicarea materialului genetic. Și astfel de procese apar atât în ​​organismele cu structură simplă (unicelulare), cât și în organismele cu structură complexă (multicelulare). Viața tuturor organismelor depinde de celulele lor.

Aplicație

Anexa 1

Anexa 2

Anexa 3

Anexa 4

Anexa 5

Anexa 6

Anexa 7

Anexa 8

Anexa 9

Metabolismul substanțelor și energiei (metabolismul) are loc la toate nivelurile corpului: celular, tisular și organism. Asigură constanța mediului intern al organismului – homeostazia – în condiții de existență în continuă schimbare. Două procese au loc simultan în celulă - metabolismul plastic (anabolism sau asimilare) și metabolismul energetic (fatabolism sau disimilare).

Metabolismul plastic este un set de reacții de biosinteză sau crearea de molecule complexe din cele simple. Celula sintetizează constant proteine ​​din aminoacizi, grăsimi din glicerol și acizi grași, carbohidrați din monozaharide, nucleotide din baze azotate și zaharuri. Aceste reacții necesită energie. Energia folosită este eliberată prin schimbul de energie. Metabolismul energetic este un set de reacții care descompun compuși organici complecși în molecule mai simple. O parte din energia eliberată în acest caz merge către sinteza moleculelor de ATP (acid adenozin trifosforic) bogate în legături energetice. Descompunerea substanțelor organice are loc în citoplasmă și mitocondrii cu participarea oxigenului. Reacțiile de asimilare și de disimilare sunt strâns legate între ele și de mediul extern. Organismul primește nutrienți din mediul extern. Substanțele reziduale sunt eliberate în mediul extern.

Enzimele (enzimele) sunt proteine ​​specifice, catalizatori biologici care accelerează reacțiile metabolice în celulă. Toate procesele dintr-un organism viu sunt efectuate direct sau indirect cu participarea enzimelor. O enzimă catalizează o singură reacție sau acționează asupra unui singur tip de legătură. Acest lucru asigură reglarea fină a tuturor proceselor vitale (respirație, digestie, fotosinteză etc.) care au loc în celulă sau corp. În molecula fiecărei enzime există un loc care face contact între moleculele enzimei și o substanță specifică (substrat). Centrul activ al enzimei este o grupare funcțională (de exemplu, OH - grupa serină) sau un aminoacid separat.

Viteza reacțiilor enzimatice depinde de mulți factori: temperatură, presiune, aciditate a mediului, prezența inhibitorilor etc.

Etape ale metabolismului energetic:

• pregătitoare- apare în citoplasma celulelor. Sub acțiunea enzimelor, polizaharidele sunt descompuse în monozaharide (glucoză, fructoză etc.), grăsimile sunt descompuse în glicerol și acizi grași, proteinele în aminoacizi și acizii nucleici în nucleotide. Aceasta eliberează o cantitate mică de energie, care este disipată sub formă de căldură.
• Fara oxigen(respirație anaerobă sau glicoliză) - descompunerea în mai multe etape a glucozei fără participarea oxigenului. Se numește fermentație. În muşchi, ca urmare a respiraţiei anaerobe, o moleculă de glucoză se descompune în două molecule de acid liruvic (C 3 H 4 O 3), care sunt apoi reduse la acid lactic (C 3 H 6 O 3). Acidul fosforic și ADP sunt implicate în descompunerea glucozei.

  Ecuația generală pentru această etapă: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O

  În ciupercile de drojdie, o moleculă de glucoză fără participarea oxigenului este transformată în alcool etilic și dioxid de carbon (fermentație alcoolică). La alte microorganisme, glicoliza poate duce la formarea de acetonă, acid acetic etc. Descompunerea unei molecule de glucoză produce două molecule de ATP, în legăturile cărora este stocată 40% din energie, restul de energie este disipată în forma căldurii.

• Respirația cu oxigen- stadiul respirației aerobe sau clivajului cu oxigen, care are loc pe pliurile membranei interne a mitocondriilor - cristae. În această etapă, substanțele din etapa anterioară sunt descompuse în produșii finali de descompunere - apă și dioxid de carbon. Ca urmare a defalcării a două molecule de acid lactic, se formează 36 de molecule de ATP. Condiția principală pentru cursul normal al defalcării oxigenului este integritatea membranelor mitocondriale. Respirația cu oxigen este pasul principal în furnizarea celulelor cu oxigen. Este de 20 de ori mai eficient decât stadiul fără oxigen.

  Ecuația generală pentru divizarea oxigenului este: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2 O + 36ATP

Conform metodei de obținere a energiei, toate organismele sunt împărțite în două grupe - autotrofe și heterotrofe.

Metabolismul energetic în celulele aerobe ale plantelor, ciupercilor și animalelor se desfășoară în același mod. Acest lucru indică relația lor. Numărul de mitocondrii din celulele tisulare variază; depinde de activitatea funcțională a celulelor. De exemplu, există multe mitocondrii în celulele musculare.

Descompunerea grăsimilor în glicerol și acizi grași este efectuată de enzime - lipaze. Proteinele sunt mai întâi descompuse în oligopeptide și apoi în aminoacizi.

Enzime (din latinescul „fermentum” - fermentație, drojdie), enzime, proteine ​​specifice care cresc viteza reacțiilor chimice în celulele tuturor organismelor vii. După natura chimică - proteine ​​care au activitate optimă la un anumit pH, prezența coenzimelor și cofactorilor necesari și absența inhibitorilor. Enzimele sunt numite și biocatalizatori prin analogie cu catalizatorii din chimie. Fiecare tip de enzimă catalizează transformarea anumitor substanțe (substraturi), uneori doar o singură substanță într-o singură direcție. Prin urmare, numeroase reacții biochimice în celule sunt efectuate de un număr mare de enzime diferite. Ele sunt împărțite în 6 clase: oxidoreductaze, transferaze, hidrolaze, lază, izomeraze și ligaze. Multe enzime au fost izolate din celulele vii și obținute sub formă cristalină (pentru prima dată în 1926).

Rolul enzimelor în organism

Enzimele sunt implicate în toate procesele metabolice și în implementarea informației genetice. Digestia și asimilarea nutrienților, sinteza și descompunerea proteinelor, acizilor nucleici, grăsimilor, carbohidraților și altor compuși în celulele și țesuturile tuturor organismelor - toate aceste procese sunt imposibile fără participarea enzimelor. Orice manifestare a funcțiilor unui organism viu - respirație, contracție musculară, activitate neuropsihică, reproducere etc. - este asigurată de acțiunea enzimelor. Caracteristicile individuale ale celulelor care îndeplinesc anumite funcții sunt în mare măsură determinate de un set unic de enzime, a căror producție este programată genetic. Absența chiar și a unei enzime sau a oricărui defect al acesteia poate duce la consecințe negative grave pentru organism.

Proprietățile catalitice ale enzimelor

Enzimele sunt cei mai activi dintre toți catalizatorii cunoscuți. Majoritatea reacțiilor din celulă au loc de milioane și miliarde de ori mai repede decât dacă ar avea loc în absența enzimelor. Astfel, o moleculă a enzimei catalaze este capabilă să transforme până la 10 mii de molecule de peroxid de hidrogen, toxic pentru celule, formate în timpul oxidării diferiților compuși, în apă și oxigen într-o secundă. Proprietățile catalitice ale enzimelor se datorează capacității lor de a reduce semnificativ energia de activare a compușilor care reacționează, adică, în prezența enzimelor, este necesară mai puțină energie pentru a „porni” o anumită reacție.

Istoria descoperirii enzimelor

Procesele care au loc cu participarea enzimelor sunt cunoscute omului din cele mai vechi timpuri, deoarece prepararea pâinii, brânzei, vinului și oțetului se bazează pe procese enzimatice. Dar abia în 1833, pentru prima dată, din boabele de orz germinate a fost izolată o substanță activă, care a transformat amidonul în zahăr și a fost numită diastază (acum această enzimă se numește amilază). La sfârşitul secolului al XIX-lea. S-a dovedit că sucul obținut prin măcinarea celulelor de drojdie conține un amestec complex de enzime care asigură procesul de fermentație alcoolică. Din acel moment, a început studiul intensiv al enzimelor - structura și mecanismul lor de acțiune. Deoarece rolul biocatalizei a fost relevat în studiul fermentației, cu acest proces au fost asociate încă din secolul al XIX-lea două consacrate. denumirile sunt „enzimă” (tradusă din greacă „din drojdie”) și „enzimă”. Adevărat, ultimul sinonim este folosit numai în literatura în limba rusă, deși direcția științifică implicată în studiul enzimelor și proceselor cu participarea lor se numește în mod tradițional enzimologie. În prima jumătate a secolului XX. S-a stabilit că, prin natura chimică, enzimele sunt proteine, iar în a doua jumătate a secolului, secvența reziduurilor de aminoacizi era deja determinată pentru multe sute de enzime și s-a stabilit structura spațială. În 1969, a fost efectuată pentru prima dată sinteza chimică a enzimei ribonucleaze. S-au făcut progrese extraordinare în înțelegerea mecanismului de acțiune al enzimelor.

Localizarea enzimelor în organism

Într-o celulă, unele enzime sunt localizate în citoplasmă, dar mai ales enzimele sunt asociate cu anumite structuri celulare, unde își exercită acțiunea. În nucleu, de exemplu, există enzime responsabile de replicare - sinteza ADN-ului (ADN polimerază), iar pentru transcripția acestuia - formarea ARN (ARN polimerază). Mitocondriile conțin enzime responsabile de stocarea energiei; lizozomii conțin majoritatea enzimelor hidrolitice implicate în descompunerea acizilor nucleici și a proteinelor.

Condiții de acțiune a enzimelor

Toate reacțiile care implică enzime apar în principal într-un mediu neutru, ușor alcalin sau ușor acid. Cu toate acestea, activitatea maximă a fiecărei enzime individuale are loc la valori ale pH-ului strict definite. Pentru acțiunea majorității enzimelor la animalele cu sânge cald, temperatura cea mai favorabilă este de 37-40oC. La plante, la temperaturi sub 0o C, acţiunea enzimelor nu se opreşte complet, deşi activitatea vitală a plantelor este redusă brusc. Procesele enzimatice, de regulă, nu pot avea loc la temperaturi peste 70o C, deoarece enzimele, ca orice proteine, sunt supuse denaturarii termice (distrugerea structurală).

Dimensiunile enzimelor și structura lor

Greutatea moleculară a enzimelor, ca toate celelalte proteine, se află în intervalul 10 mii - 1 milion (dar poate fi mai mult). Ele pot consta din unul sau mai multe lanțuri polipeptidice și pot fi reprezentate de proteine ​​complexe. Acesta din urmă, împreună cu componenta proteică (apoenzima), include compuși cu molecul scăzut - coenzime (cofactori, coenzime), inclusiv ioni metalici, nucleotide, vitamine și derivații acestora. Unele enzime se formează sub formă de precursori inactivi (proenzime) și devin active după anumite modificări ale structurii moleculei, de exemplu, după scindarea unui fragment mic din aceasta. Acestea includ enzimele digestive tripsina și chimotripsina, care sunt sintetizate de celulele pancreatice sub formă de precursori inactivi (tripsinogen și chimotripsinogen) și devin active în intestinul subțire ca parte a sucului pancreatic. Multe enzime formează așa-numitele complexe enzimatice. Astfel de complexe, de exemplu, sunt încorporate în membranele celulelor sau organelelor celulare și sunt implicate în transportul de substanțe.

Substanța în curs de transformare (substrat) se leagă de o parte specifică a enzimei, centrul activ, care este format din lanțuri laterale de aminoacizi, adesea localizate în secțiuni ale lanțului polipeptidic care sunt semnificativ îndepărtate unele de altele. De exemplu, centrul activ al moleculei de chimotripsină este format din resturi de histidină situate în lanțul polipeptidic la poziția 57, serină la poziția 195 și acidul aspartic la poziția 102 (în total sunt 245 de aminoacizi în molecula de chimotripsină). Astfel, aranjarea complexă a lanțului polipeptidic în molecula proteică - enzimă oferă posibilitatea ca mai multe lanțuri laterale de aminoacizi să apară într-un loc strict definit și la o anumită distanță unul de celălalt. Coenzimele fac, de asemenea, parte din centrul activ (partea proteică și componenta neproteică separat nu au activitate enzimatică și dobândesc proprietățile unei enzime numai atunci când sunt combinate împreună).

Procese care implică enzime

Majoritatea enzimelor sunt caracterizate de o specificitate ridicată (selectivitate) de acțiune, atunci când conversia fiecărui reactant (substrat) într-un produs de reacție este efectuată de o enzimă specială. În acest caz, acțiunea enzimei poate fi limitată strict la un singur substrat. De exemplu, enzima ureaza, care este implicată în descompunerea ureei în amoniac și dioxid de carbon, nu reacționează la metiluree, care este similară ca structură. Multe enzime acționează asupra mai multor compuși înrudiți structural sau asupra unui tip de legătură chimică (de exemplu, fosfatazele enzimatice care scindează legătura fosfodiesterică). Enzima își desfășoară acțiunea prin formarea unui complex enzimă-substrat, care apoi se descompune pentru a forma produșii reacției enzimatice și eliberează enzima. Ca urmare a formării complexului enzimă-substrat, substratul își schimbă configurația; în acest caz, legătura enzimă-chimică convertită este slăbită și reacția se desfășoară cu o cheltuială inițială de energie mai mică și, prin urmare, cu o viteză mult mai mare. Viteza unei reacții enzimatice este măsurată prin cantitatea de substrat convertită pe unitatea de timp sau cantitatea de produs format. Multe reacții enzimatice, în funcție de concentrația substratului și a produsului de reacție în mediu, pot avea loc atât în ​​direcția înainte, cât și în cea inversă (un exces de substrat deplasează reacția spre formarea produsului, în timp ce cu acumularea excesivă a din urmă, va avea loc sinteza substratului). Aceasta înseamnă că reacțiile enzimatice pot fi reversibile. De exemplu, anhidraza carbonică din sânge transformă dioxidul de carbon provenit din țesuturi în acid carbonic (H2CO3), iar în plămâni, dimpotrivă, catalizează conversia acidului carbonic în apă și dioxid de carbon, care este îndepărtat în timpul expirației. Cu toate acestea, trebuie amintit că enzimele, ca și alți catalizatori, nu pot schimba echilibrul termodinamic al unei reacții chimice, ci doar accelerează semnificativ atingerea acestui echilibru.

Nomenclatura numelor enzimelor

Când numiți o enzimă ca bază, luați numele substratului și adăugați sufixul „aza”. Așa au apărut, în special, proteinazele - enzime care descompun proteinele (proteinele), lipazele (descompun lipidele sau grăsimile) etc. Unele enzime au primit denumiri speciale (triviale), de exemplu, enzime digestive - pepsină, chimotripsină și tripsina .

Câteva mii de reacții metabolice diferite au loc în celulele corpului și, prin urmare, există același număr de enzime. Pentru a aduce o astfel de diversitate în sistem, a fost adoptat un acord internațional privind clasificarea enzimelor. În conformitate cu acest sistem, toate enzimele, în funcție de tipul de reacții pe care le catalizează, au fost împărțite în șase clase principale, fiecare dintre acestea incluzând un număr de subclase. În plus, fiecare enzimă a primit un număr de cod din patru cifre (cifr) și un nume care indică reacția pe care o catalizează enzima. Enzimele care catalizează aceeași reacție în organisme de diferite specii pot diferi semnificativ în structura lor proteică, dar în nomenclatură au un nume comun și un număr de cod.

Boli asociate cu producerea afectată de enzime

Absența sau scăderea activității oricărei enzime (de multe ori activitate excesivă) la om duce la dezvoltarea unor boli (enzimopatii) sau moartea organismului. Astfel, o boală moștenită a copiilor - galactozemia (conduce la retard mintal) - se dezvoltă ca urmare a unei încălcări a sintezei enzimei responsabile de transformarea galactozei în glucoză ușor digerabilă. Cauza unei alte boli ereditare - fenilcetonuria, însoțită de o tulburare a activității mentale, este pierderea capacității celulelor hepatice de a sintetiza enzima care catalizează conversia aminoacidului fenilalanină în tirozină. Determinarea activității multor enzime din sânge, urină, cefalorahidian, seminal și alte fluide corporale este utilizată pentru a diagnostica o serie de boli. Folosind această analiză a serului de sânge, este posibil să se detecteze într-un stadiu incipient infarctul miocardic, hepatita virală, pancreatita, nefrita și alte boli.

Utilizarea umană a enzimelor

Deoarece enzimele își păstrează proprietățile în afara corpului, ele sunt utilizate cu succes în diverse industrii. De exemplu, enzima proteolitică de papaya (din suc de papaya) - în prepararea berii, pentru înmuierea cărnii; pepsină - în producția de cereale „gata preparate” și ca produs medicinal; tripsină - în producția de produse alimentare pentru copii; renin (cheag din stomacul unui vițel) - în fabricarea brânzeturilor. Catalaza este utilizată pe scară largă în industria alimentară și a cauciucului, iar celulazele și pectidazele care descompun polizaharidele sunt folosite pentru a clarifica sucurile de fructe. Enzimele sunt necesare în stabilirea structurii proteinelor, acizilor nucleici și polizaharidelor, în ingineria genetică etc. Cu ajutorul enzimelor se obțin medicamente și compuși chimici complecși.

A fost descoperită capacitatea unor forme de acizi ribonucleici (ribozime) de a cataliza reacții individuale, adică de a acționa ca enzime. Poate că, în timpul evoluției lumii organice, ribozimele au servit ca biocatalizatori înainte ca funcția enzimatică să fie transferată la proteine ​​mai potrivite pentru a îndeplini această sarcină.