Нормативні документи 

Акумулятор енергії в клітині. Акумулятори енергії в організмі. Навчальні та виховні цілі

Універсальний біологічний акумулятор енергії. Світлова енергія Сонця і енергія, ув'язнена в споживаної їжі, запасається в молекулах АТФ. Запас АТФ в клітці невеликий. Так, в м'язі запасу АТФ вистачає на 20-30 скорочень. При посиленою, але короткочасною роботі м'язи працюють виключно за рахунок розщеплення міститься в них АТФ. Після закінчення роботи людина посилено дихає - в цей період відбувається розщеплення вуглеводів та інших речовин (відбувається накопичення енергії) і запас АТФ в клітинах відновлюється.

18. КЛЕТКА

Еукаріоти (евкаріот) (від грец. Eu - добре, повністю і karyon - ядро), організми (все, крім бактерій, включаючи ціанобактерії), що володіють, на відміну від прокаріотів, оформленим клітинним ядром, відмежовані від цитоплазми ядерною оболонкою. Генетичний матеріал укладений в хромосомах. Клітини еукаріоти мають мітохондрії, пластиди та інші органели. Характерний статевий процес.

19. КЛЕТКА, Елементарна жива система, основа будови і життєдіяльності всіх тварин і рослин. Клітини існують як самостійні організми (напр., Найпростіші, бактерії) і в складі багатоклітинних організмів, в яких є статеві клітини, що служать для розмноження, і клітини тіла (соматичні), різні за будовою і функціями (напр., Нервові, кісткові, м'язові , секреторні). Розміри клітини варіюють в межах від 01-025 мкм (деякі бактерії) до 155 мм (яйце страуса в шкаралупі).

У людини в організмі новонародженого ок. 2 · 1012. У кожній клітині розрізняють 2 основні частини: ядро ​​і цитоплазму, в якій містяться органели і включення. Клітини рослин, як правило, покриті твердою оболонкою. Наука про клітині - цитологія.

Прокаріоти (від лат. Pro - вперед, замість і грец. Karyon - ядро), організми, що не володіють, на відміну від еукаріот, оформленим клітинним ядром. Генетичний матеріал у вигляді кільцевої ланцюга ДНК лежить вільно в нуклеотиде і не утворює справжніх хромосом. Типовий статевий процес відсутній. До прокаріотів відносяться бактерії, в т. Ч. Ціанобактерії (синьо-зелені водорості). В системі органічного світу прокаріоти складають надцарство.

20. плазматичноїмембрани(Клітинна мембрана, плазмалемма), біологічна мембрана, що оточує протоплазму рослинних і тваринних клітин. Бере участь в регуляції обміну речовин між клітиною і навколишнім середовищем.

21. Клітинних ВКЛЮЧЕННЯ- скупчення запасних поживних речовин: білків, жирів і вуглеводів.

22. ГОЛЬДЖИ АППАРТ(Гольджі комплекс) (по імені К. Гольджі), органоид клітини, що бере участь у формуванні продуктів її життєдіяльності (різних секретів, колагену, глікогену, ліпідів та ін.), В синтезі глікопротеїдів.

23 ЛІЗОСОМИ(Від ліз. І грец. Soma - тіло), клітинні структури, що містять ферменти, здатні розщеплювати (лизировать) білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди. Беруть участь у внутрішньоклітинному перетравленні речовин, що надходять в клітину шляхом фагоцитозу і піноцитозу.

24. МІТОХОНДРІЙоточені зовнішньої мембраною і, отже, вже є компартментом, будучи відокремленими від навколишнього цитоплазми; крім того, внутрішній простір мітохондрій також розділити на два компартмента за допомогою внутрішньої мембрани. Зовнішня мембрана мітохондрій дуже схожа за складом на мембрани ендоплазматичної мережі; внутрішня мембрана мітохондрій, утворює складки (Крісті), дуже багата білками - мабуть, ця одна з найбільш насичених білками мембран в клітині; серед них білки «дихальної ланцюга», що відповідають за перенесення електронів; білки-переносники для АДФ, АТФ, кисню, СО у деяких органічних молекул і іонів. Продукти гліколізу, що надходять в мітохондрії з цитоплазми, окислюються у внутрішньому відсіку мітохондрій.

Білки, що відповідають за перенесення електронів, розташовані в мембрані так, що в процесі перенесення електронів протони викидаються по одну сторону мембрани - вони потрапляють в простір між зовнішньою і внутрішньою мембраною і накопичуються там. Це призводить до виникнення електрохімічного потенціалу (внаслідок різниці в концентрації і зарядах). Ця різниця підтримується завдяки найважливішого властивості внутрішньої мембрани мітохондрії - вона непроникна для протонів. Тобто при звичайних умовах самі по собі протони пройти крізь цю мембрану не можуть. Але в ній є особливі білки, точніше білкові комплекси, що складаються з багатьох білків і формують канал для протонів. Протони проходять через цей канал під дією рушійної сили електрохімічного градієнта. Енергія цього процесу використовується ферментом, що містяться в тих же самих білкових комплексах і здатним приєднати фосфатну групу до аденозиндифосфату (АДФ), що і призводить до синтезу АТФ.

Мітохондрія, таким чином, виконує в клітині роль «енергетичної станції». Принцип утворення АТФ в хлоропластах клітин рослин в загальному той же - використання протонного градієнта і перетворення енергії електрохімічного градієнта в енергію хімічних зв'язків.

25. пластид(Від грец. Plastos - виліплений), цитоплазматические органели рослинних клітин. Нерідко містять пігменти, що зумовлюють забарвлення пластиди. У вищих рослин зелені пластиди - хлоропласти, безбарвні - лейкопласти, по-різному забарвлені - хромопласти; у більшості водоростей пластиди називають хроматофорами.

26. ЯДРО- найбільш важлива частина клітини. Воно покрито двухмембраннойоболонкою з порами, через які одні речовини проникають в ядро, а інші надходять в цитоплазму. Хромосоми - основні структури ядра, носії спадкової інформації про ознаки організму. Вона передається в процесі розподілу материнської клітини дочірнім клітинам, а з статевими клітинами - дочірнім організмам. Ядро - місце синтезу ДНК, іРНК. рРНК.

28. ФАЗИ мітозу(Профази, мета-фаза, анафаза, телофаза) - ряд послідовних змін в клітці: а) спирализация хромосом, розчинення ядерної оболонки та ядерця; б) формування веретена поділу, розташування хромосом в центрі клітини, приєднання до них ниток веретена поділу; в) розбіжність хроматид до протилежних полюсів клітини (вони стають хромосомами);

г) формування клітинної перегородки, поділ цитоплазми і її органоидов, освіту ядерної оболонки, поява двох клітин з однієї з однаковим набором хромосом (по 46 в материнської і дочірніх клітинах людини).

Практичне заняття № 15.

Завдання до заняття № 15.

Тема: ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ОБМІН.

Актуальність теми.

Біологічне окислення - сукупність протікають в кожній клітині ферментативних процесів, в результаті яких молекули вуглеводів, жирів і амінокислот розщеплюються, в кінцевому рахунку, до вуглекислоти і води, а звільняється енергія запасається клітиною у вигляді аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ) і потім використовується в життєдіяльності організму ( біосинтез молекул, процес ділення клітин, скорочення м'язів, активний транспорт, продукція тепла і ін.). Лікар повинен знати про існування гіпоенергетіческое станів, при яких знижується синтез АТФ. При цьому страждають всі процеси життєдіяльності, які протікають з використанням енергії, запасеної у вигляді макроергічних зв'язків АТФ. Найбільш поширена причина гіпоенергетіческое станів - гіпоксія тканин, Пов'язана зі зниженням концентрації кисню в повітрі, порушенням роботи серцево-судинної і дихальної систем, анемії різного походження. Крім того, причиною гіпоенергетіческое станів можуть бути гіповітаміноз, Пов'язані з порушенням структурного і функціонального стану ферментних систем, що беруть участь в процесі біологічного окислення, а також голодування, Яке призводить до відсутності субстратів тканинного дихання. Крім того, в процесі біологічного окислення утворюються активні форми кисню, які запускають процеси перекисного окисленняліпідів біологічних мембран. Необхідно знати механізми захисту організму від даних форм (ферменти, лікарські препарати, які надають мембраностабілізуючу дію - антиоксиданти).

Навчальні та виховні цілі:

Загальна мета заняття: прищепити знання про протікання біологічного окислення, в результаті якого утворюється до 70-8-% енергії у вигляді АТФ, а також про утворення активних форм кисню і їх шкідливої ​​дії на організм.

Приватні цілі: вміти визначати пероксидазу в хроні, картоплі; активність сукцинатдегідрогенази м'язів.



1. Вхідний контроль знань:

1.1. Тести.

1.2. Усне опитування.

2. Основні питання теми:

2.1. Поняття про обмін речовин. Анаболічні і катаболические процеси і їх взаємозв'язок.

2.2. Макроергічні з'єднання. АТФ - універсальний акумулятор і джерело енергії в організмі. Цикл АТФ-АДФ. Енергетичний заряд клітини.

2.3. Етапи обміну речовин. Біологічне окислення (тканинне дихання). Особливості біологічного окислення.

2.4. Первинні акцептори протонів водню і електронів.

2.5. Організація дихального ланцюга. Переносники в дихальної ланцюга (ЦПЕ).

2.6. Окислювальне фосфорилювання АДФ. Механізм сполучення окислення і фосфорилювання. Коефіцієнт окисного фосфорилювання (Р / О).

2.7. Дихальний контроль. Роз'єднання дихання (окислення) і фосфорилювання (вільне окислення).

2.8. Освіта токсичних форм кисню в ЦПЕ і знешкодження перекису водню ферментом пероксидазою.

Лабораторно-практичні роботи.

3.1. Методика визначення пероксидази в хроні.

3.2. Методика визначення пероксидази в картоплі.

3.3. Визначення активності сукцинатдегідрогенази м'язів і конкурентне гальмування її активності.

Вихідний контроль.

4.1. Тести.

4.2. Ситуаційні завдання.

5. Література:

5.1. Матеріали лекцій.

5.2. Миколаїв А.Я. Біологічна хімія.-М .: Вища школа, 1989., З 199-212, 223-228.

5.3. Березів Т.Т., Коровкін Б.Ф. Біологічна хімія. - М .: Медицина, 1990.С.224-225.

5.4. Кушманова О.Д., Івченко Г.М. Керівництво до практичних занять з біохіміі.- М .: Медицина, 1983, раб. 38.

2. Основні питання теми.

2.1. Поняття про обмін речовин. Анаболічні і катаболические процеси і їх взаємозв'язок.

Живі організми знаходяться в постійній і нерозривному зв'язку з навколишнім середовищем.

Цей зв'язок здійснюється в процесі обміну речовин.

Обмін речовин (метаболізм) – сукупність всіх реакцій в організмі.

Проміжний обмін (внутрішньоклітинний метаболізм) - включає 2 типи реакцій: катаболізм і анаболізм.

катаболізм- процес розщеплення органічних речовин до кінцевих продуктів (СО 2, Н 2 О і сечовини). В цей процес включаються метаболіти, які утворюються як при травленні, так і при розпаді структурно-функціональних компонентів клітин.

Процеси катаболізму в клітинах організму супроводжуються споживанням кисню, який необхідний для реакцій окиснення. В результаті реакцій катаболізму відбувається виділення енергії (екзергонічеськие реакції), яка необхідна організму для його життєдіяльності.

анаболизм- синтез складних речовин з простих. У анаболічних процесах використовується енергія, що звільняється при катаболизме (ендергонічеськие реакції).

Джерелами енергії для організму є білки, жири і вуглеводи. Енергія, укладена в хімічних зв'язках цих сполук, в процесі фотосинтезу трансформувалася з сонячної енергії.

Макроергічні з'єднання. АТФ - універсальний акумулятор і джерело енергії в організмі. Цикл АТФ-АДФ. Енергетичний заряд клітини.

АТФ– є макроергічних сполук, що містить макроергічні зв'язку; при гідролізі кінцевий фосфатного зв'язку виділяється близько 20 кдж / моль енергії.

До макроергічних сполук відносяться ГТФ, ЦТФ, УТФ, креатинфосфат, карбамоілфосфат і ін. Вони використовуються в організмі для синтезу АТФ. Наприклад, ГТФ + АДФ à ГДФ + АТФ

Цей процес називається субстратне фосфорилювання- екзоргоніческіе реакції. У свою чергу всі ці макроергічні сполуки утворюються при використанні вільної енергії кінцевий фосфатної групи АТФ. Нарешті, енергія АТФ використовується для здійснення різних видів робіт в організмі:

Механічної (м'язове скорочення);

Електричної (проведення нервового імпульсу);

Хімічної (синтез речовин);

Осмотичної (активний транспорт речовин через мембрану) - ендергонічеськие реакції.

Таким чином, АТФ головний, безпосередньо використовується донор енергії в організмі. АТФ займає центральне місце між ендергонічеськие і екзергонічеськие реакціями.

В організмі людини утворюється кількість АТФ, рівне масі тіла та за кожні 24 години вся ця енергія руйнується. 1 молекула АТФ «живе» в клітці близько хвилини.

Використання АТФ як джерела енергії можливо тільки за умови безперервного синтезу АТФ з АДФ за рахунок енергії окислення органічних сполук. Цикл АТФ-АДФ - основний механізм обміну енергії в біологічних системах, а АТФ - універсальна «енергетична валюта».

Кожна клітина має електричним зарядом, що дорівнює

[АТФ] + ½ [АДФ]

[АТФ] + [АДФ] + [АМФ]

Якщо заряд клітини дорівнює 0,8-0,9, то в клітці весь аденіловий фонд представлений у вигляді АТФ (клітина насичена енергією і процес синтезу АТФ не відбувається).

У міру використання енергії, АТФ перетворюється в АДФ, заряд клітини стає рівним 0, автоматично починається синтез АТФ.

Частина 1. Мітохондрії еукаріот.

У біблії записано, що людину ( Homo sapiens ) Створили Боги за своїм образом і подобою. Хоча багато в чому обмежили, але творче начало не позбавили. Вже зараз людина створює роботів для полегшення своєї праці, різні машини і пристрої, які не вічні так само, як і він сам. Джерелом енергії цих машин є зарядний пристрій, акумулятор, батарейка, їх пристрій нам зараз добре знайоме. А чи знаємо ми, як влаштовано наше зарядний пристрій, енергетична станція людини?

Отже, мітохондрії еукаріотів і їх роль в організмі людини.
Почати слід з того, що мітохондрії є енергетичної станцією клітини і всього організму людини в цілому. Нас цікавлять клітини еукаріоти, Ядерні, ті клітини, які містять ядро. Одноклітинні живі організми, що не володіють клітинним ядром це прокаріоти, доядерние. Нащадками прокаріотичних клітин є органели, Постійні компоненти клітини, життєво необхідні для її існування, розташовуються в її внутрішній частині - цитоплазмі. До прокаріотів відносяться бактерії і археї. Згідно найбільш поширеним гіпотезам, еукаріоти з'явилися 1,5-2 млрд років тому.
мітохондрія - це двумембранная гранулярная або ниткоподібна органела товщиною близько 0,5 мкм. Характерна для більшості еукаріотів (фототсінтезірующіе рослини, гриби, тварини). Важливу роль в еволюції еукаріот зіграв Симбіогенез. Мітохондрії - це нащадки аеробних бактерій (прокариот), які оселилися колись в предковой еукаріотичної клітці і «навчилися» жити в ній в якості симбіонтів. Тепер мітохондрії є майже у всіх клітині, розмножуватися поза клітиною вони вже не здатні. фото

Вперше мітохондрії виявлені у вигляді гранул в м'язових клітинах в 1850 році. Число мітохондрій в клітці постійно. Їх особливо багато в клітинах, в яких потреба в кисні велика. За своєю будовою вони являють собою циліндричні органели, що зустрічаються в еукаріотичної клітці в кількості від декількох сот до 1-2 тисяч і займають 10-20% її внутрішнього обсягу. Сильно варіюють розміри (від 1 до 70 мкм) і форма мітохондрій. При цьому ширина цих органел щодо постійна (0,5-1 мкм). Здатні змінювати форму. Залежно від того, в яких ділянках клітини в кожен конкретний момент відбувається підвищене споживання енергії, мітохондрії здатні переміщатися по цитоплазмі в зони найбільшого енергоспоживання, використовуючи для руху структури цитоскелета еукаріотичної клітини.
Макромолекула ДНК ( Дезоксіробонуклеіновая кислота), Що забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку і функціонування живих організмів знаходиться в ядрі клітини, в складі хромосом. На відміну від ядерної ДНК мітохондрії мають свою ДНК. Гени, закодовані в мітохондріальної ДНК, Відносяться до групи плазмагенов, розташованих поза ядра (поза хромосоми). Сукупність цих факторів спадковості, зосереджених в цитоплазмі клітини, становить квант даного виду організмів (на відміну від генома).
Що знаходиться в матриксі мітохондріальна ДНК представляє собою замкнуту кільцеву двуспіральную молекулу, в клітинах людини має розмір 16569 нуклеотидних пар, що приблизно в 105 разів менше ДНК, локалізованої в ядрі.
Мітохондріальна ДНК реплікується в інтерфазі, що частково синхронізовано з реплікацією ДНК в ядрі. Під час же клітинного циклу мітохондрії діляться надвоє шляхом перетяжки, утворення якої починається з кільцевої борозенки на внутрішній мітохондріальній мембрані. Маючи власний генетичний апарат, мітохондрія володіє і власної белоксинтезирующей системою, особливістю якої в клітинах тварин і грибів є дуже маленькі рибосоми.фото

Функції мітохондрій і енергоутворення.
Основною функцією мітохондрій є синтез АТФ(Аденозин трифосфат) - універсальної форми хімічної енергії в будь-який живій клітині.
Головна роль АТФ в організмі пов'язана з забезпеченням енергією численних біохімічних реакцій. АТФ служить безпосереднім джерелом енергії для безлічі енерговитратних біохімічних і фізіологічних процесів. Все це реакції синтезу складних речовин в організмі: здійснення активного перенесення молекул через біологічні мембрани, у тому числі і для створення трансмембранного електричного потенціалу; здійснення м'язового скорочення.Також відома роль АТФ в якості медіатора в синапсах і сигнального речовини в інших міжклітинних взаємодіях (пуринергічні передача сигналу між клітинами в самих різних тканинах і органах, а її порушення нерідко асоційовані з різними захворюваннями).

АТФ є універсальним акумулятором енергії в живій природі.
Молекула АТФ (аденозин трифосфат) є універсальним джерелом енергії, забезпечуючи не лише роботу м'язів, а й перебіг багатьох інших біологічних процесів, включаючи і зростання м'язової маси (анаболізм).
Молекула АТФ складається з аденіну, рибози і трьох фосфатів. Процес синтезу АТФ, це окрема тема, опишу в наступній частині. Важливо зрозуміти наступне. Енергія вивільняється при відділенні від молекули одного з трьох фосфатів і перетворенням АТФ в АДФ (аденозин дифосфат). При необхідності може відділятися ще один фосфорний залишок з отриманням АМФ (аденозин монофосфат) з повторним викидом енергії.

Найбільш важливою якістю є те, що АДФ може швидко відновлюватися до повністю зарядженої АТФ. Життя молекули АТФ становить в середньому менше однієї хвилини, а за добу з цієї молекулою може відбуватися до 3000 циклів перезаряджень.

Розберемося, що відбувається в мітохондріях, бо академічна наука не зовсім зрозуміло пояснює процес прояви енергії.
В мітохондріях створюється різниця потенціалів - напруга.
У Вікіпедії записано, що основна функція мітохондрії - окислення органічних сполук і використання звільняється при їх розпаді енергії в синтезі молекул АТФ, який відбувається за рахунок руху електрона по електронно-транспортного ланцюга білків внутрішньої мембрани ...
Однак, сам електрон рухається за рахунок різниці потенціалів, а звідки вона береться?
Далі написано: Внутрішня мембрана мітохондрій утворює численні глибокі складки, звані кристами. Перетворення енергії, що звільняється при переміщенні електронів по дихальному ланцюгу, можливо тільки в тому випадку, якщо внутрішня мембрана мітохондрій непроникна для іонів. Це обумовлено тим, що енергія запасається у вигляді різниці концентрацій (градієнт) протонів ... Переміщення протонів з матриксу в межмембранное простір мітохондрій, яке здійснюється завдяки функціонуванню дихальної ланцюга, призводить до того, що матрикс мітохондрій защелачівает, а межмембранное простір закісляется.
Вчені всюди бачать тільки електрони і протони.Важливо тут зрозуміти, що протон - це позитивний заряд, а електрон - негативний. В мітохондріях за різницю потенціалів відповідає позитивний водень і дві мембрани. Позитивно заряджається межмембранное простір і в результаті воно закісляется, а матрикс защелачівает негативними зарядами. Чітка різниця потенціалів. Створюється напруга. Але ясності більше не стало, як виникло воно ?!
Якщо до цього процесу підійти, використовуючи концепцію Трьох Сил, які чітко простежуються в законі Ома, нам стане ясно, що для створення різниці потенціалів необхідний пусковий струм: U = I x R (I = U / R ). Стосовно до процесу синтезу АТФ ми спостерігаємо опірвнутрішньої мембрани мітахондріі і різниця потенціалівв матриксі і межмембранном просторі. А де ж пусковий струм , Та яка стверджує, кардинальна сила, яка дає енергопотенціал і приводить в рух той горезвісний електрон? Де джерело?
У пору згадати про бога, та не всує. А хто вдихнув життя у все живе? Адже людина не гальванічна батарейка і процеси в ньому йдуть не суто електричні. Процеси в людині антіентропійний - розвиток, зростання, процвітання, а не деградація, розпад і вмирання.
Далі буде.

Обмін речовин (метаболізм)- це сукупність всіх хімічних реакцій, які відбуваються в організмі. Всі ці реакції діляться на 2 групи


1. Пластичний обмін(Асиміляція, анаболізм, біосинтез) - це коли з простих речовин з витратою енергії утворюються (синтезуються)складніші. приклад:

  • При фотосинтезі з вуглекислого газу і води синтезується глюкоза.

2. Енергетичний обмін(Дисиміляція, катаболізм, дихання) - це коли складні речовини розпадаються (окислюються)до більш простих, і при цьому виділяється енергія, Необхідна для життєдіяльності. приклад:

  • В мітохондріях глюкоза, амінокислоти і жирні кислоти окислюються киснем до вуглекислого газу і води, при цьому утворюється енергія (Клітинне дихання)

Взаємозв'язок пластичного і енергетичного обміну

  • Пластичний обмін забезпечує клітину складними органічними речовинами (білками, жирами, вуглеводами, нуклеїновими кислотами), в тому числі білками-ферментами для енергетичного обміну.
  • Енергетичний обмін забезпечує клітину енергією. При виконанні роботи (розумової, м'язової і т.п.) енергетичний обмін посилюється.

АТФ- універсальне енергетичне речовина клітини (універсальний акумулятор енергії). Утворюється в процесі енергетичного обміну (окислення органічних речовин).

  • При енергетичному обміні всі речовини розпадаються, а АТФ - синтезується. При цьому енергія хімічних зв'язків розпалися складних речовин переходить в енергію АТФ, енергія запасається в АТФ.
  • При пластичному обміні всі речовини синтезуються, а АТФ - розпадається. При цьому витрачається енергія АТФ(Енергія АТФ переходить в енергію хімічних зв'язків складних речовин, запасається в цих речовинах).

Виберіть один, найбільш правильний варіант. В процесі пластичного обміну
1) більш складні вуглеводи синтезуються з менш складних
2) жири перетворюються в гліцерин і жирні кислоти
3) білки окислюються з утворенням вуглекислого газу, води, азотовмісних речовин
4) відбувається звільнення енергії і синтез АТФ

відповідь


Виберіть три варіанти. Чим пластичний обмін відрізняється від енергетичного?
1) енергія запасається в молекулах АТФ
2) запасені в молекулах АТФ енергія витрачається
3) органічні речовини синтезуються
4) відбувається розщеплення органічних речовин
5) кінцеві продукти обміну - вуглекислий газ і вода
6) в результаті реакцій обміну утворюються білки

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. В процесі пластичного обміну в клітинах синтезуються молекули
1) білків
2) води
3) АТФ
4) неорганічних речовин

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. У чому проявляється взаємозв'язок пластичного і енергетичного обміну
1) пластичний обмін поставляє органічні речовини для енергетичного
2) енергетичний обмін поставляє кисень для пластичного
3) пластичний обмін поставляє мінеральні речовини для енергетичного
4) пластичний обмін поставляє молекули АТФ для енергетичного

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. В процесі енергетичного обміну, на відміну від пластичного, відбувається
1) витрачання енергії, укладеної в молекулах АТФ
2) запасання енергії в макроергічних зв'язках молекул АТФ
3) забезпечення клітин білками і ліпідами
4) забезпечення клітин вуглеводами та нуклеїновими кислотами

відповідь


1. Установіть відповідність між характеристикою обміну і його видом: 1) пластичний, 2) енергетичний. Запишіть цифри 1 і 2 в правильному порядку.
А) окислення органічних речовин
Б) утворення полімерів з мономерів
В) розщеплення АТФ
Г) запасання енергії в клітині
Д) реплікація ДНК
Е) окисне фосфорилювання

відповідь


2. Установіть відповідність між характеристикою обміну речовин в клітині і його видом: 1) енергетичний, 2) пластичний. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідним буквах.
А) відбувається бескислородное розщеплення глюкози
Б) відбувається на рибосомах, в хлоропластах
В) кінцеві продукти обміну - вуглекислий газ і вода
Г) органічні речовини синтезуються
Д) використовується енергія, укладена в молекулах АТФ
Е) звільняється енергія і запасається в молекулах АТФ

відповідь


3. Установіть відповідність між ознаками обміну речовин у людини і його видами: 1) пластичний обмін, 2) енергетичний обмін. Запишіть цифри 1 і 2 в правильному порядку.
А) речовини окислюються
Б) речовини синтезуються
В) енергія запасається в молекулах АТФ
Г) енергія витрачається
Д) в процесі беруть участь рибосоми
Е) в процесі беруть участь мітохондрії

відповідь


4. Установіть відповідність між характеристиками обміну речовин і його видом: 1) енергетичний, 2) пластичний. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) реплікація ДНК
Б) біосинтез білка
В) окислення органічних речовин
Г) транскрипція
Д) синтез АТФ
Е) хемосинтез

відповідь


5. Установіть відповідність між характеристиками і видами обміну: 1) пластичний, 2) енергетичний. Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) запасається енергія в молекулах АТФ
Б) синтезуються біополімери
В) утворюються вуглекислий газ і вода
Г) відбувається окисне фосфорилювання
Д) відбувається реплікація ДНК

відповідь


Виберіть три процесу, належать до енергетичного обміну речовин.
1) виділення кисню в атмосферу
2) утворення вуглекислого газу, води, сечовини
3) окисне фосфорилювання
4) синтез глюкози
5) гліколіз
6) фотоліз води

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Енергія, необхідна для м'язового скорочення, звільняється при
1) розщепленні органічних речовин в органах травлення
2) подразненні м'яза нервовими імпульсами
3) окисленні органічних речовин в м'язах
4) синтезі АТФ

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. В результаті якого процесу в клітці синтезуються ліпіди?
1) дисиміляції
2) біологічного окислення
3) пластичного обміну
4) гліколізу

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Значення пластичного обміну - постачання організму
1) мінеральними солями
2) киснем
3) биополимерами
4) енергією

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Окислення органічних речовин в організмі людини відбувається в
1) легеневих бульбашках при диханні
2) клітинах тіла в процесі пластичного обміну
3) процесі перетравлення їжі в травному тракті
4) клітинах тіла в процесі енергетичного обміну

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Які реакції обміну речовин в клітині супроводжуються витратами енергії?
1) підготовчого етапу енергетичного обміну
2) молочнокислого бродіння
3) окислення органічних речовин
4) пластичного обміну

відповідь

1. Установіть відповідність між процесами і складовими частинами метаболізму: 1) анаболизм (асиміляція), 2) катаболізм (дисиміляція). Запишіть цифри 1 і 2 в правильному порядку.
А) бродіння
Б) гліколіз
В) дихання
Г) синтез білка
Д) фотосинтез
Е) хемосинтез

відповідь


2. Установіть відповідність між характеристиками і процесами обміну речовин: 1) асиміляція (анаболізм), 2) дисиміляція (катаболізм). Запишіть цифри 1 і 2 в порядку, відповідному буквах.
А) синтез органічних речовин організму
Б) включає підготовчий етап, гліколіз і окисне фосфорилювання
В) звільнена енергія запасається в АТФ
Г) утворюються вода і вуглекислий газ
Д) вимагає енергетичних витрат
Е) відбувається в хлоропластах і на рибосомах

відповідь


Виберіть два вірних відповіді з п'яти і запишіть цифри, під якими вони вказані. Обмін речовин - одне з основних властивостей живих систем, він характеризується тим, що відбувається
1) виборче реагування на зовнішні впливи навколишнього середовища
2) зміна інтенсивності фізіологічних процесів і функцій з різними періодами коливань
3) передача з покоління в покоління ознак і властивостей
4) поглинання необхідних речовин і виділення продуктів життєдіяльності
5) підтримання відносно-постійного фізико-хімічного складу внутрішнього середовища

відповідь


1. Всі наведені нижче терміни, крім двох, використовуються для опису пластичного обміну. Визначте два терміни, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) реплікація
2) Дуплікація
3) трансляція
4) транслокация
5) транскрипція

відповідь


2. Всі перераховані нижче поняття, крім двох, використовують для опису пластичного обміну речовин в клітині. Визначте два поняття, «випадають» із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) асиміляція
2) дисиміляція
3) гліколіз
4) транскрипція
5) трансляція

відповідь


3. Перераховані нижче терміни, крім двох, використовуються для характеристики пластичного обміну. Визначте два терміни, що випадають із загального списку, і запишіть цифри, під якими вони вказані.
1) розщеплення
2) окислення
3) реплікація
4) транскрипція
5) хемосинтез

відповідь


Виберіть один, найбільш правильний варіант. Азотистих основ аденін, рибоза і три залишку фосфорної кислоти входять до складу
1) ДНК
2) РНК
3) АТФ
4) білка

відповідь


Всі наведені нижче ознаки, крім двох, можна використовувати для характеристики енергетичного обміну в клітині. Визначте дві ознаки, «випадають» із загального списку, і запишіть у відповідь цифри, під якими вони вказані.
1) йде з поглинанням енергії
2) завершується в мітохондріях
3) завершується в рибосомах
4) супроводжується синтезом молекул АТФ
5) завершується утворенням вуглекислого газу

відповідь


Знайдіть три помилки в наведеному тексті. Вкажіть номери пропозицій, в яких вони зроблені.(1) Обмін речовин, або метаболізм, - це сукупність реакцій синтезу і розпаду речовин клітини і організму, пов'язаних з виділенням або поглинанням енергії. (2) Сукупність реакцій синтезу високомолекулярних органічних сполук з низькомолекулярних сполук відносять до пластичного обміну. (3) В реакціях пластичного обміну синтезуються молекули АТФ. (4) Фотосинтез відносять до енергетичного обміну. (5) В результаті хемосинтезу синтезуються органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії Сонця.

відповідь

© Д.В.Поздняков, 2009-2019

В ході екзергоніческіх реакцій (наприклад, окислювальних) виділяється енергія. Приблизно 40-50% її запасається в спеціальних акумуляторах. Виділяють 3 основних акумулятора енергії:

1. Внутрішня мембрана мітохондрій- це проміжний акумулятор енергії при отриманні АТФ. За рахунок енергії окислення речовин відбувається «виштовхування» протонів з матриксу в межмембранное простір мітохондрій. В результаті створюється електрохімічний потенціал на внутрішній мембрані мітохондрій. При розрядці мембрани енергія електрохімічного потенціалу трансформується в енергію АТФ: Е оксиди. ® Е ЕХП ® Е АТФ. Для реалізації цього механізму внутрішня мембрана мітохондрій містить ферментативну ланцюг перенесення електронів на кисень і АТФ-синтази (протонзавісімую синтазу АТФ).

2. АТФ та інші макроергічні сполуки. Матеріальним носієм вільної енергії в органічних речовинах є хімічні зв'язки між атомами. Звичайним енергетичним рівнем виникнення або розпаду хімічного зв'язку є ~ 12,5 кДж / моль. Однак є ряд молекул, при гідролізі зв'язків яких виділяється більше 21 кДж / моль енергії (табл. 6.1). До них відносяться з'єднання з макроергічним фосфоангідрідной зв'язком (АТФ), а також ацілфосфати (ацетил-фосфат, 1,3-БФГК), Енола-фосфати (фосфоенолпіруват) і фосфогуанідіни (фосфокреатин, фосфоаргінін).

Таблиця 6.1

Стандартна вільна енергія гідролізу деяких фосфорильованих сполук

Примітка: 1 ккал = 4,184 кДж

Основним макроергічних сполук в організмі людини є АТФ.

В АТФ ланцюжок з трьох фосфатних залишків пов'язана з 5'-ОН групою аденозину. Фосфатні групи позначаються як a, b і g. Два залишку фосфорної кислоти з'єднані між собою фосфоангідріднимі зв'язками, а a-залишок фосфорної кислоти - фосфоефірную зв'язком. При гідролізі АТФ в стандартних умовах виділяється -30,5 кДж / моль енергії.

При фізіологічних значеннях рН АТФ несе чотири негативних заряду. Однією з причин відносної нестабільності фосфоангідрідних зв'язків є сильне відштовхування негативно заряджених атомів кисню, яке слабшає при гидролитическом відщепленні кінцевий фосфатної групи. Тому такі реакції є високо екзергоніческімі.

У клітинах АТФ знаходиться в комплексі з іонами Mg 2+ або Mn 2+, координаційно пов'язаними з a- і b-фосфатом, що збільшує зміна вільної енергії при гідролізі АТФ до 52,5 кДж / моль.

Центральне місце в наведеній шкалою (табл. 9.1.) Займає цикл АТФ «АДФ + Рн. Це дозволяє АТФ бути як універсальним акумулятором, так і універсальним джерелом енергії для живих організмів. У клітинах теплокровних АТФ як універсальний акумулятор енергії виникає двома шляхами:

1) акумулює енергію більш енергоємних сполук, що стоять вище АТФ в термодинамічної шкалою без участі О2 - субстратноефосфорілірованіе: S ~ Р + АДФ ® S + АТФ;

2) акумулює енергію електрохімічного потенціалу при розрядці внутрішньої мембрани мітохондрії - окисне фосфорилювання.

АТФ є універсальний джерелом енергії для здійснення основних видів роботи клітини (рух, трансмембранний перенос речовин, біосинтезу): а) АТФ + Н 2 О ® АДФ + Рн;
б) АTФ + Н 2 О ® АМФ + РРН. Під час інтенсивних вправ швидкість використання АТФ може досягати 0,5 кг / хв. Якщо ферментативна реакція термодинамічно невигідна, то вона може здійснитися при сполученні з реакцією гідролізу АТФ. Гідроліз молекули АТФ змінює рівноважний ставлення субстратів і продуктів в сполученої реакції в 10 8 разів.

До макроергічних сполук відносять також нуклеозидтрифосфат, які забезпечують енергією ряд биосинтезов: УТФ - вуглеводів; ЦТФ - ліпідів; ГТФ - білків. У біоенергетиці м'язів важливе місце займає креатинфосфат.

3. НАДФН + Н + (НАДФН 2)- нікотинамідаденіндінуклеотидфосфат відновлений. Це спеціальний акумулятор з високою енергією, який використовується в клітці (цитозоль) для біосинтезу. R-CH 3 + НАДФН 2 + О 2 ® R-CH 2 ВІН + Н 2 О + НАДФ + (тут показано створення ОН-групи в молекулі).

Звільнення енергії в живій клітині здійснюється поступово, завдяки цьому на різних етапах її виділення вона може акумулюватися в зручній для клітини хімічної формі у вигляді АТФ. Розрізняють три фази, які збігаються зі стадіями катаболізму.

перша фаза- підготовча. На цій стадії відбувається розпад полімерів до мономерів в шлунково-кишковому тракті або всередині клітин. Звільняється до 1% енергії субстратів, яка розсіюється у вигляді тепла.

друга фаза- розпад полімерів до загальних проміжних продуктів. Для неї характерно часткове (до 20%) звільнення енергії, укладеної в початкових субстратах. Частина цієї енергії акумулюється в фосфатних зв'язках АТФ, а частина розсіюється у вигляді тепла.

третя фаза- розпад метаболітів до СО 2 і Н 2 О за участю кисню в мітохондріях. Приблизно 80% всієї енергії хімічних зв'язків речовин звільняється в цій фазі, яка зосереджується в фосфатних зв'язках АТФ. Будова мітохондрій:

1. Зовнішня мембрана МХ відмежовує внутрішній простір; проникна для О2 і ряду низькомолекулярних речовин. Містить ферменти метаболізму ліпідів і моноамінів.

2. межмембранное простір (ММП) містить аденілаткінази
(АТФ + АМФ «2 АДФ) і ферменти фосфорилювання АДФ, не пов'язані з дихальними ланцюгами.

3. Внутрішня мембрана мітохондрій (ВМП): 20-25% від усіх білків складають ферменти ланцюгів перенесення протонів і електронів і окисного фосфорилювання. Проникна лише для малих молекул (О 2, сечовина) і містить специфічні трансмембранні переносники.

4. Матрикс містить ферменти циклу трикарбонових кислот,
b-окислення жирних кислот ( основні постачальники субстратів окислення). Тут знаходять ферменти автономного мітохондріального синтезу ДНК, РНК, білків і ін.

Існує думка, що реально в клітинах існує мітохондріальний ретикулум, За допомогою якого формується одна гігантська розгалужена мітохондрія. При електронномікроскопіческом аналізі клітин виявляється загальноприйнята картина окремих мітохондрій, що отримується в результаті поперечних зрізів розгалуженої структури мітохондрії. При гомогенізірованіі тканин виділяються окремі мітохондрії як результат замикання зруйнованих мембранних структур мітохондрії. Єдина для клітини мембранна структура мітохондрії може служити для транспорту енергії в будь-відділи клітини. Такі мітохондрії виявлені в клітинах джгутикових, дріжджів, ряду тканин (м'язи).

У бактерій мітохондрій немає, Аеробне окислення і утворення АТФ протікають в цитоплазматичної мембрані в особливих мембранних утвореннях - Мезосома. Мезосоми представлені двома основними формами - ламмелярной і везикулярной.

В основі біологічного окислення лежать окислювально-відновні процеси, які визначаються перенесенням електронів. речовина окислюється, якщо втрачає електрониабо одночасно електрони і протони (водневі атоми, дегидрирование) або приєднує кисень (дизельні). Протилежні перетворення - відновлення.

Здатність молекул віддавати електрони іншої молекули визначається окислювально-відновним потенціалом(Редокс-потенціалом, Е 0 ¢, або ОВП). Редокс-потенціал визначають шляхом вимірювання електрорушійної сили в вольтах. Як стандарт прийнятий редокс-потенціал реакції при рН 7,0: Н 2 «2Н + + 2е -, рівний - 0,42 В. Чим менше потенціал окислювально-відновної системи, тим легше вона віддає електрони і в більшій мірі є відновником. Чим вище потенціал системи, тим сильніше виражені її окисні властивості, тобто здатність приймати електрони. Це правило лежить в основі послідовності розташування проміжних переносників електронів від відрядив субстратів до киснювід НАДН (-0,32 В) до кисню (+0,82 В).

При вивченні окислювальних процесів в клітинах доцільно дотримуватися такої схеми використання кисню (табл. 6.2). Тут розглядаються три основні шляхи: 1) окислення субстрату шляхом дегідрування з перенесенням двох атомів водню на атом кисню з утворенням Н 2 О (енергія окислення акумулюється в формі АТФ, на цей процес витрачається більше 90% кисню) або молекулу кисню з утворенням Н 2 О 2; 2) приєднання атома кисню з утворенням гідроксильної групи (підвищення розчинності субстрату) або молекули кисню (метаболізм і знешкодження стійких ароматичних молекул); 3) утворення кисневих вільних радикалів, які є як для захисту внутрішнього середовища організму від чужорідних макромолекул, так і для пошкодження мембран в механізмах окисного стресу. тканинне дихання– частина біологічного окислення, при якому відбувається дегидрирование і декарбоксилювання субстратів з подальшим перенесенням протонів і електронів на кисень і виділенням енергії у вигляді АТФ.

Таблиця 6.2

Основні шляхи використання кисню в клітинах

Субстрати окислення - це молекули, які при окисленні дегидрируются (втрачають 2 Н). В основі класифікації лежить уявлення про те, що стандартна вільна енергія окислення НАДН становить DG 0 ¢ = -218 кДж / моль. У зв'язку з цією величиною розрізняють 3 види субстратів:

1. Субстрати I роду(Вуглеводневі) - сукцинат, ацил-КоА.

При їх дегидрировании утворюються ненасичені сполуки. Середня енергія відщеплення пари е - близько 150 кДж / моль; НАД не може брати участь в дегидрировании субстратів I роду.

2. Субстрати II роду(Спиртові) - ізоцитрат, малат. При їх дегидрировании виникають кетони. Середня енергія відщеплення пари е - близько 200 кДж / моль, тому НАД може брати участь в дегидрировании субстратів II роду.

3. Субстрати III роду(Альдегіди і кетони) - глицеральдегид-3-фосфат, а також піруват і 2-оксоглутарат.

Енергія відщеплення пари е - близько 250 кДж / моль. Дегідрогенази субстратів III роду часто містять кілька коферментів. При цьому частина енергії запасається до ланцюга перенесення електронів.

Залежно від типу субстрату окислення (тобто від енергії відщеплення пари е -) виділяють повну і скорочену дихальні ланцюги (ланцюги перенесення електронів, ЦПЕ). ЦПЕ - це універсальний конвеєр по перенесенню електронів від субстратів окислення до кисню, побудований відповідно до градієнта окислювально-відновного потенціалу.Головні компоненти дихального ланцюга розташовані в порядку зростання їх окислювально-відновного потенціалу. У повну ЦПЕ вступають субстрати II і III роду, в укорочену - субстрати I роду. ЦПЕ вбудована у внутрішню мембрану мітохондрій.Атоми водню або електрони переміщаються по ланцюгу від більш електронегативний компонентів до більш електропозитивний кисню.