Метаболизма и преобразуване на енергия в клетката

Всички живи организми на Земята са отворени системи, които могат активно да организират доставките на енергия и материя от външната страна. Енергията е необходима за жизнените процеси, но преди всичко за химическия синтез на вещества, които се използват за изграждане и ремонт на структури и клетки на организма. Живи същества могат да се използват само два вида енергия: светлина (слънчева енергия) и химически (енергийни връзки на химични съединения) - въз основа на организми, са разделени в две групи - phototrophs и chemotroph.

Основният източник на структурните молекули е въглерод. В зависимост от източник на въглерод организми са разделени в две групи: autotrophs, не се използва органичен източник на въглерод (въглероден диоксид) и heterotrophs използване на органични въглеродни източници.

Процесът на енергия и материя се нарича сила. Има два начина на захранване: holozoic - захващащи средства в тялото на хранителни частици и golofitny - без захващане чрез изсмукване на разтворени вещества чрез повърхностните структури на организма. Хранителни вещества капан в тялото, са включени в метаболитни процеси.

Метаболизмът е набор от взаимосвързани и балансиран процес, включващ различни химични трансформации в организма. Реакционната синтез извършва с консумацията на енергия, са в основата на анаболизъм (пластмаса асимилация или метаболизъм).

реакции на разцепване придружени от освобождаване на енергия, представляват osnovukatabolizma (енергичен обмен или дисимилация).

1. Стойността на АТР метаболизма

Енергията, освободена по време на разпадането на органична материя не използва директно от клетката и се съхранява под формата на високо енергийни съединения е обикновено под формата на аденозин трифосфат (АТР). Чрез тяхната химическа природа АТР се отнася до полинуклеотидите и се състои от азотни бази аденин, рибоза и три въглехидратни остатъци на фосфорна киселина.

Енергията, освободена при хидролиза на АТФ, които се използват от клетката за извършване на всички видове работа. Значителни количества енергия се влагат в биологичен синтез. ATP е универсален източник на енергия за клетките на. Запасите от АТР в клетка е ограничено от процеса и актуализиран фосфорилиране срещащи с различна интензивност при дишане, ферментация и фотосинтеза. ATP се обновява много бързо (в продължителността на живота на една молекула АТФ на човек е по-малко от 1 минута).

2. Енергийна метаболизъм в клетката. синтеза на АТФ

Синтеза на АТФ се среща в клетките на всички организми в процеса на фосфорилиране, т.е. добавяне на неорганичен фосфат на ADP. Енергия за фосфорилирането на ADP, произведени в рамките на енергийния метаболизъм. Енергийния метаболизъм или дисимилация, е набор от реакции на разцепване на органични вещества, придружени от освобождаване на енергия. В зависимост от дисимилация местообитание може да протече в два или три етапа.

Повечето живи организми - аеробна живеене в среда от кислород, - по време на дисимилация извършени три фази: подготвителна, свободна от кислород, кислород. В анаеробни бактерии в среда, лишена от кислород, при или близо до липсата аероби, дисимилация протича само в първите два етапа, за да се образува междинно съединение с органични съединения, по-богати на енергия.

Първият етап - подготвителна - е ензимно разцепване на комплексни органични съединения на прости (протеините в аминокиселини, монозахариди, полизахариди, нуклеинови киселини нуклеотида). Вътреклетъчно разцепване на органични вещества възниква под действието на хидролитични лизозомни ензими. Освободените когато тази енергия се разсейва като топлина, и в резултат на малки органични молекули могат да се подлагат на по-нататъшно разделяне на клетката и се използва като "строителен материал" за синтез на органични съединения на себе си.

Вторият етап - частичното окисление - се извършва директно в цитоплазмата на клетките, в присъствие на кислород и не е необходимо е по-нататъшно разделяне на органични основи. Основният източник на енергия в клетката е глюкоза. Безкислородни, непълна разделяне на глюкозата се нарича гликолиза.

Третият етап - пълно окисление - настъпва с задължителното участие на кислород. В резултат на това се разцепва до глюкоза молекула неорганична въглероден диоксид, и при което освободената енергия се консумира частично за синтез на АТФ.

3. Пластмасови обмен

Пластмасови обмен, или асимилация, представлява набор от реакции, осигуряване на синтез на сложни органични съединения в клетката. Хетеротрофни организми изградят свои собствени органични вещества от органичните хранителни съставки. Хетеротрофни асимилация се намалява по същество на преструктуриране на молекулите.

Органични хранителни вещества (протеини, мазнини, въглехидрати) -> храносмилането -> прости органични молекули (аминокиселини, мастни киселини, монозахариди) -> биологични Синтези -> тялото на макромолекули (протеини, мазнини, въглехидрати)

Автотрофните организми са в състояние да синтезират напълно органични вещества от неорганични молекули, консумирани от околната среда. В процеса на автотрофните асимилация реакции фото- и хемосинтеза, предоставяща образуването на прости органични съединения, предхожда биологична молекула синтези макромолекули:

Неорганични вещества (въглероден диоксид, вода) -> фотосинтеза, хемосинтеза -> прости органични молекули (аминокиселини, мастни киселини, монозахариди) ----- биологични Синтези -> тяло на макромолекули (протеини, мазнини, въглехидрати)

Фотосинтезата - синтеза на органични съединения от неорганичен ходене поради енергийните клетки. Водеща роля в процеса на фотосинтеза играе фотосинтезиращи пигменти, които имат уникалното свойство - да улови светлинна енергия и да я конвертирате в химична енергия. Фотосинтезиращи пигменти са доста голяма група от протеинови субстанции подобни. Основните и най-важни от гледна точка на енергия е pigmenthlorofill. срещащи се във всички фототропични но фотосинтезиращи бактерии. Фотосинтетични пигменти са включени във вътрешната мембрана на пластиди в еукариоти или по време на инвагинация на цитоплазмената мембрана в прокариоти.

По време на фотосинтеза освен монозахариди (глюкоза и др.), Които са превърнати в нишесте и отглеждане на растенията синтезира мономери други органични съединения - аминокиселини, глицерол и мастни киселини. По този начин, чрез фотосинтезата на растенията, за да бъдем точни - hlorofillosoderzhaschie клетки се предоставят и целия живот на земята се нуждае от органична материя и кислород.

Хемосинтеза също е процес на синтез на органични съединения от неорганични, но не се извършва благодарение на светлинната енергия, но поради химическата енергия, произведена чрез окисление на неорганични съединения (сяра, сероводород, желязо, амоняк, нитрит, и т.н.). Най-важните са нитрифициращи, железни и серни бактерии.

Освободеният по време на окислителни реакции бактерии енергия се съхранява под формата на АТР и се използва за синтез на органични съединения. Хемосинтетични бактерии играят много важна роля в биосферата. Те участват в пречистването на отпадъчните води, да допринесе за натрупването на минерали от почвата, увеличаване на почвеното плодородие.

ДНК -biopolimer микро молекула, полинуклеотид -manomer нуклеотид-фосфорна киселина, азотна база-деоксирибоза-остатъчни азотни бази: аденин, тимин, гуанин, цитозин -dvutsepochechnoe -biopolimer РНК структура, макромолекула, полинуклеотид -manomer-нуклеотид азотна база-рибоза от който се фосфорна киселина азотни основи: аденин, урацил, гуанин, цитозин. РНК молекула odnotsepochennaya. Функции: ДНК съхранение на генетичен обмен на информация РНК генетичен iformatsii

Iformatsionnaya РНК провеждане информация за първичната структура на протеинови молекули, синтезирани в ядрото. След преминаване през порите на ядрената обвивка, и РНК-насочено към рибозомите, където генетичната информация извършва транскрипт - Я с Uyazyka нуклеотиди на аминокиселината Uyazyk.

Аминокиселините от които са синтезирани протеини, се доставят на рибозомите, използвайки специално РНК, наречен транспорт (тРНК). Т-РНК е комплементарна на нуклеотидната последователност от три нуклеотида кодон и РНК. Такава последователност на нуклеотиди в структура, наречена тРНК антикодон. Всяка т-РНК специфични присъединява, Usvoyu амино киселина, като се използват ензими и с разходите на АТР. Това е първият етап на синтеза.

За аминокиселината участва във веригата на протеин, той трябва да се откъснат от т-РНК. Във втория етап на синтеза на протеини тРНК преводач изпълнява функция на аминокиселинни Uyazyka Uyazyk нуклеотиди. Такова прехвърляне се извършва в рибозомата. Тя включва две части: една тРНК получава команда от иРНК - антикодон признава кодон в другия - поръчката е изпълнена - амино киселина се отделя от тРНК.

Третата стъпка е синтеза на протеин, който придава на разкъсване синтетаза ензим на тРНК аминокиселина до нарастващото протеин молекула. РНК непрекъснато се плъзга върху рибозома, всеки триплет, първо влиза в първата част, в която се разпознава тРНК антикодон, след това втората част. Това се отнася и тРНК с амино киселина, прикрепен към нея, се отделя от аминокиселината тРНК и свързани един с друг в последователността, в която триплети следват един от друг.

Когато рибозомата е един от трите триплети, които са препинателни знаци между гените в първата фаза, което означава, че синтеза на протеини е завършена. Готов-Protein верига отклонява от рибозомата. Процес на синтез на протеин молекула изисква голяма енергия. Във връзка с всяка аминокиселина на тРНК се консумира енергия на една молекула на АТР.

За да се увеличи производството на протеини и РНК са често не едновременно преминават през един и няколко рибозоми последователно. Такава структура, в комбинация с една молекула и РНК, полизоми повикване. Всяка рибозом по подобен на низ от мъниста, конвейер последователно синтезирани няколко молекули на същия протеин.

синтеза на протеини в рибозомата се нарича превод. Синтез на протеинови молекули настъпва непрекъснато и е с висока скорост: за една минута се образува от 50 до 60 хиляди пептидни връзки .. Синтез на протеин молекула продължава само 3-4 секунди. Всеки етап на биосинтеза се катализира с подходящи ензими и захранване с ток за сметка на АТР разцепване. Синтезираните протеини влизат ендоплазмения ретикулум канали, които се транспортират към специфични части на клетката.

Растителната клетка като осмотична система

Растителната клетка е осмотична система. Cell сок вакуола е силно концентриран разтвор. Осмотичното налягане на сока клетка е -.

За да влязат в вакуолата, водата трябва да премине през клетъчната стена, плазмената мембрана и цитоплазмата, tonoplast. Клетъчната стена е добре пропусклива за вода. Плазмалемата и tonoplast имат селективна пропускливост. Следователно, растителна клетка може да се счита като осмотична система, в която плазмалемата и tonoplastyavlyayutsya полупропусклива мембрана и вакуолата с клетка сок - концентриран разтвор. Ето защо, ако клетката се поставя във вода, водата съгласно законите на осмоза започва да тече в клетката.

Силата, с която водата да влезе в клетката, наречен смучене сила - С.

Той е идентичен потенциал вода.

Тъй като водата влиза вакуолата, неговите обем се увеличава, водата разрежда клетъчен сок, и клетъчната стена започва да се опита налягане. Клетъчната стена има известна еластичност и може да се удължи.

С увеличаване на цитоплазмен обем вакуоли се притиска срещу налягането на клетъчната стена и тургор среща в клетъчната стена (Р). Едновременно с това от клетъчната стена се случва при еднаква стойност на клетъчната стена обратно налягане на протопласти. клетъчна стена потенциал, наречен противоналягане налягане (-Р).

По този начин, степента на смукателната сила S се определя от осмотичното налягане на сока клетка и тургор Р клетките хидростатичното налягане е равно на противоналягане клетъчни стени, настъпващи по време на разтягане -Р.

Ако растението е в условията на достатъчно почвената влага и въздух, клетките са в състояние на пълна тургор. Когато клетката е напълно наситен с вода (твърдост), неговата сила на засмукване е нула S = 0, и тургор налягане е равен на потенциала на осмотичното налягане Р =.

Липсата на влага в дефицит на почвата вода се случи първо в клетъчната стена. потенциала на водата на клетъчната стена да стане по-ниска, отколкото в мехурчетата и вода започва да се движи от вакуоли в клетъчната стена. Изтичането на водата от вакуолата намалява налягането тургор в клетки и увеличава тяхната сила на засмукване. При дългосрочна липса на влага повечето клетки губят тургора и растението започва да изсъхва, губи еластичността. Така тургор налягане Р = 0 и S = ​​смукателната сила

Ако поради една много голяма загуба на вода тургор налягане пада до нула, листа ще изсъхват напълно. Освен загубата на вода ще доведе до унищожаването на клетка протоплазма. Адаптивни функция до рязко загуба на вода е бързо затваряне на устицата с липса на влага.

Клетките могат да се възстанови бързо тургор, ако растението стане достатъчно вода или през нощта, когато растението стане достатъчно вода от почвата. И когато поливане.

- - потенциал вода; е равно на 0 за чиста вода; е 0 или е отрицателен за клетките.

- осмотичен потенциал, винаги е отрицателен

- потенциал налягане; обикновено положително за живи клетки (клетки, чието съдържание е под налягане, но отрицателен дървесна тъкан клетки (което създава напрежение на вода).

- Общият резултат на действие

При пълно тургор

При първоначалното плазмолиза

Ако поставим клетката в хипертоничен разтвор с по-нисък потенциал на водата, водата започва да се излезе от клетката чрез осмоза през плазмената мембрана. Първо вода ще излезе от цитоплазмата, а след това през tonoplast на вакуоли. съдържание от живи клетки - по този начин първият човек свива и зад стената на клетката. Отивате процес на плазмолиза. Пространството между клетъчната стена и протопластната запълва външния разтвор. Такава клетка nazyvaetsyaplazmolizirovannoy. Водата ще напусне клетката, докато потенциалът вода на протопласт не става равен на потенциала на околната водния разтвор и след това клетката вече не се свие. Този процес е обратим и клетката не се повредят.

Ако клетката се поставя в чиста вода или хипотоничен разтвор, клетките са в състояние да възстанови тургор настъпва deplazmoliza процес.

В условията на дефицит на вода в тъканите на млад рязко увеличаване на загубата на вода причинява тази клетка тургор налягане става отрицателен и протопластната чрез намаляване в количество не отделя от клетъчната стена и го изтегли заедно. Клетки и тъкани са компресирани. Това явление се нарича tsitorriz.