Tes biologi dengan topik "Biosintesis protein. Biosintesis karbohidrat - fotosintesis" (kelas 9)

Menyusun dan menuliskan cerita sebanyak 23 kalimat
MATAHARI
KLOROFIL
SUASANA
KEHIDUPAN
FOTOSINTESIS

BIOSINTESIS KARBOHIDRAT - FOTOSINTESIS

Jan Pembaptis Van Helmont

M.V. Lomonosov

Joseph Priestley

Jean Baptiste Bousingault

Klimenty Arkadyevich Timiryazev

Kondisi untuk fotosintesis

Bagaimana fotosintesis dilakukan?

Adaptasi daun terhadap fotosintesis

Struktur kloroplas

Struktur molekul klorofil

Setiap sel hidup mampu mensintesis protein, dan kemampuan ini adalah salah satu sifat terpenting dan khasnya. Biosintesis protein terjadi dengan energi khusus selama masa pertumbuhan dan perkembangan sel. Pada saat ini, protein secara aktif disintesis untuk membangun organel dan membran seluler. Enzim dan protein disintesis. Biosintesis protein terjadi secara intensif pada banyak orang dewasa, yaitu pada sel yang telah menyelesaikan pertumbuhan dan perkembangan sel, misalnya pada sel kelenjar pencernaan yang mensintesis protein enzim (pepsin, trypsin) atau pada sel endokrin. kelenjar yang mensintesis protein hormon (insulin, tiroksin). Namun, kemampuan untuk mensintesis protein melekat tidak hanya pada sel yang sedang tumbuh atau sel sekretori: sel mana pun terus-menerus mensintesis protein sepanjang hidupnya, karena selama kehidupan normal, molekul protein secara bertahap rusak, struktur dan fungsinya terganggu. Molekul protein yang tidak dapat digunakan dikeluarkan dari sel. Sebagai imbalannya, molekul baru yang lengkap disintesis, komposisi dan aktivitas sel tidak terganggu.

Setiap sel memiliki penampilan dan sifat yang mirip dengan sel induk. Karena sifat-sifat sel bergantung pada proteinnya, jelas bahwa sel mampu mensintesis protein yang sama seperti yang disintesis oleh sel induk. Akibatnya, kemampuan untuk mensintesis protein diwarisi dari sel ke sel dan dipertahankan sepanjang hidup.

Pertanyaan tentang bagaimana molekul protein yang begitu besar dan kompleks disintesis, bagaimana asam amino esensial dipilih, disusun dan digabungkan dalam urutan tertentu dan ketat, hingga saat ini masih merupakan misteri yang tak terpecahkan. Pertanyaan-pertanyaan ini kini telah diklarifikasi, dan solusinya merupakan pencapaian terbesar biologi dan biokimia pada abad ke-20.

Peran utama dalam menentukan struktur protein adalah milik DNA. Kita telah mengetahui bahwa molekul DNA berukuran sangat besar. Panjangnya puluhan dan ratusan kali lebih besar dari panjang molekul protein terbesar: sepanjang rantai DNA, puluhan atau bahkan ratusan molekul protein dapat disusun satu demi satu. Sekarang telah ditetapkan bahwa bagian DNA yang berbeda menentukan sintesis protein yang berbeda. Satu molekul DNA terlibat dalam sintesis beberapa lusin protein.

Setiap bagian DNA yang menentukan sintesis satu molekul protein disebut gen. Setiap gen merupakan bagian dari heliks ganda DNA yang berisi informasi tentang struktur protein tertentu.

Untuk memahami bagaimana struktur DNA menentukan struktur suatu protein, mari kita berikan sebuah contoh. Banyak orang mengetahui tentang kode Morse, yang digunakan untuk mengirimkan sinyal dan telegram. Dalam kode Morse, semua huruf alfabet ditunjukkan dengan kombinasi sinyal pendek dan panjang - titik dan garis. Huruf A dilambangkan dengan *--, B - -, dst. Kumpulan simbol disebut kode atau sandi. Kode morse adalah contoh kode. Setelah menerima ticker tape dengan titik dan garis, seseorang yang mengetahui kode Morse dapat dengan mudah menguraikan (decode) apa yang tertulis.

Makromolekul DNA, yang terdiri dari beberapa ribu empat jenis nukleotida yang tersusun berurutan, adalah kode yang menentukan struktur protein. Sama seperti dalam kode Morse, setiap huruf berhubungan dengan kombinasi titik dan garis tertentu, demikian pula dalam kode DNA, setiap asam amino berhubungan dengan kombinasi tertentu dari nukleotida yang dihubungkan secara berurutan.

kode DNA

Kode DNA hampir sepenuhnya diuraikan. Inti dari kode DNA adalah sebagai berikut. Setiap asam amino berhubungan dengan bagian rantai DNA yang terdiri dari tiga nukleotida yang berdekatan. Misalnya, bagian T--T--T berhubungan dengan asam amino lisin, bagian A--C--A--sistein, C--A--A - valin, dll.

Mari kita asumsikan bahwa nukleotida dalam suatu gen berada dalam urutan berikut:

A--C--A--T--T--T--A--A--C--C--A--A-- G-- G.

Setelah membagi rangkaian ini menjadi kembar tiga (triplet), kita dapat langsung menguraikan asam amino mana dan urutan apa yang muncul dalam molekul protein:

A--C--A T--T--T A--A--C C--A--A G--G--G

Prolin Valin Leusin Leusin Sisteik

Hanya ada dua karakter dalam kode Morse. Untuk menunjukkan semua huruf, semua angka dan tanda baca, Anda harus menggunakan hingga 5 karakter untuk beberapa huruf atau angka. Kode DNA lebih sederhana. Ada 4 nukleotida yang berbeda. Banyaknya kemungkinan kombinasi 4 unsur dari 3 adalah 64. Hanya terdapat 20 asam amino yang berbeda. Jadi, terdapat lebih dari cukup triplet nukleotida yang berbeda untuk mengkodekan semua asam amino.

Transkripsi. Telah ditetapkan bahwa DNA itu sendiri tidak berpartisipasi langsung dalam sintesis protein, DNA terletak di inti sel, dan sintesis protein terjadi di ribosom - struktur terkecil yang terletak di sitoplasma. DNA hanya berisi dan menyimpan informasi tentang struktur protein. Untuk sintesis protein, salinan persis informasi ini dikirim ke ribosom. Hal ini dilakukan dengan bantuan RNA, yang disintesis pada DNA dan secara akurat menyalin strukturnya. Urutan nukleotida RNA persis mengulangi urutan nukleotida pada salah satu rantai gen. Dengan demikian, informasi yang terkandung dalam struktur gen ini seolah-olah ditulis ulang menjadi RNA. Proses ini disebut transkripsi (“transkripsi” - menulis ulang, lat.). Salinan RNA dalam jumlah berapa pun dapat dihilangkan dari setiap gen. RNA ini, yang membawa informasi tentang komposisi protein ke dalam ribosom, disebut messenger RNA (i-RNA).

Untuk memahami bagaimana komposisi dan urutan nukleotida dalam suatu gen dapat “ditulis ulang” menjadi RNA, mari kita mengingat kembali prinsip saling melengkapi, yang menjadi dasar pembentukan molekul DNA beruntai ganda. Nukleotida dari satu rantai menentukan karakter nukleotida lawan dari rantai lainnya. Jika A berada pada satu rantai, maka T berada pada level yang sama dengan rantai lainnya, dan C selalu berlawanan dengan G. Tidak ada kombinasi lainnya. Prinsip saling melengkapi juga berlaku dalam sintesis RNA pembawa pesan. Di seberang setiap nukleotida dari salah satu rantai DNA terdapat nukleotida komplementer dari RNA pembawa pesan. Jadi, melawan Gdnk adalah Tsrnk melawan Tsdnk - Grnk, melawan Adnk - Urnk, melawan Tdnk - Arnk. Hasilnya, rantai RNA yang dihasilkan, ditinjau dari komposisi dan urutan nukleotidanya, merupakan salinan persis dari komposisi dan urutan nukleotida salah satu rantai DNA. Molekul RNA pembawa pesan dikirim ke tempat terjadinya sintesis protein, yaitu ke ribosom. Ada juga aliran bahan dari sitoplasma tempat protein dibangun, yaitu asam amino. Sitoplasma sel selalu mengandung asam amino yang terbentuk sebagai hasil pemecahan protein makanan.

Transfer RNA

Asam amino tidak masuk ke ribosom secara mandiri, tetapi disertai dengan molekul RNA khusus yang disesuaikan secara khusus untuk mengangkut asam amino ke ribosom. Mereka disebut transfer RNA (tRNA). Transfer RNA adalah rantai yang relatif pendek yang hanya terdiri dari beberapa lusin nukleotida. Di salah satu ujung molekulnya terdapat struktur tempat asam amino dapat menempel. Di ujung lain RNA transfer terdapat triplet nukleotida, yang sesuai dengan kode asam amino tertentu. Misalnya, molekul RNA transfer untuk asam amino lisin memiliki “platform” untuk “pendaratan” lisin di satu ujung, dan triplet nukleotida di ujung lainnya: UUU. Karena setidaknya ada 20 asam amino yang berbeda, jelas terdapat setidaknya 20 RNA transfer yang berbeda. Setiap asam amino memiliki RNA transfernya sendiri.

Reaksi sintesis matriks. Bagi mereka yang telah mempelajari kimia anorganik dan organik, reaksi yang terjadi dalam larutan di mana molekul-molekul zat berada dalam gerakan kacau adalah hal yang familier. Reaksi dalam sistem seperti itu terjadi sebagai akibat tumbukan molekul secara acak. Semakin tinggi konsentrasi zat, semakin besar kemungkinan terjadinya tumbukan, semakin tinggi pula laju reaksinya. Sebaliknya, ketika konsentrasi zat menurun, kemungkinan bertemunya molekul menjadi kecil dan laju reaksi dapat diabaikan.

Dalam sistem kehidupan, kita menghadapi jenis reaksi baru, seperti reaksi replikasi DNA yang dijelaskan di atas atau reaksi sintesis RNA. Reaksi seperti ini tidak diketahui di alam mati. Ini disebut reaksi sintesis matriks.

Istilah “matriks” dalam teknologi mengacu pada cetakan yang digunakan untuk mencetak koin, medali, dan font tipografi: logam yang dikeraskan secara persis mereproduksi semua detail cetakan yang digunakan untuk pengecoran. Sintesis matriks seperti pengecoran pada matriks: molekul-molekul baru disintesis sesuai dengan rencana yang ditetapkan dalam struktur molekul yang ada. Prinsip matriks mendasari reaksi sintetik terpenting sel, seperti sintesis asam nukleat dan protein. Reaksi-reaksi ini memastikan urutan unit monomer yang tepat dan spesifik dalam polimer yang disintesis. Di sini, kontraksi monomer yang terarah terjadi ke tempat tertentu di dalam sel - ke molekul yang berfungsi sebagai matriks, tempat reaksi berlangsung. Jika reaksi seperti itu terjadi melalui tumbukan molekul secara acak, maka reaksi tersebut akan berlangsung sangat lambat. Sintesis molekul kompleks berdasarkan prinsip templat dilakukan dengan cepat dan akurat.

Peran matriks dalam reaksi matriks dimainkan oleh makromolekul asam nukleat - DNA atau RNA. Molekul monomer dari mana polimer disintesis - nukleotida atau asam amino - ditempatkan dan dipasang pada matriks sesuai dengan prinsip saling melengkapi dalam urutan yang ditentukan secara ketat dan telah ditentukan sebelumnya. Kemudian unit monomer “diikat silang” menjadi rantai polimer, dan polimer jadi dilepaskan dari matriks. Setelah itu, matriks siap untuk perakitan molekul polimer baru. Jelas bahwa, seperti hanya satu koin, atau medali, atau satu huruf yang dapat dicetak pada cetakan tertentu, demikian pula pada molekul matriks tertentu hanya satu polimer yang dapat “dirakit”.

Jenis reaksi matriks- ciri khusus kimia sistem kehidupan. Mereka adalah dasar dari sifat dasar semua makhluk hidup - kemampuannya untuk mereproduksi jenisnya sendiri.

Selain sel hidup, jenis reaksi matriks tidak ditemukan dimanapun di alam.

Siaran

Informasi tentang struktur protein, yang dicatat dalam i-RNA dalam bentuk rangkaian nukleotida, ditransfer lebih lanjut dalam bentuk rangkaian asam amino dalam rantai polipeptida yang disintesis. Proses ini disebut penerjemahan (“terjemahan” - transfer, terjemahan, lat.). Untuk memahami bagaimana penerjemahan terjadi pada ribosom, yaitu penerjemahan informasi dari bahasa asam nukleat ke bahasa protein. Ribosom ditunjukkan pada gambar sebagai badan bulat telur yang mengandung mRNA. Ribosom pertama memasuki molekul mRNA berfilamen dari ujung kiri dan memulai sintesis protein. Saat molekul protein tersusun, ribosom merayap di sepanjang mRNA (pada gambar dari kiri ke kanan). Ketika ribosom bergerak maju 50-100 A, ribosom kedua memasuki mRNA dari ujung yang sama, yang, seperti ribosom pertama, memulai sintesis dan bergerak setelah ribosom pertama. Kemudian ribosom ketiga memasuki i-RNA, ribosom keempat, dan seterusnya. Semuanya melakukan pekerjaan yang sama: masing-masing mensintesis protein yang sama yang diprogram pada i-RNA ini. Semakin jauh ke kanan ribosom bergerak sepanjang mRNA, semakin besar segmen molekul protein yang “berkumpul”. Ketika ribosom mencapai ujung kanan mRNA, sintesis selesai dan ribosom, beserta “produknya”, dibuang ke lingkungan. Di sini mereka berbeda: ribosom - ke mRNA mana pun (karena ia mampu mensintesis protein apa pun; sifat protein bergantung pada matriks), molekul protein - ke retikulum endoplasma dan bergerak sepanjang itu ke bagian sel tempat jenis protein ini diperlukan. Setelah waktu yang singkat, ribosom kedua menyelesaikan pekerjaannya, lalu ribosom ketiga, dan seterusnya. Dan dari ujung kiri mRNA, semakin banyak ribosom baru yang masuk, dan sintesis protein terus berlanjut. Jumlah ribosom yang cocok secara bersamaan pada molekul mRNA bergantung pada panjang mRNA. Misalnya, pada molekul mRNA yang memprogram sintesis protein hemoglobin, yang panjangnya sekitar 1500 A 0, ditempatkan hingga 5 ribosom (diameter ribosom sekitar 230 A). Sekelompok ribosom yang terletak secara bersamaan pada satu molekul RNA disebut poliribosom, atau disingkat polisom.

Sekarang mari kita lihat lebih dekat mekanisme ribosom. Selama pergerakannya sepanjang mRNA, ribosom bersentuhan dengan sebagian kecil molekulnya pada saat tertentu. Bisa jadi ukuran wilayah ini hanya satu triplet nukleotida. Ribosom bergerak di sepanjang mRNA tidak dengan lancar, tetapi sebentar-sebentar, dalam “langkah” - triplet demi triplet. Pada jarak tertentu dari tempat kontak ribosom dengan mRNA terdapat titik “perakitan” protein: di sini enzim protein sintetase ditempatkan dan bekerja, menciptakan rantai polipeptida, yaitu membentuk ikatan peptida antara asam amino.

Mekanisme “perakitan” molekul protein pada ribosom dilakukan sebagai berikut. Di setiap ribosom yang merupakan bagian dari polisom, mis. bergerak di sepanjang i-RNA, molekul t-RNA dengan asam amino yang “menggantung” di atasnya berasal dari lingkungan dalam aliran yang terus menerus. Mereka lewat, menyentuh dengan kodenya ujung tempat kontak ribosom dengan mRNA, dan menyentuh triplet nukleotida mRNA, yang saat ini terletak di ribosom. Ujung tRNA yang berlawanan (membawa asam amino) tampak dekat dengan titik “perakitan” protein. Namun, hanya jika triplet kode tRNA melengkapi triplet mRNA (saat ini terletak di ribosom), asam amino yang dikirimkan oleh tRNA akan menjadi bagian dari molekul protein dan akan dipisahkan dari tRNA. Segera, ribosom mengambil “langkah” maju sepanjang mRNA sebanyak satu triplet, dan tRNA bebas dilepaskan dari ribosom ke lingkungan. Di sini ia menangkap molekul asam amino baru dan membawanya ke ribosom mana pun yang berfungsi. Jadi secara bertahap, triplet demi triplet, ribosom bergerak sepanjang mRNA dan menumbuhkan tautan demi tautan - rantai polipeptida. Beginilah cara kerja ribosom - organel sel yang menakjubkan ini, yang disebut sebagai "automaton molekuler" sintesis protein.

Kami telah menyebutkan sintesis protein yang baru-baru ini dilakukan oleh ahli kimia di laboratorium. Sintesis buatan ini membutuhkan upaya yang sangat besar, banyak waktu dan uang. Dan dalam sel hidup, sintesis satu molekul protein selesai dalam 3-4 detik. Berikut adalah contoh betapa sempurnanya alat sintetik sel hidup bekerja.

Peran enzim dalam biosintesis protein

Kita tidak boleh lupa bahwa tidak ada satu langkah pun dalam proses sintesis protein yang terjadi tanpa partisipasi enzim. Semua reaksi sintesis protein dikatalisis oleh enzim khusus. Sintesis RNA pembawa pesan dilakukan oleh enzim yang “merangkak” di sepanjang molekul DNA dari awal gen hingga akhir dan meninggalkan molekul RNA pembawa pesan yang sudah jadi. Gen dalam proses ini hanya menyediakan program sintesis, dan proses itu sendiri dilakukan oleh enzim. Tanpa partisipasi enzim, hubungan asam amino dengan RNA transfer tidak terjadi.

Ada enzim khusus yang memastikan penangkapan dan koneksi asam amino dengan RNA transfernya. Terakhir, di ribosom, selama proses perakitan protein, kerja enzim yang menghubungkan asam amino menjadi satu.

Energi biosintesis protein

Aspek lain yang sangat penting dari biosintesis protein adalah energinya. Kami telah menyebutkan bahwa setiap proses sintetik merupakan reaksi endotermik dan oleh karena itu memerlukan pengeluaran energi. Biosintesis protein mewakili rantai reaksi sintetik: 1) sintesis mRNA, 2) kombinasi asam amino dengan tRNA dan 3) “perakitan” protein. Semua reaksi ini memerlukan energi. Energi untuk sintesis protein disuplai oleh reaksi pembelahan ATP. Setiap mata rantai biosintesis selalu dikaitkan dengan pemecahan 2 ATP.

Sel terus-menerus bertukar zat dan energi dengan lingkungan. Metabolisme (metabolisme)- properti utama organisme hidup. Pada tingkat sel, metabolisme mencakup dua proses: asimilasi (anabolisme) dan disimilasi (katabolisme). Proses-proses ini terjadi secara bersamaan di dalam sel.

Asimilasi(pertukaran plastik) - serangkaian reaksi sintesis biologis. Dari zat sederhana yang masuk ke dalam sel dari luar, terbentuklah zat yang merupakan ciri khas sel tertentu. Sintesis zat di dalam sel terjadi dengan menggunakan energi yang terkandung dalam molekul ATP.

Disimilasi (metabolisme energi)- serangkaian reaksi penguraian zat. Ketika senyawa bermolekul tinggi dipecah, energi yang diperlukan untuk reaksi biosintesis dilepaskan.

Menurut jenis asimilasinya, organisme dapat bersifat autotrofik, heterotrofik, dan mixotrofik.

Fotosintesis dan kemosintesis- dua bentuk pertukaran plastik. Fotosintesis- proses pembentukan zat organik dari karbon dioksida dan air dalam cahaya dengan partisipasi pigmen fotosintesis.

Kemosintesis - suatu metode nutrisi autotrofik dimana sumber energi untuk sintesis zat organik dari CO2 adalah reaksi oksidasi senyawa anorganik

Biasanya, semua organisme mampu mensintesis zat organik dari zat anorganik, mis. Organisme yang mampu melakukan fotosintesis dan kemosintesis diklasifikasikan sebagai autotrof. Autotrof secara tradisional mencakup tumbuhan dan beberapa mikroorganisme.

Zat utama yang terlibat dalam proses multi-tahap fotosintesis adalah klorofil. Inilah yang mengubah energi matahari menjadi energi kimia.

Fase terang fotosintesis:

(dilakukan pada membran tilakoid)

Cahaya yang mengenai molekul klorofil diserap olehnya dan membawanya ke keadaan tereksitasi - elektron yang merupakan bagian dari molekul, setelah menyerap energi cahaya, berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi dan berpartisipasi dalam proses sintesis;

Di bawah pengaruh cahaya, pemecahan (fotolisis) air juga terjadi:

proton (dengan bantuan elektron) diubah menjadi atom hidrogen dan digunakan untuk sintesis karbohidrat;

ATP (energi) disintesis

Fase gelap fotosintesis(terjadi di stroma kloroplas)

sintesis glukosa yang sebenarnya dan pelepasan oksigen

Harap diperhatikan: Fase ini disebut gelap bukan karena terjadi pada malam hari - sintesis glukosa umumnya terjadi sepanjang waktu, tetapi fase gelap tidak lagi membutuhkan energi cahaya.

20. Metabolisme di dalam sel. Proses disimilasi. Tahapan utama metabolisme energi.

Di semua sel organisme hidup, proses metabolisme dan energi terus terjadi - begitulah metabolisme. Jika kita mempertimbangkan proses ini secara lebih rinci, maka ini adalah proses yang konstan pembentukan dan pembusukan zat dan penyerapan dan ekskresi energi.

Metabolisme di dalam sel:

Proses sintesis zat = metabolisme plastis = asimilasi = anabolisme

Untuk membangun sesuatu, Anda perlu mengeluarkan energi - proses ini terjadi dengan penyerapan energi.

Proses pembelahan = metabolisme energi= disimilasi=katabolisme

Ini adalah proses di mana zat kompleks diurai menjadi zat yang lebih sederhana, dan energi dilepaskan.

Pada dasarnya ini adalah reaksi oksidasi, terjadi di mitokondria, contoh paling sederhana adalah napas. Selama respirasi, zat organik kompleks dipecah menjadi zat yang lebih sederhana, melepaskan karbon dioksida dan energi. Secara umum kedua proses ini saling berhubungan dan bertransformasi satu sama lain. Secara keseluruhan persamaan metabolisme – metabolisme dalam sel – dapat dituliskan sebagai berikut:
katabolisme + anabolisme = metabolisme dalam sel = metabolisme.

Proses penciptaan terus berlangsung di dalam sel. Zat yang lebih kompleks terbentuk dari zat sederhana, dan zat dengan berat molekul tinggi terbentuk dari zat bermolekul rendah. Protein, karbohidrat kompleks, lemak, dan asam nukleat disintesis. Zat yang disintesis digunakan untuk membangun berbagai bagian sel, organelnya, sekresi, enzim, dan zat cadangan. Reaksi sintetik sangat intens dalam sel yang sedang tumbuh; zat terus-menerus disintesis untuk menggantikan molekul yang digunakan atau dihancurkan ketika rusak. Setiap molekul protein atau zat lain yang hancur digantikan oleh molekul baru. Dengan cara ini, sel mempertahankan bentuk dan komposisi kimianya tetap konstan, meskipun terus berubah dalam proses kehidupan.

Sintesis zat yang terjadi di dalam sel disebut sintesis biologis atau singkatnya biosintesis. Semua reaksi biosintesis melibatkan penyerapan energi. Himpunan reaksi biosintetik disebut pertukaran plastik atau asimilasi(Latin "similis" - serupa). Arti dari proses ini adalah zat makanan yang masuk ke dalam sel dari lingkungan luar, yang sangat berbeda dengan zat sel, menjadi zat sel akibat transformasi kimia.

Reaksi pembelahan. Zat kompleks terurai menjadi zat yang lebih sederhana, dan zat bermolekul tinggi menjadi zat bermolekul rendah. Protein terurai menjadi asam amino, pati menjadi glukosa. Zat-zat ini dipecah menjadi senyawa dengan berat molekul lebih rendah, dan pada akhirnya terbentuk zat yang sangat sederhana dan miskin energi - CO 2 dan H 2 O. Reaksi pemisahan dalam banyak kasus disertai dengan pelepasan energi.

Signifikansi biologis dari reaksi-reaksi ini adalah menyediakan energi bagi sel. Segala bentuk aktivitas - pergerakan, sekresi, biosintesis, dll. - memerlukan pengeluaran energi. Himpunan reaksi pemisahan disebut metabolisme atau disimilasi energi sel. Disimilasi adalah kebalikan dari asimilasi: akibat pembelahan, zat kehilangan kemiripannya dengan zat sel.

Pertukaran plastik dan energi (asimilasi dan disimilasi) saling terkait erat. Di satu sisi, reaksi biosintesis memerlukan pengeluaran energi yang diperoleh dari reaksi pembelahan. Di sisi lain, untuk melaksanakan reaksi metabolisme energi, diperlukan biosintesis enzim yang terus-menerus yang melayani reaksi-reaksi ini, karena selama operasi enzim-enzim tersebut aus dan hancur. Sistem reaksi kompleks yang membentuk proses pertukaran plastik dan energi berhubungan erat tidak hanya satu sama lain, tetapi juga dengan lingkungan eksternal.

Dari lingkungan luar, zat makanan masuk ke dalam sel, yang berfungsi sebagai bahan untuk reaksi pertukaran plastik, dan selama reaksi pembelahan, energi yang diperlukan untuk berfungsinya sel dilepaskan darinya. Zat-zat yang tidak dapat lagi digunakan oleh sel dilepaskan ke lingkungan luar. Totalitas semua reaksi enzimatik sel, yaitu totalitas pertukaran plastik dan energi (asimilasi dan disimilasi), yang berhubungan satu sama lain dan dengan eksternal. lingkungan, disebut metabolisme dan energi. Proses ini merupakan syarat utama untuk memelihara kehidupan sel, sumber pertumbuhan, perkembangan dan fungsinya.

Pertukaran energi. Tubuh membutuhkan energi untuk berfungsi. Tumbuhan mengumpulkan energi matahari dalam bahan organik selama fotosintesis. Dalam proses metabolisme energi, zat organik dipecah dan energi ikatan kimia dilepaskan. Sebagian dihamburkan dalam bentuk panas, dan sebagian lagi disimpan dalam molekul ATP. Pada hewan, metabolisme energi terjadi dalam tiga tahap.

Tahap pertama adalah persiapan. Makanan masuk ke dalam tubuh hewan dan manusia dalam bentuk senyawa kompleks bermolekul tinggi. Sebelum memasuki sel dan jaringan, zat-zat tersebut harus dipecah menjadi zat dengan berat molekul rendah yang lebih mudah diakses untuk penyerapan sel. Pada tahap pertama, terjadi pemecahan hidrolitik zat organik, yang terjadi dengan partisipasi air. Ini terjadi di bawah pengaruh enzim di saluran pencernaan hewan multiseluler, di vakuola pencernaan hewan uniseluler, dan pada tingkat sel di lisosom. Reaksi tahap persiapan:

protein + H 2 0 -> asam amino + Q;

lemak + H 2 0 -> gliserol + asam lemak lebih tinggi + Q;

polisakarida -> glukosa + T.

Pada mamalia dan manusia, protein dipecah menjadi asam amino di lambung dan duodenum di bawah aksi enzim - hidrolase peptida (pepsin, trypsin, chemotrypsin). Pemecahan polisakarida dimulai di rongga mulut di bawah aksi enzim ptyalin, dan kemudian berlanjut di duodenum di bawah aksi amilase. Lemak juga dipecah di sana melalui aksi lipase. Semua energi yang dilepaskan dalam hal ini hilang dalam bentuk panas. Zat dengan berat molekul rendah yang dihasilkan memasuki darah dan dikirim ke seluruh organ dan sel. Di dalam sel mereka memasuki lisosom atau langsung ke sitoplasma. Jika pembelahan terjadi pada tingkat sel pada lisosom, zat tersebut segera memasuki sitoplasma. Pada tahap ini, zat disiapkan untuk pemecahan intraseluler.

Tahap kedua- oksidasi bebas oksigen. Tahap kedua dilakukan pada tingkat sel tanpa adanya oksigen. Itu terjadi di sitoplasma sel. Mari kita pertimbangkan pemecahan glukosa sebagai salah satu zat metabolisme utama dalam sel. Semua zat organik lainnya (asam lemak, gliserol, asam amino) ditarik ke dalam proses transformasi pada berbagai tahap. Pemecahan glukosa tanpa oksigen disebut glikolisis. Glukosa mengalami serangkaian transformasi yang berurutan (Gbr. 16). Pertama, diubah menjadi fruktosa, terfosforilasi - diaktifkan oleh dua molekul ATP dan diubah menjadi fruktosa difosfat. Selanjutnya, molekul karbohidrat enam karbon terurai menjadi dua senyawa tiga karbon - dua molekul gliserofosfat (triosa). Setelah serangkaian reaksi, mereka dioksidasi, masing-masing kehilangan dua atom hidrogen, dan diubah menjadi dua molekul asam piruvat (PVA). Sebagai hasil dari reaksi ini, empat molekul ATP disintesis. Karena dua molekul ATP pada awalnya digunakan untuk mengaktifkan glukosa, hasil totalnya adalah 2 ATP. Dengan demikian, energi yang dilepaskan selama pemecahan glukosa sebagian disimpan dalam dua molekul ATP, dan sebagian lagi dikonsumsi dalam bentuk panas. Empat atom hidrogen yang dihilangkan selama oksidasi gliserofosfat bergabung dengan pembawa hidrogen NAD+ (nicotinamide dinucleotide phosphate). Ini adalah pembawa hidrogen yang sama dengan NADP+, tetapi terlibat dalam reaksi metabolisme energi.

Skema umum reaksi glikolisis:

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + - > 2C 3 jam 4 0 3 + 2NAD 2 jam

2ADF - > 2ATP

Molekul NAD2H tereduksi memasuki mitokondria, di mana mereka teroksidasi, melepaskan hidrogen. Tergantung pada jenis sel, jaringan atau organisme, asam piruvat dalam lingkungan bebas oksigen dapat diubah lebih lanjut menjadi asam laktat, etil alkohol, asam butirat atau bahan organik lainnya. zat. Dalam organisme anaerobik, proses ini disebut fermentasi.

Fermentasi asam laktat:

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 + 2NAD 2H<=>2C 3 H 6 0 3 + 2NAD +

Glukosa asam laktat PVC

Fermentasi alkohol:

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 + 2NAD 2H<=>2C 2 H 5 OH + 2C0 2 + 2NAD +

Glukosa PVC etil alkohol

Tahap ketiga adalah oksidasi biologis, atau respirasi. Tahap ini hanya terjadi dengan adanya oksigen dan disebut sebaliknya oksigen. Itu terjadi di mitokondria. Asam piruvat dari sitoplasma memasuki mitokondria, di mana ia kehilangan molekul karbon dioksida dan berubah menjadi asam asetat, bergabung dengan aktivator dan pembawa koenzim-A. Asetil-KoA yang dihasilkan kemudian memasuki serangkaian reaksi siklik. Produk penguraian bebas oksigen - asam laktat, etil alkohol - juga mengalami perubahan lebih lanjut dan mengalami oksidasi dengan oksigen. Asam laktat diubah menjadi asam piruvat jika terbentuk karena kekurangan oksigen pada jaringan hewan. Etil alkohol dioksidasi menjadi asam asetat dan berikatan dengan CoA. Reaksi siklik yang mengubah asam asetat disebut siklus asam di- dan trikarboksilat, atau siklus krebs, dinamai ilmuwan yang pertama kali menjelaskan reaksi ini. Sebagai hasil dari serangkaian reaksi berurutan, terjadi dekarboksilasi - penghilangan karbon dioksida dan oksidasi - penghilangan hidrogen dari zat yang dihasilkan. Karbon dioksida, terbentuk selama dekarboksilasi PVC dan dalam siklus Krebs, dilepaskan dari mitokondria, dan kemudian dari sel dan tubuh selama respirasi. Jadi, karbon dioksida terbentuk langsung selama dekarboksilasi zat organik. Semua hidrogen yang dikeluarkan dari zat antara bergabung dengan transporter NAD +, dan NAD 2H terbentuk. Selama fotosintesis, karbon dioksida bergabung dengan zat antara dan direduksi dengan hidrogen. Di sini prosesnya terbalik.

Persamaan umum dekarboksilasi dan oksidasi PVC adalah:

2C 3 H 4 0 3 + 6H 2 0 + 10NAD + -> 6C0 2 + 10NAD N.

Sekarang mari kita telusuri jalur molekul NAD 2H. Mereka tiba di krista mitokondria, tempat rantai pernapasan enzim berada. Pada rantai ini, hidrogen dipisahkan dari pembawa dengan pelepasan elektron secara simultan. Setiap molekul NAD 2H tereduksi menyumbangkan dua hidrogen dan dua elektron. Energi elektron yang dilepaskan sangat tinggi. Mereka memasuki rantai pernapasan enzim, yang terdiri dari protein - sitokrom. Bergerak melalui sistem ini secara kaskade, elektron kehilangan energi. Karena energi ini, molekul ATP disintesis dengan adanya enzim ATPase. Bersamaan dengan proses ini, ion hidrogen dipompa melalui membran ke sisi luarnya. Dalam proses oksidasi 12 molekul NAD-2H, yang terbentuk selama glikolisis (2 molekul) dan sebagai hasil reaksi dalam siklus Krebs (10 molekul), 36 molekul ATP disintesis. Sintesis molekul ATP yang berhubungan dengan proses oksidasi hidrogen disebut fosforilasi oksidatif. Akseptor elektron terakhir adalah molekul oksigen yang memasuki mitokondria selama respirasi. Atom oksigen di luar membran menerima elektron dan menjadi bermuatan negatif. Ion hidrogen positif bergabung dengan oksigen bermuatan negatif membentuk molekul air. Ingatlah bahwa oksigen atmosfer terbentuk sebagai hasil fotosintesis selama fotolisis molekul air, dan hidrogen digunakan untuk mereduksi karbon dioksida. Dalam proses pertukaran energi, hidrogen dan oksigen digabungkan kembali dan diubah menjadi air.

Reaksi umum dari tahap oksidasi oksigen:

2C 3 H 4 0 3 + 4H + 60 2 -> 6C0 2 + 6H 2 0;

36ADP -> 36ATP.

Jadi, hasil molekul ATP selama oksidasi oksigen 18 kali lebih besar dibandingkan dengan oksidasi bebas oksigen.

Persamaan keseluruhan untuk oksidasi glukosa dalam dua tahap:

С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + E->Q(hangat).

38ADP -> 38ATP

Jadi, ketika glukosa dipecah menjadi dua tahap, total 38 molekul ATP terbentuk, dan bagian utama - 36 molekul - selama oksidasi oksigen. Perolehan energi ini memastikan perkembangan organisme aerob yang lebih unggul dibandingkan organisme anaerobik.

21. Siklus sel mitosis. Ciri-ciri periode. Mitosis, signifikansi biologisnya. amitosis.

Di bawah siklus sel (kehidupan). memahami keberadaan suatu sel sejak ia muncul sebagai hasil pembelahan sampai pembelahan berikutnya atau sampai matinya sel tersebut.

Konsep yang dekat dengannya adalah siklus mitosis.

Siklus mitosis- ini adalah aktivitas vital sel dari pembelahan ke pembelahan berikutnya.

Ini adalah fenomena kompleks yang saling terkait dan terkoordinasi selama pembelahan sel, serta sebelum dan sesudahnya. Siklus mitosis- ini adalah serangkaian proses yang terjadi dalam sel dari satu pembelahan ke pembelahan berikutnya dan diakhiri dengan pembentukan dua sel generasi berikutnya. Selain itu, konsep siklus hidup juga mencakup periode sel menjalankan fungsinya dan periode istirahat. Pada saat ini, nasib sel selanjutnya tidak pasti: sel mungkin mulai membelah (memasuki mitosis) atau mulai bersiap untuk melakukan fungsi tertentu.

Tahapan utama mitosis.

1. Reduplikasi (self-duplication) informasi genetik sel induk dan pemerataannya antar sel anak. Hal ini disertai dengan perubahan struktur dan morfologi kromosom, di mana lebih dari 90% informasi sel eukariotik terkonsentrasi.

2. Siklus mitosis terdiri dari empat periode berturut-turut: G1 prasintetik (atau pascamitotik), S sintetik, G2 pascasintetik (atau premitotik) dan mitosis itu sendiri. Mereka merupakan interfase autokatalitik (periode persiapan).

Fase siklus sel:

1) prasintetik (G1) (2n2c, dimana n adalah jumlah kromosom, c adalah jumlah molekul). Terjadi segera setelah pembelahan sel. Sintesis DNA belum terjadi. Sel secara aktif bertambah besar ukurannya, menyimpan zat yang diperlukan untuk pembelahan: protein (histon, protein struktural, enzim), RNA, molekul ATP. Terjadi pembelahan mitokondria dan kloroplas (yaitu struktur yang mampu bereproduksi sendiri). Fitur organisasi sel interfase dipulihkan setelah pembelahan sebelumnya;

2) sintetis (S) (2n4c). Materi genetik diduplikasi melalui replikasi DNA. Ini terjadi secara semi-konservatif, ketika heliks ganda molekul DNA menyimpang menjadi dua rantai dan rantai komplementer disintesis pada masing-masing rantai.

Hasilnya adalah dua heliks ganda DNA yang identik, masing-masing terdiri dari satu untai DNA baru dan satu untai DNA lama. Jumlah materi keturunan menjadi dua kali lipat. Selain itu, sintesis RNA dan protein terus berlanjut. Selain itu, sebagian kecil DNA mitokondria mengalami replikasi (sebagian besar direplikasi pada periode G2);

3) pascasintetis (G2) (2n4c). DNA tidak lagi disintesis, tetapi cacat yang terjadi selama sintesisnya pada periode S diperbaiki (perbaikan). Energi dan nutrisi juga terakumulasi, dan sintesis RNA dan protein (terutama nuklir) terus berlanjut.

S dan G2 berhubungan langsung dengan mitosis, sehingga terkadang dipisahkan menjadi periode terpisah - praprofase.

Setelah itu terjadi mitosis yang sebenarnya, yang terdiri dari empat fase. Proses pembagiannya meliputi beberapa tahapan yang berurutan dan merupakan suatu siklus. Durasinya bervariasi dan berkisar antara 10 hingga 50 jam pada sebagian besar sel. Pada sel tubuh manusia, durasi mitosis sendiri adalah 1-1,5 jam, periode interfase G2 adalah 2-3 jam, periode interfase S adalah 6-10 jam. jam .

Tahapan mitosis.

Proses mitosis biasanya dibagi menjadi empat fase utama: profase, metafase, anafase Dan telofase. Karena kontinu, perubahan fase dilakukan dengan lancar - fase yang satu tanpa disadari berpindah ke fase lainnya.

Dalam profase Volume inti meningkat, dan karena spiralisasi kromatin, kromosom terbentuk. Pada akhir profase, terlihat jelas bahwa setiap kromosom terdiri dari dua kromatid. Nukleolus dan membran inti secara bertahap larut, dan kromosom muncul secara acak di sitoplasma sel. Sentriol menyimpang menuju kutub sel. Spindel fisi akromatin terbentuk, sebagian benangnya berpindah dari kutub ke kutub, dan sebagian lagi menempel pada sentromer kromosom. Kandungan materi genetik di dalam sel tetap tidak berubah (2n4c).

Dalam metafase kromosom mencapai spiralisasi maksimum dan tersusun secara teratur di ekuator sel, sehingga dihitung dan dipelajari selama periode ini. Kandungan materi genetik tidak berubah (2n4c).

Dalam anafase setiap kromosom “terbelah” menjadi dua kromatid, yang selanjutnya disebut kromosom anak. Untaian gelendong yang menempel pada sentromer berkontraksi dan menarik kromatid (kromosom anak) menuju kutub sel yang berlawanan. Kandungan materi genetik dalam sel pada setiap kutub diwakili oleh satu set kromosom diploid, namun setiap kromosom mengandung satu kromatid (4n4c).

Dalam telofase Kromosom yang terletak di kutub menghilang dan menjadi sulit terlihat. Di sekitar kromosom di setiap kutub, membran inti terbentuk dari struktur membran sitoplasma, dan nukleolus terbentuk di dalam inti. Spindel fisi hancur. Pada saat yang sama, sitoplasma membelah. Sel anak mempunyai satu set kromosom diploid, yang masing-masing terdiri dari satu kromatid (2n2c).

Proses metabolisme plastik dan energi saling terkait erat. Semua proses sintetik (anabolik) memerlukan energi yang disuplai melalui reaksi disimilasi. Reaksi pemecahan itu sendiri (katabolisme) hanya terjadi dengan partisipasi enzim yang disintesis selama proses asimilasi.

Peran PTF dalam metabolisme

Energi yang dilepaskan selama penguraian bahan organik tidak langsung digunakan oleh sel, tetapi disimpan dalam bentuk senyawa berenergi tinggi, biasanya dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Berdasarkan sifat kimianya, ATP adalah mononukleotida.

ATP (asam adenosin trifosfat)- mononukleotida yang terdiri dari adenin, ribosa dan tiga residu asam fosfat, saling berhubungan melalui ikatan energi tinggi.

Ikatan-ikatan ini menyimpan energi, yang dilepaskan ketika ikatan tersebut diputus:
ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + Q 1
ADP + H 2 O → AMP + H 3 PO 4 + Q 2
AMP + H 2 O → adenin + ribosa + H 3 PO 4 + Q 3,
dimana ATP adalah asam adenosin trifosfat; ADP - asam adenosin difosfat; AMP - asam adenosin monofosfat; Q 1 = Q 2 = 30,6 kJ; Q 3 = 13,8 kJ.
Pasokan ATP dalam sel terbatas dan diisi ulang melalui proses fosforilasi. Fosforilasi- penambahan residu asam fosfat ke ADP (ADP + P → ATP). Ini terjadi pada tingkat yang bervariasi selama respirasi, fermentasi dan fotosintesis. ATP diperbarui dengan sangat cepat (pada manusia, umur satu molekul ATP kurang dari 1 menit).
Energi yang terakumulasi dalam molekul ATP digunakan oleh tubuh dalam reaksi anabolik (reaksi biosintesis). Molekul ATP adalah penyimpan dan pembawa energi universal bagi semua makhluk hidup.

Pertukaran energi

Energi yang diperlukan untuk kehidupan diperoleh oleh sebagian besar organisme sebagai hasil proses oksidasi zat organik, yaitu hasil reaksi katabolik. Senyawa terpenting yang berperan sebagai bahan bakar adalah glukosa.
Sehubungan dengan oksigen bebas, organisme dibagi menjadi tiga kelompok.

Klasifikasi organisme dalam kaitannya dengan oksigen bebas

Pada aerob obligat dan anaerob fakultatif, dengan adanya oksigen, katabolisme terjadi dalam tiga tahap: persiapan, bebas oksigen, dan oksigen. Akibatnya zat organik terurai menjadi senyawa anorganik. Pada anaerob obligat dan anaerob fakultatif, ketika kekurangan oksigen, katabolisme terjadi pada dua tahap pertama: persiapan dan bebas oksigen. Akibatnya terbentuk senyawa organik antara yang masih kaya energi.

Tahapan katabolisme

1. Tahap pertama adalah persiapan- terdiri dari pemecahan enzimatik senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Protein dipecah menjadi asam amino, lemak menjadi gliserol dan asam lemak, polisakarida menjadi monosakarida, asam nukleat menjadi nukleotida. Pada organisme multiseluler, ini terjadi di saluran pencernaan; pada organisme uniseluler, pada lisosom di bawah pengaruh enzim hidrolitik. Energi yang dilepaskan dalam proses ini hilang dalam bentuk panas. Senyawa organik yang dihasilkan mengalami oksidasi lebih lanjut atau digunakan oleh sel untuk mensintesis senyawa organiknya sendiri.
2. Tahap kedua - oksidasi tidak sempurna (bebas oksigen)- terdiri dari pemecahan lebih lanjut zat organik, yang dilakukan di sitoplasma sel tanpa partisipasi oksigen. Sumber energi utama dalam sel adalah glukosa. Oksidasi glukosa yang tidak lengkap dan bebas oksigen disebut glikolisis. Akibat glikolisis satu molekul glukosa, terbentuk dua molekul asam piruvat (PVA, piruvat) CH 3 COCOOH, ATP dan air, serta atom hidrogen, yang diikat oleh molekul pembawa NAD + dan disimpan dalam bentuk dari NADH.
Rumus total glikolisis adalah sebagai berikut:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2ATP + 2NAD N.
Berikutnya dengan tidak adanya oksigen di lingkungan Produk glikolisis (PVC dan NADH) diproses menjadi etil alkohol - fermentasi alkohol(dalam sel ragi dan tumbuhan ketika kekurangan oksigen)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 ANAK + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
atau menjadi asam laktat - fermentasi asam laktat (dalam sel hewan yang kekurangan oksigen)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
Dengan adanya oksigen di lingkungan produk glikolisis mengalami pemecahan lebih lanjut menjadi produk akhir.
3. Tahap ketiga adalah oksidasi sempurna (respirasi)- terdiri dari oksidasi PVC menjadi karbon dioksida dan air, dilakukan di mitokondria dengan partisipasi wajib oksigen.
Ini terdiri dari tiga tahap:
A) pembentukan asetil koenzim A;
B) oksidasi asetil koenzim A dalam siklus Krebs;
B) fosforilasi oksidatif dalam rantai transpor elektron.

A. Pada tahap pertama, PVC ditransfer dari sitoplasma ke mitokondria, di mana ia berinteraksi dengan enzim matriks dan membentuk 1) karbon dioksida, yang dikeluarkan dari sel; 2) atom hidrogen, yang dikirimkan oleh molekul pembawa ke membran bagian dalam mitokondria; 3) asetil koenzim A (asetil-KoA).
B. Pada tahap kedua, asetil koenzim A dioksidasi dalam siklus Krebs. Siklus Krebs (siklus asam trikarboksilat, siklus asam sitrat) adalah rantai reaksi berurutan di mana satu molekul asetil-KoA menghasilkan 1) dua molekul karbon dioksida, 2) molekul ATP dan 3) empat pasang atom hidrogen ditransfer ke molekul - transporter - NAD dan FAD. Jadi, sebagai hasil dari glikolisis dan siklus Krebs, molekul glukosa dipecah menjadi CO 2, dan energi yang dilepaskan dalam hal ini digunakan untuk sintesis 4 ATP dan terakumulasi dalam 10 NADH dan 4 FADH 2.
B. Pada tahap ketiga, atom hidrogen dengan NADH dan FADH 2 dioksidasi oleh molekul oksigen O 2 membentuk air. Satu NADH mampu membentuk 3 ATP, dan satu FADH mampu membentuk 2 –2 ATP. Jadi, energi yang dilepaskan dalam hal ini disimpan dalam bentuk 34 ATP lainnya.
Proses ini berlangsung sebagai berikut. Atom hidrogen terkonsentrasi di dekat bagian luar membran mitokondria bagian dalam. Mereka kehilangan elektron, yang ditransfer melalui rantai molekul pembawa (sitokrom) dari rantai transpor elektron (ETC) ke bagian dalam membran bagian dalam, di mana mereka bergabung dengan molekul oksigen:
HAI 2 + e - → HAI 2 - .
Akibat aktivitas enzim pada rantai transpor elektron, membran dalam mitokondria bermuatan negatif dari dalam (akibat O 2 -), dan bermuatan positif dari luar (akibat H +), sehingga timbul beda potensial. tercipta di antara permukaannya. Molekul enzim ATP sintetase, yang memiliki saluran ion, dibangun di membran bagian dalam mitokondria. Ketika beda potensial melintasi membran mencapai tingkat kritis, partikel H+ bermuatan positif mulai didorong melalui saluran ATPase oleh gaya medan listrik dan, begitu berada di permukaan bagian dalam membran, berinteraksi dengan oksigen, membentuk air:
1/2O 2 - +2H + → H 2 O.
Energi ion hidrogen H+ yang diangkut melalui saluran ion membran dalam mitokondria digunakan untuk memfosforilasi ADP menjadi ATP:
ADP + P → ATP.
Pembentukan ATP di mitokondria dengan partisipasi oksigen disebut fosforilasi oksidatif.
Persamaan keseluruhan pemecahan glukosa selama respirasi sel adalah:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38H 3 PO 4 + 38ADP → 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP.
Jadi, selama glikolisis, 2 molekul ATP terbentuk, selama respirasi sel - 36 molekul ATP lainnya, total dengan oksidasi glukosa lengkap - 38 molekul ATP.

Pertukaran plastik

Metabolisme plastik, atau asimilasi, adalah serangkaian reaksi yang memastikan sintesis senyawa organik kompleks dari senyawa sederhana (fotosintesis, kemosintesis, biosintesis protein, dll.).

Organisme heterotrofik membangun bahan organiknya sendiri dari komponen makanan organik. Asimilasi heterotrofik pada dasarnya direduksi menjadi penataan ulang molekul:
zat pangan organik (protein, lemak, karbohidrat) → molekul organik sederhana (asam amino, asam lemak, monosakarida) → makromolekul tubuh (protein, lemak, karbohidrat).
Organisme autotrofik mampu mensintesis zat organik secara mandiri dari molekul anorganik yang dikonsumsi dari lingkungan luar. Dalam proses foto dan kemosintesis, senyawa organik sederhana terbentuk, dari mana makromolekul kemudian disintesis:
zat anorganik (CO 2, H 2 O) → molekul organik sederhana (asam amino, asam lemak, monosakarida) → makromolekul tubuh (protein, lemak, karbohidrat).

Fotosintesis

Fotosintesis- sintesis senyawa organik dari senyawa anorganik dengan menggunakan energi cahaya. Persamaan keseluruhan untuk fotosintesis adalah:

Fotosintesis terjadi dengan partisipasi pigmen fotosintesis, yang memiliki sifat unik dalam mengubah energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia dalam bentuk ATP. Pigmen fotosintesis adalah zat mirip protein. Pigmen terpenting adalah klorofil. Pada eukariota, pigmen fotosintetik tertanam di membran dalam plastida; pada prokariota, pigmen tersebut tertanam di invaginasi membran sitoplasma.
Struktur kloroplas sangat mirip dengan struktur mitokondria. Membran bagian dalam tilakoid grana mengandung pigmen fotosintetik, serta protein rantai transpor elektron dan molekul enzim ATP sintetase.
Proses fotosintesis terdiri dari dua fase: terang dan gelap.
1. Fase terang fotosintesis hanya terjadi pada cahaya di membran tilakoid grana.
Ini termasuk penyerapan kuanta cahaya oleh klorofil, pembentukan molekul ATP dan fotolisis air.
Di bawah pengaruh kuantum cahaya (hv), klorofil kehilangan elektron, berpindah ke keadaan tereksitasi:

Elektron-elektron ini ditransfer oleh pembawa ke permukaan luar membran tilakoid, yaitu menghadap matriks, tempat elektron-elektron tersebut terakumulasi.
Pada saat yang sama, fotolisis air terjadi di dalam tilakoid, yaitu penguraiannya di bawah pengaruh cahaya:

Elektron yang dihasilkan ditransfer oleh pembawa ke molekul klorofil dan mereduksinya. Molekul klorofil kembali ke keadaan stabil.
Proton hidrogen yang terbentuk selama fotolisis air terakumulasi di dalam tilakoid, menciptakan reservoir H+. Akibatnya permukaan bagian dalam membran tilakoid bermuatan positif (akibat H+), dan permukaan luar bermuatan negatif (akibat e -). Ketika partikel bermuatan berlawanan terakumulasi di kedua sisi membran, beda potensial meningkat. Ketika beda potensial mencapai nilai kritis, gaya medan listrik mulai mendorong proton melalui saluran ATP sintetase. Energi yang dilepaskan dalam hal ini digunakan untuk memfosforilasi molekul ADP:
ADP + P → ATP.

Pembentukan ATP selama fotosintesis di bawah pengaruh energi cahaya disebut fotofosforilasi.
Ion hidrogen, yang berada di permukaan luar membran tilakoid, bertemu elektron di sana dan membentuk atom hidrogen, yang berikatan dengan molekul pembawa hidrogen NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate):
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Jadi, pada fase terang fotosintesis terjadi tiga proses: pembentukan oksigen akibat penguraian air, sintesis ATP, dan pembentukan atom hidrogen dalam bentuk NADPH 2. Oksigen berdifusi ke atmosfer, dan ATP dan NADPH 2 berpartisipasi dalam proses fase gelap.
2. Fase gelap fotosintesis terjadi dalam matriks kloroplas baik dalam terang maupun gelap dan mewakili serangkaian transformasi berurutan CO 2 yang berasal dari udara dalam siklus Calvin. Reaksi fase gelap dilakukan dengan menggunakan energi ATP. Dalam siklus Calvin, CO 2 bergabung dengan hidrogen dari NADPH 2 membentuk glukosa.
Dalam proses fotosintesis, selain monosakarida (glukosa, dll.), monomer senyawa organik lainnya juga disintesis - asam amino, gliserol, dan asam lemak. Jadi, berkat fotosintesis, tumbuhan menyediakan zat organik dan oksigen yang diperlukan bagi dirinya dan semua makhluk hidup di Bumi.
Karakteristik perbandingan fotosintesis dan respirasi eukariota disajikan dalam tabel.

Ciri-ciri perbandingan fotosintesis dan respirasi eukariota

Informasi genetik pada semua organisme disimpan dalam bentuk rangkaian nukleotida DNA tertentu (atau RNA pada virus RNA). Prokariota mengandung informasi genetik dalam bentuk molekul DNA tunggal. Pada sel eukariotik, materi genetik didistribusikan dalam beberapa molekul DNA yang disusun menjadi kromosom.
DNA terdiri dari daerah pengkode dan non-pengkode. Pengkodean kode wilayah untuk RNA. Daerah DNA yang tidak mengkode berfungsi struktural fungsi, memungkinkan bagian materi genetik dikemas dengan cara tertentu, atau peraturan berfungsi dengan berpartisipasi dalam masuknya gen yang mengarahkan sintesis protein.
Daerah pengkode DNA adalah gen. Gen - bagian dari molekul DNA yang mengkode sintesis satu mRNA (dan, karenanya, polipeptida), rRNA atau tRNA.
Daerah kromosom tempat gen berada disebut tempat . Himpunan gen dalam inti sel adalah genotip , satu set gen dari satu set kromosom haploid - genom , satu set gen DNA ekstranuklear (mitokondria, plastida, sitoplasma) - plasmon .
Implementasi informasi yang dicatat dalam gen melalui sintesis protein disebut ekspresi (manifestasi) gen. Informasi genetik disimpan sebagai rangkaian nukleotida DNA tertentu dan diwujudkan sebagai rangkaian asam amino dalam protein. RNA bertindak sebagai perantara dan pembawa informasi. Artinya, implementasi informasi genetik terjadi sebagai berikut:
DNA → RNA → protein.
Proses ini dilakukan dalam dua tahap:
1) transkripsi;
2) siaran.

Transkripsi(dari lat. transkripsi- penulisan ulang) - sintesis RNA menggunakan DNA sebagai templat. Akibatnya, mRNA, tRNA dan rRNA terbentuk. Proses transkripsi memerlukan banyak energi dalam bentuk ATP dan dilakukan oleh enzim RNA polimerase.

Dalam hal ini, tidak seluruh molekul DNA ditranskripsi, tetapi hanya segmen individualnya. Segmen seperti itu ( transkripton) dimulai promotor- bagian DNA tempat menempelnya RNA polimerase dan tempat transkripsi dimulai dan diakhiri terminator- bagian DNA yang berisi sinyal untuk akhir transkripsi. Transkripton adalah gen dari sudut pandang biologi molekuler.
Transkripsi, seperti replikasi, didasarkan pada kemampuan basa nitrogen nukleotida untuk berikatan secara komplementer. Selama transkripsi, untai ganda DNA diputus, dan sintesis RNA dilakukan sepanjang satu untai DNA.

Selama proses transkripsi, urutan nukleotida DNA disalin ke molekul mRNA yang disintesis, yang bertindak sebagai cetakan dalam proses biosintesis protein.
Gen prokariotik hanya terdiri dari pengkodean urutan nukleotida.

Gen eukariotik terdiri dari pengkodean bergantian ( ekson) dan tanpa pengkodean ( intron) plot.

Setelah transkripsi, bagian mRNA yang sesuai dengan intron dihilangkan selama penyambungan, yang merupakan bagian integral dari pemrosesan.

Pengolahan- proses pembentukan mRNA matang dari prekursornya pra-mRNA. Ini mencakup dua acara utama. 1. Menempelkan rangkaian pendek nukleotida pada ujung mRNA, yang menunjukkan awal dan akhir translasi. Penyambungan- penghapusan urutan mRNA yang tidak informatif terkait dengan intron DNA. Akibat penyambungan, berat molekul mRNA berkurang 10 kali lipat. Siaran(dari lat. terjemahan- terjemahan) - sintesis rantai polipeptida menggunakan mRNA sebagai templat.

Ketiga jenis RNA terlibat dalam penerjemahan: mRNA adalah matriks informasi; tRNA mengirimkan asam amino dan mengenali kodon; rRNA bersama dengan protein membentuk ribosom, yang menampung mRNA, tRNA dan protein serta melakukan sintesis rantai polipeptida.

Tahapan siaran

Reaksi sintesis matriks. Reaksi sintesis matriks meliputi

• penggandaan diri DNA (replikasi);
• pembentukan mRNA, tRNA dan rRNA pada molekul DNA (transkripsi);
• biosintesis protein menjadi mRNA (terjemahan).

Kesamaan dari semua reaksi ini adalah bahwa molekul DNA dalam satu kasus atau molekul mRNA dalam kasus lain bertindak sebagai matriks tempat terbentuknya molekul identik. Reaksi sintesis matriks merupakan dasar kemampuan organisme hidup untuk mereproduksi jenisnya sendiri.
Regulasi ekspresi gen. Tubuh organisme multiseluler terdiri dari berbagai jenis sel. Mereka berbeda dalam struktur dan fungsinya, yaitu dibedakan. Perbedaannya diwujudkan dalam kenyataan bahwa selain protein yang diperlukan untuk setiap sel tubuh, sel-sel dari setiap jenis juga mensintesis protein khusus: keratin terbentuk di epidermis, hemoglobin terbentuk di eritrosit, dll. Diferensiasi sel disebabkan oleh perubahan pada kumpulan gen yang diekspresikan dan tidak disertai dengan perubahan permanen pada struktur rangkaian DNA itu sendiri.

Pilihan 1

1 . Apa nama biosintesis protein tahap pertama?

1) terjemahan 2) transkripsi

3) mutasi4) pengkodean

2. Dimana terjadinya pembentukan poli secara langsung?rantai pengukur protein?

1) di inti2) di pusat sel

3) di kompleks Golgi4) di ribosom

3 Apa nama produk utama fotosintesis?
1) pati2) selulosa
3) glukosa 4) sukrosa

4. Bagaimana proses fotolisis (fotooksidaLeniya)?

1) pemisahan molekul air selama fotosintesis

2) sintesis molekul air selama fotosintesis

3) pelepasan molekul air selama fotosintesis

4) penyerapan molekul air selama fotosintesis

5.
dalam kloroplas. Manakah dari zat berikut yang sesuai dengan nomor 2 pada diagram ini?

1) glukosa

2) air

3) karbon dioksida

4) oksigen

6 .Rumus zat manakah yang harus ditulis pada bagian kosong pada diagram reaksi kimia?

DENGAN 6 N 12 TENTANG 6 + 6O 2 =…+6H 2 TENTANG

1) karbon monoksida

2) karbon dioksida

3) oksigen

4) klorofil

7.

Proses

mRNA

Transfer informasi ke ribosom

1) tRNA

2)DNA

3)ATP

4) EPS

8. Molekul organik manakah yang dapat dianggap analog dengan matriks untuk mencetak buku?

1) molekul hemoglobin

2)ATP

3)DNA

4) molekul pati

9. Apakah pernyataan tentang fotosintesis berikut ini benar?

A. Fotosintesis hanya penting bagi tumbuhan.

B. Fotosintesis adalah sumber bahan organik bagi semua organisme hidup.

2) hanya B yang benar

3) kedua penilaian itu benar

4) kedua penilaian itu salah

10 .Apa saja tanda-tanda biosintesis protein dalam sel? Pilih tiga jawaban yang benar dari enam jawaban dan tuliskan angka-angka yang menunjukkannya.

1) Energi cahaya digunakan untuk melakukan proses tersebut.

2) Prosesnya terjadi dengan adanya enzim.

3) Peran sentral dalam proses ini adalah milik molekul RNA.

4) Prosesnya disertai dengan sintesis ATP.

5) Asam amino berfungsi sebagai monomer untuk membentuk molekul.

6) Molekul protein dirakit di lisosom.

11. Masukkan ke dalam teks “Fase terang fotosintesis” istilah yang hilang dari daftar yang diusulkan, menggunakan notasi numerik. Tuliskan nomor jawaban yang dipilih pada teks, lalu masukkan urutan angka yang dihasilkan (sesuai teks) pada tabel di bawah.

FASE CAHAYA FOTOSINTESIS

Sekarang telah diketahui bahwa fotosintesis terjadi dalam dua fase: cahaya dan __________ (A). Pada fase cahaya, akibat energi matahari, terjadi eksitasi molekul __________ (B) dan sintesis molekul __________ (C). Bersamaan dengan reaksi ini, air terurai di bawah pengaruh cahaya, melepaskan __________ bebas (G). Proses ini disebut fotolisis.

DNA

2)

gelap

3)

oksigen

4)

ATP

5)

senja

6)

hemoglobin

7)

klorofil

8)

karbon dioksida

12. Cocokkan jamur dengan jenis nutrisinya. Untuk melakukan ini, pilih posisi dari kolom kedua untuk setiap elemen kolom pertama. Masukkan nomor jawaban yang dipilih pada tabel.

B)

penicillium

DI DALAM)

ragi

G)

jamur tinder kuning belerang

D)

jamur karat sereal

D)

embun tepung gooseberry

2)

13. Pelajari grafik ketergantungan laju reaksi kimia pada organisme hidup terhadap suhu (sepanjang sumbuX suhu tubuh diplot (dalam °C), dan sepanjang sumbupada – laju relatif reaksi kimia (dalam satuan sembarang)).

Manakah dari uraian berikut yang paling akurat mencirikan ketergantungan ini dalam kisaran suhu tertentu? Laju reaksi kimia pada organisme hidup dengan peningkatan suhu berkisar antara 39 hingga 43°C

2) menurun tajam sepanjang interval

3) tumbuh, mencapai nilai maksimalnya

4) berfluktuasi di sekitar nilai rata-rata

Biosintesis protein dalam sel hidup. Biosintesis karbohidrat - fotosintesis

pilihan 2

1. Di mana penyalinan informasi genetik terjadi?perkawinan DNA?

1) di sitoplasma2) di luar kandang

3) pada intinya4) di dalam membran

2 . Proses pembacaan genetika mRNA disebut?informasi teknis?

1) transkripsi 2) terjemahan

3) sintesis4) menyalin

3 . Energi apa yang digunakan dalam reaksi terang?untuk sintesis?

1) energi internal sel

2) energi yang dilepaskan oleh sel selama katabolisme

3) energi udara

4) energi sinar matahari

4. Ruang intramembran disebut apa?Roplast, diisi dengan bahan agar-agar?
1) polisom 3) grana
2) stroma 4) tilakoid

5. Rumus zat manakah yang harus ditulis pada bagian kosong pada diagram reaksi kimia?

6СО 2 + 6 jam 2 HAI =… + 6O 2

1) hemoglobin

2)DNA

3) glukosa

4) klorofil

6. Pelajari diagram yang menunjukkan proses fotosintesis yang sedang berlangsung
dalam kloroplas. Manakah diantara zat berikut yang sesuai dengan angka 3?
pada diagram ini?

2) karbon dioksida

3) oksigen

4) glukosa

7. Printer yang terhubung ke komputer dapat dianggap analog dengan struktur seluler yang mana?

2) ribosom

3)mitokondria

4) Kompleks Golgi

8. Apakah penilaian tentang proses kehidupan tumbuhan berikut ini benar?

A. Fungsi utama fotosintesis adalah produksi oksigen.

DI DALAM. Fungsi utama respirasi sel adalah penyerapan oksigen.

2) hanya B yang benar

3) kedua pernyataan itu benar

4) kedua pernyataan tersebut salah

9. Pada tabel di bawah ini terdapat hubungan antara posisi pada kolom pertama dan kedua.

Proses

tRNA

Transfer asam amino ke tempat perakitan

mRNA

Konsep apa yang harus dimasukkan pada bagian kosong tabel ini?

2) menyediakan sel dengan energi

3) pembentukan ribosom di dalam sel

4) pengaturan pertumbuhan dan pembelahan sel

10. Apa yang terjadi pada proses fotosintesis? Pilih tiga jawaban yang benar dari enam jawaban dan tuliskan angka-angka yang menunjukkannya.

1) pemisahan molekul air

2) pembentukan glukosa

3) penyerapan energi cahaya oleh molekul klorofil

4) pembentukan protein

5) penyerapan oksigen

6) pelepasan karbon dioksida

11. Masukkan istilah yang hilang dari daftar yang diusulkan ke dalam teks “Biosintesis Protein”, menggunakan notasi numerik. Tuliskan nomor jawaban yang dipilih pada teks, lalu masukkan urutan angka yang dihasilkan (sesuai teks) pada tabel di bawah.

5)

gen

6)

ribosom

7)

Kompleks Golgi

8)

fenotipe

12. Pelajari grafik yang menunjukkan ketergantungan laju reaksi yang dikatalisis oleh suatu enzim terhadap suhu (sepanjang sumbuX suhu tubuh manusia diplot, dan pada sumbunyapada – laju reaksi kimia).

Pada suhu tubuh manusia berapa laju reaksi kimia akan sama dengan 20 unit konvensional?

1)30 °C

2)33 °C

3)35 °C

4)43 °C

13. Tetapkan korespondensi antara sifat dan jenis metabolisme yang menjadi ciri khas sifat tersebut. Untuk melakukan ini, pilih posisi dari kolom kedua untuk setiap elemen kolom pertama. Masukkan nomor jawaban yang dipilih pada tabel.

B)

Selama reaksi, energi diserap

DI DALAM)

Selama reaksi, energi dilepaskan

G)

Ribosom terlibat

D)

reaksi terjadi di mitokondria

D)

energi disimpan dalam molekul ATP

2)

energik