1. Najważniejsze uogólnienia biologii ( teoria komórkowa, teoria ewolucji, teoria genu ); znaczenie odkryć biologicznych dla psychologii.

TEORIA EWOLUCJI

• Darwin dowodził, że wszystkie żyjące gatunki, podobnie jak niezliczone już wymarłe, powstały z wcześniejszych w procesie stopniowej dywergencji (rozszczepiania na odrębne ścieżki ewolucyjne), czyli ewolucji.

• Ewolucja według definicji jest gromadzeniem przez populację dziedzicznych zmian z upływem czasu. Populacja jest grupą osobników jednego gatunku żyjącą jednocześnie na tym samym obszarze geograficznym.

• Określenie ewolucja nie odnosi się do zmian, jakie następują u osobnika w ciągu jego życia. Oznacza zmiany cech populacji w kolejnych pokoleniach. Zmiany te mogą być tak małe, że trudno je dostrzec, lub tak wielkie, że populacja różni się wyraźnie od populacji przodków. Ewolucja ma więc dwa główne aspekty: mniejsze zmiany ewolucyjne śledzone w ciągu paru pokoleń (mikroewolucja), i większe wydarzenia ewolucyjne oglądane zwykle w długim okresie.

• Pojęcie ewolucji łączy wszystkie dziedziny nauk o życiu we wspólny obszar wiedzy.

• Ewolucja ma także duże znaczenie praktyczne. Rolnictwo musi sobie radzić z ewolucją oporności na pestycydy u owadów. Medycyna musi zmniejszyć szybki potencjał ewolucyjny organizmów chorobotwórczych, itd.

• Ostateczne sensowne wytłumaczenie ewolucji wg Darwina: dobór naturalny

lepiej przystosowane organizmy mają większe szanse przeżycia i wydania następnego

pokolenia.

TEORIA KOMÓRKOWA

Komórki są koronnym dowodem jedności świata żywego. Ideę tę po raz pierwszy wyrazili dwaj niemieccy przyrodnicy, Schleiden i Schwann. Ich stwierdzenia stały się podstawą do ogłoszenia teorii komórkowej, mówiącej, że:

1. komórka jest podstawową żywą jednostką strukturalną i funkcjonalną wszystkich organizmów

2. każda komórka powstaje z innej komórki

TEORIA GENU

• GEN jest niepodzielnym determinantem określonej cechy fenotypowej; jest to fragment DNA kodujący pojedynczą cząsteczkę RNA lub białko;

• główną funkcją genów jest dostarczenie informacji. Dlatego cząsteczki, z jakich geny się składają muszą być zdolne do przechowywania informacji w postaci, którą komórka mogłaby odczytać i wykorzystać.

• Geny są zwykle stabilne i przekazywane w niezmienionej formie z pokolenia na pokolenia;

ZNACZENIE ODKRYĆ BIOLOGICZNYCH DLA PSYCHOLOGII

• W coraz większym stopniu zainteresowania badaczy skupiają się wokół mózgowych mechanizmów sterujących reakcjami behawioralnymi; stąd rozwój koncepcji n/t funkcjonowania mózgu wywarł znaczący wpływ na obecne podejście do problematyki zachowania zwierząt i człowieka;

• W miarę poznawania praw rządzących zjawiskami fizycznymi i chemicznymi pojawił się mechanistyczny kierunek zwany redukcjonizmem, który zakłada, że prawa rządzące zjawiskami życia można zredukować do elementarnych zjawisk fizycznych i chemicznych.

• Alternatywnym podejściem jest kompozycjonizm. Zwolennicy tego kierunku przyznają, że w funkcjonowaniu organizmów przejawiają się prawa fizyczne i chemiczne, jedna ważne są również specyficzne właściwości biologiczne. Mózg jest tu traktowany jako układ biologiczny, o specyficznych cechach.

• W XIX wieku, Gall, anatom, dokonał kilku ważnych odkryć w dziedzinie budowy mózgu, m. in. po raz pierwszy rozróżnił istotę szarą i białą. Wysunął koncepcję, że czynności psychiczne, w tym również emocje, są funkcją kory mózgu, zbudowanej z istoty szarej.

Czynności psychiczne składają się z wielu niezależnych dziedzin, z których każda jest

sterowana przez specjalny obszar kory mózgu;

• XIX wiek - P. Broca – uszkodzenie ośrodka w lewym płacie czołowym powoduje zaburzenie mowy;

Ferrier D. – posługując się techniką drażnienia i usuwania kory mózgu u małp, wyróżnił okolicę ruchową, wzrokową i słuchową;

• Za początek nowoczesnego okresu w interpretacji zachowania można uważać ukazanie się w 1872 roku pracy K. Darwina O WYRAZIE UCZUĆ U CZŁOWIEKA I ZWIERZĄT.

• Pod wpływem zoopsychologii McDougall stworzył teorię instynktu., wg której w instynkcie przejawia się zarówno komponent obiektywny, jak i subiektywny – emocyjny.

• Etologia – bada zachowanie w aspekcie przyczynowym i przystosowawczym; rozwój filogenetyczny i ontogenetyczny reakcji behawioralnych;

• Neurobiologia – mechanizmy sterujące czynnościami ruchowymi, mechanizmy percepcji, uczenie się i pamięć, sterowanie przez mózg czynnościami motywacyjnymi;

2. Cechy charakterystyczne organizmów żywych: poziomy organizacji materii (integrony); organizm żywy jako układ złożony

Pomimo ogromnej różnorodności, organizmy zamieszkujące naszą planetę mają pewne wspólne swoiste cechy, odróżniające je od obiektów nieożywionych:

• precyzyjny sposób organizacji

• wzrost i rozwój

• samoregulujący się metabolizm

• zdolność reagowania na bodźce

• rozmnażanie się

• przystosowanie do środowiska naturalnego

• Wszystkie organizmy żywe zbudowane są z podstawowych jednostek, zwanych komórkami.

Każda nowa komórka może powstać tylko przez podział innej, macierzystej.

W świecie żywym występują dwa podstawowe typy komórek : prokariotyczne i eukariotyczne. Komórki prokariotyczne budują wyłącznie organizmy bakterii i mikroorganizmy nazwane archeowcami. Wszystkie inne organizmy są zbudowane z komórek eukariotycznych.

• Wzrost biologiczny polega na zwiększaniu się rozmiarów komórek budujących organizm, na zwiększaniu się ich liczby bądź na obu tych procesach razem. Jedną ze szczególnych właściwości procesów wzrostowych jest to, że każda rosnąca część organizmu nieprzerwanie pełni swoje funkcje.

• Procesy metaboliczne zachodzą nieprzerwanie w każdym żywym organizmie i muszą być precyzyjnie regulowane w celu utrzymywania homeostazy. Jeżeli dana komórka wyprodukuje dostateczną ilość danej substancji, dalsza produkcja musi spaść lub ustać. Jeżeli wystąpi zapotrzebowanie na określoną substancję, to w komórce zostają uruchomione procesy związane z jej produkcją. Mechanizmy homeostatyczne są samoregulującymi się układami, bardzo czułymi i efektywnymi.

• Wszystkie organizmy żywe reagują na bodźce, tj. na zmiany fizyczne lub chemiczne zachodzące w ich środowisku wewnętrznym lub zewnętrznym.

• Zdolność populacji do ewoluowania ( zmieniania się w czasie ) i adaptowania do środowiska umożliwia im trwanie w stale zmieniającym się świecie. Adaptacje są specyficznymi cechami, zwiększającymi zdolność organizmu do przeżycia w określonych warunkach.

HIERARCHIA BIOLOGICZNEJ ZŁOŻONOŚCI

• Na każdym poziomie struktury i funkcje są ze sobą ściśle związane. Jednym ze sposobów analizowania określonego poziomu jest rozpoznawanie jego składników.

Poznawanie struktury na podstawie analizy jej części nazywa się redukcjonizmem.

Niemniej dana całość jest czymś więcej, niż sumą struktur wchodzących w jej skład. Każdy wyższy poziom organizacji odznacza się określonymi wskaźnikami właściwości, nie występującymi na niższych poziomach.

• Atomy łączą się w cząsteczki różnej wielkości, łącznie z makrocząsteczkami, takimi jak białka i DNA. Z atomów i cząsteczek są zbudowane organelle, np. jądro komórkowe i mitochondria. Organelle, współpracując ze sobą, pozwalają komórce pełnić różne funkcje. Komórki łączą się w tkanki. Tkanki tworzą narządy, które z kolei składają się na układy. Układ współpracuje z innymi, tworząc żywy organizm. Populacja składa się z organizmów jednego gatunku. Różne populacje zamieszkujące określony obszar tworzą biocenozy, które wraz ze środowiskiem nieożywionym stanowią ekosystem. Ziemia i wszystkie zamieszkujące ją zespoły populacji składają się na biosferę.

3. Materialne podłoże życia: pierwiastki, związki nieorganiczne i organiczne, biomolekuły

   (węglowodany, lipidy, białka i kwasy nukleinowe – ich struktura i funkcja w komórce ).

Do związków organicznych należą substancje, w których atomy węgla połączone wiązaniami kowalencyjnymi tworzą szkielet cząsteczek;

WĘGLOWODANY

Cukry i skrobia służą jako źródło energii w komórce, celuloza jest głównym składnikiem strukturalnym ścian komórkowych roślin;

• monosacharydy

  - 3-7 atomów węgla; w cząsteczce monosacharydu grupa hydroksylowa znajduje się przy każdym atomie węgla, z wyjątkiem jednego, z którym jest połączony atom tlenu za pomocą podwójnego wiązania kowalencyjnego;

  - np. glukoza- źródło energii;wykorzystywana jest także do syntezy innych składników komórki, takich jak aminokwasy i kwasy tłuszczowe; jest ważnym ogniwem w metabolizmie komórki;

  - ryboza, deoksyryboza wchodzące w skład kwasów nukleinowych

  - fruktoza, galaktoza, mannoza;

• disacharydy

  - zbudowane z kilku (2-10) reszt monosacharydów połączonych ze sobą wiązaniem glikozydowym; wiązanie glikozydowe w dwucukrze powstaje najczęściej między węglem 1 jednej reszty a węglem 4 drugiej reszty monosacharydu;

  - np. maltoza, sacharoza, laktoza, celobioza;

• polisacharydy

  - makrocząsteczki zbudowane z powtarzających się reszt cukrów prostych, najczęściej glukozy;

  - węglowodany najobficiej występujące w przyrodzie;

  - polisacharydy tworzą długie, rozgałęzione łańcuchy; np. skrobia, glikogen, celuloza;

  Funkcje węglowodanów

  Węglowodany spełniają w organizmach następujące funkcje:

  zapasowe – podczas wieloetapowego spalania 1 g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen

  transportowa – u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza

  budulcowa (celuloza, hemiceluloza)

  wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek.

  hamują krzepnięcie krwi – heparyna

  są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza).

LIPIDY

• lipidy stanowią heterogenną grupę związków; wszystkie są jednak rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych, a względnie nierozpuszczalne w wodzie;

• cząsteczki lipidów są zbudowane głównie z atomów węgla i wodoru, zwykle występuje w nich tylko kilka hydrofilowych grup funkcyjnych zawierających tlen;

• do biologicznie ważnych lipidów zalicza się tłuszcze właściwe, fosfolipidy, karotenoidy, steroidy i woski;

- fosfolipidy są głównym składnikiem błon biologicznych

- karotenoidy uczestniczą w procesie fotosyntezy u roślin; większość zwierząt niektóre karotenoidy przekształca w witaminę A, która następnie może ulec przemianie w barwnik wzrokowy retinal;

- do steroidów pełniących w organizmie ważne funkcje należą: cholesterol, kwasy żółciowe, hormony płciowe, kortyzol i inne hormony wydzielane prze korę nadnerczy;

- niektóre lipidy są przekaźnikami chemicznymi, np. prostaglandyny;

BIAŁKA

• makrocząsteczki zbudowane z reszt aminokwasowych;

• białka są przystosowane do pełnienia w komórce określonej roli. Struktura i aktywność każdej komórki w dużym stopniu zależy od obecności i stężenia pewnych białek;

• białka zbudowane są z ponad 20 rodzajów aminokwasów, mogących tworzyć nieograniczoną liczbę kombinacji;

- pierwszorzędowa struktura – decyduje o własnościach białek

- drugorzędowa struktura- dotyczy przestrzennego ułożenia łańcucha, który może mieć postać helisy, harmonijki

- trzeciorzędowa struktura- powstaje wskutek wzajemnych oddziaływań oddalonych od siebie aminokwasów łańcucha polipeptydowego i warunkują wiązania wodorowe, dwusiarczkowe

- czwartorzędowa struktura- określa wzajemne ułożenie i rodzaj wiązań podjednostek

przestrzenna budowa danego białka wpływa na jego właściwości, a wyższe poziomy organizacji wynikają ze specyfiki struktur niższego rzędu;

Białka mają następujące funkcje:

• kataliza enzymatyczna – od uwadniania dwutlenku węgla do replikacji chromosomów

• transport – hemoglobina, transferyna, białka kanałów jonowych w błonie

• magazynowanie – ferrytyna

• kontrola przenikalności błon – regulacja stężenia metabolitów w komórce

• ruch uporządkowany – skurcz mięśnia, ruch – np. aktyna, miozyna

• wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych

• bufory

• kontrola wzrostu i różnicowania

• immunologiczna – np. immunoglobuliny

• budulcowa, strukturalna – np. &-keratyna, elastyna, kolagen

• przyleganie komórek (np. kadheryny)

• regulatorowa (regulacja hormonalna i regulacja przebiegu procesów genetycznych) – reguluje przebieg procesów biochemicznych – np. hormon wzrostu, insulina, czynniki transkrypcyjne i inne.

KWASY NUKLEINOWE

Kwasy nukleinowe przenoszą informacje genetyczną z pokolenia na pokolenie i determinują rodzaj białek syntetyzowanych w komórce; wykryto 2 rodzaje kwasów: rybonukleinowy i deoksyrybonukleinowy; kwasy nukleinowe są polimerami nukleotydów, w skład których wchodzą:

• pięciowęglowy cukier (deoksyryboza lub ryboza)

• jedna lub więcej grup fosforowych, które odpowiadają za kwasowy charakter cząsteczki

• zasada azotowa

4. Powiązania strukturalno-funkcjonalne w obrębie komórki na przykładzie neuronu,

   włókna mięśniowego, erytrocytu i plemnika.

BUDOWA I CZYNNOŚĆ POSZCZEGÓLNYCH CZĘŚCI NEURONU

• Błona komórkowa – oddziela cytoplazmę neuronu od środowiska zewnątrzkomórkowego i odgrywa ważną rolę w procesach pobudliwości neuronu; wyspecjalizowane części błony wchodzą w skład synaps; zbudowana z lipidów, ułożonych poprzecznie (dwuwarstwowy zrąb błony); w zrębie znajdują się 2 rodzaje białek: kanały jonowe i receptory przekaźników oraz enzymy regulujące procesy życiowe komórki (pozostają w luźnej łączności z błoną);

• Jądro – składnikiem jest chromatyna, zawierająca łańcuchy DNA; otoczone jest błoną zaopatrzoną w pory, przez które odbywa się wymiana substancji; przez pory opuszczają jądro rybosomy;

• Cytoplazma – intensywna synteza białek; odpowiedzialna za to jest siateczka śródplazmatyczna, występująca w dwóch postaciach: ziarnistej i gładkiej.

  Zsyntetyzowana cytoplazma wraz ze strukturami komórkowymi wytworzonymi w sąsiedztwie jądra przesuwa się do aksonów i stale przez nie przepływa. Cytoplazma przepływa przez aksony w kierunku ortodromowym, czyli postępującym, od ciała neuronu do zakończeń aksonu.

• Mitochondria – zbiornik energii, którą komórka wykorzystuje na podtrzymanie swoich procesów życiowych; paliwem jest ATP;

• W ciele neuronu powstają wszystkie składniki budulcowe i funkcjonalne komórki;

składniki budulcowe: elementy szkieletu komórki

składniki funkcjonalne: enzymy, przekaźniki, czynniki wzrostu i hormony;

• Ważnym składnikiem cytoplazmy neuronu są elementy nadające komórce nerwowej odpowiedni kształt- cytoszkielet. Nadaje on aksonowi niezbędną elastyczność, umożliwia zmianę jego długości wraz ze wzrastaniem organizmu, a także tworzy drogi dla dwukierunkowego transportu substancji;

3 części składowe cytoszkieletu: neurofilamenty, mikrotubule i mikrofilamenty;

ERYTROCYT

• U ssaków jądro erytrocytu zanika w trakcie rozwoju krwinki;

• elastyczne rusztowanie z mikrofilamentów nadaje krwince kształt, a zarazem umożliwia plastyczne odkształcanie się komórki podczas jej wędrówki przez naczynia, których średnica jest często mniejsza niż wymiary komórki;

• dwuwklęsły kształt zapewnia krwince większą powierzchnię w stosunku do jej objętości;

• dzięki temu wszystkiemu tlen i dwutlenek węgla mogą efektywnie przenikać z komórki i do jej wnętrza;

PLEMNIK

• Dojrzały plemnik składa się z wstawki, główki i witki;

• główka jest zbudowana prawie wyłącznie z jądra (zawiera silnie skondensowany materiał genetyczny), jego szczytowa część jest pokryta akrosomem, pęcherzykiem różnicującym się z aparatu Golgiego; akrosom zawiera enzymy (hialuronidazy, akrozyny), które są niezbędne do penetracji komórki jajowej;

• we wstawce znajdują się mitochondria, które dostarczają energii niezbędnej dla ruchu plemnika;

• witkę plemnika tworzy charakterystyczny układ mikrotubul;

• w czasie różnicowania się plemnika znaczna część cytoplazmy jest odrzucana i fagocytowana przez duże komórki Sertoliego;

WŁÓKNO MIĘŚNIOWE

włókna mięśniowe są zgrupowane w pęczki otoczone tkanką łączną; każde włókno mięśnia (poprzecznie prążkowanego) jest długą cylindryczną komórką;

błona komórkowa włókna mięśniowego, zwana sarkolemą, ma liczne wpuklenia, tworzące układ kanalików T; w sarkoplazmie znajdują się nitkowate miofibryle, biegnące wzdłuż włókna mięśniowego; składają się z jeszcze mniejszych miofilamentów; rozróżniamy filamenty miozynowe i aktynowe; filamenty miozynowe są grubsze, natomiast filamenty aktynowe zawierają białek tropomiozynę i kompleks troponin, które regulują współpracę filamentów aktynowych i miozynowych;

5. Drogi wymiany substancji między komórką i otoczeniem i ich podłoże strukturalne.

• Błony biologiczne są selektywnie przepuszczalne, tzn. są przepuszczalne dla jednych substancji, a nieprzepuszczalne dla innych;

przez błony biologiczne stosunkowo łatwo przechodzą małe cząsteczki i substancje rozpuszczalne w lipidach, tzn. te, które mogą przedostać się przez hydrofobowe wnętrze błony; środkowa część dwuwarstwy lipidowej jest hydrofobowa, więc błony biologiczne stanowią barierę dla większości polarnych cząsteczek ( nierozpuszczalnych w tłuszczach );

• w zależności od zmiennych warunków zewnętrznych lub lub zapotrzebowania komórki błona może okresowo stanowić barierę dla jakiejś substancji, dla której w innych warunkach jest przepuszczalna; regulacja transportu związków chemicznych przez błonę komórkową pozwala regulować objętość komórki oraz skład jonowy i cząsteczkowy jej wnętrza;

• transport przez błonę komórkową zależy od masy cząsteczkowej, właściwości, średnicy i ładunku elektrycznego cząsteczek związków chemicznych;

Błony biologiczne są odpowiedzialne za:

• Bierny i czynny transport jonów i substancji niejonowych,

• Pobieranie przez komórkę np. aminokwasów, czy cukrów,

• Wydzielanie zbędnych lub szkodliwych substancji

• Utrzymanie na określonym poziomie stężenia ważnych dla życia jonów

TRANSPORT PRZEZ BŁONY

Dyfuzja prosta – przebiega zgodnie z zasadą dążności do wyrównania stężeń. Cząstki przechodzą przez błonę z obszaru o większym stężeniu do miejsca o stężeniu mniejszym, tym szybciej im wyższa różnica stężeń.

(przykład: transport etanolu, tlenu, dwutlenku węgla, azotu itd.)

Dyfuzja ułatwiona – biorą w niej udział białka zwane nośnikami. Substancja przenikająca łączy się z nośnikiem, czyli odpowiednim białkowym składnikiem błony. Tworzą kompleks substancja – nośnik. Po przeniesieniu substancji na drugą stronę błony nośnik zostaje uwolniony i może przenieść kolejną cząsteczkę substancji.

Dyfuzja ułatwiona może zachodzić również za sprawą białek błonowych tworzących kanały, przez które przechodzą jony nieorganiczne. Kanały te wykazują selektywność jonową i nie są ustawicznie otwarte.

Transport aktywny – ponieważ zachodzi wbrew gradientowi stężeń wymaga nakładu energii pochodzącej z ATP.

Ten rodzaj transportu dostarcza komórce substancje do reakcji enzymatycznych, zapewnia odpowiednie ciśnienie osmotyczne.

(przykład: transport aminokwasów, cukrów, jonów sodowo – potasowych)

Transport cząsteczek tzn. białek, polinukleotydów, czy wielocukrów odbywa się na drodze:

ENDOCYTOZA

W procesie egzocytozy, w wyniku fuzji pęcherzyków z błoną komórkową komórka wydala zbędny materiał lub specyficzne produkty sekrecji takie jak hormony. Wynikiem egzocytozy jest uwolnienie zawartości pęcherzyków sekrecyjnych i wbudowanie ich błony w błonę komórkową. Jest to podstawowy mechanizm powiększania błony komórkowej.

6. Ogólna charakterystyka metabolizmu komórki; główne powiązania pomiędzy procesami

   anabolicznymi i katabolicznymi; zasada działania enzymów.

Oddychanie tlenowe

ETAP	REAKCJA	SUBSTANCJE WYJŚCIOWE	PRODUKTY KOŃCOWE
Glikoliza (w cytosolu)	Seria reakcji, w których glukoza ulega degradacji do pirogronianu; zyskiem są 2 ATP; atomy wodoru przenoszą się na przenośniki; może zachodzić bez tlenu	Glukoza, ATP, NAD+, ADP, Pi	Pirogronian, ATP, NADH
Powstanie Acetylo-CoA (w mitochondriach)	Pirogronian rozpada się, 2-C fragment łączy się z CoA i powstaje Acetylo-CoA; atomy wodoru przenoszą się na przenośniki; uwalnia się dw. węgla	Pirogronian, koenzym A, NAD+	Acetylo-CoA, dwutlenek węgla, NADH
Cykl kwasu cytrynowego (w mitochondriach)	Seria reakcji, w których reszta acetylowa z Acetylo-CoA rozkłada się do dw. węgla; atomy wodoru przechodzą na przenośniki; powstaje ATP; tlen nie bierze udziały w reakcjach	Acetylo-CoA, woda, NAD+, FAD, ADP, Pi	Dwutlenek węgla, NADH, FADH2, ATP
Transport elektronów i chemiosmoza (w mitochondriach)	Łańcuch kilkunastu cząsteczek przenoszących elektrony; energia uwolniona podczas transportu elektronów służy do tworzenia gradientu protonowego; ATP powstaje w miarę dyfuzji protonów w kierunku ich niższego stężenia; tlen jest końcowym akceptorem elektronów; reakcja silnie egzoenergiczna – w komórce przebiega stopniowo, a uwalniana w małych dawkach energia zostaje przekształcona w formę biologicznie użyteczną	NADH, FADH2, tlen, ADP, Pi	ATP, woda, NAD+, FAD

Całkowite utlenienie jednej cząsteczki glukozy prowadzi do powstania najwyżej 36-38 cząsteczek ATP ( 2 w glikolizie, 2 w cyklu Krebsa, 32-34 w łańcuchu transportu elektronów i chemiosmozie).

Oddychanie beztlenowe, fermentacja

• W przypadku braku dostatecznej ilości tlenu proces biologicznego utlenienia kończy się na etapie glikolizy. Rozpoczyna się wtedy proces fermentacji, w czasie której zachodzi jeszcze przemiana otrzymanego z glikolizy kwasu pirogronowego w alkohol etylowy (fermentacja alkoholowa), kwas mlekowy (fermentacja mlekowa) lub inne kwasy organiczne.

• W każdym z tych przypadków kwas pirogronowy ulega przede wszystkim redukcji do aldehydu fosfoglicerynowego, z wykorzystaniem przenośników wodoru NADH otrzymanych z glikolizy. W ten sposób odzyskiwany jest niezredukowany ( NAD+) przenośnik wodoru, niezbędny do przebiegu glikolizy.

• Fermentacja alkoholowa i mleczanowa są procesami nieefektywnymi, ponieważ wprowadzone paliwo utlenia się tylko częściowo; zyskiem fermentacji są 2 cząsteczki ATP na jedną cząsteczkę glukozy;

GŁOWNE ETAPY ODDYCHANIA TLENOWEGO

PROCESY ANABOLICZNE I KATABOLICZNE

Katabolizm- reakcje metaboliczne, w których następuje degradacja związków o skomplikowanej budowie do związków o strukturach prostych. W wyniku reakcji katabolicznych powstaje energia, gromadzona w wiązaniach wysokoenergetycznych (ATP) oraz produkty przemiany materii (związki azotowe) na ogół wydalane przez organizm;produkty ostateczne: dwutlenek węgla, woda i ATP.

Anabolizm- ze składników o prostych strukturach są syntetyzowane składniki komórkowe o bardziej złożonej i skomplikowanej budowie; procesy anaboliczne z reguły wymagają dopływu energii; w dojrzałej komórce procesy kataboliczne są równoważone procesami anabolicznymi; w komórkach rosnących przeważa anabolizm, natomiast po śmierci komórki anabolizm ustaje, a procesy kataboliczne doprowadzają do rozkładu czyli autolizy.

Przykłady procesów anabolicznych:

• Synteza tłuszczów - powstanie tłuszczów jest bardzo ściśle związane z oddychaniem, ponieważ niektóre metabolity tego procesu są produktami do syntezy tłuszczów tzn. kwasów tłuszczowych i glicerolu,

• Synteza kwasów tłuszczowych - kwasy te tworzą się przez stopniowe przyłączanie reszty dwuwęglanowej,

• Powstanie glicerolu

• Glukoneogeneza - proces syntezy glukozy z prekursorów, które nie są węglowodanami, proces tez zachodzi w wątrobie,

• Glikogeneza - proces syntezy glikogenu z glukozy,

• Biosynteza białek,

• Fotosynteza, chemosynteza w czasie, której u roślin zostaje związany dwutlenek węgla,

• Biosynteza DNA (replikacja),

• Biosynteza RNA (transkrypcja),

• Synteza produktów przemiany azotowej,

• Wiązanie azotu atmosferycznego,

Przykłady procesów katabolicznych:

• Hydroliza tłuszczów - prowadzi do ich rozpadu na glicerol i wolne kwasy tłuszczowe,

• Glikoliza - katabolizm cząsteczki, który zachodzi w cytoplazmie i polega na przekształceniu glukozy w kwas pirogronowy z jednoczesną syntezą ATP,

• Katabolizm białek - zachodzi pod wpływem enzymów proteolitycznych,

• Fermentacja,

• Cykl Krebsa (cykl kwasu cytrynowego),

• Łańcuch oddechowy,

• Fotooddychanie charakterystyczne dla organizmów roślinnych.

ZASADA DZIAŁANIA ENZYMÓW

• w komórce szybkość reakcji chemicznych regulują enzymy, pełniące funkcje biologicznych katalizatorów, tzn. przyspieszają przebieg reakcji chemicznych, nie ulegając zużyciu;

• enzym wpływa na szybkość reakcji, zmniejszając energię aktywacji (Ea) niezbędną do jej zapoczątkowania; dzięki temu mniejsza energia pobudzi do reakcji większą liczbę cząsteczek w danym czasie, a więc reakcja przebiegnie szybciej;

• enzym nie wpływa na zmianę energii swobodnej - może on tylko przyspieszać reakcję, która mogłaby zajść też bez jego udziału;

Enzym przyspiesza reakcję, zmniejszając energię aktywacji. W obecności enzymu substraty wymagają mniej energii kinetycznej do zapoczątkowania reakcji.

• Enzym tworzy niestabilny pośredni kompleks z substratem; w wyniku rozpadu kompleksu enzym-substrat (kompleks ES) uwalnia się produkt i cząsteczka enzymu, która może ponownie związać się z substratem w nowy kompleks ES;

• enzym ma jedno lub więcej aktywnych miejsc aktywnych zwanych centrami aktywnymi, tzn. miejsc, do których może przyłączyć się substrat;

• kształt centrum aktywnego enzymu nie odpowiada dokładnie kształtowi cząsteczki substratu; po związaniu substratu z enzymem następuje indukowane dopasowanie miejsca aktywnego do kształtu cząsteczki substratu;

• kształt centrum aktywnego enzymów jest ściśle dopasowany do kształtu cząsteczki substratu – większość z nich jest ściśle wyspecjalizowana i katalizuje tylko kilka pokrewnych reakcji chemicznych albo tylko jedną konkretną reakcję;

• niektóre enzymy składają się tylko z białka; w skład innych enzymów wchodzą jednak dwa składniki: część białkowa, nazywana apoenzymem, i dodatkowa, nazywana kofaktorem; rolę kofaktora może pełnić cząsteczka nieorganiczna lub organiczna;

• enzymy wykazują największą aktywność w ściśle określonych warunkach, tj. w odpowiedniej temperaturze (temperatura zbliżona do temperatury ciała; w wysokiej temp. enzymy ulegają denaturacji), właściwym pH (odczyn środowiska wpływa na rozkład ładunków elektrycznych w enzymie; zmiany ładunku oddziałują na wiązania jonowe odpowiedzialne za strukturę trzecio- i czwartorzędową, co prowadzi do zmian konformacji i aktywności białka) i stężeniu jonów; każda zmiana warunków zmniejsza aktywność enzymu;

• komórka reguluje aktywność enzymu przez regulację jego syntezy (zmiany jego zawartości w komórce) i zmianę warunków kształtujących strukturę przestrzenną jego cząsteczki;