Az anyagok és az energia cseréje (anyagcsere) a test minden szintjén zajlik: a sejtekben, a szövetekben és a szervezetben. Folyamatosan változó létfeltételek mellett biztosítja a szervezet belső környezetének - a homeosztázisnak - állandóságát. A sejtben egyszerre két folyamat megy végbe - ez a plasztikus anyagcsere (anabolizmus vagy asszimiláció) és az energiaanyagcsere (fatabolizmus vagy disszimiláció).
A plasztikus anyagcsere bioszintézis reakciók összessége, vagy egyszerű molekulákból összetett molekulák létrehozása. A fehérjék folyamatosan szintetizálódnak a sejtben aminosavakból, zsírok glicerinből és zsírsavakból, szénhidrátok monoszacharidokból, nukleotidok nitrogéntartalmú bázisokból és cukrokból. Ezek a reakciók energiafelhasználással mennek végbe. A felhasznált energia az energiacsere során szabadul fel. Az energia-anyagcsere olyan reakciók összessége, amelyek összetett szerves vegyületek egyszerűbb molekulákká történő lebontására irányulnak. Az ilyenkor felszabaduló energia egy része energiadús ATP-molekulák (adenozin-trifoszforsav) szintézisére megy el. A szerves anyagok lebontása a citoplazmában és a mitokondriumokban oxigén részvételével történik. Az asszimiláció és a disszimiláció reakciói szorosan összefüggenek egymással és a külső környezettel. A szervezet a tápanyagokat a külső környezetből kapja. A hulladékanyagok a külső környezetbe kerülnek.
Az enzimek (enzimek) specifikus fehérjék, biológiai katalizátorok, amelyek felgyorsítják az anyagcsere-reakciókat a sejtben. Az élő szervezetben minden folyamat közvetlenül vagy közvetve enzimek részvételével megy végbe. Egy enzim csak egy reakciót katalizál, vagy csak egyfajta kötésre hat. Ez biztosítja a sejtben vagy szervezetben előforduló összes létfontosságú folyamat (légzés, emésztés, fotoszintézis stb.) finom szabályozását. Minden enzim molekulájában van egy hely, amely az enzim molekulái és egy adott anyag (szubsztrát) között érintkezik. Az enzim aktív központja egy funkcionális csoport (például OH-szerincsoport) vagy egy különálló aminosav.
Az enzimreakciók sebessége sok tényezőtől függ: hőmérséklet, nyomás, a közeg savassága, inhibitorok jelenléte stb.
Az energia-anyagcsere szakaszai:
- Előkészítő- A sejtek citoplazmájában fordul elő. Az enzimek hatására a poliszacharidok monoszacharidokká (glükóz, fruktóz stb.), a zsírok glicerinre és zsírsavakra, a fehérjék aminosavakra, a nukleinsavak nukleotidokra bomlanak. Ezáltal kis mennyiségű energia szabadul fel, ami hő formájában eloszlik.
- anoxikus(anaerob légzés vagy glikolízis) - a glükóz többlépcsős lebontása oxigén részvétele nélkül. Erjedésnek hívják. Az izmokban az anaerob légzés eredményeként egy glükózmolekula két lyrovicsav molekulára (C 3 H 4 O 3) bomlik le, amelyek aztán visszaállnak tejsavvá (C 3 H 6 O 3). A foszforsav és az ADP részt vesz a glükóz lebontásában.
Ennek a szakasznak a teljes egyenlete: C 6 H 12 O 6 + 2H 3 RO 4 + 2ADP -> 2C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O
Az élesztőgombákban a glükózmolekula oxigén részvétele nélkül etil-alkohollá és szén-dioxiddá alakul (alkoholos fermentáció). Más mikroorganizmusokban a glikolízis véget érhet aceton, ecetsav stb. képződésével. Egy glükózmolekula lebomlása során két ATP molekula keletkezik, amelyek kötéseiben az energia 40%-a raktározódik, a többi energia hő formájában eloszlik.
- Oxigén légzés- az aerob légzés vagy oxigén, hasadás szakasza, amely a mitokondriumok belső membránjának redőin megy végbe - cristae. Ebben a szakaszban az előző szakasz anyagai a végső bomlástermékekké - vízzé és szén-dioxiddá - bomlanak le. Két tejsavmolekula hasadása következtében 36 ATP molekula keletkezik. Az oxigénlebontás normál lefolyásának fő feltétele a mitokondriális membránok integritása. Az oxigénlégzés a fő szakasz a sejt oxigénellátásában. 20-szor hatékonyabb, mint az oxigénmentes szakasz.
Az oxigénhasadás teljes egyenlete: 2C 3 H 6 0 3 + 60 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP -> 6CO 2 + 38H 2 O + 36ATP
Az energiaszerzés módszere szerint minden szervezetet két csoportra osztanak - autotróf és heterotróf.
Az energia-anyagcsere a növények, gombák és állatok aerob sejtjeiben ugyanúgy megy végbe. Ez a kapcsolatukról tanúskodik. A szöveti sejtekben a mitokondriumok száma eltérő, ez a sejtek funkcionális aktivitásától függ. Például az izomsejtekben sok mitokondrium található.
A zsírok glicerinre és zsírsavakra történő lebontását enzimek - lipázok - végzik. A fehérjék először oligopeptidekre, majd aminosavakra bomlanak le.
Enzimek (a latin "fermentum" - fermentáció, kovász), enzimek, specifikus fehérjék, amelyek növelik a kémiai reakciók sebességét minden élő szervezet sejtjében. Kémiai természetüknél fogva - olyan fehérjék, amelyek optimális aktivitást mutatnak bizonyos pH-értéken, a szükséges koenzimek és kofaktorok jelenléte, valamint az inhibitorok hiánya. Az enzimeket a kémia katalizátoraihoz hasonlóan biokatalizátoroknak is nevezik. Az egyes enzimtípusok bizonyos anyagok (szubsztrátok) átalakulását katalizálják, néha csak egyetlen anyag egyetlen irányba. Ezért a sejtekben számos biokémiai reakciót számos különböző enzim hajt végre. 6 osztályba sorolhatók: oxidoreduktázok, transzferázok, hidrolázok, liázok, izomerázok és ligázok. Számos enzimet izoláltak élő sejtekből, és kristályos formában nyerték ki (első alkalommal 1926-ban).
Az enzimek szerepe a szervezetben
Az enzimek részt vesznek minden anyagcsere-folyamat megvalósításában, a genetikai információ megvalósításában. A tápanyagok emésztése és asszimilációja, fehérjék, nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok és egyéb vegyületek szintézise és lebontása minden szervezet sejtjében és szövetében - mindezek a folyamatok lehetetlenek enzimek részvétele nélkül. Az élő szervezet funkcióinak bármilyen megnyilvánulása - légzés, izomösszehúzódás, neuropszichés tevékenység, szaporodás stb. - enzimek működése által biztosított. Az egyes funkciókat ellátó sejtek egyedi jellemzőit nagymértékben meghatározza egy egyedi enzimkészlet, amelynek termelése genetikailag programozott. Egyetlen enzim hiánya vagy valamilyen hibája súlyos negatív következményekkel járhat a szervezetre nézve.
Az enzimek katalitikus tulajdonságai
Az összes ismert katalizátor közül az enzimek a legaktívabbak. A legtöbb reakció a sejtben milliószor és milliárdszor gyorsabban megy végbe, mintha enzimek hiányában menne végbe. Így a kataláz enzim egy molekulája egy másodperc alatt képes akár 10 ezer molekula sejtekre mérgező, különböző vegyületek oxidációja során keletkezett hidrogén-peroxidot vízzé és oxigénné alakítani. Az enzimek katalitikus tulajdonságai abból adódnak, hogy jelentősen csökkentik a reakcióba belépő vegyületek aktiválási energiáját, vagyis enzimek jelenlétében kevesebb energia szükséges a reakció "beindításához".
Az enzimek felfedezésének története
Az enzimek részvételével lezajló folyamatokat ősidők óta ismeri az ember, mert a kenyér, sajt, bor, ecet elkészítése enzimatikus folyamatokon alapul. De csak 1833-ban először izoláltak csírázó árpaszemekből olyan hatóanyagot, amely a keményítőt cukorrá alakítja, és diasztáznak nevezték el (ma ezt az enzimet amiláznak hívják). A 19. század végén bebizonyosodott, hogy az élesztősejtek dörzsölésével nyert lé olyan komplex enzimkeveréket tartalmaz, amely biztosítja az alkoholos erjedés folyamatát. Azóta megkezdődött az enzimek – szerkezetük és hatásmechanizmusuk – intenzív tanulmányozása. Mivel a biokatalízis szerepe feltárult a fermentáció vizsgálatában, ezzel a folyamattal kapcsolódott össze két, a 19. század óta kialakult folyamat. a nevek „enzim” (a görög „élesztőből” fordításban) és „enzim”. Igaz, az utolsó szinonimát csak az orosz nyelvű irodalomban használják, bár az enzimek és folyamatok tanulmányozásával foglalkozó tudományos irányt hagyományosan enzimológiának nevezik. A 20. század első felében megállapították, hogy az enzimek kémiai természetüknél fogva fehérjék, és a század második felében sok száz enzim esetében már meghatározták az aminosavak sorrendjét, kialakult a térszerkezet. 1969-ben végezték el először a ribonukleáz enzim kémiai szintézisét. Óriási előrelépés történt az enzimek hatásmechanizmusának megértésében.
Az enzimek elhelyezkedése a szervezetben
Egy sejtben az enzimek egy része a citoplazmában található, de többnyire bizonyos sejtszerkezetekhez kapcsolódnak, ahol hatásukat nyilvánítják ki. A sejtmagban például a replikációért - a DNS szintéziséért (DNS polimeráz), transzkripciójáért - az RNS (RNS polimeráz) képződéséért felelős enzimek vannak. A mitokondriumokban az energia felhalmozódásáért felelős enzimek találhatók, a lizoszómákban - a legtöbb hidrolitikus enzim, amely a nukleinsavak és fehérjék lebontásában vesz részt.
Az enzimek működésének feltételei
Az enzimeket érintő összes reakció főként semleges, enyhén lúgos vagy enyhén savas közegben megy végbe. Az egyes enzimek maximális aktivitása azonban szigorúan meghatározott pH-értékeknél jelenik meg. A legtöbb enzim működéséhez melegvérű állatokban a legkedvezőbb hőmérséklet 37-40oC. A növényekben 0 o C alatti hőmérsékleten az enzimek működése nem áll le teljesen, bár a növények élettevékenysége meredeken csökken. Az enzimatikus folyamatok 70 o C feletti hőmérsékleten általában nem mehettek végbe, mivel az enzimek, mint minden fehérje, termikus denaturációnak (szerkezeti pusztulásnak) vannak kitéve.
Az enzimek méretei és szerkezetük
Az enzimek molekulatömege, mint minden más fehérje, 10 ezer és 1 millió közötti tartományban van (de lehet több is). Egy vagy több polipeptidláncból állhatnak, és lehetnek komplex fehérjék. Ez utóbbi összetétele a fehérjekomponenssel (apoenzimmel) együtt alacsony molekulatömegű vegyületeket - koenzimeket (kofaktorokat, koenzimeket) tartalmaz, beleértve a fémionokat, nukleotidokat, vitaminokat és származékaikat. Egyes enzimek inaktív prekurzorok (proenzimek) formájában képződnek, és a molekula szerkezetének bizonyos változásai után válnak aktívvá, például miután egy kis fragmens lehasad belőle. Ide tartoznak a tripszin és kimotripszin emésztőenzimek, amelyeket a hasnyálmirigysejtek inaktív prekurzorok (tripszinogén és kimotripszinogén) formájában szintetizálnak, és a vékonybélben a hasnyálmirigy-nedv részeként aktivizálódnak. Sok enzim úgynevezett enzimkomplexeket képez. Az ilyen komplexek például sejtmembránokba vagy sejtszervecskékbe ágyazódnak, és részt vesznek az anyagok szállításában.
Az átalakuláson átmenő anyag (szubsztrát) az enzim egy bizonyos helyéhez, az aktív centrumhoz kötődik, amelyet aminosavak oldalláncai alkotnak, amelyek gyakran a polipeptidlánc egymástól jelentősen távol eső szakaszaiban helyezkednek el. Például a kimotripszin molekula aktív centrumát a polipeptid lánc 57. pozíciójában található hisztidin, a 195. pozícióban a szerin és a 102. pozícióban az aszparaginsav (a kimotripszin molekulában 245 aminosav van) alkotják. Így a polipeptid lánc komplex fektetése a fehérjemolekulában - az enzim lehetőséget ad arra, hogy több aminosav oldallánc szigorúan meghatározott helyen és egymástól bizonyos távolságra legyen. A koenzimek is az aktív centrum részét képezik (a fehérje rész és a nem fehérje komponens külön-külön nem rendelkezik enzimaktivitással, és csak együttvéve nyeri el az enzim tulajdonságait).
Az enzimeket érintő folyamatok menete
A legtöbb enzimre a hatás nagy specifitása (szelektivitása) jellemző, amikor az egyes reaktánsok (szubsztrátumok) reakciótermékekké alakítását egy speciális enzim végzi. Ebben az esetben az enzim hatása szigorúan egy szubsztrátra korlátozható. Például az ureáz enzim, amely részt vesz a karbamid ammóniává és szén-dioxiddá történő lebontásában, nem reagál a szerkezetében hasonló metil-karbamidra. Sok enzim több szerkezetileg rokon vegyületre vagy egyfajta kémiai kötésre hat (például a foszfatáz enzimre, amely elhasítja a foszfodiészter kötést). Az enzim egy enzim-szubsztrát komplex képződésén keresztül fejti ki hatását, amely azután lebomlik, és az enzimreakció termékei keletkeznek, és az enzim felszabadul. Az enzim-szubsztrát komplex képződése következtében a szubsztrát megváltoztatja konfigurációját; ebben az esetben az átalakuló enzim-kémiai kötés gyengül, és a reakció kisebb kezdeti energiaráfordítással, következésképpen sokkal nagyobb sebességgel megy végbe. Az enzimreakció sebességének mértéke az egységnyi idő alatt átalakult szubsztrát mennyisége vagy a képződött termék mennyisége. Számos enzimreakció, a szubsztrát és a reakciótermék közegbeli koncentrációjától függően, előre és fordított irányban is lezajlik (a szubsztrát feleslege a reakciót a termék képződése felé tolja el, míg az utóbbi túlzott felhalmozódását eredményezi. a szubsztrát szintézisében). Ez azt jelenti, hogy az enzimreakciók reverzibilisek lehetnek. Például a vér szénsav-anhidráza a szövetekből érkező szén-dioxidot szénsavvá (H2CO3) alakítja, míg a tüdőben éppen ellenkezőleg, a szénsav vízzé és szén-dioxiddá alakulását katalizálja, amely a kilégzés során távozik. Emlékeztetni kell azonban arra, hogy az enzimek, más katalizátorokhoz hasonlóan, nem tudják megváltoztatni a kémiai reakció termodinamikai egyensúlyát, csak jelentősen felgyorsítják ennek az egyensúlynak az elérését.
Az enzimnevek nómenklatúrája
Egy enzim ca elnevezésekor a szubsztrát nevét vesszük alapul, és hozzáadjuk az "aza" utótagot. Így különösen megjelentek a proteinázok - a fehérjéket (fehérjéket) lebontó enzimek, a lipázok (a lipidek vagy zsírok lebontása) stb. Néhány enzim különleges (triviális) nevet kapott, például emésztőenzimek - pepszin, kimotripszin és tripszin.
A szervezet sejtjeiben több ezer féle anyagcsere-reakció játszódik le, ebből következően annyi enzim. Az ilyen sokféleség rendszerbe foglalása érdekében nemzetközi megállapodást fogadtak el az enzimek osztályozásáról. Ennek a rendszernek megfelelően az összes enzimet, attól függően, hogy milyen reakciókat katalizálnak, hat fő osztályba sorolták, amelyek mindegyike számos alosztályt tartalmaz. Ezenkívül minden enzim kapott egy négyjegyű kódszámot (rejtjelet) és egy nevet, amely jelzi az enzim által katalizált reakciót. A különböző fajokhoz tartozó szervezetekben ugyanazt a reakciót katalizáló enzimek fehérjeszerkezetükben jelentősen eltérhetnek, de a nómenklatúrában közös nevük és egy kódszámuk van.
Az enzimek károsodott termelésével kapcsolatos betegségek
Bármely enzim aktivitásának hiánya vagy csökkenése (gyakran túlzott aktivitás) emberekben betegségek (enzimopátiák) kialakulásához vagy a szervezet halálához vezet. Tehát a gyermekek örökletes betegsége - galaktoszémia (szellemi retardációhoz vezet) - a galaktóz könnyen emészthető glükózzá történő átalakulásáért felelős enzim szintézisének megsértése következtében alakul ki. Egy másik örökletes betegség – a fenilketonuria – mentális zavarral kísért oka az, hogy a májsejtek elvesztik azon képességüket, hogy szintetizáljanak egy enzimet, amely katalizálja a fenilalanin aminosav tirozinná történő átalakulását. A vérben, a vizeletben, a gerincvelőben, az ondóban és más testnedvekben számos enzim aktivitásának meghatározását számos betegség diagnosztizálására használják. A vérszérum ilyen elemzésének segítségével korai stádiumban kimutatható a szívinfarktus, a vírusos hepatitis, a hasnyálmirigy-gyulladás, a nephritis és más betegségek.
Az enzimek emberi felhasználása
Mivel az enzimek megőrzik tulajdonságaikat a testen kívül, sikeresen használják őket különböző iparágakban. Például papaya proteolitikus enzim (papaya léből) - a sörfőzés során a hús puhítására; pepszin - "kész" gabonafélék előállításában és gyógyszerként; tripszin - bébiétel-termékek gyártása során; rennin (oltóoltó a borjú gyomrából) - a sajtkészítésben. A katalázt széles körben használják az élelmiszeriparban és a gumiiparban, a poliszacharidokat lebontó cellulázt és pektidázt pedig gyümölcslevek derítésére használják. Az enzimek szükségesek a fehérjék, nukleinsavak és poliszacharidok szerkezetének megállapításához, a géntechnológiához stb. Enzimek segítségével gyógyszereket, komplex kémiai vegyületeket állítanak elő.
Felfedezték a ribonukleinsavak (ribozimek) egyes formáinak azon képességét, hogy katalizálják az egyes reakciókat, azaz enzimként működjenek. Talán a szerves világ evolúciója során a ribozimek biokatalizátorként szolgáltak, mielőtt az enzimatikus funkciót átadták volna az e feladat ellátásához jobban alkalmazkodó fehérjéknek.
Emlékezik!
Mi az anyagcsere?
(a görög μεταβολή - „átalakulás, változás”), vagy anyagcsere - olyan kémiai reakciók összessége, amelyek egy élő szervezetben az élet fenntartása érdekében fordulnak elő. Ezek a folyamatok lehetővé teszik az organizmusok növekedését és szaporodását, szerkezetük fenntartását és a környezeti ingerekre való reagálást.
Milyen két, egymással összefüggő folyamatból áll?
Energiaanyagcsere és képlékeny anyagcsere
Hol található az emberi szervezetben a legtöbb élelmiszerrel érkezõ szerves anyag lebomlása?
Kezdetben az emésztőrendszerben, majd a sejtekben és azok organellumáiban (mitokondriumok, citoplazma).
Tekintse át a kérdéseket és a feladatokat
1. Mi a disszimiláció? Sorolja fel lépéseit.
A makromolekuláris vegyületek hasadási reakcióinak halmazát, amelyek energia felszabadulásával és tárolásával járnak, energiacserének vagy disszimilációnak nevezzük. Alapvetően az energiát egy univerzális energiaigényes vegyület - ATP - formájában tárolják.
1) Előkészítő
2) Oxigénmentes oxidáció
3) Oxigén oxidáció
2. Mi az ATP szerepe a sejtanyagcserében?
Az adenozin-trifoszforsav (ATP) egy nitrogéntartalmú bázisból (adenin), ribózcukorból és három foszforsavmaradékból álló nukleotid (53. ábra). Az ATP a sejt fő energiamolekulája, egyfajta energiaakkumulátor. Az élő szervezetekben zajló minden olyan folyamat, amely energiafelhasználást igényel, az ATP-molekula ADP-vé (adenozin-difoszforsavvá) való átalakulásával jár. Amikor a foszforsav maradékát leválasztják, nagy mennyiségű energia szabadul fel - 40 kJ / mol. Az ATP molekulában két ilyen nagy energiájú (úgynevezett makroerg) kötés található. Az ATP szerkezetének helyreállítása ADP-ből és foszforsavból a mitokondriumokban történik, és energiaabszorpció kíséri.
3. Milyen sejtstruktúrák végzik az ATP szintézist?
Mitokondriumok
4. Meséljen a sejt energiaanyagcseréjéről a glükóz lebontásával példaként!
1) A szénhidrátok lebontásának előkészítő szakasza az emésztőrendszerben egyszerű szénhidráttá - glükózzá megy át, miközben kevés energia szabadul fel, és hő formájában eloszlik a szervezetben.
2) A glükóz lebontásának oxigénmentes szakasza a glikolízis (anaerob oxidáció). A szakasz a citoplazmában zajlik, szabad oxigén hiányában. Glükóz C6H12O6 piroszőlősav (PVA) C3H4O3. A glükóz PVC-vé bomlik a 4ATP felszabadulásával. Ebben a lépésben 2ATP-t használnak a PVC tejsavvá történő további átalakítására. Ennek eredményeként a második szakaszban felszabadul a 2ATP.
3) Oxigénoxidáció – aerob oxidáció (vagy sejtlégzés). Az a szakasz, amelynek eredményeként a tejsav molekuláris oxigén hatására a végső bomlástermékekké - szén-dioxid és víz - hasad. A mitokondriumokban fordul elő az enzimek légzőláncán, amelyek a mitokondriumok cristaein helyezkednek el. Ennek a szakasznak az eredményeként 36 ATP szabadul fel. Így két szakaszban - 1 mol glükóz (1 molekula) teljes oxidációjával 38 ATP (2ATP + 36ATP) szabadul fel. Az ATP végső szintézise és ellátása a mitokondriumokban történik - ezeket az organellumokat a sejt energiaközpontjainak nevezik.
6. A „disszimiláció” és az „asszimiláció” szavak szinonimái a „katabolizmus” és az „anabolizmus”. Magyarázza el e kifejezések eredetét!
A katabolizmus (a görög Καταβολή szóból: „leesés, megsemmisülés”) vagy energia-anyagcsere, vagy disszimiláció egy anyagcsere-bomlás, egyszerűbb anyagokra bomlás (differenciálódás) vagy oxidáció folyamata, amely általában energia felszabadulásával megy végbe. hő és ATP formában. Az anabolizmus (a görög ἀναβολή szóból: „emelkedés”) a test új anyagok, sejtjei és szövetei létrehozásának összes folyamatának neve. Példák az anabolizmusra: fehérjék és hormonok szintézise a szervezetben, új sejtek létrehozása, zsírok felhalmozódása, új izomrostok keletkezése – ez mind az anabolizmus.
Gondol! Emlékezik!
Mivel a sejtekben az összes szerves vegyületet a fő metabolitok (PVC, acetil-CoA) kapcsolják egymáshoz, amelyeken keresztül egyes szerves anyagok feleslegben másokká alakulhatnak. Például a felesleges szénhidrátok zsírokká alakulnak.
Az energiacsere során felszabaduló energia a képlékeny csere folyamataiba kerül. A képlékeny anyagcsere anyagai pedig az energia-anyagcserében hasadnak fel.
3. Ön szerint miért ajánlott a kemény fizikai munka után, az izomfájdalmak gyors enyhítése érdekében meleg fürdőt venni?
Az izomfájdalom a tejsav felhalmozódását okozza a glikolízis során, koncentrációja a receptorokra hat, irritálja azokat, égő érzést okozva. Ennek a hatásnak a kiküszöböléséhez oxigénnel felvértezett vérre van szükség, amely oxigénnel bontja le a tejsavat a végső bomlástermékekké. Az egyik módja a meleg fürdő. Ugyanakkor a test felmelegszik, az erek kitágulnak, és az oxigénnel ellátott vér áramlik és táplálja az összes izmot, ezáltal a tejsav szén-dioxiddá és vízzé oxidálódik, az izomfájdalom enyhül.
A téma fő tartalma az anyagcsere fogalma, mint olyan kémiai reakciók összessége, amelyek biztosítják a létfontosságú tevékenység növekedését, a szaporodást és az állandó érintkezést, valamint a környezettel való cserét. Az élő sejt összes kémiai reakciója két típusra osztható: szintézisreakciók (bioszintézis), amelyek segítségével plasztikus csere történik, és felosztási reakciók - energiacsere.
Az energiacsere három szakaszból áll. Az első: ELŐKÉSZÍTŐ színpad. Ebben a szakaszban a fehérjék, nukleinsavak, zsírok, szénhidrátok nagy molekulái kisebbekre hasadnak: glükóz, glicerin, zsírsavak, nukleotidok. Ezáltal kis mennyiségű energia szabadul fel, ami hő formájában eloszlik.
A második szakasz anoxikus ill ANAEROB. Ezt a szakaszt a glükóz lebontásának példáján tekinthetjük. Vegye figyelembe, hogy ez nem használ oxigént, és csak két molekulát termel ATP. Figyelembe kell venni, hogy a formában ATP az energiának csak 40%-a raktározódik, a többi hőként disszipálódik.
A harmadik szakasz az oxigén ill AEROBIC. Ennek a szakasznak az a sajátossága, hogy a glikolízis reakcióiban oxigén vesz részt és 36 molekula képződik. ATP.
Ne feledje, hogy az eukarióta sejtekben nagy energiaigény esetén az energia-anyagcsere folyamata csak a második szakaszig mehet fel, vagyis csak az anaerob glikolízisig A plasztikus anyagcsere vizsgálatánál figyeljünk arra, hogy a sejt mely organellumjai vannak bizonyos szerves anyagok (szénhidrátok, zsírok, fehérjék, nukleinsavak) szintetizálása.
FOTOSZINTÉZIS az a folyamat, amelynek során fényenergia segítségével szerves anyagokat képeznek szervetlen anyagokból. A fotoszintézis kiindulási anyaga a szén-dioxid és a víz, amelyek sokkal kevesebb energiát tartalmaznak, mint a glükóz. Ezért a fotoszintézis folyamatában a napenergia kémiai energiává alakul. (Az energia egyik formáról a másikra változik.) Felhívjuk figyelmét, hogy a fotoszintézis folyamatának több kulcsfontosságú pontja van. A klorofill molekula Mg atomot tartalmaz. A fém külső pályáin lévő elektronok instabilak. Amikor egy foton eltalálja, az elektron kirepül az atomból. De ebben az állapotban nem tud sokáig létezni. Vissza kell térnie a helyére, miután korábban kibocsátotta a fotonból kapott energiát, vagy át kell adnia. A növényekben ez az energia nem vész el a kloroplasztiszokban. Részben szintézisre megy át ATP, de ami a legfontosabb, ez az elektron a víz fotolíziséhez megy. A keletkező hidrogénionok szerves anyagok szintézisébe mennek, és oxigén kerül a légkörbe. Ezek a fényfázis reakciói. A következő fázist feltételesen sötétnek nevezik. Ez olyan enzimatikus reakciók sorozata, amelyek során szén-dioxid kötődik és szénhidrátok szintetizálódnak. Ez energiát fogyaszt ATP A bioszintézis reakciói közé tartoznak a fehérjeszintézis reakciói is. A téma ezen részének tanulmányozása előtt tekintse át a fehérjék szerkezetét, a nukleinsavak szerkezetét és funkcióit ( DNSés RNS), a komplementaritás elve ( NÁL NÉL,C-G A fehérje bioszintézis riboszómák részvételével megy végbe. Ez az összetett folyamat a molekulán történő szintézissel kezdődik DNS molekulák i-RNS ami a kernelben történik. További i-RNS a sejtmagból a fehérjeszintézis helyére szállítják. Vegye figyelembe, hogy a molekulák i-RNS szigorúan egyéniek, és csak egy fehérjéről hordoznak információt. Szintézis folyamata i-RNS hívott ÁTÍRÁS. A citoplazmában azért i-RNS egy vagy több riboszómával felfűzve. Az információolvasás és a fehérjeszintézis folyamatát ún ADÁSOK. fontos szerepet játszik az átvitelben tRNS(szállítás RNS), biztosítja az információk megfelelőségét i-RNS fehérje összetétel. Ebben az esetben három nukleotidonként i-RNS egy aminosavnak felel meg, a megfelelést a szerkezet egy jellemzője éri el tRNS. Az egyik végéhez egy aminosav, a másik végéhez pedig egy nukleotidhármas kapcsolódik, ami ennek az aminosavnak felel meg. A fehérje bioszintézisben szigorúan betartják a komplementaritás elvét. A triplett a riboszómán van rögzítve i-RNS hármas tRNSés az aminosav rögzítése, majd a szintetizált fehérjelánchoz való kapcsolódása A fehérjefilament szintetizálódása során azonnal másodlagos és harmadlagos szerkezetté redukálódik. A riboszóma együtt mozog i-RNS hármasról hármasra. Minden bioszintetikus reakció enzimek részvételével és energiafelhasználással megy végbe.
A fehérje bioszintézis sémája a következőképpen foglalható össze: GÉN(cselekmény DNS) - I-RNS - RIBOSZÓMÁK val vel T-RNS - FEHÉRJE.
A SEJT ÁLTALÁNOS METABOLIKUS FOLYAMATOKBAN(ellentétben a hagyományos kémiai reakciókkal) IRÁNYUK, TISZTA LOKALIZÁCIÓ A CELLÁBAN JELLEMZIK, A BIOPOLIMEREK SZINTÉZIS ÉS HASZNÁSI FOLYAMATOK, NAGY SEBESSÉG, MÁTRIX SZINTÉZIS SZINTÉZISEI ÉS HASZNÁSI FOLYAMATOK EGYÜTTMŰKÖDÉSE A SEJT TERÉBEN.
2. kérdés
Az ember az emlősök osztályába, a főemlősök rendjébe tartozik. Az emberek legközelebbi evolúciós rokonai a csimpánzok, a gorillák és az orangutánok. Ez nagyon nagy hasonlóságot okoz az emberi csontvázban más emlősök, különösen a főemlősök csontvázával.
Az emberi csontváz más emlősök csontvázához hasonlóan a gerincből, a koponyából, a mellkasból, a végtagövekből és maguknak a végtagok csontvázából áll. Az emberek agya azonban jobban fejlett, mint más emlősökben, az embert munkaképesség és egyenes testtartás jellemzi. Ezek a tulajdonságok nyomot hagytak az emberi csontváz szerkezetében.
A csontvázak összehasonlító sorozata, amely jelzi szerkezetük különbségét és hasonlóságát:
1 - gorilla; 2 - Neandervölgyi; 3 - modern ember
Így az emberi koponyaüreg térfogata nagyobb, mint bármely azonos testméretű állaté. A koponya arcrészének méretei embereknél kisebbek, mint az agyé, míg állatoknál fordítva. Ez annak köszönhető, hogy az állatok nehezen darálható nyers táplálékot esznek, ezért nagy az állkapcsa és a foga, amelyek egyben védekező szervek is. Az állatok agyának térfogata a test méretéhez viszonyítva sokkal kisebb, mint az embereké. Az állatok gerincének nincs jelentős hajlítása, embernél pedig 4 hajlítása van: nyaki, mellkasi, ágyéki és keresztcsonti. Ezek a görbületek az egyenes testtartás kapcsán jelentek meg, és rugalmasságot biztosítanak a gerincnek járás, futás, ugrás során.
Az állatok mellkasa elölről hátra van összenyomva. Az állatok testsúlya mind a négy végtag között megoszlik, és a medence nem túl masszív. Emberben a teljes testtömeg az alsó végtagokon nyugszik, a medence széles és erős.
Az állatok elülső és hátsó végtagjainak csontváza nem nagyon különbözik egymástól. Az emberben az alsó végtagok csontjai vastagabbak és erősebbek, mint a felsőké. Erős különbségek vannak az emberi láb és kéz felépítésében is. Az ujjak szerkezete lehetővé teszi az ember számára, hogy összetett típusú munkát végezzen.
Az embernek, akárcsak a többi emlősnek, háromféle foga van: szemfogak, metszőfogak és őrlőfogak, de ezeknek a fogaknak a száma és alakja az emberben és más emlősrendek képviselőiben nagyon eltérő.
Az emberi csontváz és a majmok hasonlósága az egyik bizonyíték arra, hogy az embereknek közös ősei vannak ezekkel a majmokkal.
3. kérdés
A gymnospermek szerepe a természetben. A gymnospermek tűlevelű és vegyes erdőket alkotnak, amelyek hatalmas területeket foglalnak el. Oxigénnel dúsítják a levegőt, ezért gyakran "a bolygó tüdejének" nevezik őket. Az erdők szabályozzák a hó olvadását, a folyók vízszintjét, elnyelik a zajt, gyengítik a szél erejét, rögzítik a homokot. Az erdő számos állatfaj élőhelye, amelyek tűlevelű növények hajtásaival, magvaival és kúpjaival táplálkoznak.
A tűlevelű növények folyamatosan nagy mennyiségben bocsátanak ki a levegőbe fitoncideket (a görög fiton és lat. tsedo szóból - megölöm) - olyan anyagokat, amelyek gátolják más élőlények tevékenységét. Ez különösen intenzív a lucfenyőerdőkben. Tehát a tudósok szerint 1 m3 tűlevelű erdei levegő legfeljebb 500 kórokozó baktérium sejtet tartalmaz, míg a városi levegő legfeljebb 30-40 ezer. Ezért a légúti betegségekben szenvedők szanatóriumai és kórházai tűlevelűekben találhatók. erdők.
A gymnospermesek óriási szerepet játszanak, már csak azért is, mert a növényzettel borított föld nagy részét pontosan a tornásztermékek – a tajga – borítják. Fő oxigénszállító a bioszférában, élelem és menhely, építőanyagok, üzemanyag, papír, nyersanyagok.
7. számú jegy 1. kérdés
Anyagcsere és energia a sejtben (6. jegy, 1. kérdés)
A légzési folyamat jellemzői:
Sejtesvagy szöveti légzés- az élő szervezetek sejtjeiben végbemenő biokémiai reakciók összessége, melynek során a szénhidrátok, lipidek és aminosavak szén-dioxiddá és vízzé oxidálódnak.
Tehát a sejtlégzés a sejtben történik. De pontosan hol? Melyik organellum végzi ezt a folyamatot?
A sejtlégzés minden szakasza a mitokondriumokban történik. Mint tudják, a mitokondriumok munkájának fő terméke - az ATP-molekulák - a biológia "energia" fogalmának szinonimája. Valójában ennek a folyamatnak a fő terméke az energia, az ATP-molekulák.
A környezettel való állandó anyagcsere az élő rendszerek egyik fő tulajdonsága. A sejtek folyamatosan bioszintézis folyamatokon mennek keresztül (asszimiláció vagy képlékeny csere), azaz enzimek részvételével egyszerű szerves vegyületekből összetett szerves vegyületek képződnek: aminosavakból - fehérjékből, monoszacharidokból - poliszacharidokból, nukleotidokból - nukleinsavakból stb. A szintézis minden folyamata az energia elnyelésével jár. Az összetett molekulák energiafelszabadulással járó egyszerűbbekre hasadása (disszimiláció vagy energiacsere) megközelítőleg azonos sebességgel megy végbe. Ezeknek a folyamatoknak köszönhetően a sejtek összetételének relatív állandósága megmarad. A szintetizált anyagokat sejtek és sejtszerveik felépítésére, valamint az elhasználódott vagy elpusztult molekulák pótlására használják. Amikor a nagy molekulatömegű vegyületeket egyszerűbbekre bontják, felszabadul a bioszintézis reakcióihoz szükséges energia.
Az élettevékenység hátterében álló, a szervezet környezettel való kapcsolatát meghatározó asszimilációs és disszimilációs reakciók összességét anyagcserének nevezzük.
A cserereakciókat magas szervezettség és rendezettség jellemzi. Minden reakció specifikus fehérjék-enzimek részvételével megy végbe. Főleg az organellumok membránjain és a sejtek hialoplazmájában helyezkednek el szigorúan meghatározott sorrendben, amely biztosítja a szükséges reakciósorozatot. Az enzimrendszereknek köszönhetően a metabolikus reakciók gyorsan és hatékonyan mennek végbe normál körülmények között - testhőmérsékleten és normál nyomáson.
A műanyag- és energiacsere elválaszthatatlanul összefügg. Ezek egyetlen anyagcsere-folyamat ellentétes oldalai. A bioszintézis reakciókhoz energiára van szükség, amelyet az energiaanyagcsere-reakciók biztosítanak. Az energia-anyagcsere-reakciók megvalósításához enzimek és organellumok állandó bioszintézisére van szükség, amelyek az életfolyamat során fokozatosan elpusztulnak.
Az asszimilációs folyamatok nincsenek mindig egyensúlyban a disszimilációs folyamatokkal. Tehát egy növekvő szervezetben az asszimilációs folyamatok érvényesülnek a disszimilációs folyamatokkal szemben, ami biztosítja az anyagok felhalmozódását és a szervezet növekedését. Intenzív fizikai munkával és idős korban a disszimilációs folyamatok dominálnak. Az első esetben ezt kompenzálja a megnövekedett táplálkozás, a második esetben pedig fokozatos kimerülés és végső soron a test halála.
energiacsere
Az energia-anyagcsere összetett szerves vegyületek enzimatikus hasítási reakcióinak összessége, amelyet energiafelszabadulás kísér. Az energia egy része hő formájában disszipálódik, egy része pedig az ATP makroerg kötéseiben halmozódik fel, majd különféle sejtéletfolyamatok biztosítására szolgál: bioszintetikus reakciók, anyagok bejutása a sejtbe, impulzusok vezetése, izomösszehúzódás. , váladék stb.
Az adenozin-trifoszforsav (ATP, adenozin-trifoszfát) minden élő sejt nélkülözhetetlen alkotóeleme. Az ATP egy mononukleotid, amely egy nitrogéntartalmú adenin bázisból, egy öt szénatomos ribóz monoszacharidból és három foszforsav maradékból áll, amelyek nagy energiájú (makroerg) kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Az ATP speciális enzimek hatására lebomlik a hidrolízis - víz hozzáadása - folyamatában. Ebben az esetben egy foszforsav molekula leszakad, és az ATP ADP-vé (adenozin-difoszfát), majd a foszforsav ezt követő eliminációjával AMP-vé (adenozin-monofoszfát) alakul. Egy foszforsavmolekula hasadása 40 kJ energia felszabadulásával jár. Az AMP ADP-vé és az ADP ATP-vé való átalakulásának fordított folyamata főleg a mitokondriumokban megy végbe, foszforsavmolekulák kötésével víz felszabadulásával és több (több mint 40 kJ lépésenként) energiamennyiség elnyelésével.
Az energia-anyagcsere három szakasza van:
* előkészítő,
* oxigénmentes,
* oxigén.
Az előkészítő szakasz az állatok és az emberek emésztőrendszerében vagy minden élőlény sejtjeinek citoplazmájában zajlik. Ebben a szakaszban a nagy szerves molekulák enzimek hatására monomerekre bomlanak: a fehérjék aminosavakra, a zsírok glicerinné és zsírsavakra, a keményítő és a glikogén monoszacharidokká, a nukleinsavak nukleotidokká. Az anyagok bomlása ebben a szakaszban kis mennyiségű energia felszabadulásával jár, amely hő formájában disszipálódik.
Az energia-anyagcsere anoxikus (anaerob) szakasza a sejtek citoplazmájában megy végbe. Az első szakaszban képződött monomerek további többlépcsős hasításon mennek keresztül oxigén részvétele nélkül. Például a glikolízis (a glükóz állati sejtekben végbemenő lebontása) során egy glükózmolekula két piroszőlősav-molekulára (C3H4O3) bomlik, ami egyes sejtekben, például izomsejtekben tejsavvá redukálódik. Ez körülbelül 200 kJ energiát szabadít fel. Ennek egy része (kb. 80 kJ) két ATP molekula szintézisére megy el, a többi (kb. 120 kJ) hő formájában disszipálódik. Ennek a reakciónak a teljes egyenlete a következő:
C6H12O6 + 2ADP + 2H3PO4 -> 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O.
A növényi szervezetek és egyes élesztőgombák sejtjeiben a glükóz lebomlása alkoholos erjesztéssel történik. Ebben az esetben a glikolízis során képződő piroszőlősavat dekarboxilezik acetaldehiddé, majd etil-alkohollá redukálják.
Az energia-anyagcsere oxigén (aerob) szakasza csak aerob szervezetekben zajlik. Ez a tejsav (vagy piroszőlősav) további oxidációjából áll a végtermékekké - CO2 és H2O. Ez a folyamat a mitokondriumokban zajlik le, enzimek és oxigén részvételével. Az oxigénstádium első szakaszában a protonok és elektronok fokozatosan leválik a tejsavról, felhalmozódnak a belső mitokondriális membrán ellentétes oldalán, és potenciálkülönbséget hoznak létre. Amikor eléri a kritikus értéket, a protonok a membrán speciális csatornáin, amelyekben az ATP-t szintetizáló enzimek találhatók, feladják energiájukat, hogy a foszforsav-maradékot az AMP-hez vagy ADP-hez kapcsolják. Ez a folyamat 36 ATP molekula (1440 kJ) szintéziséhez elegendő energia felszabadulásával jár. Az oxigén fokozat egyenlete így néz ki:
2C3H6O3 + 6O2 + 36H3PO4 + 36ADP -> 36ATP + 6CO2 + 42H2O.
Az energiaanyagcsere anaerob és aerob szakaszának általános egyenlete a következő:
C6H12O6 + 38ADP + 38H3PO4 + 6O2 -> 38ATP + 6CO2 + 44H2O.
Így az energia-anyagcsere második és harmadik szakaszában, amikor egy glükózmolekula lebomlik, 38 ATP-molekula keletkezik. Ez 1520 kJ-t (40 kJ * 38) fogyaszt, és összesen 2800 kJ energia szabadul fel. Következésképpen a glükóz lebontása során felszabaduló energia 55%-a ATP-molekulákban halmozódik fel a sejtben, 45%-a pedig hő formájában disszipálódik. A sejtek energiával való ellátásában az oxigén szakasz játszik fő szerepet.
Hasonlóképpen, a fehérjék és zsírok bejuthatnak az energia-anyagcserébe. Az aminosavak hasítása során a szén-dioxid és a víz mellett nitrogéntartalmú termékek (ammónia, karbamid) keletkeznek, amelyek a kiválasztó rendszeren keresztül ürülnek ki.
A képlékeny csere a biológiai szintézis reakcióinak összessége, melynek során a sejtbe jutó anyagokból egy adott sejtre jellemző anyagok képződnek. A plasztikus anyagcsere magában foglalja a fehérje bioszintézist, fotoszintézist, nukleinsavak, zsírok és szénhidrátok szintézisét.
Fehérjék bioszintézise
A pro- és eukarióta organizmusok minden sejtjében végbemegy; ez az élővilág szerves tulajdonsága. A fehérjemolekula elsődleges szerkezetére vonatkozó információkat, amelyektől minden más szerkezet és tulajdonság függ, a DNS-molekula megfelelő szakaszában - a génben - található nukleotidszekvencia kódolja. Mivel a fehérjemolekula szerkezetére vonatkozó információk a sejtmagban találhatók, összeállítása pedig a citoplazmában (riboszómákban) történik, a sejtben van egy közvetítő, amely ezt az információt másolja és továbbítja. A hírvivő RNS (i-RNS) egy ilyen közvetítő. A DNS kettős szálát egy speciális enzim (RNS-polimeráz) hasítja, amelynek egyik szálán a komplementaritás elve szerint sorakoznak fel az RNS-nukleotidok. Így a szintetizált RNS molekula megismétli a nukleotidok sorrendjét a DNS-ben, ezt a folyamatot transzkripciónak (átírásnak) nevezik. Az így szintetizált mRNS-molekula (mátrixszintézis) bejut a citoplazmába, amelynek egyik végére riboszómák kis alegységei vannak felfűzve.
A DNS-ben (i-RNS) meghatározott nukleotidszekvencia formájában a genetikai információt rögzítő rendszert genetikai kódnak nevezik.
A genetikai kód tulajdonságai:
* triplett – a polipeptidláncban egy aminosav a DNS-molekula (i-RNS) három szomszédos nukleotidjának felel meg, amelyeket triplettnek vagy kodonnak neveznek;
* egyetemesség – ugyanazok a kodonok ugyanazt az aminosavat kódolják minden élő szervezetben;
* nem átfedő - egy nukleotid nem lehet egyszerre több kodon része;
* redundancia – egy aminosavat több különböző hármas is kódolhat.
A fehérje bioszintézis következő szakasza az mRNS-molekulában lévő nukleotidszekvencia transzlációja a polipeptidláncban lévő aminosavszekvenciává - transzláció. A transzfer RNS-ek (tRNS-ek) aminosavakat "hoznak" a riboszómába. A tRNS-molekula összetett konfigurációjú. Egyes részein hidrogénkötések jönnek létre a komplementer nukleotidok között, és a molekula alakja a lóherelevélhez hasonlóvá válik. A tetején egy szabad nukleotid hármas található, amelyek genetikai kódjukban megfelelnek az adott aminosavnak (ezt antikodonnak nevezik), és a bázis ennek az aminosavnak a kapcsolódási helyeként szolgál. Minden tRNS csak a saját aminosavát képes hordozni, ezért 20 van belőlük, akárcsak az aminosavak. A T-RNS-t speciális enzimek aktiválják, majd hozzáköti a saját aminosavát és a riboszómába szállítja. A riboszómán belül egy adott pillanatban csak két mRNS kodon található. Ha a tRNS antikodon komplementer az mRNS kodonnal, akkor az aminosavat tartalmazó tRNS átmenetileg az mRNS-hez kapcsolódik. A második kodonhoz egy második t-RNS kapcsolódik, amely saját aminosavát hordozza. Az aminosavak a riboszóma nagy alegységének aktív központjában helyezkednek el, és enzimek segítségével peptidkötés jön létre közöttük. Ugyanakkor az első aminosav és a t-RNS közötti kötés megszakad, és a t-RNS a következő aminosav után elhagyja a riboszómát. A riboszóma egy hármast mozgat, és a folyamat megismétlődik. Így épül fel fokozatosan egy polipeptid molekula, amelyben az aminosavak szigorúan a kódoló triplettjeik sorrendjének megfelelően rendeződnek (mátrix szintézis). Gyakran nem egy riboszóma van felfűzve egy mRNS-re, hanem több (az ilyen struktúrákat poliszómáknak nevezzük); ebben az esetben több azonos fehérjemolekula szintetizálódik.
A szintézis befejezése után a fehérjemolekula elválik a riboszómától, és elnyeri jellegzetes (másodlagos, tercier vagy kvaterner) szerkezetét. A fehérje bioszintézise meglehetősen gyors. 1 másodpercig a bakteriális riboszóma 20 aminosavból álló polipeptidet képez. A bioszintézis sebessége függ a transzkripciós és transzlációs folyamatokat katalizáló enzimek aktivitásától, a hőmérséklettől, a hidrogénionok koncentrációjától, az ATP és a szabad aminosavak jelenlététől és egyéb tényezőktől.
1 - t-RNS aminosavakkal, 2 - t-RNS, 3 - aminosav, 4 - a riboszóma kis alegysége, 5 - i-RNS, 6 - kodon, 7 - antikodon, 8 - a riboszóma nagy alegysége
Hangsúlyozni kell, hogy a sejtek speciális mechanizmusokkal rendelkeznek, amelyek szabályozzák a gének aktivitását, amelyeknek köszönhetően minden pillanatban csak azok a fehérjék szintetizálódnak, amelyekre szükségük van.
Fotoszintézis
A táplálkozás típusa szerint az élő szervezetek két csoportra oszthatók - autotróf és heterotróf.
A heterotróf szervezeteket olyan organizmusoknak nevezzük, amelyek nem képesek szervetlen anyagokból szerves anyagokat szintetizálni, és kész szerves vegyületeket élelmiszerként (energiaforrásként) felhasználni. A heterotrófok közé tartozik a legtöbb baktérium, gomba és állat.
Az autotróf szervezeteket olyan organizmusoknak nevezzük, amelyek szervetlen anyagokból képesek szerves anyagokat létrehozni, amelyek építőanyagként és energiaforrásként szolgálnak. Ezek közé tartozik néhány pigmentált baktérium és minden zöld növény. Az autotróf szervezeteket kemoszintetikusra és fotoszintetikusra osztják. A kemoszintetikus organizmusok (baktériumok) elfogyasztják bizonyos szervetlen anyagok oxidációja során felszabaduló energiát (például a nitrifikáló baktériumok egymás után az ammóniát nitritté, majd a nitritet nitráttá oxidálják). A fotoszintetikus szervezetek (zöld növények) a fény energiáját használják fel.
A zöld növények a kloroplasztiszokban található klorofill pigment segítségével képesek a Nap fényenergiáját szerves anyagok kémiai kötéseinek energiájává alakítani. Különösen energiaszegény szénhidrátokat szintetizálnak CO2-ból és H2O-ból, és oxigént szabadítanak fel. Ezt a folyamatot fotoszintézisnek nevezik. Két fázisban áramlik: világos és sötét.
A fotoszintézis akkor kezdődik, amikor a kloroplasztot látható fény éri. Amikor egy klorofill molekula elnyeli a fénykvantumot, az egyik elektronja „gerjesztett” állapotba kerül, és magasabb energiaszintre emelkedik. Ugyanakkor fény hatására a víz fotolízise megy végbe H+ és OH- ionok képződésével. A gerjesztett elektron a hidrogénionhoz (H+) csatlakozik, atommá (H) redukálva azt. Ezután a hidrogénatomok nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfáttal (NADP) egyesülnek, és NADPH2-vé redukálják. A H+ ellenionok nélkül hagyott hidroxil ionok elektronjaikat adják és szabad OH gyökökké alakulnak, amelyek egymással kölcsönhatásba lépve vizet és szabad oxigént képeznek:
4OH -> 2H2O + O2
A hidroxilcsoportok elektronjai a gerjesztettek helyére visszatérnek a klorofillmolekulába. Az átmenetek során protonok és elektronok halmozódnak fel a kloroplaszt grana membrán ellentétes oldalain (protonok a belső, elektronok a külső felületen), és potenciálkülönbséget hoznak létre. Amikor a potenciálkülönbség elér egy kritikus szintet, a protonok a membránok speciális csatornáin haladnak át, amelyekben az ATP-t szintetizáló enzimek találhatók. A protonok és elektronok energiáját az enzimek arra használják fel, hogy egy foszforsav-maradékot AMP-hoz vagy ADP-hez kapcsoljanak. Így a fotoszintézis fényfázisában, amely a kloroplasztisz gránában csak fényben megy végbe, a következő folyamatok mennek végbe: víz fotolízise oxigén felszabadulásával, NADPH2 redukciója és ATP szintézis.
A fotoszintézis sötét fázisában a világos fázisban felhalmozódott energiát szén-dioxidból (a levegőből a sztómán keresztül érkező) és hidrogénből (a NADPH2-ről leválasztva) monoszacharidokat szintetizálnak összetett enzimreakciók során. Az eredmény:
6CO2 + 24H -> C6H12O6 + 6H2O.
A jövőben di-, poliszacharidok és egyéb szerves vegyületek (aminosavak, zsírsavak stb.) keletkezhetnek. Ez a folyamat nem igényli a fény közvetlen részvételét, ezért nevezik a fotoszintézis sötét fázisának. A kloroplasztiszok sztrómájában világosban és sötétben is halad. A fotoszintézis hatékonysága eléri a 60%-ot.
A fotoszintézis jelentősége óriási. Ez a fő folyamat, amely a bioszférában zajlik. A Nap energiája a szerves vegyületek kémiai kötéseiben halmozódik fel, amelyek az összes heterotróf táplálására szolgálnak. Ugyanakkor a légkör oxigénnel gazdagodik, és megtisztul a felesleges szén-dioxidtól.
