Metabolisme (metabolisme) er et sett med sammenkoblede prosesser for syntese og spaltning kjemiske substanser forekommer i kroppen. Biologer deler det

Lysbilde 19

til plast ( anabolisme) og energimetabolisme ( katabolisme), som henger sammen. Alle syntetiske prosesser krever stoffer og energi levert av fisjonsprosesser. Nedbrytningsprosesser katalyseres av enzymer syntetisert under plastisk metabolisme, ved å bruke produktene og energien fra energimetabolismen.

For individuelle prosesser som forekommer i organismer, brukes følgende begreper:

Anabolisme (assimilering) – syntese av mer komplekse monomerer fra enklere monomerer med absorpsjon og akkumulering av energi i form kjemiske bindinger i syntetiserte stoffer.

Katabolisme (dissimilering) - nedbrytningen av mer komplekse monomerer til enklere med frigjøring av energi og dens lagring i form av høyenergibindinger av ATP.

Lysbilde 20

Levende vesener bruker lys og kjemisk energi for å fungere. Grønne planter - autotrofer - Syntetisere organiske forbindelser under fotosyntese ved hjelp av energi sollys. Kilden deres til karbon er karbondioksid. Mange autotrofe prokaryoter får energi i prosessen kjemosyntese– ingen oksidasjon organiske forbindelser. For dem kan energikilden være forbindelser av svovel, nitrogen og karbon. Heterotrofer bruke organiske karbonkilder, dvs. lever av ferdig organisk materiale. Blant plantene kan det være de som fôrer på en blandet måte ( mixotrofisk) - soldugg, Venus fluefanger eller til og med heterotrofisk rafflesia. Blant representantene for encellede dyr regnes grønne euglena som mixotrofer.

Lysbilde 21

Enzymer, deres kjemiske natur, rolle i metabolisme.

Enzymer er alltid spesifikke proteiner - katalysatorer. Begrepet "spesifikk" betyr at objektet som dette begrepet brukes til har unike egenskaper, egenskaper og egenskaper. Hvert enzym har slike egenskaper fordi det som regel katalyserer en viss type reaksjon. Ikke en eneste biokjemisk reaksjon i kroppen skjer uten deltakelse av enzymer. Spesifisiteten til enzymmolekylet forklares av dets struktur og egenskaper. Et enzymmolekyl har et aktivt senter, hvis romlige konfigurasjon tilsvarer den romlige konfigurasjonen til stoffene som enzymet interagerer med. Etter å ha gjenkjent substratet, samhandler enzymet med det og akselererer transformasjonen.

Enzymer katalyserer all bio kjemiske reaksjoner. Uten deres deltakelse ville frekvensen av disse reaksjonene gått ned hundretusenvis av ganger. Eksempler inkluderer reaksjoner som deltakelse av RNA-polymerase i syntesen av mRNA på DNA, effekten av urease på urea, rollen til ATP-syntetase i syntesen av ATP og andre. Merk at mange enzymer har navn som ender på "aza."

Aktiviteten til enzymer avhenger av temperatur, surhet i miljøet og mengden substrat som det interagerer med. Når temperaturen øker, øker enzymaktiviteten. Dette skjer imidlertid opp til visse grenser, fordi med nok høye temperaturer proteinet er denaturert. Miljøet som enzymer kan fungere i er forskjellig for hver gruppe. Det finnes enzymer som er aktive i et surt eller svakt surt miljø eller i et alkalisk eller lett alkalisk miljø. I et surt miljø er magesaftenzymer aktive hos pattedyr. I et litt alkalisk miljø er tarmsaftenzymer aktive. Pankreas fordøyelsesenzymet er aktivt i et alkalisk miljø. De fleste enzymer er aktive i et nøytralt miljø.

Lysbilde 22

Energimetabolisme i cellen (dissimilering)

Energimetabolisme er et sett med kjemiske reaksjoner av gradvis nedbrytning av organiske forbindelser, ledsaget av frigjøring av energi, hvorav en del brukes på syntese av ATP. Prosesser for nedbrytning av organiske forbindelser i aerobic organismer forekommer i tre stadier, som hver er ledsaget av flere enzymatiske reaksjoner.

Lysbilde 23

Første etappe – forberedende . I mage-tarmkanalen til flercellede organismer utføres det av fordøyelsesenzymer. I encellede organismer - av lysosomenzymer. På det første stadiet skjer proteinnedbrytning til aminosyrer, fett til glyserol og fettsyrer, polysakkarider til monosakkarider, nukleinsyrer til nukleotider. Denne prosessen kalles fordøyelse.

Andre fase – oksygenfri (glykolyse ). Dens biologiske betydning ligger i begynnelsen av den gradvise nedbrytningen og oksidasjonen av glukose med akkumulering av energi i form av 2 ATP-molekyler. Glykolyse skjer i cytoplasmaet til cellene. Den består av flere sekvensielle reaksjoner for å konvertere et glukosemolekyl til to molekyler pyrodruesyre (pyruvat) og to molekyler ATP, i form av hvilken en del av energien som frigjøres under glykolyse lagres: C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P > 2C3H4O3 + 2ATP. Resten av energien forsvinner som varme.

I gjær- og planteceller ( med mangel på oksygen) pyruvat brytes ned til etylalkohol og karbondioksid. Denne prosessen kalles alkoholisk gjæring .

Energien som akkumuleres under glykolyse er for lite for organismer som bruker oksygen til å puste. Derfor dannes det i musklene til dyr, inkludert mennesker, under stor belastning og mangel på oksygen melkesyre (C 3 H 6 O 3), som samler seg i form av laktat. Muskelsmerter vises. Dette skjer raskere hos utrente enn hos trente.

Tredje trinn – oksygen , bestående av to sekvensielle prosesser - Krebs-syklusen, oppkalt etter Nobelprisvinner Hans Krebs, og oksidativ fosforylering. Betydningen er at under oksygenånding oksideres pyruvat til sluttproduktene - karbondioksid og vann, og energien som frigjøres under oksidasjon lagres i form av 36 ATP-molekyler. (34 molekyler i Krebs-syklusen og 2 molekyler under oksidativ fosforylering). Denne energien for dekomponering av organiske forbindelser gir reaksjoner av deres syntese i plastisk utveksling. Oksygenstadiet oppsto etter akkumulering av en tilstrekkelig mengde molekylært oksygen i atmosfæren og utseendet til aerobe organismer.

Oksidativ fosforylering eller cellulær respirasjon forekommer på de indre membranene i mitokondriene, som elektronbærermolekyler er bygget inn i. I løpet av dette stadiet frigjøres det meste av metabolsk energi. Bærermolekyler transporterer elektroner til molekylært oksygen. Noe av energien spres som varme, og noe brukes på dannelsen av ATP.

Lysbilde 24

Total reaksjon av energimetabolisme:

C 6H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP.

Lysbilde 25

Fotosyntese og kjemosyntese

Alle levende ting trenger mat og næringsstoffer. Ved fôring bruker de energi lagret primært i organiske forbindelser - proteiner, fett, karbohydrater. Heterotrofe organismer, som allerede nevnt, bruker mat av plante- og animalsk opprinnelse, som allerede inneholder organiske forbindelser. Planter skaper organisk materiale under fotosynteseprosessen. Forskning på fotosyntese begynte i 1630 med eksperimentene til nederlenderen van Helmont. Han beviste at planter ikke henter organiske stoffer fra jorda, men lager dem selv. Joseph Priestley i 1771 beviste "korreksjon" av luft med planter. Plassert under et glassdeksel absorberte de karbondioksid frigjort av den ulmende splinten. Forskningen har fortsatt, og det er nå slått fast at fotosyntese er prosessen med dannelse av organiske forbindelser fra karbondioksid (CO 2) og vann ved hjelp av lysenergi og foregår i kloroplastene til grønne planter og de grønne pigmentene til noen fotosyntetiske bakterier.

Kloroplaster og folder i den cytoplasmatiske membranen til prokaryoter inneholder et grønt pigment - klorofyll.

Klorofyllmolekylet er i stand til å bli opphisset av sollys og donere elektronene sine og flytte dem til høyere energinivåer. Denne prosessen kan sammenlignes med å kaste en ball opp. Stigende, ballen lagres potensiell energi; faller, mister han henne. Elektronene faller ikke tilbake, men blir plukket opp av elektronbærere (NADP + - nikotinamid difosfat). I dette tilfellet blir energien de tidligere akkumulert delvis brukt på dannelsen av ATP. Hvis vi fortsetter sammenligningen med en kastet ball, kan vi si at ballen, når den faller, varmer opp det omkringliggende rommet, og en del av energien til de fallende elektronene lagres i form av ATP.

Lysbilde 26

Prosessen med fotosyntese er delt inn i reaksjoner forårsaket av lys og reaksjoner forbundet med karbonfiksering. De kalles lys Og mørk faser.

Lysbilde 27

"Lett fase"– Dette er stadiet hvor lysenergien som absorberes av klorofyll omdannes til elektrokjemisk energi i elektrontransportkjeden. Det utføres i lyset, i granmembraner med deltakelse av transportproteiner og ATP-syntetase.

Reaksjoner forårsaket av lys oppstår på de fotosyntetiske membranene til grana kloroplaster:

1) eksitasjon av klorofyllelektroner av lyskvanter og deres overgang til et høyere energinivå;

2) reduksjon av elektronakseptorer – NADP + til NADP H

2H + + 4e - + NADP + > NADP H;

3) fotolyse av vann, som forekommer med deltakelse av lyskvanter: 2H 2 O > 4H + + 4e - + O 2.

Denne prosessen foregår inne thylakoider– folder av den indre membranen til kloroplaster. Thylakoider danner grana - stabler av membraner.

Resultatene av lysreaksjoner er: fotolyse av vann med dannelse av fritt oksygen, ATP-syntese, reduksjon av NADP + til NADP H. Lys er derfor kun nødvendig for syntese av ATP og NADP-H.

Lysbilde 28

"Mørk fase"- prosessen med å konvertere CO 2 til glukose i stroma (rommet mellom grana) av kloroplaster ved å bruke energien til ATP og NADP H.

Resultatet av mørkereaksjoner er omdannelsen av karbondioksid til glukose og deretter til stivelse. I tillegg til glukosemolekyler skjer dannelsen av aminosyrer, nukleotider og alkoholer i stroma.

Lysbilde 29

Den generelle ligningen for fotosyntese er -

Lysbilde 30

Betydningen av fotosyntese.

Under prosessen med fotosyntese dannes fritt oksygen, som er nødvendig for åndedrett av organismer:

oksygen danner en beskyttende ozonskjerm som beskytter organismer mot skadelige effekter ultrafiolett stråling;

fotosyntese gir produksjon av rå organiske stoffer, og derfor mat for alle levende vesener;

fotosyntese bidrar til å redusere konsentrasjonen av karbondioksid i atmosfæren.

Lysbilde 31

Kjemosyntese- dannelse av organiske forbindelser fra uorganiske på grunn av energien til redoksreaksjoner av nitrogen-, jern- og svovelforbindelser. Det finnes flere typer kjemosyntetiske reaksjoner:

1) oksidasjon av ammoniakk til nitrogen og salpetersyre nitrifiserende bakterier:

NH3 > HNQ2 > HNO3 + Q;

2) omdannelse av jernholdig jern til jernholdig jern av jernbakterier:

Fe2+ ​​>Fe3+ + Q;

3) oksidasjon av hydrogensulfid til svovel eller svovelsyre av svovelbakterier

H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S + Q,

H 2 S + O 2 = 2H 2 SO 4 + Q.

Den frigjorte energien brukes til syntese av organiske stoffer.

Kjemosyntesens rolle. Bakterier er kjemosyntetiske stoffer og ødelegger steiner, ren avløpsvann, delta i dannelsen av mineraler.

Video "Fotosyntese"

Gå i stykker

1. Hvilke stoffer får kroppen fra eksternt miljø; utslipp til det ytre miljø?

Kroppen mottar oksygen, organiske stoffer, mineralsalter og vann fra det ytre miljøet. Det frigjør sluttproduktene av metabolisme til det ytre miljøet: karbondioksid, overflødig vann, mineralsalter, samt urea, urinsyresalter og noen andre stoffer.

2. Hvilke motsatt rettede prosesser består metabolismen av?

Avhengig av retningen til metabolske prosesser, er metabolisme delt inn i to motsatt rettede typer: anabolisme og katabolisme. Anabolisme, eller assimilering, plastisk metabolisme er et sett med prosesser for syntese av komplekse organiske stoffer fra enkle med energiforbruk. Disse stoffene er spesifikke og tjener til å bygge og fornye celler eller for ytterligere frigjøring av energi. Katabolisme (dissimilering, energimetabolisme) er et sett med reaksjoner av nedbrytning av komplekse organiske stoffer til enklere, som er ledsaget av frigjøring av energi og dens lagring i form av ATP-molekyler.

3. Forklar på hvilket grunnlag alle aminosyrer som kommer inn i kroppen vår er delt inn i utskiftbare og essensielle. Gi eksempler på disse og andre aminosyrer.

Ikke-essensielle aminosyrer (for eksempel glycin, serin) kan syntetiseres i kroppen vår fra andre aminosyrer som leveres med mat. Imidlertid kan de 12 aminosyrene vi trenger ikke syntetiseres i menneskekroppen og må være tilstede i matproteiner. Disse aminosyrene kalles essensielle (lysin, tryptofan, leucin, metionin, valin, isoleucin, treonin, fenylalanin, arginin, histidin). Det er en mnemonisk regel for å huske de 10 essensielle aminosyrene: Lisa kastet en hårføner på Tribune, edru løytnant rullet i interneringssenteret med den argentinske gitaristen.

4. Hva er defekte proteiner?

Ufullstendige matproteiner er de som mangler noen essensielle aminosyrer. Disse inkluderer for eksempel proteiner fra mais, bygg og hvete.

5. Hvorfor anbefales det ofte å spise noe søtt når en person er sliten?

Søt mat inneholder store mengder karbohydrater, som er den viktigste energikilden i kroppen. Det er spesielt nødvendig å opprettholde en optimal karbohydratbalanse i kroppen for at hjernen skal fungere, siden den kun drives av karbohydrater. Karbohydrater i kroppen vår fordøyes til glukose. Det er viktig å opprettholde blodsukkernivået på et visst nivå, kan det føre til utvikling sukkersyke, forårsaker en reduksjon et brudd nervøs aktivitet, fører til alvorlig irritabilitet, urimelig sinne, hemming og redusert ytelse.

6. Sammenlign energiverdi proteiner, fett og karbohydrater.

Når 1 g proteiner eller karbohydrater brytes ned, frigjøres 17,6 kJ energi, fett - 38,9 kJ energi, som betyr at fett er det mest energikrevende.

7. Hva er sluttproduktene av nedbrytningen av proteiner, fett og karbohydrater under metabolismen? Hva er deres fremtidige skjebne?

Proteiner, fett og karbohydrater i kroppen vår brytes ned til karbondioksid og vann. Karbondioksid elimineres gjennom lungene, overflødig vann gjennom nyrene. Nedbrytningen av aminosyrer produserer også giftig ammoniakk. I leverceller danner ammoniakk raskt urea, som skilles ut gjennom nyrene.

8. Det er kjent at en person tåler mangel på vann vanskeligere enn mangel på mat. Hvorfor? Hvor mye vann trenger en person per dag?

Vann er det stoffet som finnes mest i kroppen vår, trenger det som et medium der alle kjemiske reaksjoner finner sted. Vann er kjøretøy, overføring av løsninger av stoffer gjennom hele kroppen (blodplasma, lymfe, intercellulær væske). Vann er nødvendig for å opprettholde en konstant kroppstemperatur. Kroppen kan ikke lagre vann like godt som noen næringsstoffer, sirkulasjonen er konstant, så mangelen på vann er vanskeligere å bære enn mangelen på andre stoffer.

Et voksent menneske er omtrent 65 % vann, og et menneskelig embryo er omtrent 90 % vann. En voksens kropp mister omtrent 2,0–2,5 liter vann per dag. Vann fjernes fra kroppen gjennom nyrene (ca. 1 liter per dag), huden (0,8 liter per dag), med luftdamp gjennom lungene (0,5 liter per dag), og med avføring (0,15 liter per dag). Han bør få samme mengde totalt med drikke (1 l) og mat (1 l).

9. Hvorfor er plast- og energimetabolisme uløselig forbundet og er to sider av en enkelt prosess med metabolisme og energi?

Reaksjonene av plastisk og energimetabolisme (anabolisme og katabolisme) er motsatte sider av en enkelt metabolsk prosess. Plastiske utvekslingsreaksjoner bruker energi som frigjøres under energiutvekslingsreaksjoner. Og katabolismereaksjoner ville også være umulige uten biosyntesen av enzymer og organellstrukturer, som er sikret av anabolismeprosessene.

Metabolisme utføres konstant i cellene (metabolisme)- mangfoldige kjemiske transformasjoner som sikrer deres vekst, vital aktivitet, konstant kontakt og utveksling med miljøet. Takket være metabolisme brytes proteiner, fett, karbohydrater og andre stoffer som utgjør cellen kontinuerlig ned og syntetiseres.

Metabolisme består av to sammenkoblede prosesser som skjer samtidig i kroppen - plast Og energiutveksling.

Reaksjoner av plast Reaksjoner av plast og energimetabolisme henger sammen og utgjør i sin enhet metabolismen og transformasjonen av energi i hver celle og i kroppen som helhet.

Plast bytte

Essensen av plastutveksling er at fra enkle stoffer, kommer inn i cellen fra utsiden, dannes cellestoffer. La oss vurdere denne prosessen ved å bruke eksemplet på dannelsen av de viktigste organiske forbindelsene i cellen - proteiner.

Proteinsyntese, en kompleks flertrinnsprosess, involverer DNA, mRNA, tRNA, ribosomer, ATP og ulike enzymer. Det første stadiet av proteinsyntese er dannelsen av en polypeptidkjede fra individuelle aminosyrer arrangert i en strengt definert sekvens. hovedrollen ved å bestemme rekkefølgen av aminosyrer, dvs. Den primære strukturen til et protein tilhører DNA-molekyler. Rekkefølgen av aminosyrer i proteiner bestemmes av sekvensen av nukleotider i DNA-molekylet.

Proteinsyntese utføres på ribosomer, og informasjon om proteinets struktur krypteres i DNA som ligger i kjernen. For at et protein skal syntetiseres, må informasjon om aminosyresekvensen i dets primære struktur leveres til ribosomene. Denne prosessen inkluderer to stadier: transkripsjon og oversettelse.

Transkripsjon(bokstavelig talt - omskriving) fortsetter som en reaksjon av matrisesyntese. På en DNA-kjede, som på en mal, syntetiseres det i henhold til komplementaritetsprinsippet en mRNA-kjede, som i sin nukleotidsekvens nøyaktig kopierer (komplementært) polynukleotidkjeden til DNA, og tymin i DNA tilsvarer uracil i RNA. Messenger RNA er ikke en kopi av hele DNA-molekylet, men bare en del av det - ett gen, bærer informasjon om strukturen til proteinet som skal settes sammen.

Neste etappe begynner biosyntese- translasjon: sammenstilling av polypeptidkjeder på en mRNA-matrise. Når proteinmolekylet settes sammen, beveger ribosomet seg langs mRNA-molekylet, og beveger seg ikke jevnt, men intermitterende, triplett for triplett. Når ribosomet beveger seg langs mRNA-molekylet, leveres aminosyrer som tilsvarer trillingene av mRNA her ved hjelp av tRNA. Til hver triplett der ribosomet stopper i sin bevegelse langs det filamentøse mRNA-molekylet, festes et tRNA på en strengt komplementær måte. I dette tilfellet ender aminosyren som er bundet til tRNA-en, i det aktive sentrum av ribosomet. Her spalter spesielle ribosomale enzymer aminosyren fra tRNA og fester den til den forrige aminosyren. Etter installasjonen av den første aminosyren, flytter ribosomet en triplett, og tRNA, som forlater aminosyren, migrerer inn i cytoplasmaet etter den neste aminosyren. Ved hjelp av denne mekanismen bygges proteinkjeden opp trinn for trinn. Aminosyrer kombineres i den i strengt samsvar med plasseringen av de kodende trillingene i kjeden til mRNA-molekylet. Jo lenger ribosomet beveger seg langs mRNA, desto større er segmentet av proteinmolekylet "samlet". Når ribosomet når den motsatte enden av mRNA, er syntesen fullført. Det filamentøse proteinmolekylet skiller seg fra ribosomet. Et mRNA-molekyl kan brukes gjentatte ganger for å syntetisere polypeptider, akkurat som et ribosom. Ett mRNA-molekyl kan inneholde flere ribosomer (polyribosomer). Antallet deres bestemmes av lengden på mRNA.

Proteinbiosyntese- en kompleks flertrinnsprosess, hvor hvert ledd katalyseres av visse enzymer og tilføres energi av ATP-molekyler.

Energimetabolisme

Prosessen motsatt til syntese er dissimilering - et sett med splittende reaksjoner. Som et resultat av dissimilering frigjøres energien i de kjemiske bindingene til matstoffer. Denne energien brukes av cellen til å utføre forskjellig arbeid, inkludert assimilering. Når matstoffer brytes ned, frigjøres energi i etapper med deltagelse av en rekke enzymer. Energimetabolismen er vanligvis delt inn i tre stadier.

Første etappe- forberedende. På dette stadiet brytes komplekse høymolekylære organiske forbindelser enzymatisk ned ved hydrolyse til enklere forbindelser - monomerene de er sammensatt av: proteiner - til aminosyrer, karbohydrater - til monosakkarider (glukose), nukleinsyrer - til nukleotider, etc. På dette stadiet skiller det seg ut en liten mengde energi som forsvinner som varme.

Andre fase- oksygenfri, eller anaerob. Det kalles også anaerob respirasjon (glykolyse) eller fermentering. Glykolyse skjer i dyreceller. Det er preget av trinn, deltakelse av mer enn et dusin forskjellige enzymer og dannelsen stort nummer mellomprodukter. For eksempel, i muskler, som et resultat av anaerob respirasjon, brytes et sekskarbonmolekyl av glukose ned til 2 molekyler pyrodruesyre (C3H403), som deretter reduseres til melkesyre (C3H603). Fosforsyre og ADP deltar i denne prosessen. Det generelle uttrykket for prosessen er som følger:

C6H1 206+ 2H3P04+ 2ADP -» 2C3H603+ 2ATP + 2H20.

Under fisjonen frigjøres ca 200 kJ energi. En del av denne energien (ca. 80 kJ) brukes på syntese av to ATP-molekyler, på grunn av dette lagres 40 % av energien i form av en kjemisk binding i ATP-molekylet. De resterende 120 kJ energi (mer enn 60 %) forsvinner som varme. Denne prosessen er ineffektiv.

Under alkoholgjæring, fra ett molekyl glukose, som et resultat av en flertrinnsprosess, dannes til slutt to molekyler etylalkohol og to molekyler CO2

C6H1206+ 2H3P04+ 2ADP -> 2C2H5OH ++ 2C02+ 2ATP + 2H20.

I denne prosessen er energiuttaket (ATP) det samme som ved glykolyse. Gjæringsprosessen er en energikilde for anaerobe organismer.

Tredje trinn- oksygen, eller aerob respirasjon, eller oksygenspaltning. På dette stadiet av energimetabolisme skjer den påfølgende nedbrytningen av organiske stoffer dannet i forrige stadium ved å oksidere dem med atmosfærisk oksygen til enkle uorganiske stoffer, som er sluttproduktene - CO2 og H20. Oksygenånding er ledsaget av frigjøringen stor kvantitet energi (ca. 2600 kJ) og dens akkumulering i ATP-molekyler.

Oppsummert ser ligningen for aerob respirasjon slik ut:

2C3H603+ 602+ 36ADP -» 6C02+ 6H20 + 36ATP + 36H20.

Når to molekyler melkesyre oksideres, dannes det altså 36 energikrevende ATP-molekyler på grunn av den frigjorte energien. Følgelig spiller aerob respirasjon hovedrollen i å gi cellen energi.

Plast bytte(anabolisme, assimilering) - helheten av alle reaksjoner av biologisk syntese. Disse stoffene brukes til å bygge celleorganeller og skape nye celler under deling Plastutveksling er alltid ledsaget av absorpsjon av energi.

Energimetabolisme(katabolisme, dissimilering) - et sett med reaksjoner for nedbrytning av komplekse høymolekylære organiske stoffer - proteiner, nukleinsyrer, fett, karbohydrater til enklere, lavmolekylære. I dette tilfellet, energien som finnes i de kjemiske bindingene av store organiske molekyler. Den frigjorte energien lagres i form av energirike fosfatbindinger av ATP.

En organisme kan defineres som et fysisk-kjemisk system som eksisterer i miljøet i en stasjonær tilstand.

For første gang ideen om at det indre miljøets stabilitet sikrer optimale forhold for liv og reproduksjon av organismer, ble uttrykt i 1857 av den franske fysiologen Claude Bernard. I 1932 laget den amerikanske fysiologen Walter Cannon begrepet homeostase ( fra gresk homoios - det samme, stasis - tilstand) for å bestemme mekanismene som opprettholder "konstansen til det indre miljøet." Funksjonen til homeostatiske mekanismer er at de opprettholder stabiliteten i det cellulære miljøet og derved sikrer organismens uavhengighet fra det ytre miljø – i den grad disse mekanismene er effektive. Uavhengig av forholdene miljø er en indikator på suksess i livet, og på dette grunnlaget bør pattedyr betraktes som en vellykket klasse: de er i stand til å opprettholde et relativt konstant aktivitetsnivå til tross for svingninger i ytre forhold.

For å sikre mer eller mindre stabil aktivitet i kroppen, er regulering nødvendig på alle nivåer - fra molekylært til populasjon. Dette krever bruk av en rekke biokjemiske, fysiologiske og atferdsmessige mekanismer som passer best til nivået av kompleksitet og livsstil til arten, og i alle disse henseender er pattedyr bedre rustet enn protozoer.

Det indre miljøet i kroppen og dens regulering kan vurderes på to nivåer - på cellenivå og på vevsnivå.

Ved hjelp av pust og sirkulasjonssystemer konstante nivåer av oksygen, karbondioksid og metabolitter reguleres i Internt miljø kropp.

Termoregulering

Varm- en form for energi som er svært viktig for vedlikehold av levende systemer. Alle levende systemer krever en kontinuerlig tilførsel av varme for å forhindre nedbrytning og død. Den viktigste varmekilden for alle levende vesener er solenergi. Solstråling blir til en eksogen (plassert utenfor kroppen) varmekilde i alle tilfeller når den faller på kroppen og absorberes av den. Styrke og art av påvirkning solstråling kommer an på geografisk plassering og er viktige faktorer, som bestemmer klimaet i regionen. Klimaet bestemmer på sin side tilstedeværelsen og overflod av plante- og dyrearter i et gitt område.

Alle dyr får varme fra to kilder – direkte fra det ytre miljø og fra kjemiske underlag som gjennomgår nedbrytning i celler. Fugler og pattedyr er i stand til å opprettholde en ganske konstant kroppstemperatur uavhengig av miljøet. De kalles homeotermisk, eller varmblodig. Derimot er alle virvelløse dyr og lavere virveldyr poikilotermiske, siden de ikke kan opprettholde en konstant kroppstemperatur, er relativt lite avhengige av eksterne varmekilder, siden de på grunn av deres høye metabolske hastighet produserer en tilstrekkelig mengde varme som kan lagres. . Siden disse dyrene eksisterer pga interne kilder varme, kalles de også endotermisk.

Metabolisme (metabolisme)- dette er totalen av alle kjemiske reaksjoner som oppstår i kroppen. Alle disse reaksjonene er delt inn i 2 grupper

1. Plastbytte(assimilering, anabolisme, biosyntese) - dette er når fra enkle stoffer med energiforbruk dannes (syntetiseres) mer kompleks. Eksempel:

• Under fotosyntesen syntetiseres glukose fra karbondioksid og vann.

2. Energimetabolisme(dissimilering, katabolisme, respirasjon) - dette er når komplekse stoffer desintegreres (oksidere) til enklere, og samtidig energi frigjøres, nødvendig for livet. Eksempel:

• I mitokondrier oksideres glukose, aminosyrer og fettsyrer av oksygen til karbondioksid og vann, som produserer energi (cellulær respirasjon)

Forholdet mellom plast og energimetabolisme

• Plastmetabolisme gir cellen komplekse organiske stoffer (proteiner, fett, karbohydrater, nukleinsyrer), inkludert enzymproteiner for energiomsetning.
• Energimetabolisme gir cellen energi. Når du utfører arbeid (mentalt, muskulært, etc.), øker energiomsetningen.

ATP– cellens universelle energisubstans (universell energiakkumulator). Det dannes i prosessen med energimetabolisme (oksidasjon av organiske stoffer).

• Under energimetabolismen brytes alle stoffer ned, og ATP syntetiseres. Samtidig er energien til de kjemiske bindingene til de oppløste komplekse stoffer blir til ATP-energi energi lagres i ATP.
• Under plastisk metabolisme syntetiseres alle stoffer, og ATP brytes ned. Hvori ATP-energi forbrukes(ATP-energi omdannes til energien til kjemiske bindinger av komplekse stoffer og lagres i disse stoffene).

Velg ett, det mest riktige alternativet. Under prosessen med plastutveksling
1) mer komplekse karbohydrater syntetiseres fra mindre komplekse
2) fett omdannes til glyserol og fettsyrer
3) proteiner oksideres for å danne karbondioksid, vann og nitrogenholdige stoffer
4) energi frigjøres og ATP syntetiseres

Svar

Velg tre alternativer. Hvordan skiller plastisk metabolisme seg fra energimetabolisme?
1) energi lagres i ATP-molekyler
2) energien som er lagret i ATP-molekyler forbrukes
3) organiske stoffer syntetiseres
4) organiske stoffer brytes ned
5) sluttprodukter av metabolisme - karbondioksid og vann
6) som et resultat av utvekslingsreaksjoner dannes proteiner

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. I prosessen med plastisk metabolisme syntetiseres molekyler i celler
1) proteiner
2) vann
3) ATP
4) uorganiske stoffer

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Hva er forholdet mellom plastisk og energiomsetning?
1) plastisk metabolisme leverer organiske stoffer til energi
2) energiomsetningen leverer oksygen til plast
3) plastisk metabolisme leverer mineraler til energi
4) plastisk metabolisme leverer ATP-molekyler for energi

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. I prosessen med energimetabolisme, i motsetning til plast, er det
1) forbruk av energi i ATP-molekyler
2) energilagring i høyenergibindinger av ATP-molekyler
3) forsyne celler med proteiner og lipider
4) forsyne celler med karbohydrater og nukleinsyrer

Svar

1. Etabler samsvar mellom egenskapene til utveksling og dens type: 1) plastisk, 2) energisk. Skriv nummer 1 og 2 i riktig rekkefølge.
A) oksidasjon av organiske stoffer
B) dannelse av polymerer fra monomerer
B) ATP-sammenbrudd
D) energilagring i cellen
D) DNA-replikasjon
E) oksidativ fosforylering

Svar

2. Etabler samsvar mellom egenskapene til metabolisme i en celle og dens type: 1) energi, 2) plast. Skriv tallene 1 og 2 i den rekkefølgen som tilsvarer bokstavene.
A) oksygenfri nedbrytning av glukose skjer
B) forekommer på ribosomer, i kloroplaster
B) sluttprodukter av metabolisme - karbondioksid og vann
D) organiske stoffer syntetiseres
D) energien som finnes i ATP-molekyler brukes
E) energi frigjøres og lagres i ATP-molekyler

Svar

3. Etabler samsvar mellom tegnene på menneskelig metabolisme og dens typer: 1) plastisk metabolisme, 2) energimetabolisme. Skriv nummer 1 og 2 i riktig rekkefølge.
A) stoffer oksideres
B) stoffer syntetiseres
B) energi lagres i ATP-molekyler
D) energi forbrukes
D) ribosomer er involvert i prosessen
E) mitokondrier er involvert i prosessen

Svar

4. Etabler samsvar mellom egenskapene til metabolisme og dens type: 1) energisk, 2) plastisk. Skriv tallene 1 og 2 i den rekkefølgen som tilsvarer bokstavene.
A) DNA-replikasjon
B) proteinbiosyntese
B) oksidasjon av organiske stoffer
D) transkripsjon
D) ATP-syntese
E) kjemosyntese

Svar

5. Etabler samsvar mellom egenskapene og typene av utveksling: 1) plast, 2) energi. Skriv tallene 1 og 2 i den rekkefølgen som tilsvarer bokstavene.
A) energi er lagret i ATP-molekyler
B) biopolymerer syntetiseres
B) karbondioksid og vann dannes
D) oksidativ fosforylering oppstår
D) DNA-replikasjon skjer

Svar

Velg tre prosesser relatert til energimetabolisme.
1) frigjøring av oksygen til atmosfæren
2) dannelse av karbondioksid, vann, urea
3) oksidativ fosforylering
4) glukosesyntese
5) glykolyse
6) fotolyse av vann

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Energien som kreves for muskelsammentrekning frigjøres når
1) nedbrytning av organiske stoffer i fordøyelsesorganene
2) irritasjon av muskelen ved nerveimpulser
3) oksidasjon av organiske stoffer i muskler
4) ATP-syntese

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Som et resultat av hvilken prosess syntetiseres lipider i en celle?
1) dissimilering
2) biologisk oksidasjon
3) plastbytte
4) glykolyse

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Betydningen av plastisk metabolisme er tilførsel av kroppen
1) mineralsalter
2) oksygen
3) biopolymerer
4) energi

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Oksidasjon av organiske stoffer i menneskekroppen skjer i
1) lungebobler under pusting
2) kroppsceller i ferd med plastisk metabolisme
3) prosessen med å fordøye mat i fordøyelseskanalen
4) kroppsceller i ferd med energimetabolisme

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Hvilke metabolske reaksjoner i en celle er ledsaget av energiforbruk?
1) forberedende stadium av energimetabolisme
2) melkesyregjæring
3) oksidasjon av organiske stoffer
4) plastbytte

Svar

1. Etabler samsvar mellom prosessene og komponentene i metabolismen: 1) anabolisme (assimilering), 2) katabolisme (dissimilering). Skriv nummer 1 og 2 i riktig rekkefølge.
A) gjæring
B) glykolyse
B) puste
D) proteinsyntese
D) fotosyntese
E) kjemosyntese

Svar

2. Etablere samsvar mellom egenskapene og metabolske prosesser: 1) assimilering (anabolisme), 2) dissimilering (katabolisme). Skriv tallene 1 og 2 i den rekkefølgen som tilsvarer bokstavene.
A) syntese av organiske stoffer i kroppen
B) inkluderer forberedende stadium, glykolyse og oksidativ fosforylering
C) den frigjorte energien lagres i ATP
D) Det dannes vann og karbondioksid
D) krever energiforbruk
E) forekommer i kloroplaster og på ribosomer

Svar

Velg to riktige svar av fem og skriv ned tallene de er angitt under. Metabolisme er en av hovedegenskapene til levende systemer; det er preget av det som skjer
1) selektiv respons på ytre påvirkninger miljø
2) endringer i intensiteten av fysiologiske prosesser og funksjoner med forskjellige perioder med svingninger
3) overføring fra generasjon til generasjon av skilt og egenskaper
4) absorpsjon av nødvendige stoffer og utslipp av avfallsprodukter
5) opprettholde en relativt konstant fysisk og kjemisk sammensetning av det indre miljøet

Svar

1. Alle unntatt to av de følgende begrepene brukes for å beskrive plastutveksling. Identifiser to termer som "faller ut" fra den generelle listen og skriv ned tallene de er angitt under.
1) replikering
2) duplisering
3) kringkasting
4) translokasjon
5) transkripsjon

Svar

2. Alle begrepene som er listet opp nedenfor, bortsett fra to, brukes til å beskrive plastisk metabolisme i en celle. Identifiser to konsepter som "faller ut" fra den generelle listen og skriv ned tallene de er angitt under.
1) assimilering
2) dissimilering
3) glykolyse
4) transkripsjon
5) kringkasting

Svar

3. Begrepene som er oppført nedenfor, bortsett fra to, brukes for å karakterisere plastbytte. Identifiser to termer som mangler på den generelle listen og skriv ned tallene de er angitt under.
1) splitting
2) oksidasjon
3) replikering
4) transkripsjon
5) kjemosyntese

Svar

Velg ett, det mest riktige alternativet. Den nitrogenholdige basen adenin, ribose og tre fosforsyrerester er inkludert i sammensetningen
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) ekorn

Svar

Alle tegnene nedenfor, bortsett fra to, kan brukes til å karakterisere energimetabolismen i en celle. Identifiser to egenskaper som "faller ut" fra den generelle listen, og skriv ned tallene de er angitt under i svaret ditt.
1) kommer med energiabsorpsjon
2) ender i mitokondrier
3) ender i ribosomer
4) ledsaget av syntese av ATP-molekyler
5) ender med dannelsen av karbondioksid

Svar

Finn tre feil i den gitte teksten. Angi numrene på forslagene de er fremsatt i.(1) Metabolisme, eller metabolisme, er et sett av reaksjoner av syntese og nedbrytning av celle- og kroppsstoffer assosiert med frigjøring eller absorpsjon av energi. (2) Settet med reaksjoner for syntese av høymolekylære organiske forbindelser fra lavmolekylære forbindelser omtales som plastisk utveksling. (3) I plastiske utvekslingsreaksjoner syntetiseres ATP-molekyler. (4) Fotosyntese er klassifisert som energimetabolisme. (5) Som et resultat av kjemosyntese syntetiseres organiske stoffer fra uorganiske ved bruk av solens energi.

Svar

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Mikrobiologi: forelesningsnotater Ksenia Viktorovna Tkachenko

4. Typer plastutveksling

4. Typer plastutveksling

Hovedtypene for plastbytte er:

1) protein;

2) karbohydrater;

3) lipid;

4) nuklein.

Proteinmetabolisme er preget av katabolisme og anabolisme. I prosessen med katabolisme bryter bakterier ned proteiner under påvirkning av proteaser for å danne peptider. Under virkningen av peptidaser dannes aminosyrer fra peptider.

Nedbryting av proteiner under aerobe forhold kalles ulming, og under anaerobe forhold kalles det forråtnelse.

Som et resultat av nedbrytningen av aminosyrer mottar cellen ammoniumioner som er nødvendige for dannelsen av sine egne aminosyrer. Bakterieceller i stand til å syntetisere alle de 20 aminosyrene. De ledende er alanin, glutamin, asparagin. De er involvert i prosessene med transaminering og transaminering. I proteinmetabolisme råder synteseprosesser over nedbrytning, og energiforbruk oppstår.

I karbohydratmetabolisme hos bakterier råder katabolisme over anabolisme. Komplekse karbohydrater det ytre miljøet kan bare brytes ned av bakterier som skiller ut enzymer – polysakkaridaser. Polysakkarider brytes ned til disakkarider, som under påvirkning av oligosakkaridaser brytes ned til monosakkarider, og bare glukose kan komme inn i cellen. En del av det går til syntesen av sine egne polysakkarider i cellen, den andre delen gjennomgår ytterligere nedbrytning, som kan gå langs to veier: langs veien for anaerob nedbrytning av karbohydrater - gjæring (glykolyse) og under aerobe forhold - langs banen av forbrenning.

Avhengig av sluttproduktene skilles de følgende typer gjæring:

1) alkohol (typisk for sopp);

2) propionsyre (karakteristisk for clostridia, propioniske bakterier);

3) melkesyre (karakteristisk for streptokokker);

4) smørsyre (karakteristisk for sarcinas);

5) butyldenglykol (karakteristisk for basiller).

Sammen med den viktigste anaerobe nedbrytningen (glykolyse), kan det være hjelpeveier for nedbrytning av karbohydrater (pentosefosfat, ketodeoksyfosfoglukonat, etc.). De er forskjellige i nøkkelprodukter og reaksjoner.

Lipidmetabolisme utføres ved hjelp av enzymer - lipoproteinaser, leticinaser, lipaser, fosfolipaser.

Lipaser katalyserer nedbrytningen av nøytrale fettsyrer, det vil si at de er ansvarlige for spaltningen av disse syrene fra glyserol. Når fettsyrer brytes ned, lagrer cellen energi. Det endelige nedbrytningsproduktet er acetyl-CoA.

Lipidbiosyntese utføres av acetyl-overføringsproteiner. I dette tilfellet overføres acetylresten til glycerofosfat med dannelse av fosfatidinsyrer, og de går allerede inn i kjemiske reaksjoner for å danne estere med alkoholer. Disse transformasjonene ligger til grunn for syntesen av fosfolipider.

Bakterier er i stand til å syntetisere både mettede og umettede fettsyrer, men syntesen av sistnevnte er mer typisk for aerobe, siden den krever oksygen.

Nukleinutvekslingen av bakterier er assosiert med genetisk utveksling. Syntesen av nukleinsyrer er viktig for prosessen med celledeling. Syntese utføres ved bruk av enzymer: restriksjonsenzym, DNA-polymerase, ligase, DNA-avhengig RNA-polymerase.

Restriksjonsenzymer kutter ut deler av DNA, fjerner uønskede innlegg, og ligaser sikrer tverrbinding av fragmenter nukleinsyre. DNA-polymeraser er ansvarlige for replikasjonen av datter-DNA fra moder-DNA. DNA-avhengige RNA-polymeraser er ansvarlige for transkripsjon og utfører konstruksjonen av RNA på en DNA-mal.

Fra boken On the Origin of Species by Natural Selection or the Preservation of Favoured Breeds in the Struggle for Life av Darwin Charles

Artene til de større slektene varierer hyppigere i hvert land enn artene til de mindre slektene. Hvis plantene i et hvilket som helst land, beskrevet i en "Flora", er delt inn i to like grupper, slik at en av dem inkluderer representanter for betydelig større slekter (dvs. slekter inkludert

Fra boken The Health of Your Dog forfatter Baranov Anatoly

Om den langsomme og gradvise fremveksten av nye arter. – Om de forskjellige endringshastighetene deres. – Arter som en gang er utdødd, dukker ikke opp igjen. – Grupper av arter følger de samme reglene i utseende og forsvinning som individuelle arter. La oss nå se om de er enige

Fra boken Treatment of Dogs: A Veterinarian's Handbook forfatter Arkadyeva-Berlin Nika Germanovna

Metabolske sykdommer Sykdommer assosiert med metabolske forstyrrelser hos hunder er ganske mange. Årsak - brudd genetisk informasjon, som et resultat av at genene som er ansvarlige for reproduksjonen av proteiner i kroppen ikke gir normal syntese

Fra boken Dog Diseases (ikke-smittsom) forfatter Panysheva Lidiya Vasilievna

Metabolske sykdommer Fedme I tillegg til klinikken for disse sykdommene, gir dette kapittelet metoder for symptomatisk behandling av forstørrede lymfeknuter og kritiske tilstander forbundet med: a) feber b) hypotermi

Fra boken Age Anatomy and Physiology forfatter Antonova Olga Alexandrovna

Sykdommer på grunn av metabolske forstyrrelser L. V. Panasheva Metabolisme representerer to motstridende prosesser: assimilering og dissimilering. Assimilering er gjenskaping av stoffer som er nødvendige for dannelse og fornyelse av celler og vev - syntesen av levende

Fra boken Stopp, hvem leder? [Biologi for atferd til mennesker og andre dyr] forfatter Zjukov. Dmitry Anatolyevich

Emne 10. ALDER STREKK VED METABOLISME OG ENERGI 10.1. Kjennetegn på metabolske prosesser Metabolisme og energi er grunnlaget for de vitale prosessene i kroppen. I menneskekroppen, i dens organer, vev, celler, er det en kontinuerlig synteseprosess, dvs.

Fra boken Biologisk kjemi forfatter Lelevich Vladimir Valeryanovich

10.2. Grunnleggende former for metabolisme i kroppen

Fra forfatterens bok

10.3. Aldersegenskaper energimetabolisme Selv under forhold med fullstendig hvile, bruker en person en viss mengde energi: kroppen bruker kontinuerlig energi på fysiologiske prosesser som ikke stopper i et minutt. Minimum for kroppen

Fra forfatterens bok

Humoral påvirkning på ulike stadier av karbohydratmetabolismen La oss se på transformasjonene av karbohydrater som kommer inn i kroppen med mat (fig. 2.11). Ris. 2.11. Diagram over transformasjonen av karbohydrater i kroppen (E står for "energi"). Inntreden av glukose i blodet skjer som et resultat av

Fra forfatterens bok

Nivåer av studie av metabolisme Nivåer av studie av metabolisme:1. Hele organismen.2. Isolerte organer (perfusert).3. Vevsseksjoner.4. Cellekulturer.5. Vev homogeniserer.6. Isolerte cellulære organeller.7. Molekylært nivå (rensede enzymer, reseptorer og

Fra forfatterens bok

Energimetabolismeforstyrrelser Alle levende celler krever konstant ATP for å utføre forskjellige typer aktiviteter. Forstyrrelse av ethvert stadium av metabolisme, som fører til opphør av ATP-syntese, er dødelig for cellen. Stoffer med høy energi

Fra forfatterens bok

Regulering av utveksling av kalsium og fosfationer Kalsium og fosfater er strukturelle komponenter beinvev. Kalsiumioner er involvert i blodpropp, muskelsammentrekning, nerveimpulsledning, påvirker driften av ionepumper og fremmer sekresjon

Fra forfatterens bok

Forstyrrelser i glykogenmetabolismen Glykogensykdommer er en gruppe arvelige lidelser basert på en reduksjon eller fravær av aktivitet av enzymer som katalyserer reaksjoner av glykogensyntese eller nedbrytning. Disse lidelsene inkluderer glykogenose og

Fra forfatterens bok

Veier for aminosyremetabolisme i vev Aminosyrer er bifunksjonelle forbindelser som inneholder en amin- og karboksylgruppe. Reaksjoner i disse gruppene er felles for ulike aminosyrer. Disse inkluderer: 1. på amingruppen – deamineringsreaksjoner og

Fra forfatterens bok

Forstyrrelser i fenylalanin- og tyrosinmetabolismen Fenylketonuri i leveren friske mennesker en liten del av fenylalanin (opptil 10%) omdannes til fenyllaktat og fenylacetylglutamin. Denne veien for fenylalaninkatabolisme blir den viktigste når hovedveien forstyrres - konverteringen til

Fra forfatterens bok

Forstyrrelser i nukleotidmetabolismen Xanthinuria Xanthinuria er en arvelig enzymopati assosiert med en defekt i xanthinoksidase, som fører til nedsatt katabolisme av puriner til urinsyre. En 10 ganger reduksjon i urinnivåer kan observeres i blodplasma og urin.