Fotosintezė ir kvėpavimas Flashcards
Krebso ciklas
Krebso ciklas – eukariotų ląstelių mitochondrijų matrikse, o prokariotų – citoplazmoje ratu vykstančios medžiagų apykaitos grandininės reakcijos. Vienas iš ląstelinio kvėpavimo etapų. Ciklo metu skaidoma acetil‑KoA, išsiskiria anglies dioksidas.
Krebso ciklo metu atskilę elektronai ir H+ prisijungia prie NAD+ ir FAD molekulių. Šios virsta NADH ir FADH2 ir perduoda elektronus į elektronų pernašos grandinę. Krebso ciklas vyksta du kartus. Po Krebso ciklo susidaro 2 ATP ir 4 CO2 molekulės.
Viduląstelinis kvėpavimas + aerobinis ir anaerobinis kvėpavimai
Medžiagų apykaitos reakcijos ląstelėse, kai skaidant angliavandenius (organines medžiagas) ar kitus apykaitos produktus susidaro ATP, vadinamos viduląsteliniu kvėpavimu. Energija iš ląstelės į ląstelę neperduodama, todėl kvėpavimas vyksta kiekvienoje ląstelėje. Ląstelinio kvėpavimo metu vyksta sudėtingos reakcijos. Kiekvieną reakciją katalizuoja skirtingi fermentai, jie suardo gliukozės (C6H12O6) atomus siejančius ryšius. Vykstant tokioms reakcijoms atpalaiduojama energija.
Ląstelinis kvėpavimas gali būti aerobinis ir anaerobinis. Aerobinio kvėpavimo metu naudojamas deguonis, o anaerobinis kvėpavimas vyksta be deguonies.
Kadangi tie patys augalai gali kvėpuoti ir vienu, ir kitu būdu, galima teigti, kad aerobinio ir anaerobinio kvėpavimo cheminė eiga yra panaši. Ir aerobinio ir anaerobinio kvėpavimo metu gliukozė iš pradžių yra skaidoma visiškai vienodai. Ši bendra organinių medžiagų skaidymo seka yra vadinama glikolize. Šių procesų keliai išsiskiria po to, kai gliukozė suskyla iki pirovynuogių rūgšties. Aerobinėmis sąlygomis pirovynuogių rūgštis toliau skaidoma iki CO2 ir H2O, o anaerobinėmis sąlygomis - virsta etanoliu, pieno, sviesto rūgštimis ir kitais junginiais.
Anaerobinis kvėpavimas
gamtoje augalai kai kada patenka į jiems neįprastas sąlygas - užliejami vandeniu, įšąla į ledą ir pan. Tuomet, trūkstant deguonies, aerobinis kvėpavimas nebegali vykti, bet augalai dar kurį laiką išlieka gyvi, nes gali kvėpuoti ir gauti energijos anaerobiniu būdu. Tai kvėpavimo būdas, kai deguonis nėra naudojama. Būdingas vienaląsčiams grybams – mielėms.
Anaerobinis kvėpavimas dažnai vadinamas rūgimu.
Tokio kvėpavimo metu vyksta tik glikolizė, energijos pagaminama mažai (tik dvi ATP), o piruvatas paverčiamas laktatu (pieno rūgštimi) arba alkoholiu (etanoliu) ir CO2.
Augalai anaerobiškai kvėpuoti gali neilgai. Etanolis jiems yra nuodingas, todėl, nesugebėdami jo greitai išskirti į aplinką, augalai apsinuodija ir žūva. Mikroorganizmai susidariusius produktus daug lengviau pašalina į aplinką, todėl jiems anaerobinis kvėpavimas nekenkia ir yra pagrindinis medžiagų skaidymo bei energijos gavimo būdas.
Aerobinis kvėpavimas
Kai kvėpavimui naudojamas aplinkoje esantis deguonis, toks kvėpavimas vadinamas aerobiniu. Vyksta mitochondrijose. Iš vienos gliukozės molekulės atpalaiduojama daug energijos
Aerobinio kvėpavimo metu vyksta šie etapai: glikolizė, pereinamoji reakcija, Krebso ciklas, elektronų pernašos grandinė. Aerobinio kvėpavimo metu gliukozė suskyla iki H2O ir CO2, atpalaiduojama daug energijos.
Aerobinio kvėpavimo lygtis užrašoma taip:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38 ATP.
Fotosintezė
Procesas, kuriam būtina saulės šviesos energija. Fotosintezės metu saulės šviesos energija paverčiama į cheminių ryšių energiją ir kaupiama susintetintų angliavandenių molekulėse. Vykstant fotosintezei, augalai, dumbliai (vadinami autotrofais) ir kai kurios bakterijos (pavyzdžiui, melsvabakterės), kerpės pasigamina maisto medžiagų sau, o kartu pagamina organinių medžiagų ir heterotrofiniams organizmams. Fotosintezės metu pagaminta gliukozė augalų ląstelėse gali būti kaupiama krakmolo pavidalu. Iš anglies dioksido CO2 ir vandens H2O sintetinasi angliavandeniai, o į atmosferą išsiskiria deguonis O2.
Fotosintezė skirstoma į dvi viena su kita susijusias reakcijas: pirminę, kuriai vykti būtina šviesa (šviesinė reakcija), ir antrinę, kuriai šviesa nebūtina (tamsinė reakcija).
Šviesinė fotosintezės fazė
Šviesos fazei vykti reikalinga šviesa. Šios reakcijos vyksta chloroplastų tilakoiduose, kur yra chlorofilo molekulių. Tokios reakcijos dar vadinamos šviesos sugėrimo reakcijomis. Regimąja šviesa (jos bangos ilgis yra nuo 380 iki 750 nm) apšvietus chloroplastus, juose sužadinamos chlorofilo molekulės elektronai. Atsiskyrę elektronai juda į elektronų pernašos sistemą, kurioje elektronams judant atsipalaiduoja tiek energijos, kad iš ADP ir fosforo rūgšties sintetinama ATP. Vyksta fotolizė, kurios metu H2O molekulė skaidoma į elektronus, vandenilio jonus ir O2. Energijos turinčius elektronus bei vandenilio jonus prisijungia NADP+ ir virsta redukuotu NADPH. Tilakoiduose susidarę NADPH ir ATP keliauja į chloroplasto stromą, kur yra panaudojami tamsos fazėje vykstančiose reakcijose, o O2 pašalinamas dujų pavidalu pro žioteles. Taigi nuo šviesos priklausančiose fotosintezės reakcijose susidaro NADPH, ATP ir O2. O2 yra pašalinamas į aplinką.
Tamsioji fotosintezės fazė
Tamsos fazės reakcijos gali vykti ir šviesoje, ir tamsoje. Šioje fazėje vyksta sintezės reakcijos. Jų metu tilakoiduose susidariusios ATP ir NADPH molekulės naudojamos anglies dioksidui redukuoti iki angliavandenių. Nuo šviesos nepriklausančios reakcijos vyksta chloroplastų stromoje. Šios reakcijos dar vadinamos Kalvino ciklu. Kalvino ciklo metu vykstančiose reakcijose dalyvauja daugybė fermentų, kurie katalizuoja reakcijas. CO2 įjungiamas į organinę molekulę ir redukuojamas iki angliavandenio CH2O. Šiai reakcijai reikia NADPH ir ATP, susidariusių šviesos fazės metu. Kalvino ciklo pabaigoje vyksta regeneravimo reakcijos, per kurias iš PGAL molekulių susidaro gliukozė. Kalvino ciklo metu susidariusi gliukozė gali būti naudojama kaip viduląstelinio kvėpavimo substratas, kai naktį nevyksta fotosintezė, taip pat gali būti paverčiama kitais angliavandeniais.
Glikolizė
Glikolizė yra 10 fermentinių reakcijų, kurių metu gliukozė skaidoma iki piruvo rūgšties, seka. Ji vyksta citozolyje, nenaudojant deguonies. Glikolizės fermentinės reakcijos vyksta ir deguoninėmis, ir bedeguonėmis sąlygomis.
Šio etapo metu viena gliukozės molekulė skaidoma į 2 piruvato (pirovynuogių rūgšties) molekules. Vykstant oksidacijos reakcijoms, susidaro 4 ATP molekulės (dvi ATP molekulės sunaudojamos reakcijų metu). Glikolizės pabaigoje susidaro 2 ATP molekulės.
Po glikolizės piruvatai skaidomi toliau mitochondrijose, naudojant deguonį.
Pereinamoji reakcija
viena iš ląstelinio kvėpavimo reakcijų, vykstanti mitochondrijų matrikse. Taip pavadinta dėl to, kad sujungia glikolizės ir Krebso ciklo reakcijas. Šios reakcijos metu piruvatas (C3H4O3) paverčiamas į du anglies atomus turinčią acetilo grupę, kuri prijungiama prie kofermento A (CoA). Susidaręs junginys vadinamas acetil-CoA. Be to, išsiskiria 2 CO2 molekulės.
Kad suskiltų visi iš vienos gliukozės molekulės susidarę produktai, reakcija turi vykti du kartus. Acetil-CoA toliau dalyvauja Krebso ciklo reakcijose, o NADH neša daug energijos turinčius elektronus į elektronų pernašos sistemą.
Pereinamoji reakcija gali būti aprašoma taip:
Piruvatas + CoA + NAD+ ⇒ Acetil-CoA + CO2 + NADH
Elektronų pernašos grandinė
Elektronų pernašos grandinė – vienas iš oksidacinio fosforilinimo etapų, kai energija, išsiskyrusi oksiduojantis redukuotiems nukleotidams (NADH ir FADH2), naudojama ATP sintezei. Šis procesas vyksta mitochondrijų kristose. Dėl kristų padidėja vidinės membranos paviršiaus plotas, todėl yra daug vietos elektronų nešikliams ir ATP molekulėms susidaryti. Šio etapo metu ląstelėse susintetinama daugiausia ATP molekulių.
Į elektronų pernašos grandinę patenka daug energijos turintys, o iš jos išeina mažai energijos turintys elektronai. NADH atidavus turimus elektronus nešikliui virsta NAD+
, o FADH2 – FAD. Taip elektronams keliaujant nuo vieno nešiklio prie kito, atsipalaiduoja energija. Dėl fermentų, esančių vidinėje mitochondrijų membranoje, energija išsiskiria ne iš karto, o laipsniškai ir yra naudojama ATP sintezei. Kai NADH atiduoda elektronus baltymui nešikliui, kol juos prisijungia O2, atsipalaiduoja tiek energijos, kad jos pakanka 3 ATP molekulėms susidaryti, o kai FADH2
atiduoda elektronus, susidaro 2 ATP molekulės.
Energija, susidariusi elektronų pernašos grandinės metu, naudojama H+
jonams pernešti iš mitochondrijų matrikso į tarpmembraninę ertmę. H+ jonams atsidūrus tarpmembraninėje ertmėje, susidaro didesnė H+ jonų koncentracija nei matrikse. H+ jonai difuzijos procesu nueina atgal į matriksą per ATPazės kanalus, o tuo metu susidariusi energija naudojama ATP molekulėms gaminti. Šią reakciją katalizuoja mitochondrijų kristose esantis fermentų kompleksas – ATP sintazė. Energijos netekę elektronai jungiasi su deguonimi. Deguonis reaguoja su H+ jonais ir susidaro H2O. Šio etapo pabaigoje susidaro 34 ATP molekulės ir H2O.
Fermentacija
Anaerobinis skaidymas, kurio metu, dalyvaujant mikroorganizmams (pavyzdžiui, mielėms, kai kurioms bakterijoms, pelėsiniams grybams), skaidant gliukozę išsiskiria energija ir susidaro laktatas arba alkoholis ir CO2.
jeigu kvėpavimo metu deguonies nenaudojama, vyksta rūgimas, todėl toks procesas vadinamas alkoholine fermentacija. Alkoholinis rūgimas vyksta mielių ląstelėse. Kvėpuojant anaerobinėmis sąlygomis iš piruvato molekulių susidaro etanolis ir CO2. Iš vienos gliukozės molekulės susidaro dvi ATP molekulės. Mielės dėl tokio kvėpavimo naudojamos vyno, alaus gamybai, duonos gamybos pramonėje. Tačiau, etanolis mielėms nuodingas, todėl fermentacijos metu, kai alkoholio susidaro per daug ir jis kaupiasi terpėje, mielių ląstelės žūsta.
Kai kuriose ląstelėse gliukozė anaerobinio kvėpavimo metu skaidoma iki pieno rūgšties. Šis procesas vadinamas pienarūgščiu rūgimu. Pieno rūgštis susidaro raumenų ląstelėms negaunant užtektinai deguonies fizinio krūvio metu. Tada raumenų ląstelės pradeda kvėpuoti anaerobiškai. Glikolizės metu susidaro piruvato molekulės, o iš piruvato – pieno rūgštis. Susidaro dvi ATP molekulės. Tokio rūgimo metu ląstelės labai greitai gali pasigaminti ATP, tačiau dėl susidariusios pieno rūgšties raumenys pavargsta, juos skauda. Laktatą kraujas nuneša į kepenis. Jose laktatas vėl paverčiamas piruvatu, o šis kvėpavimo metu suskaidomas. Pieno rūgščiai suskaidyti būtinas deguonis, todėl žmogus dažnai ir giliai kvėpuoja.
Rauginant agurkus ar kopūstus veikia bakterijos. Gaminant kefyrą, naudojamos bakterijų ir grybų kultūros.
Katabolizmas
SKAIDYMO REAKCIJOS. IŠ SUDĖTINGESNIŲ MEDŽIAGŲ Į PAPRASTESNES.
gyvose ląstelėse vykstančio metabolizmo proceso dalis, kurios metu į organizmą patekusios maistinės medžiagos (pvz., angliavandeniai, lipidai, baltymai ir t. t.) panaudojant deguonį yra suskaidomi į paprastesnes medžiagas (CO2, H2O, NH3) – metabolitus. PVZ.: ląstelinio kvėpavimo metu.
Šio proceso metu išsiskiria energija, kuri sukaupiama ATP ir redukuotų nukleotidų (NADH, FADH2) forma.
Anabolizmas
SINTEZĖ. IŠ PAPRASTŲ JUNGINIŲ Į SUDĖTINGESNIUS. SUNAUDOJAMA ATP.
Anabolizmas yra labai sudėtingas biologinis procesas, kurį sudaro daug reguliacinių grandinių. Jis sujungia biosintetinius procesus, kurių metu iš paprastų junginių sintetinamos organizmui reikalingos makromolekulės. Anaboliniams procesams panaudojama energija, susidaranti katabolizmo metu.
Metabolizmas
cheminių reakcijų, vykstančių kiekvienoje ląstelėje, visuma. Jis įgalina ląsteles augti, daugintis, reaguoti į aplinką, judėti. Šiuo požiūriu metabolizmas yra gyvybės pagrindas. Skirstomas į dvi grupes:
Anabolizmas – naudoja energiją kurti ląstelės blokus, pvz., baltymus ir nukleorūgštis. Katabolizmas – skaido organinius junginius ląsteliniame kvėpavime, kad būtų gauta energija.
