Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Обеспечение клеток энергией

No description
by

Ekaterina Gavricheva

on 23 January 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Обеспечение клеток энергией

Обеспечение клеток энергией
Способы преобразования и поглощения энергии клетками
Фотосинез
Это биосинтез, происходящий при использовании своетовой энергии. Организмы, способные к фотосинтезу называют автотрофами, а не способные - гетеротрофами.
Биологическое окисление и горение
Живые организмы, не способные использовать световую энергию, должны получать ее за счет окисления органических соединений, поступающих извне с пищей.
Процесс фотосинтеза
Поток солнечных лучей несет волны света разной длины. Растения с помощью, в основном, хлорофилла поглощают эти волны света красной и синей части спектра. Волны зеленой части проходят сквозь молекулы хлорофилла, поэтому растения зеленые.
С помощью энергии света электрон в составе хлорофилла переносится на высокий энергетический уровень этой молекулы. Далее он как бы перескакивает по цепи переносчиков электронов, теряя при этом энергию. Эта энергия расходуется на "зарядку" биологических "аккумуляторов", один из которых - АТФ. Энергия, отдаваемая электроном, запасается в хим. связи между вторым и третьим остатком фосфорной кислоты в молекуле АТФ. Это происходит в результате того, что при передаче электроном своей энергии к АДФ присоединяется еще один фосфат и получается АТФ. А при расщеплении АТФ ферментом аденозинтрифосфатазой (АТФ-азой) эта энергия освобождается и из АТФ получается АДФ.
НАДФ
Для синтеза органических веществ, кроме АТФ, необходим еще один биологический "аккумулятор", поглощающий энергию света. Это никотинамидадениндинуклеотидфосфат, а если короче, то просто - НАДФ. Это соединение существут в восстановленной высокоэнергетической форме НАДФ * Н (над-эф-аш)). Потерявшая энергию окисленная форма этого соединения представляет собой НАДФ+. Теряя один атом водорода и один электрон НАДФ*Н превращается в НАДФ+ и восстанавливает углекислый газ (при участии молекул воды) до глюкозы (недостающие протоны берутся из воды.
Но при смешивании углекислого газа и воды глюкоза не образуется. Для этого нужна восстанавливающая сила НАДФ*Н и энергия АТФ и соединение, связывающее СО2, которое используется на промежуточных этапах синтеза глюкозы, а также ряд фермнтов - биологических катализаторов этого процесса.
Фотолиз воды
Это процесс расщепления молекул воды.
На этот процесс также расходуется энергия света, при этом образуется свободный кислород, протоны (Н+) и электроны.
Электроны восполняют потери их хлорофиллом. Часть элетронов при участии протонов восстанавливает НАДФ+ до НАДФ*Н.
Кислород - побочный продукт этой реакции.
Когда растения используют энергию солнечного света, кислород им не нужен. Но в отсутствие света растения становятся аэробами. В ночной темноте они потребляют кислород и окисляют запасенные днем глюкозу, фруктозу, крахмал и др. соединения, уподобляясь в этом животным.
Световая фаза
Начальная стадия фотосинтеза.
Происходит в гранах хлоропласта.
Энергия света преобразуется в энергию хим. связей АТФ и НАДФ*Н. Эта энергия легко высвобождается и используется внутри клетки растений для разных целей, в первую очередь для синтеза глюкозы и иных органических соединений. Без освещения синтез АТФ и НАДФ*Н не происходит.
Темновая фаза
Происходит в строме хлоропласта.
При достаточном кол-ве АТФ и НАДФ*Н синте глюкозы может происходить и в темноте, без участия света. Свет не нужен, т.к. энергия уже запасена в билогических "аккумуляторах".
Фазы фотосинтеза
Все реакции фотосинтеза происходят в хлоропластах, расположенных в цитоплазме клетки.
Хлоропласты ограничены снаружи двойной мембраной, а внутри находятся тонкие плоские мешочки - тилакоиды, также ограниченные мембранами. В тилакоидах расположен хорофилл, переносчики электронов и все ферменты, учавствующие в световой фазе фотосинтеза, а также АДФ, АТФ, НАДФ+ и НАДФ*Н. Десятки тилакоидов плотно уложены в стопки - граны. Во внутреннем пространстве хлоропластов (между гранами) - строме - расположены ферменты, учавствующие в темновой фазе фотосинтеза
Биологическое окисление
При окислении высвобождается энергия. Часть электронов в составе молекул органических соединений находится на высооких энергетических уровнях.Энергия высвобождается при перемещении электронов с орбит высокой энергии на низкие энергетические уровни атомов или молекул.
Чтобы такие переходы были возможны, должны выполняться несколько условий.
Органические соединения, которые окисляются в клетке - это, в основном, жиры и углеводы, поступающие с пищей или запасаемые впрок.
При биологическом окислении органические соединения сгорают, и конечными продуктами являются также вода и углекислый газ, но горение это происходит медленно, обжигающего тепла нет, и вспышек света мы тоже при этом не наблюдаем.
1
Необходимо, чтобы в клетке имелись органические соединения, способные отдавать высокоэнергетические электроны, т.е. нужно, чтобы в клетке были доноры электронов. Процесс отдачи элестронов - окисление, а процесс присоединения электронов - восстанвление. Восстанавливающее соединение является акцептором электронов.
2
В клетке должны быть акцепторы электронов с низкими энергетическими уровнями, способные захватывать электроны. В клетке таким сильным акцептором служит кислород, который присоединяя два электрона и протона (Н+) восстанавливается до воды. Также акцепторами служат НАД+ и НАДФ+, когда находятся в окисленной форме. Присоединяя электроны, они восстанавливаются до НАД*Н и НАДФ*Н
3
В клетке должны быть переносчики электронов и устройства для запасания энергии. Переносчики - это специальные ферменты, а "аккумуляторы" - это АТФ, а также НАД*Н и НАДФ*Н
Процесс биологического горения происходит ступенчато, и энергия электронов успевает запасаться в АТФ, НАДФ*Н и НАД*Н. Но часть электронов все же превращается в тепловую энергию, которая не вредит клеткам, а поддерживает необходимую для жизни температуру. Полное окисление органических веществ происходит до СО2 и Н2О только при участии кислорода. Без кислорода происходит неполное окисление органических веществ при участии таких акцепторных электронов, как НАД+.
Биологическое окисление
Анаэробный гликолиз
Это окисление без участия кислорода.
Гликолиз - это процесс окисления глюкозы, сопровождаемый ее расщеплением.
Анаэробный гликолиз - это неполное окисление глюкозы без участия кислорода, когда акцептором служит НАД+, тогда как полный аэробный гликолиз происходит при участии кислорода.
Аэробный гликолиз
Биологическое окисление при участии кислорода.
Аэробный гликолиз состоит из нескольких процессов. Это цикл Кребса, цепь переноса электронов и окислительное фосфолирование.
Сначала шестиуглеродная молекула глюкозы расщепляется на две трехуглеродные молекулы ПВК (пировиноградная кислота). При этом происходит лишь частичное окисление глюкозы с потерей четырех атомов водорода. За счет электронов и протонов водорода восстанавливаются две молекулы НАД+, превращаясь в два НАД*Н, а за счет энергии электронов,перенесенных с высоких энергетических уровней глюкозы на более низкий уровень молекул НАД+, происходит образование двух молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты. Если кослород в клетке отсутствует или его недостаточно, то две молекулы ПВК, образовавшиеся из глюкозы, восстанавливаются за счет двух НАД*Н до молочной кислоты.
В результате анаэрбного гликолиза образуется всего две молекулы АТФ.
У некоторых видов микроорганизмов, живущих без доступа кислорода, имеет место только анаэробный гликолиз (например, метанообразующих бактерий, которые живут глубоко в иле белот или озер). Человек может короткое время обходиться без кислорода, и тогда клетки получают энергию за счет анаэробного гликолиза. Быстрый бег даже на короткие дистанции может вызвать отдышку. Это молочная кислота, которая образовалась при недостатке кислорода, возбуждает дыхатльный центр и заставляет нас часто дышать, чтобы насытить кровь кислородом, окислить молочную кислоту, восстановить аэробный гликолиз.
Если в клетку поступает кислород, то анаэробная фаза гликолиза переходит в аэробную. В этом случае ПВК не восстанавливается до молочной кислоты, а переностся в митохондрии, где окисляется до производной уксусной кислоты. При этом одна молекула НАД+ осстанавливается до НАД*Н, а один атом углерода окисляется до СО2. Таким образом, из трехуглеродной молекулы ПВК образуется двухуглеродная молекула активированной уксусной кислоты. Уксусная кислота - это С2Н4О2, а ее сложно устроенное активированное производное, которое называют ацетилкофермент А (ацетил-КоА).
Ацетил-КоА, вступая в цикл Кребса, соединяется с органической кислотой, которая служит переносчиком остатка уксусной кислоты.
Происходит полное окисление глюкозы до СО2 (в цикле Кребса) и Н2О (в цепи переноса электронов), только часть химической энергии превращается в тепловую, а остальное образует молекулы АТФ (за счет окисления одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ).
Окислительное фосфолирование - прцесс фосфолирования АДФ с образованием АТФ (сопряжен с окислением и потреблением кислорода).
В клетках окислению может подвергаться не только глюкоза, но и другие сахара (фруктоза, галактоза), жиры и аминокислоты. В большинстве случаем в результате мы получаем ацетил-КоА или органические кислоты, которые потом вступают в цикл Кребса.
Пировиноградая кислота (или некоторые другие) окисляется и выделяется НАД*Н (и СО2). Богатые энергией НАД*Н поступают в цепь переноса и по пути к онечному акцептору - кислороду отдают свою энергию для синтеза АТФ. цикле Кребса передается энергия НАД*Н, а в цепи переноса НАД*Н окисляется и образуется АТФ.
Как уже говорилось - при аэробном гликолизе ПВК не окисляется до молочной кислоты, а переносится в митохондрии.
Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные складки - кристы, между кристами находится вязкая белоксодержащая масса - матрикс. Именно в матриксе находятся все ферменты, необходимые для цикла Кребса, а на внутренней мембране - цепь переноса электронов. Получается что именно в митохондриях расположен весь аппарат аэробного гликолиза
Full transcript