Pahina 58. Mga tanong at gawain pagkatapos ng §
1. Anong mga sangkap ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya sa mga selula?
Ang mga karbohidrat at taba ay ginagamit bilang pangunahing materyal ng enerhiya. Halimbawa, ang kumplikadong carbohydrate glycogen at taba ay ang mga reserba ng "gasolina" sa cell. Ang mga ito ay natupok ng mga selula pagkatapos ng ilang panahon ng gutom ng katawan. Halimbawa, sa umaga pagkatapos matulog, mayroong aktibong paggamit ng mga taba, na unang bumagsak sa glycerol at fatty acid. Pagkatapos kumain, ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa mga selula ay ang glucose na nakuha mula sa pagkain.
2. Ilarawan ang bawat yugto ng metabolismo ng enerhiya.
Ang palitan ng enerhiya ay nagaganap sa tatlong yugto: preparatory anoxic, oxygen. Yugto ng paghahanda nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga kumplikadong organikong sangkap sa katawan ay nahahati sa mga monomer. Ang lahat ng mga prosesong ito ay nagaganap sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme. Kaya, ang mga protina na nakuha gamit ang pagkain ay pinaghiwa-hiwalay sa mga amino acid, carbohydrates - sa glucose, taba - sa glycerol at fatty acid. Ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay nawala sa anyo ng init sa katawan, kaya ang halaga nito na nabuo sa kasong ito ay hindi malaki. Gamit ang glucose bilang isang halimbawa, maaari nating isaalang-alang ang pangalawang yugto - anoxic - ito ay tinatawag na glycolysis (mula sa Griyego na "glikis" - matamis, "lysis" - paghahati). Ito ay isang kumplikadong proseso ng enzymatic para sa pagkasira ng glucose. Ang prosesong ito ay nagaganap sa cytoplasm ng mga selula. Mula sa isang molekula ng glucose (1 mol C6H12O6) dalawang molekula ng pyruvic acid PVC (2C3H4O3) at dalawang molekula ng ATP (2ATP) ay nabuo. Dagdag pa, kung walang sapat na oxygen sa cell, ang pyruvic acid C3H4O3 ay nagiging isa pang organic acid - lactic C3H4O3 (dahil sila ay mga isomer). Ang susunod na yugto - oxygen - ay tinatawag na cellular respiration at nagaganap sa mitochondria ng mga cell (sa cristae, kung saan matatagpuan ang mga respiratory enzymes). Sa pamamagitan ng pangalan nito ay malinaw na napupunta lamang ito sa pakikilahok ng oxygen. Sa yugtong ito, ang pyruvic acid ay na-oxidize ng molecular oxygen O2 sa carbon dioxide at tubig. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon na ito ay ginagamit nang napakahusay. Para sa bawat molekula ng glucose, 36 na molekula ng ATP ang ginawa. Kaya, sa panahon ng pagkasira ng 1 molekula (1 mol) ng glucose, 38 ATP ang pinakawalan (sa ikalawang yugto, 2 molekula at sa pangatlo, 36 na molekula). Ang enerhiya na ito ay ginugugol sa synthesis ng mga sangkap na kailangan ng katawan, at ang enerhiya ng ATP ay na-convert sa iba't ibang uri enerhiya - mekanikal (paggalaw ng flagella), elektrikal (pagpadaloy ng isang nerve impulse).
3. Bakit ang mga atleta ay may mas mabilis na paghinga at pananakit ng kalamnan sa panahon ng masinsinang pagsasanay?
Sa masinsinang pisikal na gawain ng isang tao, ang mga selula ng kalamnan tissue ay nakakaranas ng gutom sa oxygen, sa kasong ito, na may hindi kumpletong pagkasira ng glucose, ang PVC ay nagiging lactic acid. Ang labis nito ay naipon sa mga kalamnan, na humahantong sa pananakit ng kalamnan, pagkapagod, pagkapagod, igsi ng paghinga - ito ay tanda ng kakulangan sa oxygen.
4. Ang ani ng mga kamatis na lumago sa mga greenhouse na hindi maganda ang bentilasyon ay hindi mataas. Ipaliwanag kung bakit.
Kapag lumalaki ang mga nilinang halaman sa mga greenhouse at greenhouses, dapat itong alalahanin na ang proseso ng glucose oxidation ay napupunta sa carbon dioxide at tubig, at sa mataas na temperatura ito ay nagpapatuloy nang mas intensively. Bilang karagdagan, ang mga berdeng selula ng halaman lamang ang nagsasagawa ng photosynthesis, habang ang paghinga ng halaman ay nangyayari sa lahat ng mga selula. Sa mga greenhouse, ang temperatura ay maaaring umabot ng hanggang 400C, habang ang intensity ng respiration ay tumataas ng hanggang 100 beses, ngunit ang intensity ng photosynthesis ay hindi. Samakatuwid, ang pagtaas sa organikong masa ay hindi gaanong mahalaga at ang ani ng naturang mga halaman ay magiging mababa.
5. Ipaliwanag ang kahulugan ng terminong "glycolysis", "cellular respiration".
Ang Glycolysis (mula sa Griyegong "glikis" - matamis, "lysis" - paghahati) ay isang kumplikadong proseso ng enzymatic ng pagkasira ng glucose, na nagaganap sa dalawang yugto - anoxic at oxygen. Ang cellular respiration ay ang huling yugto ng oxygen ng pagkasira ng glucose, na nagaganap sa mitochondria ng mga selula (sa cristae, kung saan matatagpuan ang mga respiratory enzymes), na napupunta sa presensya ng oxygen.
- Mga uri ng nutrisyon ng mga nabubuhay na organismo
- Photosynthesis
- pagpapalitan ng enerhiya
1. Kasiglahan sa lahat ng organismo ay posible lamang kung mayroon silang enerhiya. Ayon sa paraan ng pagkuha ng enerhiya, ang lahat ng mga cell at organismo ay nahahati sa dalawang grupo: mga autotroph at heterotrophs.
Heterotrophs(Greek heteros - iba, iba at tropeyo - pagkain, nutrisyon) ay hindi nakakapag-synthesize ng mga organikong compound mula sa mga inorganic mismo, kailangan nilang makuha ang mga ito mula sa kapaligiran. Ang mga organikong sangkap ay nagsisilbi para sa kanila hindi lamang bilang pagkain, kundi pati na rin bilang isang mapagkukunan ng enerhiya. Kabilang sa mga heterotroph ang lahat ng mga hayop, fungi, karamihan sa mga bakterya, pati na rin ang mga halamang lupa at algae na walang chlorophyll.
Ang mga heterotrophic na organismo ay inuri ayon sa paraan ng pagkuha ng pagkain. holozoic(hayop) na kumukuha ng mga solidong particle, at osmotrophic(fungi, bacteria) na kumakain ng mga dissolved substance.
Ang magkakaibang mga heterotrophic na organismo ay may kakayahang magkasamang mabulok ang lahat ng mga sangkap na na-synthesize ng mga autotroph, pati na rin ang mga mineral na sangkap na na-synthesize bilang resulta ng mga aktibidad sa paggawa ng tao. Ang mga heterotrophic na organismo, kasama ang mga autotroph, ay bumubuo ng isang solong biological system sa Earth, na pinagsama ng mga trophic na relasyon.
Mga autotroph- mga organismo na nagpapakain (i.e., tumatanggap ng enerhiya) sa kapinsalaan ng hindi mga organikong compound ito ay ilang bacteria at lahat ng berdeng halaman. Ang mga autotroph ay nahahati sa chemotrophs at phototrophs.
Chemotrophs- mga organismo na gumagamit ng enerhiya na inilabas sa panahon ng mga reaksiyong redox. Kasama sa mga chemotroph ang nitrifying (nitrogen-fixing) bacteria, sulfuric, hydrogen (methane-forming), manganese, iron-forming at carbon monoxide-using bacteria.
Mga phototroph- tanging mga berdeng halaman. Ang liwanag ay ang kanilang pinagmumulan ng enerhiya.
2. Photosynthesis(Greek phos - genus. taglagas. mga larawan - liwanag at synthesis - koneksyon) - pagbuo na may partisipasyon ng liwanag na enerhiya organikong bagay mga selula ng berdeng halaman, pati na rin ang ilang bakterya, ang proseso ng pag-convert ng liwanag na enerhiya sa enerhiyang kemikal. Nangyayari sa tulong ng mga pigment (chlorophyll at ilang iba pa) sa thylakoids ng mga chloroplast at cell chromatophores. Ang photosynthesis ay batay sa mga reaksyon ng redox, kung saan ang mga electron ay inililipat mula sa isang donor-reductant (tubig, hydrogen, atbp.) Sa isang acceptor (Latin acceptor - receiver) - carbon dioxide, acetate na may pagbuo ng mga pinababang compound - carbohydrates at ang release ng oxygen, kung ang tubig ay na-oxidized.
Ang mga photosynthetic bacteria na gumagamit ng mga donor maliban sa tubig ay hindi naglalabas ng oxygen.
Mga magaan na reaksyon ng photosynthesis(sanhi ng liwanag) dumadaloy sa grana ng mga thylakoids ng mga chloroplast. Nakikipag-ugnayan ang visible light quanta (photon) sa mga molekula ng chlorophyll, na naglilipat sa kanila sa isang excited na estado. Ang isang electron sa komposisyon ng chlorophyll ay sumisipsip ng isang quantum ng liwanag ng isang tiyak na haba at, tulad ng mga hakbang, gumagalaw sa kahabaan ng kadena ng mga carrier ng elektron, nawawala ang enerhiya, na nagsisilbing phosphorylate ADP sa ATP. Ito ay isang napakahusay na proseso: 30 beses na mas maraming ATP ang nagagawa sa mga chloroplast kaysa sa mitochondria ng parehong mga halaman. Naiipon nito ang enerhiya na kinakailangan para sa mga sumusunod - ang madilim na reaksyon ng photosynthesis. Ang mga sangkap ay kumikilos bilang mga electron carrier: cytochromes, plastoquinone, ferredoxin, flavoprotein, reductase, atbp. Ang ilan sa mga excited na electron ay ginagamit upang bawasan ang NADP + sa NADPH. Sa ilalim ng pagkilos ng sikat ng araw sa mga chloroplast, nahahati ang tubig - photolysis, sa kasong ito, ang mga electron ay nabuo na nagbabayad para sa kanilang pagkawala sa pamamagitan ng chlorophyll; bilang isang by-product, ang oxygen ay inilalabas sa atmospera ng ating planeta. Ito ang oxygen na ating nilalanghap at kinakailangan para sa lahat ng aerobic na organismo.
Ang mga chloroplast ng mas matataas na halaman, algae, at cyanobacteria ay naglalaman ng dalawang photosystem na may magkaibang istraktura at komposisyon. Kapag ang light quanta ay nasisipsip ng mga pigment (isang reaction center - isang complex ng chlorophyll na may protina na sumisipsip ng liwanag na may wavelength na 680 nm - P680) ng photosystem II, ang mga electron ay inililipat mula sa tubig patungo sa isang intermediate acceptor at sa pamamagitan ng isang chain ng carrier sa sentro ng reaksyon ng photosystem I. At ang photosystem na ito ay isang sentro ng reaksyon ay magbubunyag ng foam ng molekula ng chlorophyll sa kumbinasyon ng isang espesyal na protina-KOM, na sumisipsip ng liwanag na may haba ng daluyong na 700 nm - P700. Sa mga molekula ng chlorophyll F1 mayroong mga "butas" - hindi napunong mga lugar ng mga electron na dumaan sa PLDPH. Ang mga "butas" na ito ay puno ng mga electron na nabuo sa panahon ng paggana ng FI. Iyon ay, ang photosystem II ay nagbibigay ng mga electron para sa photosystem I, na ginugol dito para sa pagbawas ng NADP + at NADPH. Kasama ang landas ng paggalaw ng mga photosystem II na mga electron na nasasabik ng liwanag patungo sa panghuling acceptor - chlorophyll ng photosystem I, ang ADP ay phosphorylated sa energy-rich ATP. Kaya, ang enerhiya ng liwanag ay nakaimbak sa mga molekula ng ATP at higit na natupok para sa synthesis ng carbohydrates, protina, nucleic acid at iba pang mahahalagang proseso ng mga halaman, at sa pamamagitan ng mga ito ang mahahalagang aktibidad ng lahat ng organismo na kumakain sa mga halaman.
Madilim na reaksyon, o carbon fixation reaksyon, hindi nauugnay sa liwanag, ay isinasagawa sa stroma ng mga chloroplast. Ang pangunahing lugar sa kanila ay inookupahan ng pag-aayos ng carbon dioxide at ang conversion ng carbon sa carbohydrates. Ang mga reaksyong ito ay likas na paikot, dahil ang bahagi ng intermediate na carbohydrates ay sumasailalim sa proseso ng condensation at muling pagsasaayos sa ribulose diphosphate, ang pangunahing acceptor ng CO 2 , na nagsisiguro sa tuluy-tuloy na operasyon ng cycle. Ang prosesong ito ay unang inilarawan ng American biochemist na si Melvin Calvin.
Ang pagbabagong-anyo ng inorganic compound CO 2 sa mga organikong compound - carbohydrates, sa mga bono ng kemikal kung saan nakaimbak ang solar energy, ay nangyayari sa tulong ng isang kumplikadong enzyme - ribulose-1,5-diphosphate carboxylase. Nagbibigay ito ng pagdaragdag ng isang molekula ng CO 2 sa limang-carbon ribulose-1,5-diphosphate, na nagreresulta sa pagbuo ng isang anim na carbon intermediate na short-lived compound. Ang tambalang ito, dahil sa hydrolysis, ay nahahati sa dalawang tatlong-carbon na molekula ng phosphoglyceric acid, na binabawasan gamit ang ATP at NADPH sa tatlong-carbon na asukal (triose phosphates). Binubuo nila ang huling produkto ng photosynthesis - glucose.
Ang bahagi ng triose phosphates, na dumaan sa mga proseso ng condensation at rearrangement, na nagiging ribulose monophosphate, at pagkatapos ay naging ribulose diphosphate, ay muling kasama sa patuloy na cycle ng paglikha ng mga molekula ng glucose. Glucose ay maaaring enzymatically polymerized sa
starch at cellulose - ang pangunahing polysaccharide ng mga halaman.
Ang isang tampok ng photosynthesis ng ilang mga halaman (tubo, mais, amaranth) ay ang paunang conversion ng carbon sa pamamagitan ng apat na carbon compound. Ang nasabing mga halaman ay nakatanggap ng index C 4 -mga halaman, at photosynthesis sa kanila carbon metabolismo. C 4 -nakakaakit ng atensyon ng mga mananaliksik ang mga halaman dahil sa kanilang mataas na photosynthetic productivity.
Mga paraan upang mapataas ang produktibidad ng mga halamang pang-agrikultura:
Sapat na nutrisyon ng mineral, na maaaring matiyak ang pinakamahusay na kurso ng mga proseso ng metabolic;
Mas kumpletong pag-iilaw, na maaaring makamit sa tulong ng ilang mga rate ng paghahasik ng halaman, na isinasaalang-alang ang liwanag na pagkonsumo ng photophilous at shade-tolerant;
Ang normal na dami ng carbon dioxide sa hangin (na may pagtaas sa nilalaman nito, ang proseso ng paghinga ng halaman, na nauugnay sa photosynthesis, ay nagambala);
Ang kahalumigmigan ng lupa, na tumutugma sa mga pangangailangan ng mga halaman sa kahalumigmigan, depende sa klimatiko at agrotechnical na mga kondisyon.
Ang kahalagahan ng photosynthesis sa kalikasan.
Bilang resulta ng photosynthesis sa Earth, 150 bilyong tonelada ng organikong bagay ang nabubuo taun-taon at humigit-kumulang 200 bilyong tonelada ng libreng oxygen ang inilalabas. Ang photosynthesis ay hindi lamang nagbibigay at nagpapanatili ng modernong komposisyon ng kapaligiran ng Earth, na kinakailangan para sa buhay ng mga naninirahan dito, ngunit pinipigilan din ang pagtaas ng konsentrasyon ng CO 2 sa atmospera, na pumipigil sa sobrang pag-init ng ating planeta (dahil sa tinatawag na greenhouse epekto). Ang oxygen na inilabas sa panahon ng photosynthesis ay mahalaga para sa mga organismo na huminga at maprotektahan sila mula sa nakakapinsalang short-wave na ultraviolet radiation.
Chemosynthesis(late Greek chemeta - chemistry at Greek synthesis - connection) - isang autotrophic na proseso ng paglikha ng organikong bagay ng bacteria na walang chlorophyll. Ang Chemosynthesis ay isinasagawa dahil sa oksihenasyon ng mga inorganic compound: hydrogen, hydrogen sulfide, ammonia, iron oxide (II), atbp. Ang asimilasyon ng CO 2 ay nagpapatuloy, tulad ng sa photosynthesis (Calvin cycle), maliban sa methane-forming, homo-acetate bacteria. Ang enerhiya na nakuha mula sa oksihenasyon ay nakaimbak sa bakterya sa anyo ng ATP.
Ang mga chemosynthetic bacteria ay may napakahalagang papel sa mga biogeochemical cycle. mga elemento ng kemikal sa biosphere. Ang mahalagang aktibidad ng nitrifying bacteria ay isa sa pinakamahalagang salik sa pagkamayabong ng lupa. Ang chemosynthetic bacteria ay nag-oxidize ng mga compound ng iron, manganese, sulfur, atbp.
Ang Chemosynthesis ay natuklasan ng Russian microbiologist na si Sergei Nikolaevich Vinogradsky (1856-1953) noong 1887.
3. Pagpapalitan ng enerhiya
Ang tatlong yugto ng metabolismo ng enerhiya ay isinasagawa kasama ang pakikilahok ng mga espesyal na enzyme sa iba't ibang bahagi ng mga selula at organismo.
Ang unang yugto ay paghahanda- nagpapatuloy (sa mga hayop sa mga organ ng pagtunaw) sa ilalim ng pagkilos ng mga enzyme na nagbabagsak ng mga molekula na may di- at polysaccharides, taba, protina, nucleic acid sa mas maliliit na molekula: glucose, glycerol at fatty acid, amino acid, nucleotides. Naglalabas ito ng isang maliit na halaga ng enerhiya na nawawala sa anyo ng init.
Ang pangalawang yugto ay anoxic, o hindi kumpletong oksihenasyon. Tinatawag din itong anaerobic respiration (fermentation), o glycolysis. Ang mga enzyme ng glycolysis ay naisalokal sa likidong bahagi ng cytoplasm - hyaloplasm. Ang glucose ay sumasailalim sa paghahati, bawat molene na kung saan ay stepwise split at oxidized na may partisipasyon ng mga enzymes sa dalawang tatlong-carbon molecule ng pyruvic acid CH 3 - CO - COOH, kung saan ang COOH ay isang carboxyl group na katangian ng mga organic acid.
Siyam na enzyme ang sunud-sunod na kasangkot sa conversion na ito ng glucose. Sa proseso ng glycolysis, ang mga molekula ng glucose ay na-oxidized, ibig sabihin, ang mga atomo ng hydrogen ay nawala. Ang hydrogen acceptor (at electron) sa mga reaksyong ito ay nicotinamide nindinucleotide (NAD +) molecules, na katulad ng string sa NADP + at naiiba lamang sa kawalan ng phosphoric acid residue sa ribose molecule. Kapag ang pyruvic acid ay nabawasan ng pinababang NAD, ang pangwakas na produkto ng glycolysis, lactic acid, ay ginawa. Ang phosphoric acid at ATP ay kasangkot sa pagkasira ng glucose.
Sa buod, ganito ang hitsura ng prosesong ito:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 P0 4 + 2ADP \u003d 2C 3 H 6 0 3 + 2ATP + 2H 2 0.
Sa yeast fungi, ang glucose molecule, nang walang partisipasyon ng oxygen, ay na-convert sa ethyl alcohol at carbon dioxide (alcoholic fermentation):
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 P0 4 + 2ADP - 2C 2 H b 0H + 2C0 2 + 2ATP + 2H 2 O.
Sa ilang mga microorganism, ang pagkasira ng glucose na walang oxygen ay maaaring magresulta sa pagbuo ng acetic acid, acetone, atbp. Sa lahat ng kaso, ang pagkasira ng isang molekula ng glucose ay sinamahan ng pagbuo ng dalawang molekula ng ATP, sa mga macroergic bond kung saan 40 % ng enerhiya ay nakaimbak, ang natitira ay nawawala sa anyo ng init.
Ang ikatlong yugto ng metabolismo ng enerhiya(yugto ng paghahati ng oxygen , o yugto ng aerobic respiration) ay isinasagawa sa mitochondria. Ang yugtong ito ay nauugnay sa mitochondrial matrix at ang panloob na lamad; Ang mga enzyme ay kasangkot dito, na isang enzymatic ring na "conveyor", na tinatawag ang siklo ng Krebs, ipinangalan sa scientist na nakatuklas nito. Ang masalimuot at mahabang paraan ng trabaho ng maraming enzymes ay tinatawag din siklo ng tricarboxylic acid.
Kapag nasa mitochondria, ang pyruvic acid (PVA) ay na-oxidize at na-convert sa isang sangkap na mayaman sa enerhiya - acetyl coenzyme A, o acetyl-CoA para sa maikli. Sa siklo ng Krebs, ang mga molekula ng acetyl-CoA ay nagmumula sa iba't ibang pinagmumulan ng enerhiya. Sa proseso ng PVC oxidation, ang mga electron acceptors NAD + ay binabawasan sa NADH, at isa pang uri ng acceptors ay binabawasan - FAD sa FADH 2 (FAD ay isang flavin adenine dinucleotide). Ang enerhiya na nakaimbak sa mga molekulang ito ay ginagamit upang synthesize ang ATP, ang unibersal na biological energy accumulator. Sa yugto ng aerobic respiration, ang mga electron mula sa NADH at FADH 2 ay gumagalaw kasama ang isang multistage chain ng kanilang paglipat sa panghuling electron acceptor, molecular oxygen. Maraming mga electron carrier ang kasangkot sa paglipat: coenzyme Q, cytochromes at, pinaka-mahalaga, oxygen. Kapag ang mga electron ay lumipat mula sa yugto hanggang sa yugto ng respiratory conveyor, ang enerhiya ay inilabas, na ginugol sa ATP synthesis. Sa loob ng mitochondria, ang mga H + cation ay nagsasama sa O 2 ~ anion upang bumuo ng tubig. Sa siklo ng Krebs, nabuo ang CO 2, at sa kadena ng transportasyon ng elektron - tubig. Kasabay nito, ang isang molekula ng glucose, na ganap na na-oxidized na may access ng oxygen sa CO 2 at H 2 0, ay nag-aambag sa pagbuo ng 38 ATP molecule. Mula sa nabanggit, sumusunod na ang paghahati ng oxygen ng mga organikong sangkap, o aerobic respiration, ay gumaganap ng pangunahing papel sa pagbibigay ng enerhiya sa cell. Sa kakulangan ng oxygen o kumpletong kawalan nito, nangyayari ang walang oxygen, anaerobic, paghahati ng mga organikong sangkap; ang enerhiya ng naturang proseso ay sapat lamang upang lumikha ng dalawang molekula ng ATP. Dahil dito, ang mga nabubuhay na nilalang ay maaaring gawin nang walang oxygen sa maikling panahon.
Ang buhay na selula ay may likas na hindi matatag at halos hindi malamang na organisasyon; ang cell ay maaaring mapanatili ang isang napaka-espesipiko at maganda sa pagiging kumplikado ng kaayusan ng kanyang marupok na istraktura dahil lamang sa patuloy na pagkonsumo ng enerhiya.
Sa sandaling huminto ang daloy ng enerhiya, ang kumplikadong istraktura ng cell ay nawasak at ito ay pumasa sa isang hindi maayos at walang estado ng organisasyon. Bukod sa pagbibigay mga proseso ng kemikal kinakailangan upang mapanatili ang integridad ng cell, sa iba't ibang uri ng mga cell, dahil sa conversion ng enerhiya, ang pagpapatupad ng iba't ibang mga mekanikal, elektrikal, kemikal at osmotic na mga proseso na nauugnay sa mahahalagang aktibidad ng organismo ay natiyak.
Ang pagkakaroon ng natutunan sa relatibong kamakailang mga panahon upang kunin ang enerhiya na nakapaloob sa iba't ibang mga walang buhay na mapagkukunan upang maisagawa ang iba't ibang gawain, ang isang tao ay nagsimulang maunawaan kung gaano kahusay at kung gaano kataas ang kahusayan ng cell na nagbabago ng enerhiya. Ang pagbabago ng enerhiya sa isang buhay na cell ay sumusunod sa parehong mga batas ng thermodynamics na gumagana sa walang buhay na kalikasan. Ayon sa unang batas ng thermodynamics, ang kabuuang enerhiya ng isang saradong sistema ay palaging nananatiling pare-pareho para sa anumang pisikal na pagbabago. Ayon sa pangalawang batas, ang enerhiya ay maaaring umiral sa dalawang anyo: sa anyo ng "libre" o kapaki-pakinabang na enerhiya at sa anyo ng walang kwentang enerhiyang nawala. Ang parehong batas ay nagsasaad na sa anumang pisikal na pagbabago, may posibilidad na mawala ang enerhiya, ibig sabihin, upang mabawasan ang dami ng libreng enerhiya at upang madagdagan ang entropy. Samantala, ang isang buhay na cell ay nangangailangan ng patuloy na pag-agos ng libreng enerhiya.
Natatanggap ng inhinyero ang enerhiya na kailangan niya pangunahin mula sa enerhiya ng mga bono ng kemikal na nasa gasolina. Sa pamamagitan ng pagsunog ng gasolina, ito ay nagpapalit ng kemikal na enerhiya sa thermal energy; pagkatapos ay maaari niyang gamitin ang thermal energy upang paikutin, halimbawa, isang steam turbine at sa ganitong paraan ay makakuha ng elektrikal na enerhiya. Ang mga cell ay tumatanggap din ng libreng enerhiya sa pamamagitan ng pagpapakawala ng enerhiya ng mga kemikal na bono na nakapaloob sa "gasolina". Ang enerhiya ay iniimbak sa mga koneksyong ito ng mga selulang iyon na nagsa-synthesize ng mga sustansya na nagsisilbing gatong. Gayunpaman, ginagamit ng mga cell ang enerhiya na ito sa isang napaka-espesipikong paraan. Dahil ang temperatura kung saan gumagana ang isang buhay na cell ay humigit-kumulang pare-pareho, ang cell ay hindi maaaring gumamit ng thermal energy upang gumawa ng trabaho. Upang gumana ang enerhiya ng init, ang init ay dapat ilipat mula sa isang mas mainit na katawan patungo sa isang mas malamig. Ito ay ganap na malinaw na ang isang cell ay hindi maaaring magsunog ng gasolina nito sa temperatura ng pagkasunog ng karbon (900°); hindi rin ito makatiis sa pagkakalantad sa sobrang init na singaw o mataas na boltahe na kasalukuyang. Ang cell ay kailangang mag-extract at gumamit ng enerhiya sa ilalim ng mga kondisyon ng medyo pare-pareho at, bukod pa rito, mababang temperatura, isang dilute na kapaligiran ng yodo, at napakaliit na pagbabagu-bago sa konsentrasyon ng mga hydrogen ions. Upang makakuha ng kakayahang tumanggap ng enerhiya, ang cell, sa paglipas ng mga siglo ng ebolusyon ng organikong mundo, ay ginawang perpekto ang kahanga-hangang mga mekanismo ng molekular, na gumagana nang hindi karaniwang epektibo sa mga banayad na kondisyong ito.
Ang mga mekanismo ng cell na tinitiyak ang pagkuha ng enerhiya ay nahahati sa dalawang klase, at batay sa mga pagkakaiba sa mga mekanismong ito, ang lahat ng mga cell ay maaaring nahahati sa dalawang pangunahing uri. Ang mga cell ng unang uri ay tinatawag na heterotrophic; kabilang dito ang lahat ng mga selula ng katawan ng tao at ang mga selula ng lahat ng mas matataas na hayop. Ang mga cell na ito ay nangangailangan ng patuloy na supply ng yari na gasolina ng isang napaka-komplikadong kalikasan. komposisyong kemikal. Ang mga carbohydrate, protina at taba, ibig sabihin, magkahiwalay na bahagi ng iba pang mga selula at tisyu, ay nagsisilbing gatong para sa kanila. Ang mga heterotrophic na selula ay nakakakuha ng enerhiya sa pamamagitan ng pagsunog o pag-oxidize ng mga kumplikadong sangkap na ito (na ginawa ng iba pang mga cell) sa isang proseso na tinatawag na respiration, na kinabibilangan ng molecular oxygen (O 2 ) ng atmospera. Ginagamit ng mga heterotrophic na selula ang enerhiyang ito upang maisakatuparan ang kanilang biological function habang naglalabas ng carbon dioxide sa atmospera bilang isang end product.
Ang mga cell na kabilang sa pangalawang uri ay tinatawag na autotrophic. Ang pinakakaraniwang mga autotrophic na selula ay ang mga selula ng berdeng halaman. Sa proseso ng photosynthesis, itinatali nila ang enerhiya ng sikat ng araw, ginagamit ito para sa kanilang mga pangangailangan. Bilang karagdagan, gumagamit sila ng solar energy upang kunin ang carbon mula sa atmospheric carbon dioxide at ginagamit ito upang bumuo ng pinakasimpleng organikong molekula- mga molekula ng glucose. Mula sa glucose, ang mga selula ng berdeng halaman at iba pang mga organismo ay lumikha ng mas kumplikadong mga molekula na bumubuo sa kanilang komposisyon. Upang magbigay ng enerhiya na kinakailangan para dito, ang mga selula sa proseso ng paghinga ay sinusunog ang bahagi ng mga hilaw na materyales sa kanilang pagtatapon. Mula sa paglalarawang ito ng cyclic transformations ng enerhiya sa cell, nagiging malinaw na ang lahat ng nabubuhay na organismo sa huli ay tumatanggap ng enerhiya mula sa sikat ng araw, at ang mga cell ng halaman ay tumatanggap nito nang direkta mula sa araw, at mga hayop - nang hindi direkta.
Ang pag-aaral ng mga pangunahing tanong na iniharap sa artikulong ito ay nakasalalay sa pangangailangan para sa isang detalyadong paglalarawan ng pangunahing mekanismo para sa pagkuha ng enerhiya na ginagamit ng cell. Karamihan sa mga hakbang sa kumplikadong cycle ng respiration at photosynthesis ay na-explore na. Ito ay itinatag kung saan ang partikular na cell organ na ito o ang prosesong iyon ay nangyayari. Ang paghinga ay isinasagawa ng mitochondria, na naroroon sa malalaking numero sa halos lahat ng mga selula; Ang photosynthesis ay ibinibigay ng mga chloroplast - mga istruktura ng cytoplasmic na nakapaloob sa mga selula ng mga berdeng halaman. Ang mga molecular mechanism na nasa mga cell formation na ito, na bumubuo ng kanilang istraktura at tinitiyak ang pagganap ng kanilang mga function, ay kumakatawan sa susunod na mahalagang yugto sa pag-aaral ng cell.
Ang parehong mahusay na pinag-aralan na mga molekula - mga molekula ng adenosine triphosphate (ATP) - naglilipat ng libreng enerhiya na natanggap mula sa mga sustansya o sikat ng araw mula sa mga sentro ng paghinga o photosynthesis sa lahat ng bahagi ng cell, na tinitiyak ang pagpapatupad ng lahat ng mga proseso na nangyayari sa pagkonsumo ng enerhiya. Ang ATP ay unang nahiwalay sa tissue ng kalamnan ni Loman mga 30 taon na ang nakalilipas. Ang molekula ng ATP ay naglalaman ng tatlong magkakaugnay na grupo ng pospeyt. Sa isang test tube, maaaring ihiwalay ang end group mula sa ATP molecule sa pamamagitan ng hydrolysis reaction, na nagreresulta sa adenosine diphosphate (ADP) at inorganic phosphate. Sa panahon ng reaksyong ito, ang libreng enerhiya ng molekula ng ATP ay na-convert sa thermal energy, at ang entropy ay tumataas alinsunod sa pangalawang batas ng thermodynamics. Sa cell, gayunpaman, ang terminal phosphate group ay hindi lamang pinaghihiwalay ng hydrolysis, ngunit inililipat sa isang espesyal na molekula na nagsisilbing isang acceptor. Kasabay nito, ang isang makabuluhang bahagi ng libreng enerhiya ng molekula ng ATP ay napanatili dahil sa phosphorylation ng molekula ng acceptor, na ngayon, dahil sa pagtaas ng enerhiya, ay nakakakuha ng kakayahang lumahok sa mga proseso ng pagkonsumo ng enerhiya, halimbawa, sa mga proseso ng biosynthesis o pag-urong ng kalamnan. Matapos matanggal ang isang pangkat ng pospeyt sa pinagsama-samang reaksyong ito, ang ATP ay na-convert sa ADP. Sa cell thermodynamics, ang ATP ay maaaring ituring bilang isang mayaman sa enerhiya, o "sisingilin" na anyo ng carrier ng enerhiya (adenosine phosphate), at ADP bilang isang mahinang enerhiya, o "na-discharge" na anyo.
Ang pangalawang "pagsingil" ng carrier, siyempre, ay isinasagawa ng isa o ng iba pa sa dalawang mekanismo na kasangkot sa pagkuha ng enerhiya. Sa proseso ng paghinga ng mga selula ng hayop, ang enerhiya na nakapaloob sa mga sustansya ay inilabas bilang resulta ng oksihenasyon at ginugol sa pagtatayo ng ATP mula sa ADP at pospeyt. Sa panahon ng photosynthesis sa mga selula ng halaman, ang enerhiya ng sikat ng araw ay na-convert sa enerhiya ng kemikal at ginugugol sa "pagsingil" ng adenosine phosphate, ibig sabihin, sa pagbuo ng ATP.
Ang mga eksperimento gamit ang radioactive isotope ng phosphorus (P 32) ay nagpakita na ang inorganic phosphate ay mabilis na kasama sa terminal phosphate group ng ATP at muli itong iniiwan. Sa kidney cell, ang pag-renew ng terminal phosphate group ay napakabilis na ang kalahating buhay nito ay wala pang 1 minuto; ito ay tumutugma sa isang lubhang masinsinang pagpapalitan ng enerhiya sa mga selula ng organ na ito. Dapat itong idagdag na ang aktibidad ng ATP sa isang buhay na cell ay hindi nangangahulugang black magic. Pamilyar ang mga chemist sa maraming kahalintulad na reaksyon kung saan inililipat ang enerhiya ng kemikal sa mga hindi nabubuhay na sistema. Ang medyo kumplikadong istraktura ng ATP ay lumilitaw na nagmula lamang sa cell - upang matiyak ang pinaka mahusay na regulasyon mga reaksiyong kemikal nauugnay sa paglipat ng enerhiya.
Ang papel ng ATP sa photosynthesis ay kamakailan lamang napaliwanag. Ang pagtuklas na ito ay naging posible upang higit na maipaliwanag kung paano ang mga photosynthetic cells, sa proseso ng carbohydrate synthesis, ay nagbubuklod ng solar energy - ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa lahat ng nabubuhay na nilalang.
Ang enerhiya ng sikat ng araw ay ipinapadala sa anyo ng mga photon, o quanta; liwanag ng iba't ibang kulay, o iba't ibang haba mga alon, na nailalarawan sa pamamagitan ng iba't ibang enerhiya. Kapag ang liwanag ay bumagsak sa ilang mga ibabaw ng metal at nasisipsip ng mga ibabaw na ito, ang mga photon, bilang resulta ng pagbangga sa mga metal na electron, ay inililipat ang kanilang enerhiya sa kanila. Ang photoelectric effect na ito ay maaaring masukat dahil sa resulta agos ng kuryente. Sa mga selula ng mga berdeng halaman, ang sikat ng araw na may ilang mga wavelength ay nasisipsip berdeng pigment- kloropila. Ang hinihigop na enerhiya ay naglilipat ng mga electron sa isang kumplikadong molekula ng chlorophyll mula sa pangunahing antas ng enerhiya patungo sa isang mas mataas. mataas na lebel. Ang ganitong mga "nasasabik" na mga electron ay may posibilidad na bumalik sa kanilang pangunahing matatag na antas ng enerhiya, na nagbibigay ng enerhiya na kanilang hinihigop. Sa isang purong paghahanda ng chlorophyll na nakahiwalay sa isang cell, ang hinihigop na enerhiya ay muling inilalabas sa anyo ng nakikitang liwanag, tulad ng kaso sa iba pang phosphorescent o fluorescent na organic at inorganic compound.
Kaya, ang chlorophyll, na nasa isang test tube, sa kanyang sarili ay hindi kayang mag-imbak o gumamit ng enerhiya ng liwanag; ang enerhiya na ito ay mabilis na nawawala, na parang isang maikling circuit ang naganap. Gayunpaman, sa cell, ang chlorophyll ay sterically nakatali sa iba pang mga tiyak na molecules; samakatuwid, kapag, sa ilalim ng impluwensya ng liwanag na pagsipsip, ito ay dumating sa isang nasasabik na estado, "mainit", o mayaman sa enerhiya, ang mga electron ay hindi bumalik sa kanilang normal (hindi nasasabik) na estado ng enerhiya; sa halip, ang mga electron ay hiwalay sa molekula ng chlorophyll at dinadala ng mga molekula ng electron carrier, na ipinapasa ang mga ito sa isa't isa sa isang saradong chain ng mga reaksyon. Sa paggawa nito sa labas ng molekula ng chlorophyll, ang mga nasasabik na mga electron ay unti-unting ibinibigay ang kanilang enerhiya at bumalik sa kanilang mga orihinal na lugar sa molekula ng chlorophyll, na pagkatapos ay lumalabas na handa nang sumipsip ng pangalawang photon. Samantala, ang enerhiya na ibinigay ng mga electron ay ginagamit upang bumuo ng ATP mula sa ADP at pospeyt - sa madaling salita, upang "sisingilin" ang adenosine phosphate system ng photosynthetic cell.
Ang mga carrier ng elektron na namamagitan sa prosesong ito ng photosynthetic phosphorylation ay hindi pa ganap na naitatag. Ang isa sa mga carrier na ito ay lumilitaw na naglalaman ng riboflavin (bitamina B2) at bitamina K. Ang iba ay pansamantalang inuri bilang cytochromes (mga protina na naglalaman ng mga atomo ng bakal na napapalibutan ng mga grupo ng porphyrin, na kahawig ng porphyrin ng chlorophyll mismo sa lokasyon at istraktura). Hindi bababa sa dalawa sa mga electron carrier na ito ang may kakayahang magbigkis ng ilan sa kanilang enerhiya upang mabawi ang ATP mula sa ADP.
Ito ang pangunahing pamamaraan para sa conversion ng liwanag na enerhiya sa enerhiya ng ATP phosphate bond, na binuo ni D. Arnon at iba pang mga siyentipiko.
Gayunpaman, sa proseso ng photosynthesis, bilang karagdagan sa pagbubuklod ng solar energy, nangyayari rin ang synthesis ng carbohydrates. Pinaniniwalaan na ngayon na ang ilan sa mga "mainit" na electron ng nasasabik na molekula ng chlorophyll, kasama ang mga hydrogen ions na nagmula sa tubig, ay nagdudulot ng pagbawas (i.e., ang paggawa ng karagdagang mga electron o hydrogen atoms) ng isa sa mga electron carrier - triphosphopyridine nucleotide (TPN, sa pinababang anyo na TPN-N).
Sa isang serye ng mga madilim na reaksyon, pinangalanan ito dahil maaaring mangyari ang mga ito sa kawalan ng liwanag, ang TPN-N ay nagiging sanhi ng pagbawas ng carbon dioxide sa carbohydrate. Karamihan sa enerhiya na kailangan para sa mga reaksyong ito ay nagmumula sa ATP. Ang likas na katangian ng mga madilim na reaksyong ito ay pangunahing inimbestigahan ni M. Calvin at ng kanyang mga katrabaho. Ang isa sa mga by-product ng unang photoreduction ng ESRD ay ang hydroxyl ion (OH-). Bagaman wala pa kaming kumpletong data, ipinapalagay na ang ion na ito ay nag-donate ng elektron nito sa isa sa mga cytochrome sa kadena ng mga reaksyong photosynthetic, ang huling produkto kung saan ay molekular na oxygen. Ang mga electron ay gumagalaw sa kahabaan ng kadena ng mga carrier, na ginagawa ang kanilang kontribusyon sa enerhiya sa pagbuo ng ATP, at, sa huli, na ginugol ang lahat ng kanilang labis na enerhiya, sila ay pumasok sa molekula ng chlorophyll.
Tulad ng inaasahan mula sa mahigpit na regular at sunud-sunod na katangian ng proseso ng photosynthesis, ang mga molekula ng chlorophyll ay hindi random na nakaayos sa mga chloroplast at, siyempre, ay hindi basta nasuspinde sa likidong pagpuno sa mga chloroplast. Sa kabaligtaran, ang mga molekula ng chlorophyll ay bumubuo ng mga nakaayos na istruktura sa mga chloroplast - grana, kung saan mayroong isang interlacing ng mga hibla o lamad na naghihiwalay sa kanila. Sa loob ng bawat grana, ang mga flat chlorophyll na molekula ay namamalagi sa mga tambak; ang bawat molekula ay maaaring ituring na kahalintulad sa isang hiwalay na plato (electrode) ng isang elemento, mga butil - sa mga elemento, at isang hanay ng mga butil (i.e., ang buong chloroplast) - sa isang de-koryenteng baterya.
Ang mga chloroplast ay naglalaman din ng lahat ng mga espesyal na molekula ng electron carrier na, kasama ng chlorophyll, ay kasangkot sa pagkuha ng enerhiya mula sa "mainit" na mga electron at paggamit ng enerhiya na ito upang synthesize ang mga carbohydrate. Ang mga chloroplast na nakuha mula sa cell ay maaaring magsagawa ng buong kumplikadong proseso ng photosynthesis.
Kahanga-hanga ang kahusayan ng mga miniature solar-powered factory na ito. Sa laboratoryo, sa ilalim ng ilang mga espesyal na kondisyon, maaari itong ipakita na sa proseso ng photosynthesis hanggang sa 75% ng liwanag na insidente sa isang molekula ng chlorophyll ay na-convert sa enerhiya ng kemikal; gayunpaman, ang figure na ito ay hindi maaaring ituring na lubos na tumpak, at mayroon pa ring mga debate sa bagay na ito. Sa bukid, dahil sa hindi pantay na pag-iilaw ng mga dahon ng araw, pati na rin para sa maraming iba pang mga kadahilanan, ang kahusayan ng paggamit ng solar energy ay mas mababa - halos ilang porsyento.
Kaya, ang molekula ng glucose, na siyang pangwakas na produkto ng photosynthesis, ay dapat maglaman ng medyo makabuluhang halaga ng solar energy na nasa molecular configuration nito. Sa proseso ng paghinga, kinukuha ng mga heterotrophic na selula ang enerhiyang ito sa pamamagitan ng unti-unting pagsira sa molekula ng glucose upang "mapangalagaan" ang enerhiya na nakapaloob dito sa bagong nabuong mga bono ng ATP phosphate.
Umiiral iba't ibang uri heterotrophic na mga selula. Ang ilang mga cell (halimbawa, ilang mga marine microorganism) ay maaaring mabuhay nang walang oxygen; ang iba (tulad ng mga selula ng utak) ay talagang nangangailangan ng oxygen; ang iba (halimbawa, mga selula ng kalamnan) ay mas maraming nalalaman at nagagawang gumana pareho sa pagkakaroon ng oxygen sa kapaligiran at sa kawalan nito. Bilang karagdagan, kahit na mas gusto ng karamihan sa mga cell na gumamit ng glucose bilang kanilang pangunahing gasolina, ang ilan sa mga ito ay maaaring umiral lamang sa gastos ng mga amino acid o fatty acid (ang pangunahing hilaw na materyal para sa synthesis na kung saan ay ang parehong glucose). Gayunpaman, ang pagkasira ng isang molekula ng glucose sa mga selula ng atay ay maaaring ituring na isang halimbawa ng isang proseso ng paggawa ng enerhiya na tipikal ng karamihan sa mga heterotroph na kilala sa atin.
Napakadaling matukoy ang kabuuang halaga ng enerhiya na nasa isang molekula ng glucose. Sa pamamagitan ng pagsunog ng isang tiyak na halaga (sample) ng glucose sa laboratoryo, maipapakita na kapag ang isang molekula ng glucose ay na-oxidize, 6 na molekula ng tubig at 6 na mga molekula ng carbon dioxide ay nabuo, at ang reaksyon ay sinamahan ng paglabas ng enerhiya sa anyo. ng init (humigit-kumulang 690,000 calories bawat 1 gramo ng molekula, ibig sabihin, bawat 180 gramo ng glucose). Ang enerhiya sa anyo ng init, siyempre, ay walang silbi para sa isang cell na gumagana sa halos pare-parehong temperatura. Ang unti-unting oksihenasyon ng glucose sa panahon ng paghinga ay nangyayari, gayunpaman, sa paraan na ang karamihan sa libreng enerhiya ng molekula ng glucose ay nakaimbak sa isang form na maginhawa para sa cell.
Bilang resulta, ang cell ay tumatanggap ng higit sa 50% ng lahat ng enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon sa anyo ng enerhiya ng phosphate bond. Ang ganoong mataas na kahusayan ay maihahambing na mabuti sa karaniwang nakakamit sa teknolohiya, kung saan bihirang posible na i-convert ang higit sa isang-katlo ng thermal energy na nakuha mula sa pagkasunog ng gasolina sa mekanikal o elektrikal na enerhiya.
Ang proseso ng glucose oxidation sa cell ay nahahati sa dalawang pangunahing yugto. Sa una o yugto ng paghahanda, na tinatawag na glycolysis, ang anim na carbon na molekula ng glucose ay nahahati sa dalawang tatlong-carbon na lactic acid na molekula. Ang tila simpleng prosesong ito ay binubuo ng hindi isa, ngunit hindi bababa sa 11 hakbang, na ang bawat hakbang ay na-catalyzed ng ibang enzyme. Maaaring mukhang ang pagiging kumplikado ng operasyong ito ay sumasalungat sa aphorism ni Newton na "Natura entm simplex esi" ("nature is simple"); gayunpaman, dapat tandaan na ang layunin ng reaksyong ito ay hindi lamang upang hatiin ang molekula ng glucose sa kalahati, ngunit upang ihiwalay ang enerhiya na nilalaman ng molekula na ito. Ang bawat isa sa mga intermediate ay naglalaman ng mga grupo ng pospeyt, at bilang isang resulta, dalawang molekula ng ADP at dalawang grupo ng pospeyt ang ginagamit sa reaksyon. Sa huli, bilang resulta ng pagkasira ng glucose, hindi lamang dalawang molekula ng lactic acid ang nabuo, ngunit, bilang karagdagan, dalawang bagong molekula ng ATP.
Ano ang ibig sabihin nito sa mga tuntunin ng enerhiya? Ang mga thermodynamic equation ay nagpapakita na kapag ang isang gram-molekula ng glucose ay nasira upang bumuo ng lactic acid, 56,000 calories ang inilalabas. Dahil ang 10,000 calories ay nakatali sa bawat gramo-molekula ng ATP, ang kahusayan ng proseso ng pagkuha ng enerhiya sa yugtong ito ay humigit-kumulang 36% - isang napaka-kahanga-hangang pigura sa mga tuntunin ng karaniwang tinatalakay sa teknolohiya. Gayunpaman, ang 20,000 calories na ito na na-convert sa phosphate bond energy ay kumakatawan lamang sa isang maliit na bahagi (mga 3%) ng kabuuang enerhiya na nakapaloob sa isang gram-molecule ng glucose (690,000 calories). Samantala, maraming mga cell, halimbawa, mga anaerobic na selula o mga selula ng kalamnan na nasa estado ng aktibidad (at sa oras na ito ay hindi makahinga), ang umiiral dahil sa hindi gaanong paggamit ng enerhiya na ito.
Matapos masira ang glucose sa lactic acid, ang mga aerobic cell ay patuloy na kinukuha ang karamihan ng kanilang natitirang enerhiya sa pamamagitan ng paghinga, kung saan ang tatlong-carbon na lactic acid na mga molekula ay pinaghiwa-hiwalay sa isang-carbon carbon dioxide na mga molekula. Ang lactic acid, o sa halip ang oxidized na anyo nito, ang pyruvic acid, ay sumasailalim sa isang mas kumplikadong serye ng mga reaksyon, na ang bawat isa ay muling na-catalyzed ng isang tiyak na sistema ng enzyme. Una, ang tatlong-carbon compound ay nabubulok upang bumuo ng activated form ng acetic acid (acetyl coenzyme A) at carbon dioxide. Ang "two-carbon fragment" (acetyl coenzyme A) pagkatapos ay pinagsama sa four-carbon compound, oxaloacetic acid, na nagreresulta sa citric acid na naglalaman ng anim na carbon atoms. Ang sitriko acid sa kurso ng isang serye ng mga reaksyon ay muling na-convert sa oxaloacetic acid, at ang tatlong carbon atoms ng pyruvic acid, "naihatid" sa siklo ng mga reaksyon na ito, sa huli ay nagbibigay ng mga molecule ng carbon dioxide. Ang "mill" na ito, na "gumiling" (nag-oxidize) hindi lamang sa glucose, kundi pati na rin sa fat at amino acid molecules, na dati nang nasira sa acetic acid, ay kilala bilang Krebs cycle o citric acid cycle.
Ang cycle ay unang inilarawan ni G. Krebs noong 1937. Ang pagtuklas na ito ay isa sa mga pundasyon ng modernong biochemistry, at ang may-akda nito ay ginawaran ng Nobel Prize noong 1953.
Sinusubaybayan ng siklo ng Krebs ang oksihenasyon ng lactic acid sa carbon dioxide; gayunpaman, ang cycle na ito lamang ay hindi maaaring ipaliwanag kung paano ang malaking halaga ng enerhiya na nilalaman ng lactic acid molecule ay maaaring makuha sa isang form na angkop para sa paggamit sa isang buhay na cell. Ang proseso ng pagkuha ng enerhiya na ito na kasama ng Krebs cycle, in mga nakaraang taon masinsinang pinag-aralan. Ang pangkalahatang larawan ay higit pa o hindi gaanong malinaw, ngunit maraming mga detalye ang nananatiling tuklasin. Tila, sa panahon ng Krebs cycle, kasama ang pakikilahok ng mga enzyme, ang mga electron ay hiwalay sa mga intermediate na produkto at inilipat kasama ang isang bilang ng mga molekula ng carrier, na pinagsama sa ilalim ng pangkalahatang pangalan ng respiratory chain. Ang kadena ng mga molekula ng enzyme na ito ay kumakatawan sa panghuling karaniwang landas ng lahat ng mga electron na natanggal mula sa mga nutrient na molekula sa panahon ng proseso ng biological oxidation. Sa huling link ng chain na ito, ang mga electron sa kalaunan ay pinagsama sa oxygen upang bumuo ng tubig. Kaya, ang pagkasira ng mga sustansya sa panahon ng paghinga ay ang reverse na proseso ng photosynthesis, kung saan ang pag-alis ng mga electron mula sa tubig ay humahantong sa pagbuo ng oxygen. Bukod dito, ang mga tagadala ng elektron sa kadena ng paghinga ay halos kapareho ng kemikal sa kaukulang mga carrier na kasangkot sa proseso ng photosynthesis. Kabilang sa mga ito ay, halimbawa, riboflavin at cytochrome na mga istruktura na katulad ng sa chloroplast. Kinukumpirma nito ang aphorism ni Newton tungkol sa pagiging simple ng kalikasan.
Tulad ng sa photosynthesis, ang enerhiya ng mga electron na dumadaan sa kadena na ito sa oxygen ay nakuha at ginagamit upang synthesize ang ATP mula sa ADP at pospeyt. Sa katunayan, ang phosphorylation na ito na nagaganap sa respiratory chain (oxidative phosphorylation) ay mas mahusay na pinag-aralan kaysa sa phosphorylation na nagaganap sa panahon ng photosynthesis, na natuklasan kamakailan. Ito ay matatag na itinatag, halimbawa, na mayroong tatlong mga sentro sa respiratory chain kung saan ang adenosine phosphate ay "sisingilin," ibig sabihin, ATP ay nabuo. Kaya, para sa bawat pares ng mga electron na natanggal mula sa lactic acid sa panahon ng Krebs cycle, isang average ng tatlong ATP molecule ang nabuo.
Batay sa kabuuang output ng ATP, kasalukuyang posibleng kalkulahin ang thermodynamic na kahusayan kung saan kinukuha ng cell ang enerhiya na magagamit dito sa pamamagitan ng oksihenasyon ng glucose. Ang paunang paghahati ng glucose sa dalawang molekula ng lactic acid ay nagbibigay ng dalawang molekula ng ATP. Ang bawat molekula ng lactic acid sa huli ay naglilipat ng anim na pares ng mga electron sa respiratory chain. Dahil ang bawat pares ng mga electron na dumadaan sa chain ay nagiging sanhi ng conversion ng tatlong ADP molecules sa ATP, 36 ATP molecules ang nabuo sa proseso ng aktwal na respiration. Sa pagbuo ng bawat gramo ng molekula ng ATP, tulad ng nasabi na natin, humigit-kumulang 10,000 calories ang nakatali at, samakatuwid, 38 gramo ng molekula ng ATP ay nagbubuklod ng humigit-kumulang 380,000 ng 690,000 calories na nilalaman ng orihinal na molekula ng gramo ng glucose. Ang kahusayan ng mga pinagsamang proseso ng glycolysis at respiration ay maaaring ituring na katumbas ng hindi bababa sa 55%.
Ang matinding pagiging kumplikado ng proseso ng paghinga ay isa pang indikasyon na ang mga mekanismong enzymatic na kasangkot dito ay hindi maaaring gumana kung ang mga nasasakupan ay hinahalo lamang sa solusyon. Tulad ng mga mekanismo ng molekular na kasangkot sa photosynthesis ay may isang tiyak istrukturang organisasyon at nakapaloob sa chloroplast, kaya ang mga organ ng paghinga ng cell - mitochondria - ay kumakatawan sa parehong sistema na nakaayos sa istruktura.
Sa isang cell, depende sa uri nito at sa likas na katangian ng paggana nito, maaaring mayroong mula 50 hanggang 5000 mitochondria (isang selula ng atay ay naglalaman, halimbawa, mga 1000 mitochondria). Ang mga ito ay sapat na malaki (3-4 microns ang haba) upang makita sa isang normal na mikroskopyo. Gayunpaman, ang ultrastructure ng mitochondria ay makikita lamang sa isang electron microscope.
Sa electron micrographs, makikita na ang mitochondrion ay may dalawang lamad, na ang panloob na lamad ay bumubuo ng mga fold na umaabot sa katawan ng mitochondrion. Ang isang kamakailang pag-aaral ng mitochondria na nakahiwalay sa mga selula ng atay ay nagpakita na ang mga molekula ng mga enzyme na kasangkot sa siklo ng Krebs ay matatagpuan sa matrix, o ang natutunaw na bahagi ng panloob na nilalaman ng mitochondria, habang ang mga enzyme ng respiratory chain sa anyo ng molekular " ensembles" ay matatagpuan sa mga lamad. Ang mga lamad ay binubuo ng mga alternating layer ng protina at lipid (taba) na mga molekula; ang mga lamad sa grana ng mga chloroplast ay may parehong istraktura.
Kaya, mayroong isang malinaw na pagkakapareho sa istraktura ng dalawang pangunahing "mga istasyon ng kuryente" kung saan nakasalalay ang buong buhay ng cell, dahil ang isa sa kanila ay "nag-iimbak" ng solar energy sa mga phosphate bond ng ATP, at ang iba ay nag-convert ng enerhiya. nakapaloob sa mga sustansya sa enerhiya ng ATP.
Ang mga pag-unlad sa modernong kimika at pisika ay naging posible kamakailan upang linawin ang spatial na istraktura ng ilang malalaking molekula, halimbawa, mga molekula ng isang bilang ng mga protina at DNA, ibig sabihin, mga molekula na naglalaman ng genetic na impormasyon.
Ang susunod na mahalagang hakbang sa pag-aaral ng cell ay upang malaman ang lokasyon ng malalaking molekula ng enzyme (na ang kanilang mga sarili ay mga protina) sa mitochondrial membranes, kung saan matatagpuan ang mga ito kasama ng mga lipid - isang kaayusan na nagsisiguro sa tamang oryentasyon ng bawat molekula ng katalista. at ang posibilidad ng pakikipag-ugnayan nito sa kasunod na link ng buong mekanismo ng pagtatrabaho. Malinaw na ang "wiring diagram" ng mitochondria!
Kasalukuyang impormasyon tungkol sa mga planta ng kuryente Ipinapakita ng mga cell na malayo ang pag-iiwan nito hindi lamang sa klasikal na enerhiya, kundi pati na rin sa pinakabago, mas makikinang na mga tagumpay ng teknolohiya.
Nakamit ng Electronics ang kahanga-hangang tagumpay sa layout at pagbabawas ng laki ng mga elemento ng constituent ng mga computing device. Gayunpaman, ang lahat ng mga tagumpay na ito ay hindi maihahambing sa ganap na hindi kapani-paniwalang pagliit ng pinaka-kumplikadong mga mekanismo ng conversion ng enerhiya na binuo sa proseso ng organikong ebolusyon at naroroon sa bawat buhay na selula.
Kung makakita ka ng error, mangyaring i-highlight ang isang piraso ng teksto at i-click Ctrl+Enter.
Masaganang paglaki ng matatabang puno,
na nakaugat sa tigang na buhangin
inaprubahan ang kanyang sarili, malinaw na sinasabi iyon
mamantika na mga piraso ng mamantika na taba mula sa hangin
sumipsip...
M. V. Lomonosov
Paano nakaimbak ang enerhiya sa isang cell? Ano ang metabolismo? Ano ang kakanyahan ng mga proseso ng glycolysis, fermentation at cellular respiration? Anong mga proseso ang nagaganap sa liwanag at madilim na bahagi ng photosynthesis? Paano nauugnay ang mga proseso ng pagpapalitan ng enerhiya at plastik? Ano ang chemosynthesis?
Lesson-lecture
Ang kakayahang i-convert ang isang uri ng enerhiya sa isa pa (ang nagliliwanag na enerhiya sa enerhiya ng mga bono ng kemikal, enerhiya ng kemikal sa mekanikal na enerhiya, atbp.) ay isa sa mga pangunahing katangian ng mga nabubuhay na bagay. Dito ay isasaalang-alang natin nang detalyado kung paano naisasakatuparan ang mga prosesong ito sa mga buhay na organismo.
ATP - ANG PANGUNAHING DALA NG ENERHIYA SA CELL. Para sa pagpapatupad ng anumang mga pagpapakita ng mahahalagang aktibidad ng mga selula, kinakailangan ang enerhiya. Ang mga autotrophic na organismo ay tumatanggap ng paunang enerhiya mula sa Araw sa panahon ng mga reaksyon ng photosynthesis, habang ang mga heterotrophic na organismo ay gumagamit ng mga organikong compound mula sa pagkain bilang pinagmumulan ng enerhiya. Ang enerhiya ay iniimbak ng mga selula sa mga bono ng kemikal ng mga molekula ATP (adenosine triphosphate), na isang nucleotide na binubuo ng tatlong grupo ng pospeyt, isang nalalabi ng asukal (ribose) at isang residue ng nitrogenous base (adenine) (Larawan 52).
kanin. 52. Molekyul ng ATP
Ang bono sa pagitan ng mga residu ng pospeyt ay tinatawag na macroergic, dahil kapag nasira ito, isang malaking halaga ng enerhiya ang inilalabas. Karaniwan, ang isang cell ay kumukuha ng enerhiya mula sa ATP sa pamamagitan ng pag-alis lamang ng terminal phosphate group. Sa kasong ito, ADP (adenosine diphosphate), phosphoric acid ay nabuo at 40 kJ / mol ay pinakawalan:
Ang mga molekula ng ATP ay gumaganap ng papel ng unibersal na bargaining chip ng enerhiya ng cell. Ang mga ito ay inihatid sa site ng isang proseso ng enerhiya-intensive, maging ito man ay ang enzymatic synthesis ng mga organic compound, ang gawain ng mga protina - molecular motors o membrane transport proteins, atbp. Ang reverse synthesis ng ATP molecules ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglakip ng isang pospeyt pangkat sa ADP na may pagsipsip ng enerhiya. Ang pag-iimbak ng enerhiya sa anyo ng ATP ng cell ay isinasagawa sa panahon ng mga reaksyon metabolismo ng enerhiya. Siya ay malapit na nauugnay sa palitan ng plastik kung saan ang cell ay gumagawa ng mga organikong compound na kinakailangan para sa paggana nito.
METABOLISM AT ENERHIYA SA CELL (METABOLISM). Metabolismo - ang kabuuan ng lahat ng mga reaksyon ng plastic at metabolismo ng enerhiya, na magkakaugnay. Sa mga cell, ang synthesis ng carbohydrates, taba, protina, nucleic acid ay patuloy na nangyayari. Ang synthesis ng mga compound ay palaging kasama ang paggasta ng enerhiya, ibig sabihin, na may kailangang-kailangan na pakikilahok ng ATP. Ang mga mapagkukunan ng enerhiya para sa pagbuo ng ATP ay mga enzymatic na reaksyon ng oksihenasyon ng mga protina, taba at carbohydrates na pumapasok sa cell. Ang prosesong ito ay naglalabas ng enerhiya, na nakaimbak sa ATP. Ang oksihenasyon ng glucose ay gumaganap ng isang espesyal na papel sa metabolismo ng enerhiya ng cell. Ang mga molekula ng glucose ay sumasailalim sa sunud-sunod na pagbabago.
Ang unang yugto, tinatawag glycolysis, ay nagaganap sa cytoplasm ng mga selula at hindi nangangailangan ng oxygen. Bilang resulta ng sunud-sunod na mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga enzyme, ang glucose ay nasira sa dalawang molekula ng pyruvic acid. Sa kasong ito, dalawang molekula ng ATP ang natupok, at ang enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ay sapat na upang bumuo ng apat na molekula ng ATP. Bilang resulta, ang energy yield ng glycolysis ay maliit at katumbas ng dalawang ATP molecule:
C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP
Sa ilalim ng mga kondisyon ng anaerobic (sa kawalan ng oxygen), ang mga karagdagang pagbabago ay maaaring maiugnay sa iba't ibang uri pagbuburo.
Alam ng lahat lactic fermentation(milk souring), na nangyayari dahil sa aktibidad ng lactic acid fungi at bacteria. Ito ay katulad sa mekanismo sa glycolysis, tanging ang huling produkto dito ay lactic acid. Ang ganitong uri ng oksihenasyon ng glucose ay nangyayari sa mga selulang kulang sa oxygen, tulad ng sa mga masipag na kalamnan. Malapit sa kimika sa lactic at alcoholic fermentation. Ang pagkakaiba ay ang mga produkto ng alcoholic fermentation ay ethyl alcohol at carbon dioxide.
Ang susunod na yugto, kung saan ang pyruvic acid ay na-oxidized sa carbon dioxide at tubig, ay tinatawag cellular respiration. Ang mga reaksyong nauugnay sa paghinga ay nagaganap sa mitochondria ng mga selula ng halaman at hayop, at sa pagkakaroon lamang ng oxygen. Ito ay isang serye ng mga pagbabagong kemikal bago ang pagbuo ng panghuling produkto - carbon dioxide. Sa iba't ibang yugto ng prosesong ito, ang mga intermediate na produkto ng oksihenasyon ng paunang sangkap ay nabuo sa pag-aalis ng mga atomo ng hydrogen. Sa kasong ito, ang enerhiya ay inilabas, na kung saan ay "conserved" sa mga kemikal na bono ng ATP, at ang mga molekula ng tubig ay nabuo. Ito ay nagiging malinaw na ito ay tiyak na upang magbigkis ang split off hydrogen atoms na oxygen ay kinakailangan. Ang serye ng mga pagbabagong kemikal na ito ay medyo kumplikado at nangyayari sa partisipasyon ng mga panloob na lamad ng mitochondria, enzymes, at carrier protein.
Ang cellular respiration ay may napakataas na kahusayan. Mayroong isang synthesis ng 30 molekula ng ATP, dalawa pang molekula ang nabuo sa panahon ng glycolysis, at anim na molekula ng ATP - bilang isang resulta ng pagbabago ng mga produkto ng glycolysis sa mga lamad ng mitochondrial. Sa kabuuan, bilang isang resulta ng oksihenasyon ng isang molekula ng glucose, 38 mga molekula ng ATP ang nabuo:
C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP
Sa mitochondria, ang mga huling yugto ng oksihenasyon ng hindi lamang mga asukal, kundi pati na rin ang mga protina at lipid ay nagaganap. Ang mga sangkap na ito ay ginagamit ng mga selula, pangunahin kapag ang supply ng carbohydrates ay nagtatapos. Una, ang taba ay natupok, sa panahon ng oksihenasyon kung saan mas maraming enerhiya ang inilabas kaysa sa pantay na dami ng carbohydrates at protina. Samakatuwid, ang taba sa mga hayop ay ang pangunahing "strategic reserve" ng mga mapagkukunan ng enerhiya. Sa mga halaman, gumaganap ang starch bilang isang reserbang enerhiya. Kapag nakaimbak, ito ay kumukuha ng mas malaking espasyo kaysa sa katumbas ng enerhiya na halaga ng taba. Para sa mga halaman, ito ay hindi isang hadlang, dahil sila ay hindi gumagalaw at hindi nagdadala ng mga reserba sa kanilang sarili, tulad ng mga hayop. Maaari kang kumuha ng enerhiya mula sa carbohydrates nang mas mabilis kaysa sa taba. Ang mga protina ay gumaganap ng maraming mahahalagang pag-andar sa katawan, samakatuwid sila ay kasangkot sa metabolismo ng enerhiya lamang kapag ang mga mapagkukunan ng mga asukal at taba ay naubos, halimbawa, sa panahon ng matagal na gutom.
PHOTOSYNTHESIS. Photosynthesis ay isang proseso kung saan ang enerhiya sinag ng araw ay na-convert sa enerhiya ng mga kemikal na bono ng mga organikong compound. Sa mga selula ng halaman, ang mga prosesong nauugnay sa photosynthesis ay nagaganap sa mga chloroplast. Sa loob ng organelle na ito ay may mga sistema ng mga lamad kung saan ang mga pigment ay naka-embed na kumukuha ng nagliliwanag na enerhiya ng Araw. Ang pangunahing pigment ng photosynthesis ay chlorophyll, na sumisipsip ng pangunahin na asul at violet, pati na rin ang mga pulang sinag ng spectrum. Ang berdeng ilaw ay makikita, kaya ang chlorophyll mismo at ang mga bahagi ng halaman na naglalaman nito ay lumilitaw na berde.
Mayroong dalawang yugto sa photosynthesis - liwanag at madilim(Larawan 53). Ang aktwal na pagkuha at conversion ng nagliliwanag na enerhiya ay nangyayari sa panahon ng light phase. Kapag sumisipsip ng light quanta, ang chlorophyll ay napupunta sa isang nasasabik na estado at nagiging isang electron donor. Ang mga electron nito ay inililipat mula sa isang kumplikadong protina patungo sa isa pa kasama ang kadena ng transportasyon ng elektron. Ang mga protina ng chain na ito, tulad ng mga pigment, ay puro sa panloob na lamad ng mga chloroplast. Kapag ang isang elektron ay dumaan sa chain ng carrier, nawawalan ito ng enerhiya, na ginagamit upang synthesize ang ATP. Ang ilan sa mga electron na nasasabik ng liwanag ay ginagamit upang bawasan ang NDP (nicotinamide adenine dinucleotiphosphate), o NADPH.
kanin. 53. Mga produkto ng mga reaksyon ng liwanag at madilim na bahagi ng photosynthesis
Sa ilalim ng impluwensya ng sikat ng araw sa mga chloroplast, ang paghahati ng mga molekula ng tubig ay nangyayari din - photolysis; sa kasong ito, ang mga electron ay bumangon na bumawi sa kanilang pagkawala ng chlorophyll; Ang oxygen ay nabuo bilang isang by-product:
Kaya, ang functional na kahulugan ng light phase ay nakasalalay sa synthesis ng ATP at NADP·H sa pamamagitan ng pag-convert ng light energy sa chemical energy.
Ang madilim na bahagi ng photosynthesis ay hindi nangangailangan ng liwanag. Ang kakanyahan ng mga prosesong nagaganap dito ay ang mga molekula ng ATP at NADP·H na nakuha sa light phase ay ginagamit sa isang serye ng mga reaksiyong kemikal na "nag-aayos" ng CO2 sa anyo ng mga carbohydrate. Ang lahat ng mga reaksyon ng madilim na yugto ay isinasagawa sa loob ng mga chloroplast, at ang ADP at NADP na inilabas sa panahon ng "fixation" ng carbon dioxide ay muling ginagamit sa mga reaksyon ng light phase para sa synthesis ng ATP at NADP H.
Ang pangkalahatang equation ng photosynthesis ay ang mga sumusunod:
KAUGNAYAN AT PAGKAKAISA NG MGA PROSESO NG PLASTIC AT ENERGY EXCHANGE. Ang mga proseso ng ATP synthesis ay nangyayari sa cytoplasm (glycolysis), sa mitochondria (cellular respiration) at sa chloroplasts (photosynthesis). Ang lahat ng mga reaksyon na nagaganap sa panahon ng mga prosesong ito ay mga reaksyon ng pagpapalitan ng enerhiya. Ang enerhiya na nakaimbak sa anyo ng ATP ay ginugol sa mga reaksyon ng plastic exchange para sa produksyon ng mga protina, taba, carbohydrates at nucleic acid na kinakailangan para sa buhay ng cell. Tandaan na ang madilim na bahagi ng photosynthesis ay isang chain ng mga reaksyon, plastic exchange, at ang light phase ay enerhiya.
Ang ugnayan at pagkakaisa ng mga proseso ng pagpapalitan ng enerhiya at plastik ay mahusay na inilalarawan ng sumusunod na equation:
Ang pagbabasa ng equation na ito mula kaliwa hanggang kanan, nakukuha natin ang proseso ng pag-oxidize ng glucose sa carbon dioxide at tubig sa panahon ng glycolysis at cellular respiration, na nauugnay sa synthesis ng ATP (energy metabolism). Kung babasahin mo ito mula kanan hanggang kaliwa, pagkatapos ay makakakuha ka ng isang paglalarawan ng mga reaksyon ng madilim na yugto ng photosynthesis, kapag ang glucose ay synthesize mula sa tubig at carbon dioxide na may pakikilahok ng ATP (plastic metabolism).
CHMOSYNTHESIS. Bilang karagdagan sa mga photoautotroph, ang ilang bakterya (hydrogen, nitrifying, sulfur bacteria, atbp.) ay may kakayahang mag-synthesize ng mga organikong sangkap mula sa mga di-organikong sangkap. Isinasagawa nila ang synthesis na ito dahil sa enerhiya na inilabas sa panahon ng oksihenasyon ng mga inorganic na sangkap. Tinatawag silang chemoautotrophs. Naglalaro ang mga chemosynthetic bacteria na ito mahalagang papel sa biosphere. Halimbawa, ang nitrifying bacteria ay nagko-convert ng mga ammonium salt na hindi naa-access ng mga halaman sa mga asin. nitric acid na mahusay na hinihigop ng mga ito.
Ang cellular metabolism ay binubuo ng mga reaksyon ng enerhiya at plastic metabolism. Sa kurso ng metabolismo ng enerhiya, ang pagbuo ng mga organikong compound na may macroergic mga bono ng kemikal- ATP. Ang enerhiya na kinakailangan para dito ay nagmumula sa oksihenasyon ng mga organikong compound sa panahon ng anaerobic (glycolysis, fermentation) at aerobic (cellular respiration) na mga reaksyon; mula sa mga sinag ng araw, ang enerhiya nito ay nasisipsip sa light phase (photosynthesis); mula sa oksihenasyon ng mga inorganikong compound (chemosynthesis). Ang enerhiya ng ATP ay ginugol sa synthesis ng mga organikong compound na kinakailangan para sa cell sa kurso ng mga reaksyon ng pagpapalitan ng plastik, na kinabibilangan ng mga reaksyon ng madilim na yugto ng photosynthesis.
- Ano ang mga pagkakaiba sa pagitan ng plastic at metabolismo ng enerhiya?
- Paano na-convert ang enerhiya ng sikat ng araw sa light phase ng photosynthesis? Anong mga proseso ang nagaganap sa panahon ng madilim na bahagi ng photosynthesis?
- Bakit tinatawag ang photosynthesis na proseso ng pagmuni-muni ng interaksyon ng planetary-kosmiko?
Ang kakayahang photosynthesis ang pangunahing katangian ng mga berdeng halaman.Ang mga halaman, tulad ng lahat ng nabubuhay na organismo, ay dapat kumain, huminga, mag-alis ng mga hindi kinakailangang sangkap, lumago, dumami, tumugon sa mga pagbabago sa kapaligiran. Ang lahat ng ito ay ibinibigay ng gawain ng kaukulang mga organo ng katawan. Karaniwan, ang mga organo ay bumubuo ng mga organ system na magkasanib na gawain magbigay ng pagganap ng isang partikular na function ng isang buhay na organismo. Kaya, ang isang buhay na organismo ay maaaring katawanin bilang isang biosystem. Ang bawat organ sa isang buhay na halaman ay gumaganap ng isang tiyak na trabaho. ugat sumisipsip ng tubig mula sa lupa na may mga mineral at nagpapalakas sa halaman sa lupa. Dinadala ng tangkay ang mga dahon patungo sa liwanag. Ang tubig ay gumagalaw sa kahabaan ng tangkay, pati na rin ang mga mineral at organikong sangkap. Sa mga chloroplast ng dahon, sa liwanag, ang mga organikong sangkap ay nabuo mula sa mga di-organikong sangkap, na kanilang pinapakain. mga selula lahat ng organ halaman. Ang mga dahon ay sumingaw ng tubig.
Kung ang gawain ng alinmang organ ng katawan ay nabalisa, maaari itong maging sanhi ng pagkagambala sa gawain ng iba pang mga organo at ang buong organismo. Kung, halimbawa, ang tubig ay tumigil sa pag-agos sa ugat, kung gayon ang buong halaman ay maaaring mamatay. Kung ang halaman ay hindi gumagawa ng sapat na chlorophyll sa mga dahon, kung gayon hindi ito makakapag-synthesize ng sapat na dami ng mga organikong sangkap para sa mahahalagang aktibidad nito.
Kaya, ang mahahalagang aktibidad ng organismo ay tinitiyak ng magkakaugnay na gawain ng lahat ng mga sistema ng organ. Ang sigla ay ang lahat ng prosesong nagaganap sa katawan.
Sa pamamagitan ng nutrisyon, ang katawan ay nabubuhay at lumalaki. Sa proseso ng nutrisyon, ang mga kinakailangang sangkap ay nasisipsip mula sa kapaligiran. Pagkatapos ay hinihigop sila sa katawan. Ang mga halaman ay sumisipsip ng tubig at mineral mula sa lupa. Ang mga nasa itaas na lupa na berdeng organo ng mga halaman ay sumisipsip ng carbon dioxide mula sa hangin. Ang tubig at carbon dioxide ay ginagamit ng mga halaman upang mag-synthesize ng mga organikong sangkap, na ginagamit ng halaman upang i-renew ang mga selula ng katawan, lumago at umunlad.
Sa panahon ng paghinga, nagaganap ang palitan ng gas. Ang oxygen ay hinihigop mula sa kapaligiran, at ang carbon dioxide at singaw ng tubig ay inilabas mula sa katawan. Ang oxygen ay mahalaga para sa lahat ng nabubuhay na selula upang makagawa ng enerhiya.
Sa proseso ng metabolismo, ang mga sangkap na hindi kailangan para sa katawan ay nabuo, na inilabas sa kapaligiran.
Kapag ang isang halaman ay umabot sa isang tiyak na sukat at ang edad na kinakailangan para sa mga species nito, kung ito ay nasa sapat na kanais-nais na mga kondisyon sa kapaligiran, pagkatapos ay nagsisimula itong magparami. Bilang resulta ng pagpaparami, ang bilang ng mga indibidwal ay tumataas.
Hindi tulad ng karamihan sa mga hayop, lumalaki ang mga halaman sa buong buhay nila.
Ang pagkuha ng mga bagong katangian ng mga organismo ay tinatawag na pag-unlad.
Ang nutrisyon, paghinga, metabolismo, paglaki at pag-unlad, pati na rin ang pagpaparami ay naiimpluwensyahan ng mga kondisyon sa kapaligiran ng halaman. Kung hindi sila sapat na kanais-nais, kung gayon ang halaman ay maaaring lumago at umunlad nang hindi maganda, ang mga mahahalagang proseso nito ay mapipigilan. Kaya, ang mahahalagang aktibidad ng mga halaman ay nakasalalay sa kapaligiran.
Tanong 3_Cell membrane, mga tungkulin nito, komposisyon, istraktura. Pangunahin at pangalawang shell.
Ang cell ng anumang organismo ay isang mahalagang sistema ng pamumuhay. Binubuo ito ng tatlong magkakaugnay na bahagi: lamad, cytoplasm at nucleus. Ang shell ng cell ay direktang nakikipag-ugnayan sa panlabas na kapaligiran at pakikipag-ugnayan sa mga kalapit na selula (sa mga multicellular na organismo). lamad ng cell. Ang cell wall ay mayroon kumplikadong istraktura. Binubuo ito ng isang panlabas na layer at isang plasma membrane na matatagpuan sa ilalim nito. Sa mga halaman, gayundin sa bakterya, ang asul-berdeng algae at fungi, isang siksik na shell, o cell wall, ay matatagpuan sa ibabaw ng mga selula. Sa karamihan ng mga halaman, ito ay binubuo ng hibla. Ang cell wall ay gumaganap ng isang napakahalagang papel: ito ay isang panlabas na frame, isang proteksiyon na shell, na nagbibigay ng turgor ng mga selula ng halaman: tubig, asin, mga molekula ng maraming mga organikong sangkap ay dumadaan sa dingding ng cell.
pader ng cell o pader - isang matibay na shell ng cell, na matatagpuan sa labas ng cytoplasmic membrane at gumaganap ng istruktura, proteksiyon at transport function. Natagpuan sa karamihan ng bacteria, archaea, fungi at halaman. Ang mga hayop at maraming protozoa ay walang cell wall.
Mga pag-andar pader ng cell:
1. Ang transport function ay nagbibigay ng pumipili na regulasyon ng metabolismo sa pagitan ng cell at ng panlabas na kapaligiran, ang pagpasok ng mga sangkap sa cell (dahil sa semipermeability ng lamad), pati na rin ang regulasyon ng balanse ng tubig ng cell
1.1. Transmembrane transport (i.e. sa buong lamad):
- Pagsasabog
- Passive transport = pinadali ang pagsasabog
- Aktibo = pumipili ng transportasyon (na may partisipasyon ng ATP at mga enzyme).
1.2. Transport sa packaging ng lamad:
- Exocytosis - paglabas ng mga sangkap mula sa cell
- Endocytosis (phago- at pinocytosis) - pagsipsip ng mga sangkap ng cell
2) Pag-andar ng receptor.
3) Suporta ("skeleton")- pinapanatili ang hugis ng cell, nagbibigay ng lakas. Ito ay pangunahing isang function ng cell wall.
4) Paghihiwalay ng cell(mga buhay na nilalaman nito) mula sa kapaligiran.
5) proteksiyon na function.
6) pakikipag-ugnayan sa mga kalapit na selula. Pagsasama-sama ng mga selula sa mga tisyu.