대사 (대사)신체에서 발생하는 화학 물질의 합성 및 분해 과정이 상호 연결된 일련의 과정입니다. 생물학자들은 그것을 공유한다.
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플라스틱에 ( 동화작용) 및 에너지 대사 ( 이화작용), 서로 연결되어 있습니다. 모든 합성 과정에는 핵분열 과정에서 공급되는 물질과 에너지가 필요합니다. 분해 과정은 에너지 대사의 생성물과 에너지를 사용하여 플라스틱 대사 중에 합성되는 효소에 의해 촉매됩니다.
유기체에서 발생하는 개별 프로세스의 경우 다음 용어가 사용됩니다.
동화작용 (동화) – 합성된 물질에서 화학 결합의 형태로 에너지를 흡수하고 축적하여 단순한 단량체에서 더 복잡한 단량체를 합성합니다.
이화작용 (부동화) - 에너지 방출과 ATP의 고에너지 결합 형태로의 저장을 통해 더 복잡한 단량체를 더 단순한 단량체로 분해합니다.
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생명체는 생명을 유지하기 위해 빛과 화학 에너지를 사용합니다. 녹색 식물 – 독립영양생물 - 햇빛의 에너지를 이용하여 광합성을 하면서 유기화합물을 합성합니다. 그들의 탄소원은 이산화탄소입니다. 많은 독립영양 원핵생물은 이 과정에서 에너지를 얻습니다. 화학합성– 무기 화합물의 산화. 그들에게 있어서 에너지원은 황, 질소, 탄소의 화합물이 될 수 있습니다. 종속영양생물 유기 탄소원을 사용합니다. 기성 유기물을 먹습니다. 식물 중에는 혼합 방식으로 먹이를 먹는 식물이 있을 수 있습니다( 혼합영양성의) - 끈끈이끈이, 금성 파리지옥 또는 심지어 종속 영양 라플레시아. 단세포 동물의 대표자 중 녹색 유글레나는 혼합 영양 생물로 간주됩니다.
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효소, 화학적 성질, 신진 대사에서의 역할.
효소는 항상 특정 단백질, 즉 촉매입니다. "특정"이라는 용어는 이 용어가 사용되는 대상이 고유한 특징, 속성 및 특성을 가지고 있음을 의미합니다. 각 효소는 일반적으로 특정 유형의 반응을 촉매하기 때문에 이러한 특성을 가지고 있습니다. 효소의 참여 없이는 신체에서 단일 생화학 반응이 일어나지 않습니다. 효소 분자의 특이성은 구조와 특성으로 설명됩니다. 효소 분자에는 활성 중심이 있으며, 그 공간 구성은 효소가 상호 작용하는 물질의 공간 구성에 해당합니다. 기질을 인식한 효소는 기질과 상호작용하여 변형을 가속화합니다.
효소는 모든 생화학 반응을 촉매합니다. 그들의 참여가 없었다면 이러한 반응의 속도는 수십만 배 감소했을 것입니다. 예로는 DNA에서 mRNA 합성에 RNA 중합효소가 참여하는 반응, 요소에 대한 우레아제 효과, ATP 합성에서 ATP 합성효소의 역할 등이 있습니다. 많은 효소에는 "aza"로 끝나는 이름이 있습니다.
효소의 활성은 온도, 환경의 산성도, 상호작용하는 기질의 양에 따라 달라집니다. 온도가 증가하면 효소 활성이 증가합니다. 그러나 이는 특정 한도까지 발생합니다. 충분히 높은 온도에서는 단백질이 변성됩니다. 효소가 작용할 수 있는 환경은 각 그룹마다 다릅니다. 산성 또는 약산성 환경이나 알칼리성 또는 약알칼리성 환경에서 활성을 갖는 효소가 있습니다. 산성 환경에서 위액 효소는 포유류에서 활성을 띤다. 약알칼리성 환경에서는 장액 효소가 활성화됩니다. 췌장의 소화효소는 알칼리성 환경에서 활동합니다. 대부분의 효소는 중성 환경에서 활성을 띤다.
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세포 내 에너지 대사(동화)
에너지 교환에너지 방출을 동반하는 유기 화합물의 점진적인 분해에 대한 일련의 화학 반응이며, 그 중 일부는 ATP 합성에 소비됩니다. 유기 화합물의 분해 과정 에어로빅 체조유기체는 세 단계로 발생하며 각 단계에는 여러 효소 반응이 수반됩니다.
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첫 단계 – 준비 . 다세포 유기체의 위장관에서는 소화 효소에 의해 수행됩니다. 단세포 유기체에서 - 리소좀 효소에 의해. 첫 번째 단계에서는 단백질 분해가 일어납니다. 아미노산으로, 지방에서 글리세롤과 지방산으로, 다당류에서 단당류로, 핵산에서 뉴클레오티드로.이 과정을 소화라고합니다.
두 번째 단계 – 무산소 (해당작용 ). 그것의 생물학적 의미는 2 ATP 분자 형태의 에너지 축적으로 포도당의 점진적인 분해 및 산화의 시작에 있습니다. 해당작용은 세포의 세포질에서 발생합니다. 이는 포도당 분자를 두 분자의 피루브산(피루브산)과 두 분자의 ATP로 변환하는 여러 가지 순차적 반응으로 구성되며 해당 과정에서 방출되는 에너지의 일부가 저장됩니다: C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2P > 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP. 나머지 에너지는 열로 소산됩니다.
효모와 식물 세포에서 ( 산소가 부족해서) 피루브산은 에틸알코올과 이산화탄소로 분해됩니다. 이 과정을 알코올 발효 .
해당과정 동안 축적된 에너지는 호흡을 위해 산소를 사용하는 유기체에 비해 너무 적습니다. 그렇기 때문에 인간을 포함한 동물의 근육에는 과도한 부하와 산소 부족으로 젖산 (C 3 H 6 O 3)이 형성되어 젖산 형태로 축적됩니다. 근육통이 나타납니다. 이는 훈련받은 사람보다 훈련받지 않은 사람에게서 더 빨리 일어납니다.
세 번째 단계 – 산소 , 노벨상 수상자 Hans Krebs의 이름을 딴 Krebs주기와 산화 적 인산화라는 두 가지 순차적 과정으로 구성됩니다. 그 의미는 산소 호흡 중에 피루브산이 최종 생성물인 이산화탄소와 물로 산화되고 산화 중에 방출되는 에너지가 36 ATP 분자 형태로 저장된다는 것입니다. (크렙스 회로에서는 34개 분자, 산화적 인산화 과정에서는 2개 분자). 유기 화합물의 분해 에너지는 플라스틱 교환에서 합성 반응을 제공합니다. 산소 단계는 대기 중에 충분한 양의 분자 산소가 축적되고 호기성 유기체가 나타난 후에 발생했습니다.
산화적 인산화또는 세포 호흡 전자 운반체 분자가 만들어지는 미토콘드리아의 내부 막에서 발생합니다. 이 단계에서는 대부분의 대사 에너지가 방출됩니다. 운반체 분자는 전자를 산소 분자로 운반합니다. 에너지의 일부는 열로 소산되고 일부는 ATP 형성에 소비됩니다.
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에너지 대사의 전체 반응:
C 6H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP.
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광합성과 화학합성
모든 생명체에는 음식과 영양분이 필요합니다. 먹이를 줄 때 주로 단백질, 지방, 탄수화물과 같은 유기 화합물에 저장된 에너지를 사용합니다. 이미 언급한 바와 같이 종속 영양 유기체는 이미 유기 화합물을 함유하고 있는 식물 및 동물 기원의 식품을 사용합니다. 식물은 광합성 과정을 통해 유기물을 생성합니다. 광합성에 대한 연구는 1630년 네덜란드인 반 헬몬트(van Helmont)의 실험으로 시작되었습니다. 그는 식물이 토양에서 유기물을 얻는 것이 아니라 스스로 생성한다는 것을 증명했습니다. 1771년 조셉 프리스틀리(Joseph Priestley)는 식물을 이용하여 공기의 “교정”을 증명했습니다. 유리 덮개 아래에 놓아두면 연기가 나는 파편에서 방출되는 이산화탄소를 흡수합니다. 연구가 계속되어 이제 다음과 같은 사실이 밝혀졌습니다. 광합성 빛에너지를 이용하여 이산화탄소(CO2)와 물로부터 유기화합물을 형성하는 과정으로 녹색 식물의 엽록체와 일부 광합성 세균의 녹색 색소에서 일어난다.
원핵생물의 엽록체와 세포질막의 주름에는 녹색 색소가 들어 있습니다. 엽록소.
엽록소 분자는 햇빛에 의해 흥분되어 전자를 기증하고 더 높은 에너지 수준으로 이동할 수 있습니다. 이 과정은 공을 던지는 것에 비유될 수 있습니다. 공이 상승하면 위치 에너지가 저장됩니다. 떨어지면 그는 그녀를 잃습니다. 전자는 뒤로 떨어지지 않고 전자 운반체(NADP + -)에 의해 픽업됩니다. 니코틴아미드 이인산염). 이 경우 이전에 축적한 에너지는 ATP 형성에 부분적으로 소비됩니다. 던진 공과 계속 비교하면 공이 떨어지면서 주변 공간을 가열하고 떨어지는 전자 에너지의 일부가 ATP의 형태로 저장된다고 말할 수 있습니다.
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광합성 과정은 빛에 의한 반응과 탄소고정과 관련된 반응으로 나누어진다. 그들 불리는 빛그리고 어두운단계.
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"가벼운 단계"- 전자전달계에서 엽록소에 흡수된 빛에너지가 전기화학적 에너지로 변환되는 단계입니다. 이는 수송체 단백질과 ATP 합성효소의 참여로 과립막에서 빛 속에서 수행됩니다.
빛에 의해 발생하는 반응은 그라나 엽록체의 광합성 막에서 발생합니다.
1) 광양자에 의한 엽록소 전자의 여기와 더 높은 에너지 준위로의 전이
2) 전자 수용체의 환원 - NADP +에서 NADP H로
2H + + 4e - + NADP + > NADP H;
3) 물의 광분해, 가벼운 양자의 참여로 발생 : 2H 2 O > 4H + + 4e - + O 2.
이 과정은 내부에서 발생합니다. 틸라코이드– 엽록체 내막의 주름. 틸라코이드는 그라나(막의 더미)를 형성합니다.
명반응의 결과는 자유 산소 형성을 통한 물의 광분해, ATP 합성, NADP+의 NADP H로의 환원입니다. 따라서 빛은 ATP 및 NADP-H 합성에만 필요합니다.
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"다크 페이즈"- 엽록체의 기질(그라나 사이의 공간)에서 ATP와 NADP의 에너지를 이용하여 CO2를 포도당으로 전환시키는 과정 H.
암반응의 결과는 이산화탄소가 포도당으로 전환된 다음 전분으로 전환되는 것입니다. 포도당 분자 외에도 아미노산, 뉴클레오티드 및 알코올의 형성이 간질에서 발생합니다.
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광합성의 전체 방정식은 -
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광합성의 의미.
광합성 과정에서 유기체의 호흡에 필요한 자유 산소가 형성됩니다.
산소는 자외선의 유해한 영향으로부터 유기체를 보호하는 보호 오존 스크린을 형성합니다.
광합성은 원시 유기 물질의 생산을 제공하므로 모든 생명체를 위한 음식입니다.
광합성은 대기 중 이산화탄소 농도를 줄이는 데 도움이 됩니다.
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화학합성– 질소, 철 및 황 화합물의 산화 환원 반응 에너지로 인해 무기 화합물에서 유기 화합물이 형성됩니다. 화학합성 반응에는 여러 가지 유형이 있습니다.
1) 질화 박테리아에 의해 암모니아가 아질산과 질산으로 산화됩니다.
NH 3 > HNQ 2 > HNO 3 + Q;
2) 철 박테리아에 의해 제1철이 제2철로 전환:
Fe 2+ >Fe 3+ + Q;
3) 황박테리아에 의해 황화수소가 황 또는 황산으로 산화되는 현상
H 2 S + O 2 = 2H 2 O + 2S + Q,
H 2 S + O 2 = 2H 2 SO 4 + Q.
방출된 에너지는 유기물질 합성에 사용됩니다.
화학합성의 역할. 박테리아는 화학합성을 하고, 암석을 파괴하고, 폐수를 정화하고, 광물 형성에 참여합니다.
비디오 "광합성"
부서지다
플라스틱과 에너지 대사 과정은 불가분의 관계로 연결되어 있습니다. 모든 합성(동화작용) 과정에는 동화반응을 통해 공급되는 에너지가 필요합니다. 분해 반응 자체(이화작용)는 동화 과정에서 합성된 효소의 참여에 의해서만 발생합니다.
신진대사에서 PTF의 역할
유기물이 분해되는 동안 방출되는 에너지는 세포에서 즉시 사용되지 않고 일반적으로 아데노신 삼인산(ATP) 형태의 고에너지 화합물 형태로 저장됩니다. 화학적 성질로 인해 ATP는 모노뉴클레오티드입니다.
ATP(아데노신 삼인산)- 아데닌, 리보스 및 3개의 인산 잔기로 구성된 모노뉴클레오티드이며 고에너지 결합으로 연결되어 있습니다.
이러한 결합은 에너지를 저장하며, 이는 끊어질 때 방출됩니다.
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 → 아데닌 + 리보스 + H 3 PO 4 + Q 3,
여기서 ATP는 아데노신 삼인산이고; ADP - 아데노신 이인산; AMP - 아데노신 모노인산; Q1 = Q2 = 30.6kJ; Q3 = 13.8kJ.
세포 내 ATP 공급은 제한되어 있으며 인산화 과정을 통해 보충됩니다. 인산화- ADP에 인산 잔류물 추가(ADP + P → ATP). 이는 호흡, 발효 및 광합성 중에 다양한 속도로 발생합니다. ATP는 매우 빠르게 재생됩니다. 인간의 경우 ATP 분자 하나의 수명은 1분 미만입니다.
ATP 분자에 축적된 에너지는 신체의 동화작용(생합성 반응)에 사용됩니다. ATP 분자는 모든 생명체의 보편적인 에너지 저장고이자 운반체입니다.
에너지 교환
생명에 필요한 에너지는 대부분의 유기체에서 유기 물질의 산화 과정, 즉 이화 반응의 결과로 얻습니다. 연료로 작용하는 가장 중요한 화합물은 포도당입니다.
유리 산소와 관련하여 유기체는 세 그룹으로 나뉩니다.
유리 산소와 관련된 유기체의 분류
절대호기성균과 조건혐기성균의 경우, 산소가 있을 때 이화작용은 준비단계, 무산소단계, 산소의 3단계로 진행됩니다. 결과적으로 유기 물질은 무기 화합물로 분해됩니다. 절대혐기성균과 조건혐기성균에서는 산소가 부족할 때 이화작용이 처음 두 단계, 즉 준비 단계와 무산소 단계에서 발생합니다. 결과적으로 여전히 에너지가 풍부한 중간 유기 화합물이 형성됩니다.
이화작용의 단계
1. 첫 번째 단계는 준비 단계입니다.- 복잡한 유기 화합물을 더 간단한 유기 화합물로 효소 분해하는 것으로 구성됩니다. 단백질은 아미노산으로, 지방은 글리세롤과 지방산으로, 다당류는 단당류로, 핵산은 뉴클레오티드로 분해됩니다. 다세포 유기체에서는 이것이 위장관에서 발생하고, 단세포 유기체에서는 가수분해 효소의 영향을 받는 리소좀에서 발생합니다. 이 과정에서 방출되는 에너지는 열의 형태로 소산됩니다. 생성된 유기 화합물은 추가로 산화되거나 세포에서 자체 유기 화합물을 합성하는 데 사용됩니다.
2. 2단계 - 불완전 산화(무산소)-산소의 참여없이 세포의 세포질에서 수행되는 유기 물질의 추가 분해로 구성됩니다. 세포의 주요 에너지원은 포도당이다. 산소가 없는 포도당의 불완전 산화를 해당과정이라고 합니다. 하나의 포도당 분자의 해당 분해 결과로 두 분자의 피루브산 (PVA, 피루브산) CH 3 COCOOH, ATP 및 물이 형성되고 NAD + 운반체 분자에 결합되어 형태로 저장되는 수소 원자가 형성됩니다. NADH의.
해당과정의 전체 공식은 다음과 같습니다.
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2ATP + 2NAD H.
더 나아가 환경에 산소가 없을 때해당과정 생성물(PVC 및 NADH)은 에틸알코올로 가공됩니다. 알코올 발효(산소가 부족한 효모와 식물 세포에서)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 SON + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
또는 젖산으로 - 젖산발효(산소가 부족한 동물세포에서)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
환경에 산소가 존재하는 경우해당과정의 생성물은 최종 생성물로 더 분해됩니다.
3. 3단계는 완전산화(호흡)-PVC가 이산화탄소와 물로 산화되는 과정으로 구성되며 산소가 의무적으로 참여하는 미토콘드리아에서 수행됩니다.
이는 세 단계로 구성됩니다.
A) 아세틸 조효소 A의 형성;
B) 크렙스 회로에서 아세틸 조효소 A의 산화;
B) 전자 전달 사슬의 산화적 인산화.
A. 첫 번째 단계에서 PVC는 세포질에서 미토콘드리아로 이동하여 기질 효소와 상호 작용하고 1) 세포에서 제거되는 이산화탄소를 형성합니다. 2) 운반체 분자에 의해 미토콘드리아의 내막으로 전달되는 수소 원자; 3) 아세틸 조효소 A(아세틸-CoA).
B. 두 번째 단계에서는 아세틸 조효소 A가 크렙스 회로에서 산화됩니다. 크렙스 회로(트리카르복실산 회로, 시트르산 회로)는 아세틸-CoA 한 분자가 1) 이산화탄소 두 분자, 2) ATP 한 분자, 3) 4쌍의 수소 원자를 생성하는 일련의 순차적 반응입니다. 분자 - 수송체 - NAD 및 FAD. 따라서 해당 과정과 Krebs주기의 결과로 포도당 분자는 CO 2로 분할되고, 이 경우 방출되는 에너지는 4 ATP 합성에 소비되고 10 NADH 및 4 FADH 2에 축적됩니다.
B. 세 번째 단계에서는 NADH와 FADH 2 를 가진 수소 원자가 산소 분자 O 2 에 의해 산화되어 물을 형성합니다. 하나의 NADH는 3ATP를 생성할 수 있고, 하나의 FADH는 2-2ATP를 생성할 수 있습니다. 따라서 이 경우 방출된 에너지는 또 다른 34ATP의 형태로 저장됩니다.
이 과정은 다음과 같이 진행됩니다. 수소 원자는 내부 미토콘드리아 막 외부 근처에 집중되어 있습니다. 그들은 전자 전달 사슬(ETC)의 운반체 분자 사슬(시토크롬)을 통해 내막 안쪽으로 전달된 전자를 잃으며, 그곳에서 산소 분자와 결합합니다.
O 2 + e - → O 2 - .
전자 전달 사슬의 효소 활성으로 인해 미토콘드리아 내부 막은 내부에서 (O 2 -로 인해) 음전하를 띠고 외부에서 (H +로 인해) 양전하를 띠므로 전위차가 발생합니다. 표면 사이에 생성됩니다. 이온 채널이 있는 ATP 합성효소 분자는 미토콘드리아의 내막에 내장되어 있습니다. 막을 가로지르는 전위차가 임계 수준에 도달하면 양전하를 띤 H+ 입자가 전기장의 힘에 의해 ATPase 채널을 통해 밀려나기 시작하고 일단 막의 내부 표면에서 산소와 상호 작용하여 물을 형성합니다.
1/2O 2 - +2H + → H 2 O.
내부 미토콘드리아 막의 이온 채널을 통해 운반된 수소 이온 H+의 에너지는 ADP를 ATP로 인산화하는 데 사용됩니다.
ADP + P → ATP.
산소가 참여하여 미토콘드리아에서 ATP가 형성되는 것을 산화적 인산화라고 합니다.
세포 호흡 중 포도당 분해에 대한 전체 방정식은 다음과 같습니다.
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38H 3 PO 4 + 38ADP → 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP.
따라서 해당 과정 동안 세포 호흡 중에 2 ATP 분자가 형성됩니다. 총 36 ATP 분자는 포도당이 완전히 산화되어 38 ATP 분자입니다.
플라스틱 교환
플라스틱 대사 또는 동화는 단순한 유기 화합물(광합성, 화학 합성, 단백질 생합성 등)에서 복잡한 유기 화합물의 합성을 보장하는 일련의 반응입니다.
종속 영양 유기체는 유기농 식품 구성 요소로부터 자체 유기물을 만듭니다. 종속 영양 동화는 본질적으로 분자의 재배열로 축소됩니다.
유기농 식품 물질(단백질, 지방, 탄수화물) → 단순 유기 분자(아미노산, 지방산, 단당류) → 신체 거대분자(단백질, 지방, 탄수화물).
독립 영양 유기체는 외부 환경에서 소비되는 무기 분자로부터 유기 물질을 완전히 독립적으로 합성할 수 있습니다. 광합성 및 화학합성 과정에서 간단한 유기 화합물이 형성되고, 이로부터 거대분자가 합성됩니다.
무기물질(CO 2, H 2 O) → 단순 유기분자(아미노산, 지방산, 단당류) → 신체의 거대분자(단백질, 지방, 탄수화물).
광합성
광합성- 빛 에너지를 이용하여 무기 화합물과 유기 화합물을 합성합니다. 광합성의 전체 방정식은 다음과 같습니다.
광합성은 참여로 발생합니다. 광합성 색소, 이는 햇빛 에너지를 ATP 형태의 화학 결합 에너지로 변환하는 독특한 특성을 가지고 있습니다. 광합성 색소는 단백질과 유사한 물질입니다. 가장 중요한 색소는 엽록소이다. 진핵생물에서는 광합성 색소가 색소체의 내막에 박혀 있고, 원핵생물에서는 세포질막의 함입부에 박혀 있습니다.
엽록체의 구조는 미토콘드리아의 구조와 매우 유사합니다. 그라나 틸라코이드의 내막에는 광합성 색소뿐만 아니라 전자 수송 사슬 단백질과 ATP 합성 효소 분자가 포함되어 있습니다.
광합성 과정은 빛과 어둠의 두 단계로 구성됩니다.
1. 광합성의 가벼운 단계그라나 틸라코이드 막의 빛에서만 발생합니다.
여기에는 엽록소에 의한 빛 양자의 흡수, ATP 분자의 형성 및 물의 광분해가 포함됩니다.
광양자(hv)의 영향으로 엽록소는 전자를 잃고 들뜬 상태로 전환됩니다.
이 전자는 캐리어에 의해 틸라코이드 막의 외부 표면, 즉 매트릭스를 향하는 곳으로 전달되어 축적됩니다.
동시에 틸라코이드 내부에서 물의 광분해, 즉 빛의 영향으로 분해가 발생합니다.
생성된 전자는 캐리어에 의해 엽록소 분자로 전달되어 환원됩니다. 엽록소 분자는 안정된 상태로 돌아갑니다.
물의 광분해 중에 형성된 수소 양성자는 틸라코이드 내부에 축적되어 H+ 저장소를 생성합니다. 결과적으로, 틸라코이드 막의 내부 표면은 (H+로 인해) 양전하를 띠고 외부 표면은 e-로 인해 음전하를 띠게 됩니다. 반대 전하를 띤 입자가 막의 양쪽에 축적되면 전위차가 증가합니다. 전위차가 임계값에 도달하면 전기장의 힘이 ATP 합성효소 채널을 통해 양성자를 밀어내기 시작합니다. 이 경우 방출된 에너지는 ADP 분자를 인산화하는 데 사용됩니다.
ADP + P → ATP.
빛 에너지의 영향으로 광합성 중 ATP의 형성을 호출합니다. 광인산화.
틸라코이드 막의 외부 표면에 있는 수소 이온은 그곳에서 전자와 만나 원자 수소를 형성하고, 이는 수소 운반체 분자 NADP(니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산염)에 결합합니다.
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
따라서 광합성의 가벼운 단계에서는 물 분해로 인한 산소 형성, ATP 합성 및 NADPH 2 형태의 수소 원자 형성이라는 세 가지 과정이 발생합니다. 산소는 대기로 확산되고 ATP와 NADPH 2는 암흑기 과정에 참여합니다.
2. 광합성의 암흑기빛과 어둠 모두에서 엽록체 매트릭스에서 발생하며 캘빈 회로에서 공기 중 나오는 CO 2 의 일련의 순차적 변환을 나타냅니다. 어두운 단계 반응은 ATP의 에너지를 사용하여 수행됩니다. 캘빈 회로에서 CO2는 NADPH2의 수소와 결합하여 포도당을 형성합니다.
광합성 과정에서 단당류 (포도당 등) 외에도 아미노산, 글리세롤 및 지방산과 같은 다른 유기 화합물의 단량체가 합성됩니다. 따라서 광합성 덕분에 식물은 자신과 지구상의 모든 생명체에 필요한 유기 물질과 산소를 제공합니다.
진핵 생물의 광합성과 호흡의 비교 특성이 표에 나와 있습니다.
진핵생물의 광합성과 호흡의 비교특성
| 징후 | 광합성 | 호흡 |
| 반응식 | 6CO 2 + 6H 2 O + 빛에너지 → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 | C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + 에너지(ATP) |
| 출발물질 | 이산화탄소, 물 | |
| 반응 생성물 | 유기물, 산소 | 이산화탄소, 물 |
| 물질 순환의 중요성 | 무기물질로부터 유기물질의 합성 | 유기 물질을 무기 물질로 분해 |
| 에너지 전환 | 빛 에너지를 유기 물질의 화학 결합 에너지로 변환 | 유기 물질의 화학 결합 에너지를 ATP의 고에너지 결합 에너지로 변환 |
| 주요 단계 | 명암 단계(캘빈 회로 포함) | 불완전 산화(당분해) 및 완전 산화(크렙스 회로 포함) |
| 프로세스의 위치 | 엽록체 | 히알로플라스마(불완전 산화) 및 미토콘드리아(완전 산화) |
모든 유기체의 유전 정보는 특정 서열의 DNA 뉴클레오티드(또는 RNA 바이러스의 경우 RNA) 형태로 저장됩니다. 원핵생물은 단일 DNA 분자 형태의 유전 정보를 담고 있습니다. 진핵 세포에서 유전 물질은 염색체로 구성된 여러 DNA 분자에 분포되어 있습니다.
DNA는 코딩 영역과 비코딩 영역으로 구성됩니다. RNA를 코딩하는 영역이 코드됩니다. DNA의 비암호화 영역이 수행됩니다. 구조적기능을 통해 유전 물질의 일부를 특정 방식으로 포장할 수 있습니다. 규제단백질 합성을 지시하는 유전자의 포함에 참여함으로써 기능합니다.
DNA의 코딩 영역은 유전자입니다. 유전자
- 하나의 mRNA(및 그에 따른 폴리펩티드), rRNA 또는 tRNA의 합성을 코딩하는 DNA 분자의 섹션.
유전자가 위치한 염색체 부위를 '염색체 부위'라고 합니다. 현장
. 세포핵에 있는 유전자 세트는 다음과 같습니다. 유전자형
, 반수체 염색체 세트의 유전자 세트 - 게놈
, 핵외 DNA 유전자 세트 (미토콘드리아, 색소체, 세포질) - 플라즈몬
.
유전자에 기록된 정보를 단백질 합성을 통해 구현하는 것을 표현
(발현) 유전자. 유전정보는 DNA 뉴클레오티드의 특정 서열로 저장되며 단백질의 아미노산 서열로 구현됩니다. RNA는 정보의 중개자이자 전달자 역할을 합니다. 즉, 유전 정보의 구현은 다음과 같이 발생합니다.
DNA → RNA → 단백질.
이 프로세스는 두 단계로 수행됩니다.
1) 전사;
2) 방송.
전사(위도부터. 사본- 재작성) - DNA를 주형으로 사용하여 RNA를 합성합니다. 결과적으로 mRNA, tRNA 및 rRNA가 형성됩니다. 전사 과정에는 ATP 형태의 많은 에너지가 필요하며 효소 RNA 중합효소에 의해 수행됩니다.
동시에 전체 DNA 분자가 전사되지 않고 개별 세그먼트만 전사됩니다. 이러한 세그먼트( 전사본) 시작 발기인- RNA 중합효소가 결합하고 전사가 시작되고 끝나는 DNA 부분 터미네이터- 전사 종료 신호를 포함하는 DNA 부분. 전사체는 분자 생물학의 관점에서 본 유전자입니다.
복제와 마찬가지로 전사도 뉴클레오티드의 질소 염기가 상보적으로 결합하는 능력에 기초합니다. 전사 과정에서 DNA의 이중 가닥이 끊어지고 하나의 DNA 가닥을 따라 RNA 합성이 수행됩니다.
전사 과정에서 DNA 뉴클레오티드 서열이 합성된 mRNA 분자에 복사되며, 이는 단백질 생합성 과정에서 주형 역할을 합니다.
원핵생물의 유전자는 코딩하는 뉴클레오티드 서열로만 구성됩니다.
진핵생물의 유전자는 교대 코딩으로 구성됩니다( 엑손) 및 비코딩( 인트론) 플롯.
전사 후, 인트론에 해당하는 mRNA 부분은 처리의 필수적인 부분인 스플라이싱 중에 제거됩니다.
처리- 전구체 pre-mRNA로부터 성숙한 mRNA가 형성되는 과정. 여기에는 두 가지 주요 이벤트가 포함됩니다. 1. 번역의 시작과 끝을 나타내는 짧은 뉴클레오티드 서열을 mRNA의 끝에 부착합니다. 접합- DNA 인트론에 해당하는 정보가 없는 mRNA 서열을 제거합니다. 스플라이싱의 결과로 mRNA의 분자량은 10배 감소합니다. 방송(위도부터. 번역- 번역) - mRNA를 주형으로 사용하여 폴리펩티드 사슬을 합성합니다.
세 가지 유형의 RNA가 모두 번역에 관여합니다. mRNA는 정보 매트릭스입니다. tRNA는 아미노산을 전달하고 코돈을 인식합니다. rRNA는 단백질과 함께 리보솜을 형성하며, 리보솜은 mRNA, tRNA 및 단백질을 보유하고 폴리펩티드 사슬의 합성을 수행합니다.
방송 무대
| 단계 | 특성 |
| 개시 | 폴리펩티드 사슬의 합성에 관여하는 복합체의 조립. 작은 리보솜 소단위는 개시자 met-t에 결합합니다. RNA, 그리고 m과 함께 rn k, 그 후 작고 큰 하위 입자로 구성된 전체 리보솜이 형성됩니다. |
| 연장 | 폴리펩티드 사슬의 신장. 리보솜은 다음을 따라 이동한다. RNA, 이는 성장하는 폴리펩티드 사슬에 다음 아미노산을 첨가하는 주기의 여러 반복을 동반합니다. |
| 종료 | 폴리펩티드 분자의 합성이 완료됩니다. 리보솜은 세 개의 정지 코돈 m 중 하나에 도달합니다. RNA, 그리고 t가 존재하지 않기 때문에 RNA정지 코돈에 상보적인 안티코돈이 있으면 폴리펩티드 사슬의 합성이 중단됩니다. 그것은 리보솜에서 방출되어 분리됩니다. 리보솜 하위입자는 분리되어 mRNA와 분리되어 다음 폴리펩티드 사슬의 합성에 참여할 수 있습니다. |
매트릭스 합성 반응.매트릭스 합성 반응에는 다음이 포함됩니다.
- DNA의 자가 복제(복제);
- DNA 분자에서 mRNA, tRNA 및 rRNA의 형성(전사);
- mRNA로의 단백질 생합성(번역).
이러한 모든 반응의 공통점은 어떤 경우에는 DNA 분자가, 다른 경우에는 mRNA 분자가 동일한 분자가 형성되는 매트릭스 역할을 한다는 것입니다. 매트릭스 합성 반응은 살아있는 유기체가 자신의 종류를 번식할 수 있는 능력의 기초입니다.
유전자 발현 조절. 다세포 유기체의 몸은 다양한 세포 유형으로 구성됩니다. 구조와 기능이 다릅니다. 즉, 차별화됩니다. 차이점은 신체의 모든 세포에 필요한 단백질 외에도 각 유형의 세포가 특수 단백질을 합성한다는 사실에서 나타납니다. 케라틴은 표피에 형성되고 헤모글로빈은 적혈구에 형성됩니다. 세포 분화는 다음에 의해 발생합니다. 발현된 유전자 세트의 변화이며 DNA 서열 자체의 구조에 되돌릴 수 없는 변화를 동반하지 않습니다.
2.5.3. 광합성과 화학합성.
신진대사와 에너지 전환 - 살아있는 유기체의 특성
세포는 수백, 수천 개의 화학 반응이 일어나는 소형 화학 공장에 비할 수 있습니다.
대사- 생물학적 시스템의 보존과 자가 재생산을 목표로 하는 일련의 화학적 변환입니다.
여기에는 영양과 호흡, 세포 내 대사, 또는 대사,최종 대사산물의 분리도 가능합니다.
신진대사는 한 유형의 에너지를 다른 유형의 에너지로 변환하는 과정과 불가분의 관계가 있습니다. 예를 들어, 광합성 과정에서 빛 에너지는 복잡한 유기 분자의 화학 결합 에너지 형태로 저장되고, 호흡 과정에서 방출되어 새로운 분자 합성, 기계적 및 삼투압 작업에 소비됩니다. 열 등의 형태로 소멸됩니다.
단백질 성질의 생물학적 촉매 덕분에 살아있는 유기체에서 화학 반응이 발생합니다. 효소,또는 효소.다른 촉매와 마찬가지로 효소는 세포 내 화학 반응의 발생을 수만 배, 수십만 배 가속화하고 때로는 가능하게 만들기도 하지만 반응의 최종 생성물의 성질이나 특성을 바꾸지는 않습니다. 자신을 바꾸지 마십시오. 효소는 단순 단백질일 수도 있고 복잡한 단백질일 수도 있으며, 단백질 부분 외에 비단백질 부분도 포함합니다. 보조인자(보조효소). 효소의 예로는 장기간 씹는 동안 다당류를 분해하는 타액 아밀라아제와 위에서 단백질의 소화를 보장하는 펩신이 있습니다.
효소는 높은 작용 특이성, 도움으로 반응 속도의 상당한 증가, 반응 조건 또는 다양한 물질과의 상호 작용을 변경하여 작용을 조절하는 능력이 있다는 점에서 비단백질 촉매와 다릅니다. 또한, 효소 촉매작용이 일어나는 조건은 비효소 촉매작용이 일어나는 조건과 크게 다릅니다. 인체에서 효소가 기능하기 위한 최적의 온도는 37°C이고, 압력은 대기압에 가까워야 하며, pH는 환경의 변화가 심할 수 있습니다. 따라서 아밀라아제에는 알칼리성 환경이 필요하고 펩신에는 산성 환경이 필요합니다.
효소의 작용 메커니즘은 중간 효소-기질 복합체의 형성으로 인해 반응에 들어가는 물질(기질)의 활성화 에너지를 감소시키는 것입니다(그림 2.42).
에너지와 플라스틱 대사, 그들의 관계
신진대사는 세포에서 동시에 일어나는 두 가지 과정, 즉 소성대사와 에너지 대사로 구성됩니다.
소성대사(동화작용, 동화작용) ATP 에너지 소비를 포함하는 일련의 합성 반응입니다. 플라스틱 대사 과정에서 세포에 필요한 유기물질이 합성됩니다. 플라스틱 교환 반응의 예로는 광합성, 단백질 생합성, DNA 복제(자기 복제) 등이 있습니다.
에너지 대사(이화작용, 소멸)복잡한 물질을 더 간단한 물질로 분해하는 일련의 반응입니다. 에너지 대사의 결과로 에너지는 ATP의 형태로 방출되고 저장됩니다. 에너지 대사의 가장 중요한 과정은 호흡과 발효입니다.
플라스틱 교환 과정에서 유기 물질이 합성되고 이를 위해서는 ATP 에너지가 필요하며, 에너지 교환 과정에서 유기 물질이 분해되어 에너지가 방출되어 합성 과정에 사용되기 때문에 플라스틱과 에너지 교환은 불가분하게 연결되어 있습니다. .
유기체는 영양 과정에서 에너지를 받고, 주로 호흡 과정에서 에너지를 방출하고 접근 가능한 형태로 변환합니다. 영양 방법에 따라 모든 유기체는 독립 영양 생물과 종속 영양 생물로 구분됩니다. 독립영양생물무기물로부터 유기물을 독립적으로 합성할 수 있으며, 종속영양생물독점적으로 준비된 유기 물질을 사용하십시오.
에너지 대사의 단계
에너지 대사 반응의 복잡성에도 불구하고 이는 일반적으로 준비, 혐기성(무산소) 및 호기성(산소)의 세 단계로 나뉩니다.
~에 준비 단계다당류, 지질, 단백질, 핵산 분자는 포도당, 글리세롤 및 지방산, 아미노산, 뉴클레오티드 등과 같은 더 간단한 분자로 분해됩니다. 이 단계는 세포 또는 장에서 직접 발생할 수 있습니다. 다운 물질은 혈류를 통해 전달됩니다.
무산소 단계에너지 대사는 유기 화합물의 단량체를 피루브산 또는 피루브산과 같은 더 단순한 중간 생성물로 추가 분해합니다. 산소가 필요하지 않으며 늪의 진흙이나 인간의 내장에 사는 많은 유기체의 경우 에너지를 얻는 유일한 방법입니다. 에너지 대사의 혐기성 단계는 세포질에서 발생합니다.
다양한 물질이 무산소 분해를 겪을 수 있지만, 반응의 기질은 포도당인 경우가 많습니다. 무산소 분해 과정을 다음과 같이 부릅니다. 해당작용.해당 과정 동안 포도당 분자는 4개의 수소 원자를 잃습니다. 즉, 산화되고 피루브산 2분자, ATP 2분자 및 환원된 수소 운반체 NADH + H + 2분자가 형성됩니다.
C 6 H 12 0 6 + 2H 3 P0 4 + 2ADP + 2NAD → 2C 3 H 4 0 3 + 2ATP + 2NADH + H + + 2H 2 0.
ADP로부터 ATP의 형성은 사전 인산화된 당으로부터 인산 음이온의 직접적인 전달로 인해 발생하며 이를 ADP라고 합니다. 기질 인산화.
유산소 단계에너지 교환은 산소가 있는 경우에만 일어날 수 있는 반면, 무산소 분해 중에 형성된 중간 화합물은 산화되어 최종 생성물(이산화탄소 및 물)로 생성되고 유기 화합물의 화학 결합에 저장된 대부분의 에너지가 방출됩니다. 그것은 36 ATP 분자의 거대 결합 에너지로 변환됩니다. 이 단계라고도 합니다. 조직 호흡.산소가 없을 때 중간 화합물은 다른 유기 물질로 전환되는데, 이 과정을 발효.
호흡
세포 호흡의 메커니즘은 그림 1에 개략적으로 설명되어 있습니다. 2.43.
호기성 호흡은 미토콘드리아에서 발생하며, 피루브산은 먼저 하나의 탄소 원자를 잃습니다. 이는 NADH + H +의 환원 당량과 아세틸 조효소 A(아세틸-CoA) 분자의 합성을 동반합니다.
C 3 H 4 0 3 + NAD + H~CoA →CH 3 CO~CoA + NADH + H + + C0 2.
미토콘드리아 매트릭스의 아세틸-CoA는 일련의 화학 반응에 관여하며, 그 전체를 다음과 같이 부릅니다. 크렙스 회로(트리카르복실산 회로, 구연산 회로).이러한 변환 동안 두 개의 ATP 분자가 형성되고 아세틸-CoA는 이산화탄소로 완전히 산화되며 수소 이온과 전자는 수소 운반체 NADH + H + 및 FADH 2에 추가됩니다. 운반체는 수소 양성자와 전자를 미토콘드리아의 내부 막으로 운반하여 크리스타를 형성합니다. 담체 단백질의 도움으로 수소 양성자는 막간 공간으로 펌핑되고 전자는 미토콘드리아 내막에 위치한 소위 호흡 효소 사슬을 통해 전달되어 산소 원자로 방출됩니다.
0 2 +2e- →0 2 - .
일부 호흡 사슬 단백질에는 철과 황이 포함되어 있다는 점에 유의해야 합니다.
막간 공간에서 수소 양성자는 특수 효소인 ATP 합성 효소의 도움을 받아 미토콘드리아 기질로 다시 운반되며, 이 경우 방출되는 에너지는 각 포도당 분자에서 34 ATP 분자를 합성하는 데 소비됩니다. 이 과정을 산화적 인산화.미토콘드리아 기질에서 수소 양성자는 산소 라디칼과 반응하여 물을 형성합니다.
4H + + O 2 - →2H 2 0.
산소 호흡의 일련의 반응은 다음과 같이 표현될 수 있습니다: 2C 3 H 4 0 3 + 60 2 + 36H 3 P0 4 + 36ADP → 6C0 2 + 38H 2 0 + 36ATP.
전반적인 호흡 방정식은 다음과 같습니다.
C 6 H 12 0 6 + 60 2 + 38H 3 P0 4 + 38ADP → 6C0 2 + 40H 2 0 + 38ATP.
발효
산소가 없거나 결핍되면 발효가 발생합니다. 발효는 호흡보다 진화적으로 더 빠른 에너지 획득 방법이지만, 발효는 여전히 에너지가 풍부한 유기 물질을 생성하기 때문에 에너지 측면에서는 덜 유익합니다. 발효에는 젖산, 알코올성, 아세트산 등 몇 가지 주요 유형이 있습니다. 따라서 발효 중 산소가 없는 골격근에서는 피루브산이 젖산으로 환원되는 반면 이전에 형성된 환원 당량은 소비됩니다. 두 개의 ATP 분자가 남아 있습니다.
2C3H403 + 2NADH + H + → 2C3H603 + 2NAD.
효모의 도움으로 발효하는 동안 피루브산은 산소 존재 하에서 에틸 알코올과 일산화탄소(IV)로 전환됩니다.
C 3 H 4 0 3 + H 3 P0 4 + ADP + NADH + H + → C 2 H 5 OH + C0 2 + ATP + H 2 0 + NAD +.
미생물의 도움으로 발효하는 동안 피루브산으로부터 아세트산, 부티르산, 포름산 등이 형성될 수도 있습니다.
에너지 대사의 결과로 얻은 ATP는 화학, 삼투압, 전기, 기계 및 규제 등 다양한 유형의 작업을 위해 세포에서 소비됩니다. 화학적 작업에는 단백질, 지질, 탄수화물, 핵산 및 기타 필수 화합물의 생합성이 포함됩니다. 삼투압 작업에는 세포에 의한 흡수 과정과 세포 자체보다 더 높은 농도로 세포 외 공간에 있는 물질을 제거하는 과정이 포함됩니다. 전기적 작업은 삼투압 작업과 밀접하게 연관되어 있습니다. 왜냐하면 막을 통한 전하 입자의 이동으로 인해 막 전하가 형성되고 흥분성과 전도도의 특성이 획득되기 때문입니다. 기계적 작업에는 세포 전체뿐만 아니라 세포 내부의 물질과 구조의 이동이 포함됩니다. 규제 작업에는 셀의 프로세스 조정을 목표로 하는 모든 프로세스가 포함됩니다.
광합성, 그 중요성, 우주적 역할
광합성엽록소의 참여로 빛 에너지를 유기 화합물의 화학 결합 에너지로 변환하는 과정입니다.
광합성의 결과로 연간 약 1,500억 톤의 유기물과 약 2,000억 톤의 산소가 생산됩니다. 이 과정은 생물권의 탄소 순환을 보장하여 이산화탄소가 축적되는 것을 방지하여 온실 효과와 지구의 과열을 방지합니다. 광합성의 결과로 형성된 유기 물질은 다른 유기체에 의해 완전히 소비되지 않으며, 수백만 년에 걸쳐 이들 중 상당 부분이 광물 퇴적물(경탄 및 갈탄, 석유)을 형성했습니다. 최근에는 유채기름(“바이오디젤”)과 식물 잔재물에서 얻은 알코올도 연료로 사용되기 시작했습니다. 오존은 방전의 영향으로 산소로 형성되며, 이는 자외선의 파괴적인 영향으로부터 지구상의 모든 생명체를 보호하는 오존 스크린을 형성합니다.
우리 동포인 뛰어난 식물 생리학자인 K. A. Timiryazev(1843-1920)는 광합성의 역할을 "우주"라고 불렀습니다. 광합성은 지구를 태양(우주)과 연결하여 지구에 에너지 유입을 제공하기 때문입니다.
광합성의 단계. 광합성의 명암 반응, 그 관계
1905년에 영국의 식물 생리학자 F. 블랙맨은 광합성 속도가 무한정 증가할 수 없으며 일부 요인이 이를 제한한다는 사실을 발견했습니다. 이를 바탕으로 그는 광합성에는 두 단계가 있다는 가설을 세웠습니다. 빛그리고 어두운.낮은 광도에서는 빛의 세기가 증가함에 따라 명반응의 속도가 증가하며, 또한 이러한 반응은 효소가 필요하지 않기 때문에 온도에 의존하지 않습니다. 명반응은 틸라코이드막에서 일어난다.
반대로 암흑 반응의 속도는 온도가 증가함에 따라 증가하지만 온도 임계값이 30°C에 도달하면 이러한 증가가 중단됩니다. 이는 간질에서 발생하는 이러한 변형의 효소적 특성을 나타냅니다. 암반응이라고 불리는 사실에도 불구하고 빛은 암반응에도 일정한 영향을 미친다는 점에 유의해야 합니다.
광합성의 가벼운 단계(그림 2.44)는 여러 유형의 단백질 복합체를 운반하는 틸라코이드 막에서 발생하며, 그 중 주요 광계 I 및 II와 ATP 합성효소가 있습니다. 광계에는 엽록소 외에 카로티노이드도 포함하는 색소 복합체가 포함됩니다. 카로티노이드는 엽록소가 포착하지 못하는 스펙트럼 영역에서 빛을 포착하고, 또한 고강도 빛에 의해 엽록소가 파괴되지 않도록 보호합니다.
색소 복합체 외에도 광계에는 엽록소 분자에서 서로 전자를 순차적으로 전달하는 다수의 전자 수용체 단백질도 포함됩니다. 이 단백질의 서열을 다음과 같이 부른다. 엽록체의 전자 수송 사슬.
특별한 단백질 복합체는 광합성 중에 산소 방출을 보장하는 광계 II와도 연관되어 있습니다. 이 산소 방출 복합체에는 망간과 염소 이온이 포함되어 있습니다.
안에 가벼운 단계틸라코이드 막에 위치한 엽록소 분자에 떨어지는 광양자 또는 광자는 더 높은 전자 에너지를 특징으로 하는 여기 상태로 전환됩니다. 이 경우 광계 I의 엽록소에서 여기된 전자는 중개자 사슬을 통해 항상 수용액에 존재하는 수소 양성자를 부착하는 수소 운반체 NADP로 전달됩니다.
NADP+ 2e-+ 2H + → NADPH + H + .
감소된 NADPH + H +는 이후 암 단계에서 사용됩니다. 광계 II의 엽록소에서 나온 전자도 전자 전달 사슬을 따라 이동하지만 광계 I의 엽록소의 "전자 구멍"을 채웁니다. 광계 II의 엽록소에서 전자가 부족한 부분은 물 분자를 빼앗음으로써 채워집니다. 위에서 이미 언급한 산소 방출 복합체의 참여로 발생합니다. 라고 불리는 물 분자의 분해 결과로 광분해,수소 양성자가 형성되고 광합성의 부산물인 분자 산소가 방출됩니다.
Н 2 0 →2Н + +2е- +1/2О 2
전자 전달 사슬을 따라 전자를 전달하는 동안 물의 광분해와 펌핑의 결과로 틸라코이드 구멍에 축적된 수소 양성자는 막 단백질(ATP 합성 효소)의 채널을 통해 틸라코이드 밖으로 흘러나오고 ATP는 ADP에서 합성됩니다. . 이 과정을 광인산화.산소의 참여가 필요하지 않지만 산화 과정에서 미토콘드리아보다 30배 더 많은 ATP를 생성하므로 매우 효과적입니다. 명반응에서 생성된 ATP는 이후 암반응에서 사용됩니다.
광합성의 가벼운 단계의 반응에 대한 전체 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
2H 2 0 + 2NADP + 3ADP + ZN 3 P0 4 → 2NADPH + H + + 3ATP.
동안 어두운 반응광합성 (그림 2.45) 탄수화물 형태의 CO 2 분자 결합이 발생하여 명반응에서 합성된 ATP 및 NADPH + H + 분자를 소비합니다.
6C0 2 + 12 NADPH + H + + 18ATP → C 6 H 12 0 6 + 6H 2 0 + 12 NADP + 18ADP + 18H 3 P0 4.
이산화탄소 결합 과정은 다음과 같은 복잡한 변환 사슬입니다. 캘빈주기발견자를 기리기 위해. 암흑반응은 엽록체 간질에서 발생합니다. 발생하려면 기공을 통해 그리고 세포 간 시스템을 통해 외부에서 이산화탄소가 지속적으로 유입되어야합니다.
이산화탄소 고정 과정에서 가장 먼저 생성되는 것은 광합성의 1차 산물인 3탄당이며, 나중에 생성되는 포도당은 전분 합성 및 기타 필수 과정에 소비되며 광합성의 최종 산물이라고 합니다. .
따라서 광합성 과정에서 햇빛의 에너지는 엽록소의 참여 없이는 복잡한 유기 화합물의 화학 결합 에너지로 변환됩니다. 광합성의 전체 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
6С0 2 + 12Н 2 0 → С 6 Н 12 0 6 + 60 2 + 6Н 2 0, 또는
6С0 2 + 6Н 2 0 →С 6 Н 12 0 6 + 60 2.
광합성의 밝은 단계와 어두운 단계의 반응은 서로 연결되어 있습니다. 한 그룹의 반응 속도의 증가는 두 번째 반응 그룹이 제한 역할을 할 때까지 특정 지점까지만 전체 광합성 과정의 강도에 영향을 미치기 때문입니다. 요인이며, 첫 번째 그룹이 제한 없이 발생하려면 두 번째 그룹의 반응을 가속화할 필요가 있습니다.
틸라코이드에서 발생하는 광단계는 ATP 및 수소 운반체 형성을 위한 에너지 저장을 제공합니다. 두 번째 단계인 암흑에서는 첫 번째 단계의 에너지 생성물이 이산화탄소를 감소시키는 데 사용되며 이는 엽록체 간질의 구획에서 발생합니다.
광합성 속도는 빛, 대기 중 이산화탄소 농도, 공기 및 토양 온도, 물 가용성 등 다양한 환경 요인의 영향을 받습니다.
광합성을 특성화하기 위해 생산성 개념이 사용됩니다.
광합성 생산성는 잎 표면 1dm2당 1시간 동안 합성된 포도당의 질량입니다. 이 광합성 속도는 최적의 조건에서 최대입니다.
광합성은 녹색 식물뿐만 아니라 시아노박테리아, 녹색 및 보라색 박테리아를 포함한 많은 박테리아에도 내재되어 있지만 후자의 경우에는 약간의 차이가 있을 수 있습니다. 특히 광합성 중에 박테리아는 산소를 방출하지 않을 수 있습니다. 시아노박테리아).
화학합성. 지구상에서 화학합성 박테리아의 역할
화학합성은 무기화합물의 화학에너지를 이용하여 유기화합물을 합성하는 과정이다.
이 과정은 뛰어난 러시아 과학자 S.N. 1887년의 비노그라드스키. 화학 합성 물질 (화학 영양 생물) 그룹에는 주로 질화 박테리아, 황 박테리아, 철 박테리아 등 박테리아가 포함됩니다. 그들은 각각 질소 화합물, 황 및 철 이온의 산화 에너지를 사용합니다. 이 경우 전자 공여체는 물이 아니라 다른 무기 물질입니다.
따라서 질화 박테리아는 질소 고정 박테리아에 의해 대기 질소로부터 형성된 암모니아를 아질산염과 질산염으로 산화시킵니다.
2NH 3 +30 2 → 2HNO 2 + 2H 2 0 + 663 kJ,
2HN0 2 + 0 2 → 2HN0 3 + 192 kJ.
유황 박테리아는 황화수소를 황으로 산화시키고 경우에 따라 황산으로 산화시킵니다.
H 2 S + 0 2 → 2Н 2 0 + 2S + 272 kJ,
2S + 30 2 + H 2 0 → H 2 S0 4 + 483 kJ.
철 박테리아는 철염을 산화시킵니다.
4FeC0 3 + 0 2 + 6H 2 0 →4Fe(OH) 3 + 4C0 2 + 324 kJ.
수소 박테리아는 분자 수소를 산화시킬 수 있습니다.
2H 2 + 0 2 → 2H 2 0 + 235 kJ.
모든 독립영양세균에서 유기화합물 합성을 위한 탄소원은 이산화탄소이다.
화학합성 박테리아는 생물권 내 화학 원소의 생지화학적 순환에서 가장 중요한 역할을 하는데, 그 이유는 생명 활동 과정에서 많은 미네랄 퇴적물이 형성되기 때문입니다. 또한 이들은 지구상의 유기물 공급원, 즉 생산자이며 식물과 다른 유기체 모두가 이용할 수 있는 수많은 무기 물질을 만듭니다.
플라스틱 대사 수단일련의 반응: 에너지의 참여로 들어오는 물질의 동화 및 변형. 인체는 합성, 분열과 같은 복잡한 화학적 진행 반응으로 구성되어 있으며, 이를 통해 일부 물질은 파괴되고 다른 물질은 형성됩니다.
플라스틱 대사란 무엇인가
생성된 산소, 유기 물질, 물 및 무기염은 변환되고, 사람은 물, 크레아티닌, 질소 함유 화합물, 요산 염 및 기타 과잉 물질과 같은 대사의 최종 산물을 방출하여 대사의 기본 기능을 지원합니다. 인간의 신진대사는 동화(가소성 대사)와 이산화(에너지 대사)의 반대이지만 분리할 수 없는 작용으로 구성됩니다.
분열로 인해 신체는 필요한 에너지로 보충되며, 그 중 일부는 열 방출의 형태로 환경과 공유됩니다. 필요한 에너지의 동화 및 축적 조건을 결정하는 이러한 과정의 조합은 일반적으로 소성 대사 및 생명 활동의 본질을 구성합니다.
신체가 받는 영양소는 단백질 합성, 탄수화물 대사에 관여하며 새로운 세포 구성의 품질을 담당합니다. 소성대사 덕분에 일생 동안 변화할 수 있는 세포의 발달과 분열이 일어난다.
예를 들어 단 하루 만에 인간의 위와 장에서는 상피 세포의 최대 절반, 1.75개의 뼈 골격 세포, 수십억 개의 백혈구 및 적혈구가 변화합니다. 이러한 유형의 교환의 중요성은 세포에 건축 자재, 단백질 및 유기 물질을 제공하는 것으로 귀결됩니다.
신체와 신진대사에 있어 단백질의 중요성
단백질은 플라스틱 물질이며 그 분자는 끊임없이 재생됩니다. 파괴된 분자의 자리는 새로운 분자로 대체되므로 세포는 동일한 화학적 구성을 유지합니다. 이러한 재생은 단백질 제품과 자신의 단백질 재사용을 통해 발생합니다. 단백질 형성을 담당하는 20개의 아미노산 중 10개는 여전히 필수이며 신체에서 합성할 수 없습니다. 최종 분해가 질소 함유 화합물로 구성되고 단백질 대사는 신체의 섭취와 배설 비율의 질소 균형으로 평가되며 중요한 기능을 유지하려면 특정 최적의 보존이 필요하다는 사실을 고려하면.
교환 유형은 보완적이지만 항상 균형을 이루는 것은 아닙니다. 왜냐하면 대사 과정이 사람의 나이에 영향을 받기 때문입니다. 청소년의 경우 신체의 집중적 발달 기간 동안 소성 대사가 우세하며 이는 더 성숙한 사람들에게는 일반적이지 않은 많은 양의 영양소를 의미합니다.
8학년 생물학 수업 요약 “대사. 플라스틱과 에너지 대사"
수업의 목적:
1. 플라스틱 및 에너지 대사에 대한 이론적 지식을 개발하고, 그 관계를 추적하고, 물, 무기염, 단백질, 지방 및 탄수화물 교환의 특징을 밝힙니다.
2. 과학적 사고 능력, 지식 분석, 종합, 목표 설정 및 실행 능력 개발을 촉진합니다.
3. 멀티미디어 장비를 사용하여 생물학 수업에 대한 관심을 키우십시오. 교사, 급우, 그들의 일에 대한 존중(쌍으로 일함) 자신의 일에 대한 책임감있는 태도.
수업 유형: 새로운 자료를 배우다
행동 양식 : 언어, 시각적.
장비 : 멀티미디어 장비(프로젝터, 스크린, 컴퓨터)
수업 중:
- 조직적인 순간 (수업 준비 상태 확인)
안녕하세요 여러분! 이 수업에서는 흥미롭고 교육적인 순간이 우리를 기다리고 있습니다.
- 수업 주제 메시지입니다.
마지막 수업에서 우리는 단지에 대한 연구를 마쳤지만 결과적으로 "신체의 내부 환경"이라는 흥미로운 주제를 다루었습니다. 이 수업의 주제를 결정하려면 크로스워드 퍼즐을 풀어야 하며 동시에 우리가 공부한 자료를 반복하겠습니다.
질문:
- 특별한 유형의 결합 조직
- 혈전
- 많은 림프구를 함유한 투명한 액체
- 단백질, 산소 운반체
- 약화된 미생물의 배양물로부터 제조된 제제
- 심장으로 혈액을 운반하는 혈관
- 주요 순환 기관
- 순환계의 혈액 이동
- 심장에서 혈액이 흐르는 혈관
- 과거 질병으로 인해 면역력이 발달함
- 전염병에 대한 신체의 면역
- 동물의 피에서 얻은 약
- 수업의 목적을 전달합니다.
이번 강의에서는 플라스틱과 에너지 대사를 살펴보고, 이들의 관계를 추적하고, 물, 무기염, 단백질, 지방 및 탄수화물 교환의 특징을 밝힐 것입니다.
IV. 새로운 자료를 익히는 데 필요한 지식 업데이트
교사: 살아있는 유기체의 주요 특징을 기억하세요. 생물의 다른 징후 중에서 영양, 호흡, 노폐물의 배설이 강조되는 이유는 무엇입니까?
영양, 호흡, 배설이라는 것을 기억하십시오. 외부 환경에서 체내로 들어오는 물질은 변하지 않은 채로 남아있나요?
따라서 위의 모든 내용을 요약하고 정리하여 대사의 정의를 공식화합니다.
- 새로운 주제 학습
세포 내 대사(대사)
플라스틱 교환 동화
에너지 대사 소멸
동화작용 생합성
이화작용 분석
이제 이러한 프로세스를 단계별로 살펴보겠습니다. 노트에 적어보세요.
플라스틱 교환. 이 단계에 필요한 물질은 혈액과 함께 세포에 들어가고 소화 과정에서 형성됩니다. 그럼 소화 과정을 기억해 봅시다.
해당 주제에 대한 지식 업데이트:
소화란 무엇입니까?
탄수화물은 어디에서 어느 정도로 분해됩니까?
단백질은 어디에서 어느 정도로 분해됩니까?
지방은 어디에서 어느 정도 분해됩니까?
그래서 고분자량 화합물은 저분자량 화합물로 바뀌어 혈액이 이를 세포에 전달할 수 있게 되었습니다. 세포에서는 이러한 저분자 화합물로부터 고분자 화합물이 재합성됩니다.
건축 자재는 세포입니다. 플라스틱 대사 과정에서 형성된 물질은 주로 새로운 세포를 만드는 데 사용됩니다. 그로 인해 우리는 삶의 과정에서 죽는 세포를 성장시키고 회복시킵니다. 그러나 신체가 기능하려면 에너지도 필요합니다. 우리는 에너지 교환 과정을 통해 이 에너지를 받습니다. 이 단계에서 일부 고분자 화합물이 분해됩니다. 이 프로세스는 단계적으로 진행됩니다. 먼저, 소화 과정에서 생성되는 동일한 화합물로 다시 분해되므로 기억하고 적어 두자(질문과 답변)
탄수화물 - 포도당
단백질 - 아미노산
지방 – 글리세롤과 지방산 3분자
포도당 – CO2, H 2O + 에너지
아미노산 – CO2, H 2O + 에너지 + 질소 화합물, 그 염 글리세린 + 지방산 3 분자 – CO2, H 2O + 에너지.
인체는 끊임없이 복잡한 에너지 전환 과정을 겪습니다. 어떤 결과로 신체에 에너지가 보충되고 다른 결과로 에너지가 손실됩니다. 예를 들어, 유기 화합물이 분해되는 동안 에너지(화학)가 방출되어 전기 및 기계 에너지로 변환됩니다. 전기 에너지는 신경 섬유를 따라 신경 자극의 전달을 보장하고 기계적 에너지는 근육 수축을 보장합니다. 결국 모든 에너지는 열로 변합니다. 열은 체온을 유지하고 초과분은 환경으로 제거됩니다. 따라서 신체는 에너지 보존 법칙을 따릅니다.
어떤 주제를 공부하면서 이 법칙을 알게 되었나요?
이 법칙을 기억하시는 분 계시나요?
어떻게 공식화됩니까?
에너지가 궁극적으로 열로 변한다는 점을 고려하여 과학자들은 인체가 소비하는 에너지 양을 실험적으로 결정했습니다. 이를 위해 피험자는 열량계 원리(물리학 지식 업데이트, 열량계 설계 원리)에 따라 설계된 단열재로 만들어진 이중 유리가 있는 특수 챔버에 배치됩니다.
방 안의 사람이 정상적으로 숨을 쉴 수 있도록 공기가 공급되고 특수 흡수 장치에 의해 이산화탄소가 포집됩니다. 챔버 상단에는 물이 흐르는 코일형 파이프 시스템이 있습니다. 이 시스템에 들어오고 나가는 물의 온도는 온도계로 측정됩니다. 하루 동안 파이프를 통과한 물의 총량과 파이프에 들어오고 나가는 물의 온도 차이를 알면 일일 에너지 소비량을 계산하는 것이 어렵지 않습니다. 귀하 연령대의 어린이는 하루에 약 10,500kJ의 에너지를 소비하는 것으로 알려져 있습니다. 젊은 유기체가 성장하고 세포가 증식합니다. 새로운 세포를 형성하려면 영양소가 필요합니다. 하루에 약 10,500kJ를 소비하는 학생은 음식을 통해 12,200~12,500kJ를 섭취해야 합니다. 에너지.
"식품 위생"이라는 주제를 공부하면서 얻은 지식을 고려하여 하루 동안 받는 에너지의 양을 계산하고 이 에너지를 올바르게 소비할 수 있습니다.
아침 식사 – 25%
점심 -50%
오후간식 -15%
디너 -10%
이제 수학과 화학에 대한 지식을 적용하고 비율을 구성해 보겠습니다. 총 에너지 소비량을 100%로 간주하면 아침 식사로 얼마나 많은 에너지를 섭취하게 됩니까?
그러나 영양 기준을 결정하기 위해서는 일일 에너지 소비량을 아는 것만으로는 충분하지 않습니다. 결국, 이 수치는 사람이 음식을 통해 하루에 얼마나 많은 kJ를 섭취해야 하는지를 보여줍니다. 식단을 구성할 때 신체에는 세 그룹 모두의 영양소가 필요하다는 점을 고려합니다. 식품에 충분한 양의 단백질이 포함되어 있는 것이 특히 중요합니다. 왜냐하면 단백질이 세포 물질을 형성하는 주요 공급원이기 때문입니다. 지방은 가장 큰 에너지 매장량을 포함하고 있으며 세포를 만드는 데 필요하므로 지방의 존재도 필요합니다. 탄수화물은 신체의 주요 에너지원이다. 하루 동안 받는 에너지의 양과 소비해야 하는 에너지의 양을 알고 나면 교환의 어느 쪽이 우세해야 하는지 스스로 계산할 수 있습니다. 세포를 만들기 위해서만 음식을 사용하면 비만이 되지만, 운동하고 위생을 유지하며 적절한 영양 섭취 등 활동적인 생활 방식을 영위하면 건강하고 오래 살 수 있습니다. Myasnikov A.P. 교수는 체중 70kg의 인체에서 낮 동안 일어나는 변화를 고려했습니다. 변경 사항 목록:
분해: 단백질-120g; 지방-70g; 탄수화물-450g.
방출: 에너지 - 12.6 J.
흡수됨: 산소 - 460 l.
방출 : 이산화탄소 - 430 l.
다음은 사망하고 다음으로 대체됩니다. - 적혈구 - 4,500억; 백혈구 - 220억에서 300억; 혈소판 - 2,700억 ~ 4,300억.
사망 및 회복: 위와 내장 세포 - 50%; 골격 뼈 세포 - 1/75; 커버 셀 - 1/20.
그리고:
심장은 10~70,000리터까지 밀어냅니다. 피;
심방과 심실은 86,400회;
위와 장에서 7~9리터가 흡수됩니다. 액체;
들숨과 날숨은 23040회 수행됩니다.
1.5리터가 형성되어 몸 밖으로 배설됩니다. 오줌;
20g의 피지가 형성됩니다.
폐를 통해 0.4리터 증발합니다. 물, 그러면 0.5 리터가 배설됩니다.
70년 동안 사람은 다음을 소비합니다.
물 - 50톤.
벨코프-2.5t.
지방 - 2t.
탄수화물 - 10t.
식염 - 0.2-0.3 t.
물, 무기염, 단백질, 지방 및 탄수화물 교환의 특징을 밝혀 보겠습니다.
단백질 대사
대사의 준비 단계에서 식품 단백질은 처음에는 위에서 펩신에 의해 분해되고, 다음에는 십이지장에서 췌장 효소인 트립신에 의해 아미노산으로 분해됩니다. 아미노산은 융모의 모세혈관을 통해 간으로 이동합니다. 여기서 과잉 아미노산은 질소를 잃고 탄수화물과 지방으로 전환됩니다. 세포에서 신체 단백질은 아미노산으로 구성됩니다. 단백질은 막, 세포질 및 세포핵의 일부입니다. 그들은 효소이며 또한 항체의 일부입니다. 단백질은 가스 수송과 혈액 응고에 관여합니다. 단백질도 뼈의 일부입니다.
지방 대사
소화 기관에서는 신진대사의 준비 단계에서 지방이 지방산과 글리세롤로 분해됩니다. 장 상피에서는 신체의 특징인 지방이 합성되고 림프계를 통해 지방 저장소와 세포로 이동하며 여기서 건축 자재 및 예비 물질로 사용됩니다.
지방은 신체에서 많은 기능을 수행합니다. 일부 비타민은 용해되어 세포막의 일부입니다. 생물학적 활성 물질과 일부 호르몬은 지방에서 형성됩니다. 인체에서는 보호 역할을 합니다.
탄수화물 대사
복합 탄수화물은 타액 효소인 아밀라아제의 영향으로 구강에서 분해되기 시작합니다. 십이지장에서는 췌장에서 분비되는 효소의 영향으로 포도당과 기타 단순 탄수화물로 분해됩니다. 소장에서는 노폐물이 장 융모에 의해 혈액으로 흡수되어 간으로 이동합니다. 여기서 과잉 당은 유지되어 글리코겐 및 기타 화합물로 전환되며, 필요한 양의 남은 포도당은 혈액으로 들어가 신체 세포 사이에 분배됩니다.
신체에서 포도당은 주로 에너지원입니다.
아시다시피 간은 대사 과정에 참여하는 마지막 기관과는 거리가 멀습니다. 간에서 독소를 정화하는 방법을 알려주는 비디오를 시청해 보세요
물 교환
물은 보편적인 용매이다. 모든 생화학 반응과 생명 과정은 수생 환경에서 발생합니다. 인간의 내부 환경에는 최대 90%의 물이 포함되어 있습니다. 체내에서 물은 화학적으로 다른 화합물과 결합되어 있거나 유기 물질이나 용해된 미네랄 염을 포함하고 있습니다.
소화액에는 물이 포함되어 있습니다. 액체 환경에서는 산소와 영양분이 운반됩니다. 분해 생성물도 물에 의해 운반됩니다. 따라서 신체는 배설된 물과 들어오는 물 사이에 필요한 균형을 유지합니다.
미네랄 소금 교환
미네랄 소금이나 물은 에너지원이 아니지만 신체의 기본 기능을 수행하는 데 필요합니다. 미네랄 염은 세포질과 세포핵, 내부 환경을 형성하는 체액, 소화액 및 기타 생물학적 체액에 포함되어 있습니다.
신진 대사는 적절한 영양, 운동, 정신적, 육체적 노동의 적절한 분배와 같은 다양한 조건과 요인에 따라 달라집니다. 신체에 유해한 물질 : 알코올, 니코틴, 미네랄 소금 및 식품 비타민. 이에 대해서는 다음 강의에서 이야기하겠습니다.
6. 연구 주제의 반복.
이제 우리는 약간의 연구를 할 것입니다. 오늘 수업에서 토론한 내용을 이해했는지 스스로 확인해 보세요.
문제를 풀다.
마우스를 금속 메쉬 아래의 저울 위에 놓고 저울의 균형을 맞춥니다. 동물은 컵 주위를 활발하게 움직이며 그물 위로 올라갑니다. 실험 시작 약 30분 후, 쥐가 있던 컵이 위로 올라왔다. 무슨 이유로?
정답 : 수증기와 이산화탄소의 호기로 인해 체중이 감소하고 이는 식품 물질의 분해로 에너지를 얻기 위해 형성됩니다.
배고픈 사람이 약하고 마른 이유를 설명하세요.
이제 우리의 지식을 통합해 보겠습니다.
신진 대사 란 무엇입니까?
어떤 종류의 교환을 플라스틱이라고 하나요?
여기서는 어떤 과정이 진행되고 있나요?
에너지 대사란 무엇인가?
이 경우 어떤 물질이 형성되며, 신체에서 어떻게 제거됩니까? 여기에는 어떤 시스템이 포함될까요?
Ⅶ. 수업 요약 . 숙제교과서 단락을 공부하고 공책의 과제를 완료하세요.
이제 여러분, 우리 수업이 끝나가고 있는데 요약하고 싶습니다. 오늘 수업에서 자신이 설정한 목표가 무엇인지 다시 한 번 기억하고 이러한 목표를 달성했는지 분석해 보세요. 따라서 질문은: 나의 주요 결과는 무엇이며, 무엇을 이해했으며, 수업에서 무엇을 배웠습니까?
저는 “위대한 사람들은 항상 음식을 금했습니다.”라는 말로 수업을 마무리하고 싶습니다. 오노레 드 발자크
강의해주신 모든 분들께 감사드립니다.