Разное

В ходе катаболизма происходит: 1. В ходе катаболизма происходит: а) синтез белков б) потребление энергии в) пластического

Содержание

1. В ходе катаболизма происходит а) синтез белков б) потребление энергии в) синтез нуклеиновых кислот г) распад органических веществ и высвобождение энергии 2. Образование АТФ происходит в процессе а)…

Вопрос по биологии:

1. В ходе катаболизма происходит

а) синтез белков

б) потребление энергии

в) синтез нуклеиновых кислот

г) распад органических веществ и высвобождение энергии

2. Образование АТФ происходит в процессе

а) анаболизма

б) энергетического обмена

в) пластического обмена

г) ассимиляции

3. Процесс биосинтеза белка можно изобразить схемой

а) ДНК  и-РНК  белок

б) и-РНК  белок  ДНК

в) т-РНК  и-РНК  белок

г) и-РНК  ДНК  белок

4. Трансляция — это

а) процесс сборки молекулы белка в рибосомах

б) репликации ДНК

в) синтез и-РНК на основе ДНК

г) синтез р-РНК

5. Метаболизм – это

а) процесс удвоения ДНК

б) первый этап биосинтеза белка

в) обмен веществ и превращение энергии

г) способность клетки делиться

6. Роль рибосом в синтезе белка состоит в

а) синтезе т-РНК

б) сборке полимерных молекул белка

в) синтезе и-РНК

г) синтезе аминокислот

7. Один триплет ДНК содержит информацию

а) о последовательности аминокислот

б) об одном признаке организма

в) об одной аминокислоте

г) о начале синтеза и-РНК

8. Какие слова пропущены в тексте? Впишите на месте пропусков соответствующие буквы (форма слов изменена)

(1) Биосинтез белка осуществляется в процессе … обмена. (2) Участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре белка, называется … . (3) Белок состоит из … . (4) Они доставляются к месту сборки белка с помощью … . (5) Процесс сборки белка осуществляется в … клетки.

а) энергетический д) аминокислоты

б) ген е) пластический

в) признак ж) т-РНК

г) нуклеотиды з) цитоплазма

и) ядро

32. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. В круговороте веществ в биосфере принимают участие растения и животные, которые осуществляют фотосинтез и дыхание. 2. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород. 3. В процессе дыхания животные использую кислород, а растения- углекислый газ. 4. Фотосинтез у растений протекает в 2 фазы: световую и темновую. 5. В световой фазе фотосинтеща происходит фотолиз воды и синтез глюкозы. 6. В темновой фазе фотосинтеза растения усваивают углекислый газ.

Ответ: 1) 1- животные не осуществляют фотосинтез.

2) 3- в процессе дыхания и животные, и растения используют кислород.

3) 5- синтез глюкозы осуществляется в темновой фазе.

33. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. В ходе анаболизма в клетке происходит биосинтез сложных органических веществ и накопление энергии. 2. К процессам анаболизма относятся биосинтез белка, фотосинтез и хемосинтез. 3. В биосинтезе белка выделяют два основных этапа: гликолиз и трансляцию. 4. Для биосинтеза белка на этапе трансляции матрицей является молекула ДНК. 5. Трансляция осущетсвляется в рибосомах, в состав которых входят белки и р-РНК. 6. К месту «сборки» белковой молекулы аминокислоты доставляются т-РНК.

Ответ: 1) 1- в ходе анаболизма энергия расходуется.

2) 3- гликолиз- это второй этап энергетического обмена, а первый этап пластического обмена назвывается транскрипцией.

3) 4- на этапе трансляции матрицей для биосинтеза белка является молекула и-РНК.

34. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. В ходе катаболизма в клетке происходит распад органических веществ, который сопровождается выделением энергии. 2. Вся выделевшаяся энергия запасается в молекулах АТФ. 3. Катаболизм протекает в три этапа: подготовительный, гидролиз и кислородный. 4. Кислородный этап протекает в митохогдриях. 5. А предшествующий ему этап- в пищеварительных вакуолях с участием ферментов лизосом. 6. В результате энергетического обмена органические вещества распадаются до СО2 и Н2О.

Ответ: 1) 2- в молекулах АТФ запасается только часть энергии, а остальная рассеивается в виде тепла.

2) 3- второй этап катаболизма бескислородный, или гликолиз.

3) 5- второй этап катаболизма протекает в цитоплазме без участия кислорода.

35. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. Биосинтез белка осущетсвляется в три этапа: гликолиз, транскрипция и трансляция. 2. Транскрипция — это синтез и-РНК, который осуществляется в ядре. 3. В процессе транскрипции ДНК подвергается сплайсингу. 4. В цитоплазме еа рибосомах идет сборка белковой молекулы- трансляция. 5. При трансляции энергия АТФ не используется.

Ответ: 1) 1- биосинтез белка осуществляется в два этапа: транскрипция и трансляция.

2) 3- сплайсингу подвергается и-РНК.

3) 5- трансляция идет за счет энергии АТФ.

Контрольная работа по биологии для 9 класса по теме «Обмен веществ и энергии в клетке. Синтез белка»

МБОУ «Карагайская СОШ № 2»

 

Контрольная работа

«Обмен веществ и энергии в клетке.

Синтез белка»

9 класс, УМК линии В.В.Пасечника

Автор:

Трефилова Раиса Поликарповна,

учитель биологии,

МБОУ «Карагайская СОШ № 2»

Карагай — 2018

Контрольная работа

«Обмен веществ и энергии в клетке. Синтез белка»

Вариант 1.

1. Выберите один правильный ответ из 4-х предложенных.

1. Переписывание информации с молекулы ДНК в последовательность нуклеотидов иРНК называется:

А) биосинтез Б) транскрипция В) трансляция Г) ассимиляция.

2. Энергия для биосинтеза запасается в виде:

А) АДФ Б) АМФ В) АТФ Г) ДНК.

3. Растения (кроме растений – паразитов) являются по способу питания:

А) Хемоавтотрофы Б) Фотоавтотрофы В) Сапрофиты Г) Голозои

4. Совокупность всех реакций, происходящих в клетке:

А) Ассимиляция Б) Диссимиляция В)Катаболизм Г) Метаболизм

5. Синтез и запасание АТФ – это функция:

А) Аппарата Гольджи Б) лизосом В) Митохондрий Г) Рибосом

6. Каковы основные функции белков в клетке? Выберите три верных ответа из 6 предложенных.

1) Могут использоваться в качестве источника воды.

2) Являются катализаторами химических реакций, протекающих в организме.

3) Регулируют различные процессы в организме.

4) Хранят наследственную информацию.

5) Выполняют структурную функцию.

6) Запасаются в жировой ткани.

7. Впишите на место пропусков соответствующие цифры.

Перенос наследственной информации из ядра клетки к рибосомам осуществляется молекулами ………(А). Считывание с них информации называют …..(Б). Биосинтез белка из аминокислот осуществляется на …..(В). Аминокислоты к ним приносят ….(Г). В биосинтезе белка активно участвуют катализаторы — …..(Д).

1) Лизосомы 2) ДНК 3) иРНК

4) Ферменты 5) тРНК 6) Транскрипция

7) Рибосомы 8) Трансляция 9) ЭПС.

8. Какие органоиды клетки участвуют в биосинтезе белка? Выберите 3 верных ответа.

1) Шероховатая ЭПС 2) Комплекс Гольджи 3) Рибосомы

4) Митохондрии 5) Лизосомы 6) Гладкая ЭПС.

9. Установите соответствие между видами обмена и процессами, которые к ним относятся. Запишите последовательность цифр (без букв).

Процессы:

1 – ассимиляция

2 — диссимиляция

 

А) Энергия выделяется

Б) Вещества распадаются

В) Энергия затрачивается

Г) Синтезируются молекулы биополимеров

Д) Продуктами реакции служат вода и углекислый газ

10. Решите задачу.

Полипептид состоит из 50 аминокислот. Молекулярная масса одной аминокислоты составляет около 110, а нуклеотида – около 300. Подсчитайте, что тяжелее: молекула полипептида или участка гена, кодирующего данный белок? Ответ поясните.

Контрольная работа

«Обмен веществ и энергии в клетке. Синтез белка»

Вариант 2.

1. Выберите один правильный ответ из 4-х предложенных.

1) В ходе анаболизма происходит:

А) биосинтез сложных молекул Б) Высвобождение энергии

В) Синтез АТФ Г) распад органических веществ

2) Гетеротрофы используют для питания:

А) Неорганические вещества Б) готовые органические вещества

В) Воду и углекислый газ Г) Только углекислый газ

3) Гликолиз проходит в:

А) пищеварительном тракте Б) рибосомах В) цитоплазме Г) митохондриях

4. Считывание информации с иРНК в рибосомах — это:

А) ассимиляция Б) трансляция В) катаболизм Г) диссимиляция

5. К реакциям диссимиляции относятся:

А) Образование АТФ в митохондриях Б) расщепление АТФ

В) Синтез белков Г) образование крахмала

6. Установите соответствие между процессами, происходящими в клетке, и их характеристиками.

Характеристики Процессы

1 – транскрипция

2 — трансляция

 

А) Происходят в ядре.

Б) Происходят в рибосомах.

В) Синтезируется иРНК

Г) Синтезируется белок

Д) Матрицей для синтеза иРНК является ДНК

7. Какие слова пропущены в тексте? Впишите вместо пропусков соответствующие цифры.

Биосинтез белка осуществляется в процессе….(А) обмена. Участок ДНК, содержащий информацию первичной структуре белка, называется …(Б). Белок состоит из …(В). Они доставляются к месту сборки белка с помощью … (Г). Процесс сборки белка осуществляется в …(Д) клетки.

1) Ядро 2) Ген 3) тРНК

4)Энергетический 5) Аминокислоты 6) Нуклеотиды

7) Цитоплазма 8) Пластический 9) Транскрипция

 

8. Установите последовательность синтеза белков:

1) Формируется первичная структура белка.

2) Информация переписывается с ДНК на иРНК.

3) тРНК доставляет аминокислоты к месту сборки белковой молекулы.

4) иРНК выходит из ядра в цитоплазму.

5) Включаются ферменты, регулирующие последовательность объединения аминокислот в белковую молекулу.

6) и РНК проходит через рибосому.

9. Каковы особенности строения белков? Выберите три верных ответа.

1) Могут образовывать четыре уровня структурной организации.

2) Состоят из множества мономеров- углеводов.

3) Состоят из неорганических веществ.

4) В состав входят аминокислотные остатки.

5) Содержат пептидные связи.

6) При разложении образуют глицерин и жирные кислоты.

10. Решите задачу.

В синтезе белковой молекулы участвует 120 аминокислот. Какую длину имеет кодирующий ген, если расстояние между двумя соседними нуклеотидами в молекуле ДНК составляет 0, 34 нм. Ответ поясните.


 

Ответы 1 вариант

1. Б 2. В 3. Б 4. Г 5. В

6. 235 7. 38754 8. 134 9. 22112

10.

1) Мr (полипептида) = 110 х 50 =5500

2) Одна аминокислота кодируется одним триплетом, который состоит из 3 нуклеотидов. Следовательно, в синтезе белка будет участвовать 50 триплетов или 150 нуклеотидов.

3) Мr (гена) = 300 х 150 = 45000.

4) Ген будет тяжелее полипептида: 45000 : 5500 = 8

Ответы 2 вариант

А 2. Б 3. В 4. Б 5 А 6. 12121 7. 82537 8. 243651 9. 145

    10.

    1) Если белок состоит из 120 аминокислот, то в процессе биосинтеза участвуют 120 триплетов, каждый из которых состоит из 3-х нуклеотидов, всего : 120 х 3 = 360 нуклеотидов.

    2) Кодирующий ген составляет: 0, 34 х 360 = 122,4 нм.

    Критерии оценивания: 16-15 баллов – оценка «5», 14-12 баллов – оценка «4»,

    11-8 баллов – оценка «3», 7 баллов и ниже – оценка «2».

    Источники информации:

    Каменский А.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс.: учеб. для общеобразоват. учреждений / А.А.Каменский, Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник. – 11 – е изд., стереотип.-М.: Дрофа, 2010.

    Гекалюк М.С. Биология.Общие закономерности. – Саратов. Лицей, 2017.

    Богданова Т.Л., Солодова Е.А. Биология: справочник для старшеклассников и поступающих в вузы / Богданова Т.Л., Солодова Е.А.- 3 изд.- М.: АСТ-ПРЕСС Школа, 2008.

      Тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка 9 класс

      Тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка для учащихся 9 класса с ответами. Тест включает в себя 24 тестовых задания.

      1. Ассимиляция — это

      1) выделение энергии
      2) распад органических веществ
      3) пластический обмен
      4) энергетический обмен

      2. Диссимиляция — это

      1) анаболизм
      2) биосинтез
      3) пластический обмен
      4) энергетический обмен

      3. Окисление органических веществ, сопровождаю­щееся синтезом АТФ, носит название

      1) анаболизм
      2) ассимиляция
      3) диссимиляция
      4) фотосинтез

      4. Биосинтез сложных органических веществ в клетке носит название

      1) дыхание
      2) ассимиляция
      3) диссимиляция
      4) катаболизм

      5. Универсальными накопителями энергии в клетке являются молекулы

      1) аденозинтрифосфорной кислоты
      2) рибонуклеиновой кислоты
      3) дезоксирибонуклеиновой кислоты
      4) различных белков

      6. АТФ является

      1) нуклеиновой кислотой

      2) нуклеотидом
      3) белком
      4) углеводом

      7. В молекуле АТФ энергия заключена в химических связях между

      1) азотистым основанием и сахаром
      2) сахаром и остатком фосфорной кислоты
      3) атомами, входящими в состав остатков фосфорной ки­слоты
      4) остатками фосфорной кислоты

      8. Основной механизм распада молекулы АТФ, при котором выделяется энергия, — это

      1) отщепление одного фосфорного остатка (превраще­ние АТФ в АДФ)
      2) отщепление двух фосфорных остатков (превращение АТФ в АМФ)
      3) отщепление трёх фосфорных остатков
      4) полное разложение молекулы АТФ

      9. Каждая аминокислота закодирована

      1) одним нуклеотидом
      2) двумя нуклеотидами
      3) тремя нуклеотидами
      4) четырьмя нуклеотидами

      10. Четыре типа нуклеотидов могут образовать опреде­лённое число различных триплетов (сочетаний по три нуклеотида), равное

      1) 16
      2) 32
      3) 64
      4) 128

      11. Кодон — это

      1) любая комбинация из трёх нуклеотидов
      2) триплет ДНК
      3) триплет тРНК
      4) триплет иРНК

      12. Антикодон — это

      1) любая комбинация из трёх нуклеотидов
      2) триплет ДНК
      3) триплет тРНК
      4) триплет иРНК

      13. В ходе транскрипции происходит

      1) перенос информации с РНК на ДНК
      2) перенос генетической информации с ДНК на РНК
      3) самоудвоение ДНК
      4) создание белковой молекулы на основе информации, «записанной» в иРНК

      14. В ходе трансляции происходит

      1) перенос информации с РНК на ДНК
      2) перенос генетической информации с ДНК на РНК
      3) самоудвоение ДНК
      4) создание белковой молекулы на основе информации, «записанной» в иРНК

      15. Трансляция происходит

      1) в ядре
      2) вне ядра
      3) в хромосомах
      4) на клеточной мембране

      16. Транскрипция происходит

      1) в ядре

      2) вне ядра
      3) в рибосомах
      4) на клеточной мембране

      17. Выберите все верные ответы. В ходе анаболизма

      1) синтезируются белки
      2) синтезируется АТФ
      3) синтезируются углеводы
      4) выделяется энергия
      5) поглощается энергия
      6) участвуют ферменты

      18. Выберите все верные ответы. В ходе катаболизма

      1) синтезируются крупные органические молекулы
      2) выделяется энергия
      3) поглощается энергия
      4) распадается АТФ
      5) синтезируется АТФ
      6) распадаются органические вещества

      19. Выберите все верные ответы. Транскрипция

      1) происходит в цитоплазме
      2) происходит в ядре
      3) это процесс, в результате которого образуется белок
      4) идёт с участием ферментов
      5) идёт с участием ДНК
      6) это процесс, в результате которого образуется иРНК

      20. Выберите все верные ответы. Трансляция

      1) происходит вне ядра
      2) протекает в ядре

      3) идёт с участием ферментов
      4) идёт с участием тРНК
      5) это процесс, в результате которого образуется иРНК
      6) это процесс, в результате которого образуется белок

      21. Установите соответствие между этапами синтеза белка и биологическими процессами.

      1) транскрипция
      2) трансляция

      а) происходит считывание информации с ДНК
      б) происходит вне ядра
      в) идёт с участием нуклеотидов
      г) идёт с участием тРНК
      д) в результате образуется белок

      22. Установите соответствие между этапами синтеза белка и биологическими процессами.

      1) транскрипция
      2) трансляция

      а) происходит считывание информации с иРНК
      б) участвуют аминокислоты
      в) идёт с участием рибосом
      г) происходит в ядре
      д) в результате образуется иРНК

      23. Укажите правильную последовательность собы­тий.

      1) присоединение аминокислоты к белковой молекуле
      2) раскручивание двойной спирали ДНК

      3) приобретение белком третичной структуры
      4) выход копии гена в цитоплазму
      5) доставка аминокислоты к рибосоме

      24. Укажите правильную последовательность событий.

      1) копирование гена
      2) взаимодействие кодона с антикодоном
      3) доставка молекулы в аппарат Гольджи
      4) приобретение белком вторичной структуры
      5) объединение иРНК с рибосомами

      Ответы на тест по биологии Обмен веществ Биосинтез белка
      1-3
      2-4
      3-3
      4-2
      5-1
      6-2
      7-4
      8-1
      9-3
      10-3
      11-4
      12-3
      13-2
      14-4
      15-2
      16-1
      17-1356
      18-256
      19-2456
      20-1346
      21.
      1) ав
      2) бгд
      22.
      1) гд
      2) абв
      23-24513
      24-15243

      Тематические задания | Тест по биологии (8 класс) по теме:

                      Работа по теме «Вид, его критерии. Популяции» — 11 класс

      1.Выбери правильные утверждения:

      А) вид – это категория, не существующая в природе, но принятая учёными для выявления различий между организмами;

      Б) вид – реально существующая категория изменяющихся организмов;

      В) вид – реально существующая категория неизменных организмов.

      2. Какое из качеств вида наиболее точно соответствует его определению?

      А) вид представляет собой совокупность особей, объединённых общим ареалом;

      Б) вид представляет собой генетически единую систему нескольких популяций;

      В) вид представляет собой совокупность  популяций, изолированных друг от друга.

      3. Основной причиной для выделения группы особей в популяцию является

      А) внешнее отличие групп друг от друга;

      Б) внутренние  отличия групп друг от друга;

      В) изоляция групп друг от друга.

      4. Кто из перечисленных организмов не может эволюционировать?

      А) самка пчелы;

      Б) популяция лисиц;

      В) стая голубей.

      5. Певчий дрозд и чёрный дрозд, обитающие в одном лесу, составляют

      А) одну популяцию одного вида;

      Б) две популяции двух видов;

      В) две популяции одного вида.

      6. Какие группы являются популяциями?

      А) группа гепардов Московского зоопарка;

      Б) семья волков;

      В) караси в озере;

      Г) рожь на поле;

      Д) птичий базар;

      Е) колония чаек;

      Ж) стадо зебр;

      З) все растения дубравы;

      И) бурые медведи на острове Сахалин.

      7. Особи двух популяций одного вида:

      А) могут скрещиваться и давать плодовитое потомство;

      Б) могут скрещиваться, но плодовитое потомство не дают;

      В) не могут скрещиваться.

      8. Две популяции одного вида эволюционируют:

      А) независимо друг от друга;

      Б) сходным образом;

      В) эволюция одной популяции зависит от направления эволюции другой популяции.

      9. Факторы, способные регулировать численность популяции:

      А) хищники;

      Б) температура среды;

      В) паразиты;

      Г) дожди и пожары;

      Д) конкуренция;

      Е) обеспеченность пищей;

      Ж) убежища;

      З) внутривидовая агрессия;

      И) землетрясение.

      10  Основным  критерием возникновения нового вида является:

      А) появление внешних различий;  

      Б) географическая изоляция популяций;

      В) репродуктивная изоляция популяций (невозможность скрещиваться).

      Ответы: 1-Б, 2-В, 3-В, 4-А, 5-Б, 6-В,И, 7-А, 8-А, 9-А,В,Д,Е,З,  10-В.

       

      Тест «Обмен веществ и превращение энергии. Биосинтез белка» (9 класс)

      Биология

      9 класс

      ТЕСТ

      1. В ходе анаболизма происходит

      а) биосинтез сложных молекул

      б) высвобождение энергии

      в) синтез АТФ

      г) распад органических веществ

      2. В составе АТФ НЕ входит (-ят)

      а) аденин

      б) рибоза

      в) три остатка фосфорной кислоты

      г) аминокислоты

      3. Один ген хранит информацию о

      а) строении жиров и углеводов

      б) первичной структуре белка

      в) последовательности нуклеотидов в ДНК

      г) строении нескольких белков

      4. Транскрипция — это

      а) репликация ДНК

      б) синтез и-РНК

      в) синтез белка

      г) присоединение т-РНК к аминокислоте

      5. Какова роль т-РНК в синтезе белка?

      а) служит матрицей для синтеза белка

      б) переносит информацию о первичной структуре белка

      в) хранит информацию о первичной структуре белка

      г) переносит аминокислоты к рибосомам

      6. Каждая аминокислота закодирована

      а) сочетанием двух нуклеотидов

      б) сочетанием трех нуклеотидов

      в) сочетанием четырех нуклеотидов

      г) другими аминокислотами

      7. В процессе биосинтеза белка и-РНК переносит информацию из

      а) цитоплазмы в ядро

      б) одной клетки в другую

      в) ядра к митохондриям

      г) ядра к рибосомам

      8. Какие слова пропущены в тексте? Впишите на месте пропусков соответствующие буквы (форма слов изменена)

      (1) Перенос генетической информации из ядра к рибосомам осуществляют … . (2) «Считывание» с них информации называется … . (3) Биосинтез белка из аминокислот по заданной матрице осуществляют … . (4) Аминокислоты доставляются к ним с помощью … . (5) Биосинтез белка осуществляется благодаря участию катализаторов — … .

      а) АТФ д) транскрипция

      б) рибосомы е) трансляция

      в) и-РНК ж) ферменты

      г) т-РНК

      9. Как называются белки, которые упорядочивают и ускоряют протекание химических реакций внутри клетки?______________________________________________________

      1. В ходе катаболизма происходит

      а) синтез белков

      б) потребление энергии

      в) синтез нуклеиновых кислот

      г) распад органических веществ и высвобождение энергии

      2. Образование АТФ происходит в процессе

      а) анаболизма

      б) энергетического обмена

      в) пластического обмена

      г) ассимиляции

      3. Процесс биосинтеза белка можно изобразить схемой

      а) ДНК  и-РНК  белок

      б) и-РНК  белок  ДНК

      в) т-РНК  и-РНК  белок

      г) и-РНК  ДНК  белок

      4. Трансляция — это

      а) процесс сборки молекулы белка в рибосомах

      б) репликации ДНК

      в) синтез и-РНК на основе ДНК

      г) синтез р-РНК

      5. Метаболизм – это

      а) процесс удвоения ДНК

      б) первый этап биосинтеза белка

      в) обмен веществ и превращение энергии

      г) способность клетки делиться

      6. Роль рибосом в синтезе белка состоит в

      а) синтезе т-РНК

      б) сборке полимерных молекул белка

      в) синтезе и-РНК

      г) синтезе аминокислот

      7. Один триплет ДНК содержит информацию

      а) о последовательности аминокислот

      б) об одном признаке организма

      в) об одной аминокислоте

      г) о начале синтеза и-РНК

      8. Какие слова пропущены в тексте? Впишите на месте пропусков соответствующие буквы (форма слов изменена)

      (1) Биосинтез белка осуществляется в процессе … обмена. (2) Участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре белка, называется … . (3) Белок состоит из … . (4) Они доставляются к месту сборки белка с помощью … . (5) Процесс сборки белка осуществляется в … клетки.

      а) энергетический д) аминокислоты

      б) ген е) пластический

      в) признак ж) т-РНК

      г) нуклеотиды з) цитоплазма

      и) ядро

      9. Как называется индивидуальная пространственная структура белка?_________________

      Метаболизм | справочник Пестициды.ru

      Cхема метаболических процессов

      Cхема метаболических процессов


      Процессы метаболизма

      Метаболизм включает две группы жизненно важных процессов – катаболизм (энергетический обмен) и анаболизм (биосинтез, или пластический обмен).[3]

      • Катаболизм – это совокупность процессов расщепления питательных веществ, которые происходят в основном за счет реакций окисления. В результате выделяется энергия. Основными формами катаболизма у микроорганизмов являются брожение и дыхание. При брожении происходит неполный распад сложных органических веществ с выделением небольшого количества энергии и накоплении богатых энергией конечных продуктов. При дыхании (аэробном) обычно осуществляется полное окисление соединений с выходом большого количества энергии.[3]
      • Анаболизм объединяет процессы синтеза молекул из более простых веществ, которые присутствуют в окружающей среде. Реакции анаболизма связаны с потреблением свободной энергии, которая вырабатывается в процессах дыхания, брожения. Для протекания пластического обмена необходимо поступление в организм питательных веществ, на основе которых при участии выделенной в ходе катаболизма энергии обновляются структурные компоненты клеток, происходит рост и развитие.[3]

      Катаболизм и анаболизм протекают параллельно, многие их реакции и промежуточные продукты являются общими. Тем не менее, на протяжении разных периодов существования интенсивность пластического и энергетического обмена неодинакова. Так, у насекомых в период размножения, линьки, во время ранних фаз развития (яйцо, личинка) синтетические процессы преобладают над процессами распада. В тоже время, определенные дегенеративные изменения в организме (старение, заболевания) способны приводить к преобладанию интенсивности катаболизма над анаболизмом, что порой угрожает гибелью живому объекту.[3](фото)

      Превращение сульфооксида в сульфон

      Превращение сульфооксида в сульфон


      Использовано изображение:[2]

      Метаболизм пестицидов

      Метаболизм пестицидов – превращения пестицидов под влиянием продуктов жизнедеятельности различных живых организмов – бактерий, грибов, высших растений и животных.[4]

      В результате биотрансформации токсичных веществ в большинстве случаев образуются менее токсичные продукты (метаболиты), более растворимые и легко выводимые из организма. В некоторых случаях токсичность метаболитов оказывается выше, чем попавших в организм веществ. Обмен промышленных ядов возможен за счет реакций окисления, восстановления, гидролитического расщепления, метилирования, ацилирования и др.[1]

      В метаболизме пестицидов большое значение имеют реакции окисления атома серы в молекулах некоторых веществ, что характерно, например, для инсектицидов из группы производных карбаминовой и фосфорной кислот. Окисление серы у этих соединений происходит независимо от структуры остальной части молекулы, при этом вначале образуется соответствующий сульфооксид, а затем сульфон: (фото) Продукты окисления не отличаются по токсичности от исходного вещества, но они значительно более стойки к гидролизу.

      Окисление тионофосфатов

      Окисление тионофосфатов


      А — тионофосфат, В – фосфат, 1 и 2- свободные радикалы,  3 — кислотный остаток

      Использовано изображение:[2]

      Реакции метаболизма, происходящие в растениях, обусловливают длительное инсектицидное действие для ряда эфиров фосфорных кислот с тиоэфирным радикалом. Окисление тионофосфатов в различных организмах рассматривается как активирующая ступень в процессах метаболизма этих веществ.[2](фото)

      Токсичность продукта реакции для млекопитающих и насекомых увеличивается в десятки и сотни раз по сравнению с исходным веществом. Однако эти токсичные метаболиты легко гидролизуются и поэтому сохраняются в биологических средах непродолжительное время.[2]

      Близкие статьи

      Ссылки:

      Все статьи о токсикологии в разделе: Основы токсикологии

       

      Статья составлена с использованием следующих материалов:

      Литературные источники:

      1.

      Голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. – 295 с

      2.

      Груздев Г.С. Химическая защита растений. Под редакцией Г.С. Груздева — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1987. — 415 с.: ил.

      3.

      Липунов И.Н., Первова И.Г. Основы микробиологии и биотехнологии: курс лекций. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. Университет, 2008. – 231 с

      4.

      Мельников Н.Н., Новожилов К.В., Белан С.Р., Пылова Т.Н. Справочник по пестицидам — М.: Химия, 1985. — 352 с.

      Свернуть Список всех источников

      Катаболизм — клетки, молекулы, реакции и энергия

      Катаболизм — это распад больших молекул на маленькие. Его противоположный процесс — это анаболизм , соединение маленьких молекул в большие молекулы. Эти две клеточные химические реакции вместе называются метаболизм . Клетки используют анаболические реакции для синтеза ферментов, гормонов, , сахаров и других молекул, необходимых для поддержания себя, роста и воспроизводства.

      Энергия , выделяемая из органических питательных веществ во время катаболизма, накапливается в молекуле аденозинтрифосфата (АТФ) в форме высокоэнергетических химических связей между второй и третьей молекулами фосфата. Ячейка использует АТФ для синтеза клеточных компонентов из простых предшественников, для механической работы сокращения и движения , а также для переноса веществ через ее мембрану .Когда эта связь разрывается, энергия АТФ высвобождается, превращая АТФ в аденозиндифосфат (АДФ).

      Клетка использует энергию, полученную в результате катаболизма, для подпитки анаболических реакций, которые синтезируют компоненты клетки.

      Хотя анаболизм и катаболизм происходят в клетке одновременно, их скорость контролируется независимо друг от друга. Клетки разделяют эти пути, потому что катаболизм — это так называемый «нисходящий» процесс, во время которого высвобождается энергия, в то время как анаболизм — это энергетически «восходящий» процесс, который требует ввода энергии.

      Различные пути также позволяют клетке контролировать анаболические и катаболические пути определенных молекул независимо друг от друга. Более того, некоторые противоположные анаболические и катаболические пути происходят в разных частях одной и той же клетки. Например, в печени жирных кислот расщепляются до ацетил-КоА внутри митохондрий, в то время как жирные кислоты синтезируются из ацетил-КоА в цитоплазме клетки.

      И катаболизм, и анаболизм разделяют важную общую последовательность реакций, известную под общим названием цикл лимонной кислоты или цикл Кребса , который является частью более широкой серии ферментативных реакций, известных как окислительное фосфорилирование.Здесь глюкоза расщепляется с высвобождением энергии, которая сохраняется в форме АТФ (катаболизм), в то время как другие молекулы, производимые циклом Кребса, используются в качестве молекул-предшественников для анаболических реакций, которые создают белков, , жиров и углеводов (анаболизм). ).

      Клетки регулируют скорость катаболических путей с помощью аллостерических ферментов, активность которых увеличивается или уменьшается в ответ на присутствие или отсутствие конечного продукта серии реакций.Например, во время цикла Кребса активность фермента цитрат-синтазы замедляется за счет накопления сукцинил-КоА, продукта, образующегося на более поздних этапах цикла.


      Катаболизм углеводов | Микробиология

      Цели обучения

      • Опишите, почему гликолиз не зависит от кислорода
      • Определите и опишите чистый выход трехуглеродных молекул, АТФ и НАДН в результате гликолиза
      • Объясните, как молекулы трехуглеродного пирувата превращаются в двухуглеродные ацетильные группы, которые могут попасть в цикл Кребса.
      • Определите и опишите чистый выход CO 2 , GTP / ATP, FADH 2 и NADH из цикла Кребса
      • Объясните, как промежуточные молекулы углерода цикла Кребса можно использовать в ячейке.

      Существуют обширные ферментные пути расщепления углеводов и захвата энергии в связи АТФ и . Кроме того, многие катаболические пути производят промежуточные молекулы, которые также используются в качестве строительных блоков для анаболизма .Понимание этих процессов важно по нескольким причинам. Во-первых, поскольку основные вовлеченные метаболические процессы являются общими для широкого круга хемогетеротрофных организмов, мы можем многое узнать о метаболизме человека, изучая метаболизм более легко поддающихся манипуляциям бактерий, таких как E. coli . Во-вторых, поскольку животные и человеческие патогены также являются хемогетеротрофами , изучение деталей метаболизма этих бактерий, включая возможные различия между бактериальными и человеческими путями, полезно для диагностики патогенов, а также для открытия противомикробных препаратов, направленных на специфические возбудители.Наконец, конкретное изучение путей, участвующих в хемогетеротрофном метаболизме, также служит основой для сравнения других, более необычных метаболических стратегий, используемых микробами. Хотя химический источник электронов, инициирующих перенос электрона , отличается у хемогетерорфов и хемоавтотрофов , многие аналогичные процессы используются в обоих типах организмов.

      Типичный пример, используемый для ознакомления студентов с концепциями обмена веществ, — катаболизм углеводов.Для хемогетеротрофов наши примеры метаболизма начинаются с катаболизма полисахаридов, таких как гликоген, крахмал или целлюлоза. Ферменты, такие как амилаза, расщепляющая гликоген или крахмал, и целлюлазы, расщепляющие целлюлозу, могут вызывать гидролиз гликозидных связей между мономерами глюкозы в этих полимерах, высвобождая глюкозу для дальнейшего катаболизма.

      Гликолиз

      Для бактерий, эукариот и большинства архей, гликолиз является наиболее распространенным путем катаболизма глюкозы; он производит энергию, снижает переносчики электронов и молекулы-предшественники для клеточного метаболизма.Каждый живой организм выполняет ту или иную форму гликолиза, предполагая, что этот механизм является древним универсальным метаболическим процессом. Сам процесс не использует кислород; однако гликолиз может сочетаться с дополнительными метаболическими процессами, которые являются либо аэробными, либо анаэробными. Гликолиз происходит в цитоплазме прокариотических и эукариотических клеток. Он начинается с одной молекулы глюкозы с шестью атомами углерода и заканчивается двумя молекулами трехуглеродного сахара, называемого пируватом. Пируват может расщепляться дальше после гликолиза, чтобы использовать больше энергии за счет аэробного или анаэробного дыхания, но многие организмы, включая многие микробы, могут быть не в состоянии дышать; для этих организмов гликолиз может быть единственным источником образования АТФ.

      Рисунок 1. Щелкните, чтобы просмотреть увеличенное изображение. Фаза инвестирования энергии в путь гликолиза Эмбдена-Мейерхофа-Парнаса использует две молекулы АТФ для фосфорилирования глюкозы с образованием двух молекул глицеральдегид-3-фосфата (G3P). Фаза выплаты энергии использует энергию молекул G3P, производя четыре молекулы АТФ, две молекулы НАДН и два пирувата.

      Тип гликолиза, обнаруживаемый у животных и наиболее распространенный у микробов, — это путь Эмбден-Мейерхоф-Парнас (EMP) , названный в честь Густава Эмбдена (1874–1933), Отто Мейерхоф (1884–1951) и Якуба Парнаса. (1884–1949).Гликолиз с использованием пути ЭМП состоит из двух отдельных фаз (рис. 1). Первая часть пути, называемая фазой инвестирования энергии, использует энергию двух молекул АТФ для модификации молекулы глюкозы, так что молекула шестиуглеродного сахара может быть равномерно разделена на две фосфорилированные трехуглеродные молекулы, называемые глицеральдегид-3-фосфатом (G3P). ). Вторая часть пути, называемая фазой выплаты энергии, извлекает энергию, окисляя G3P до пирувата, производя четыре молекулы АТФ и восстанавливая две молекулы NAD + до двух молекул NADH, используя электроны, происходящие из глюкозы.(Обсуждение и иллюстрация полного пути EMP с химическими структурами и названиями ферментов приведены в Metabolic Pathways.)

      Молекулы АТФ, образующиеся во время фазы выплаты энергии гликолиза, образуются фосфорилированием на уровне субстрата (рис. 2), одним из двух механизмов производства АТФ. При фосфорилировании на уровне субстрата фосфатная группа удаляется из органической молекулы и напрямую переносится на доступную молекулу АДФ, производя АТФ. Во время гликолиза высокоэнергетические фосфатные группы из промежуточных молекул добавляются к АДФ для образования АТФ.

      Рис. 2. АТФ, образующийся во время гликолиза, является результатом фосфорилирования на уровне субстрата. Здесь показана одна из двух ферментативных реакций в фазе выплаты энергии гликолиза Эмбдена Мейерхофа-Парнаса, которая таким образом производит АТФ.

      В целом, в этом процессе гликолиза чистая прибыль от распада одной молекулы глюкозы составляет:

      • две молекулы АТФ
      • две молекулы НАДН, а
      • две молекулы пирувата.

      Другие гликолитические пути

      Когда мы говорим о гликолизе, если не указано иное, мы имеем в виду путь ЭМП, используемый животными и многими бактериями.Однако некоторые прокариоты используют альтернативные гликолитические пути. Одной из важных альтернатив является путь Entner-Doudoroff (ED) , названный в честь его первооткрывателей Натана Энтнера и Майкла Дудорова (1911–1975). Хотя некоторые бактерии, включая условно-патогенный грамотрицательный патоген Pseudomonas aeruginosa , содержат только путь ED для гликолиза, другие бактерии, такие как E. coli , могут использовать путь ED или путь EMP.

      Третий тип гликолитического пути, который происходит во всех клетках, который сильно отличается от двух предыдущих, — это пентозофосфатный путь (PPP) , также называемый фосфоглюконатным путем или гексозо-монофосфатный шунт .Данные свидетельствуют о том, что PPP может быть самым древним универсальным гликолитическим путем. Промежуточные продукты из PPP используются для биосинтеза нуклеотидов и аминокислот. Следовательно, этот гликолитический путь может быть предпочтительным, когда клетка нуждается в синтезе нуклеиновой кислоты и / или белка соответственно. Обсуждение и иллюстрация полного пути ED и PPP с химическими структурами и названиями ферментов представлены в Metabolic Pathways.

      Подумай об этом

      • Когда организм может использовать путь ED или PPP для гликолиза?

      Реакция перехода, кофермент А и цикл Кребса

      При гликолизе образуется пируват, который можно дополнительно окислить для захвата большего количества энергии.Чтобы пируват вступил в следующий окислительный путь, он должен сначала декарбоксилироваться ферментным комплексом пируватдегидрогеназа до двухуглеродной ацетильной группы в реакции перехода , также называемой мостовой реакцией (см. Метаболические пути и рисунок 3). В реакции перехода электроны также переносятся на NAD + с образованием NADH. Чтобы перейти к следующей фазе этого метаболического процесса, сравнительно крошечный двухуглеродный ацетил должен быть присоединен к очень крупному соединению-носителю, называемому коэнзим A (CoA) .Реакция перехода происходит в митохондриальном матриксе эукариот; у прокариот это происходит в цитоплазме, потому что у прокариот отсутствуют заключенные в мембраны органеллы.

      Рис. 3. (a) Коэнзим A показан здесь без присоединенной ацетильной группы. (b) Коэнзим A показан здесь с присоединенной ацетильной группой.

      Цикл Кребса переносит оставшиеся электроны от ацетильной группы, образовавшейся во время реакции перехода, на молекулы-носители электронов, тем самым их восстанавливая.Цикл Кребса также происходит в цитоплазме прокариот вместе с гликолизом и реакцией перехода, но он имеет место в митохондриальном матриксе эукариотических клеток, где также происходит реакция перехода. Цикл Кребса назван в честь его первооткрывателя, британского ученого Ганса Адольфа Кребса (1900–1981) и также называется циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновых кислот (TCA) , потому что лимонная кислота имеет три карбоксильные группы в своей структуре. . В отличие от гликолиза, цикл Кребса является замкнутым циклом: последняя часть пути регенерирует соединение, используемое на первом этапе (рис. 4).Восемь стадий цикла представляют собой серию химических реакций, которые захватывают двухуглеродную ацетильную группу (носитель CoA не входит в цикл Кребса) из переходной реакции, которая добавляется к четырехуглеродному промежуточному продукту в цикле Кребса, получение промежуточного шестиуглерода — лимонной кислоты (что дает альтернативное название для этого цикла). Когда один оборот цикла возвращается к начальной точке четырехуглеродного интермедиата, цикл производит две молекулы CO 2 , одну молекулу АТФ (или эквивалент, такой как гуанозинтрифосфат [GTP]), продуцируемый фосфорилированием на уровне субстрата. , и три молекулы НАДН и одна из ФАДН 2 .(Обсуждение и подробные иллюстрации полного цикла Кребса приведены в «Метаболические пути».)

      Рис. 4. Цикл Кребса, также известный как цикл лимонной кислоты, кратко описан здесь. Обратите внимание, что входящий двухуглеродный ацетил приводит к основным выходам за один оборот двух молекул CO 2 , трех NADH, одной FADH 2 и одной молекулы АТФ (или GTP), образованных фосфорилированием на уровне субстрата. Два витка цикла Кребса необходимы для обработки всего углерода одной молекулы глюкозы.

      Хотя многие организмы используют цикл Кребса, как описано как часть метаболизма глюкозы, некоторые из промежуточных соединений в цикле Кребса могут использоваться для синтеза широкого спектра важных клеточных молекул, включая аминокислоты, хлорофиллы, жирные кислоты и нуклеотиды; следовательно, цикл одновременно анаболический и катаболический (рис. 5).

      Рис. 5. Многие организмы используют промежуточные продукты цикла Кребса, такие как аминокислоты, жирные кислоты и нуклеотиды, в качестве строительных блоков для биосинтеза.

      Основные понятия и краткое изложение

      • Гликолиз — это первая стадия расщепления глюкозы, приводящая к образованию АТФ, который продуцируется путем фосфорилирования на уровне субстрата ; НАДН; и две молекулы пирувата. Гликолиз не использует кислород и не зависит от кислорода.
      • После гликолиза трехуглеродный пируват декарбоксилируется с образованием двухуглеродной ацетильной группы, связанной с образованием НАДН.Ацетильная группа присоединена к крупному соединению-носителю, называемому коферментом А.
      • После стадии перехода кофермент A переносит двухуглеродный ацетил в цикл Кребса , где два атома углерода входят в цикл. За один оборот цикла одна ацетильная группа, полученная в результате гликолиза, дополнительно окисляется, образуя три молекулы НАДН, одну FADH 2 и одну АТФ за счет фосфорилирования на уровне субстрата и высвобождая две молекулы CO 2 .
      • Цикл Кребса можно использовать для других целей.Многие из промежуточных продуктов используются для синтеза важных клеточных молекул, включая аминокислоты, хлорофиллы, жирные кислоты и нуклеотиды.

      Множественный выбор

      Во время чего из следующего АТФ не образуется путем фосфорилирования на уровне субстрата?

      1. Дорога Эмбден-Мейерхоф
      2. Реакция перехода
      3. Цикл Кребса
      4. Дорога Entner-Doudoroff
      Показать ответ

      Ответ б. АТФ не образуется путем фосфорилирования на уровне субстрата во время реакции перехода.

      Какой из следующих продуктов образуется при гликолизе Эмбдена-Мейерхофа?

      1. NAD +
      2. пируват
      3. CO 2
      4. двухуглеродный ацетил
      Показать ответ

      Ответ б. Пируват образуется во время гликолиза Эмбдена-Мейерхофа.

      Что из следующего вырабатывается только в цикле Кребса во время катаболизма глюкозы?

      1. ATP
      2. NADH
      3. НАДФН
      4. FADH 2
      Показать ответ

      Ответ d.FADH 2 производится только по циклу Кребса?

      Какое из следующего не является названием цикла, приводящего к превращению двухуглеродного ацетила в один АТФ, два CO 2 , одну FADH 2 и три молекулы NADH?

      1. Цикл Кребса
      2. цикл трикарбоновых кислот
      3. Цикл Кальвина
      4. цикл лимонной кислоты
      Показать ответ

      Ответ c. Цикл Кальвина приводит к превращению двухуглеродного ацетила в один АТФ, два CO 2 , одну FADH 2 и три молекулы NADH.

      Верно / Неверно

      Для протекания гликолиза требуется кислород или другой неорганический конечный акцептор электронов.

      Заполните бланк

      За один оборот цикла Кребса один ацетил окисляется, образуя молекулы ____ CO 2 , ____ ATP, ____ NADH и ____ FADH 2 .

      Покажи ответ

      За один оборот цикла Кребса один ацетил окисляется, образуя , две CO, 2 , , одну АТФ, , три NADH и , одну молекулу FADH, 2 .

      Чаще всего гликолиз происходит по ________ путям.

      Покажи ответ

      Чаще всего гликолиз происходит по пути Embden-Meyerhof .

      Подумай об этом

      1. Что такое фосфорилирование на уровне субстрата? Когда это происходит при расщеплении глюкозы до CO 2 ?
      2. Почему цикл Кребса важен как для катаболизма, так и для анаболизма?
      3. Каковы были бы последствия для клетки мутации, нарушающей синтез кофермента А?

      Катаболизм — обзор | Темы ScienceDirect

      Некоторые косвенные индексы с использованием лимфоцитов и других факторов

      Индекс катаболизма / анаболизма: Он выражает относительную часть активности катаболизма организма по отношению к его анаболической активности.

      = генитально-тиреоидный индекс / GenitalratiocorrectedGenito-tyroidindex = нейтрофилы / лимфоциты = нейтрофилы / (скорректированное генитальное соотношение × лимфоциты)

      индекс анаболизма: Он отражает уровень анаболической активности организма.

      = Индекс катаболизма / (Индекс катаболизма / анаболизма) = (Индекс катаболизма × Genitalratiocorrected × лимфоциты) / нейтрофилы

      Индекс анаболизма оценивает абсолютную скорость анаболизма как результат кортикотропной, гонадотропной и относительной тиреотропной активности .(см. индекс катаболизма-анаболизма в разделе «Косвенные индексы с использованием нейтрофилов» и индекс катаболизма в разделе «Косвенные индексы с использованием ЛДГ или КФК» для дальнейшего обсуждения). Низкая скорость катаболизма сама по себе не означает, что скорость анаболизма низкая. Каждый уровень активности может быть повышенным, низким или нормальным. Индекс анаболизма стремится оценить количественную скорость анаболизма. В числителе указан индекс катаболизма как количественная оценка катаболизма. Чем ниже абсолютный уровень катаболизма, тем выше может быть преобладание анаболизма.Однако относительная скорость катаболизма и анаболизма тем больше, чем выше преобладание анаболизма.

      Как отмечалось выше, чем выше уровень лимфоцитов, тем хуже адаптирована катаболическая активность щитовидной железы, и, следовательно, тем ниже будет скорость катаболизма. Чем больше исправлено генитальное соотношение, тем больше преобладание андрогенов по сравнению с эстрогенами в адаптации, что способствует завершению анаболизма.

      Индекс апоптоза: Он выражает общий уровень апоптозной активности организма в целом.

      = индекс структурного расширения / индекс расширения мембраны Индекс структурного расширения = индекс анаболизма × индекс нуклеомембранной активности Расширение мембраны = индекс катаболизма × скорректированный индекс роста = (анаболизм × индекс нуклеомембранной активности) / (индекс катаболизма × скорректированный индекс роста)

      Апоптоз был впервые описан в 1847 г. В течение 140 лет (1847–1987) изучение апоптоза носило морфологический характер. С 1988 года, с открытием белка bcl-2, генетические механизмы апоптоза были в центре внимания. 367 С эндобиогенной точки зрения, поскольку эндокринная система управляет скоростью метаболизма клетки, она опосредует жизнь клетки и время апоптоза или некроза или их отсутствия, например, в случае раковых клеток.

      Множество про- и антиапоптотических сигнальных факторов — это средства , регуляции апоптоза, и хотя это интересно, они не определяют, когда и с какой степенью интенсивности апоптоз происходит (или нет). Обоснованность такого индекса позволит применить глобальный подход к управлению апоптозом, который согласуется с общей схемой факторов, связанных с ростом рака, и далек от бесконечных поисков «серебряных пуль» в фармакотерапии — естественных или синтетических — которые в высшей степени эффективны. нацелены на конкретные механизмы апоптоза, но несут риск потенциально более серьезных побочных эффектов.

      Числитель состоит из индекса анаболизма и индекса нуклеомембраны. Чем больше числитель, тем выше скорость апоптоза. Рост клеток происходит в результате анаболизма, который требует повышенной активности на уровне ядра в отношении транскрипции белка (представленной индексом нуклеомембраны) по сравнению с активностью мембраны. Чем выше анаболическая активность клетки, тем скорее она достигнет конца запрограммированного числа делений и, следовательно, умрет от апоптоза.

      Знаменатель состоит из индекса расширения мембраны, который сам состоит из произведения катаболизма и скорректированных индексов роста. При преобладании катаболизма 368, 369 и / или повышенной активности IGF 370, 371 мембрана расширяется. 372 Более высокая скорость расширения мембраны по сравнению со структурной активностью означает, что больше энергии тратится на клеточную гиперплазию, чем на клеточные деления, следовательно, тем больше времени требуется клетке, чтобы умереть из-за достижения запрограммированного времени смерти.

      Таким образом, эндокринная система является регулятором апоптоза, а проапоптотические белки — механизмом апоптотической гибели клеток. С эндобиогенной точки зрения эндокринный подход к оценке общей физиологической скорости апоптоза позволяет оценить причину апоптоза (или его недостаточности) и определить причинные факторы, и, таким образом, позволяет разработать клинический план устранения этих конкретных дисбалансов. . Напротив, простой подсчет количества активных про- или антиапоптозных факторов в настоящее время не предлагает пути клинического вмешательства.

      26,5: Четыре стадии катаболизма

      Цели обучения

      • Чтобы описать, как углеводы, жиры и белки расщепляются во время пищеварения.

      Мы сказали, что животные получают химическую энергию из пищи — углеводов, жиров и белков — они питаются посредством реакций, которые в совокупности определяются как катаболизм . Мы можем представить себе катаболизм как происходящий в три стадии (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). На стадии I углеводы, жиры и белки расщепляются на отдельные мономерные единицы: углеводы на простые сахара, жиры на жирные кислоты и глицерин, а белки на аминокислоты.Одна из частей I стадии катаболизма — это распад молекул пищи в результате реакций гидролиза на отдельные мономерные единицы, который происходит во рту, желудке и тонком кишечнике, и называется перевариванием.

      На стадии II эти мономерные единицы (или строительные блоки) далее расщепляются по различным реакционным путям, один из которых производит АТФ, с образованием общего конечного продукта, который затем может быть использован на стадии III для производства еще большего количества АТФ. В этой главе мы рассмотрим каждую стадию катаболизма — как обзор, так и подробно.

      Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Преобразование энергии

      Преобразование пищи в клеточную энергию (в виде АТФ) происходит в три этапа.

      Переваривание углеводов

      Переваривание углеводов начинается во рту (Рисунок \ (\ PageIndex {2} \)), где α-амилаза слюны атакует α-гликозидные связи крахмала, основного углевода, потребляемого человеком. При расщеплении гликозидных связей образуется смесь декстринов, мальтозы и глюкозы. Примешанная к пище α-амилаза остается активной по мере прохождения пищи через пищевод, но быстро инактивируется в кислой среде желудка.

      Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Основные события и места переваривания углеводов

      Основным местом переваривания углеводов является тонкий кишечник. Секреция α-амилазы в тонком кишечнике превращает любые оставшиеся молекулы крахмала, а также декстрины в мальтозу. Затем мальтоза расщепляется мальтазой на две молекулы глюкозы. Дисахариды, такие как сахароза и лактоза, не перевариваются, пока не достигнут тонкого кишечника, где на них действуют сахароза и лактаза соответственно.Основными продуктами полного гидролиза дисахаридов и полисахаридов являются три моносахаридных звена: глюкоза, фруктоза и галактоза. Они всасываются через стенку тонкой кишки в кровоток.

      Переваривание белков

      Переваривание белков начинается в желудке (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)), где под действием желудочного сока гидролизуется около 10% пептидных связей. Желудочный сок представляет собой смесь воды (более 99%), неорганических ионов, соляной кислоты, различных ферментов и других белков.

      Боль при язве желудка, по крайней мере частично, вызвана раздражением язвенной ткани кислым желудочным соком.

      Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Основные события и места переваривания белка

      Соляная кислота (HCl) в желудочном соке секретируется железами в слизистой оболочке желудка. PH свежевыделенного желудочного сока составляет около 1,0, но содержимое желудка может поднять pH до 1,5–2,5. HCl помогает денатурировать пищевые белки; то есть он разворачивает белковые молекулы, чтобы подвергать их цепи более эффективному действию ферментов.Основным пищеварительным компонентом желудочного сока является пепсиноген, неактивный фермент, вырабатываемый клетками, расположенными в стенке желудка. Когда пища попадает в желудок после периода голодания, пепсиноген превращается в свою активную форму — пепсин — в несколько этапов, инициируемых падением pH. Пепсин катализирует гидролиз пептидных связей внутри белковых молекул. Он имеет довольно широкую специфичность, но действует преимущественно на связи, включающие ароматические аминокислоты триптофан, тирозин и фенилаланин, а также метионин и лейцин.

      Переваривание белков завершается в тонком кишечнике. Панкреатический сок, поступающий из поджелудочной железы через проток поджелудочной железы, содержит неактивные ферменты, такие как трипсиноген и химотрипсиноген. Они активируются в тонком кишечнике следующим образом (Рисунок \ (\ PageIndex {4} \)): клетки слизистой оболочки кишечника секретируют протеолитический фермент энтеропептидазу, которая превращает трипсиноген в трипсин; Затем трипсин активирует химотрипсиноген до химотрипсина (а также завершает активацию трипсиногена).Оба этих активных фермента катализируют гидролиз пептидных связей в белковых цепях. Химотрипсин преимущественно атакует пептидные связи с участием карбоксильных групп ароматических аминокислот (фенилаланин, триптофан и тирозин). Трипсин атакует пептидные связи с участием карбоксильных групп основных аминокислот (лизина и аргинина). Сок поджелудочной железы также содержит прокарбоксипептидазу, которая расщепляется трипсином до карбоксипептидазы. Последний представляет собой фермент, который катализирует гидролиз пептидных связей на свободном карбоксильном конце пептидной цепи, что приводит к ступенчатому высвобождению свободных аминокислот с карбоксильного конца полипептида.

      Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Активация некоторых ферментов поджелудочной железы в тонком кишечнике.

      Аминопептидазы в кишечном соке удаляют аминокислоты с N-конца пептидов и белков, обладающих свободной аминогруппой. Рисунок \ (\ PageIndex {5} \) иллюстрирует специфичность этих ферментов, переваривающих белок. Аминокислоты, которые высвобождаются при переваривании белка, всасываются через стенку кишечника в систему кровообращения, где они могут использоваться для синтеза белка.

      Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Гидролиз пептида несколькими пептидазами

      На этой диаграмме показано, где в пептиде различные обсуждаемые нами пептидазы могут катализировать гидролиз пептидных связей.

      Функции человеческой жизни — Анатомия и физиология

      Цели обучения

      К концу этого раздела вы сможете:

      • Объясните важность организации для функционирования человеческого организма
      • Различать метаболизм, анаболизм и катаболизм
      • Приведите как минимум два примера человеческой реакции и человеческого движения
      • Сравните и сопоставьте рост, дифференциацию и воспроизведение

      Каждая из различных систем органов имеет разные функции и, следовательно, уникальные роли, которые они должны выполнять в физиологии.Эти многие функции можно суммировать с точки зрения нескольких, которые мы можем считать определяющими для человеческой жизни: организация, метаболизм, отзывчивость, движение, развитие и воспроизводство.

      Организация

      Человеческое тело состоит из триллионов клеток, организованных таким образом, чтобы поддерживать отдельные внутренние отделы. Эти отсеки защищают клетки организма от внешних угроз окружающей среды и поддерживают влажность и питание клеток. Они также отделяют внутренние жидкости организма от бесчисленных микроорганизмов, которые растут на поверхностях тела, включая слизистую оболочку определенных проходов, которые соединяются с внешней поверхностью тела.Например, кишечник является домом для большего количества бактериальных клеток, чем общее количество всех человеческих клеток в организме, но эти бактерии находятся вне тела и не могут свободно циркулировать внутри тела.

      Клетки, например, имеют клеточную мембрану (также называемую плазматической мембраной), которая удерживает внутриклеточную среду — жидкости и органеллы — отдельно от внеклеточной среды. Кровеносные сосуды удерживают кровь в замкнутой системе кровообращения, а нервы и мышцы обернуты соединительнотканной оболочкой, отделяющей их от окружающих структур.В грудной клетке и брюшной полости множество внутренних мембран отделяют основные органы, такие как легкие, сердце и почки, от других.

      Самая большая система органов тела — это покровная система, которая включает кожу и связанные с ней структуры, такие как волосы и ногти. Поверхностная ткань кожи представляет собой барьер, который защищает внутренние структуры и жидкости от потенциально вредных микроорганизмов и других токсинов.

      Метаболизм

      Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена — она ​​может только изменять форму.Ваша основная функция как организма — потреблять (поглощать) энергию и молекулы из продуктов, которые вы едите, преобразовывать часть их в топливо для движения, поддерживать функции вашего тела, а также строить и поддерживать структуры вашего тела. Это достигается двумя типами реакций: анаболизмом и катаболизмом.

      • Анаболизм — это процесс, при котором более мелкие и простые молекулы объединяются в более крупные и сложные вещества. Ваше тело может собирать, используя энергию, сложные химические вещества, в которых оно нуждается, комбинируя небольшие молекулы, полученные из продуктов, которые вы едите
      • Катаболизм — это процесс, при котором более крупные и сложные вещества распадаются на более мелкие и простые молекулы.Катаболизм высвобождает энергию. Сложные молекулы, содержащиеся в продуктах питания, расщепляются, поэтому организм может использовать их части для сборки структур и веществ, необходимых для жизни.

      Взятые вместе, эти два процесса называются метаболизмом. Метаболизм — это сумма всех анаболических и катаболических реакций, которые происходят в организме ((рисунок)). И анаболизм, и катаболизм происходят одновременно и непрерывно, чтобы вы оставались живыми.

      Метаболизм

      Анаболические реакции строят реакции, и они потребляют энергию.Катаболические реакции разрушают материалы и высвобождают энергию. Метаболизм включает как анаболические, так и катаболические реакции.

      Каждая клетка вашего тела использует химическое соединение, аденозинтрифосфат (АТФ), для хранения и высвобождения энергии. Клетка накапливает энергию в синтезе (анаболизме) АТФ, а затем перемещает молекулы АТФ в то место, где энергия необходима для подпитки клеточной активности. Затем АТФ разрушается (катаболизм) и высвобождается контролируемое количество энергии, которое клетка использует для выполнения определенной работы.

      Просмотрите этот анимационный ролик, чтобы узнать больше о метаболических процессах. Какие органы тела, скорее всего, осуществляют анаболические процессы? А как насчет катаболических процессов?

      Отзывчивость

      Отзывчивость — это способность организма приспосабливаться к изменениям во внутренней и внешней среде. Пример реагирования на внешние раздражители может включать движение к источникам пищи и воды и от предполагаемых опасностей. Изменения во внутренней среде организма, такие как повышение температуры тела, могут вызывать реакцию потоотделения и расширение кровеносных сосудов в коже с целью снижения температуры тела, как показано бегунами на (Рисунок).

      Механизм

      Движение человека включает в себя не только действия на суставы тела, но также движение отдельных органов и даже отдельных клеток. Когда вы читаете эти слова, красные и белые кровяные тельца перемещаются по вашему телу, мышечные клетки сокращаются и расслабляются, чтобы сохранить вашу осанку и сфокусировать зрение, а железы выделяют химические вещества, регулирующие функции организма. Ваше тело координирует действие целых групп мышц, чтобы вы могли перемещать воздух в легкие и из них, проталкивать кровь по всему телу и продвигать съеденную пищу через пищеварительный тракт.Сознательно, конечно, вы сокращаете свои скелетные мышцы, чтобы переместить кости скелета из одного места в другое (как это делают бегуны на (Рисунок)) и выполнять все повседневные дела.

      Марафонцы

      Бегуны демонстрируют две характеристики живых людей — отзывчивость и подвижность. Анатомические структуры и физиологические процессы позволяют бегунам координировать действия групп мышц и пота в ответ на повышение внутренней температуры тела.(Источник: Phil Roeder / flickr)

      Развитие, рост и размножение

      Развитие — это все изменения, через которые проходит тело в жизни. Развитие включает в себя процесс дифференциации, в котором неспециализированные клетки становятся специализированными по структуре и функциям для выполнения определенных задач в организме. Развитие также включает процессы роста и восстановления, оба из которых включают дифференцировку клеток.

      Рост — это увеличение размера тела. Люди, как и все многоклеточные организмы, растут за счет увеличения количества существующих клеток, увеличения количества неклеточного материала вокруг клеток (например, минеральных отложений в костях) и, в очень узких пределах, увеличения размера существующих клеток.

      Размножение — это образование нового организма из родительских организмов. У человека размножение осуществляется мужской и женской репродуктивными системами. Поскольку смерть придет ко всем сложным организмам, без воспроизводства линия организмов закончится.

      Обзор главы

      Большинство процессов, происходящих в организме человека, сознательно не контролируются. Они возникают постоянно, чтобы строить, поддерживать и поддерживать жизнь. Эти процессы включают в себя: организацию с точки зрения поддержания основных границ тела; метаболизм, включая передачу энергии через анаболические и катаболические реакции; ответная реакция; движение; и рост, дифференциация, воспроизводство и обновление.

      Вопросы по интерактивной ссылке

      Просмотрите этот анимационный ролик, чтобы узнать больше о метаболических процессах. Какой катаболизм происходит в сердце?

      Обзорные вопросы

      Метаболизм можно определить как ________.

      1. Приспособление организма к внешним или внутренним изменениям
      2. процесс, при котором все неспециализированные клетки становятся специализированными для выполнения определенных функций
      3. процесс формирования новых ячеек взамен изношенных ячеек
      4. сумма всех химических реакций в организме

      Аденозинтрифосфат (АТФ) — важная молекула, потому что она ________.

      1. результат катаболизма
      2. выброс энергии неконтролируемыми всплесками
      3. накапливает энергию для использования клетками тела
      4. Все вышеперечисленное

      Раковые клетки можно охарактеризовать как «общие» клетки, не выполняющие специализированных функций организма. Таким образом, в раковых клетках отсутствует ________.

      1. дифференциация
      2. репродукция
      3. отзывчивость
      4. и воспроизведение, и отзывчивость

      КРИТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ МЫШЛЕНИЯ

      Объясните, почему запах дыма, когда вы сидите у костра, не вызывает тревогу, а запах дыма в общежитии вызывает.

      Когда вы сидите у костра, ваше обоняние адаптируется к запаху дыма. Только если бы этот запах внезапно и резко усилился, вы могли бы заметить и отреагировать. Напротив, запах даже следа дыма был бы новым и очень необычным в вашем общежитии и воспринимался бы как опасность.

      Определите три различных способа роста человеческого тела.

      Рост может происходить за счет увеличения количества существующих клеток, увеличения размера существующих клеток или увеличения количества неклеточного материала вокруг клеток.

      Глоссарий

      анаболизм
      сборка более сложных молекул из более простых
      катаболизм
      Расщепление более сложных молекул на более простые
      разработка
      изменений, которые организм претерпевает за свою жизнь
      дифференциация
      процесс, с помощью которого неспециализированные клетки становятся специализированными по структуре и функциям
      рост
      процесс увеличения размера
      обмен веществ
      сумма всех химических реакций в организме
      продление
      процесс замены изношенных элементов
      репродукция
      Процесс создания новых организмов
      отзывчивость
      Способность организмов или системы приспосабливаться к изменениям условий

      БИОХИМИЯ

      Раздел 5

      Метаболизм — Сумма всех химических реакций внутри клетки.Его также можно описать как катаболизм + анаболизм.

      Химические реакции
      Некоторые реакции требуют энергии. Чтобы сделать эти реакции происходят, и продукт (ы) будет на более высоком уровне энергии чем реагенты. В метаболизме выпадает анаболических реакций в эту категорию. Анаболические реакции требуют энергии. Катаболические реакции высвободить энергию.

      Не все энергетически предпочтительные реакции являются спонтанными.Много раз необходимо добавить энергии активации . Например, бумага (целлюлоза = C6h22O6) стабильно существует в присутствии кислорода. Хотя быстрое окисление целлюлозы с образованием СО2, ч3О и C энергетически благоприятствует, бумага не горит (горение = быстрое окисление целлюлозы), если энергия активации (тепло) не равна применяемый.

      I. ФЕРМЕНТЫ
      В клетке энергия, необходимая для запуска анаболических реакций , как а также энергия активации, необходимая для проведения множества катаболических реакций не может быть непосредственно применен как тепло.Вместо этого клетки используют ферментов чтобы снизить количество энергии, необходимое для возникновения реакций. Таким образом ферменты называются катализаторами , потому что облегчают реакции и ускоряют их вверх, но они не вступают в реакции.

      Ферменты снижают энергию активации реакций, потому что ферментов способны (1) связываться с реагентами (, субстрат ), (2) заставлять реагенты ( молекул субстрата, ) очень близки друг к другу и (3) искривляют молекулы подложки и дестабилизируют их электронные конфигурации.Это делает молекулы нестабильными и реактивными.

      E + S <---> E-S <---> E + P

      II. Компоненты фермента:

      • Место на ферменте, где связывается субстрат, называется субстратом . сайт связывания или активный сайт фермента. Аллостерический сайт это сайт, отличный от активного сайта.
      • Апофермент = белковая часть
      • Кофакторы = представляют собой небелковые атомы или молекулы, которые связываются с апофермент.Они разделены на органические молекулы = коферментов , и неорганические элементы = ионы металлов .
      • Коэнзимы = НАД + (никотинамидадениндинуклеотид), ФАД (флавинаденин динуклеотид), КоА (кофермент А)
      • Ионы металлов = железо, медь, кальций, цинк, магний.
      • Холоэнзим = Апофермент + кофактор
      III. Фактор, влияющий на функцию фермента: (не забудь о насыщенности!)

      1) pH
      2) Температура
      3) Концентрация субстрата
      4) Концентрация фермента

      IV.Подавление ферментов:
      a) Конкурентное ингибирование: Молекула с аналогичной структурой. к нормальному субстрату может занимать (и блокировать) активный центр фермента. Можно обратить вспять, добавив больше субстрата. Например. синтетаза фолиевой кислоты связывает ПАБА —> фолиевая кислота. Препарат сульфаниламид имеет очень химическую структуру. аналогично PABA, и лекарство будет связываться с активным центром фермента. Однако синтетаза фолиевой кислоты не способна преобразовывать сульфаниламид. ни во что.

      б) Неконкурентоспособный Ингибирование: ингибиторы (например, свинец или другие металлы) могут связываться с аллостерический участок изменяет форму фермента. Теперь активный сайт отличается и не может связываться с субстратом.


      ПОТОК ЭНЕРГИИ ПРИ МЕТАБОЛИЗМЕ
      Энергия в метаболизме часто протекает в виде электронов. Если электроны УТЕРЯНЫ, это называется окисление . Если электроны НАБИРАЮТСЯ, это называется сокращением . Окисление связано с восстановлением ; тот если что-то окисляется, то восстанавливается что-то еще (помните первый и второй законы термодинамики!).

      В большинстве процессов окисления и восстановления, которые мы будем изучать , электроны (e-) будет перемещаться с протонами (H +) . Поэтому наблюдение за водородом обеспечивает удобный способ узнать, была ли молекула окислена или восстановлена.

      Кроме того, во многих окислительно-восстановительных реакциях мы рассмотрим, молекула никотинамидадениндинуклеотида ( NAD ), которая служит как электронный шаттл . NAD может быть СОКРАЩЕН до NADH 2 , а затем переносят электроны в другую реакцию и ОКИСЛЯЮТСЯ назад к NAD . Другими словами, NAD может забирать электроны из одна реакция и перенести их на другую.

      Обратите внимание, что когда молекула ОКИСЛЯЕТСЯ на , она ТЕРЯЕТ ЭНЕРГИИ. Также, чем более восстановлена ​​молекула, тем больше энергии она содержит. (См. Стр.121. — 122, фиг. 5.8 и 5.9 для описания НАД и окисления-восстановления. реакции.)

      Конечная цель во многих случаях катаболизма — отобрать энергию от молекулы (источника пищи), улавливают энергию и сохраняют ее как ATP .

      Есть три способа сделать СПС:

      1.) Подложка уровень фосфорилирования — где высокоэнергетический фосфат из промежуточная фосфорилированная метаболическая молекула переносится непосредственно на АДФ катаболическим путем, превращая его в АТФ .

      2.) Окислительное фосфорилирование , где молекула (источник пищи) окисляется , и энергия извлекается из электронов электроном транспортная цепь . Затем извлеченная энергия используется для производства ATP . с помощью процесса, известного как хемиосмос .

      3.) Фотофосфорилирование — Это наблюдается только в клетках, несущих фотосинтез. Здесь световой энергии используется для генерации электронов. а затем энергия извлекается из электронов за счет переноса электронов. цепь .Как и при окислительном фосфорилировании, извлеченная энергия используется произвести АТФ путем хемиосмоса .

      БАКТЕРИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ

      • Аэробное дыхание , в котором кислород является конечным акцептором электронов
      • Анаэробное дыхание , в котором неорганическая молекула, кроме кислород — конечный акцептор электронов
      • Ферментация , в которой органическая молекула является конечным электроном акцептор, а
      • Фотосинтез , во время которого лучистая энергия преобразуется в химическую энергия


      1.АЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ
      Дыхание глюкозы (углеводный обмен) в качестве источника топлива. происходит в 3 стадии: гликолиз, цикл Кребса и цепь переноса электронов.

      Глюкоза + 6O 2 —-> 6CO 2 + 6H 2 O + энергия

      (а) ГЛИКОЛИЗ — или «Тропа Эмбден Мейерхоф»

      • Частичный распад (окисление) молекулы глюкозы (молекула 6-C) на 2 пировиноградной кислоты молекул (3-C молекулы).
      • Использует 2 АТФ и производит 4 АТФ . Итак, чистая прибыль составляет 2. ATP
      • Делает 2 NADH 2
      (б) КРЕБС ЦИКЛ
      • Дальнейшее окисление молекул углерода
      • Пировиноградная кислота —> ацетил-КоА + CO2
      • Регенерация щавелевоуксусной кислотой (4C) + ацетил-КоА (2C)
      • Произведено много НАДН и выделено 6 молекул СО2.
      (c) ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ ЦЕПЬ

      Это серия ферментов, встроенных в мембрану. Эти ферменты используют мембрана для создания хемиосмотического градиента ионов водорода. Этот градиент ионов водорода называется движущей силой протона , и эта сила поставляет энергию для синтетазы АТФ.

      Ферменты цепи переноса электронов представляют собой серию окислительно-восстановительных молекулы-носители электронов и протонные насосы.Эти ферменты используют энергию в электронах от гликолиза и цикла Кребса, чтобы переместить протоны против градиент концентрации для формирования движущей силы протона .

      В митохондриях эукариот «прокачиваются» 3 пары протонов. «между внутренней и внешней мембранами митохондрий во время одного выходят из строя транспортную систему электронов, и их повторный вход вызывает образование 3-х молекул АТФ. Однако у прокариот , часто меньше протонов переносится через мембрану за один проход (2 пары в г.coli ), поэтому вырабатывается меньше АТФ (2 из E. coli ). В Однако принцип тот же.

      (2) БРОЖЕНИЕ:

      • Метаболизм пировиноградной кислоты и использование органической молекулы в качестве конечного электрона. акцептор
      • Не требует кислорода
      • Регенерация НАД + и НАДФ +
      • Вырабатывается очень мало энергии (1-2 АТФ в основном за счет гликолиза)
      • Конечные продукты: молочная кислота, CO2, этанол, бутандиол, пропионовая кислота, янтарная кислота, уксусная кислота и др.
      • Нет цикла Кребса или цепи переноса электронов
      • Обнаружен только в анаэробных и факультативных бактериях
      (3) ДЫХАНИЕ

      Сравнение ферментации и аэробного дыхания.

      Вовлеченные пути Конечный акцептор электронов Чистые продукты
      Ферментация гликолиз Органические молекулы 2 АТФ, CO2, этанол,
      молочная кислота и др.
      Дыхание гликолиз, цикл Кребса,
      электронная транспортная цепь
      кислород 38 АТФ, CO2, h3O

      Сводка по аэробному дыханию:

      • Помните, это для одной молекулы глюкозы!
      • НАДН будет производить 3 молекулы АТФ
      • FADH будет производить 2 молекулы АТФ
      Гликолиз Цикл Кребса Электронный транспорт Общий чистый выпуск
      Произведено АТФ 4 2 6
      Использованный АТФ -2 -2
      НАДН произведено 2 8 10
      FADH произведено 2 2
      CO2 произведено 6 6
      O2 использованный 6 6
      h3O используется 6 6
      Произведено АТФ 2 ATP 2 ATP 34 ATP 38 ATP

      Сводка Метаболизма:

      • Помните, что мы смотрим только на метаболизм углеводов, но метаболизм жирные кислоты и белки в значительной степени следуют одним и тем же катаболическим путям.
      • Мы также не искали никаких анаболических путей, путей, которые используются для сложные молекулы из простых компонентов.

      • Лекция 4.

        КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЗМОВ ПО ПИТАНИЮ:

        Энергия — это способность выполнять работу. Бактериям нужна энергия для подвижность, активный транспорт питательных веществ в клетку и биосинтез компонентов клетки, таких как нуклеотиды, РНК, ДНК, белки, пептидогликан, и т.п.Другими словами, энергия требуется для запуска различных химических реакций.

        Для получения энергии бактерии ( хемогетеротрофов ) принимают богатые энергией соединения, такие как глюкоза, попадают в клетку и ферментативно расщепляют их высвободить свою энергию. Следовательно, бактерии нужен путь к ловушке . , что высвобожденная энергия, поэтому она не тратится впустую в виде тепла и сохраняет энергию в форме которые могут быть использованы клетками. В основном энергия улавливается и накапливается в виде аденозинтрифосфата или АТФ .Много АТФ нужен для нормального роста. Например, типичная растущая клетка E. coli должна синтезировать примерно 2,5 миллиона молекул АТФ в секунду до поддерживать его энергетические потребности.

        1) ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

        • свет — фототроф
        • окисление-восстановление органических и неорганических соединений — хемотроф
        2) ИСТОЧНИК УГЛЕРОДА
        • углекислый газ — автотроф (самоподающие)
        • органические соединения — гетеротроф
        ПРИМЕРЫ:
        • Хемогетеротрофы = энергия и углерод из органических молекул
        • Хемоавтотрофы = энергия восстановленных неорганических соединений и CO2 как источник углерода.

      Как клетки получают энергию из пищи — молекулярная биология клетки

      Как мы только что видели, клеткам требуется постоянный источник энергии для создания и поддержания биологического порядка, который поддерживает их жизнь. Эта энергия получается из энергии химической связи в молекулах пищи, которые, таким образом, служат топливом для клеток.

      Сахара являются особенно важными молекулами топлива, и они окисляются небольшими шагами до диоксида углерода (CO 2 ) и воды ().В этом разделе мы проследим основные этапы распада или катаболизма сахаров и покажем, как они производят АТФ, НАДН и другие активированные молекулы-носители в клетках животных. Мы концентрируемся на расщеплении глюкозы, поскольку она доминирует в производстве энергии в большинстве клеток животных. Очень похожий путь действует также у растений, грибов и многих бактерий. Другие молекулы, такие как жирные кислоты и белки, также могут служить источниками энергии, когда они проходят через соответствующие ферментативные пути.

      Рис. 2-69

      Схематическое изображение контролируемого ступенчатого окисления сахара в ячейке по сравнению с обычным сжиганием.(A) В клетке ферменты катализируют окисление посредством серии небольших шагов, в которых свободная энергия передается в пакетах подходящего размера (подробнее …)

      Пищевые молекулы расщепляются в три этапа с образованием АТФ

      Белки, липиды и полисахариды, составляющие большую часть пищи, которую мы едим, должны быть разбиты на более мелкие молекулы, прежде чем наши клетки смогут их использовать — либо в качестве источника энергии, либо в качестве строительных блоков для других молекул. Процессы распада должны воздействовать на пищу, поступающую извне, но не на макромолекулы внутри наших собственных клеток.Таким образом, стадия 1 ферментативного расщепления молекул пищи — это переваривание , которое происходит либо в нашем кишечнике вне клеток, либо в специализированной органелле внутри клеток — лизосоме. (Мембрана, которая окружает лизосому, удерживает ее пищеварительные ферменты отдельно от цитозоля, как описано в главе 13.) В любом случае большие полимерные молекулы в пище расщепляются во время пищеварения на свои мономерные субъединицы — белки на аминокислоты, полисахариды на сахара и жиры в жирные кислоты и глицерин — под действием ферментов.После переваривания небольшие органические молекулы, полученные из пищи, попадают в цитозоль клетки, где начинается их постепенное окисление. Как показано на фиг.3, окисление происходит на двух дальнейших стадиях клеточного катаболизма: стадия 2 начинается в цитозоле и заканчивается в основной органелле, преобразующей энергию, митохондрии; стадия 3 полностью ограничена митохондрией.

      Рисунок 2-70

      Упрощенная диаграмма трех стадий клеточного метаболизма, который ведет от пищи к продуктам жизнедеятельности в клетках животных.Эта серия реакций производит АТФ, который затем используется для запуска биосинтетических реакций и других энергозатратных процессов в (подробнее …)

      На стадии 2 цепочка реакций, называемая гликолизом , превращает каждую молекулу глюкозы в две меньшие молекулы пирувата. Другие сахара, кроме глюкозы, аналогичным образом превращаются в пируват после их превращения в один из промежуточных сахаров в этом гликолитическом пути. Во время образования пирувата образуются два типа активированных молекул-носителей — АТФ и НАДН.Затем пируват переходит из цитозоля в митохондрии. Там каждая молекула пирувата превращается в CO 2 плюс двухуглеродную ацетильную группу, которая присоединяется к коферменту A (CoA), образуя ацетил-CoA, еще одну активированную молекулу-носитель (см.). Большие количества ацетил-КоА также образуются в результате ступенчатого расщепления и окисления жирных кислот, полученных из жиров, которые переносятся в кровоток, импортируются в клетки в виде жирных кислот, а затем перемещаются в митохондрии для производства ацетил-КоА.

      Этап 3 окислительного распада молекул пищи полностью происходит в митохондриях. Ацетильная группа в ацетил-КоА связана с коферментом А посредством высокоэнергетической связи, и поэтому она легко переносится на другие молекулы. После перехода в четырехуглеродную молекулу оксалоацетата ацетильная группа вступает в серию реакций, называемых циклом лимонной кислоты . Как мы вскоре обсудим, ацетильная группа окисляется до CO 2 в этих реакциях, и образуются большие количества электронного носителя НАДН.Наконец, высокоэнергетические электроны НАДН проходят по цепи переноса электронов внутри митохондриальной внутренней мембраны, где энергия, выделяемая при их переносе, используется для запуска процесса, производящего АТФ и потребляющего молекулярный кислород (O 2 ). Именно на этих заключительных этапах большая часть энергии, выделяемой при окислении, используется для производства большей части клеточного АТФ.

      Поскольку энергия для управления синтезом АТФ в митохондриях в конечном итоге происходит от окислительного распада молекул пищи, фосфорилирование АДФ с образованием АТФ, которое управляется переносом электронов в митохондрии, известно как окислительное фосфорилирование .Удивительные события, происходящие внутри митохондриальной внутренней мембраны во время окислительного фосфорилирования, являются основным предметом главы 14.

      Через производство АТФ энергия, полученная при расщеплении сахаров и жиров, перераспределяется в виде пакетов химической энергии в удобной форме. для использования где-нибудь в камере. Примерно 10 9 молекул АТФ находятся в растворе в типичной клетке в любой момент, и во многих клетках весь этот АТФ переходит (т. Е. Расходуется и заменяется) каждые 1-2 минуты.

      В целом, почти половина энергии, которая теоретически может быть получена за счет окисления глюкозы или жирных кислот до H 2 O и CO 2 , улавливается и используется для запуска энергетически неблагоприятной реакции P i + АДФ → АТФ. (Напротив, типичный двигатель внутреннего сгорания, такой как двигатель автомобиля, может преобразовать не более 20% доступной энергии в своем топливе в полезную работу.) Остальная часть энергии выделяется клеткой в ​​виде тепла, заставляя наши тела теплый.

      Гликолиз — центральный путь продуцирования АТФ

      Наиболее важным процессом на стадии 2 распада молекул пищи является разложение глюкозы в последовательности реакций, известной как гликолиз — от греческого glukus , «сладкий», и лусис, «разрыв.Гликолиз производит АТФ без участия молекулярного кислорода (газ O 2 ). Это происходит в цитозоле большинства клеток, в том числе многих анаэробных микроорганизмов (тех, которые могут жить без использования молекулярного кислорода). Гликолиз, вероятно, возник в самом начале истории жизни, еще до того, как фотосинтезирующие организмы внесли кислород в атмосферу. Во время гликолиза молекула глюкозы с шестью атомами углерода превращается в две молекулы пирувата , каждая из которых содержит три атома углерода.Для каждой молекулы глюкозы две молекулы АТФ гидролизуются, чтобы обеспечить энергию для запуска ранних этапов, но четыре молекулы АТФ производятся на более поздних этапах. В конце гликолиза, следовательно, есть чистый прирост двух молекул АТФ на каждую расщепленную молекулу глюкозы.

      Гликолитический путь представлен в общих чертах и ​​более подробно в Панели 2-8 (стр. 124–125). Гликолиз включает в себя последовательность из 10 отдельных реакций, каждая из которых дает различный промежуточный сахар и каждая катализируется различным ферментом.Как и большинство ферментов, все эти ферменты имеют названия, оканчивающиеся на ase — как изомер ase и дегидроген as — что указывает на тип реакции, которую они катализируют.

      Рисунок 2-71

      Схема гликолиза. Каждая из 10 показанных стадий катализируется разными ферментами. Обратите внимание, что на этапе 4 шестиуглеродный сахар расщепляется на два трехуглеродных, так что количество молекул на каждом этапе после этого удваивается. Как указано, шаг 6 (подробнее …)

      Панель 2-8

      Подробная информация о 10 этапах гликолиза.

      Хотя молекулярный кислород не участвует в гликолизе, происходит окисление, когда NAD + удаляет электроны (производя NADH) из некоторых атомов углерода, полученных из молекулы глюкозы. Поэтапный характер процесса позволяет выделять энергию окисления небольшими пакетами, так что большая часть ее может храниться в активированных молекулах-носителях, а не выделяться полностью в виде тепла (см.). Таким образом, часть энергии, высвобождаемой при окислении, запускает прямой синтез молекул АТФ из АДФ и P i , а часть остается с электронами в высокоэнергетическом электронном носителе НАДН.

      Две молекулы НАДН образуются на молекулу глюкозы в процессе гликолиза. В аэробных организмах (которым для жизни необходим молекулярный кислород) эти молекулы НАДН отдают свои электроны в цепь переноса электронов, описанную в главе 14, и НАД + , образованный из НАДН, снова используется для гликолиза (см. Шаг 6 в Панель 2-8, с. 124–125).

      Ферментация позволяет производить АТФ в отсутствие кислорода

      Для большинства клеток животных и растений гликолиз является лишь прелюдией к третьей и последней стадии распада молекул пищи.В этих клетках пируват, образовавшийся на последней стадии стадии 2, быстро транспортируется в митохондрии, где он превращается в CO 2 плюс ацетил-КоА, который затем полностью окисляется до CO 2 и H 2 O

      Напротив, для многих анаэробных организмов, которые не используют молекулярный кислород и могут расти и делиться без него, гликолиз является основным источником клеточного АТФ. Это также верно для определенных тканей животных, таких как скелетные мышцы, которые могут продолжать функционировать, когда молекулярный кислород ограничен.В этих анаэробных условиях электроны пирувата и НАДН остаются в цитозоле. Пируват превращается в продукты, выделяемые из клетки, например, в этанол и CO 2 в дрожжах, используемых в пивоварении и выпечке хлеба, или в лактат в мышцах. В этом процессе НАДН отдает свои электроны и превращается обратно в НАД + . Эта регенерация NAD + требуется для поддержания реакций гликолиза ().

      Рисунок 2-72

      Два пути анаэробного расщепления пирувата.(A) Когда присутствует недостаточное количество кислорода, например, в мышечной клетке, подвергающейся сильному сокращению, пируват, продуцируемый гликолизом, превращается в лактат, как показано. Эта реакция регенерирует (подробнее …)

      Анаэробные пути выделения энергии, подобные этим, называются ферментациями. Исследования коммерчески важных ферментаций, осуществляемых дрожжами, во многом вдохновили раннюю биохимию. Работа девятнадцатого века привела в 1896 году к поразительному тогда пониманию того, что эти процессы можно изучать вне живых организмов, в клеточных экстрактах.Это революционное открытие в конечном итоге позволило выделить и изучить каждую индивидуальную реакцию в процессе ферментации. Объединение воедино полного гликолитического пути в 1930-х годах было большим триумфом биохимии, за которым вскоре последовало признание центральной роли АТФ в клеточных процессах. Таким образом, большинство фундаментальных концепций, обсуждаемых в этой главе, были поняты более 50 лет назад.

      Гликолиз иллюстрирует, как ферменты связывают окисление с накоплением энергии

      Ранее мы использовали аналогию с «лопастным колесом», чтобы объяснить, как клетки собирают полезную энергию от окисления органических молекул, используя ферменты для соединения энергетически неблагоприятной реакции с энергетически благоприятной. (видеть ).Ферменты играют роль лопаточного колеса в нашей аналогии, и теперь мы возвращаемся к этапу гликолиза, который мы обсуждали ранее, чтобы проиллюстрировать, как именно происходят сопряженные реакции.

      Две центральные реакции гликолиза (этапы 6 и 7) превращают трехуглеродный сахарный промежуточный глицеральдегид-3-фосфат (альдегид) в 3-фосфоглицерат (карбоновую кислоту). Это влечет за собой окисление альдегидной группы до группы карбоновой кислоты, которое происходит в два этапа. Общая реакция высвобождает достаточно свободной энергии, чтобы преобразовать молекулу АДФ в АТФ и передать два электрона от альдегида к НАД + с образованием НАДН, при этом выделяя достаточно тепла в окружающую среду, чтобы сделать общую реакцию энергетически выгодной (Δ G ° для общей реакции составляет -3.0 ккал / моль).

      Путь, по которому был совершен этот выдающийся подвиг, изложен в. Химические реакции регулируются двумя ферментами, с которыми тесно связаны промежуточные соединения сахара. Первый фермент ( глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа ) образует короткоживущую ковалентную связь с альдегидом через реактивную группу -SH на ферменте, и он катализирует окисление этого альдегида, еще находясь в присоединенном состоянии. Высокоэнергетическая связь фермент-субстрат, созданная окислением, затем замещается неорганическим фосфатным ионом с образованием высокоэнергетического промежуточного продукта сахар-фосфат, который, таким образом, высвобождается из фермента.Затем этот промежуточный продукт связывается со вторым ферментом ( фосфоглицераткиназа ). Этот фермент катализирует энергетически выгодный перенос только что созданного высокоэнергетического фосфата на АДФ, образуя АТФ и завершая процесс окисления альдегида до карбоновой кислоты (см.).

      Рисунок 2-73

      Накопление энергии на этапах 6 и 7 гликолиза. На этих стадиях окисление альдегида до карбоновой кислоты сопряжено с образованием АТФ и НАДН. (A) Шаг 6 начинается с образования ковалентной связи между субстратом (глицеральдегид (подробнее…)

      Мы показали этот конкретный процесс окисления довольно подробно, потому что он представляет собой ясный пример ферментативного накопления энергии посредством сопряженных реакций (). Эти реакции (стадии 6 и 7) — единственные в гликолизе, которые создают высокоэнергетическую фосфатную связь непосредственно из неорганического фосфата. Таким образом, они учитывают чистый выход двух молекул АТФ и двух молекул НАДН на молекулу глюкозы (см. Панель 2-8, стр. 124–125).

      Рис. 2-74

      Схематическое изображение сопряженных реакций, которые образуют НАДН и АТФ на этапах 6 и 7 гликолиза.Энергия окисления связи C-H способствует образованию как НАДН, так и высокоэнергетической фосфатной связи. Затем разрыв высокоэнергетической связи приводит к образованию АТФ. (подробнее …)

      Как мы только что видели, АТФ может быть легко образован из АДФ, когда промежуточные продукты реакции образуются с фосфатными связями с более высокой энергией, чем в АТФ. Фосфатные связи можно упорядочить по энергии, сравнивая стандартное изменение свободной энергии ( Δ G ° ) для разрыва каждой связи путем гидролиза. сравнивает высокоэнергетические фосфоангидридные связи в АТФ с другими фосфатными связями, некоторые из которых образуются во время гликолиза.

      Рисунок 2-75

      Некоторые энергии фосфатных связей. Перенос фосфатной группы от любой молекулы 1 к любой молекуле 2 является энергетически выгодным, если стандартное изменение свободной энергии (Δ G °) для гидролиза фосфатной связи в молекуле 1 является более отрицательным (подробнее …)

      И сахар, и жиры в митохондриях разлагаются до ацетил-КоА.

      Теперь мы переходим к рассмотрению стадии 3 катаболизма, процесса, который требует большого количества молекулярного кислорода (газ O 2 ).Поскольку считается, что Земля создала атмосферу, содержащую газ O 2 , от одного до двух миллиардов лет назад, тогда как известно, что многочисленные формы жизни существовали на Земле в течение 3,5 миллиардов лет, использование O 2 в считается, что реакции, которые мы обсудим далее, имеют относительно недавнее происхождение. Напротив, механизм, используемый для производства АТФ, не требует кислорода, и родственники этой элегантной пары связанных реакций могли возникнуть очень рано в истории жизни на Земле.

      При аэробном метаболизме пируват, продуцируемый гликолизом, быстро декарбоксилируется гигантским комплексом из трех ферментов, который называется комплексом пируватдегидрогеназы . Продуктами декарбоксилирования пирувата являются молекула CO 2 (отходы), молекула NADH и ацетил-КоА. Трехферментный комплекс расположен в митохондриях эукариотических клеток; его структура и способ действия описаны в.

      Рисунок 2-76

      Окисление пирувата до ацетил-КоА и CO 2 .(A) Структура пируватдегидрогеназного комплекса, который содержит 60 полипептидных цепей. Это пример большого мультиферментного комплекса, в котором промежуточные продукты реакции передаются непосредственно от (подробнее …)

      Ферменты, которые разлагают жирные кислоты, полученные из жиров, также производят ацетил-КоА в митохондриях. Каждая молекула жирной кислоты (как активированная молекула жирного ацил-КоА ) полностью расщепляется циклом реакций, которые убирают два атома углерода за один раз с ее карбоксильного конца, генерируя одну молекулу ацетил-КоА для каждого витка цикла.В этом процессе также образуются молекула НАДН и молекула FADH 2 ().

      Рисунок 2-77

      Окисление жирных кислот до ацетил-КоА. (A) Электронная микрофотография липидной капли в цитоплазме (вверху), и структуры жиров (внизу). Жиры представляют собой триацилглицерины. Часть глицерина, с которой три жирные кислоты связаны через сложноэфирные связи, (подробнее …)

      Сахара и жиры являются основными источниками энергии для большинства нефотосинтезирующих организмов, включая человека.Однако большая часть полезной энергии, которая может быть извлечена при окислении обоих типов пищевых продуктов, остается в молекулах ацетил-КоА, которые образуются в двух только что описанных типах реакций. Цикл реакций лимонной кислоты, в которых ацетильная группа в ацетил-КоА окисляется до CO 2 и H 2 O, поэтому является центральным для энергетического метаболизма аэробных организмов. У эукариот все эти реакции происходят в митохондриях, органеллах, в которые направляются пируват и жирные кислоты для производства ацетил-КоА ().Поэтому мы не должны удивляться, обнаружив, что митохондрия — это место, где большая часть АТФ вырабатывается в клетках животных. Напротив, аэробные бактерии проводят все свои реакции в одном отделении — цитозоле, и именно здесь в этих клетках происходит цикл лимонной кислоты.

      Рисунок 2-78

      Пути производства ацетил-КоА из сахаров и жиров. Митохондрия в эукариотических клетках — это место, где ацетил-КоА продуцируется из обоих типов основных молекул пищи.Следовательно, это место, где происходит большинство реакций окисления клетки (подробнее …)

      Цикл лимонной кислоты генерирует НАДН путем окисления ацетильных групп до CO

      2

      В девятнадцатом веке биологи заметили, что в отсутствие воздуха (анаэробные условия) клетки производят молочную кислоту (например, в мышцах) или этанол (например, в дрожжах), в то время как в ее присутствии (аэробные условия) они потребляют O 2 и производят CO 2 и H 2 О.Интенсивные усилия по определению путей аэробного метаболизма в конечном итоге были сосредоточены на окислении пирувата и привели в 1937 году к открытию цикла лимонной кислоты, также известного как цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса . На цикл лимонной кислоты приходится около двух третей общего окисления углеродных соединений в большинстве клеток, и его основными конечными продуктами являются CO 2 и высокоэнергетические электроны в форме NADH. CO 2 выделяется как побочный продукт, в то время как высокоэнергетические электроны от NADH передаются в мембранно-связанную цепь переноса электронов, в конечном итоге объединяясь с O 2 с образованием H 2 O.Хотя цикл лимонной кислоты сам по себе не использует O 2 , он требует O 2 для продолжения, потому что у NADH нет другого эффективного способа избавиться от своих электронов и, таким образом, регенерировать NAD + , который является необходимо, чтобы цикл продолжался.

      Цикл лимонной кислоты, который происходит внутри митохондрий в эукариотических клетках, приводит к полному окислению атомов углерода ацетильных групп в ацетил-КоА, превращая их в CO 2 .Но ацетильная группа не окисляется напрямую. Вместо этого эта группа переносится от ацетил-КоА к более крупной четырехуглеродной молекуле, оксалоацетату, , с образованием шестиуглеродной трикарбоновой кислоты, лимонной кислоты, , в честь которой назван последующий цикл реакций. Затем молекула лимонной кислоты постепенно окисляется, позволяя использовать энергию этого окисления для получения богатых энергией активированных молекул-носителей. Цепочка из восьми реакций образует цикл, потому что в конце оксалоацетат регенерируется и входит в новый виток цикла, как показано на схеме в.

      Рисунок 2-79

      Простой обзор цикла лимонной кислоты. Реакция ацетил-КоА с оксалоацетатом запускает цикл с производства цитрата (лимонной кислоты). В каждом обороте цикла две молекулы CO 2 образуются как отходы, плюс три молекулы NADH, одна (подробнее …)

      До сих пор мы обсуждали только один из трех типов активированных молекул-носителей. которые продуцируются циклом лимонной кислоты, пара NAD + -NADH (см.).В дополнение к трем молекулам НАДН каждый оборот цикла также производит одну молекулу FADH 2 (восстановленный флавинадениндинуклеотид) из FAD и одна молекула рибонуклеотида GTP (гуанозинтрифосфат) из GDP. Структуры этих двух активированных молекул-носителей проиллюстрированы на. ГТФ является близким родственником АТФ, и перенос его концевой фосфатной группы на АДФ дает одну молекулу АТФ в каждом цикле. Как и NADH, FADH 2 является переносчиком высокоэнергетических электронов и водорода.Как мы вскоре обсудим, энергия, которая хранится в легко переносимых высокоэнергетических электронах НАДН и ФАДН 2 , будет впоследствии использована для производства АТФ в процессе окислительного фосфорилирования , единственного шага в окислительном катаболизме пищевых продуктов. который напрямую требует газообразного кислорода (O 2 ) из атмосферы.

      Рисунок 2-80

      Структуры GTP и FADH 2 . (A) GTP и GDP являются близкими родственниками ATP и ADP соответственно.(B) FADH 2 является переносчиком атомов водорода и высокоэнергетических электронов, таких как NADH и NADPH. Здесь он показан в окисленной форме (FAD) с водородосодержащим (подробнее …)

      Полный цикл лимонной кислоты представлен на Панели 2-9 (стр. 126–127). Дополнительные атомы кислорода, необходимые для образования CO 2 из ацетильных групп, входящих в цикл лимонной кислоты, поставляются не молекулярным кислородом, а водой. Как показано на панели, три молекулы воды расщепляются в каждом цикле, и атомы кислорода некоторых из них в конечном итоге используются для образования CO 2 .

      Помимо пирувата и жирных кислот, некоторые аминокислоты переходят из цитозоля в митохондрии, где они также превращаются в ацетил-КоА или один из других промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. Таким образом, в эукариотической клетке митохондрия является центром, к которому ведут все процессы выработки энергии, независимо от того, начинаются ли они с сахаров, жиров или белков.

      Цикл лимонной кислоты также служит отправной точкой для важных биосинтетических реакций, производя жизненно важные углеродсодержащие промежуточные соединения, такие как оксалоацетат и α-кетоглутарат. Некоторые из этих веществ, образующихся в результате катаболизма, переносятся обратно из митохондрии в цитозоль, где они служат в анаболических реакциях в качестве предшественников для синтеза многих незаменимых молекул, таких как аминокислоты.

      Транспорт электронов стимулирует синтез большей части АТФ в большинстве клеток

      Именно на последнем этапе разложения пищевой молекулы высвобождается основная часть ее химической энергии. В этом заключительном процессе переносчики электронов НАДН и ФАДН 2 переносят электроны, которые они получили при окислении других молекул, в цепь переноса электронов, которая встроена во внутреннюю мембрану митохондрии.По мере того, как электроны проходят по этой длинной цепочке специализированных молекул-акцепторов и доноров электронов, они переходят в последовательно более низкие энергетические состояния. Энергия, которую выделяют электроны в этом процессе, используется для перекачки ионов H + (протонов) через мембрану — из внутреннего митохондриального отсека наружу (). Тем самым создается градиент ионов H + . Этот градиент служит источником энергии, будучи задействованным, как батарея, для запуска множества энергозатратных реакций.Наиболее заметной из этих реакций является образование АТФ путем фосфорилирования АДФ.

      Рисунок 2-81

      Создание градиента H + через мембрану посредством реакций переноса электронов. Электрон с высокой энергией (полученный, например, в результате окисления метаболита) последовательно передается носителями A, B и C в более низкое энергетическое состояние. На этой диаграмме (подробнее …)

      В конце этой серии переносов электронов электроны передаются молекулам газообразного кислорода (O 2 ), которые диффундировали в митохондрии, которые одновременно объединяются с протонами (H + ) из окружающего раствора с образованием молекул воды.Электроны достигли минимального уровня энергии, поэтому вся доступная энергия была извлечена из окисляемой молекулы пищи. Этот процесс, называемый окислительным фосфорилированием (), также происходит в плазматической мембране бактерий. Как одно из самых замечательных достижений клеточной эволюции, это будет центральная тема главы 14.

      Рисунок 2-82

      Заключительные стадии окисления молекул пищи. Молекулы NADH и FADH 2 (FADH 2 не показан) производятся с помощью цикла лимонной кислоты.Эти активированные носители отдают электроны высокой энергии, которые в конечном итоге используются для восстановления газообразного кислорода в воду. A major (подробнее …)

      Всего полное окисление молекулы глюкозы до H 2 O и CO 2 используется клеткой для производства около 30 молекул АТФ. Напротив, только 2 молекулы АТФ на молекулу глюкозы производятся одним гликолизом.

      Организмы хранят молекулы пищи в специальных резервуарах

      Все организмы должны поддерживать высокое соотношение АТФ / АДФ, если в их клетках должен поддерживаться биологический порядок.Тем не менее, животные имеют лишь периодический доступ к пище, а растениям необходимо выжить в течение ночи без солнечного света, без возможности производства сахара в результате фотосинтеза. По этой причине как растения, так и животные превращают сахар и жиры в специальные формы для хранения ().

      Рисунок 2-83

      Хранение сахаров и жиров в клетках животных и растений. (A) Структуры крахмала и гликогена, формы хранения сахаров в растениях и животных, соответственно. Оба являются запасными полимерами сахарной глюкозы и различаются только частотой ветвления (подробнее…)

      Чтобы компенсировать длительные периоды голодания, животные хранят жирные кислоты в виде капелек жира, состоящих из нерастворимых в воде триацилглицеринов, в основном в специализированных жировых клетках. А для более краткосрочного хранения сахар хранится в виде субъединиц глюкозы в большом разветвленном полисахаридном гликогене, который присутствует в виде маленьких гранул в цитоплазме многих клеток, включая печень и мышцы. Синтез и разложение гликогена быстро регулируются в соответствии с потребностями. Когда требуется больше АТФ, чем может быть произведено из молекул пищи, взятых из кровотока, клетки расщепляют гликоген в реакции, которая производит глюкозо-1-фосфат, который вступает в гликолиз.

      В количественном отношении жир является гораздо более важной формой хранения, чем гликоген, отчасти потому, что окисление грамма жира высвобождает примерно вдвое больше энергии, чем окисление грамма гликогена. Более того, гликоген отличается от жира тем, что связывает большое количество воды, что приводит к шестикратной разнице в фактической массе гликогена, необходимой для хранения того же количества энергии, что и жир. Среднестатистический взрослый человек накапливает гликогена примерно на один день нормальной деятельности, но достаточно жира, чтобы его хватило почти на месяц.Если бы наш основной топливный резервуар перевозился в виде гликогена, а не жира, вес тела нужно было бы увеличить в среднем примерно на 60 фунтов.

      Большая часть нашего жира хранится в жировой ткани, из которой он попадает в кровоток для использования другими клетками по мере необходимости. Потребность возникает после периода отсутствия еды; даже нормальное ночное голодание приводит к мобилизации жира, так что утром большая часть ацетил-КоА, входящего в цикл лимонной кислоты, образуется из жирных кислот, а не из глюкозы.Однако после еды большая часть ацетил-КоА, входящего в цикл лимонной кислоты, поступает из глюкозы, полученной из пищи, а любой избыток глюкозы используется для пополнения истощенных запасов гликогена или для синтеза жиров. (Хотя животные клетки легко превращают сахар в жиры, они не могут превращать жирные кислоты в сахара.)

      Хотя растения производят НАДФН и АТФ посредством фотосинтеза, этот важный процесс происходит в специальной органелле, называемой хлоропластом, которая изолирована от остальной части тела. клетка растения мембраной, непроницаемой для обоих типов активированных молекул-носителей.Более того, растение содержит много других клеток, например, в корнях, в которых отсутствуют хлоропласты, и поэтому они не могут производить собственные сахара или АТФ. Следовательно, для большей части производства АТФ растение полагается на экспорт сахаров из хлоропластов в митохондрии, расположенные во всех клетках растения. Большая часть АТФ, необходимого растению, синтезируется в этих митохондриях и экспортируется из них в остальную часть растительной клетки, используя точно такие же пути окислительного расщепления сахаров, которые используются нефотосинтезирующими организмами ().

      Рисунок 2-84

      Как производится АТФ, необходимый для метаболизма большей части растительных клеток. У растений хлоропласты и митохондрии взаимодействуют, чтобы снабжать клетки метаболитами и АТФ.

      В периоды избыточной фотосинтетической способности в течение дня хлоропласты превращают некоторые из сахаров, которые они производят, в жиры и крахмал, полимер глюкозы, аналогичный гликогену животных. Жиры растений представляют собой триацилглицерины, как и жиры животных, и различаются только типами жирных кислот, которые преобладают.И жир, и крахмал хранятся в хлоропласте как резервуары, которые могут использоваться в качестве источника энергии в темное время суток (см.).

      Эмбрионы внутри семян растений должны жить за счет накопленных источников энергии в течение длительного периода, пока они не прорастут и не дадут листья, которые могут собирать энергию солнечного света. По этой причине семена растений часто содержат особенно большое количество жиров и крахмала, что делает их основным источником пищи для животных, в том числе и для нас самих ().

      Рисунок 2-85

      Семена некоторых растений, которые служат важной пищей для человека.Кукуруза, орехи и горох содержат богатые запасы крахмала и жира, которые обеспечивают молодой зародыш растения в семенах энергией и строительными блоками для биосинтеза. (Любезно предоставлено Фондом Джона Иннеса.) (Подробнее …)

      Аминокислоты и нуклеотиды являются частью цикла азота

      До сих пор в нашем обсуждении мы сосредоточились в основном на метаболизме углеводов. Мы еще не рассматривали метаболизм азота или серы. Эти два элемента входят в состав белков и нуклеиновых кислот, которые являются двумя наиболее важными классами макромолекул в клетке и составляют примерно две трети ее сухой массы.Атомы азота и серы переходят от соединения к соединению и между организмами и окружающей их средой в серии обратимых циклов.

      Хотя молекулярный азот в изобилии присутствует в атмосфере Земли, азот химически неактивен как газ. Лишь немногие живые виды могут включить его в органические молекулы, этот процесс называется азотфиксацией. Фиксация азота происходит у определенных микроорганизмов и в результате некоторых геофизических процессов, таких как разряд молнии. Это важно для биосферы в целом, поскольку без нее на этой планете не было бы жизни.Однако лишь небольшая часть азотистых соединений в современных организмах связана со свежими продуктами азотфиксации из атмосферы. Большая часть органического азота находится в обращении в течение некоторого времени, переходя от одного живого организма к другому. Таким образом, можно сказать, что современные азотфиксирующие реакции выполняют функцию «дозаправки» общего количества азота.

      Позвоночные животные получают практически весь азот с пищей, содержащей белки и нуклеиновые кислоты. В организме эти макромолекулы расщепляются на аминокислоты и компоненты нуклеотидов, а содержащийся в них азот используется для производства новых белков и нуклеиновых кислот или для производства других молекул.Около половины из 20 аминокислот, содержащихся в белках, являются незаменимыми аминокислотами для позвоночных (), что означает, что они не могут быть синтезированы из других ингредиентов рациона. Другие могут быть синтезированы таким образом с использованием различных исходных материалов, включая промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, как описано ниже. Незаменимые аминокислоты производятся беспозвоночными организмами, как правило, долгими и энергоемкими путями, которые были потеряны в ходе эволюции позвоночных.

      Рисунок 2-86

      Девять незаменимых аминокислот.Они не могут быть синтезированы человеческими клетками и поэтому должны поступать с пищей.

      Нуклеотиды, необходимые для образования РНК и ДНК, могут быть синтезированы с использованием специализированных биосинтетических путей: в рационе не должно быть «незаменимых нуклеотидов». Все атомы азота в пуриновых и пиримидиновых основаниях (а также некоторые атомы углерода) получены из многочисленных аминокислот глутамина, аспарагиновой кислоты и глицина, тогда как сахара рибозы и дезоксирибозы получены из глюкозы.

      Аминокислоты, которые не используются в биосинтезе, могут окисляться с образованием метаболической энергии. Большинство их атомов углерода и водорода в конечном итоге образуют CO 2 или H 2 O, тогда как их атомы азота перемещаются через различные формы и в конечном итоге появляются в виде мочевины, которая выводится из организма. Каждая аминокислота обрабатывается по-разному, и существует целый ряд ферментативных реакций для их катаболизма.

      Многие биосинтетические пути начинаются с гликолиза или цикла лимонной кислоты

      Катаболизм производит как энергию для клетки, так и строительные блоки, из которых состоят многие другие молекулы клетки (см.).До сих пор наши обсуждения гликолиза и цикла лимонной кислоты делали упор на производство энергии, а не на обеспечение исходными материалами для биосинтеза. Но многие из промежуточных продуктов, образующихся в этих реакционных путях, также выводятся другими ферментами, которые используют их для производства аминокислот, нуклеотидов, липидов и других небольших органических молекул, в которых нуждается клетка. Некоторое представление о сложности этого процесса можно получить из иллюстрации некоторых ответвлений центральных катаболических реакций, ведущих к биосинтезу.

      Рисунок 2-87

      Гликолиз и цикл лимонной кислоты обеспечивают прекурсоры, необходимые для синтеза многих важных биологических молекул. Аминокислоты, нуклеотиды, липиды, сахара и другие молекулы — показанные здесь как продукты — в свою очередь служат предшественниками (подробнее …)

      Существование такого количества ветвящихся путей в клетке требует, чтобы выбор на каждой ветви тщательно регулироваться, как мы обсудим далее.

      Метаболизм организован и регулируется

      Сложность клетки как химической машины можно понять по взаимосвязи гликолиза и цикла лимонной кислоты с другими метаболическими путями, намеченными на рисунке.Диаграмма этого типа, которая использовалась ранее в этой главе для ознакомления с метаболизмом, представляет лишь некоторые из ферментативных путей в клетке. Очевидно, что наше обсуждение клеточного метаболизма касается лишь крошечной части клеточной химии.

      Рисунок 2-88

      Гликолиз и цикл лимонной кислоты находятся в центре метаболизма. Около 500 метаболических реакций типичной клетки схематически показаны реакциями гликолиза и цикла лимонной кислоты красным цветом . Другие реакции могут привести либо к этим двум (подробнее …)

      Все эти реакции происходят в ячейке диаметром менее 0,1 мм, и каждая требует отдельного фермента. Как видно из, одна и та же молекула часто может быть частью многих различных путей. Пируват, например, является субстратом для полдюжины или более различных ферментов, каждый из которых по-своему химически модифицирует его. Один фермент превращает пируват в ацетил-КоА, другой — в оксалоацетат; третий фермент превращает пируват в аминокислоту аланин, четвертый — на лактат и так далее.Все эти различные пути конкурируют за одну и ту же молекулу пирувата, и одновременно происходит аналогичная конкуренция за тысячи других малых молекул. Лучшее понимание этой сложности, возможно, может быть достигнуто с помощью трехмерной метаболической карты, которая позволяет установить более прямые связи между путями ().

      Рисунок 2-89

      Представление всех известных метаболических реакций с участием небольших молекул в дрожжевой клетке. Как и на рис. 2-88, реакции гликолиза и цикла лимонной кислоты выделены красным цветом . Эта метаболическая карта необычна в использовании трехмерного (подробнее …)

      Ситуация еще более усложняется в многоклеточном организме. Для разных типов клеток обычно требуются несколько разных наборов ферментов. И разные ткани вносят свой вклад в химию организма в целом. Помимо различий в специализированных продуктах, таких как гормоны или антитела, существуют значительные различия в «общих» метаболических путях между различными типами клеток одного и того же организма.

      Хотя практически все клетки содержат ферменты гликолиза, цикла лимонной кислоты, синтеза и распада липидов и метаболизма аминокислот, уровни этих процессов, требуемые в разных тканях, не одинаковы. Например, нервные клетки, которые, вероятно, являются наиболее требовательными клетками в организме, почти не поддерживают запасов гликогена или жирных кислот и почти полностью полагаются на постоянное поступление глюкозы из кровотока. Напротив, клетки печени поставляют глюкозу активно сокращающимся мышечным клеткам и перерабатывают молочную кислоту, продуцируемую мышечными клетками, обратно в глюкозу ().У всех типов клеток есть свои отличительные метаболические особенности, и они активно взаимодействуют в нормальном состоянии, а также в ответ на стресс и голод. Можно подумать, что вся система должна быть настолько тщательно сбалансирована, что любое незначительное нарушение, такое как временное изменение рациона, будет катастрофическим.

      Рисунок 2-90

      Схематическое изображение метаболического взаимодействия между печенью и мышечными клетками. Основным топливом активно сокращающихся мышечных клеток является глюкоза, большая часть которой поставляется клетками печени.Молочная кислота, конечный продукт анаэробного распада глюкозы путем гликолиза (подробнее …)

      Фактически, метаболический баланс клетки удивительно стабилен. Всякий раз, когда баланс нарушается, клетка реагирует так, чтобы восстановить исходное состояние. Клетка может адаптироваться и продолжать функционировать во время голода или болезни. Мутации многих видов могут повредить или даже устранить определенные пути реакции, и тем не менее — при соблюдении определенных минимальных требований — клетка выживает. Это происходит потому, что сложная сеть из механизмов управления регулирует и координирует скорость всех своих реакций.В конечном счете, эти меры контроля основываются на замечательной способности белков изменять свою форму и свой химический состав в ответ на изменения в их ближайшем окружении. Принципы, лежащие в основе построения больших молекул, таких как белки, и химический состав, лежащий в основе их регуляции, станут нашей следующей задачей.

      Резюме

      Глюкоза и другие молекулы пищи расщепляются путем контролируемого ступенчатого окисления, чтобы обеспечить химическую энергию в форме АТФ и НАДН. Это три основных набора реакций, которые действуют последовательно, продукты каждой из которых являются исходным материалом для следующего: гликолиза (который происходит в цитозоле), цикла лимонной кислоты (в матриксе митохондрий) и окислительного фосфорилирования (в матрице митохондрий). внутренняя митохондриальная мембрана).Промежуточные продукты гликолиза и цикла лимонной кислоты используются как в качестве источников метаболической энергии, так и для производства многих небольших молекул, используемых в качестве сырья для биосинтеза. Клетки хранят молекулы сахара в виде гликогена у животных и крахмала у растений; и растения, и животные также широко используют жиры в качестве продуктового магазина.

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

      2021 © Все права защищены.