Glavni procesi, ki se dogajajo v celici. Oskrba celic z energijo. Viri energije Celice dobivajo energijo s sintezo maščob.

Stran 58. Vprašanja in naloge po §

1. Katere snovi so glavni viri energije v celicah?

Ogljikovi hidrati in maščobe se uporabljajo kot glavni energijski material. Na primer, kompleksni ogljikovi hidrati glikogen in maščobe so rezerve "goriva" v celici. Celice jih porabijo po nekaj obdobjih stradanja telesa. Na primer, zjutraj po spanju je aktivna uporaba maščob, ki se najprej razgradijo na glicerol in maščobne kisline. Po jedi je glavni vir energije v celicah glukoza, pridobljena s hrano.

2. Opišite vsako od stopenj energijske presnove.

Izmenjava energije poteka v treh fazah: pripravljalna anoksična, kisikova. Za pripravljalno fazo je značilno, da se kompleksne organske snovi v telesu razgradijo v monomere. Vsi ti procesi potekajo pod delovanjem encimov. Tako se beljakovine, pridobljene s hrano, razgradijo na aminokisline, ogljikovi hidrati - na glukozo, maščobe - na glicerol in maščobne kisline. Energija, ki se pri tem sprosti, se v obliki toplote razprši v telesu, zato njena količina, ki nastane v tem primeru, ni velika. Če uporabimo glukozo kot primer, lahko razmislimo o drugi stopnji - anoksični - imenujemo jo glikoliza (iz grškega "glikis" - sladek, "liza" - cepljenje). To je kompleksen encimski proces za razgradnjo glukoze. Ta proces poteka v citoplazmi celic. Iz ene molekule glukoze (1 mol C6H12O6) nastaneta dve molekuli PVC pirovične kisline (2C3H4O3) in dve molekuli ATP (2ATP). Nadalje, če v celici ni dovolj kisika, se piruvična kislina C3H4O3 spremeni v drugo organsko kislino - mlečno C3H4O3 (ker so izomeri). Naslednja stopnja – kisik – se imenuje celično dihanje in poteka v mitohondrijih celic (na kristah, kjer se nahajajo dihalni encimi). Že po imenu je jasno, da gre samo s sodelovanjem kisika. Na tej stopnji se piruvična kislina oksidira z molekularnim kisikom O2 v ogljikov dioksid in vodo. Energija, ki se sprosti med to oksidacijo, se uporablja zelo učinkovito. Za vsako molekulo glukoze nastane 36 molekul ATP. Tako se pri razgradnji 1 molekule (1 mol) glukoze sprosti 38 ATP (v drugi stopnji 2 molekuli in v tretji 36 molekul). Ta energija se porabi za sintezo snovi, potrebnih za telo, energija ATP pa se pretvori v različne vrste energije - mehansko (gibanje flagel), električno (prevod živčnega impulza).

3. Zakaj imajo športniki med intenzivnim treningom pospešeno dihanje in bolečine v mišicah?

Med intenzivnim fizičnim delom človeka celice mišičnega tkiva doživljajo kisikovo stradanje, v tem primeru se z nepopolno razgradnjo glukoze PVC spremeni v mlečno kislino. Njegov presežek se kopiči v mišicah, kar vodi do bolečin v mišicah, utrujenosti, utrujenosti, zasoplosti – to je znak pomanjkanja kisika.

4. Pridelek paradižnika, pridelanega v slabo prezračenih rastlinjakih, ni bil visok. Razloži zakaj.

Pri gojenju gojenih rastlin v rastlinjakih in rastlinjakih je treba upoštevati, da proces oksidacije glukoze prehaja v ogljikov dioksid in vodo, pri visokih temperaturah pa poteka intenzivneje. Poleg tega le zelene rastlinske celice izvajajo fotosintezo, dihanje rastlin pa poteka v vseh celicah. V rastlinjakih lahko temperatura doseže tudi do 400C, pri tem se intenzivnost dihanja poveča tudi do 100-krat, ne pa tudi intenzivnost fotosinteze. Zato je povečanje organske mase nepomembno in pridelek takih rastlin bo nizek.

5. Pojasnite pomen izraza "glikoliza", "celično dihanje".

Glikoliza (iz grškega "glikis" - sladek, "lysis" - cepitev) je kompleksen encimski proces razgradnje glukoze, ki poteka v dveh fazah - anoksični in kisikovi. Celično dihanje je zadnja kisikova stopnja razgradnje glukoze, ki poteka v mitohondrijih celic (na kristah, kjer se nahajajo dihalni encimi), poteka pa v prisotnosti kisika.

Podroben odstavek rešitve Povzetek 2. poglavja biologije za učence 11. razreda, avtorji I.N. Ponomarjeva, O.K. Kornilova, T.E. Loščilin, P.V. Izhevsk Osnovna raven 2012

• Gdz pri biologiji za 11 razred najdete
• Gdz delovni zvezek pri biologiji za 11. razred najdete

1. Oblikujte definicijo biosistema "celica"..

Celica je elementarni živi sistem, osnovna strukturna enota živih organizmov, sposobna samoobnavljanja, samoregulacije in samoreprodukcije.

2. Zakaj celico imenujemo osnovna oblika življenja in osnovna enota življenja?

Celica je osnovna oblika življenja in elementarna enota življenja, saj je vsak organizem sestavljen iz celic, najmanjši organizem pa je celica (praživali). Ločeni organeli zunaj celice ne morejo živeti.

Na celični ravni se odvijajo naslednji procesi: metabolizem (metabolizem); absorpcija in posledično vključitev različnih kemičnih elementov Zemlje v vsebino živega; prenos dednih informacij iz celice v celico; kopičenje sprememb v genetskem aparatu kot posledica interakcije z okoljem; odziv na dražljaje pri interakciji z zunanjim okoljem. Strukturni elementi sistema celične ravni so različni kompleksi molekul kemičnih spojin in vsi strukturni deli celice - površinski aparat, jedro in citoplazma s svojimi organeli. Interakcija med njimi zagotavlja enotnost, celovitost celice v manifestaciji njenih lastnosti kot živega sistema v odnosih z zunanjim okoljem.

3. Razloži mehanizme stabilnosti celice kot biosistema.

Celica je elementarni biološki sistem, vsak sistem pa je kompleks medsebojno povezanih in medsebojno delujočih komponent, ki tvorijo eno celoto. V celici so te komponente organeli. Celica je sposobna metabolizma, samoregulacije in samoobnavljanja, zaradi česar se ohranja njena stabilnost. Celoten genetski program celice se nahaja v jedru, različna odstopanja od njega pa zaznava encimski sistem celice.

4. Primerjaj evkariontske in prokariontske celice.

Vsi živi organizmi na Zemlji so razdeljeni v dve skupini: prokarionte in evkarionte.

Evkarionti so rastline, živali in glive.

Prokarioti so bakterije (vključno s cianobakterijami (modrozelene alge).

Glavna razlika. Prokarioti nimajo jedra, krožna DNA (krožni kromosom) se nahaja neposredno v citoplazmi (ta del citoplazme imenujemo nukleoid). Evkarionti imajo dobro oblikovano jedro (dedna informacija (DNK) je od citoplazme ločena z jedrno ovojnico).

Druge razlike.

Ker prokarionti nimajo jedra, ni mitoze / mejoze. Bakterije se razmnožujejo z delitvijo na dvoje, z brstenjem

Evkarionti imajo različno število kromosomov, odvisno od vrste. Prokarioti imajo en sam kromosom (oblika obroča).

Evkarionti imajo organele, obdane z membranami. Prokarionti nimajo organelov, obdanih z membranami, tj. ni endoplazmatskega retikuluma (njegovo vlogo igrajo številne izbokline celične membrane), ni mitohondrijev, ni plastidov, ni celičnega središča.

Prokariontska celica je veliko manjša od evkariontske celice: 10-krat v premeru, 1000-krat v prostornini.

podobnost. Celice vseh živih organizmov (vsa kraljestva žive narave) vsebujejo plazemsko membrano, citoplazmo in ribosome.

5. Opišite znotrajcelično zgradbo evkariontov.

Celice, ki tvorijo tkiva živali in rastlin, se zelo razlikujejo po obliki, velikosti in notranji zgradbi. Vendar pa vsi kažejo podobnosti v glavnih značilnostih procesov vitalne aktivnosti, metabolizma, razdražljivosti, rasti, razvoja in sposobnosti spreminjanja.

Celice vseh vrst vsebujejo dve glavni komponenti, ki sta med seboj tesno povezani - citoplazmo in jedro. Jedro je ločeno od citoplazme s porozno membrano in vsebuje jedrni sok, kromatin in nukleolus. Poltekoča citoplazma zapolnjuje celotno celico in je prepredena s številnimi tubuli. Zunaj je prekrit s citoplazemsko membrano. Vsebuje specializirane strukture - organele, ki so stalno prisotne v celici, in začasne tvorbe - vključke. Membranski organeli: citoplazmatska membrana (CM), endoplazmatski retikulum (ER), Golgijev aparat, lizosomi, mitohondriji in plastidi. Osnova zgradbe vseh membranskih organelov je biološka membrana. Vse membrane imajo načeloma enoten strukturni načrt in so sestavljene iz dvojne plasti fosfolipidov, v kateri so beljakovinske molekule potopljene z različnih strani na različne globine. Membrane organelov se med seboj razlikujejo le po naborih beljakovin, ki so v njih vključene.

6. Kako se izvaja princip »celica od celice«?

Razmnoževanje prokariontskih in evkariontskih celic poteka le z delitvijo izvorne celice, pred katero se razmnožuje njen genetski material (reduplikacija DNK).

V evkariontskih celicah je edini popoln način delitve mitoza (ali mejoza med nastajanjem zarodnih celic). V tem primeru se oblikuje poseben aparat za delitev celic - celično vreteno, s pomočjo katerega se kromosomi, predhodno podvojeni po številu, enakomerno in natančno porazdelijo po dveh hčerinskih celicah. To vrsto delitve opazimo v vseh evkariontskih, tako rastlinskih kot živalskih celicah.

Tudi prokariontske celice, ki se delijo na tako imenovani binarni način, uporabljajo poseben aparat za celično delitev, podobno kot mitotični način delitve evkariontov. Prav tako deli matično celico na dvoje.

7. Opišite faze in pomen mitoze.

Proces mitoze običajno razdelimo na štiri glavne faze: profazo, metafazo, anafazo in telofazo. Ker je neprekinjen, se fazna sprememba izvaja gladko - ena neopazno prehaja v drugo.

V profazi se volumen jedra poveča, zaradi spiralizacije kromatina pa nastanejo kromosomi. Do konca profaze je videti, da je vsak kromosom sestavljen iz dveh kromatid. Postopoma se nukleoli in jedrska membrana raztopijo, kromosomi pa so naključno nameščeni v citoplazmi celice. Centrioli se premikajo proti polom celice. Nastane ahromatinsko vreteno, katerega niti potekajo od pola do pola, nekatere pa so pritrjene na centromere kromosomov. Vsebnost genskega materiala v celici ostane nespremenjena (2n4c).

V metafazi kromosomi dosežejo največjo spiralizacijo in so urejeno razporejeni na ekvatorju celice, zato jih v tem obdobju štejemo in proučujemo. Vsebnost genskega materiala se ne spremeni (2n4c).

V anafazi se vsak kromosom "razcepi" na dve kromatidi, ki se od te točke naprej imenujeta hčerinska kromosoma. Vretenska vlakna, pritrjena na centromere, se skrčijo in potegnejo kromatide (hčerinske kromosome) na nasprotna pola celice. Vsebnost genetskega materiala v celici na vsakem polu je predstavljena z diploidnim nizom kromosomov, vendar vsak kromosom vsebuje eno kromatido (4n4c).

V telofazi se kromosomi, ki se nahajajo na polih, despiralizirajo in postanejo slabo vidni. Okrog kromosomov na vsakem polu se iz membranskih struktur citoplazme oblikuje jedrska membrana, v jedrih pa nastanejo jedca. Vreteno delitve je uničeno. Istočasno se citoplazma deli. Hčerinske celice imajo diploiden nabor kromosomov, od katerih je vsak sestavljen iz ene kromatide (2n2c).

Biološki pomen mitoze je v tem, da zagotavlja dedni prenos lastnosti in lastnosti v več celičnih generacijah med razvojem večceličnega organizma. Zaradi natančne in enakomerne porazdelitve kromosomov med mitozo so vse celice posameznega organizma genetsko enake.

Mitotična celična delitev je osnova vseh oblik nespolnega razmnoževanja tako pri enoceličnih kot pri večceličnih organizmih. Mitoza povzroča najpomembnejše pojave vitalne dejavnosti: rast, razvoj in obnovo tkiv in organov ter nespolno razmnoževanje organizmov.

8. Kaj je celični cikel?

Celični cikel (mitotski cikel) je celotno obdobje obstoja celice od trenutka, ko se matična celica pojavi v procesu delitve, do lastne delitve (vključno s samo delitvijo) ali smrti. Sestavljen je iz interfaze in celične delitve.

9. Kakšno vlogo je imela celica v razvoju organizmov?

Celica je dala povod za nadaljnji razvoj organskega sveta. Med tem razvojem je bila dosežena neverjetna raznolikost celičnih oblik, rodila se je večceličnost, pojavila se je specializacija celic in pojavila so se celična tkiva.

10. Poimenujte glavne procese celičnega življenja.

Presnova - hranila vstopijo v celico, nepotrebna pa se odstranijo. Gibanje citoplazme – prenaša snovi v celici. Dihanje - kisik vstopi v celico, ogljikov dioksid se odstrani. Prehrana – Hranila vstopajo v celico. Rast - celica se povečuje. Razvoj - zgradba celice postane bolj zapletena.

11. Navedite pomen mitoze in mejoze v evoluciji celice.

Zahvaljujoč mitotični delitvi celic poteka individualni razvoj organizma - njegova rast se poveča, tkiva se obnavljajo, stare in odmrle celice se nadomestijo, izvaja se nespolno razmnoževanje organizmov. Zagotovljena je tudi konstantnost kariotipov posameznikov vrste.

Skozi mejozo pride do crossing overja (izmenjava delov homolognih kromosomov). To prispeva k rekombinaciji genetskih informacij, celice pa nastanejo s popolnoma novim naborom genov (raznolikost organizmov).

12. Kateri so najpomembnejši dogodki v razvoju žive snovi na celični ravni v procesu evolucije?

Največje aromorfoze (mitoza, mejoza, gamete, spolni proces, zigota, vegetativno in spolno razmnoževanje).

Nastanek jeder v celicah (evkarionti).

Simbiotski procesi v enoceličnih organizmih - nastanek organelov.

avtotrofija in heterotrofija.

Mobilnost in nepokretnost.

Nastanek večceličnih organizmov.

Diferenciacija celičnih funkcij v večceličnih organizmih.

13. Opišite splošni pomen celične ravni žive snovi v naravi in ​​za človeka.

Celica, ki je nekoč nastala v obliki elementarnega biosistema, je postala osnova vsega nadaljnjega razvoja organskega sveta. Evolucija bakterij, cianobakterij, različnih alg in praživali je v celoti nastala zaradi strukturnih, funkcionalnih in biokemičnih transformacij primarne žive celice. Med tem razvojem je bila dosežena neverjetna raznolikost celičnih oblik, vendar splošni načrt celične strukture ni bil bistveno spremenjen. V procesu evolucije je na podlagi enoceličnih življenjskih oblik nastala večceličnost, nastala je specializacija celic in pojavila so se celična tkiva.

Izrazite svoje stališče

1. Zakaj so se ravno na celični ravni organizacije življenja pojavile lastnosti živih bitij, kot so avtotrofnost in heterotrofnost, mobilnost in negibljivost, večceličnost in specializacija v strukturi in funkcijah? Kaj je prispevalo k takim dogodkom v življenju celice?

Celica je osnovna strukturna in funkcionalna enota živega. To je neke vrste živi sistem, za katerega so značilni dihanje, prehranjevanje, metabolizem, razdražljivost, diskretnost, odprtost, dednost. Na celični ravni so nastali prvi živi organizmi. Vsak organel v celici opravlja določeno funkcijo in ima specifično strukturo, združeni in delujoči skupaj pa predstavljajo en sam biosistem, ki ima vse znake živega bitja.

Tudi celica se je kot večcelični organizem razvijala skozi dolga stoletja. Različne okoljske razmere, naravne nesreče, biotski dejavniki so privedli do kompleksnosti celične organizacije.

Zato so avtotrofnost in heterotrofnost, gibljivost in negibljivost, večceličnost in specializacija v strukturi in funkcijah nastale prav na celični ravni, kjer harmonično in smotrno obstajajo vsi organeli in celica kot celota.

2. Na podlagi česa so vsi znanstveniki zelo dolgo in šele konec 20. stoletja pripisovali cianobakterije rastlinam, predvsem algam. so bili postavljeni v kraljestvo bakterij?

Relativno velika velikost celic (nostok, na primer, tvori precej velike kolonije, ki jih lahko celo poberete), izvajajo fotosintezo s sproščanjem kisika na način, podoben višjim rastlinam, in njihova zunanja podobnost z algami je bila razlog za njihovo obravnavanje prej kot del rastlin (»modrozelene alge«).

In konec 20. stoletja je bilo dokazano, da celice nimajo modrozelenega jedra in klorofil v njihovih celicah ni enak kot v rastlinah, ampak značilen za bakterije. Danes so cianobakterije med najbolj kompleksno organiziranimi in morfološko diferenciranimi prokariontskimi mikroorganizmi.

3. Katera rastlinska in živalska celična tkiva se uporabljajo za izdelavo oblačil in obutve, ki jo danes nosite v šolo?

Izberite prave. Veliko primerov je mogoče navesti. Na primer, lan (ličja vlakna - prevodna tkanina) se uporablja za izdelavo tkanine z močno strukturo (moške srajce, ženske obleke, spodnje perilo, nogavice, hlače, sarafani). Bombaž se uporablja za izdelavo spodnjega perila, majic, srajc, hlač, sarafanov). Čevlji (čevlji, sandali, škornji), pasovi so izdelani iz živalske kože (epitelnega tkiva). Topla oblačila so narejena iz volne kožuharjev. Puloverji, nogavice, kape, palčniki so izdelani iz volne. Iz svile (skrivnost žlez sviloprejk je vezivno tkivo) - srajce, šali, spodnje perilo.

Tema za razpravo

Dedek Charlesa Darwina Erasmus Darwin – zdravnik, naravoslovec in pesnik – je pisal konec 18. stoletja. pesem "Hram narave", objavljena leta 1803, po njegovi smrti. Preberite kratek odlomek iz te pesmi in razmislite, katere ideje o vlogi celične ravni življenja lahko najdete v tem delu (odlomek je podan v knjigi).

Nastanek zemeljskega življenja je nastal iz najmanjših celičnih oblik. Na celični ravni so nastali prvi živi organizmi. Tudi celica kot organizem je rasla, se razvijala in s tem dala zagon številnim celičnim oblikam. Lahko so naselili tako "mulj" kot "vodno maso". Najverjetneje so različne okoljske razmere, naravne katastrofe, biotski dejavniki privedli do zapleta celične organizacije, kar je vodilo v "pridobivanje članov" (kar pomeni večceličnost).

Osnovni pojmi

Prokarioti ali predjedrci so organizmi, katerih celice nimajo oblikovanega jedra, ki ga omejuje membrana.

Evkarionti ali jedrski organizmi so organizmi, katerih celice imajo dobro oblikovano jedro, ločeno z jedrno membrano od citoplazme.

Organoid - celična struktura, ki zagotavlja izvajanje določenih funkcij.

Jedro je najpomembnejši del evkariontske celice, ki uravnava vse njene aktivnosti; nosi dedne informacije v makromolekulah DNA.

Kromosom je nitasta struktura v celičnem jedru, ki vsebuje DNK in nosi gene, enote dednosti, razporejene v linearnem vrstnem redu.

Biološka membrana je elastična molekularna struktura, sestavljena iz beljakovin in lipidov. Loči vsebino katere koli celice od zunanjega okolja in zagotavlja njeno celovitost.

Mitoza (posredna celična delitev) je univerzalen način delitve evkariontskih celic, pri katerem hčerinske celice prejmejo genetski material, ki je enak izvorni celici.

Mejoza je metoda delitve evkariontskih celic, ki jo spremlja razpolovitev (zmanjšanje) števila kromosomov; iz ene diploidne celice nastanejo štiri haploidne.

Celični cikel - reproduktivni cikel celice, sestavljen iz več zaporednih dogodkov (na primer interfaza in mitoza pri evkariontih), med katerimi se vsebina celice podvoji in se ta razdeli na dve hčeri.

Celična strukturna raven organizacije žive snovi je ena od strukturnih ravni življenja, katere strukturna in funkcionalna enota je organizem, enota pa celica. Na ravni organizma se pojavljajo naslednji pojavi: razmnoževanje, delovanje organizma kot celote, ontogeneza itd.

Energija je potrebna za vse žive celice - uporablja se za različne biološke in kemične reakcije, ki potekajo v celici. Nekateri organizmi uporabljajo energijo sončne svetlobe za biokemične procese - to so rastline (slika 1), drugi pa energijo kemičnih vezi v snoveh, pridobljenih v procesu prehrane - to so živalski organizmi. Pridobivanje energije poteka z cepitvijo in oksidacijo teh snovi, v procesu dihanja se to dihanje imenuje biološka oksidacija, oz celično dihanje.

riž. 1. Energija sončne svetlobe

Celično dihanje- to je biokemični proces v celici, ki poteka s sodelovanjem encimov, zaradi česar se sproščata voda in ogljikov dioksid, energija se shrani v obliki visokoenergijskih vezi molekul ATP. Če ta proces poteka v prisotnosti kisika, se imenuje aerobna, če pa se pojavi brez kisika, potem se imenuje anaerobno.

Biološka oksidacija vključuje tri glavne stopnje:

1. Pripravljalni.

2. Anoksična (glikoliza).

3. Popolna razgradnja organskih snovi (v prisotnosti kisika).

Snovi, zaužite s hrano, se razgradijo v monomere. Ta stopnja se začne v prebavnem traktu ali v lizosomih celice. Polisaharidi razpadejo na monosaharide, beljakovine na aminokisline, maščobe na glicerol in maščobne kisline. Energija, ki se sprosti na tej stopnji, se razprši v obliki toplote. Vedeti je treba, da celice za energetske procese uporabljajo ogljikove hidrate, boljši so monosaharidi, možgani pa lahko za svoje delo uporabljajo samo monosaharid - glukozo (slika 2).

riž. 2. Pripravljalna faza

Glukoza se z glikolizo razgradi na dve triogljikovi molekuli piruvične kisline. Nadaljnja usoda piruvične kisline je odvisna od prisotnosti kisika v celici. Če je v celici prisoten kisik, potem piruvična kislina preide v mitohondrije za popolno oksidacijo v ogljikov dioksid in vodo (aerobno dihanje). Če ni kisika, se v živalskih tkivih piruvična kislina spremeni v mlečno kislino. Ta stopnja poteka v citoplazmi celice.

glikoliza- to je zaporedje reakcij, pri katerih se ena molekula glukoze razcepi v dve molekuli piruvične kisline, pri čemer se sprosti energija, ki zadošča za pretvorbo dveh molekul ADP v dve molekuli ATP (slika 3).

riž. 3. Anoksična stopnja

Kisik je nujen za popolno oksidacijo glukoze. Na tretji stopnji se piruvična kislina popolnoma oksidira v mitohondrijih do ogljikovega dioksida in vode, zaradi česar nastane še 36 molekul ATP, ker se ta stopnja pojavi s sodelovanjem kisika, se imenuje kisik ali aerobna (slika 4) .

riž. 4. Popolna razgradnja organskih snovi

Iz ene molekule glukoze v treh fazah nastane skupaj 38 molekul ATP, pri čemer se upoštevata dva ATP, pridobljena v procesu glikolize.

Tako smo obravnavali energetske procese, ki se odvijajo v celicah, in opisali stopnje biološke oksidacije.

Dihanje, ki se pojavi v celici s sproščanjem energije, pogosto primerjamo s procesom zgorevanja. Oba procesa potekata ob prisotnosti kisika, sproščanju energije in produktov oksidacije - ogljikovega dioksida in vode. Toda za razliko od zgorevanja je dihanje urejen proces biokemičnih reakcij, ki potekajo v prisotnosti encimov. Pri dihanju nastane ogljikov dioksid kot končni produkt biološke oksidacije, pri zgorevanju pa nastane ogljikov dioksid z neposrednim spajanjem vodika z ogljikom. Tudi med dihanjem se poleg vode in ogljikovega dioksida tvori določena količina molekul ATP, torej sta dihanje in zgorevanje bistveno različna procesa (slika 5).

riž. 5. Razlike med dihanjem in zgorevanjem

Glikoliza ni le glavna pot za presnovo glukoze, ampak tudi glavna pot za presnovo prehranske fruktoze in galaktoze. V medicini je še posebej pomembna sposobnost glikolize za tvorbo ATP v odsotnosti kisika. To omogoča ohranjanje intenzivnega dela skeletnih mišic v pogojih nezadostne učinkovitosti aerobne oksidacije. Tkiva s povečano glikolitično aktivnostjo lahko ostanejo aktivna v obdobjih pomanjkanja kisika. V srčni mišici so možnosti za glikolizo omejene. Težko je prenašati oslabljeno oskrbo s krvjo, kar lahko povzroči ishemijo. Znanih je več bolezni, ki jih povzroča nezadostna aktivnost glikoliznih encimov, ena izmed njih je hemolitična anemija (v hitro rastočih rakavih celicah se glikoliza odvija s hitrostjo, ki presega zmogljivost cikla citronske kisline), kar prispeva k povečani sintezi mlečne kisline v organih in tkivih (slika 6).

riž. 6. Hemolitična anemija

Povišane ravni mlečne kisline v telesu so lahko znak raka. Ta presnovna lastnost se včasih uporablja za zdravljenje nekaterih oblik tumorjev.

Mikrobi lahko pridobivajo energijo v procesu fermentacije. Vrenje je ljudem poznano že od nekdaj, pri izdelavi vina so na primer mlečnokislinsko vrenje poznali že prej (slika 7).

riž. 7. Izdelava vina in sira

Ljudje so uživali mlečne izdelke, ne da bi sumili, da so ti procesi povezani z aktivnostjo mikroorganizmov. Izraz fermentacija je uvedel Nizozemec Van Helmont za procese, ki potekajo s sproščanjem plina. To je prvi dokazal Louis Pasteur. Poleg tega različni mikroorganizmi izločajo različne produkte fermentacije. Govorili bomo o alkoholnem in mlečnokislinskem vrenju. Alkoholno vrenje- To je proces oksidacije ogljikovih hidratov, zaradi česar nastanejo etilni alkohol, ogljikov dioksid in sprosti energija. Pivovarji in vinarji so izkoristili sposobnost nekaterih vrst kvasovk za spodbujanje fermentacije, ki spremeni sladkorje v alkohol. Fermentacijo izvajajo predvsem kvasovke, pa tudi nekatere bakterije in glive (slika 8).

riž. 8. Kvas, gobe iz moke, produkti fermentacije - kvas in kis

Pri nas se tradicionalno uporabljajo kvasovke Saccharomyces, v Ameriki - bakterije iz rodu Pseudomonas, v Mehiki se uporabljajo bakterije "mobilne palice", v Aziji se uporabljajo glive mucor. Naše kvasovke ponavadi fermentirajo heksoze (monosaharide s šestimi ogljikovimi atomi), kot sta glukoza ali fruktoza. Proces nastajanja alkohola lahko predstavimo na naslednji način: iz ene molekule glukoze nastaneta dve molekuli alkohola, dve molekuli ogljikovega dioksida in sprostita se dve molekuli ATP.

C 6 H 12 O 6 → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP

V primerjavi z dihanjem je tak proces energijsko manj koristen kot aerobni procesi, vendar vam omogoča ohranjanje življenja v odsotnosti kisika. pri mlečnokislinska fermentacija iz ene molekule glukoze nastaneta dve molekuli mlečne kisline, sprostita pa se dve molekuli ATP, kar lahko opišemo z enačbo:

C 6 H 12 O 6 → 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP

Proces nastajanja mlečne kisline je zelo blizu procesu alkoholne fermentacije, glukoza se, tako kot pri alkoholni fermentaciji, razgradi na piruvično kislino, nato pa ne preide v alkohol, ampak v mlečno kislino. Mlečnokislinsko vrenje se pogosto uporablja za proizvodnjo mlečnih izdelkov: sira, skute, kislega mleka, jogurtov (slika 9).

riž. 9. Mlečnokislinske bakterije in produkti mlečnokislinskega vrenja

V procesu nastajanja sira najprej sodelujejo mlečnokislinske bakterije, ki proizvajajo mlečno kislino, nato propionskokislinske bakterije pretvorijo mlečno kislino v propionsko kislino, zaradi česar imajo siri precej specifičen oster okus. Mlečnokislinske bakterije se uporabljajo pri konzerviranju sadja in zelenjave, mlečna kislina se uporablja v slaščičarski industriji in proizvodnji brezalkoholnih pijač.

Bibliografija

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologija. Splošni vzorci. - Droplja, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Osnove splošne biologije. 9. razred: učbenik za učence v izobraževalnih ustanovah 9. razreda / Ed. prof. I.N. Ponomarjeva. - 2. izd., revidirano. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologija. Uvod v splošno biologijo in ekologijo: učbenik za 9. razred, 3. izd., stereotip. - M .: Bustard, 2002.

1. Spletna stran "Biologija in medicina" ()

3. Spletna stran "Medicinska enciklopedija" ()

Domača naloga

1. Kaj je biološka oksidacija in njene stopnje?

2. Kaj je glikoliza?

3. Kakšne so podobnosti in razlike med alkoholnim in mlečnokislinskim vrenjem?

Živa celica ima sama po sebi nestabilno in skoraj neverjetno organizacijo; celica je sposobna ohraniti zelo specifično in lepo v svoji kompleksnosti urejenost svoje krhke strukture samo zaradi nenehne porabe energije.

Takoj ko se oskrba z energijo prekine, kompleksna struktura celice razpade in ta preide v neurejeno in neorganizirano stanje. Različne vrste celic poleg zagotavljanja kemičnih procesov, potrebnih za ohranjanje celovitosti celice, zaradi pretvorbe energije zagotavljajo izvajanje različnih mehanskih, električnih, kemičnih in osmotskih procesov, povezanih z vitalno aktivnostjo celic. organizem.

Ko se je človek relativno nedavno naučil pridobivati ​​energijo iz različnih neživih virov za opravljanje različnih del, je začel razumeti, kako spretno in s kakšno visoko učinkovitostjo celica proizvaja energijsko transformacijo. Preoblikovanje energije v živi celici se podreja istim zakonom termodinamike, ki delujejo v neživi naravi. V skladu s prvim zakonom termodinamike ostane skupna energija zaprtega sistema vedno konstantna za kakršno koli fizikalno spremembo. Po drugem zakonu lahko energija obstaja v dveh oblikah: v obliki "proste" ali koristne energije in v obliki neuporabne razpršene energije. Isti zakon pravi, da pri vsaki fizični spremembi obstaja težnja po razpršitvi energije, to je zmanjšanju količine proste energije in povečanju entropije. Medtem pa živa celica potrebuje stalen dotok proste energije.

Inženir prejme energijo, ki jo potrebuje, predvsem iz energije kemičnih vezi, ki jih vsebuje gorivo. Z zgorevanjem goriva pretvarja kemično energijo v toplotno; nato lahko s toplotno energijo vrti na primer parno turbino in na ta način pridobiva električno energijo. Celice dobijo brezplačno energijo tudi s sproščanjem energije kemičnih vezi, ki jih vsebuje »gorivo«. Energijo v teh povezavah shranjujejo tiste celice, ki sintetizirajo hranila, ki služijo kot takšno gorivo. Vendar celice to energijo uporabljajo na zelo specifičen način. Ker je temperatura, pri kateri deluje živa celica, približno konstantna, celica ne more uporabljati toplotne energije za opravljanje dela. Da toplotna energija deluje, mora prehajati toplota od toplejšega telesa k hladnejšemu. Povsem jasno je, da celica ne more zgorevati svojega goriva pri temperaturi zgorevanja premoga (900°); prav tako ne prenese izpostavljenosti pregreti pari ali visokonapetostnemu toku. Celica mora pridobivati ​​in uporabljati energijo v pogojih dokaj stalne in poleg tega nizke temperature, razredčenega jodnega okolja in zelo rahlih nihanj v koncentraciji vodikovih ionov. Da bi pridobila sposobnost sprejemanja energije, je celica skozi stoletja evolucije organskega sveta izpopolnila svoje izjemne molekularne mehanizme, ki v teh milih razmerah delujejo nenavadno učinkovito.

Mehanizmi celice, ki zagotavljajo pridobivanje energije, so razdeljeni v dva razreda in na podlagi razlik v teh mehanizmih lahko vse celice razdelimo na dve glavni vrsti. Celice prve vrste imenujemo heterotrofne; vključujejo vse celice človeškega telesa in celice vseh višjih živali. Te celice potrebujejo stalen dotok že pripravljenega goriva zelo zapletene kemične sestave. Kot gorivo jim služijo ogljikovi hidrati, beljakovine in maščobe, torej ločene sestavine drugih celic in tkiv. Heterotrofne celice pridobivajo energijo s sežiganjem ali oksidacijo teh kompleksnih snovi (ki jih proizvajajo druge celice) v procesu, imenovanem dihanje, ki vključuje molekularni kisik (O 2 ) iz atmosfere. Heterotrofne celice uporabljajo to energijo za izvajanje svojih bioloških funkcij, medtem ko sproščajo ogljikov dioksid v ozračje kot končni produkt.

Celice, ki pripadajo drugi vrsti, se imenujejo avtotrofne. Najbolj značilne avtotrofne celice so celice zelenih rastlin. V procesu fotosinteze vežejo energijo sončne svetlobe in jo uporabljajo za svoje potrebe. Poleg tega s pomočjo sončne energije pridobivajo ogljik iz atmosferskega ogljikovega dioksida in z njim gradijo najpreprostejšo organsko molekulo – molekulo glukoze. Iz glukoze celice zelenih rastlin in drugih organizmov ustvarjajo kompleksnejše molekule, ki sestavljajo njihovo sestavo. Za zagotovitev za to potrebne energije celice v procesu dihanja požgejo del surovin, ki so jim na voljo. Iz tega opisa cikličnih transformacij energije v celici postane jasno, da vsi živi organizmi na koncu prejmejo energijo iz sončne svetlobe, rastlinske celice pa jo prejmejo neposredno od sonca, živali pa posredno.

Študija glavnih vprašanj, zastavljenih v tem članku, temelji na potrebi po podrobnem opisu primarnega mehanizma za pridobivanje energije, ki jo uporablja celica. Večino korakov v zapletenih ciklih dihanja in fotosinteze smo že raziskali. Ugotovljeno je bilo, v katerem določenem celičnem organu se pojavi ta ali oni proces. Dihanje izvajajo mitohondriji, ki so v velikem številu skoraj v vseh celicah; fotosintezo zagotavljajo kloroplasti - citoplazemske strukture, ki jih vsebujejo celice zelenih rastlin. Molekularni mehanizmi, ki so v teh celičnih formacijah, sestavljajo njihovo strukturo in zagotavljajo delovanje njihovih funkcij, predstavljajo naslednjo pomembno stopnjo v študiji celice.

Iste dobro raziskane molekule - molekule adenozin trifosfata (ATP) - prenašajo brezplačno energijo, prejeto iz hranil ali sončne svetlobe, iz centrov dihanja ali fotosinteze v vse dele celice, kar zagotavlja izvajanje vseh procesov, ki se pojavijo s porabo energije. ATP je iz mišičnega tkiva prvi izoliral Loman pred približno 30 leti. Molekula ATP vsebuje tri med seboj povezane fosfatne skupine. V epruveti lahko končno skupino ločimo od molekule ATP z reakcijo hidrolize, ki povzroči adenozin difosfat (ADP) in anorganski fosfat. Pri tej reakciji se prosta energija molekule ATP pretvori v toplotno energijo, entropija pa se poveča v skladu z drugim zakonom termodinamike. V celici pa se končna fosfatna skupina ne loči preprosto s hidrolizo, ampak se prenese na posebno molekulo, ki služi kot akceptor. Hkrati se pomemben del proste energije molekule ATP ohrani zaradi fosforilacije akceptorske molekule, ki zdaj zaradi povečane energije pridobi sposobnost sodelovanja v energijsko potratnih procesih, npr. v procesih biosinteze ali krčenja mišic. Ko se ena fosfatna skupina odcepi v tej sklopljeni reakciji, se ATP pretvori v ADP. V celični termodinamiki lahko ATP obravnavamo kot energijsko bogato ali "nabito" obliko nosilca energije (adenozin fosfata), ADP pa kot energetsko revno ali "razpraznjeno" obliko.

Sekundarno »polnjenje« nosilca seveda izvaja eden ali drugi od obeh mehanizmov, ki sodelujeta pri pridobivanju energije. V procesu dihanja živalskih celic se energija, ki jo vsebujejo hranila, sprosti kot posledica oksidacije in se porabi za gradnjo ATP iz ADP in fosfata. Med fotosintezo v rastlinskih celicah se energija sončne svetlobe pretvori v kemično energijo in se porabi za "polnjenje" adenozin fosfata, to je za tvorbo ATP.

Poskusi z uporabo radioaktivnega izotopa fosforja (P 32) so pokazali, da se anorganski fosfat hitro vključi v končno fosfatno skupino ATP in jo spet zapusti. V ledvični celici je obnova terminalne fosfatne skupine tako hitra, da je njen razpolovni čas krajši od 1 minute; to ustreza izjemno intenzivni izmenjavi energije v celicah tega organa. Ob tem velja dodati, da delovanje ATP v živi celici nikakor ni črna magija. Kemiki poznajo številne analogne reakcije, s katerimi se kemična energija prenaša v neživih sistemih. Relativno zapletena struktura ATP je očitno nastala šele v celici - za zagotovitev najučinkovitejše regulacije kemičnih reakcij, povezanih s prenosom energije.

Vloga ATP pri fotosintezi je bila pojasnjena šele pred kratkim. To odkritje je v veliki meri omogočilo razlago, kako fotosintetske celice v procesu sinteze ogljikovih hidratov vežejo sončno energijo – primarni vir energije za vsa živa bitja.

Energija sončne svetlobe se prenaša v obliki fotonov ali kvantov; za svetlobo različnih barv ali različnih valovnih dolžin so značilne različne energije. Ko svetloba pade na nekatere kovinske površine in jo te površine absorbirajo, fotoni zaradi trka s kovinskimi elektroni nanje prenesejo svojo energijo. Ta fotoelektrični učinek je mogoče izmeriti z električnim tokom, ki nastane. V celicah zelenih rastlin sončno svetlobo določenih valovnih dolžin absorbira zeleni pigment – ​​klorofil. Absorbirana energija prenese elektrone v kompleksni molekuli klorofila z glavne energetske ravni na višjo raven. Takšni "vzburjeni" elektroni se nagibajo k temu, da se znova vrnejo na svojo glavno stabilno raven energije in oddajajo energijo, ki so jo absorbirali. V čistem pripravku klorofila, izoliranega iz celice, se absorbirana energija ponovno oddaja v obliki vidne svetlobe, tako kot pri drugih fosforescentnih ali fluorescenčnih organskih in anorganskih spojinah.

Tako klorofil, ki je v epruveti, sam po sebi ne more shraniti ali uporabiti energije svetlobe; ta energija se hitro razblini, kot da bi prišlo do kratkega stika. Vendar pa je v celici klorofil sterično vezan na druge specifične molekule; torej, ko pod vplivom absorpcije svetlobe pride v vzbujeno stanje, »vroče« ali energijsko bogato, se elektroni ne vrnejo v normalno (nevzbujeno) energijsko stanje; namesto tega se elektroni ločijo od molekule klorofila in jih prenašajo molekule nosilci elektronov, ki jih prenašajo drug drugemu v zaprti verigi reakcij. Na tej poti izven molekule klorofila vzbujeni elektroni postopoma oddajo svojo energijo in se vrnejo na svoja prvotna mesta v molekuli klorofila, za katero se nato izkaže, da je pripravljena absorbirati drugi foton. Medtem se energija, ki jo oddajo elektroni, porabi za tvorbo ATP iz ADP in fosfata – z drugimi besedami, za "polnjenje" adenozin fosfatnega sistema fotosintetske celice.

Nosilci elektronov, ki posredujejo ta proces fotosintetske fosforilacije, še niso povsem ugotovljeni. Zdi se, da eden od teh nosilcev vsebuje riboflavin (vitamin B2) in vitamin K. Drugi so pogojno razvrščeni kot citokromi (beljakovine, ki vsebujejo železove atome, obdane s porfirinskimi skupinami, ki so po lokaciji in strukturi podobne samemu porfirinu klorofila). Vsaj dva od teh nosilcev elektronov sta sposobna vezati del svoje energije, da obnovita ATP iz ADP.

To je osnovna shema za pretvorbo svetlobne energije v energijo fosfatnih vezi ATP, ki so jo razvili D. Arnon in drugi znanstveniki.

Vendar pa v procesu fotosinteze poleg vezave sončne energije pride tudi do sinteze ogljikovih hidratov. Zdaj se domneva, da nekateri od "vročih" elektronov vzbujene molekule klorofila skupaj z vodikovimi ioni, ki izvirajo iz vode, povzročijo redukcijo (tj. produkcijo dodatnih elektronov ali vodikovih atomov) enega od nosilcev elektronov - trifosfopiridin nukleotida. (TPN, v zmanjšani obliki TPN-N).

V nizu temnih reakcij, imenovanih tako, ker se lahko pojavijo v odsotnosti svetlobe, TPN-N povzroči redukcijo ogljikovega dioksida v ogljikove hidrate. Večina energije, potrebne za te reakcije, prihaja iz ATP. Naravo teh mračnih reakcij je raziskoval predvsem M. Calvin s sodelavci. Eden od stranskih produktov začetne fotoredukcije ESRD je hidroksilni ion (OH-). Čeprav še nimamo popolnih podatkov, domnevamo, da ta ion odda svoj elektron enemu od citokromov v verigi fotosintetskih reakcij, katerih končni produkt je molekularni kisik. Elektroni se premikajo vzdolž verige nosilcev, prispevajo svojo energijo k nastanku ATP in na koncu, ko porabijo vso svojo odvečno energijo, vstopijo v molekulo klorofila.

Kot je pričakovano zaradi strogo pravilne in zaporedne narave procesa fotosinteze, molekule klorofila niso naključno razporejene v kloroplastih in seveda niso preprosto suspendirane v tekočini, ki polni kloroplaste. Nasprotno, molekule klorofila tvorijo v kloroplastih urejene strukture – grane, med katerimi je preplet vlaken oziroma membran, ki jih ločuje. V vsaki grani ležijo ploščate molekule klorofila v kupih; vsako molekulo lahko obravnavamo kot analogno ločeni plošči (elektrodi) elementa, zrna - na elemente in nabor zrn (to je celoten kloroplast) - na električno baterijo.

Kloroplasti vsebujejo tudi vse tiste specializirane molekule – nosilce elektronov, ki skupaj s klorofilom sodelujejo pri pridobivanju energije iz »vročih« elektronov in uporabi te energije za sintezo ogljikovih hidratov. Kloroplasti, ekstrahirani iz celice, lahko izvajajo celoten kompleksen proces fotosinteze.

Učinkovitost teh miniaturnih tovarn na sončno energijo je neverjetna. V laboratoriju je mogoče pod določenimi posebnimi pogoji dokazati, da se v procesu fotosinteze do 75 % svetlobe, ki vpade na molekulo klorofila, pretvori v kemično energijo; vendar te številke ni mogoče šteti za povsem natančno in o tem še vedno potekajo razprave. Na polju je zaradi neenakomerne osvetljenosti listov s soncem, pa tudi zaradi vrste drugih razlogov, izkoristek izrabe sončne energije precej nižji – približno nekaj odstotkov.

Tako mora molekula glukoze, ki je končni produkt fotosinteze, vsebovati precejšnjo količino sončne energije, ki jo vsebuje njena molekularna konfiguracija. V procesu dihanja heterotrofne celice črpajo to energijo tako, da postopoma razgrajujejo molekulo glukoze, da bi »konzervirale« energijo, ki jo vsebuje v novonastalih fosfatnih vezeh ATP.

Obstajajo različne vrste heterotrofnih celic. Nekatere celice (na primer nekateri morski mikroorganizmi) lahko živijo brez kisika; drugi (kot možganske celice) nujno potrebujejo kisik; druge (na primer mišične celice) so bolj vsestranske in lahko delujejo tako v prisotnosti kisika v okolju kot v njegovi odsotnosti. Poleg tega, čeprav večina celic raje uporablja glukozo kot glavno gorivo, lahko nekatere od njih obstajajo izključno na račun aminokislin ali maščobnih kislin (katerih glavna surovina za sintezo je še vedno ista glukoza). Kljub temu lahko razpad molekule glukoze v jetrnih celicah štejemo za primer procesa proizvodnje energije, značilnega za večino heterotrofov, ki jih poznamo.

Celotno količino energije, ki jo vsebuje molekula glukoze, je zelo enostavno določiti. S sežiganjem določene količine (vzorca) glukoze v laboratoriju se lahko pokaže, da pri oksidaciji molekule glukoze nastane 6 molekul vode in 6 molekul ogljikovega dioksida, reakcijo pa spremlja sproščanje energije v obliki toplote (približno 690.000 kalorij na 1 gram-molekulo, tj. na 180 gramov glukoze). Energija v obliki toplote je za celico, ki deluje pri skoraj konstantni temperaturi, seveda neuporabna. Postopna oksidacija glukoze med dihanjem pa se zgodi tako, da se večina proste energije molekule glukoze shrani v obliki, primerni za celico.

Zaradi tega prejme celica več kot 50 % vse energije, ki se sprosti pri oksidaciji, v obliki energije fosfatne vezi. Tako visok izkoristek je v primerjavi s tistim, ki se običajno doseže v tehnologiji, kjer je le redko mogoče pretvoriti več kot eno tretjino toplotne energije, pridobljene pri zgorevanju goriva, v mehansko ali električno energijo.

Proces oksidacije glukoze v celici je razdeljen na dve glavni fazi. Med prvo ali pripravljalno fazo, imenovano glikoliza, se molekula glukoze s šestimi ogljikovimi atomi razgradi na dve molekuli mlečne kisline s tremi ogljikovimi atomi. Ta navidezno preprost postopek ni sestavljen iz enega, ampak vsaj 11 korakov, pri čemer je vsak korak kataliziran z drugim encimom. Morda se zdi, da je kompleksnost te operacije v nasprotju z Newtonovim aforizmom "Natura entm simplex esi" ("narava je preprosta"); vendar je treba zapomniti, da namen te reakcije ni preprosto razdeliti molekulo glukoze na pol, temveč izolirati energijo, ki jo vsebuje ta molekula. Vsak od intermediatov vsebuje fosfatne skupine, posledično pa se v reakciji uporabita dve molekuli ADP in dve fosfatni skupini. Navsezadnje zaradi razgradnje glukoze ne nastaneta le dve molekuli mlečne kisline, ampak poleg tega še dve novi molekuli ATP.

Kaj to pomeni z vidika energije? Termodinamične enačbe kažejo, da ko se ena gram-molekula glukoze razgradi v mlečno kislino, se sprosti 56.000 kalorij. Ker je za tvorbo vsake gram-molekule ATP vezanih 10.000 kalorij, je učinkovitost procesa zajemanja energije na tej stopnji približno 36 % – kar je zelo impresivna številka glede na to, s čimer se običajno ukvarja tehnologija. Vendar teh 20.000 kalorij, pretvorjenih v energijo fosfatne vezi, predstavlja le majhen del (približno 3 %) celotne energije, ki jo vsebuje gram-molekula glukoze (690.000 kalorij). Medtem pa številne celice, na primer anaerobne celice ali mišične celice, ki so v stanju aktivnosti (in v tem trenutku ne morejo dihati), obstajajo zaradi te zanemarljive porabe energije.

Ko se glukoza razgradi v mlečno kislino, aerobne celice še naprej črpajo večino preostale energije z dihanjem, med katerim se molekule mlečne kisline s tremi atomi ogljika razgradijo v molekule ogljikovega dioksida z enim ogljikovim dioksidom. Mlečna kislina oziroma njena oksidirana oblika, piruvična kislina, je podvržena še bolj zapletenemu nizu reakcij, od katerih vsako ponovno katalizira določen encimski sistem. Najprej se spojina s tremi ogljiki razgradi, da nastane aktivirana oblika ocetne kisline (acetil koencim A) in ogljikov dioksid. "Fragment z dvema ogljikoma" (acetil koencim A) se nato združi s spojino s štirimi ogljiki, oksaloocetno kislino, kar povzroči citronsko kislino, ki vsebuje šest ogljikovih atomov. Citronska kislina se v nizu reakcij ponovno pretvori v oksaloocetno kislino in trije atomi ogljika piruvične kisline, ki "služijo" v tem ciklu reakcij, na koncu dajo molekule ogljikovega dioksida. Ta »mlin«, ki »zmelje« (oksidira) ne le glukozo, temveč tudi molekule maščob in aminokislin, ki so bile predhodno razčlenjene na ocetno kislino, je znan kot Krebsov cikel ali cikel citronske kisline.

Cikel je prvi opisal G. Krebs leta 1937. To odkritje je eden od temeljev sodobne biokemije, njegov avtor pa je leta 1953 prejel Nobelovo nagrado.

Krebsov cikel sledi oksidaciji mlečne kisline v ogljikov dioksid; vendar ta cikel sam ne more razložiti, kako je mogoče velike količine energije, ki jih vsebuje molekula mlečne kisline, izločiti v obliki, primerni za uporabo v živi celici. Ta proces pridobivanja energije, ki spremlja Krebsov cikel, se v zadnjih letih intenzivno preučuje. Celotna slika je bolj ali manj jasna, a veliko podrobnosti je treba še raziskati. Očitno se med Krebsovim ciklom s sodelovanjem encimov elektroni ločijo od vmesnih produktov in prenesejo vzdolž številnih nosilnih molekul, združenih pod splošnim imenom dihalne verige. Ta veriga encimskih molekul predstavlja končno skupno pot vseh elektronov, odvzetih iz hranilnih molekul med procesom biološke oksidacije. V zadnjem členu te verige se elektroni sčasoma povežejo s kisikom in tvorijo vodo. Tako je razgradnja hranilnih snovi med dihanjem obraten proces fotosinteze, pri kateri odstranitev elektronov iz vode povzroči nastanek kisika. Poleg tega so nosilci elektronov v dihalni verigi kemično zelo podobni ustreznim nosilcem, vključenim v proces fotosinteze. Med njimi so na primer riboflavin in strukture citokroma, podobne strukturi kloroplasta. To potrjuje Newtonov aforizem o preprostosti narave.

Tako kot pri fotosintezi se energija elektronov, ki prehajajo po tej verigi do kisika, zajame in uporabi za sintezo ATP iz ADP in fosfata. Pravzaprav je ta fosforilacija, ki se pojavi v dihalni verigi (oksidativna fosforilacija), bolje raziskana kot fosforilacija, ki se pojavi med fotosintezo, ki je bila odkrita relativno nedavno. Trdno je na primer ugotovljeno, da v dihalni verigi obstajajo trije centri, v katerih se adenozin fosfat "napolni", tj. nastaja ATP. Tako za vsak par elektronov, odcepljenih od mlečne kisline med Krebsovim ciklom, nastanejo v povprečju tri molekule ATP.

Na podlagi celotne količine ATP je trenutno mogoče izračunati termodinamično učinkovitost, s katero celica črpa energijo, ki ji je na voljo z oksidacijo glukoze. Predhodna delitev glukoze na dve molekuli mlečne kisline daje dve molekuli ATP. Vsaka molekula mlečne kisline na koncu prenese šest parov elektronov v dihalno verigo. Ker vsak par elektronov, ki gre skozi verigo, povzroči pretvorbo treh molekul ADP v ATP, nastane v procesu dejanskega dihanja 36 molekul ATP. Pri tvorbi vsake gramske molekule ATP se, kot smo že navedli, veže približno 10.000 kalorij in torej 38 gramskih molekul ATP veže približno 380.000 od 690.000 kalorij, kolikor jih vsebuje prvotna gramska molekula glukoze. Učinkovitost povezanih procesov glikolize in dihanja se tako lahko šteje za vsaj 55 %.

Ekstremna zapletenost procesa dihanja je še en pokazatelj, da encimski mehanizmi, ki sodelujejo pri njem, ne bi mogli delovati, če bi bile sestavine preprosto zmešane v raztopini. Tako kot imajo molekularni mehanizmi, povezani s fotosintezo, določeno strukturno organizacijo in so vsebovani v kloroplastu, tako tudi dihalni organi celice - mitohondriji - predstavljajo enak strukturno urejen sistem.

V celici je lahko glede na vrsto in naravo funkcije od 50 do 5000 mitohondrijev (jetrna celica vsebuje na primer približno 1000 mitohondrijev). So dovolj velike (3-4 mikrone v dolžino), da jih lahko vidimo z običajnim mikroskopom. Vendar pa je ultrastruktura mitohondrijev razvidna le v elektronskem mikroskopu.

Na elektronskih mikrofotografijah je razvidno, da ima mitohondrij dve membrani, pri čemer notranja membrana tvori gube, ki segajo v telo mitohondrija. Nedavna študija mitohondrijev, izoliranih iz jetrnih celic, je pokazala, da se molekule encimov, ki sodelujejo v Krebsovem ciklu, nahajajo v matriksu oziroma topnem delu notranje vsebine mitohondrijev, medtem ko se encimi dihalne verige v obliki molekularni "ansambli" se nahajajo v membranah. Membrane so sestavljene iz izmenjujočih se plasti beljakovinskih in lipidnih (maščobnih) molekul; membrane v grani kloroplastov imajo enako strukturo.

Tako obstaja jasna podobnost v strukturi teh dveh glavnih "elektrarn", od katerih je odvisna celotna življenjska doba celice, saj ena od njiju "shranjuje" sončno energijo v fosfatne vezi ATP, druga pa pretvarja energijo, ki jo vsebujejo hranila, v energijo ATP.

Napredek sodobne kemije in fizike je v zadnjem času omogočil razjasnitev prostorske strukture nekaterih velikih molekul, na primer molekul številnih beljakovin in DNK, torej molekul, ki vsebujejo genetske informacije.

Naslednji pomemben korak pri preučevanju celice je ugotoviti lokacijo velikih encimskih molekul (ki so same po sebi proteini) v mitohondrijskih membranah, kjer se nahajajo skupaj z lipidi – ureditev, ki zagotavlja pravilno orientacijo vsake molekule katalizatorja. in možnost njegove interakcije z nadaljnjo povezavo celotnega delovnega mehanizma. "Shema ožičenja" mitohondrijev je že jasna!

Sodobni podatki o elektrarnah celice kažejo, da pušča daleč za seboj ne samo klasično energetiko, ampak tudi najnovejše, veliko sijajnejše dosežke tehnologije.

Elektronika je dosegla neverjeten uspeh pri postavitvi in ​​zmanjšanju velikosti sestavnih elementov računalniških naprav. Vseh teh uspehov pa ni mogoče primerjati z naravnost neverjetno miniaturizacijo najkompleksnejših mehanizmov za pretvorbo energije, ki so se razvili v procesu organske evolucije in so prisotni v vsaki živi celici.

Če najdete napako, označite del besedila in kliknite Ctrl+Enter.

Sposobnost fotosinteze je glavna lastnost zelenih rastlin.Rastline, tako kot vsi živi organizmi, morajo jesti, dihati, odstranjevati nepotrebne snovi, rasti, množiti, se odzivati ​​na okoljske spremembe. Vse to zagotavlja delo ustreznih organov v telesu. Običajno organi tvorijo organske sisteme, ki skupaj zagotavljajo delovanje ene ali druge funkcije živega organizma. Tako lahko živi organizem predstavljamo kot biosistem. Vsak organ v živi rastlini opravlja določeno nalogo. Root absorbira vodo iz zemlje z minerali in krepi rastlino v tleh. Steblo nosi liste proti svetlobi. Po steblu se premika voda, pa tudi mineralne in organske snovi. V kloroplastih lista na svetlobi iz anorganskih nastanejo organske snovi, s katerimi se hranijo. celice vse organe rastline. Listi izhlapevajo vodo.

Če je delo katerega koli organa v telesu moteno, lahko to povzroči motnje v delovanju drugih organov in celotnega organizma. Če na primer voda preneha teči skozi korenino, lahko celotna rastlina umre. Če rastlina ne proizvede dovolj klorofila v listih, potem ne bo mogla sintetizirati zadostne količine organskih snovi za svojo življenjsko aktivnost.

Tako je vitalna aktivnost organizma zagotovljena z medsebojno povezanim delovanjem vseh organskih sistemov. Vitalnost so vsi procesi, ki potekajo v telesu.

S prehrano telo živi in ​​raste. V procesu prehranjevanja se potrebne snovi absorbirajo iz okolja. Nato se absorbirajo v telo. Rastline absorbirajo vodo in minerale iz zemlje. Nadzemni zeleni organi rastlin absorbirajo ogljikov dioksid iz zraka. Vodo in ogljikov dioksid rastline uporabljajo za sintezo organskih snovi, ki jih rastlina uporablja za obnavljanje telesnih celic, rast in razvoj.

Med dihanjem poteka izmenjava plinov. Kisik se absorbira iz okolja, ogljikov dioksid in vodna para pa se sproščata iz telesa. Kisik je nujen za vse žive celice za proizvodnjo energije.

V procesu presnove nastajajo telesu nepotrebne snovi, ki se sproščajo v okolje.

Ko rastlina doseže določeno velikost in starost, ki je potrebna za njeno vrsto, če je v dovolj ugodnih okoljskih razmerah, se začne razmnoževati. Zaradi razmnoževanja se število osebkov poveča.

Za razliko od velike večine živali rastline rastejo vse življenje.

Pridobivanje novih lastnosti organizmov imenujemo razvoj.

Okoljske razmere rastline vplivajo na prehrano, dihanje, presnovo, rast in razvoj ter razmnoževanje. Če niso dovolj ugodni, lahko rastlina slabo raste in se razvija, njeni vitalni procesi bodo zatrti. Tako je vitalna aktivnost rastlin odvisna od okolja.

Vprašanje 3_Celična membrana, njene funkcije, sestava, struktura. Primarna in sekundarna lupina.

Celica katerega koli organizma je celovit živi sistem. Sestavljen je iz treh neločljivo povezanih delov: membrane, citoplazme in jedra. Celična lupina neposredno sodeluje z zunanjim okoljem in sodeluje s sosednjimi celicami (v večceličnih organizmih). celična membrana. Celična membrana ima kompleksno strukturo. Sestavljen je iz zunanje plasti in plazemske membrane, ki se nahaja pod njo.Pri rastlinah, pa tudi pri bakterijah, modrozelenih algah in glivah se na površini celic nahaja gosta membrana ali celična stena. V večini rastlin je sestavljen iz vlaknin. Celična stena ima izjemno pomembno vlogo: je zunanji okvir, zaščitna lupina, zagotavlja turgor rastlinskih celic: voda, soli, molekule številnih organskih snovi prehajajo skozi celično steno.

Celične stene ali stena - togo lupino celice, ki se nahaja zunaj citoplazemske membrane in opravlja strukturne, zaščitne in transportne funkcije. Najdemo ga v večini bakterij, arhej, gliv in rastlin. Živali in številne praživali nimajo celične stene.

Funkcije celične stene:

1. Transportna funkcija zagotavlja selektivno regulacijo presnove med celico in zunanjim okoljem, vstop snovi v celico (zaradi polprepustnosti membrane), kot tudi regulacijo vodne bilance celice

1.1. Transmembranski transport (tj. čez membrano):
- Difuzija
- Pasivni transport = olajšana difuzija
- Aktivni = selektivni transport (s sodelovanjem ATP in encimov).

1.2. Transport v membranski embalaži:
- Eksocitoza - sproščanje snovi iz celice
- endocitoza (fago- in pinocitoza) - absorpcija snovi v celici

2) Funkcija receptorja.
3) Podpora ("okostje")- ohranja obliko celice, daje moč. To je predvsem funkcija celične stene.
4) Izolacija celic(njegove življenjske vsebine) iz okolja.
5) zaščitna funkcija.
6) stik s sosednjimi celicami. Združevanje celic v tkiva.