Pārbaude, lai sagatavotos vienotajam valsts eksāmenam - "fotosintēze". Fotosintēzes procesu secība zaļajos augos (hronoloģiskā secībā) Fotosintēzes ātrumu ietekmējošie faktori

Katrai dzīvai būtnei uz planētas ir nepieciešama pārtika vai enerģija, lai izdzīvotu. Daži organismi barojas ar citiem radījumiem, bet citi var ražot savas barības vielas. Viņi paši ražo savu pārtiku, glikozi, procesā, ko sauc par fotosintēzi.

Fotosintēze un elpošana ir savstarpēji saistītas. Fotosintēzes rezultāts ir glikoze, kas tiek uzglabāta kā ķīmiskā enerģija. Šī uzkrātā ķīmiskā enerģija rodas no neorganiskā oglekļa (oglekļa dioksīda) pārvēršanas organiskajā oglekli. Elpošanas process atbrīvo uzkrāto ķīmisko enerģiju.

Papildus produktiem, ko tie ražo, augiem ir nepieciešams arī ogleklis, ūdeņradis un skābeklis, lai tie izdzīvotu. Ūdens, kas absorbēts no augsnes, nodrošina ūdeņradi un skābekli. Fotosintēzes laikā ogleklis un ūdens tiek izmantoti pārtikas sintezēšanai. Augiem ir nepieciešami arī nitrāti, lai iegūtu aminoskābes (aminoskābe ir sastāvdaļa olbaltumvielu iegūšanai). Turklāt viņiem ir nepieciešams magnijs, lai ražotu hlorofilu.

Piezīme: Dzīvās būtnes, kas ir atkarīgas no citiem pārtikas produktiem, sauc par . Heterotrofu piemēri ir zālēdāji, piemēram, govis un augi, kas ēd kukaiņus. Tiek sauktas dzīvās būtnes, kas pašas ražo pārtiku. Zaļie augi un aļģes ir autotrofu piemēri.

Šajā rakstā jūs uzzināsit vairāk par to, kā augos notiek fotosintēze un kādi ir šim procesam nepieciešamie apstākļi.

Fotosintēzes definīcija

Fotosintēze ir ķīmisks process, kurā augi, dažas aļģes, ražo glikozi un skābekli no oglekļa dioksīda un ūdens, kā enerģijas avotu izmantojot tikai gaismu.

Šis process ir ārkārtīgi svarīgs dzīvībai uz Zemes, jo tas atbrīvo skābekli, no kura ir atkarīga visa dzīvība.

Kāpēc augiem nepieciešama glikoze (pārtika)?

Tāpat kā cilvēkiem un citām dzīvām būtnēm, arī augiem ir nepieciešams uzturs, lai izdzīvotu. Glikozes nozīme augiem ir šāda:

• Fotosintēzes rezultātā iegūtā glikoze tiek izmantota elpošanas laikā, lai atbrīvotu enerģiju, kas augam nepieciešama citiem dzīvībai svarīgiem procesiem.
• Arī augu šūnas daļu glikozes pārvērš cietē, ko izmanto pēc vajadzības. Šī iemesla dēļ mirušos augus izmanto kā biomasu, jo tie uzglabā ķīmisko enerģiju.
• Glikoze ir nepieciešama arī citu ķīmisko vielu, piemēram, olbaltumvielu, tauku un augu cukuru, ražošanai, kas nepieciešamas augšanas un citu svarīgu procesu atbalstam.

Fotosintēzes fāzes

Fotosintēzes process ir sadalīts divās fāzēs: gaišajā un tumšajā.

Fotosintēzes gaismas fāze

Kā norāda nosaukums, gaismas fāzēm ir nepieciešama saules gaisma. No gaismas atkarīgās reakcijās saules gaismas enerģiju absorbē hlorofils un pārvērš uzkrātajā ķīmiskajā enerģijā elektronu nesējmolekulas NADPH (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāta) un enerģijas molekulas ATP (adenozīntrifosfāta) formā. Vieglās fāzes rodas tilakoīdu membrānās hloroplastā.

Fotosintēzes jeb Kalvina cikla tumšā fāze

Tumšajā fāzē jeb Kalvina ciklā gaismas fāzes ierosinātie elektroni nodrošina enerģiju ogļhidrātu veidošanai no oglekļa dioksīda molekulām. No gaismas neatkarīgās fāzes dažkārt sauc par Kalvina ciklu procesa cikliskā rakstura dēļ.

Lai gan tumšās fāzes neizmanto gaismu kā reaģentu (un tā rezultātā var rasties dienas vai nakts laikā), lai tās darbotos, ir nepieciešami no gaismas atkarīgu reakciju produkti. No gaismas neatkarīgas molekulas ir atkarīgas no enerģijas nesējmolekulām ATP un NADPH, lai radītu jaunas ogļhidrātu molekulas. Kad enerģija tiek pārnesta, enerģijas nesēja molekulas atgriežas gaismas fāzēs, lai ražotu enerģiskākus elektronus. Turklāt gaisma aktivizē vairākus tumšās fāzes fermentus.

Fotosintēzes fāžu diagramma

Piezīme: Tas nozīmē, ka tumšās fāzes neturpināsies, ja augiem pārāk ilgi būs liegta gaisma, jo tie izmanto gaišo fāžu produktus.

Augu lapu struktūra

Mēs nevaram pilnībā izpētīt fotosintēzi, nezinot vairāk par lapas struktūru. Lapa ir pielāgota, lai spēlētu būtisku lomu fotosintēzes procesā.

Lapu ārējā struktūra

• Kvadrāts

Viena no svarīgākajām augu īpašībām ir lielais to lapu virsmas laukums. Lielākajai daļai zaļo augu ir platas, plakanas un atvērtas lapas, kas spēj uztvert tik daudz saules enerģijas (saules gaismas), cik nepieciešams fotosintēzei.

• Centrālā vēna un kāts

Centrālā vēna un kāts savienojas un veido lapas pamatni. Kātiņš novieto lapu tā, lai tā saņemtu pēc iespējas vairāk gaismas.

• Lapu plāksne

Vienkāršām lapām ir viena lapas, savukārt sarežģītajām lapām ir vairākas. Lapas plātne ir viena no svarīgākajām lapas sastāvdaļām, kas ir tieši iesaistīta fotosintēzes procesā.

• Vēnas

Vēnu tīkls lapās transportē ūdeni no kātiem uz lapām. Izdalītā glikoze caur vēnām tiek nosūtīta arī uz citām auga daļām no lapām. Turklāt šīs lapu daļas atbalsta un notur lapas lāpstiņu plakanu, lai labāk uztvertu saules gaismu. Vēnu izvietojums (venācija) ir atkarīgs no auga veida.

• Lapu pamatne

Lapas pamatne ir tās zemākā daļa, kas ir šarnīra ar kātu. Bieži vien lapas pamatnē ir stublāju pāris.

• Lapas mala

Atkarībā no auga veida lapas malai var būt dažādas formas, tai skaitā: vesela, robaina, zobaina, robaina, cirtaina utt.

• Lapas gals

Tāpat kā lapas malai, arī galam ir dažādas formas, tostarp: ass, noapaļots, strups, iegarens, izstiepts utt.

Lapu iekšējā struktūra

Zemāk ir cieša lapu audu iekšējās struktūras diagramma:

• Kutikula

Kutikula darbojas kā galvenais, aizsargājošais slānis uz auga virsmas. Kā likums, tas ir biezāks lapas augšpusē. Kutikulu klāj vaskam līdzīga viela, kas pasargā augu no ūdens.

• Epiderma

Epiderma ir šūnu slānis, kas ir lapas pārklājošais audi. Tās galvenā funkcija ir aizsargāt lapas iekšējos audus no dehidratācijas, mehāniskiem bojājumiem un infekcijām. Tas arī regulē gāzu apmaiņas un transpirācijas procesu.

• Mezofils

Mezofils ir auga galvenie audi. Šeit notiek fotosintēzes process. Lielākajā daļā augu mezofils ir sadalīts divos slāņos: augšējais ir palisādes slānis, bet apakšējais - porains.

• Aizsardzības būri

Aizsargu šūnas ir specializētas lapu epidermas šūnas, ko izmanto, lai kontrolētu gāzu apmaiņu. Viņi veic stomata aizsargfunkciju. Stomatālās poras kļūst lielas, ja ūdens ir brīvi pieejams, pretējā gadījumā aizsargšūnas kļūst gausas.

• Stoma

Fotosintēze ir atkarīga no oglekļa dioksīda (CO2) iekļūšanas no gaisa caur stomatu mezofila audos. Skābeklis (O2), kas veidojas kā fotosintēzes blakusprodukts, atstāj augu caur stomatītu. Kad stomas ir atvērtas, ūdens tiek zaudēts iztvaikošanas rezultātā, un tas caur transpirācijas plūsmu ir jāaizstāj ar ūdeni, ko absorbē saknes. Augi ir spiesti līdzsvarot no gaisa absorbētā CO2 daudzumu un ūdens zudumu caur stomatālās porām.

Fotosintēzei nepieciešamie apstākļi

Šie ir nosacījumi, kas augiem ir nepieciešami, lai veiktu fotosintēzes procesu:

• Oglekļa dioksīds. Bezkrāsaina, bez smaržas dabasgāze, kas atrodama gaisā un kuras zinātniskais nosaukums ir CO2. Tas veidojas oglekļa un organisko savienojumu sadegšanas laikā, kā arī notiek elpošanas laikā.
• Ūdens. Dzidra, šķidra ķīmiska viela, kas ir bez smaržas un garšas (normālos apstākļos).
• Gaisma. Lai gan mākslīgā gaisma ir laba arī augiem, dabiskā saules gaisma parasti nodrošina labākus apstākļus fotosintēzei, jo satur dabisko ultravioleto starojumu, kas pozitīvi ietekmē augus.
• Hlorofils. Tas ir zaļš pigments, kas atrodams augu lapās.
• Uzturvielas un minerālvielas.Ķīmiskās vielas un organiskie savienojumi, ko augu saknes absorbē no augsnes.

Kas rodas fotosintēzes rezultātā?

• Glikoze;
• Skābeklis.

(Gaismas enerģija ir parādīta iekavās, jo tā nav matērija)

Piezīme: Augi CO2 iegūst no gaisa caur savām lapām un ūdeni no augsnes caur saknēm. Gaismas enerģija nāk no Saules. Iegūtais skābeklis tiek izvadīts gaisā no lapām. Iegūto glikozi var pārvērst citās vielās, piemēram, cietē, ko izmanto kā enerģijas krātuvi.

Ja fotosintēzi veicinošu faktoru nav vai tie ir nepietiekamā daudzumā, augs var tikt negatīvi ietekmēts. Piemēram, mazāk gaismas rada labvēlīgus apstākļus kukaiņiem, kas ēd auga lapas, un ūdens trūkums to palēnina.

Kur notiek fotosintēze?

Fotosintēze notiek augu šūnās, mazos plastidos, ko sauc par hloroplastiem. Hloroplasti (galvenokārt atrodami mezofila slānī) satur zaļu vielu, ko sauc par hlorofilu. Zemāk ir citas šūnas daļas, kas strādā ar hloroplastu, lai veiktu fotosintēzi.

Augu šūnas uzbūve

Augu šūnu daļu funkcijas

• : nodrošina strukturālu un mehānisku atbalstu, aizsargā šūnas no, fiksē un nosaka šūnu formu, kontrolē augšanas ātrumu un virzienu un piešķir augiem formu.
• : nodrošina platformu lielākajai daļai fermentu kontrolētu ķīmisko procesu.
• : darbojas kā barjera, kontrolējot vielu kustību šūnā un no tās.
• : kā aprakstīts iepriekš, tie satur hlorofilu, zaļu vielu, kas fotosintēzes procesā absorbē gaismas enerģiju.
• : dobums šūnas citoplazmā, kas uzglabā ūdeni.
• : satur ģenētisko zīmi (DNS), kas kontrolē šūnas darbību.

Hlorofils absorbē gaismas enerģiju, kas nepieciešama fotosintēzei. Ir svarīgi atzīmēt, ka ne visi gaismas krāsu viļņu garumi tiek absorbēti. Augi galvenokārt absorbē sarkano un zilo viļņu garumu - tie neuzsūc gaismu zaļajā diapazonā.

Oglekļa dioksīds fotosintēzes laikā

Augi caur lapām uzņem oglekļa dioksīdu no gaisa. Oglekļa dioksīds izplūst caur nelielu caurumu lapas apakšā - stomatu.

Lapas apakšējā daļā ir brīvi izvietotas šūnas, lai oglekļa dioksīds varētu sasniegt citas lapu šūnas. Tas arī ļauj fotosintēzes radītajam skābeklim viegli atstāt lapu.

Oglekļa dioksīds atrodas gaisā, ko elpojam, ļoti zemā koncentrācijā, un tas ir nepieciešams faktors fotosintēzes tumšajā fāzē.

Gaisma fotosintēzes laikā

Lapai parasti ir liels virsmas laukums, tāpēc tā var absorbēt daudz gaismas. Tās augšējo virsmu no ūdens zuduma, slimībām un laikapstākļu iedarbības aizsargā vaska slānis (kutikula). Lapas augšdaļa ir vieta, kur trāpa gaisma. Šo mezofila slāni sauc par palisādi. Tas ir pielāgots liela daudzuma gaismas absorbēšanai, jo satur daudz hloroplastu.

Gaismas fāzēs fotosintēzes process palielinās līdz ar vairāk gaismas. Ja gaismas fotoni koncentrējas uz zaļas lapas, tiek jonizēts vairāk hlorofila molekulu un rodas vairāk ATP un NADPH. Lai gan gaisma ir ārkārtīgi svarīga fotofāzēs, jāņem vērā, ka pārmērīgs daudzums var sabojāt hlorofilu un samazināt fotosintēzes procesu.

Gaismas fāzes nav ļoti atkarīgas no temperatūras, ūdens vai oglekļa dioksīda, lai gan tās visas ir nepieciešamas, lai pabeigtu fotosintēzes procesu.

Ūdens fotosintēzes laikā

Fotosintēzei nepieciešamo ūdeni augi iegūst caur savām saknēm. Viņiem ir sakņu matiņi, kas aug augsnē. Saknēm ir raksturīgs liels virsmas laukums un plānas sienas, kas ļauj ūdenim viegli iziet cauri tām.

Attēlā redzami augi un to šūnas ar pietiekami daudz ūdens (pa kreisi) un tā trūkums (pa labi).

Piezīme: Sakņu šūnas nesatur hloroplastus, jo tās parasti atrodas tumsā un nespēj fotosintēzēt.

Ja augs neuzsūc pietiekami daudz ūdens, tas novīst. Bez ūdens augs nespēs pietiekami ātri fotosintēzēt un var pat nomirt.

Kāda ir ūdens nozīme augiem?

• Nodrošina izšķīdušās minerālvielas, kas atbalsta augu veselību;
• Ir transportēšanas līdzeklis;
• Saglabā stabilitāti un stāvumu;
• Atdzesē un piesātina ar mitrumu;
• Ļauj augu šūnās veikt dažādas ķīmiskas reakcijas.

Fotosintēzes nozīme dabā

Fotosintēzes bioķīmiskajā procesā tiek izmantota saules gaismas enerģija, lai ūdeni un oglekļa dioksīdu pārvērstu skābeklī un glikozē. Glikoze tiek izmantota kā celtniecības bloki augos audu augšanai. Tādējādi fotosintēze ir metode, ar kuras palīdzību veidojas saknes, stublāji, lapas, ziedi un augļi. Bez fotosintēzes procesa augi nespēs augt vai vairoties.

• Ražotāji

Pateicoties savām fotosintēzes spējām, augi ir pazīstami kā ražotāji un kalpo par gandrīz katras Zemes barības ķēdes pamatu. (Aļģes ir līdzvērtīgas augiem). Visa pārtika, ko mēs ēdam, nāk no organismiem, kas ir fotosintēzes. Mēs ēdam šos augus tieši vai ēdam dzīvniekus, piemēram, govis vai cūkas, kas patērē augu pārtiku.

• Barības ķēdes pamats

Ūdens sistēmās augi un aļģes veido arī barības ķēdes pamatu. Aļģes kalpo kā barība, kas savukārt kalpo kā uztura avots lielākiem organismiem. Bez fotosintēzes ūdens vidē dzīvība nebūtu iespējama.

• Oglekļa dioksīda noņemšana

Fotosintēze pārvērš oglekļa dioksīdu par skābekli. Fotosintēzes laikā oglekļa dioksīds no atmosfēras nonāk augā un pēc tam tiek atbrīvots kā skābeklis. Mūsdienu pasaulē, kur oglekļa dioksīda līmenis pieaug satraucošā ātrumā, jebkurš process, kas izvada oglekļa dioksīdu no atmosfēras, ir svarīgs videi.

• Uzturvielu riteņbraukšana

Augiem un citiem fotosintēzes organismiem ir būtiska nozīme barības vielu ciklā. Slāpeklis gaisā tiek fiksēts augu audos un kļūst pieejams olbaltumvielu radīšanai. Mikroelementi, kas atrodami augsnē, var tikt iekļauti arī augu audos un kļūt pieejami zālēdājiem tālāk barības ķēdē.

• Fotosintētiskā atkarība

Fotosintēze ir atkarīga no gaismas intensitātes un kvalitātes. Pie ekvatora, kur visu gadu ir daudz saules gaismas un ūdens nav ierobežojošs faktors, augiem ir augsts augšanas ātrums un tie var kļūt diezgan lieli. Un otrādi, dziļākajās okeāna daļās fotosintēze notiek retāk, jo gaisma neiekļūst šajos slāņos, kā rezultātā ekosistēma ir neauglīga.

Visi dzīvie organismi, kas dzīvo uz Zemes, ir atvērtas sistēmas, kas ir atkarīgas no vielas un enerģijas piegādes no ārpuses. Vielas un enerģijas patēriņa procesu sauc ēdiens . Ķimikālijas ir nepieciešamas ķermeņa veidošanai, enerģija ir nepieciešama dzīvības procesu veikšanai. Ir divi dzīvo organismu uztura veidi: autotrofs un heterotrofs, un trīs organismu grupas pēc uztura veida: autotrofi, heterotrofi un miksotrofi.

Dzīvo organismu klasifikācija pēc uztura veida

Tips	Raksturīgs	Organismi
Autotrofi	Organismi, kas kā oglekļa avotu izmanto oglekļa dioksīdu. Citiem vārdiem sakot, tie ir organismi, kas spēj radīt organiskas vielas no neorganiskām - oglekļa dioksīdu, ūdeni, minerālsāļiem	Augi un dažas baktērijas
Heterotrofi	Organismi, kas izmanto organiskos savienojumus kā oglekļa avotu	Dzīvnieki, sēnītes un lielākā daļa baktēriju
Miksotrofi	Organismi ar jauktu barošanas veidu, kas atkarībā no dzīves apstākļiem var gan sintezēt organiskās vielas no neorganiskām, gan baroties ar gataviem organiskiem savienojumiem	Kukaiņēdāji augi, euglena aļģu departamenta pārstāvji utt.

Atkarībā no enerģijas avota autotrofus iedala fotoautotrofos un ķīmijautotrofos.

Autotrofu klasifikācija atkarībā no enerģijas avota

Pēc barības iegūšanas metodes heterotrofus iedala fagotrofos (holozoos) un osmotrofos.

Heterotrofu klasifikācija pēc barības iegūšanas metodes

Pēc barības avota stāvokļa heterotrofus iedala biotrofos un saprotrofos.

Vielmaiņa- visu dzīvā organismā notiekošo ķīmisko reakciju kopums. Metabolisma nozīme ir organismam nepieciešamo vielu radīšanai un tā nodrošināšanai ar enerģiju.

Metabolisma sastāvdaļas

Plastmasas un enerģijas metabolisma procesi ir nesaraujami saistīti. Visiem sintētiskajiem (anaboliskajiem) procesiem nepieciešama enerģija, ko piegādā disimilācijas reakcijās. Pašas sadalīšanās reakcijas (katabolisms) notiek tikai ar asimilācijas procesā sintezēto fermentu līdzdalību.

ATP loma metabolismā

Organisko vielu sadalīšanās laikā izdalīto enerģiju šūna neizmanto uzreiz, bet gan uzkrājas augstas enerģijas savienojumu veidā, parasti adenozīna trifosfāta (ATP) formā. Pēc ķīmiskās būtības ATP ir mononukleotīds.

ATP (adenozīntrifosforskābe)- mononukleotīds, kas sastāv no adenīna, ribozes un trim fosforskābes atlikumiem, kas savstarpēji saistīti ar augstas enerģijas saitēm.

Šīs saites uzglabā enerģiju, kas tiek atbrīvota, kad tās tiek pārrautas:
ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + Q 1
ADP + H 2 O → AMP + H 3 PO 4 + Q 2
AMP + H 2 O → adenīns + riboze + H 3 PO 4 + Q 3,
kur ATP ir adenozīna trifosforskābe; ADP - adenozīna difosforskābe; AMP - adenozīna monofosforskābe; Q 1 = Q 2 = 30,6 kJ; Q 3 = 13,8 kJ.
ATP piegāde šūnā ir ierobežota un tiek papildināta fosforilēšanās procesā. Fosforilēšana- fosforskābes atlikuma pievienošana ADP (ADP + P → ATP). Tas notiek dažādos ātrumos elpošanas, fermentācijas un fotosintēzes laikā. ATP atjaunojas ārkārtīgi ātri (cilvēkiem vienas ATP molekulas dzīves ilgums ir mazāks par 1 minūti).
ATP molekulās uzkrāto enerģiju organisms izmanto anaboliskajās reakcijās (biosintēzes reakcijās). ATP molekula ir universāls enerģijas glabātājs un nesējs visām dzīvajām būtnēm.

Enerģijas apmaiņa

Dzīvībai nepieciešamo enerģiju lielākā daļa organismu iegūst organisko vielu oksidācijas procesu rezultātā, tas ir, katabolisko reakciju rezultātā. Vissvarīgākais savienojums, kas darbojas kā degviela, ir glikoze.
Saistībā ar brīvo skābekli organismus iedala trīs grupās.

Organismu klasifikācija attiecībā pret brīvo skābekli

Obligātajos aerobos un fakultatīvajos anaerobos skābekļa klātbūtnē katabolisms notiek trīs posmos: sagatavošanās, bezskābekļa un skābekļa. Tā rezultātā organiskās vielas sadalās neorganiskos savienojumos. Obligātajos anaerobos un fakultatīvajos anaerobos, kad trūkst skābekļa, katabolisms notiek pirmajos divos posmos: sagatavošanās un bezskābekļa. Tā rezultātā veidojas starpposma organiskie savienojumi, kas joprojām ir bagāti ar enerģiju.

Katabolisma stadijas

1. Pirmais posms ir sagatavošanās- sastāv no sarežģītu organisko savienojumu fermentatīvās sadalīšanas vienkāršākos. Olbaltumvielas sadalās aminoskābēs, tauki – glicerīnā un taukskābēs, polisaharīdi – monosaharīdos, nukleīnskābes – nukleotīdos. Daudzšūnu organismos tas notiek kuņģa-zarnu traktā, vienšūnu organismos - lizosomās hidrolītisko enzīmu ietekmē. Šajā procesā atbrīvotā enerģija tiek izkliedēta siltuma veidā. Iegūtie organiskie savienojumi vai nu tiek tālāk oksidēti, vai arī šūna tos izmanto, lai sintezētu savus organiskos savienojumus.
2. Otrais posms - nepilnīga oksidēšana (bez skābekļa)- sastāv no turpmākas organisko vielu sadalīšanas, ko veic šūnas citoplazmā bez skābekļa piedalīšanās. Galvenais enerģijas avots šūnā ir glikoze. Glikozes bezskābekļa, nepilnīgu oksidēšanu sauc par glikolīzi. Vienas glikozes molekulas glikolīzes rezultātā veidojas divas pirovīnskābes (PVA, piruvāta) CH 3 COCOOH, ATP un ūdens molekulas, kā arī ūdeņraža atomi, kurus saista NAD + nesējmolekula un uzglabājas formā. no NADH.
Kopējā glikolīzes formula ir šāda:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C3H4O3 + 2H2O + 2ATP + 2NAD N.
Tālāk ja vidē nav skābekļa Glikolīzes produkti (PVC un NADH) tiek pārstrādāti vai nu etilspirtā, alkoholiskā fermentācija(rauga un augu šūnās, ja trūkst skābekļa)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 SON + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
vai pienskābē - pienskābes fermentācija (dzīvnieku šūnās ar skābekļa trūkumu)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
Skābekļa klātbūtnē vidē glikolīzes produkti tiek tālāk sadalīti galaproduktos.
3. Trešais posms ir pilnīga oksidēšanās (elpošana)- sastāv no PVC oksidēšanas līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim, ko veic mitohondrijās ar obligātu skābekļa piedalīšanos.
Tas sastāv no trim posmiem:
A) acetilkoenzīma A veidošanās;
B) acetilkoenzīma A oksidēšana Krebsa ciklā;
B) oksidatīvā fosforilēšanās elektronu transporta ķēdē.

A. Pirmajā posmā PVC tiek pārnests no citoplazmas uz mitohondrijiem, kur tas mijiedarbojas ar matricas enzīmiem un veido 1) oglekļa dioksīdu, kas tiek izņemts no šūnas; 2) ūdeņraža atomi, kurus nesējmolekulas nogādā mitohondrija iekšējā membrānā; 3) acetilkoenzīms A (acetil-CoA).
B. Otrajā posmā acetilkoenzīms A tiek oksidēts Krebsa ciklā. Krebsa cikls (trikarbonskābes cikls, citronskābes cikls) ir secīgu reakciju ķēde, kuras laikā viena acetil-CoA molekula rada 1) divas oglekļa dioksīda molekulas, 2) ATP molekulu un 3) četrus ūdeņraža atomu pārus. molekulas - transportētāji - NAD un FAD. Tādējādi glikolīzes un Krebsa cikla rezultātā glikozes molekula tiek sadalīta CO 2, un šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek tērēta 4 ATP sintēzei un uzkrājas 10 NADH un 4 FADH 2.
B. Trešajā posmā ūdeņraža atomi ar NADH un FADH 2 tiek oksidēti ar molekulāro skābekli O 2, veidojot ūdeni. Viens NADH spēj veidot 3 ATP, un viens FADH spēj veidot 2–2 ATP. Tādējādi šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek uzkrāta vēl 34 ATP formā.
Šis process notiek šādi. Ūdeņraža atomi ir koncentrēti netālu no iekšējās mitohondriju membrānas ārpuses. Tie zaudē elektronus, kas caur elektronu transportēšanas ķēdes (ETC) nesējmolekulu (citohromu) ķēdi tiek pārnesti uz iekšējās membrānas iekšējo pusi, kur tie savienojas ar skābekļa molekulām:
O 2 + e - → O 2 - .
Fermentu aktivitātes rezultātā elektronu transportēšanas ķēdē iekšējā mitohondriju membrāna no iekšpuses tiek uzlādēta negatīvi (sakarā ar O 2 -), bet pozitīvi no ārpuses (sakarā ar H +), tādējādi veidojas potenciālu starpība. ir izveidots starp tā virsmām. Mitohondriju iekšējā membrānā ir iebūvētas fermenta ATP sintetāzes molekulas, kurām ir jonu kanāls. Kad potenciāla atšķirība pāri membrānai sasniedz kritisko līmeni, pozitīvi lādētas H + daļiņas ar elektriskā lauka spēku sāk izspiest caur ATPāzes kanālu un, nonākot membrānas iekšējā virsmā, mijiedarbojas ar skābekli, veidojot ūdeni:
1/2O2 - +2H+ → H2O.
Ūdeņraža jonu H + enerģija, kas tiek transportēta caur iekšējās mitohondriju membrānas jonu kanālu, tiek izmantota, lai ADP fosforilētu ATP:
ADP + P → ATP.
Šo ATP veidošanos mitohondrijās ar skābekļa piedalīšanos sauc par oksidatīvo fosforilāciju.
Kopējais glikozes sadalīšanās vienādojums šūnu elpošanas laikā ir:
C6H12O6+6O2+38H3PO4+38ADP → 6CO2+44H2O+38ATP.
Tādējādi glikolīzes laikā veidojas 2 ATP molekulas, šūnu elpošanas laikā - vēl 36 ATP molekulas, kopā ar pilnīgu glikozes oksidāciju - 38 ATP molekulas.

Plastmasas apmaiņa

Plastiskā vielmaiņa jeb asimilācija ir reakciju kopums, kas nodrošina sarežģītu organisko savienojumu sintēzi no vienkāršākiem (fotosintēze, ķīmiskā sintēze, olbaltumvielu biosintēze u.c.).
Heterotrofie organismi paši veido organiskās vielas no bioloģiskās pārtikas sastāvdaļām. Heterotrofā asimilācija būtībā ir samazināta līdz molekulu pārkārtošanai:
organiskās pārtikas vielas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti) → vienkāršas organiskās molekulas (aminoskābes, taukskābes, monosaharīdi) → ķermeņa makromolekulas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti).
Autotrofiskie organismi spēj pilnīgi neatkarīgi sintezēt organiskās vielas no neorganiskām molekulām, ko patērē no ārējās vides. Fotosintēzes un ķīmiskās sintēzes procesā veidojas vienkārši organiski savienojumi, no kuriem pēc tam tiek sintezētas makromolekulas:
neorganiskās vielas (CO 2, H 2 O) → vienkāršas organiskas molekulas (aminoskābes, taukskābes, monosaharīdi) → organisma makromolekulas (olbaltumvielas, tauki, ogļhidrāti).

Fotosintēze

Fotosintēze- organisko savienojumu sintēze no neorganiskiem, izmantojot gaismas enerģiju.

Kopējais fotosintēzes vienādojums ir:

Fotosintēze notiek ar līdzdalību fotosintētiskie pigmenti, kam ir unikāla īpašība pārvērst saules gaismas enerģiju ķīmiskās saites enerģijā ATP formā. Fotosintētiskie pigmenti ir olbaltumvielām līdzīgas vielas. Vissvarīgākais pigments ir hlorofils. Eikariotos fotosintētiskie pigmenti ir iestrādāti plastidu iekšējā membrānā, prokariotos tie ir iestrādāti citoplazmas membrānas invaginācijās.
Hloroplasta struktūra ir ļoti līdzīga mitohondriju struktūrai. Grana tilakoīdu iekšējā membrāna satur fotosintēzes pigmentus, kā arī elektronu transportēšanas ķēdes proteīnus un ATP sintetāzes enzīmu molekulas.
Fotosintēzes process sastāv no divām fāzēm: gaišā un tumšā.
1. Fotosintēzes gaismas fāze rodas tikai gaismā grana tilakoīdu membrānā.
Tas ietver gaismas kvantu absorbciju ar hlorofilu, ATP molekulas veidošanos un ūdens fotolīzi.
Gaismas kvanta (hv) ietekmē hlorofils zaudē elektronus, nonākot ierosinātā stāvoklī:

Šos elektronus nesēji pārnes uz tilakoīda membrānas ārējo virsmu, tas ir, vērsti pret matricu, kur tie uzkrājas.
Tajā pašā laikā tilakoīdu iekšpusē notiek ūdens fotolīze, tas ir, tā sadalās gaismas ietekmē:

Iegūtos elektronus nesēji pārnes uz hlorofila molekulām un reducē. Hlorofila molekulas atgriežas stabilā stāvoklī.
Ūdeņraža protoni, kas veidojas ūdens fotolīzes laikā, uzkrājas tilakoīda iekšpusē, veidojot H + rezervuāru. Rezultātā tilakoīda membrānas iekšējā virsma tiek uzlādēta pozitīvi (sakarā ar H +), un ārējā virsma ir negatīvi uzlādēta (sakarā ar e -). Tā kā abās membrānas pusēs uzkrājas pretēji lādētas daļiņas, potenciālā atšķirība palielinās. Kad potenciāla starpība sasniedz kritisko vērtību, elektriskā lauka spēks sāk virzīt protonus caur ATP sintetāzes kanālu. Šajā gadījumā atbrīvotā enerģija tiek izmantota ADP molekulu fosforilēšanai:
ADP + P → ATP.

ATP veidošanos fotosintēzes laikā gaismas enerģijas ietekmē sauc fotofosforilēšana.
Ūdeņraža joni, nonākuši uz tilakoīda membrānas ārējās virsmas, satiekas ar elektroniem un veido atomu ūdeņradi, kas saistās ar ūdeņraža nesējmolekulu NADP (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfāts):
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Tādējādi fotosintēzes gaismas fāzē notiek trīs procesi: skābekļa veidošanās ūdens sadalīšanās rezultātā, ATP sintēze un ūdeņraža atomu veidošanās NADPH 2 formā. Skābeklis izkliedējas atmosfērā, un ATP un NADPH 2 piedalās tumšās fāzes procesos.
2. Fotosintēzes tumšā fāze sastopams hloroplastu matricā gan gaismā, gan tumsā un attēlo virkni secīgu CO 2 transformāciju, kas nāk no gaisa Kalvina ciklā. Tumšās fāzes reakcijas tiek veiktas, izmantojot ATP enerģiju. Kalvina ciklā CO 2 savienojas ar ūdeņradi no NADPH 2, veidojot glikozi.
Fotosintēzes procesā papildus monosaharīdiem (glikozei u.c.) tiek sintezēti arī citu organisko savienojumu monomēri - aminoskābes, glicerīns un taukskābes. Tādējādi, pateicoties fotosintēzei, augi nodrošina sevi un visas dzīvās būtnes uz Zemes ar nepieciešamajām organiskajām vielām un skābekli.

Eikariotu fotosintēzes un elpošanas salīdzinošās īpašības

Pierakstīties	Fotosintēze	Elpa
Reakcijas vienādojums	6CO 2 + 6H 2 O + gaismas enerģija → C 6 H 12 O 6 + 6O 2	C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + enerģija (ATP)
Sākuma materiāli	Oglekļa dioksīds, ūdens
Reakcijas produkti	Organiskās vielas, skābeklis	Oglekļa dioksīds, ūdens
Nozīme vielu ciklā	Organisko vielu sintēze no neorganiskām vielām	Organisko vielu sadalīšanās uz neorganiskām
Enerģijas pārvēršana	Gaismas enerģijas pārvēršana organisko vielu ķīmisko saišu enerģijā	Organisko vielu ķīmisko saišu enerģijas pārvēršana ATP augstas enerģijas saišu enerģijā
Galvenie posmi	Gaišā un tumšā fāze (ieskaitot Kalvina ciklu)	Nepilnīga oksidācija (glikolīze) un pilnīga oksidācija (ieskaitot Krebsa ciklu)
Procesa vieta	Hloroplasti	Hialoplazma (nepilnīga oksidācija) un mitohondriji (pilnīga oksidācija)

Ģenētiskā informācija visos organismos tiek glabāta noteiktas DNS nukleotīdu secības (vai RNS vīrusos RNS) veidā. Prokarioti satur ģenētisko informāciju vienas DNS molekulas veidā. Eikariotu šūnās ģenētiskais materiāls tiek izplatīts vairākās DNS molekulās, kas sakārtotas hromosomās.
DNS sastāv no kodējošiem un nekodējošiem reģioniem. Kodēšanas reģioni kodē RNS. DNS nekodējošie reģioni darbojas strukturāli funkcija, ļaujot ģenētiskā materiāla sadaļas iepakot noteiktā veidā, vai regulējošas funkcija, piedaloties gēnu iekļaušanā, kas vada proteīnu sintēzi.
DNS kodējošie reģioni ir gēni. Gene - DNS molekulas sadaļa, kas kodē vienas mRNS (un attiecīgi polipeptīda), rRNS vai tRNS sintēzi.
Tiek saukts hromosomas reģions, kurā atrodas gēns locus . Gēnu kopums šūnas kodolā ir genotips , haploīda hromosomu kopas gēnu kopums - genoms , ārpuskodolu DNS gēnu kopums (mitohondriji, plastidi, citoplazma) - plazmons .
Tiek saukta gēnos ierakstītās informācijas ieviešana proteīnu sintēzes ceļā izteiksme gēnu (izpausme). Ģenētiskā informācija tiek glabāta kā specifiska DNS nukleotīdu secība un tiek realizēta kā aminoskābju secība proteīnā. RNS darbojas kā starpnieki un informācijas nesēji. Tas ir, ģenētiskās informācijas ieviešana notiek šādi:
DNS → RNS → proteīns.
Šis process tiek veikts divos posmos:
1) transkripcija;
2) pārraide.

Transkripcija(no lat. transkripcija- pārrakstīšana) - RNS sintēze, izmantojot DNS kā veidni. Tā rezultātā veidojas mRNS, tRNS un rRNS. Transkripcijas process prasa daudz enerģijas ATP formā, un to veic ferments RNS polimerāze.

Tajā pašā laikā tiek pārrakstīta nevis visa DNS molekula, bet tikai atsevišķi tās segmenti. Šāds segments ( transkripcija) sākas veicinātājs- DNS sekcija, kur pievienojas RNS polimerāze un kur sākas un beidzas transkripcija terminators- DNS sadaļa, kas satur signālu par transkripcijas beigām. Transkripts ir gēns no molekulārās bioloģijas viedokļa.
Transkripcija, tāpat kā replikācija, balstās uz nukleotīdu slāpekļa bāzu spēju saistīties komplementāri. Transkripcijas laikā tiek salauzta DNS dubultā virkne, un RNS sintēze tiek veikta pa vienu DNS virkni.

Transkripcijas procesā DNS nukleotīdu secība tiek kopēta uz sintezētās mRNS molekulas, kas darbojas kā veidne proteīnu biosintēzes procesā.
Prokariotu gēni sastāv tikai no kodējošām nukleotīdu sekvencēm.

Eikariotu gēni sastāv no mainīgas kodēšanas ( eksoni) un nekodēt ( introni) zemes gabali.

Pēc transkripcijas splicēšanas laikā tiek noņemtas mRNS daļas, kas atbilst introniem, kas ir apstrādes neatņemama sastāvdaļa.

Apstrāde- nobriedušas mRNS veidošanās process no tās prekursora pre-mRNS. Tas ietver divus galvenos notikumus. 1. Īsu nukleotīdu secību pievienošana mRNS galiem, norādot translācijas sākumu un beigas. 2. Savienošana- DNS introniem atbilstošu neinformatīvu mRNS sekvenču noņemšana. Savienojuma rezultātā mRNS molekulmasa samazinās 10 reizes.
Raidījums(no lat. tulkojums- translācija) - polipeptīdu ķēdes sintēze, izmantojot mRNS kā veidni.

Tulkošanā ir iesaistīti visi trīs RNS veidi: mRNS ir informācijas matrica; tRNS piegādā aminoskābes un atpazīst kodonus; rRNS kopā ar olbaltumvielām veido ribosomas, kas satur mRNS, tRNS un proteīnu un veic polipeptīdu ķēdes sintēzi.

Apraides posmi

Skatuves	Raksturīgs
Iniciācija	Polipeptīdu ķēdes sintēzē iesaistītā kompleksa montāža. Mazā ribosomu apakšvienība saistās ar iniciatoru met-t RNS, un pēc tam ar m rn k, pēc tam veidojas vesela ribosoma, kas sastāv no mazām un lielām apakšdaļiņām.
Pagarinājums	Polipeptīdu ķēdes pagarinājums. Ribosoma pārvietojas pa RNS, ko pavada vairāki cikla atkārtojumi, kad augošajai polipeptīdu ķēdei tiek pievienota nākamā aminoskābe.
Izbeigšana	Polipeptīda molekulas sintēzes pabeigšana. Ribosoma sasniedz vienu no trim stopkodoniem m RNS, un tā kā t neeksistē RNS ar antikodoniem, kas ir komplementāri stopkodoniem, polipeptīdu ķēdes sintēze apstājas. Tas tiek atbrīvots un atdalīts no ribosomas. Ribosomu apakšdaļiņas disociējas, atdalās no mRNS un var piedalīties nākamās polipeptīdu ķēdes sintēzē.

Veidņu sintēzes reakcijas

• DNS pašdublēšanās (replikācija);
• mRNS, tRNS un rRNS veidošanās uz DNS molekulas (transkripcija);
• olbaltumvielu biosintēze mRNS (translācija).

Visām šīm reakcijām kopīgs ir tas, ka DNS molekula vienā gadījumā vai mRNS molekula citā darbojas kā matrica, uz kuras veidojas identiskas molekulas. Matricas sintēzes reakcijas ir pamats dzīvo organismu spējai vairoties pašiem.
Gēnu ekspresijas regulēšana. Daudzšūnu organisma ķermenis sastāv no dažādiem šūnu tipiem. Tie atšķiras pēc struktūras un funkcijas, tas ir, tie ir diferencēti. Atšķirības izpaužas apstāklī, ka papildus jebkurai ķermeņa šūnai nepieciešamajām olbaltumvielām katra tipa šūnas sintezē arī specializētus proteīnus: epidermā veidojas keratīns, eritrocītos veidojas hemoglobīns utt. izmaiņas izteikto gēnu komplektā, un to nepavada nekādas neatgriezeniskas izmaiņas pašu DNS sekvenču struktūrā.

Šūnu dalīšanās

Hromosomu komplekts

Hromosomu komplekts - hromosomu kopums, kas atrodas kodolā. Atkarībā no hromosomu kopas šūnas ir somatiskas un seksuālas.

Somatiskās un dzimumšūnas

Šūnu cikls

Šūnu cikls (šūnas dzīves cikls) - šūnas pastāvēšana no tās rašanās brīža mātes šūnas dalīšanās rezultātā līdz pašas dalīšanai vai nāvei. Šūnu cikla ilgums ir atkarīgs no šūnas veida, funkcionālā stāvokļa un vides apstākļiem. Šūnu cikls ietver mitotisko ciklu un atpūtas periodu.

IN atpūtas periods (G 0) šūna pilda tai piemītošās funkcijas un izvēlas savu turpmāko likteni – tā nomirst vai atgriežas mitotiskajā ciklā. Nepārtraukti reproducējošās šūnās šūnu cikls sakrīt ar mitotisko ciklu, un nav atpūtas perioda.
Mitotiskais cikls sastāv no četriem periodiem: presintētiskais (postmitotiskais) - G 1, sintētiskais - S, postsintētiskais (premitotiskais) - G 2, mitoze - M. Pirmie trīs periodi ir šūnas sagatavošana dalīšanai ( starpfāze), ceturtais periods ir pati dalīšanās (mitoze).

Starpfāze - šūnas sagatavošana dalīšanai.

Starpfāzu periodi

Eikariotu šūnu dalīšanās

Organismu vairošanās un individuālās attīstības pamats ir šūnu dalīšanās.
Eikariotu šūnām ir trīs dalīšanās veidi:

• amitoze (tieša dalīšanās),
• mitoze (netieša dalīšanās),
• mejoze (reducēšanas nodaļa).

Amitoze- reta šūnu dalīšanās metode, kas raksturīga novecojošām vai audzēja šūnām. Amitozes gadījumā kodols tiek sadalīts sašaurināšanās rezultātā un netiek nodrošināts vienmērīgs iedzimtības materiāla sadalījums. Pēc amitozes šūna nespēj iesaistīties mitotiskā dalīšanās procesā.

Mitoze- šūnu dalīšanās veids, kurā meitas šūnas saņem ģenētisko materiālu, kas ir identisks tam, kas atrodas mātes šūnā. Mitozes rezultātā viena diploīda šūna rada divas diploīdas šūnas, kas ir ģenētiski identiskas mātei.

Mitozes fāzes

Fāzes	Hromosomu un hromatīdu skaits	Procesi
Profāze	2n4c	Hromosomas veido spirāli, centrioli (dzīvnieku šūnās) novirzās uz šūnas poliem, sadalās kodola membrāna, izzūd nukleoli un sāk veidoties vārpstiņa.
Metafāze	2n4c	Hromosomas, kas sastāv no diviem hromatīdiem, ir pievienotas ar to palīdzību centromēri(primārie sašaurinājumi) uz vārpstas pavedieniem. Turklāt tie visi atrodas ekvatoriālajā plaknē. Šo struktūru sauc metafāzes plāksne.
Anafāze	2n2c	Centromēri sadalās, un vārpstas pavedieni izstiepj hromatīdus, kas atdalīti viens no otra uz pretējiem poliem. Tagad tiek saukti atdalītie hromatīdi meitas hromosomas.
Telofāze	2n2c	Meitas hromosomas sasniedz šūnu polus, tiek iznīcinātas despirāles, vārpstas pavedieni, ap hromosomām veidojas kodola membrāna un atjaunojas nukleoli. Divi izveidotie kodoli ir ģenētiski identiski. Tam seko citokinēze(citoplazmas dalīšanās), kā rezultātā veidojas divi meitas šūnas. Organelli starp tām ir sadalīti vairāk vai mazāk vienmērīgi.

Mitozes bioloģiskā nozīme:

• tiek sasniegta ģenētiskā stabilitāte;
• organismā palielinās šūnu skaits;
• ķermenis aug;
• Dažos organismos ir iespējamas reģenerācijas un aseksuālas vairošanās parādības.

Mejoze

Mejoze- šūnu dalīšanās veids, ko pavada hromosomu skaita samazināšanās. Mejozes rezultātā viena diploīda šūna rada četras haploīdas šūnas, kas ģenētiski atšķiras no mātes. Mejozes laikā notiek divu šūnu dalīšanās (pirmā un otrā meiotiskā dalīšanās), un hromosomu skaita dubultošanās notiek tikai pirms pirmās dalīšanās.

Mejozes fāzes

Fāzes	Hromosomu un hromatīdu skaits	Procesi
I fāze	2n4c	Notiek procesi, kas līdzīgi mitozes profāzes procesiem. Turklāt homologās hromosomas, kuras attēlo divas hromatīdas, tuvojas un “salīp kopā” viena ar otru. Šo procesu sauc konjugācija. Šajā gadījumā notiek homologu hromosomu sekciju apmaiņa - šķērsojot(hromosomu šķērsošana), tas ir, iedzimtas informācijas apmaiņa. Pēc konjugācijas homologās hromosomas tiek atdalītas viena no otras.
I metafāze	2n4c	Notiek procesi, kas līdzīgi mitozes metafāzes procesiem.
I anafāze	1n2c	Atšķirībā no mitozes anafāzes centromēri nedalās un uz šūnas poliem pārvietojas nevis viens hromatīds no katras hromosomas, bet gan viena hromosoma, kas sastāv no diviem hromatīdiem un ko satur kopīgs centromērs.
I telofāze	1n2c	Izveidojas divas šūnas ar haploīdu komplektu.
Starpfāze	1n2c	Īss. DNS replikācija (dubultošanās) nenotiek, un tāpēc diploiditāte netiek atjaunota.
II fāze	1n2c
II metafāze	1n2c	Līdzīgi procesiem mitozes laikā.
II anafāze	1n1c	Līdzīgi procesiem mitozes laikā.
II telofāze	1n1c	Līdzīgi procesiem mitozes laikā.

Mejozes bioloģiskā nozīme:

• seksuālās reprodukcijas pamats;
• kombinatīvās mainīguma pamats.

Prokariotu šūnu dalīšanās

Prokariotiem nav mitozes vai meiozes. Baktērijas vairojas aseksuāli - šūnu dalīšanās izmantojot sašaurinājumus vai starpsienas, retāk topošais. Pirms šiem procesiem notiek apļveida DNS molekulas dubultošanās.
Turklāt baktērijām raksturīgs seksuāls process - konjugācija. Konjugācijas laikā caur speciālu kanālu, kas veidojas starp divām šūnām, vienas šūnas DNS fragments tiek pārnests uz citu šūnu, tas ir, mainās abu šūnu DNS ietvertā iedzimtā informācija. Tā kā baktēriju skaits nepalielinās, pareizības labad tiek izmantots jēdziens “seksuālais process”, bet ne “seksuālā pavairošana”.

1. ATP sintēze
2. gaismas ietekme uz hlorofilu
3. ATP patēriņš glikozes sintēzes reakcijās no CO 2 un H 2 O
4. elektronu pārnešana ar plastohinoniem uz tilakoīdu ārējo virsmu
5. ūdens fotolīze
6. H+ protonu uzkrāšanās uz tilakoīdu iekšējās virsmas
7. protonu izslīdēšana caur ATP sintetāzes kanālu
8. Mn reducēšana ar fotolīzes enzīmiem līdz oksidācijas stāvoklim +7

Vīrusu vairošanās stadiju secība (hronoloģiskā secībā).

1. adsorbcijas posms
2. vīrusu daļiņu montāžas (pašorganizēšanās) posms
3. injekcijas stadija
4. vīrusu nukleīnskābju molekulu replikācija
5. līzes stadija
6. vīrusu specifisko proteīnu un enzīmu sintēze

Ķīmisko elementu secība pēc to koncentrācijas šūnā (dilstošā secībā).

1. zelts
2. ogleklis
3. kālijs
4. dzelzs
5. Sudrabs

Ķīmisko elementu secība atbilstoši to koncentrācijai šūnā (augšupejoša).

1. ogleklis
2. magnijs

Secība, kas atspoguļo šūnas citolemmas struktūru no ārējā līdz iekšējam slānim (hronoloģiskā secībā).

1. lipīdu hidrofobā zona
2. olbaltumvielu molekulas
3. glikokaliksa polisaharīdi
4. lipīdu molekulu hidrofilā zona

Secība, kas atspoguļo mitohondriju struktūru no ārējā slāņa līdz iekšējam (hronoloģiskā secībā).

1. matrica
2. ārējā membrāna
3. sēņu ķermeņi
4. starpmembrānu telpa
5. iekšējā membrāna
6. iekšējās membrānas kroka

Procesu secība pinocitozes laikā (hronoloģiskā secībā).

1. pinocitotisko pūslīšu atdalīšanās no citolemmas
2. ārējo molekulu iekļūšana glikokaliksa receptoros
3. no ārpuses piesaistīto molekulu transportēšana uz citoplazmas zonām
4. citolemmas invaginācija ar pievienotām molekulām
5. tuvinot invaginācijas malas un aizverot tās

Saikņu secība enerģijas plūsmas ķēdē heterotrofā šūnā (augšupejoša).

1. saules enerģija
2. dažādas darba formas
3. heterotrofi
4. autotrofi
5. organisko vielu

12. Fotosintēzes gaismas fāzes reakciju secība (hronoloģiskā secībā).

1. elektrona abstrakcija no hlorofila molekulas un tā pārvietošana ar nesējmolekulu uz hloroplastu ārējo membrānu

2. hloroplastu apgaismojums ar saules gaismu

3. hlorofila molekulas ierosināšana fotona iedarbībā

4. potenciālu starpības rašanās starp abām hloroplastu membrānas virsmām elektronu un protonu koncentrācijas dēļ uz tām.

5. ūdens molekulu sadalīšanās skābeklī un pozitīvi lādētā protonā

13. Enerģijas vielmaiņas posmu secība.

1. pirovīnskābes oksidēšana par oglekļa dioksīdu un ūdeni
2. 36 ATP molekulu sintēze
3. organisko vielu iekļūšana šūnā
4. glikozes sadalīšana pirovīnskābei
5. biopolimēru sadalīšana monomēros
6. divu ATP molekulu sintēze

14. Olbaltumvielu sintēzes procesā notiekošo parādību un procesu secība (hronoloģiskā secībā).

1. divu tRNS molekulu ar aminoskābēm savienošana ar mRNS
2. aminoskābes pievienošana tRNS
3. mRNS sintēze uz DNS veidnes
4. mRNS kustība no kodola uz ribosomu
5. mRNS piesaistīto aminoskābju mijiedarbība, peptīdu saites veidošanās
6. ribosomu saistīšana uz mRNS
7. aminoskābju piegāde ribosomām

15. DNS replikācijas secība (hronoloģiskā secībā).

1. destabilizējošo proteīnu saistīšanās ar DNS virknēm
2. RNS praimera noņemšana
3. ūdeņraža saišu iznīcināšana starp slāpekļa bāzēm
4. lineāro DNS molekulu 3' galu pabeigšana
5. RNS praimeru veidošanās
6. meitas DNS pavedienu veidošanās

Šūnu dzīves cikla posmu secība (hronoloģiskā secībā).

1. sintētiskais periods (S)
2. mitoze
3. presintētiskais periods (G 1)
4. premitotiskais periods (G 2)

17. Gatavojoties mitozei un tās laikā notiekošo parādību un procesu secība (hronoloģiskā secībā).

1. hromosomu despiralizācija
2. hromosomu piesaiste vārpstas pavedieniem
3. šūnu DNS dubultošanās
4. meitas šūnu starpfāzu kodolu veidošanās
5. hromosomu spiralizācija
6. meitas hromatīdu novirzīšanās uz šūnu poliem

Procesu secība mitozes metafāzē (hronoloģiskā secībā).

1. hromosomu kustības pabeigšana uz vārpstu
2. māsu hromatīdu atdalīšanas viena no otras procesa pabeigšana
3. hromosomu izlīdzināšana vārpstas ekvatoriālajā plaknē
4. centriolu kinetohoru piesaiste mitotiskā aparāta pavedieniem
5. hromosomu metafāzes plāksnes veidošanās (tā sauktā mātes zvaigzne)

1) visu dzīvo būtņu nodrošināšana ar organiskām vielām

2) biopolimēru sadalīšana monomēros

3) organisko vielu oksidēšanās līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim

4) saules enerģijas pārveidošana

5) atmosfēras bagātināšana ar elpošanai nepieciešamo skābekli

6) augsnes bagātināšana ar slāpekļa sāļiem

1) saules enerģijas pārvēršana ATP enerģijā

2) hlorofila ierosināto elektronu veidošanās

3) oglekļa dioksīda fiksācija

4) cietes veidošanās

5) ATP enerģijas pārvēršana glikozes enerģijā

Ūdeņraža avots oglekļa dioksīda samazināšanai fotosintēzes laikā ir

1) sālsskābe 2) ogļskābe 3) ūdens 4) ogļhidrātu glikoze

Ķīmosintēzes procesā atšķirībā no fotosintēzes

1) no neorganiskajām veidojas organiskās vielas

2) tiek izmantota neorganisko vielu oksidēšanās enerģija

3) organiskās vielas sadalās neorganiskās

4) oglekļa dioksīds ir oglekļa avots

Izveidojiet fotosintēzes laikā notiekošo procesu secību.

1) hlorofila elektronu ierosināšana 2) ATP sintēze

3) CO2 fiksācija 4) gaismas kvantu absorbcija ar hlorofila molekulām

Fotosintēzes gaismas fāze izmanto saules gaismas enerģiju, lai sintezētu molekulas.

1) lipīdi 2) olbaltumvielas 3) nukleīnskābes 4) ATP

Ja tiek pakļauta saules gaismas enerģijai, elektrons paceļas uz augstāku enerģijas līmeni molekulā

1) olbaltumvielas 2) glikoze 3) hlorofils 4) oglekļa dioksīds

Fotosintēzes procesā notiek

1) ogļhidrātu sintēze un skābekļa izdalīšanās 2) ūdens iztvaikošana un skābekļa absorbcija

3) gāzu apmaiņa un lipīdu sintēze 4) oglekļa dioksīda izdalīšanās un olbaltumvielu sintēze

Sarkanās aļģes (purpuraļģes) dzīvo lielā dziļumā. Neskatoties uz to, viņu šūnās notiek fotosintēze. Paskaidrojiet, kā notiek fotosintēze, ja ūdens stabs absorbē starus no sarkanoranžās spektra daļas.

Fotosintēzes tumšajā fāzē, atšķirībā no gaismas fāzes,

1) ūdens fotolīze 2) oglekļa dioksīda reducēšana līdz glikozei

3) ATP molekulu sintēze, izmantojot saules gaismas enerģiju 4) ūdeņraža kombinācija ar NADP+ transportētāju

5) ATP molekulu enerģijas izmantošana ogļhidrātu sintēzei 6) cietes molekulu veidošana no glikozes

Hlorofila molekulā elektrons enerģijas ietekmē pāriet uz augstāku enerģijas līmeni

1) gaismas kvanti 2) AMP molekulas 3) ūdens fotolīze 4) ATP molekulas

Fotosintēzes procesā iesaistītie enzīmi ir iestrādāti membrānās

1) mitohondriji 2) endoplazmatiskais tīkls 3) lizosomas 4) hloroplastu granulas

Atomu ūdeņradis izdalās fotosintēzes laikā molekulu šķelšanās dēļ

1) ūdens 2) glikoze 3) tauki 4) olbaltumvielas

Izveidojiet atbilstību starp procesa iezīmi un tā veidu.

PROCESA FUNKCIJA PROCESA VEIDS

A) notiek hloroplastos 1) fotosintēze

B) sastāv no gaišās un tumšās fāzes 2) glikolīzes

C) veidojas pirovīnskābe

D) notiek citoplazmā

D) gala produkts ir glikoze

E) glikozes sadalīšanās

Fotosintēzes process intensīvi notiek augu lapās. Vai tas notiek nogatavojušos un negatavos augļos? Paskaidrojiet savu atbildi.

Augu šūnās, atšķirībā no dzīvnieku šūnām, ir

1) ķīmiskā sintēze 2) fagocitoze 3) fotosintēze 4) pinocitoze

Metabolisma īpatnības augos salīdzinājumā ar dzīvniekiem ir tādas, kas notiek to šūnās

1) ķīmiskā sintēze 2) enerģijas metabolisms 3) fotosintēze 4) olbaltumvielu biosintēze

Fotosintēze var notikt augu šūnās, kas satur

1) šūnu sienas 2) hromosomas 3) hloroplasti 4) citoplazma

Ūdens fotolīze tiek uzsākta fotosintēzes laikā ar enerģiju

1) saules 2) ATP 3) termiskā 4) mehāniskā

Izsekojiet ūdeņraža ceļu fotosintēzes gaišajā un tumšajā stadijā no tā veidošanās brīža līdz glikozes sintēzei.

Molekulas elektronu enerģija tiek izmantota ATP molekulu veidošanai fotosintēzes laikā.

1) NADP+ 2) glikoze 3) hlorofils 4) ūdens

Fotosintēze, atšķirībā no olbaltumvielu biosintēzes, notiek šūnās

1) jebkurš organisms, 2) kas satur hloroplastus

Izveidojiet pareizu fotosintēzes procesu secību.

1) hlorofila stimulēšana 2) glikozes sintēze

3) elektronu savienošana ar NADP + un H + 4) oglekļa dioksīda fiksācija

5) ūdens fotolīze

Kāds process nenotiek fotosintēzes gaismas fāzē?

1) ATP sintēze 2) NADPH 2 sintēze 3) ūdens fotolīze 4) glikozes sintēze

Izveidojiet atbilstību starp tā auga īpašību un dzīves procesu, uz kuru tas tiek attiecināts.

RAKSTUROJUMS DZĪVES PROCESS

A) tiek sintezēta glikoze 1) fotosintēze

B) organiskās vielas oksidējas 2) elpošana

B) izdalās skābeklis

D) veidojas oglekļa dioksīds

D) rodas mitohondrijās

E) kopā ar enerģijas absorbciju

Skābekļa molekulas fotosintēzes laikā veidojas molekulu sadalīšanās dēļ

1) glikoze 2) ūdens 3) ATP 4) oglekļa dioksīds

Kā saules gaismas enerģija fotosintēzes gaišajā un tumšajā fāzē tiek pārvērsta glikozes ķīmisko saišu enerģijā? Paskaidrojiet savu atbildi.

Kādas vielas sintēzē ūdeņraža atomi piedalās fotosintēzes tumšajā fāzē?

1) ATP 2) NADP 2H 3) glikoze 4) ūdens

Fotosintēzes procesā augi

1) nodrošināt sevi ar organiskām vielām

2) oksidēt sarežģītās organiskās vielas par vienkāršām

3) absorbē skābekli un izdala oglekļa dioksīdu

4) patērē organisko vielu enerģiju

Elektronu pāreja uz augstāku enerģijas līmeni notiek molekulu fotosintēzes gaismas fāzē

1) hlorofils 2) ūdens 3) oglekļa dioksīds 4) glikoze

- organisko vielu sintēze no oglekļa dioksīda un ūdens ar obligātu gaismas enerģijas izmantošanu:

6CO 2 + 6H 2 O + Q gaisma → C 6 H 12 O 6 + 6O 2.

Augstākajos augos fotosintēzes orgāns ir lapa, un fotosintēzes organoīdi ir hloroplasti (hloroplastu struktūra - lekcija Nr. 7). Hloroplastu tilakoīdu membrānas satur fotosintēzes pigmentus: hlorofilus un karotinoīdus. Ir vairāki dažādi hlorofila veidi ( a, b, c, d), galvenais ir hlorofils a. Hlorofila molekulā var atšķirt porfirīna “galvu” ar magnija atomu centrā un fitola “asti”. Porfirīna “galva” ir plakana struktūra, hidrofila un tāpēc atrodas uz membrānas virsmas, kas ir vērsta pret stromas ūdens vidi. Fitola “aste” ir hidrofoba, un tāpēc tā saglabā hlorofila molekulu membrānā.

Hlorofili absorbē sarkano un zili violeto gaismu, atstaro zaļo gaismu un tādējādi piešķir augiem raksturīgo zaļo krāsu. Hlorofila molekulas tilakoīdu membrānās ir sakārtotas fotosistēmas. Augiem un zilaļģēm ir fotosistēma-1 un fotosistēma-2, savukārt fotosintētiskajām baktērijām ir fotosistēma-1. Tikai fotosistēma-2 var sadalīt ūdeni, lai atbrīvotu skābekli un izņemtu elektronus no ūdens ūdeņraža.

Fotosintēze ir sarežģīts daudzpakāpju process; fotosintēzes reakcijas iedala divās grupās: reakcijas gaismas fāze un reakcijas tumšā fāze.

Gaismas fāze

Šī fāze notiek tikai gaismas klātbūtnē tilakoīdu membrānās, piedaloties hlorofilam, elektronu transporta proteīniem un fermentam ATP sintetāzei. Gaismas kvanta ietekmē hlorofila elektroni tiek satraukti, atstāj molekulu un nonāk tilakoīda membrānas ārējā pusē, kas galu galā kļūst negatīvi uzlādēta. Oksidētās hlorofila molekulas tiek reducētas, ņemot elektronus no ūdens, kas atrodas intratilakoīdā telpā. Tas noved pie ūdens sadalīšanās vai fotolīzes:

H 2 O + Q gaisma → H + + OH - .

Hidroksiljoni atdod savus elektronus, kļūstot par reaktīviem radikāļiem.OH:

OH - → .OH + e - .

OH radikāļi apvienojas, veidojot ūdeni un brīvo skābekli:

4NĒ. → 2H 2 O + O 2.

Šajā gadījumā skābeklis tiek izvadīts uz ārējo vidi, un protoni uzkrājas tilakoīda iekšpusē “protonu rezervuārā”. Tā rezultātā tilakoīda membrāna, no vienas puses, tiek uzlādēta pozitīvi, pateicoties H +, un, no otras puses, elektronu dēļ tā ir negatīvi. Kad potenciālu starpība starp tilakoīda membrānas ārējo un iekšējo pusi sasniedz 200 mV, protoni tiek izspiesti pa ATP sintetāzes kanāliem un ADP tiek fosforilēts līdz ATP; Atomu ūdeņradi izmanto, lai atjaunotu specifisko nesēju NADP + (nikotīnamīda adenīna dinukleotīda fosfātu) uz NADPH 2:

2H + + 2e - + NADP → NADPH 2.

Tādējādi gaišajā fāzē notiek ūdens fotolīze, ko pavada trīs svarīgi procesi: 1) ATP sintēze; 2) NADPH 2 veidošanās; 3) skābekļa veidošanās. Skābeklis izkliedējas atmosfērā, ATP un NADPH 2 tiek transportēti hloroplasta stromā un piedalās tumšās fāzes procesos.

1 - hloroplasta stroma; 2 - grana tilakoīds.

Tumšā fāze

Šī fāze notiek hloroplasta stromā. Tās reakcijām nav nepieciešama gaismas enerģija, tāpēc tās notiek ne tikai gaismā, bet arī tumsā. Tumšās fāzes reakcijas ir oglekļa dioksīda (no gaisa) secīgu transformāciju ķēde, kas izraisa glikozes un citu organisko vielu veidošanos.

Pirmā reakcija šajā ķēdē ir oglekļa dioksīda fiksācija; Oglekļa dioksīda akceptors ir piecu oglekļa cukurs. ribulozes bifosfāts(RiBF); enzīms katalizē reakciju Ribulozes bifosfāta karboksilāze(RiBP karboksilāze). Ribulozes bisfosfāta karboksilēšanas rezultātā veidojas nestabils sešu oglekļa savienojums, kas nekavējoties sadalās divās molekulās. fosfoglicerīnskābe(FGK). Pēc tam notiek reakciju cikls, kurā fosfoglicerīnskābe caur virkni starpproduktu tiek pārveidota par glikozi. Šajās reakcijās tiek izmantota gaismas fāzē izveidotā ATP un NADPH 2 enerģija; Šo reakciju ciklu sauc par “Kalvina ciklu”:

6CO 2 + 24H + + ATP → C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O.

Papildus glikozei fotosintēzes laikā veidojas arī citi sarežģītu organisko savienojumu monomēri - aminoskābes, glicerīns un taukskābes, nukleotīdi. Pašlaik ir divu veidu fotosintēze: C 3 - un C 4 fotosintēze.

C 3-fotosintēze

Šis ir fotosintēzes veids, kurā pirmais produkts ir trīs oglekļa (C3) savienojumi. C 3 fotosintēze tika atklāta pirms C 4 fotosintēzes (M. Calvin). Tā ir C3 fotosintēze, kas ir aprakstīta iepriekš sadaļā “Tumšā fāze”. C 3 fotosintēzes raksturīgās iezīmes: 1) oglekļa dioksīda akceptors ir RiBP, 2) RiBP karboksilēšanas reakciju katalizē RiBP karboksilāze, 3) RiBP karboksilēšanas rezultātā veidojas sešu oglekļa savienojums, kas sadalās divi PGA. FGK tiek atjaunots uz triozes fosfāti(TF). Daļu no TF izmanto RiBP reģenerācijai, bet daļu pārvērš glikozē.

1 - hloroplasts; 2 - peroksisoms; 3 - mitohondriji.

Tā ir no gaismas atkarīga skābekļa absorbcija un oglekļa dioksīda izdalīšanās. Pagājušā gadsimta sākumā tika konstatēts, ka skābeklis nomāc fotosintēzi. Kā izrādījās, RiBP karboksilāzes substrāts var būt ne tikai oglekļa dioksīds, bet arī skābeklis:

O 2 + RiBP → fosfoglikolāts (2C) + PGA (3C).

Fermentu sauc par RiBP oksigenāzi. Skābeklis ir konkurētspējīgs oglekļa dioksīda fiksācijas inhibitors. Fosfātu grupa tiek atdalīta, un fosfoglikolāts kļūst par glikolātu, kas augam ir jāizmanto. Tas nonāk peroksisomās, kur tiek oksidēts līdz glicīnam. Glicīns nonāk mitohondrijās, kur tas tiek oksidēts par serīnu, zaudējot jau fiksēto oglekli CO 2 veidā. Rezultātā divas glikolāta molekulas (2C + 2C) tiek pārveidotas par vienu PGA (3C) un CO 2. Fotoelpošana izraisa C3 augu ražas samazināšanos par 30-40% ( Ar 3 augiem- augi, kam raksturīga C 3 fotosintēze).

C 4 fotosintēze ir fotosintēze, kurā pirmais produkts ir četru oglekļa (C 4) savienojumi. 1965. gadā tika konstatēts, ka atsevišķos augos (cukurniedrēs, kukurūzā, sorgo, prosā) pirmie fotosintēzes produkti ir četroglekļa skābes. Šos augus sauca Ar 4 augiem. 1966. gadā Austrālijas zinātnieki Hečs un Sleks pierādīja, ka C4 augiem praktiski nav fotoelpošanas un tie daudz efektīvāk absorbē oglekļa dioksīdu. Sāka saukt oglekļa transformācijas ceļu C 4 augos autors Hatch-Slack.

C 4 augiem raksturīga īpaša lapas anatomiska struktūra. Visus asinsvadu saišķus ieskauj dubults šūnu slānis: ārējais slānis ir mezofila šūnas, iekšējais slānis ir apvalka šūnas. Oglekļa dioksīds tiek fiksēts mezofila šūnu citoplazmā, akceptors ir fosfoenolpiruvāts(PEP, 3C), PEP karboksilēšanas rezultātā veidojas oksaloacetāts (4C). Process tiek katalizēts PEP karboksilāze. Atšķirībā no RiBP karboksilāzes, PEP karboksilāzei ir lielāka afinitāte pret CO 2 un, pats galvenais, tā nesadarbojas ar O 2 . Mezofila hloroplastos ir daudz graudu, kur aktīvi notiek gaismas fāzes reakcijas. Tumšās fāzes reakcijas notiek apvalka šūnu hloroplastos.

Oksaloacetāts (4C) tiek pārveidots par malātu, kas caur plazmodesmātu tiek transportēts apvalka šūnās. Šeit tas tiek dekarboksilēts un dehidrogenēts, veidojot piruvātu, CO 2 un NADPH 2 .

Piruvāts atgriežas mezofila šūnās un tiek reģenerēts, izmantojot PEP ATP enerģiju. CO 2 atkal tiek fiksēts ar RiBP karboksilāzi, veidojot PGA. PEP reģenerācijai nepieciešama ATP enerģija, tāpēc tai ir nepieciešams gandrīz divreiz vairāk enerģijas nekā C 3 fotosintēzei.

Fotosintēzes nozīme

Pateicoties fotosintēzei, katru gadu no atmosfēras tiek absorbēti miljardi tonnu oglekļa dioksīda un izdalās miljardiem tonnu skābekļa; fotosintēze ir galvenais organisko vielu veidošanās avots. Skābeklis veido ozona slāni, kas aizsargā dzīvos organismus no īsviļņu ultravioletā starojuma.

Fotosintēzes laikā zaļa lapa izmanto tikai aptuveni 1% no uz tās krītošās saules enerģijas, produktivitāte ir aptuveni 1 g organisko vielu uz 1 m2 virsmas stundā.

Ķīmijsintēze

Organisko savienojumu sintēzi no oglekļa dioksīda un ūdens, ko veic nevis gaismas enerģijas, bet gan neorganisko vielu oksidēšanās enerģijas dēļ, sauc. ķīmiskā sintēze. Ķīmisintētiskie organismi ietver dažus baktēriju veidus.

Nitrificējošās baktērijas amonjaks tiek oksidēts par slāpekļskābi un pēc tam par slāpekļskābi (NH 3 → HNO 2 → HNO 3).

Dzelzs baktērijas pārvērš melno dzelzi par dzelzi oksīdu (Fe 2+ → Fe 3+).

Sēra baktērijas oksidē sērūdeņradi par sēru vai sērskābi (H 2 S + ½O 2 → S + H 2 O, H 2 S + 2O 2 → H 2 SO 4).

Neorganisko vielu oksidācijas reakciju rezultātā izdalās enerģija, ko baktērijas uzglabā augstas enerģijas ATP saišu veidā. ATP izmanto organisko vielu sintēzei, kas norit līdzīgi fotosintēzes tumšās fāzes reakcijām.

Ķīmisintētiskās baktērijas veicina minerālvielu uzkrāšanos augsnē, uzlabo augsnes auglību, veicina notekūdeņu attīrīšanu u.c.

Iet uz lekcijas Nr.11“Vielmaiņas jēdziens. Olbaltumvielu biosintēze"

Iet uz lekcijas Nr.13"Eukariotu šūnu dalīšanas metodes: mitoze, mejoze, amitoze"