Metabolismul și conversia energiei în celulă

Toate organismele vii de pe pământ sunt sisteme deschise care pot organiza în mod activ furnizarea de energie și materie din exterior. Este nevoie de energie pentru procesele vitale, dar, în primul rând pentru sinteza chimică a substanțelor care sunt folosite pentru a construi și repararea structurilor și celule ale organismului. ființele vii sunt capabili de a utiliza doar două tipuri de energie: lumină (energie solară) și chimice (legături energetice ale compușilor chimici), - pe baza organismelor sunt împărțite în două grupe - phototrophs și chemotroph.

Principala sursă de molecule structurale este carbon. În funcție de carbon organisme sursă sunt împărțite în două grupe: autotrophs, care nu utilizează o sursă de carbon organic (dioxid de carbon) și heterotrofe care utilizează surse de carbon organic.

Procesul de energie și materie se numește putere. Există două moduri de alimentare: holozoic - mijloace de prindere în corpul de particule alimentare și golofitny - fără prindere prin aspirație de nutrienți dizolvate prin structurile de suprafață ale organismului. Substanțe nutritive prinse în organism, sunt implicate în procesele metabolice.

Metabolismul este setul de proces interdependente și echilibrat care implică o varietate de transformări chimice în organism. Reacția de sinteză a efectuat cu consumul de energie, constituie baza anabolism (asimilare plastic sau metabolism).

Reacțiile de scindare însoțite de eliberare de energie, constituie osnovukatabolizma (schimb energetic sau disimilație).

1. Valoarea metabolismului ATP

Energia eliberată în timpul descompunerii materiei organice care nu sunt utilizate în mod direct de către celulă și este stocată sub formă de compuși de mare energie este de obicei sub forma de adenozintrifosfat (ATP). Prin ATP natura lor chimică se referă la mononucleotide și este format din baze azotate adenină, riboză și trei reziduuri de carbohidrați de acid fosforic.

Energia eliberată prin hidroliza ATP, utilizată de celulă pentru a efectua toate tipurile de muncă. Cantități semnificative de energie sunt consumate în sinteza biologică. ATP este sursa de energie universala a celulelor. Stocul de ATP într-o celulă este limitată de proces și actualizat prin fosforilare care apar cu diferite grade de intensitate în timpul respirației, fermentarea și fotosinteză. ATP-ul este actualizat foarte repede (în speranța de viață a unei persoane de o moleculă de ATP-ul este mai mic de 1 minut).

2. metabolismului energetic în celulă. sinteza ATP

sinteza ATP se produce în celulele tuturor organismelor în procesul de fosforilare, adică, adăugarea de fosfat anorganic la ADP. Energia pentru fosforilarea ADP produs în cursul metabolismului energetic. metabolismul energetic sau disimilație, este un set de reacții de scindare a substanțelor organice, însoțită de eliberarea de energie. În funcție de disimilarea habitatului poate curge în două sau trei etape.

Cele mai multe organisme vii - aerobă de viață într-un mediu de oxigen, - în timpul disimilație efectuate trei faze: pregătitoare, fără oxigen, oxigen. In bacteriile anaerobe într-un mediu lipsit de oxigen, la sau în apropierea aerobi sale lipsesc, disimilație curge doar în primele două etape, pentru a forma un intermediar de compuși organici, mai bogată în energie.

Prima etapă - pregătitoare - este scindarea enzimatică a compușilor organici complecși la mai simple (proteine ​​în aminoacizi, monozaharide, polizaharide, acizi nucleici nucleotide). clivaj intracelulară a substanțelor organice se produce sub acțiunea enzimelor lizozomale hidrolitice. Eliberată este atunci când această energie este disipată sub formă de căldură, iar rezultante moleculele organice mici pot suferi în continuare divizarea celulei și folosită ca „material de construcție“ pentru sinteza compușilor organici proprii.

Al doilea pas - oxidarea parțială - se realizează direct în citoplasmă celulei, în prezența oxigenului și nu este nevoie este de a continua divizarea substraturilor organice. Principala sursă de energie în celulă este glucoza. Anoxică, divizarea incompletă a glucozei este numit glicoliza.

A treia etapă - oxidarea deplină - are loc cu participarea obligatorie a oxigenului. Ca rezultat, este scindată în glucoză molecule de dioxid de carbon anorganic, și în care energia eliberată este parțial consumată pentru sinteza ATP.

3. Schimb de plastic

schimb de plastic sau de asimilare, reprezintă un set de reacții, asigurând o sinteză a compușilor organici complecși în celulă. organisme Heterotrophic construi propriile lor substanțe organice din ingredientele alimentare ecologice. asimilare heterotrofe este redus în mod esențial la o restructurare a moleculelor.

produse alimentare organice (proteine, grăsimi, glucide) -> Digestia -> molecule organice simple (aminoacizi, acizi grași, monozaharide) -> sinteze biologice -> corp de macromolecule (proteine, grăsimi, glucide)

organisme autotrofe sunt capabile să sintetizeze substanțe organice complet din molecule anorganice consumate din mediu. În procesul de asimilare reacții autotrofe foto- și chemosynthesis, oferind formarea compușilor organici simpli, precede molecula biologica sinteze macromolecule:

Substanțe anorganice (dioxid de carbon, apă) -> fotosinteză, chemosynthesis -> molecule simple organice (aminoacizi, acizi grași, monozaharide) ----- sinteze biologice -> corp de macromolecule (proteine, grăsimi, carbohidrați)

Fotosinteză - sinteza compușilor organici din mers anorganic din cauza celulelor energetice. Leading rol în procesul de fotosinteză juca pigmenți fotosintetici având proprietatea unică - pentru a capta energia luminoasă și de ao transforma în energie chimică. pigmenți fotosintetici sunt destul de mari grupe de substanțe asemănătoare proteinei. Principalele și cele mai importante din punct de vedere al energiei este un pigmenthlorofill. apar la toate bacteriile fototrofice dar fotosintetice. pigmenți fotosintetici sunt încorporate în membrana interioară a plastide în eucariotelor sau în timpul invaginare a membranei citoplasmatice în procariote.

In timpul fotosintezei cu excepția monozaharide (, glucoza, etc..), Care sunt transformate în amidon și a plantelor de stocare sintetizat monomeri alți compuși organici - aminoacizi, glicerol și acizi grași. Astfel, prin fotosinteza plantelor, pentru a fi exact - celulele hlorofillosoderzhaschie oferi ei înșiși și toată viața de pe pământ are nevoie de materie organică și oxigen.

Chemosynthesis, de asemenea, este un procedeu de sinteză a compușilor organici din anorganic, dar nu se realizează datorită energiei luminii, dar din cauza energiei chimice produse prin oxidarea compușilor anorganici (sulf, hidrogen sulfurat, fier, amoniac, nitrit, etc.). Cele mai importante sunt nitrificare, fier și sulf bacterii.

Eliberată este timpul bacteriilor energia reacțiile de oxidare este stocată sub formă de ATP și utilizate pentru sinteza compușilor organici. bacterii chimiosintetice joaca un rol foarte important în biosferă. Acestea sunt implicate în tratarea apelor reziduale, contribuie la acumularea în minerale din sol, creșterea fertilității solului.

ADN-ul -biopolimer molecula micro, o polinucleotidă -manomer nucleotidă-acid fosforic azotoase bază-deoxiriboz-reziduuri baze azotate: adenina, timina, guanina, citozina -dvutsepochechnoe -biopolimer structura ARN, macromoleculă, o polinucleotidă -manomer-nucleotidă azotate base-riboza baze azotate Acid fosforic -residue: adenină, uracil, guanină, citozină. ARN molecula odnotsepochennaya. Funcții: stocarea ADN de informatii genetice transfer ARN iformatsii genetic

Iformatsionnaya ARN care să conțină informații despre structura primară a moleculelor de proteine, sintetizate în nucleu. După ce trece prin porii învelișului nuclear și un ARN-direcționat către ribozomi, unde informația genetică transcrierea realizată - se traduce cu nucleotide Uyazyka la aminoacidul Uyazyk.

Aminoacizii din care sunt sintetizate proteinele, sunt livrate la ribozomi folosind ARN special, numit de transport (ARNt). T-ARN este complementară la o secvență de nucleotide a trei nucleotide într-un codon și ARN. O astfel de secvență de nucleotide într-o structură numită ARNt anticodon. Fiecare t-ARN specific, atașați Usvoyu aminoacizi, folosind enzime și cu cheltuielile de ATP. Aceasta este prima etapă a sintezei.

Pentru aminoacidul implicate în lanțul proteic, trebuie să se rupă de t-ARN. În a doua etapă a sintezei de proteine ​​tARN traducător îndeplinește o funcție pe aminoacizi nucleotide Uyazyka Uyazyk. Un astfel de transfer are loc la ribozomi. Acesta include două porțiuni: una ARNt primește o comandă de la mARN - anticodon recunoaște codon la celălalt - ordinul este executat - aminoacizi este separat de ARNt.

Al treilea pas este sinteza de proteine ​​care se ataseaza la tear enzimei sintetaza a aminoacidului ARNt la molecula de proteină în creștere. ARN-ul mesager alunecă continuu pe ribozomului, fiecare triplet, primul intră în prima porțiune, în care de recunoscut ARNt anticodon, apoi a doua porțiune. Acest lucru este valabil, de asemenea, ARNt cu un aminoacid atașat la acesta, este detașat de aminoacidul ARNt și conectate unul la celălalt în secvența în care tripleți urmează unul după altul.

Când ribozomului este una dintre cele trei tripleti, care sunt semnele de punctuație între genele din prima fază, ceea ce înseamnă că sinteza proteinelor este finalizată. lanț gata-proteine ​​se îndepărtează de ribozomului. Procesul de sinteză a unei molecule de proteină necesită energie mare. În legătură cu fiecare aminoacid ARNt se consumă energie al unei molecule de ATP.

Pentru a crește producția de proteine ​​si ARN sunt de multe ori nu au trecut simultan prin una și câteva ribozomi secvențial. O astfel de structură, combinată cu o moleculă de ARN și, polizomilor apel. Fiecare ribosome într-un mod similar cu un șir de mărgele, un mod secvențial transportor sintetizat mai multe molecule ale aceleiași proteine.

sinteza proteinelor la ribozom este numită traducere. Sinteza de molecule de proteine ​​are loc în mod continuu și este o mare viteză: într-un minut este format din 5-60 legăturilor peptidice .. Sinteza unei molecule de proteină durează doar 3-4 secunde. Fiecare etapă a biosintezei este catalizată de enzime adecvate și alimentat cu energie în detrimentul clivaj ATP. Proteinele sintetizati intra canalele reticulului endoplasmatic, transportate la anumite părți ale celulei.

Celula vegetală ca sistem osmotic

Celula vegetală este un sistem osmotic. sevă Cell vacuole este o soluție foarte concentrată. Presiunea osmotică a seva celulei este -.

Pentru a intra în vacuole, apa trebuie să treacă prin peretele celular, membrana plasmatică și citoplasmă, tonoplast. Peretele celular este bine permeabilă la apă. Plasmalemei și tonoplast au o permeabilitate selectivă. Prin urmare, celula vegetală poate fi considerată ca un sistem osmotic în care plasmalemei și tonoplastyavlyayutsya membrană semipermeabilă și vacuole cu seva celulei - o soluție concentrată. Prin urmare, în cazul în care o celulă plasată în apă, apa conform legilor osmoza începe să curgă în celulă.

Forța cu care apa intră în celulă, numită forța supt - S.

Este un potențial de apă identic.

Pe măsură ce apa intră în vacuole, cresc în volum, apa dilueaza seva celulei, iar peretele celulei începe să experimenteze presiune. Peretele celular are o anumită elasticitate și poate fi întins.

Cu o creștere a volumului vacuole citoplasmatice este presat presiunea peretelui celular și turgescență are loc în peretele celular (P). Concomitent, prin peretele celular are loc la o valoare egală a celulei peretelui din spate a presiunii asupra protoplast. peretele celular potențial numit presiune contrapresiune (-P).

Astfel, amplitudinea forței de aspirație S este determinată de presiunea osmotică a sevei celulare și celulele P presiune hidrostatică turgescență este egală cu pereții celulelor contrapresiune care apar în timpul -P întinderea sa.

În cazul în care planta este în condiții de umiditate a solului și a aerului suficientă, celulele sunt într-o stare de turgescență completă. Atunci cand o celula este complet saturat cu apă (turgescență), forța de aspirație este zero S = 0, iar presiunea turgescenței este egală cu potențial P = presiunea osmotica.

Lipsa de umiditate în deficitul de apă din sol are loc mai întâi în peretele celular. Potențialul de apă al peretelui celular devine mai mic decât în ​​vacuole, și apa începe să se miște din vacuole în peretele celular. Fluxul de apă din vacuole reduce presiunea turgescenței în celulele și crește forța de aspirație. Cu lipsa pe termen lung de umiditate cele mai multe celule pierd turgescenta si planta incepe sa uscat, pierde elasticitatea și fermitatea. Astfel, presiunea turgescenței P = 0 și S = forța de aspirație

În cazul în care, din cauza unei pierderi foarte mare de presiunea turgescenței apei scade la zero, foaia se va usca cu totul. Pierderea în continuare a apei va duce la distrugerea celulei protoplasmă. adaptiv la o pierdere bruscă a apei este închiderea rapidă a stomate cu o lipsă de umiditate.

Celulele pot restabili rapid saturației, în cazul în care planta devine suficient de apă sau pe timp de noapte, atunci când planta devine suficientă apă din sol. Și când udare.

- - potențial de apă; este egal cu 0 pentru apa pură; este 0 sau este negativ pentru celulele.

- potențial osmotic, este întotdeauna negativ

- presiune potențială; de obicei, pozitiv pentru celule vii (celule al căror conținut se află sub presiune, dar negativ în celulele Xylem (care creează tensiune de apă).

- Rezultatul total al acțiunii

La turgescență completă

La plasmoliza inițială

Dacă punem celula într-o soluție hipertonică cu potențial scăzut de apă, apa începe să iasă din celulă prin osmoză prin membrana plasmatică. În primul rând apa va ieși din citoplasmă, apoi prin tonoplast vacuolelor. conținutul de celule vii - protoplastelor se micșorează, astfel, și în spatele peretelui celular. proces de plasmoliza Going. Spațiul dintre peretele celular și de protoplaști umple soluția externă. O astfel de celulă nazyvaetsyaplazmolizirovannoy. Apa va părăsi celula, atâta timp cât potențialul de apă al protoplast nu devine egală cu potențialul soluției apoase înconjurătoare și apoi celula nu se mai contracta. Acest proces este reversibil și celula nu se deteriorează.

Dacă celula plasată în apă pură sau o soluție hipotonă, celulele au fost capabili de a restabili turgor apare deplazmoliza proces.

În condiții de deficit de apă în țesuturile tinere creștere accentuată a pierderii de apă determină că presiunea turgescenței celula devine negativ și de protoplaști prin tăierea într-o cantitate care nu este separat de peretele celular, și trageți-l de-a lungul. Celulele și țesuturile sunt comprimate. Acest fenomen se numește tsitorriz.