Informație

4: Cum obțin celulele energie - Biologie


  • 4.1: Energie și metabolism
    Celulele îndeplinesc funcțiile vieții prin diferite reacții chimice. Metabolismul unei celule se referă la combinația de reacții chimice care au loc în ea. Reacțiile catabolice descompun substanțele chimice complexe în altele mai simple și sunt asociate cu eliberarea de energie. Procesele anabolice construiesc molecule complexe din cele mai simple și necesită energie. În studierea energiei, termenul de sistem se referă la materia și mediul implicat în transferurile de energie.
  • 4.2: Glicoliza
    ATP funcționează ca moneda energetică pentru celule. Permite celulelor să stocheze pe scurt energia și să o transporte în sine pentru a susține reacțiile chimice endergonice. Structura ATP este cea a unui nucleotid ARN cu trei grupări fosfat atașate. Deoarece ATP este utilizat pentru energie, se desprinde o grupare fosfat și se produce ADP. Energia derivată din catabolismul glucozei este folosită pentru a reîncărca ADP în ATP. Glicoliza este prima cale folosită în descompunerea glucozei pentru a extrage energie.
  • 4.3: Ciclul acidului citric și fosforilarea oxidativă
    Ciclul acidului citric este o serie de reacții chimice care îndepărtează electronii de înaltă energie și îi utilizează în lanțul de transport de electroni pentru a genera ATP. O moleculă de ATP (sau un echivalent) este produsă la fiecare rundă a ciclului. Lanțul de transport al electronilor este porțiunea respirației aerobe care folosește oxigenul liber ca acceptor final de electroni pentru electronii eliminați din compușii intermediari în catabolismul glucozei.
  • 4.4: Fermentare
    Dacă NADH nu poate fi metabolizat prin respirație aerobă, se folosește un alt acceptor de electroni. Majoritatea organismelor vor folosi o anumită formă de fermentație pentru a realiza regenerarea NAD+, asigurând continuarea glicolizei. Regenerarea NAD + în fermentație nu este însoțită de producția de ATP; prin urmare, potențialul pentru NADH de a produce ATP folosind un lanț de transport de electroni nu este utilizat.
  • 4.5: Conexiuni cu alte căi metabolice
    Căile metabolice ar trebui considerate poroase - adică substanțele intră din alte căi, iar alte substanțe pleacă pentru alte căi. Aceste căi nu sunt sisteme închise. Multe dintre produsele dintr-o anumită cale sunt reactanți în alte căi.
  • 4.E: Cum obțin celulele energie (exerciții)

Capitolul 4: Introducere în modul în care celulele obțin energie

Figura 4.1 O colibri are nevoie de energie pentru a menține zborul prelungit. Pasărea își obține energia din preluarea hranei și transformarea energiei conținute în moleculele alimentare în forme de energie pentru a-și alimenta zborul printr-o serie de reacții biochimice. (credit: modificare a lucrării de către Cory Zanker)

Practic, fiecare sarcină îndeplinită de organismele vii necesită energie. Este necesară energie pentru a efectua muncă și exerciții fizice grele, dar și oamenii folosesc energia în timp ce gândesc și chiar în timpul somnului. De fapt, celulele vii ale fiecărui organism folosesc în mod constant energie. Nutrienții și alte molecule sunt importate în celulă, metabolizate (defalcate) și eventual sintetizate în molecule noi, modificate dacă este necesar, transportate în jurul celulei și, eventual, distribuite întregului organism. De exemplu, proteinele mari care alcătuiesc mușchii sunt construite din molecule mai mici importate din aminoacizii dietetici. Glucidele complexe sunt descompuse în zaharuri simple pe care celula le folosește pentru energie. Așa cum este nevoie de energie atât pentru a construi, cât și pentru a demola o clădire, energia este necesară pentru sinteza și descompunerea moleculelor, precum și pentru transportul moleculelor în și din celule. În plus, procesele precum ingerarea și descompunerea bacteriilor și virusurilor patogene, exportul deșeurilor și toxinelor și mișcarea celulei necesită energie. De unde și sub ce formă provine această energie? Cum obțin celulele vii energie și cum o folosesc? Acest capitol va discuta diferite forme de energie și legile fizice care guvernează transferul de energie. Acest capitol va descrie, de asemenea, modul în care celulele folosesc energia și o reînnoiesc și modul în care reacțiile chimice din celulă sunt efectuate cu mare eficiență.


Capitolul 4: Introducere în modul în care celulele obțin energie

Figura 4.1 O pasăre colibri are nevoie de energie pentru a menține zborul prelungit. Pasărea își obține energia din preluarea hranei și transformarea energiei conținute în moleculele alimentare în forme de energie pentru a-și alimenta zborul printr-o serie de reacții biochimice. (credit: modificare a lucrării de către Cory Zanker)

Practic, fiecare sarcină îndeplinită de organismele vii necesită energie. Este necesară energie pentru a efectua muncă și exerciții fizice grele, dar și oamenii folosesc energia în timp ce gândesc și chiar în timpul somnului. De fapt, celulele vii ale fiecărui organism folosesc constant energia. Nutrienții și alte molecule sunt importate în celulă, metabolizate (descompuse) și eventual sintetizate în molecule noi, modificate dacă este necesar, transportate în jurul celulei și, eventual, distribuite întregului organism. De exemplu, proteinele mari care alcătuiesc mușchii sunt construite din molecule mai mici importate din aminoacizii dietetici. Glucidele complexe sunt descompuse în zaharuri simple pe care celula le folosește pentru energie. Așa cum este necesară energie atât pentru construirea, cât și pentru demolarea unei clădiri, energia este necesară pentru sinteza și descompunerea moleculelor, precum și pentru transportul moleculelor în și din celule. În plus, procesele precum ingerarea și descompunerea bacteriilor și virusurilor patogene, exportul deșeurilor și toxinelor și mișcarea celulei necesită energie. De unde și sub ce formă provine această energie? Cum obțin celulele vii energie și cum o folosesc? Acest capitol va discuta diferite forme de energie și legile fizice care guvernează transferul de energie. Acest capitol va descrie, de asemenea, modul în care celulele folosesc energia și o reînnoiesc și modul în care reacțiile chimice din celulă sunt efectuate cu mare eficiență.


B4.3 Cum obțin energie organismele vii?

Toate organismele vii necesită energie eliberată de respirație pentru o anumită reacție chimică în celule - energia este utilizată pentru:

Molecule mari, cum ar fi amidon și celuloză sunt sintetizate din molecule mai mici precum glucoză în celulele vegetale. Aceasta implică unirea moleculelor de glucoză (monomeri) împreună pentru a forma un polimer (format din mai multe unități)

Aminoacizii sunt sintetizați din glucoză și nitrați. Proteinele sunt fabricate în celule vegetale, animale și bacteriene din șiruri de aminoacizi uniți între ei

RESPIRAȚIE AEROBICĂ eliberează energie prin descompunerea moleculelor de glucoză, prin combinarea acestora cu oxigenul din interiorul celulelor vii. Majoritatea celulelor animale și vegetale și a unor microorganisme respira aerob.

RESPIRAȚIA ANAEROBĂ are loc în condiții de oxigen scăzut sau absență de oxigen, inclusiv:

  • Celule animale (de exemplu, la om în timpul exercițiilor fizice viguroase)
  • Celule vegetale (de exemplu, în rădăcinile plantelor în solul îmbibat cu apă)
  • Celule microbiene (bacterii în răni prin puncție)

Ecuația pentru respirația anaerobă în celulele animale și unele bacterii este:

Ecuația pentru respirația anaerobă în celulele vegetale și în unele microorganisme (inclusiv drojdia, care este folosită la fabricarea berii și la fabricarea pâinii) este:

Respirația aerobă eliberează mai multă energie per moleculă de glucoză decât respirația anaerobă – maximum de 18 ori mai mult. La om, respirația anaerobă poate avea loc doar pentru o perioadă scurtă de timp.

  • Membrana celulara - permite gazelor și apei să intre și să iasă liber din celulă, acționând ca o barieră pentru alte substanțe chimice mai mari
  • Nucleu – conține ADN-ul care poartă codul genetic pentru producerea proteinelor, inclusiv enzimele necesare respirației.
  • Citoplasma – unde se produc proteinele, inclusiv enzimele utilizate în respirația anerobă
  • Mitocondriile – unde are loc respirația aerobă.

Celulele microbiene au structuri similare, dar cu unele diferențe importante:

BACTERII - o caracteristică importantă a bacteriilor este că nu au organite legate de membrană. Prin urmare, nu au nucleu sau mitocondrii

DROJDIE - drojdia este un tip de ciupercă - este folosită pentru a face pâine și alcool. Spre deosebire de bacterii, drojdia are organite legate de membrană.

Aplicații ale respirației anaerobe - Biotehnologia ne-a permis să folosim produsele respirației anaerobe

Prepararea pâinii – La un aluat se adaugă drojdia, făcută din făină, sare, apă și alte ingrediente. Aluatul este efectiv o sursă de glucoză necesară pentru respirația anaerobă

Prepararea alcoolului - Prepararea berii implică un proces de fermentare:

Fermentarea aerobă - drojdia este expusă aerului și crește rapid pe zahărul furnizat. Se produce ceva alcool, dar majoritatea energiei este utilizată pentru a produce mai multe celule de drojdie.

Respirația anaerobă - aceasta are loc în absența oxigenului. Drojdia respiră anaerob și produce alcool și dioxid de carbon în loc să se înmulțească

Biogaz - Acum este posibilă introducerea bacteriilor în substanțe biodegradabile, precum gunoiul de grajd, canalizarea și deșeurile menajere în depozitele de deșeuri. Digestia anaerobă duce la producerea de metan (un gaz exploziv) și dioxid de carbon. The metanul poate fi folosit ca combustibil ieftin.


Cum obțin și folosesc energia lucrurile vii?

Plantele obțin energie de la soare și folosesc dioxid de carbon și apă în procesul numit fotosinteză pentru a produce energie sub formă de zaharuri. Animalele folosesc zaharuri furnizate de plante și alte organisme pentru a produce energie sub formă de adenozin trifosfat (ATP).

Toate organismele vii își obțin materia și energia din mediu, fie că este vorba de aer, sol, apă sau alimente. Oamenii de știință au conceput Piramida Energiei pentru a explica modul în care energia se mișcă de-a lungul lanțului trofic. Piramida conține producători, consumatori primari, consumatori secundari și consumatori terțiari. Producătorii, cum ar fi plantele, se află în partea de jos a piramidei. Producătorii nu consumă alte organisme pentru energie. Consumatorii primari se bazează pe plante pentru energia lor, iar consumatorii secundari se bazează pe consumatorii primari pentru energia lor. În vârful piramidei se află consumatorii terțiari, sau descompozitorii, care câștigă energie de la consumatorii secundari. Descompozitorii descompun organismele în descompunere pentru a-și obține energia. Celulele din organismele vii au nevoie de energie pentru a-și menține structurile și funcționarea, precum și pentru a crește și a se reproduce. Organismele vii produc, de asemenea, energie electrică și pot face copii ale moleculelor de ADN folosind ATP. Energia este, de asemenea, folosită pentru a mișca mușchii și a transporta semnale de la creier la diferiți nervi.


Rezumatul secțiunii

ATP funcționează ca monedă energetică pentru celule. Permite celulelor să stocheze pe scurt energia și să o transporte în sine pentru a susține reacțiile chimice endergonice. Structura ATP este cea a unei nucleotide ARN cu trei grupări fosfat atașate. Deoarece ATP este utilizat pentru energie, se desprinde o grupare fosfat și se produce ADP. Energia derivată din catabolismul glucozei este utilizată pentru a reîncărca ADP în ATP.

Glicoliza este prima cale utilizată în descompunerea glucozei pentru a extrage energia. Deoarece este folosit de aproape toate organismele de pe pământ, trebuie să fi evoluat devreme în istoria vieții. Glicoliza constă din două părți: prima parte pregătește inelul de glucoză cu șase atomi de carbon pentru separarea în două zaharuri cu trei atomi de carbon. Energia din ATP este investită în moleculă în timpul acestui pas pentru a energiza separarea. A doua jumătate a glicolizei extrage ATP și electroni de mare energie din atomii de hidrogen și îi atașează la NAD +. Două molecule de ATP sunt investite în prima jumătate și patru molecule de ATP sunt formate în a doua jumătate. Acest lucru produce un câștig net de două molecule de ATP pe moleculă de glucoză pentru celulă.


Surse de energie pentru bacterii

Deoarece bacteriile sunt organisme vii, este clar că obțin substanțele necesare pentru producerea de energie și pentru biosinteza celulară din mediul în care prosperă. Substanțele esențiale trec în și din membranele celulare bacteriene. Bacteriile obțin alimente din mediu și pot descompune alimentele. Diverse bacterii obțin hrană în diferite moduri.

Bacterii autotrofe

Acestea sunt organismele care sintetizează propriile lor alimente organice. Aceste bacterii folosesc substanțe anorganice pentru a-și produce hrana organică. Aceștia obțin carbon din dioxid de carbon și folosesc hidrogen obținut din hidrogen sulfurat (H2S) sau amoniac (NH3) sau hidrogen (H2). Bacteriile autotrofe sunt împărțite în continuare în fototrofe și chemotrofe (litotrofe, organotrofe).

Fototrofe: Aceste bacterii au pigmenți fotosintetici denumiți ‘bacterioclorofila’ (precum clorofila din plante) în membrane. Acestea valorifică lumina soarelui pentru a produce alimente și a genera energie. Nu produc oxigen în timpul fotosintezei (plantele o fac). Cianobacteriile, bacteriile cu sulf verde, Chloroflexi sau bacteriile Purple sunt exemple de fotrofe.

Litotrofe: Compușii anorganici sunt principala sursă de energie pentru litotrofi. Aceste bacterii își obțin nutrienții (compuși anorganici) din mineralele din roci. Bacteriile sunt formate din carbon, oxigen, azot, hidrogen și fosfor. Ele constau și din urme de alte elemente. Deci ei trebuie să obțină acești nutrienți din mediu pentru supraviețuire. Litotrofei obțin majoritatea acestor nutrienți din roci.

Compușii anorganici precum hidrogenul sulfurat, sulful elementar, amoniul și fierul feros sunt oxidați de către litotrofe pentru a obține energie. Bacteriile nitrificatoare (Nitrosomonas, Nitrobacter) obțin energie prin oxidarea amoniacului în nitrați. Bacteriile cu sulf (Thiobacillus, Beggiatoa) câștigă energie prin oxidarea hidrogenului sulfurat în sulf. Oxidarea ionilor feroși în formă ferică dă energie bacteriilor de fier (Ferrobacillus, Gallionella). Dar litotrofii nu obțin carbon din mineralele din roci. Unele litotrofe obțin carbon din aer, în timp ce altele îl obțin din materia organică.

Organotrofe: Aceste bacterii își obțin nutrienții și generează energie din compușii organici. Pentru supraviețuire, consumă organisme autotrofe sau heterotrofe, lapte, carne și materiale în descompunere (rămășițe). Bacteriile patogene aparțin acestui grup. Ei trăiesc în corpul animalelor și al plantelor și își iau hrana organică de acolo. Bacillus, Clostridium sau Enterobacteriaceae sunt exemple de organotrofe.

Bacteriile heterotrofe

Aceste bacterii consumă alimente care sunt deja prezente în mediu. Aceasta înseamnă că nu sunt capabili să-și sintetizeze propriile alimente organice. În bacteriile autotrofe, carbonul celular se obține prin fixarea dioxidului de carbon. La bacteriile heterotrofe, compușii organici de carbon furnizează carbon bacteriilor. Acestea includ tipurile de bacterii parazite.

Doriți să scrieți pentru noi? Ei bine, căutăm scriitori buni care vor să răspândească vestea. Luați legătura cu noi și vom vorbi.

Bacteriile saprofite: Acestea sunt bacteriile care obțin nutrienți din materie organică moartă. Enzimele exogene secretate de aceste bacterii promovează descompunerea materiei organice complexe în formă ușor absorbabilă (solubilă). Astfel, ei absorb nutrienții care ajută la generarea de energie. Aceste bacterii sunt considerate bacterii prietenoase, deoarece joacă un rol important în ecosistem, acționând ca descompunători.

Bacterii aerobe și anaerobe: Bacteriile pot descompune materialul organic, iar această proprietate este utilizată în industria alimentară pentru coacerea brânzei, pentru slăbirea fibrelor, pentru întărirea tutunului etc. Defalcarea aerobă a materiei organice este cunoscută sub numele de descompunere sau descompunere. Defalcarea anaerobă a materiei organice este denumită fermentație. Puteți citi acest articol despre bacteriile aerobe vs anaerobe, pentru mai multe informații.

Cercetătorii au trebuit să muncească mult pentru a găsi un răspuns la întrebarea cum obțin bacteriile energie. Studiul bacteriilor este cunoscut sub numele de bacteriologie. Dacă sunteți interesat să studiați bacteriile, puteți alege microbiologia pentru absolvire, iar apoi pentru specializare, puteți alege bacteriologia.

Postări asemănatoare

Streptomyces, lactobacilis și E. coli sunt câteva exemple de bacterii utile. Pentru a afla mai multe despre speciile de bacterii benefice, citiți mai departe.

Bacteriile aerobe necesită oxigen pentru a efectua respirația celulară și pentru a obține energie pentru a supraviețui. Pe scurt, bacteriile aerobe cresc și se înmulțesc doar în prezența oxigenului. Pentru a afla mai multe despre & hellip

În acest articol BiologyWise, prezentăm diferențele dintre bacteriile aerobe și anaerobe pentru a vă înțelege mai ușor caracteristicile.


Respirația celulară este o serie de reacții catabolice care descompun compușii organici precum energia care eliberează glucoză sub formă de ATP (trifosfat de adenozină).

În mod similar, mitocondriile sunt, de asemenea, considerate a fi celule microbiene cu viață liberă care au fost înghițite și au intrat într-o relație simbiotică cu o celulă eucariotă. Acest lucru este susținut și de dovezile propriului ADN circular, sunt conținute într-o membrană plasmatică dublă, se divid prin fisiune binară și au propriile ribozomi.

Este important de reținut, celulele mai active, adică celulele care necesită mai multă energie de ex. celulele scheletice, nu numai că au mai multe mitocondrii, dar pot avea mitocondrii cu o cresta mai puternic pliată pentru a facilita o producție mai mare de ATP.



Ciclul de descompunere

Detritus este alcătuit din materiale organice particulare (POM) care se formează din țesuturi depozitate atunci când plantele și animalele mor sau când vărsează piele sau coarne prin năpârlire, precum și materii fecale și microorganisme. Coloniile de microorganisme din detritus adaugă la valoarea nutritivă a acestuia. În mediile terestre, detritusul poate fi prezent ca humus (materialele moarte amestecate cu soluri), sau ca așternut de frunze. În mediile acvatice, detritusul este suspendat ca „zăpadă marină”, care în cele din urmă cade pe fundul mării.

Tot acest material conține energie, precum și nutrienții care au fost prezenți în deșeurile și corpurile decedaților. Aceste substanțe sunt mărfuri valoroase în toate ciclurile de energie și nutrienți, deși mineralele și compușii trebuie să fie disponibili prin descompunerea fizică și transformarea biochimică a materialului prin descompunere sau remineralizare.

Detritivorii se hrănesc cu materialul sub formă de particule mai mari în primele etape ale descompunerii și, astfel, fragmentează materialul în bucăți de dimensiuni mai mici. Procesul de fragmentare mărește suprafața disponibilă, pentru atacul bacteriilor și altor microorganisme și, astfel, ajută și accelerează procesul de descompunere.

Digestia de către detritivori descompune, de asemenea, unii carbohidrați, proteine ​​și lipide prezente în detritus în substanțe mai simple. Nutrienții solubili în apă produși din această leșie în sol și cresc conținutul de minerale din sol. În același timp, detritivorii extrag nutriție pentru propriile cicluri de viață și, contribuind astfel, contribuie la biomasa lor la lant trofic când sunt consumate de consumatori.

În mod continuu pe tot parcursul procesului, descompunătorii, cum ar fi ciupercile și alte microorganisme, de asemenea, cunoscut sub numele de saprofite, efectuează o descompunere adevărată, utilizând compuși chimici și enzime digestive pentru a transforma materialul excretat de detritivori în substanțe mai simple, cum ar fi carbonul anorganic.

Aceste substanțe ciclice sunt esențiale pentru toată viața, de exemplu, carbonul anorganic eliberat din respirația descompozitorilor este preluat de plante și este utilizat pentru a efectua fotosinteză.

Descompunerea succesivă a materiei organice modificate are ca rezultat umidificare & # 8211 formarea humusului - un tip de sol cu ​​un conținut ridicat de minerale și stabilitate.


O altă gaură în zid

Un perete celular nu este o cetate impenetrabilă în jurul celulei delicate a plantei. Există găuri mici, numite plasmodesmate, în pereții celulari dintre celulele vegetale. Membranele celulare ale celulelor vecine sunt capabile să se conecteze prin aceste găuri. Conexiunile permit transferul de nutrienți, deșeuri și ioni (căi simple). Moleculele pot trece și prin spațiile din interiorul pereților celulari, evitând complet celulele (căi apoplazice).

Este minunat că nutrienții se pot deplasa de la celulă la celulă, dar există și o problemă cu toate găurile. Celulele pot pierde apă. Plantele pierd cantități mari de apă la mijlocul zilei sau în zilele foarte călduroase. Când aerul se încălzește și presiunea vaporilor de apă scade, plantele pierd apă prin procesul de transpirație. Apa scapă prin porii de pe suprafața plantei numite stomate. Chiar și atunci când celulele vegetale pierd apă, forma de bază este menținută de pereții celulari. Planta se poate lăsa să cadă sau să ofilească, dar se poate recupera atunci când apa revine în sistem. Va arăta exact la fel ca atunci când a început.


Priveste filmarea: kolla celler i mikroskop (Ianuarie 2022).