Wyklad 2, Zoologia bezkręgowców


Wykład 2

METABOLIZM (gr. metabole = przemiana) - przemiana materii - całość procesów biochemicznych zachodzących w żywych organizmach, warunkujących ich wzrost i funkcjonowanie.

Metabolizm obejmuje dwa przeciwstawne procesy:

anabolizm (gr. anabalein - dorzucać, podwyższać),

katabolizm (gr. katabalein - odrzucać, obniżać

Amfibolizm - przemiany biochemiczne prowadzące do powstawania metabolitów pośrednich, które mogą być włączane zarówno w procesy anaboliczne, jak i kataboliczne.

Procesy anaboliczne

Fotosynteza , chemosynteza, biosynteza organicznych związków azotowych (aminokwasów, białek, nukleotydów

Procesy kataboliczne: oddychanie i fermentacja

Poziomy metabolizmu komórkowego metabolizm pierwotny i metabolizm wtórny

Przemiany metaboliczne wymagają:odzywiania, oddychania, krażenia, wydalania

Ze względu na źródło węgla i energii do budowy związków organicznych organizmy dzieli się na: 

autotrofy - mogą wykorzystywać CO2 jako jedyne źródło węgla,

fototrofy - korzystają z energii świetlnej przekształcając ją w energię wiązań chemicznych,

chemotrofy - korzystają z energii chemicznej,

heterotrofy - wymagają w pokarmie przynajmniej jednego związku organicznego, który służy jako źródło węgla.

Fotosynteza jest to synteza związków organicznych z prostych substancji mineralnych kosztem energii świetlnej

Fotosynteza przebiega w dwóch fazach:

faza świetlna - fotochemiczna, faza ciemna

Istotą fazy świetlnej jest przekształcenie energii świetlnej w energię wiązań chemicznych zawartych w ATP. W tym procesie biorą udział barwniki fotosyntezy i przenośniki elektronów. Barwniki fotosyntezy tworzą zespoły: chlorofil, karotenoidy, białka i in.

Zespół barwników składa się z centrum aktywnego (jest to jedna na ok. 500 cząsteczek chlorofilu, z której może być wybity elektron i przekazany na przenośniki elektronów) oraz tzw. „anten” (pozostałe cząsteczki chlorofilu), które wyłapują fotony i przekazują tę energię do centrum aktywnego

PS I: chlorofil a   P-700 (chlorofil o maksimum absobcji światła o długości fali 700 nm; szczególne własności optyczne zawdzięcza specyficznemu powiązaniu z białkiem)

PS II: chlorofil a   P-680 (chlorofil o maksimum absobcji światła o długości fali 680 nm; szczególne własności optyczne zawdzięcza specyficznemu, innemu niż chlorofil P-700, powiązaniu z białkiem), chlorofil b, karotenoidy

Każdy elektron wybity z chlorofilu niesie pewną porcję energii, którą stopniowo traci wędrując do akceptorów. Energia ta częściowo rozprasza się, a częściowo gromadzi w ATP w procesie fosforylacji fotosyntetycznej

W zależności od kierunku przepływu elektronów wyróżnia się fosforylację:

Cykliczna , niecykliczna

FAZA CIEMNA - podczas fazy ciemnej siła asymilacyjna redukuje grupę karboksylową, wytworzoną po związaniu dwutlenku węgla, do grupy aldehydowej, czyli do poziomu cukru. Odbywa się to w trzech etapach:karboksylacja, redukcja, regeneracja.

Niektóre produkty redukcji ulegają ponownej karboksylacji, wskutek czego przemiany fazy ciemnej mają charakter cykliczny i noszą nazwę CYKLU CALVINA (ROŚLINY C3 - pierwszym stabilnym produktem karboksylacji jest związek trójwęglowy; około 90% roślin to rośliny C3).

W niektórych roślinach wykryto odmienny cykl przemian zwany CYKLEM HATCHA i SLACKA (ROŚLINY C4 - pierwszym stabilnym produktem karboksylacji jest związek czterowęglowy; rośliny C4 występują głównie na obszarach o klimacie gorącym: kukurydza, trzcina cukrowa).

Chemosynteza - jest to zdolność do przyswajania dwutlenku węgla kosztem energii chemicznej. Dla organizmów chemosyntetyzujących źródłem energii są reakcje utleniania substancji mineralnych, np. amoniaku, siarkowodoru, soli żelazawych.

Fazy chemosyntezy:

-faza przekształcania energii - reakcje  utleniania substancji mineralnych

-faza przekształcania substancji - przebiega podobnie, jak w cyklu Calvina.

Znaczenie chemosyntezy: ilość materii organicznej wytworzonej w procesie chemosyntezy jest znikoma w porównaniu z masą wytworzoną przez organizmy fotosyntetyzujące. Główną rolą chemosyntezy jest utlenianie nieprzyswajalnych lub trujących związków mineralnych (np. siarkowodoru), które zostają w ten sposób przekształcone w formy dostępne dla roślin.

Oddychanie = utlenianie biologiczne - jest to proces rozkładu złożonych substancji organicznych na prostsze związki z uwalnianiem energii w formie użytkowej.

Oddychanie = utlenianie biologiczne - jest to proces rozkładu złożonych substancji organicznych na prostsze związki z uwalnianiem energii w formie użytkowej.

Znaczenie oddychania:

dostarcza energii potrzebnej do normalnego funkcjonowania komórki,

dostarcza materiałów wyjściowych do syntezy podstawowych składników komórkowych, na przykład acetylo-CoA.

Wyróżnia się następujące typu procesów oddechowych: oddychanie tlenowe, oddychanie beztlenowe, fermentacja.

Energia uwolniona podczas oddychania komórkowego magazynowana jest w makroergicznych wiązaniach ATP na drodze fosforylacji ADP.

fosforylacja oksydacyjna i fosforylacja substratowa

Podstawowy typ oddychania, przebiegający w normalnych warunkach we wszystkich komórkach żywych organizmów

C6H12O6 +  6 O2 + 36 ADP + 36 P  -> 6 CO2  +  6 H2O + energia 36 ATP

Etapy oddychania tlenowego:

Glikoliza (w cytozolu

Tworzenie acetylo-CoA (w mitochondrium)

Cykl kwasu cytrynowego - cykl Krebsa (w mitochondrium)

Łańcuch oddechowy - łańcuch przenośników elektronów (w wewnętrznej błonie mitochondrium)

Powstający w wyniku glikolizy pirogronian wnika do macierzy mitochondrium, gdzie ulega przemianom cyklu Krebsa: zostaje utleniony do dwutlenku węgla i wody, a uwalniająca się energia zostaje przekazana za pośrednictwem elektronów do NAD i FAD (powstaje NADH i FADH) do łańcucha oddechowego zlokalizowanego na grzebieniach mitochondriów. Przechodząc z powrotem w formę utlenioną NAD i FAD oddają elektrony, które przechodząc przez szereg akceptorów oddają energię, która zużywana jest na powstawanie wiązań w ATP.

Przenośniki elektronów:

Ferrodoksyna, Plastocyjanina, Plastochinon,Cytochromy, Nukleotydy nikotynamidoadeninowe (NADP i NAD)

Fotorespiracja to stymulowane światłem wydzielanie dwutlenku węgla i zużywanie energii w postaci ATP i NADPH występujące u roślin, w którym współuczestniczą chloroplasty, peroksysomy i mitochondria.

W warunkach silnego oświetlenia i przy normalnym stężeniu CO2 w atmosferze ilość uwalnianego CO2 w procesie fotooddychania może przewyższać ilość dwutlenku węgla uwalnianego podczas właściwego oddychania mitochondrialnego (ciemniowego).

Oddychanie beztlenowe jest spotykane tylko u bakterii, które wykorzystują utlenione związki mineralne jako akceptory elektronów.

Redukcja azotanów (denitryfikacja)

Paracoccus dentrificans:

2 NO3-- + 4 H+  ->  2 NO2-- + 2 H2O

2 NO2-- + 4 H+  ->  2 NO + 2 H2O

2 NO + 2 H+  ->  N2O + H20

N2O + 2H+  ->  N2 + H2O

Redukcja siarczanów

SO4-- -- + 8 H+  ->  H2S + H2O + 2 OH--

Redukcja węglanów i CO2

Methanobacterium sp. (bakterie metanogenne)

8 H+ + CO2  ->  CH4 + 2 H2O

Fermentacja jest to forma oddychania beztlenowego występująca głównie u bakterii i drożdży, oprócz tego w komórkach mięśniowych zwierząt w warunkach niedoboru tlenu, w kiełkujących nasionach i komórkach korzeni roślin przy ograniczonym dostępie tlenu.

Fermentacja jest to forma oddychania beztlenowego występująca głównie u bakterii i drożdży, oprócz tego w komórkach mięśniowych zwierząt w warunkach niedoboru tlenu, w kiełkujących nasionach i komórkach korzeni roślin przy ograniczonym dostępie tlenu.

Organizmy przeprowadzające fermentacje: beztlenowce względne i bezwzględne

Efekt Pasteura - warunki tlenowe hamują fermentacyjny cykl przemian kwasu pirogronowego - glukoza rozkłada się tlenowo, zmniejsza się jednocześnie zużycie substratu oddechowego, np. cukru.

Enzymy - biokatalizatory, fermenty - białka katalizujące reakcje zachodzące w żywych organizmach.

Enzymy występują jako:

białka proste - zbudowane wyłącznie z aminokwasów,

białka złożone - oprócz części białkowej - APOENZYMU - zawierają część niebiałkową:

grupa prostetyczna - związana z apoenzymem za pomocą wiązań kowalencyjnych (np. hem w cytochromach),

koenzym - może łatwo oddysocjować (np. NADH).

Sam apoenzym nie wykazuje aktywności enzymatycznej. Uzyskuje ją dopiero po połączeniu się z odpowiednim kofaktorem: grupą prostetyczną, koenzymem, lub jonem metalu. Taki kompleks nosi nazwę HOLOENZYMU.

Enzymy:

- obniżają energię katalizowanych reakcji, tzw. energię aktywacji - ilość energii potrzebnej do przebiegu dowolnej reakcji jest mniejsza od ilości energii wykorzystywanej w danej reakcji bez użycia enzymów,

- nie zmieniają się i nie zużywają się w wyniku reakcji - mogą wielokrotnie działać na kolejne porcje substratów,

- są specyficzne - działają na ściśle określone substraty.

Każdy enzym posiada tzw. centrum aktywne - miejsce aktywne - fragment cząsteczki enzymu biorący udział w wiązaniu substratu i przeprowadzaniu reakcji enzymatycznej.

miejsce wiązania substratu i miejsce katalityczne

Znane są dwa modele tłumaczące proces tworzenia się kompleksu enzym-substrat:

-model zamek - klucz - enzym jest traktowany jako molekularny zamek, do którego pasują tylko specyficzne molekularne klucze, czyli substraty

-model wzbudzonego dopasowania - w momencie przyłączenia się cząsteczki substratu do enzymu następuje zmiana kształtu cząsteczki enzymu.

AKTYWATOR - związek zwiększający szybkość reakcji lub procesu poprzez stymulację aktywności odpowiednich enzymów. Aktywatorami mogą być proste jony i związki nieorganiczne, jak również wielkocząsteczkowe substancje organiczne, np. białka.

INHIBITOR - substancja hamująca reakcje katalizowane przez enzymy.

Inhibicja odwracalna - inhibitor można oddzielić od enzymu, uzyskując aktywny enzym.

inhibicja kompetycyjna - przez współzawodnictwo - inhibitor ma strukturę podobną do substratu i wiąże się w centrum aktywnym enzymu, współzawodnicząc o miejsce wiązania z substratem. Nasilenie inhibicji zależy od ilościowego stosunku substratu i inhibitora.

inhibicja niekompetycyjna - bez współzawodnictwa - inhibitor nie łączy się z centrum aktywnym enzymu, lecz z innym jego fragmentem, jednak modyfikuje enzym i reakcja enzymatyczna nie zachodzi.

Inhibicja nieodwracalna - inhibitor wiąże się z enzymem w sposób trwały i nie można go oddzielić bez zniszczenia struktury enzymu.

Nazwy enzymów utworzono przez dodanie przyrostka -aza w zależności od substratu, z którym łączy się enzym.

W klasyfikacji międzynarodowej enzymy podzielono na 6 klas:

Oksydoreduktazy - katalizują reakcje utleniania i redukcji (dehydrogenazy, oksydazy)

Transferazy - (łac. transferre - przenosić) - przenoszą grupy chemiczne (np. grupę metylową, aminową) z jednego związku na drugi.

Hydrolazy - (łac. hydor - woda) - katalizują rozpad (hydrolizę) bardzo wielu wiązań chemicznych; proces ten wymaga udziału cząsteczki wody

Liazy - (gr. lio - rozszczepiam) - enzymy powodujące rozbicie wiązania typu C-O, C-N, C-S, itp. bez udziału wody

Izomerazy - powodują wewnątrzcząsteczkowe przekształcenia, umożliwiające przejście substratu w odpowiedni izomer

Ligazy - (syntetazy) - (łac. ligo - wiążę) - katalizują łączenie się wzajemne dwóch cząsteczek



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wyklad 3, Zoologia bezkręgowców
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad13, WYKŁAD 13
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad1, Wykład 1 11
Wyklad 6, Zoologia bezkręgowców
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad10, WYKŁAD 10
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad10, WYKŁAD 10
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad5, WYKŁAD 5
zoo wyklad 2, Zoologia bezkręgowców
Wyklad 4, Zoologia bezkręgowców
Wyklad 7, Zoologia bezkręgowców
Wyklad 8, Zoologia bezkręgowców
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad6, WYKŁAD 6
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad7, WYKŁAD 7
WYKLAD 5, Zoologia bezkręgowców
ZWIERZETA TO wyklad 1, Zoologia bezkręgowców
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad3, WYKŁAD 3
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad9, WYKŁAD 9
wykłady zoologia bezkregowcow, wyklad12, WYKŁAD 12
Wyklad 10, Zoologia bezkręgowców

więcej podobnych podstron