Furnizarea celulelor cu energie. Surse de energie. Principalele procese care au loc în celulă Procese care asigură celulei energia necesară

Capacitatea de fotosinteză este principala caracteristică a plantelor verzi. Plantele, ca toate organismele vii, trebuie mâncați, respirați, eliminați substanțele inutile, creșteți, reproduceți, răspundeți la schimbările de mediu. Toate acestea sunt asigurate de activitatea organelor relevante ale corpului. De obicei, organele formează sisteme de organe care lucrează împreună pentru a asigura îndeplinirea uneia sau alteia funcții a unui organism viu. Astfel, un organism viu poate fi reprezentat ca un biosistem. Fiecare organ dintr-o plantă vie îndeplinește o funcție specifică. Rădăcină absoarbe apa cu minerale din sol si intareste planta in sol. Tulpina poartă frunzele spre lumină. Apa, precum și substanțele minerale și organice, se deplasează de-a lungul tulpinii. În cloroplastele de frunze, la lumină, din substanțe anorganice se formează substanțe organice, cu care se hrănesc. celule toate organele plantelor. Apa se evaporă frunzele.

Dacă funcționarea oricărui organ al corpului este perturbată, aceasta poate provoca perturbarea funcționării altor organe și a întregului corp. Dacă, de exemplu, apa nu mai curge prin rădăcină, întreaga plantă poate muri. Dacă o plantă nu produce suficientă clorofilă în frunzele sale, atunci nu va putea sintetiza o cantitate suficientă de substanțe organice pentru funcțiile sale vitale.

Astfel, activitatea vitală a organismului este asigurată de munca interconectată a tuturor sistemelor de organe. Activitatea vieții reprezintă toate procesele care au loc în organism.

Datorită nutriției, organismul trăiește și crește. În timpul alimentației, substanțele necesare sunt absorbite din mediu. Ele sunt apoi absorbite în organism. Plantele absorb apa si mineralele din sol. Organele verzi supraterane ale plantelor absorb dioxidul de carbon din aer. Apa și dioxidul de carbon sunt folosite de plante pentru a sintetiza substanțe organice, care sunt folosite de plantă pentru a reînnoi celulele corpului, a crește și a se dezvolta.

Schimbul de gaze are loc în timpul respirației. Oxigenul este absorbit din mediu, iar dioxidul de carbon și vaporii de apă sunt eliberați din organism. Toate celulele vii au nevoie de oxigen pentru a produce energie.

În procesul de metabolism, substanțele de care organismul nu are nevoie sunt formate și eliberate în mediu.

Când o plantă atinge o anumită mărime și vârstă necesară speciei sale, dacă se află în condiții de mediu suficient de favorabile, atunci începe să se reproducă. Ca urmare a reproducerii, numărul de indivizi crește.

Spre deosebire de marea majoritate a animalelor, plantele cresc pe tot parcursul vieții.

Dobândirea de noi proprietăți de către organisme se numește dezvoltare.

Nutriția, respirația, metabolismul, creșterea și dezvoltarea, precum și reproducerea sunt influențate de condițiile de mediu ale plantei. Dacă nu sunt suficient de favorabile, atunci planta poate crește și se poate dezvolta prost, procesele sale vitale vor fi suprimate. Astfel, viața plantelor depinde de mediu.

Întrebarea 3_Membrana celulară, funcțiile sale, compoziția, structura. Înveliș primar și secundar.

Celula oricărui organism este un sistem viu integral. Este format din trei părți indisolubil legate: membrana, citoplasma și nucleul. Membrana celulară interacționează direct cu mediul extern și interacționează cu celulele învecinate (în organismele multicelulare). Membrana celulara. Membrana celulară are o structură complexă. Constă dintr-un strat exterior și o membrană plasmatică situată dedesubt. În plante, precum și în bacterii, alge albastre-verzi și ciuperci, o membrană densă sau peretele celular este situată pe suprafața celulelor. În majoritatea plantelor este format din fibre. Peretele celular joacă un rol extrem de important: este un cadru exterior, o înveliș protector și oferă turgență celulelor vegetale: apa, sărurile și moleculele multor substanțe organice trec prin peretele celular.

Membrana celulara sau perete - o membrană celulară rigidă situată în afara membranei citoplasmatice și care îndeplinește funcții structurale, de protecție și de transport. Se găsește în majoritatea bacteriilor, arheilor, ciupercilor și plantelor. Animalele și multe protozoare nu au perete celular.

Funcțiile membranei celulare:

1. Funcția de transport asigură reglarea selectivă a metabolismului dintre celulă și mediul extern, fluxul de substanțe în celulă (datorită semi-permeabilității membranei), precum și reglarea echilibrului hidric al celulei

1.1. Transport transmembranar (adică peste membrană):
- Difuzie
- Transport pasiv = difuzie facilitată
- Activ = transport selectiv (implicând ATP și enzime).

1.2. Transport in ambalaj membrana:
- Exocitoza - eliberarea de substante din celula
- Endocitoza (fago- si pinocitoza) - absorbtia substantelor de catre celula

2) Funcția receptorului.
3) Suport („schelet”)- mentine forma celulei, confera rezistenta. Aceasta este în principal o funcție a peretelui celular.
4) Izolarea celulelor(conținutul său viu) din mediu.
5) Funcție de protecție.
6) Contact cu celulele vecine. Combinația de celule în țesuturi.

Energia care trebuie furnizată suplimentar unui sistem chimic pentru a „porni” o reacție se numește energie de activare pentru o anumită reacție și servește ca un fel de creastă de energie care trebuie depășită..

În reacțiile necatalizate, sursa energiei de activare o reprezintă coliziunile dintre molecule. Dacă moleculele care se ciocnesc sunt orientate corect și ciocnirea este suficient de puternică, există șansa ca acestea să reacționeze.

Este clar de ce chimiștii încălzesc baloanele pentru a accelera reacțiile: pe măsură ce temperatura crește, viteza mișcării termice și frecvența coliziunilor cresc. Dar în condițiile corpului uman nu puteți încălzi o celulă, acest lucru este inacceptabil pentru aceasta. Și au loc reacții și la viteze care nu sunt atinse atunci când sunt efectuate într-o eprubetă. O altă invenție a naturii funcționează aici - enzime despre care am menționat mai devreme.

După cum sa menționat deja, în timpul transformărilor chimice pot apărea spontan acele reacții în care energia conținută în produșii de reacție este mai mică decât în substanțele inițiale. Alte reacții necesită un aflux de energie din exterior. O reacție spontană poate fi comparată cu o greutate în scădere. Inițial, o sarcină în repaus tinde să cadă, reducându-și astfel energia potențială.

La fel, o reacție, odată inițiată, tinde să se îndrepte spre formarea unor substanțe cu mai puțină energie. Acest proces, în timpul căruia se poate lucra, este numit spontan.

Dar dacă conectați două sarcini într-un anumit mod, atunci cea mai grea, la cădere, o va ridica pe cea mai ușoară. Și în procesele chimice, în special biochimice o reacție care eliberează energie poate determina să apară o reacție asociată care necesită un aflux de energie din exterior. Astfel de reacții se numesc conjugat.

În organismele vii, reacțiile conjugate sunt foarte frecvente, iar apariția lor determină toate fenomenele subtile care însoțesc viața și conștiința. O „sarcină grea” în cădere face ca o altă, mai ușoară, să se ridice, dar cu o cantitate mai mică. Atunci când mâncăm, absorbim substanțe cu o înaltă calitate a energiei datorită Soarelui, care apoi se dezintegrează în organism și sunt în cele din urmă eliberate din acesta, dar în același timp reușesc să elibereze energie într-o cantitate suficientă pentru a susține procesul numit viață. .

Într-o celulă, principalul intermediar energetic, adică „roata motoare” a vieții, este adenozin trifosfat (ATP) . De ce este interesantă această legătură? Din punct de vedere biochimic, ATP este o moleculă de dimensiuni medii capabilă să atașeze sau să „aruncă” grupări terminale de fosfat în care atomul de fosfor este înconjurat de atomi de oxigen.

Formarea ATP are loc din adenozin difosfat (ADP) datorită energiei eliberate în timpul oxidării biologice a glucozei. Pe de altă parte, ruperea legăturii fosfat din ATP eliberează o cantitate mare de energie. O astfel de legătură se numește înaltă energie sau înaltă energie. Molecula de ATP conține două astfel de legături, a căror hidroliză eliberează energie echivalentă cu 12-14 kcal.

Nu se știe de ce natura, în procesul de evoluție, „a ales” ATP ca monedă energetică a celulei, dar pot fi presupuse mai multe motive. Din punct de vedere termodinamic, această moleculă este destul de instabilă, fapt dovedit de cantitatea mare de energie eliberată în timpul hidrolizei sale.

Dar, în același timp, rata de hidroliză enzimatică a ATP în condiții normale este foarte scăzută, adică molecula de ATP are o stabilitate chimică ridicată, oferind o stocare eficientă a energiei.

Dimensiunea mică a moleculei de ATP îi permite să difuzeze cu ușurință în diferite părți ale celulei unde este nevoie de energie pentru a efectua orice activitate. În cele din urmă, ATP ocupă o poziție intermediară la scara compușilor cu energie înaltă, ceea ce îi conferă versatilitate, permițându-i să transfere energie de la compușii cu energie mai mare în cele mai joase.

Astfel, ATP este principala formă universală de stocare a energiei celulare, combustibilul celulei, disponibilă pentru utilizare în orice moment. Și principalul furnizor de energie al celulei, așa cum am menționat deja, este glucoză obținute din descompunerea carbohidraților. „Arzând” în organism, glucoza formează dioxid de carbon și apă, iar acest proces asigură reacțiile de respirație și digestie celulară. Cuvântul „arsuri” în acest caz este o imagine, nu există flacără în interiorul corpului, iar energia este extrasă prin metode chimice în mai multe etape.

În prima etapă, care are loc în citoplasmă fără participarea oxigenului, molecula de glucoză se descompune în două fragmente (două molecule de acid piruvic), iar această etapă se numește glicoliza . Aceasta eliberează 50 kcal/mol de energie (adică 7% din energia conținută de glucoză), din care o parte este disipată sub formă de căldură, iar cealaltă este cheltuită pentru formarea a două molecule de ATP.

Extracția ulterioară a energiei din glucoză are loc în principal în mitocondrii - centralele electrice ale celulei, a căror activitate poate fi comparată cu celulele galvanice. Aici, în fiecare etapă, un electron și un ion de hidrogen sunt îndepărtați, iar în cele din urmă glucoza este descompusă în dioxid de carbon și apă.

ÎN mitocondriile electronii și ionii de hidrogen sunt introduși într-un singur lanț de enzime redox (lanțul respirator), trecând de la mediator la mediator până când se combină cu oxigenul. Și în această etapă, nu oxigenul din aer este folosit pentru oxidare, ci oxigenul din apă și acid acetic.

Oxigenul aerului este ultimul acceptor al hidrogenului, completând întregul proces de respirație celulară, motiv pentru care este atât de necesar vieții. După cum se știe, interacțiunea dintre oxigenul gazos și hidrogenul este însoțită de o explozie (eliberarea instantanee a unei cantități mari de energie).

Acest lucru nu se întâmplă în organismele vii, deoarece hidrogenul gazos nu se formează și, în momentul în care se leagă de oxigenul din aer, aportul de energie liberă scade atât de mult încât reacția de formare a apei se desfășoară complet calm (vezi poza 1).

Glucoza este principalul, dar nu singurul substrat pentru producerea de energie în celulă. Alături de carbohidrați, organismul nostru primește din alimente grăsimi, proteine și alte substanțe care, după descompunere, pot servi și ca surse de energie, transformându-se în substanțe care sunt incluse în reacțiile biochimice care au loc în celulă.

Cercetările fundamentale în domeniul teoriei informației au dus la apariția conceptului energie informațională (sau energia impactului informației), ca diferență dintre certitudine și incertitudine. Aici aș dori să observ că celula consumă și cheltuiește energie informațională pentru a elimina incertitudinea în fiecare moment al ciclului său de viață. Acest lucru duce la implementarea ciclului de viață fără creșterea entropiei.

Perturbarea proceselor de metabolism energetic sub influența diferitelor influențe duce la eșecuri în stadii individuale și, ca urmare a acestor eșecuri, la perturbarea subsistemului activității vitale a celulei și a întregului organism în ansamblu. Dacă numărul și prevalența acestor tulburări depășesc capacitățile compensatorii ale mecanismelor homeostatice din organism, atunci sistemul scapă de sub control și celulele încetează să funcționeze sincron. La nivelul corpului, acest lucru se manifestă sub forma diferitelor stări patologice.

Astfel, lipsa vitaminei B1, care este implicată în activitatea anumitor enzime, duce la blocarea oxidării acidului piruvic, un exces de hormoni tiroidieni perturbă sinteza ATP etc. Decesele cauzate de infarctul miocardic, intoxicația cu monoxid de carbon sau otrăvirea cu cianura de potasiu sunt, de asemenea, asociate cu blocarea procesului de respirație celulară prin inhibarea sau decuplarea reacțiilor secvențiale. Acțiunea multor toxine bacteriene este indirectă prin mecanisme similare.

Astfel, funcționarea unei celule, țesut, organ, sistem de organe sau organism ca sistem este susținută de mecanisme de autoreglare, al căror curs optim este, la rândul său, asigurat de procese biofizice, biochimice, energetice și informaționale.

Energia este necesară pentru toate celulele vii - este folosită pentru diferite reacții biologice și chimice care au loc în celulă. Unele organisme folosesc energia luminii solare pentru procese biochimice - acestea sunt plante (Fig. 1), în timp ce altele folosesc energia legăturilor chimice din substanțele obținute în timpul nutriției - acestea sunt organisme animale. Energia este extrasă prin descompunerea și oxidarea acestor substanțe în procesul de respirație, această respirație se numește oxidare biologică, sau respirație celulară.

Orez. 1. Energie din lumina soarelui

Respirație celulară este un proces biochimic într-o celulă care are loc cu participarea enzimelor, în urma căruia se eliberează apă și dioxid de carbon, energia este stocată sub formă de legături de înaltă energie ale moleculelor de ATP. Dacă acest proces are loc în prezența oxigenului, atunci se numește aerobic, dacă apare fără oxigen, atunci se numește anaerob.

Oxidarea biologică include trei etape principale:

1. Pregătitoare.

2. Fără oxigen (glicoliză).

3. Defalcarea completă a substanțelor organice (în prezența oxigenului).

Substanțele primite din alimente sunt descompuse în monomeri. Această etapă începe în tractul gastrointestinal sau în lizozomii celulei. Polizaharidele se descompun în monozaharide, proteinele în aminoacizi, grăsimile în glicerol și acizi grași. Energia eliberată în această etapă este disipată sub formă de căldură. Trebuie remarcat faptul că pentru procesele energetice, celulele folosesc carbohidrați, sau mai bine zis, monozaharide, iar creierul poate folosi doar monozaharide - glucoză - pentru activitatea sa (Fig. 2).

Orez. 2. Etapa pregătitoare

Glucoza în timpul glicolizei se descompune în două molecule cu trei atomi de carbon de acid piruvic. Soarta ulterioară a acidului piruvic depinde de prezența oxigenului în celulă. Dacă oxigenul este prezent în celulă, atunci acidul piruvic trece în mitocondrii pentru oxidare completă la dioxid de carbon și apă (respirație aerobă). Dacă nu există oxigen, atunci în țesuturile animale acidul piruvic este transformat în acid lactic. Această etapă are loc în citoplasma celulei.

Glicoliza este o secvență de reacții în urma cărora o moleculă de glucoză este împărțită în două molecule de acid piruvic, eliberând energie care este suficientă pentru a transforma două molecule de ADP în două molecule de ATP (Fig. 3).

Orez. 3. Etapă fără oxigen

Oxigenul este necesar pentru oxidarea completă a glucozei. În a treia etapă, în mitocondrii are loc oxidarea completă a acidului piruvic la dioxid de carbon și apă, ducând la formarea a încă 36 de molecule de ATP, deoarece această etapă are loc cu participarea oxigenului, se numește oxigen sau aerob (Fig. 4). ).

Orez. 4. Defalcarea completă a substanțelor organice

În total, cele trei etape produc 38 de molecule de ATP dintr-o moleculă de glucoză, ținând cont de cele două ATP produse în timpul glicolizei.

Astfel, am examinat procesele energetice care au loc în celule și am caracterizat etapele oxidării biologice.

Respirația, care are loc într-o celulă cu eliberare de energie, este adesea comparată cu procesul de ardere. Ambele procese au loc în prezența oxigenului, eliberarea de energie și produși de oxidare - dioxid de carbon și apă. Dar, spre deosebire de ardere, respirația este un proces ordonat de reacții biochimice care are loc în prezența enzimelor. În timpul respirației, dioxidul de carbon apare ca produs final al oxidării biologice, iar în timpul arderii, formarea dioxidului de carbon are loc prin combinarea directă a hidrogenului cu carbonul. De asemenea, în timpul respirației, pe lângă apă și dioxid de carbon, se formează un anumit număr de molecule de ATP, adică respirația și arderea sunt procese fundamental diferite (Fig. 5).

Orez. 5. Diferențele dintre respirație și ardere

Glicoliza nu este doar calea principală pentru metabolismul glucozei, ci și calea principală pentru metabolismul fructozei și galactozei furnizate cu alimente. Deosebit de importantă în medicină este capacitatea glicolizei de a produce ATP în absența oxigenului. Acest lucru vă permite să mențineți o muncă intensă a mușchilor scheletici în condiții de eficiență insuficientă a oxidării aerobe. Țesuturile cu activitate glicolitică crescută sunt capabile să rămână active în perioadele de lipsă de oxigen. În mușchiul inimii, posibilitățile de glicoliză sunt limitate. Ea suferă greu de întrerupere a aportului de sânge, care poate duce la ischemie. Există mai multe boli cunoscute cauzate de activitatea insuficientă a enzimelor glicolitice, dintre care una este anemia hemolitică (în celulele canceroase cu creștere rapidă, glicoliza are loc cu o rată care depășește capacitățile ciclului acidului citric), ceea ce contribuie la creșterea sintezei acidului lactic. în organe şi ţesuturi (Fig. 6).

Orez. 6. Anemia hemolitică

Nivelurile ridicate de acid lactic din organism pot fi un simptom al cancerului. Această caracteristică metabolică este uneori folosită pentru a trata anumite forme de tumori.

Microbii sunt capabili să obțină energie în timpul fermentației. Fermentarea este cunoscută oamenilor din timpuri imemoriale, de exemplu în producția de vin, fermentația acidului lactic era cunoscută și mai devreme (Fig. 7).

Orez. 7. Elaborarea vinului și a brânzei

Oamenii consumau produse lactate fără să-și dea seama că aceste procese erau asociate cu activitatea microorganismelor. Termenul de „fermentare” a fost introdus de olandezul Van Helmont pentru procesele care implică eliberarea de gaz. Acest lucru a fost dovedit pentru prima dată de Louis Pasteur. Mai mult, diferite microorganisme secretă diferiți produse de fermentație. Vom vorbi despre fermentația alcoolică și lactică. Fermentația alcoolică este procesul de oxidare a carbohidraților, care are ca rezultat formarea de alcool etilic, dioxid de carbon și eliberarea de energie. Berarii și vinificatorii au folosit capacitatea anumitor tipuri de drojdie de a stimula fermentația, care transformă zaharurile în alcool. Fermentarea este realizată în principal de drojdii, dar și de unele bacterii și ciuperci (Fig. 8).

Orez. 8. Drojdie, ciuperci mucor, produse de fermentare - kvas și oțet

În țara noastră se folosesc în mod tradițional drojdiile Saccharomyces, în America - bacterii din genul Pseudomonas, în Mexic se folosesc bacterii „moving rod”, în Asia se folosesc ciuperci mucoase. Drojdia noastră fermentează de obicei hexoze (monozaharide cu șase atomi de carbon), cum ar fi glucoza sau fructoza. Procesul de formare a alcoolului poate fi reprezentat astfel: dintr-o moleculă de glucoză se formează două molecule de alcool, se formează două molecule de dioxid de carbon și se eliberează două molecule de ATP.

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

În comparație cu respirația, acest proces este mai puțin benefic din punct de vedere energetic decât procesele aerobe, dar permite menținerea vieții în absența oxigenului. La fermentarea acidului lactic o moleculă de glucoză formează două molecule de acid lactic și, în același timp, sunt eliberate două molecule de ATP, acest lucru poate fi descris prin ecuația:

C6H12O6 → 2C3H6O3 + 2ATP

Procesul de formare a acidului lactic este foarte apropiat de procesul de fermentație alcoolică, ca și în fermentația alcoolică, se descompune în acid piruvic, apoi se transformă nu în alcool, ci în acid lactic. Fermentarea acidului lactic este utilizată pe scară largă pentru producerea produselor lactate: brânză, brânză de vaci, lapte caș, iaurturi (Fig. 9).

Orez. 9. Bacteriile lactice și produsele fermentației lactice

În procesul de formare a brânzei, participă mai întâi bacteriile lactice, care produc acid lactic, apoi bacteriile acidului propionic transformă acidul lactic în acid propionic, din acest motiv brânzeturile au un gust înțepător destul de specific. Bacteriile lactice sunt folosite la conservarea fructelor și legumelor, acidul lactic este folosit în industria cofetăriei și în producția de băuturi răcoritoare.

Bibliografie

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biologie. Tipare generale. - Dropia, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Fundamentele biologiei generale. Clasa a IX-a: Manual pentru elevii clasei a IX-a ai instituţiilor de învăţământ general / Ed. prof. ÎN. Ponomareva. - Ed. a II-a, revizuită. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biologie. Introducere în biologia generală și ecologie: manual pentru clasa a 9-a, ed. a III-a, stereotip. - M.: Dropia, 2002.

1. Site-ul web „Biologie și medicină” ()

3. Site-ul web „Enciclopedia medicală” ()

Teme pentru acasă

1. Ce este oxidarea biologică și etapele ei?

2. Ce este glicoliza?

3. Care sunt asemănările și diferențele dintre fermentația alcoolică și cea lactică?

Tipuri de nutriție a organismelor vii
Fotosinteză
Metabolismul energetic

1. Activitate de viață a tuturor organismelor este posibilă numai dacă au energie. Conform metodei de obținere a energiei, toate celulele și organismele sunt împărțite în două grupuri: autotrofiȘi heterotrofi.

Heterotrofe(Heteros grecesc - diferit, altul și trophe - hrană, nutriție) nu sunt capabili să sintetizeze compuși organici din cei anorganici ei înșiși au nevoie pentru a-i primi din mediu. Substanțele organice le servesc nu numai ca hrană, ci și ca sursă de energie. Heterotrofele includ toate animalele, ciupercile, majoritatea bacteriilor, precum și plantele terestre non-clorofile și algele.

Conform metodei de obținere a alimentelor, organismele heterotrofe sunt împărțite în holozoare(animale) captarea particulelor solide și osmotrofic(ciuperci, bacterii) hrănindu-se cu substanțe dizolvate.

Diverse organisme heterotrofe sunt capabile să descompună colectiv toate substanțele care sunt sintetizate de autotrofe, precum și substanțele minerale sintetizate ca urmare a activităților de producție umană. Organismele heterotrofe, împreună cu autotrofele, constituie un singur sistem biologic pe Pământ, unite prin relații trofice.

Autotrofi- organisme care se hrănesc (adică primesc energie) din compuși anorganici, acestea sunt unele bacterii și toate plantele verzi. Autotrofele sunt împărțite în chimiotrofe și fototrofe.

Chemotrofe- organisme care folosesc energia eliberată în timpul reacțiilor redox. Chemotrofele includ bacterii nitrificatoare (fixare a azotului), sulf, hidrogen (formătoare de metan), mangan, bacterii care formează fier și monoxid de carbon.

Fototrofe- doar plante verzi. Sursa de energie pentru ei este lumina.

2. Fotosinteza(Fosul grecesc - gen. toamna. Fotografii - lumină și sinteză - conexiune) - formarea, cu participarea energiei luminoase, a substanțelor organice de către celulele plantelor verzi, precum și unele bacterii, procesul de transformare a energiei luminoase în energie chimica. Apare cu ajutorul pigmenților (clorofila și alții) în tilacoizii cloroplastelor și cromatoforii celulelor. Fotosinteza se bazează pe reacții redox în care electronii sunt transferați de la un donor-reductor (apă, hidrogen etc.) la un acceptor (latin acceptor - receptor) - dioxid de carbon, acetat cu formarea de compuși redusi - carbohidrați și eliberarea de oxigen, dacă apa este oxidată.

Bacteriile fotosintetice care folosesc alți donatori decât apa nu produc oxigen.

Reacții luminoase ale fotosintezei(cauzate de lumină) apar în granul tilacoizilor din cloroplast. Cuantele de lumină vizibilă (fotonii) interacționează cu moleculele de clorofilă, transferându-le într-o stare excitată. Un electron din clorofilă absoarbe o cantitate de lumină de o anumită lungime și, ca în trepte, se deplasează de-a lungul lanțului de purtători de electroni, pierzând energie, care servește la fosforilarea ADP în ATP. Acesta este un proces foarte eficient: cloroplastele produc de 30 de ori mai mult ATP decât mitocondriile acelorași plante. Aceasta acumulează energia necesară pentru următoarele - reacții întunecate ale fotosintezei. Următoarele substanțe acționează ca purtători de electroni: citocromi, plastochinonă, ferredoxină, flavoproteină, reductază, etc. Unii dintre electronii excitați sunt utilizați pentru a reduce NADP+ la NADPH. Când este expusă la lumina soarelui, apa se descompune în cloroplaste - fotoliză,în acest caz, se formează electroni care compensează pierderile lor de către clorofilă; Oxigenul este produs ca produs secundar și eliberat în atmosfera planetei noastre. Acesta este oxigenul pe care îl respirăm și care este necesar tuturor organismelor aerobe.

Cloroplastele plantelor superioare, algele și cianobacteriile conțin două fotosisteme cu structuri și compoziții diferite. Când cuantele de lumină sunt absorbite de pigmenți (centrul de reacție - un complex de clorofilă cu o proteină care absoarbe lumina cu o lungime de undă de 680 nm - P680) ai fotosistemului II, electronii sunt transferați din apă la un acceptor intermediar și printr-un lanț de purtători. la centrul de reacție al fotosistemului I. Și acest fotosistem este centrul de reacție va dezvălui moleculele de clorofilă stilou în complex cu o proteină specială-KOM, care absoarbe lumina cu o lungime de undă de 700 nm - P700. În moleculele clorofilei F1 există „găuri” - locuri neumplute de electroni transferați la PLDPH. Aceste „găuri” sunt umplute cu electroni formați în timpul funcționării PI. Adică, fotosistemul II furnizează electroni fotosistemului I, care sunt cheltuiți în el pentru reducerea NADP + și NADPH. Pe parcursul mișcării electronilor fotosistemului II excitați de lumină către acceptorul final - clorofila fotosistemului I, ADP este fosforilat în ATP bogat în energie. Astfel, energia luminii este stocata in moleculele de ATP si este consumata in continuare pentru sinteza carbohidratilor, proteinelor, acizilor nucleici si a altor procese vitale ale plantelor, si prin intermediul acestora activitatea vitala a tuturor organismelor care se hranesc cu plante.

Reacții întunecate sau reacții de fixare a carbonului, nu sunt asociate cu lumina, sunt efectuate în stroma cloroplastelor. Locul cheie în ele este ocupat de fixarea dioxidului de carbon și conversia carbonului în carbohidrați. Aceste reacții sunt de natură ciclică, deoarece unii dintre carbohidrații intermediari suferă un proces de condensare și rearanjamente la ribuloză difosfat, acceptorul primar al CO2, care asigură funcționarea continuă a ciclului. Acest proces a fost descris pentru prima dată de biochimistul american Melvin Calvin

Transformarea compusului anorganic CO 2 în compuși organici - carbohidrați, în legăturile chimice ale cărora este stocată energia solară, are loc cu ajutorul unei enzime complexe - ribulozo-1,5-difosfat carboxilază. Acesta asigură adăugarea unei molecule de CO 2 la ribuloză-1,5-difosfat cu cinci atomi de carbon, rezultând formarea unui compus intermediar cu șase atomi de carbon de viață scurtă. Acest compus, datorită hidrolizei, se descompune în două molecule cu trei atomi de carbon de acid fosfogliceric, care este redus folosind ATP și NADPH la zaharuri cu trei atomi de carbon (trioză fosfați). Din ele se formează produsul final al fotosintezei, glucoza.

Unii dintre trioza fosfați, care au trecut prin procesele de condensare și rearanjare, transformându-se mai întâi în ribuloză monofosfat și apoi în ribuloză difosfat, sunt incluși din nou în ciclul continuu de creare a moleculelor de glucoză. Glucoza poate fi polimerizată enzimatic în

amidonul și celuloza sunt polizaharidele suport ale plantelor.

O caracteristică a fotosintezei unor plante (trestie de zahăr, porumb, amarant) este conversia inițială a carbonului prin compuși cu patru atomi de carbon. Astfel de plante au primit indicele C 4 -plante, iar fotosinteza în ele este metabolismul carbonului. Plantele C4 atrag atenția cercetătorilor datorită productivității lor fotosintetice.

Modalități de creștere a productivității plantelor agricole:

Nutriție minerală suficientă, care poate asigura cel mai bun curs al proceselor metabolice;

Iluminare mai completă, care poate fi realizată folosind anumite rate de însămânțare a plantelor, ținând cont de consumul de lumină al plantelor iubitoare de lumină și tolerante la umbră;

Cantitatea normală de dioxid de carbon din aer (cu o creștere a conținutului său, procesul de respirație a plantelor, care este asociat cu fotosinteza, este perturbat);

Umiditatea solului corespunzătoare nevoilor de umiditate ale plantelor, în funcție de condițiile climatice și agrotehnice.

Importanța fotosintezei în natură.

Ca rezultat al fotosintezei pe Pământ, se formează anual 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber. Fotosinteza nu numai că asigură și menține compoziția actuală a atmosferei Pământului, necesară vieții locuitorilor săi, dar previne și creșterea concentrației de CO 2 în atmosferă, prevenind supraîncălzirea planetei noastre (datorită așa-numitei sere). efect). Oxigenul eliberat în timpul fotosintezei este necesar pentru respirația organismelor și pentru a le proteja de radiațiile ultraviolete dăunătoare cu unde scurte.

Chemosinteza(Chemeta greacă târzie - chimie și sinteza greacă - conexiune) - un proces autotrof de creare a materiei organice de către bacterii care nu conțin clorofilă. Chemosinteza se realizează datorită oxidării compușilor anorganici: hidrogen, hidrogen sulfurat, amoniac, oxid de fier (II) etc. Asimilarea CO 2 se desfășoară ca în timpul fotosintezei (ciclul Calvin), cu excepția metanului, homo. - bacterii acetatice. Energia obținută din oxidare este stocată în bacterii sub formă de ATP.

Bacteriile chemosintetice joacă un rol extrem de important în ciclurile biogeochimice ale elementelor chimice din biosferă. Activitatea vitală a bacteriilor nitrificatoare este unul dintre cei mai importanți factori în fertilitatea solului. Bacteriile chemosintetice oxidează compușii de fier, mangan, sulf etc.

Chemosinteza a fost descoperită de microbiologul rus Serghei Nikolaevici Vinogradsky (1856-1953) în 1887.

3. Metabolismul energetic

Trei etape ale metabolismului energetic sunt efectuate cu participarea unor enzime speciale în diferite părți ale celulelor și organismelor.

Prima etapă este pregătitoare- apare (la animalele din organele digestive) sub actiunea enzimelor care descompun moleculele de di- si polizaharide, grasimi, proteine, acizi nucleici in molecule mai mici: glucoza, glicerol si acizi grasi, aminoacizi, nucleotide. Aceasta eliberează o cantitate mică de energie, care este disipată sub formă de căldură.

A doua etapă este oxidarea fără oxigen sau incompletă. Se mai numește și respirație anaerobă (fermentare) sau glicoliza. Enzimele de glicoliză sunt localizate în partea lichidă a citoplasmei - hialoplasma. Glucoza suferă descompunere, fiecare molenă în care este scindată și oxidată treptat cu participarea enzimelor la două molecule de trei atomi de carbon de acid piruvic CH 3 - CO - COOH, unde COOH este o grupă carboxil caracteristică acizilor organici.

Nouă enzime sunt implicate secvenţial în această conversie a glucozei. În timpul procesului de glicoliză, moleculele de glucoză sunt oxidate, adică se pierd atomii de hidrogen. Acceptorul de hidrogen (și electronul) în aceste reacții sunt molecule de nicotinamidă nindinucleotidă (NAD+), care sunt similare ca structură cu NADP+ și diferă doar prin absența unui reziduu de acid fosforic în molecula de riboză. Când acidul piruvic este redus din cauza reducerii NAD, apare produsul final al glicolizei - acidul lactic. Acidul fosforic și ATP sunt implicați în descompunerea glucozei.

Pe scurt, acest proces arată astfel:

C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 P0 4 + 2 ADP = 2 C 3 H 6 0 3 + 2 ATP + 2 H 2 0.

În ciupercile de drojdie, o moleculă de glucoză fără participarea oxigenului este transformată în alcool etilic și dioxid de carbon (fermentație alcoolică):

C6H12O6+2H3PO4+2ADP-2C2Hb0H+2C02+2ATP+2H2O.

La unele microorganisme, descompunerea glucozei fără oxigen poate duce la formarea acidului acetic, acetonei etc. În toate cazurile, descompunerea unei molecule de glucoză este însoțită de formarea a două molecule de ATP, în legăturile de înaltă energie ale care 40% din energie este stocată, restul este disipată sub formă de căldură.

A treia etapă a metabolismului energetic(etapa de divizare a oxigenului , sau stadiul respiraţiei aerobe) apare în mitocondrii. Această etapă este asociată cu matricea mitocondrială și membrana interioară; implică enzime reprezentând un „conveior” inel enzimatic numit ciclul Krebs, numit după omul de știință care l-a descoperit. Acest mod complex și lung de lucru al multor enzime este de asemenea numit ciclul acidului tricarboxilic.

Odată ajuns în mitocondrie, acidul piruvic (PVA) este oxidat și transformat într-o substanță bogată în energie - acetil coenzima A sau acetil-CoA pe scurt. În ciclul Krebs, moleculele de acetil-CoA provin din diferite surse de energie. În procesul de oxidare a PVK, acceptorii de electroni NAD + sunt reduși la NADH și un alt tip de acceptor este redus - FAD la FADH 2 (FAD este o dinucleotidă flavină adenină). Energia stocată în aceste molecule este folosită pentru sinteza ATP - un acumulator de energie biologică universală. În timpul etapei de respirație aerobă, electronii din NADH și FADH 2 se deplasează de-a lungul unui lanț în mai multe etape de transfer al lor către acceptorul final de electroni - oxigenul molecular. În transfer sunt implicați mai mulți purtători de electroni: coenzima Q, citocromi și, cel mai important, oxigen. Când electronii se deplasează de la o etapă la alta a transportorului respirator, este eliberată energie, care este cheltuită pentru sinteza ATP. În interiorul mitocondriilor, cationii H + se combină cu anionii O 2 ~ pentru a forma apă. În ciclul Krebs, se formează CO 2, iar în lanțul de transfer de electroni - apă. În acest caz, o moleculă de glucoză, oxidându-se complet cu accesul oxigenului la C0 2 și H 2 0, contribuie la formarea a 38 de molecule de ATP. Din cele de mai sus rezultă că rolul principal în furnizarea energiei celulei este jucat de descompunerea oxigenului a substanțelor organice, sau respirația aerobă. Când există o deficiență de oxigen sau absența completă a acestuia, are loc descompunerea anaerobă, fără oxigen, a substanțelor organice; Energia unui astfel de proces este suficientă doar pentru a crea două molecule de ATP. Datorită acestui fapt, ființele vii pot supraviețui fără oxigen pentru o perioadă scurtă de timp.

Care este funcţia ADN-ului în sinteza proteinelor: a) autoduplicare; b) transcriere; c) sinteza
ARNt și ARNr.
De ce
Informaţia unei gene a unei molecule de ADN corespunde: a) proteinei; b) aminoacid;
c) gena.
Câți
aminoacizii participă la biosinteza proteinelor: a) 100; b) 30; in 20.
Ce
formate pe ribozom în timpul biosintezei proteinelor: a) proteină terţiară
structuri; b) proteina de structura secundara; c) lanţ polipeptidic.
Rol
matricele în biosinteza proteinelor sunt realizate de: a) ARNm; b) ARNt; c) ADN; d) proteine.
Structural
Unitatea funcţională a informaţiei genetice este: a) catenă de ADN; b)
secțiunea unei molecule de ADN; c) molecula de ADN; d) gena.
ARNm în
în procesul de biosinteză a proteinelor: a) accelerează reacţiile de biosinteză; b) magazine
informații genetice; c) transmite informaţii genetice; d) este
locul sintezei proteinelor.
Genetic
codul este o secvență de: a) nucleotide din ARNr; b) nucleotide în
ARNm; c) aminoacizi din proteine; d) nucleotidele din ADN.
Amino acid
se atașează la ARNt: a) la orice codon; b) la anticodon; c) la codonul b
baza moleculei.
Sinteză
proteina apare în: a) nucleu; b) citoplasmă; c) pe ribozomi; G)
mitocondriile.
Difuzare
- acesta este procesul de: a) transport al ARNm la ribozomi; b) transportul ATP la
ribozomi; c) transportul aminoacizilor la ribozomi; d) racordare
aminoacizi într-un lanț.
LA
reacţiile de schimb plastic într-o celulă includ: a) replicarea ADN-ului şi
biosinteza proteinelor; b) fotosinteza, chemosinteza, glicoliza; c) fotosinteza şi
biosinteză; d) biosinteza, replicarea ADN-ului, glicoliza.
ÎN
centrul funcțional al ribozomului în timpul translației este întotdeauna un număr
nucleotide egale cu: a) 2; b) 3; la 6; d) 9.
Transcriere
iar translaţia într-o celulă eucariotă are loc: a) numai în nucleu; b) c
nucleu și citoplasmă; c) în citoplasmă.
În reacții
biosinteza proteinelor în celulă, energia ATP: a) este eliberată; b) este cheltuit; V)
nu este consumat sau eliberat; d) în unele etape se consumă, în altele
iese în evidență.
Cantitate
combinații de tripleți ale codului genetic care nu codifică niciunul
aminoacizii este: a) 1; b) 3; la 4.
Urmare
nucleotidele dintr-o moleculă de ARNm sunt strict complementare cu: a) secvenţă
tripleți de gene; b) un triplet care codifică un aminoacid; c) codoni,
care conțin informații despre structura genei; d) codoni care conțin informații
despre structura proteinelor.
Unde
se formează structuri complexe de molecule proteice: a) pe ribozom; b) c
citoplasmă; c) în reticulul endoplasmatic.
Ce componente alcătuiesc corpul ribozomului: a) membrane; b)
proteine; c) glucide; d) ARN.

„Stațiile energetice” care furnizează celulei energie sunt: 1 vacuola 2 citoplasmă 3 mitocondrii. Organelele sunt localizate liber sau pe

reticul endoplasmatic rugos, implicat în biosinteza proteinelor: 1ribozomi 2lizozomi 3mitocondrii 4centrioli

Din răspunsurile propuse, selectați una dintre prevederile teoriei celulare:

A) organismele din toate regnurile naturii vii constau din celule
B) peretele celular fungic este format din chitină, ca exoscheletul artropodelor
C) celulele organismelor animale nu conțin plastide
D) un spor bacterian este o celulă specializată
Apa din celulă îndeplinește funcția de: A) transport, solvent
B) energie C) catalitică D) informaţie
ARN este:
A) un lanț polinucleotidic sub formă de dublă helix, ale cărui lanțuri sunt legate prin legături de hidrogen B) o nucleotidă care conține două legături bogate în energie
B) un fir de polinucleotide sub formă de spirală monocatenară
D) un lanț polinucleotidic format din diferiți aminoacizi
Sinteza moleculelor de ATP are loc în:
A) ribozomi B) mitocondrii C) aparat Golgi D) ER
Celulele procariote diferă de celulele eucariote:
A) dimensiuni mai mari B) absența unui miez
C) prezența unei învelișuri D) prezența acizilor nucleici
Mitocondriile sunt considerate puterile celulei deoarece:
A) descompun substanțele organice pentru a elibera energie
B) nutrienții sunt depozitați în ele
C) în ele se formează substanțe organice D) transformă energia luminoasă
Importanța metabolismului într-o celulă este:
A) furnizarea celulei cu materiale de construcție și energie
B) transferul de informații ereditare de la organismul matern la fiică
B) distribuția uniformă a cromozomilor între celulele fiice
D) asigurarea interconexiunilor celulelor din organism
Rolul ARNm în sinteza proteinelor este:
A) asigurarea stocării informaţiei ereditare B) asigurarea energiei celulei
C) asigurarea transferului informaţiei genetice de la nucleu la citoplasmă
Restaurarea setului diploid de cromozomi din zigot - prima celulă a unui nou organism - are loc ca urmare a:
A) meioza B) mitoza C) fertilizarea D) metabolismul
„Genele situate pe același cromozom sunt moștenite împreună” este formularea:
A) Regulile dominante ale lui G. Mendel B) Legea moștenirii legate de T. Morgan
C) Legea lui G. Mendel a segregării D) Legea lui G. Mendel a moștenirii independente a trăsăturilor
Codul genetic este:
A) un segment al unei molecule de ADN care conține informații despre structura primară a unei proteine
B) secvența de resturi de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină
C) secvența de nucleotide dintr-o moleculă de ADN care determină structura primară a tuturor moleculelor de proteine
D) informații despre structura primară a proteinei criptate în ARNt
Setul de gene ale unei populații, specii sau alt grup sistematic se numește:
A) genotipul B) fenotipul C) codul genetic D) grupul de gene
Variabilitatea care apare sub influența factorilor de mediu și nu afectează cromozomii și genele se numește: A) ereditară B) combinativă
C) modificare D) mutație
Formarea de noi specii în natură are loc ca urmare a:
A) dorinta indivizilor de autoperfectionare
B) conservarea preferenţială ca urmare a luptei pentru existenţă şi selecţie naturală a indivizilor cu modificări ereditare utile:
C) selecția și conservarea de către oameni a indivizilor cu modificări ereditare utile
D) supraviețuirea indivizilor cu diverse modificări ereditare
Procesul de conservare din generație în generație a indivizilor cu modificări ereditare benefice pentru oameni se numește: A) selecție naturală
B) variabilitatea ereditară C) lupta pentru existență D) selecția artificială
Identificați aromorfozele dintre modificările evolutive numite:
A) formarea membrelor de tip săpat într-o aluniță
B) apariția colorării protectoare la omidă
C) apariţia respiraţiei pulmonare la amfibieni D) pierderea membrelor la balene
Dintre factorii enumerați ai evoluției umane, cei biologici includ:
A) selecția naturală B) vorbirea C) stilul de viață social D) munca
Scrieți literele din succesiunea care reflectă etapele evoluției umane: A) Cro-Magnons B) Pithecanthropus C) Neanderthalieni D) Australopithecus
Toate componentele naturii neînsuflețite (lumina, temperatura, umiditatea, compoziția chimică și fizică a mediului) care afectează organismele, populațiile, comunitățile se numesc factori:
A) antropic B) abiotic C) limitator D) biotic
Animalele și ciupercile aparțin grupului de heterotrofe deoarece:
A) ei înșiși creează substanțe organice din cele anorganice B) folosesc energia luminii solare C) se hrănesc cu substanțe organice gata preparate D) se hrănesc cu substanțe minerale
Biogeocenoza este:
A) o comunitate artificială creată ca urmare a activității economice umane
B) un complex de specii interdependente care trăiesc pe un anumit teritoriu cu condiții naturale omogene
C) totalitatea tuturor organismelor vii de pe planetă
D) înveliș geologic locuit de organisme vii
Forma de existență a unei specii, asigurând adaptabilitatea acesteia la viață în anumite condiții, este reprezentată de:
A) individ B) turmă C) colonie D) populație

1. Care dintre următoarele afirmații este considerată corectă?

a) proveniență din strămoși specializați;
b) evolutie nedirectionala;
c) evoluţie limitată;
d) specializarea progresivă.
2. Lupta pentru existență este o consecință a:
a) o dorință înnăscută de perfecțiune;
b) necesitatea de a face față dezastrelor naturale;
c) diversitatea genetică;
d) faptul că numărul descendenților depășește capacitățile potențiale ale mediului.
3. Taxonomie corectă în botanică:
a) specie – gen – familie – clasă – ordine;
b) gen – familie – detașare – clasă – departament;
c) specie – gen – familie – ordine – clasă;
d) specie – gen – familie – ordine – tip.
4. Mediatorul în neuronii preganglionari ai sistemului nervos simpatic este:
a) adrenalina;
b) acetilcolina;
c) serotonina;
d) glicina.
5. Insulina din corpul uman nu este implicată în:
a) activarea defalcării proteinelor în celule;
b) sinteza proteinelor din aminoacizi;
c) stocarea energiei;
d) stocarea glucidelor sub formă de glicogen.
6. Una dintre principalele substanțe care induc somnul este produsă de neuronii din partea centrală a creierului mediu:
a) norepinefrină;
b) acetilcolina;
c) serotonina;
d) dopamina.
7. Dintre vitaminele solubile în apă, coenzimele sunt:
a) acid pantotenic;
b) vitamina A;
c) biotina;
d) vitamina K.
8. Următoarele au capacitatea de a fagocitoză:
a) limfocite B;
b) T-killers;
c) neutrofile;
d) plasmocite.
9. Următoarele sunt implicate în apariția senzațiilor de gâdilat și mâncărime:
a) terminații nervoase libere;
b) Corpuri Ruffini;
c) plexuri nervoase din jurul foliculilor de păr;
d) Corpusculii Pacinieni.
10.Ce caracteristici sunt tipice pentru toate articulațiile?
a) prezența lichidului articular;
b) prezenţa unei capsule articulare;
c) presiunea în cavitatea articulară este sub atmosferică;
d) există ligamente intraarticulare.
11. Ce procese care au loc în mușchii scheletici necesită cheltuirea energiei ATP?
a) transportul ionilor K+ din celulă;
b) transportul ionilor de Na+ în celulă;
c) deplasarea ionilor de Ca2+ din rezervoarele EPS în citoplasmă;
d) ruperea punților încrucișate între actină și miozină.

12. Când o persoană rămâne în imponderabilitate pentru o perioadă lungă de timp, următoarele nu se întâmplă:
a) scăderea volumului sanguin circulant;
b) creșterea numărului de globule roșii;
c) scăderea forţei musculare;
d) scăderea debitului cardiac maxim.
24. Ce caracteristici biologice ale varzei ar trebui să fie luate în considerare la cultivarea acesteia?
a) nevoie redusă de apă, nutrienți, lumină;
b) nevoie mai mare de apa, nutrienti, lumina, temperatura moderata;
c) iubitor de căldură, tolerant la umbră, nevoie scăzută de nutrienți;
d) creștere rapidă, sezon de vegetație scurt.
13. Numiți un grup de organisme al căror număr de reprezentanți prevalează asupra reprezentanților altor grupuri care fac parte din lanțurile trofice ale pășunatului (pășunatului).
a) producători;
b) consumatorii de ordinul întâi;
c) consumatorii de ordinul doi;
d) consumatorii de ordinul trei.
14. Indicați cea mai complexă biogeocenoză terestră.
a) livadă de mesteacăn;
b) pădure de pini;
c) pădure de stejar;
d) câmpia inundabilă a râului.
15. Numiți factorul de mediu care este limitativ pentru păstrăvul de pârâu.
a) viteza curentului;
b) temperatura;
c) concentraţia de oxigen;
d) iluminare.
16. La mijlocul verii, creșterea plantelor perene încetinește sau se oprește complet, iar numărul de plante cu flori scade. Ce factor și ce schimbare în el cauzează astfel de fenomene?
a) scăderea temperaturii;
b) scădere;
c) scăderea duratei zilei;
d) scăderea intensităţii radiaţiei solare.
17. Arhebacteriile nu includ:
a) halobacterii;
b) metanogene;
c) spirochete;
d) termoplasmă.

18. Principalele semne ale hominizării nu sunt:
a) pozitie verticala;
b) adaptarea la activitatea de muncă a mâinii;
c) comportamentul social;
d) structura sistemului dentar.
19 bacili sunt:
a) baghete gram-pozitive formatoare de spori;
b) baghete formatoare de spori gram-negative;
c) baghete gram-negative care nu formează spori;
d) baghete gram-pozitive care nu formează spori.
20. Când a apărut sângele cald, caracteristica morfologică a devenit decisivă:
a) păr și pene;
b) inima cu patru camere;
c) structura alveolară a plămânilor, crescând intensitatea schimbului de gaze;
d) creșterea conținutului de mioglobină în mușchi.