Koji procesi obezbeđuju ćeliju energijom. Životni procesi u ćeliji. Tema: Ćelijski nivo
Zadaci dijelova C1-C4
1. Koji faktori životne sredine doprinose regulaciji broja vukova u ekosistemu?
odgovor:
1) antropogeni: smanjenje šumske površine, prekomjerni lov;
2) biotički: nedostatak hrane, konkurencija, širenje bolesti.
2. Odredite vrstu i fazu podjele ćelije prikazane na slici. Koji se procesi dešavaju u ovoj fazi?
odgovor:
1) slika prikazuje metafazu mitoze;
2) vretenaste niti su vezane za centromere hromozoma;
3) u ovoj fazi bihromatidni hromozomi se poređaju u ekvatorijalnoj ravni.
3. Zašto oranje tla poboljšava uslove života gajenih biljaka?
odgovor:
1) podstiče uništavanje korova i smanjuje konkurenciju gajenim biljkama;
2) podstiče snabdevanje biljaka vodom i mineralima;
3) povećava opskrbu korijena kisikom.
4. Kako se prirodni ekosistem razlikuje od agroekosistema?
odgovor:
1) veliki biodiverzitet i raznovrsnost prehrambenih veza i lanaca ishrane;
2) uravnoteženo kruženje supstanci;
3) dugi periodi postojanja.
5. Otkriti mehanizme koji osiguravaju konstantnost broja i oblika hromozoma u svim ćelijama organizama iz generacije u generaciju?
odgovor:
1) zahvaljujući mejozi nastaju gamete sa haploidnim skupom hromozoma;
2) tokom oplodnje, diploidni set hromozoma se obnavlja u zigoti, čime se obezbeđuje postojanost hromozomskog seta;
3) do rasta organizma dolazi zbog mitoze, koja osigurava konstantnost broja hromozoma u somatskim ćelijama.
6. Koja je uloga bakterija u kruženju supstanci?
odgovor:
1) heterotrofne bakterije - razlagači razlažu organske materije u minerale, koje biljke apsorbuju;
2) autotrofne bakterije (fotografija, hemotrofi) - proizvođači sintetiziraju organske tvari iz neorganskih, osiguravajući cirkulaciju kisika, ugljika, dušika itd.
7. Koje osobine su karakteristične za mahovinaste biljke?
odgovor:
2) mahovine se razmnožavaju i polno i aseksualno sa naizmeničnim generacijama: polnim (gametofiti) i aseksualnim (sporofiti);
3) odrasla biljka mahovina je polna generacija (gametofit), a čahura sa sporama je aseksualna (sporofit);
4) do oplodnje dolazi u prisustvu vode.
8. Vjeverice, po pravilu, žive u crnogoričnim šumama i hrane se uglavnom sjemenkama smreke. Koji biotički faktori mogu dovesti do smanjenja populacije vjeverica?
9. Poznato je da je Golgijev aparat posebno dobro razvijen u žlezdanim ćelijama pankreasa. Objasni zašto.
odgovor:
1) ćelije pankreasa sintetiziraju enzime koji se akumuliraju u šupljinama Golgijevog aparata;
2) u Golgijevom aparatu enzimi se pakuju u obliku vezikula;
3) iz Golgijevog aparata enzimi se prenose u kanal gušterače.
10. Ribozomi iz različitih ćelija, kompletan set aminokiselina i identični molekuli mRNA i tRNA stavljeni su u epruvetu i stvoreni su svi uslovi za sintezu proteina. Zašto će se jedna vrsta proteina sintetizirati na različitim ribosomima u epruveti?
odgovor:
1) primarna struktura proteina određena je nizom aminokiselina;
2) šabloni za sintezu proteina su identični mRNA molekuli, u kojima je kodirana ista primarna proteinska struktura.
11. Koje su strukturne karakteristike karakteristične za predstavnike tipa Chordata?
odgovor:
1) unutrašnji aksijalni skelet;
2) nervni sistem u obliku cijevi na leđnoj strani tijela;
3) pukotine u digestivnoj cijevi.
12. Djetelina raste na livadi i oprašuju je bumbari. Koji biotički faktori mogu dovesti do smanjenja populacije djeteline?
odgovor:
1) smanjenje broja bumbara;
2) povećanje broja životinja biljojeda;
3) razmnožavanje konkurentskih biljaka (žitarica i sl.).
13. Ukupna masa mitohondrija u odnosu na masu ćelija različitih organa pacova iznosi: u pankreasu - 7,9%, u jetri - 18,4%, u srcu - 35,8%. Zašto ćelije ovih organa imaju različit sadržaj mitohondrija?
odgovor:
1) mitohondrije su energetske stanice ćelije u kojima se sintetišu i akumuliraju molekuli ATP-a;
2) intenzivan rad srčanog mišića zahteva mnogo energije, pa je sadržaj mitohondrija u njegovim ćelijama najveći;
3) u jetri je broj mitohondrija veći u odnosu na pankreas, jer ima intenzivniji metabolizam.
14. Objasnite zašto je junetinu koja nije prošla sanitarnu kontrolu opasno jesti nedovoljno kuhanu ili slabo kuhanu.
odgovor:
1) goveđe meso može sadržati goveđu trakavu;
2) odrasli crv se razvija iz peraja u probavnom kanalu, a osoba postaje konačni domaćin.
15. Imenujte organelu biljne ćelije prikazane na slici, njene strukture označene brojevima 1-3 i njihove funkcije.
odgovor:
1) prikazana organela je hloroplast;
2) 1 - grana tilakoidi, uključeni u fotosintezu;
3) 2 - DNK, 3 - ribozomi, učestvuju u sintezi sopstvenih proteina hloroplasta.
16. Zašto se bakterije ne mogu klasificirati kao eukarioti?
odgovor:
1) u njihovim ćelijama nuklearna supstanca je predstavljena jednim kružnim DNK molekulom i nije odvojena od citoplazme;
2) nemaju mitohondrije, Golgijev kompleks ili ER;
3) nemaju specijalizovane zametne ćelije, nema mejoze i oplodnje.
17. Koje promjene u biotičkim faktorima mogu dovesti do povećanja populacije golog puža koji živi u šumi i hrani se uglavnom biljkama?
18. Proces fotosinteze se intenzivno odvija u listovima biljaka. Da li se javlja u zrelim i nezrelim plodovima? Objasnite svoj odgovor.
odgovor:
1) fotosinteza se dešava u nezrelim plodovima (dok su zeleni), jer sadrže hloroplaste;
2) kako sazrijevaju, hloroplasti se pretvaraju u hromoplaste, u kojima ne dolazi do fotosinteze.
19. Koje faze gametogeneze su na slici označene slovima A, B i C? Koji skup hromozoma ćelije imaju u svakoj od ovih faza? Do kojih specijalizovanih ćelija ovaj proces dovodi do razvoja?
odgovor:
1)A - faza (zona) reprodukcije (diobe), diploidne ćelije;
2)B - faza (zona) rasta, diploidna ćelija;
3) B - faza (zona) sazrevanja, ćelije su haploidne, razvijaju se spermatozoidi.
20. Po čemu se bakterijske ćelije razlikuju po strukturi od ćelija organizama u drugim carstvima žive prirode? Navedite najmanje tri razlike.
odgovor:
1) nema formiranog jezgra, nuklearnog omotača;
2) nedostaje određeni broj organela: mitohondrije, EPS, Golgijev kompleks itd.;
3) imaju jedan prstenasti hromozom.
21. Zašto se biljke (proizvođači) smatraju početnom karikom u ciklusu supstanci i pretvorbi energije u ekosistemu?
odgovor:
1) stvaraju organske materije od neorganskih;
2) akumuliraju sunčevu energiju;
3) obezbjeđuje organske materije i energiju organizmima u drugim dijelovima ekosistema.
22. Koji procesi osiguravaju kretanje vode i minerala kroz biljku?
odgovor:
1) od korena do listova voda i minerali se kreću kroz sudove zbog transpiracije, usled čega nastaje usisna sila;
2) uzlazni tok u biljci je olakšan korijenovim pritiskom, koji nastaje kao rezultat stalnog protoka vode u korijen zbog razlike u koncentraciji tvari u ćelijama i okolini.
23. Pogledajte ćelije prikazane na slici. Odrediti koja slova predstavljaju prokariotske i eukariotske ćelije. Navedite dokaze za svoje gledište.
odgovor:
1) A - prokariotska ćelija, B - eukariotska ćelija;
2) ćelija na slici A nema formirano jezgro, njen nasledni materijal je predstavljen prstenastim hromozomom;
3) ćelija na slici B ima formirano jezgro i organele.
24. Koja je složenost cirkulacijskog sistema vodozemaca u poređenju sa ribama?
odgovor:
1) srce postaje trokomorno;
2) pojavljuje se drugi krug cirkulacije krvi;
3) srce sadrži vensku i mješovitu krv.
25. Zašto se mješoviti šumski ekosistem smatra stabilnijim od šumskog ekosistema smrče?
odgovor:
1) u mješovitoj šumi ima više vrsta nego u šumi smrče;
2) u mešovitoj šumi lanci ishrane su duži i razgranatiji nego u šumi smrče;
3) ima više slojeva u mješovitoj šumi nego u šumi smrče.
26. Deo molekula DNK ima sledeći sastav: GATGAATAGTGCTTC. Navedite najmanje tri posljedice koje mogu proizaći iz slučajne zamjene sedmog nukleotida timina citozinom (C).
odgovor:
1) doći će do mutacije gena - promijenit će se kodon treće aminokiseline;
2) u proteinu jedna aminokiselina može biti zamijenjena drugom, zbog čega će se promijeniti primarna struktura proteina;
3) sve ostale strukture proteina se mogu promijeniti, što će dovesti do pojave nove osobine u tijelu.
27. Crvene alge (ljubičaste alge) žive na velikim dubinama. Uprkos tome, u njihovim ćelijama se odvija fotosinteza. Objasnite zašto dolazi do fotosinteze ako vodeni stupac apsorbira zrake iz crveno-narandžastog dijela spektra.
odgovor:
1) fotosinteza zahteva zrake ne samo iz crvenog, već i iz plavog dela spektra;
2) ćelije grimiznih gljiva sadrže crveni pigment koji apsorbira zrake iz plavog dijela spektra, njihova energija se koristi u procesu fotosinteze.
28. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške i ispravite ih.
1. Koelenterati su troslojne višećelijske životinje. 2.Imaju želučanu ili crijevnu šupljinu. 3. Crijevna šupljina uključuje ubodne ćelije. 4. Koelenterati imaju retikularni (difuzni) nervni sistem. 5. Svi koelenterati su organizmi koji slobodno plivaju.
1)1 - koelenterati - dvoslojne životinje;
2)3 - ubodne ćelije se nalaze u ektodermu, a ne u crevnoj šupljini;
3)5 - među koelenteratima postoje priloženi oblici.
29. Kako se odvija izmjena gasova u plućima i tkivima sisara? Šta uzrokuje ovaj proces?
odgovor:
1) razmena gasova se zasniva na difuziji, koja je uzrokovana razlikom koncentracije gasa (parcijalni pritisak) u vazduhu alveola i u krvi;
2) kiseonik iz područja visokog pritiska u alveolarnom vazduhu ulazi u krv, a ugljen dioksid iz područja visokog pritiska u krvi ulazi u alveole;
3) u tkivima kiseonik iz područja visokog pritiska u kapilarama ulazi u međućelijsku tvar, a zatim u ćelije organa. Ugljični dioksid iz područja visokog tlaka u međućelijskoj tvari ulazi u krv.
30. Kakvo je učešće funkcionalnih grupa organizama u kruženju supstanci u biosferi? Razmotrite ulogu svakog od njih u ciklusu supstanci u biosferi.
odgovor:
1) proizvođači sintetišu organske materije iz neorganskih (ugljen-dioksid, voda, azot, fosfor i drugi minerali), oslobađaju kiseonik (osim hemotrofa);
2) potrošači (i druge funkcionalne grupe) organizama koriste i transformišu organske materije, oksidiraju ih tokom disanja, apsorbujući kiseonik i oslobađajući ugljen-dioksid i vodu;
3) razlagači razlažu organske materije na neorganska jedinjenja azota, fosfora itd., vraćajući ih u životnu sredinu.
31. Deo DNK molekula koji kodira sekvencu aminokiselina u proteinu ima sledeći sastav: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-C-T-T-C. Objasnite posljedice slučajnog dodavanja nukleotida gvanina (G) između sedmog i osmog nukleotida.
odgovor:
1) doći će do mutacije gena - mogu se promijeniti kodovi treće i narednih aminokiselina;
2) primarna struktura proteina se može promeniti;
3) mutacija može dovesti do pojave nove osobine u organizmu.
32. Koje biljne organe oštećuju kokoši u različitim fazama individualnog razvoja?
odgovor:
1) korijenje biljaka je oštećeno larvama;
2) lišće drveća je oštećeno od odraslih buba.
33. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške i ispravite ih.
1. Plosnati crvi su troslojne životinje. 2. Tip pljosnatih crva uključuje bijelu planariju, ljudsku okruglu glistu i jetrenu metilju. 3. Plosnati crvi imaju izduženo, spljošteno tijelo. 4. Imaju dobro razvijen nervni sistem. 5. Plosnati crvi su dvodomne životinje koje polažu jaja.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - ljudski okrugli crv nije klasifikovan kao pljosnati crv, već je okrugli crv;
2)4 - kod pljosnatih crva nervni sistem je slabo razvijen;
3)5 - Plosnati crvi su hermafroditi.
34. Šta je voće? Kakav je njegov značaj u životu biljaka i životinja?
odgovor:
1) plod - generativni organ kritosjemenjača;
2) sadrži seme uz pomoć kojeg se biljke razmnožavaju i raspršuju;
3) biljni plodovi su hrana za životinje.
35. Većina vrsta ptica na zimu odleti iz sjevernih krajeva, uprkos njihovoj toplokrvnoj prirodi. Navedite najmanje tri faktora zbog kojih ove životinje lete.
odgovor:
1) hrana ptica insektojeda postane nedostupna za nabavku;
2) ledeni pokrivač na akumulacijama i snežni pokrivač na tlu uskraćuju hranu biljojedim pticama;
3) promjena dnevnog vremena.
36. Koje će mlijeko, sterilizirano ili svježe pomuzeno, brže ukiseliti pod istim uslovima? Objasnite svoj odgovor.
odgovor:
1) svježe pomuzeno mlijeko će brže ukiseliti, jer sadrži bakterije koje uzrokuju fermentaciju proizvoda;
2) kada se mleko steriliše, ćelije i spore bakterija mlečne kiseline umiru, a mleko duže traje.
37. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške i objasnite ih.
1. Glavne klase artropoda su rakovi, paukovi i insekti. 2. Tijelo ljuskara i pauka podijeljeno je na glavu, grudni koš i trbuh. 3. Tijelo insekata sastoji se od cefalotoraksa i trbuha. 4. Paučnjaci nemaju antene. 5. Insekti imaju dva para antena, a rakovi jedan par.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - tijelo rakova i arahnida sastoji se od cefalotoraksa i trbuha;
2)3 - tijelo insekata sastoji se od glave, grudi i trbuha;
3)5 - insekti imaju jedan par antena, a rakovi dva para.
38. Dokazati da je rizom biljke modificirani izdanak.
odgovor:
1) rizom ima čvorove u kojima se nalaze rudimentarni listovi i pupoljci;
2) na vrhu rizoma nalazi se apikalni pupoljak koji određuje rast izdanka;
3) iz rizoma se prostiru adventivni koreni;
4) unutrašnja anatomska struktura rizoma je slična stabljici.
39. Za borbu protiv štetočina insekata ljudi koriste hemikalije. Navedite najmanje tri promjene u životu hrastove šume ako se hemijskim putem unište svi insekti biljojedi. Objasnite zašto će se dogoditi.
odgovor:
1) broj biljaka koje oprašuju insekti će se naglo smanjiti, jer su biljojedi insekti oprašivači biljaka;
2) broj organizama insektojeda (potrošača 2. reda) će se naglo smanjiti ili će nestati zbog prekida lanaca ishrane;
3) neke od hemikalija koje se koriste za ubijanje insekata će dospjeti u tlo, što će dovesti do narušavanja biljnog svijeta, smrti flore i faune tla, svi prekršaji mogu dovesti do uginuća hrastove šume.
40. Zašto liječenje antibioticima može dovesti do crijevne disfunkcije? Navedite barem dva razloga.
odgovor:
1) antibiotici ubijaju korisne bakterije koje žive u crevima čoveka;
2) poremećeni su raspad vlakana, apsorpcija vode i drugi procesi.
41.Koji je dio lista na slici označen slovom A i od kojih se struktura sastoji? Koje funkcije obavljaju ove strukture?
1) slovo A označava vaskularno-vlaknasti snop (venu), snop uključuje sudove, sitaste cijevi i mehaničko tkivo;
2) plovila obezbjeđuju transport vode do listova;
3) sitaste cevi omogućavaju transport organskih materija od listova do drugih organa;
4) mehaničke ćelije tkiva daju snagu i služe kao okvir lista.
42. Koje su karakteristične karakteristike carstva gljiva?
odgovor:
1) tijelo gljiva sastoji se od niti - hifa, koje formiraju micelij;
2) razmnožavaju se polno i aseksualno (spore, micelijum, pupoljci);
3) raste tokom života;
4) u ćeliji: membrana sadrži supstancu nalik hitinu, rezervni nutrijent je glikogen.
43. U maloj akumulaciji koja je nastala nakon poplava rijeke pronađeni su sljedeći organizmi: trepavice, dafnije, bijela planarija, veliki barski puž, kiklop, hidra. Objasnite da li se ovo vodno tijelo može smatrati ekosistemom. Navedite najmanje tri dokaza.
odgovor:
Imenovani privremeni rezervoar ne može se nazvati ekosistemom, jer sadrži:
1) nema proizvođača;
2) nema razlagača;
3) nema zatvorenog prometa supstanci i poremećeni su lanci ishrane.
44. Zašto se ispod podveza, koji se stavlja za zaustavljanje krvarenja iz velikih krvnih sudova, stavlja napomena sa naznakom vremena kada je stavljen?
odgovor:
1) nakon čitanja napomene možete odrediti koliko je vremena prošlo od postavljanja podveza;
2) ako nakon 1-2 sata nije bilo moguće isporučiti pacijenta liječniku, onda podvez treba popustiti na neko vrijeme. Ovo će spriječiti odumiranje tkiva.
45. Imenujte strukture kičmene moždine, označene na slici brojevima 1 i 2, i opišite karakteristike njihove strukture i funkcije.
odgovor:
1)1 - siva tvar, formirana od tijela neurona;
2) 2 - bijela tvar, formirana dugim procesima neurona;
3) siva tvar obavlja refleksnu funkciju, bijela - provodnu funkciju.
46. Kakvu ulogu imaju pljuvačne žlijezde u probavi kod sisara? Navedite najmanje tri funkcije.
odgovor:
1) sekret pljuvačnih žlezda vlaži i dezinfikuje hranu;
2) pljuvačka učestvuje u formiranju bolusa hrane;
3) enzimi pljuvačke podstiču razgradnju skroba.
47. Kao rezultat vulkanske aktivnosti, formirano je ostrvo u okeanu. Opišite slijed formiranja ekosistema na novoformiranom kopnu. Molimo navedite najmanje tri stavke.
odgovor:
1) prvi se naseljavaju mikroorganizmi i lišajevi koji obezbeđuju stvaranje zemljišta;
2) na tlu se nasele biljke čije spore ili seme prenosi vetar ili voda;
3) kako se vegetacija razvija, u ekosistemu se pojavljuju životinje, prvenstveno zglavkari i ptice.
48. Iskusni vrtlari primjenjuju gnojiva u žljebove koji se nalaze uz rubove krugova stabla voćaka, umjesto da ih ravnomjerno raspoređuju. Objasni zašto.
odgovor:
1) korijenski sistem raste, usisna zona se pomiče iza vrha korijena;
2) korijenje s razvijenom zonom apsorpcije - korijenske dlake - nalaze se na rubovima krugova debla.
49. Koji izmijenjeni izdanak je prikazan na slici? Imenujte strukturne elemente označene na slici brojevima 1, 2, 3 i funkcije koje oni obavljaju.
odgovor:
1) luk;
2)1 - sočan list u obliku ljuske u kojem su pohranjene hranjive tvari i voda;
3)2 - adventivni koren, koji obezbeđuje apsorpciju vode i minerala;
4)3 - pupoljak, osigurava rast izdanaka.
50. Koje su strukturne karakteristike i vitalne funkcije mahovina? Molimo navedite najmanje tri stavke.
odgovor:
1) većina mahovina su lisnate biljke, neke od njih imaju rizoide;
2) mahovine imaju slabo razvijen provodni sistem;
3) mahovine se razmnožavaju i spolno i aseksualno, s naizmjeničnim generacijama: polnim (gametofiti) i aseksualnim (sporofiti); Odrasla biljka mahovina je seksualna generacija, a kapsula spora je aseksualna.
51. Usljed šumskog požara izgorio je dio šume smrče. Objasnite kako će doći do njegovog samoizlječenja. Navedite najmanje tri koraka.
odgovor:
1) najpre se razvijaju zeljaste biljke koje vole svetlost;
2) tada se pojavljuju izdanci breze, jasike i bora čije je sjeme otpalo uz pomoć vjetra i formira se sitnolisna ili borova šuma.
3) ispod krošnje svjetloljubivih vrsta razvijaju se smreke otporne na sjenu, koje naknadno potpuno istiskuju druga stabla.
52. Da bi se utvrdio uzrok nasljedne bolesti, pregledane su ćelije pacijenta i otkrivena je promjena dužine jednog od hromozoma. Koja metoda istraživanja nam je omogućila da utvrdimo uzrok ove bolesti? S kojom vrstom mutacije je povezana?
odgovor:
1) da je uzrok bolesti utvrđen citogenetskom metodom;
2) bolest je uzrokovana hromozomskom mutacijom - gubitkom ili dodavanjem fragmenta hromozoma.
53. Koje slovo na slici označava blastulu u ciklusu razvoja lancete. Koje su karakteristike formiranja blastule?
odgovor:
1) blastula je označena slovom G;
2) blastula nastaje prilikom fragmentacije zigote;
3) veličina blastule ne prelazi veličinu zigote.
54. Zašto se pečurke svrstavaju u posebno carstvo organskog svijeta?
odgovor:
1) tijelo gljiva se sastoji od tankih razgranatih niti - hifa, koje formiraju micelij ili micelij;
2) ćelije micelija pohranjuju ugljikohidrate u obliku glikogena;
3) gljive se ne mogu svrstati u biljke, jer njihove ćelije nemaju hlorofil i hloroplaste; zid sadrži hitin;
4) pečurke se ne mogu svrstati u životinje, jer apsorbuju hranljive materije po celoj površini tela, a ne gutaju ih u obliku grudvica hrane.
55. U pojedinim šumskim biocenozama, radi zaštite ptica pilića, vršen je masovni odstrel dnevnih ptica grabljivica. Objasnite kako je ovaj događaj utjecao na broj pilića.
odgovor:
1) u početku se broj pilića povećavao, jer su njihovi neprijatelji uništavani (što je prirodno reguliralo broj);
2) tada se broj pilića smanjio zbog nedostatka hrane;
3) povećan je broj oboljelih i oslabljenih jedinki zbog širenja bolesti i nedostatka grabežljivaca, što je uticalo i na smanjenje broja pilića.
56. Boja krzna zeca se menja tokom cele godine: zimi je zec beo, a leti siv. Objasnite koja se vrsta varijabilnosti uočava kod životinje i šta određuje manifestaciju ove osobine.
odgovor:
1) kod zeca postoji modifikaciona (fenotipska, nenasledna) varijabilnost;
2) manifestacija ove osobine određena je promjenama uslova sredine (temperatura, dužina dana).
57. Navedite faze embrionalnog razvoja lancete, označene na slici slovima A i B. Otkrijte karakteristike formiranja svake od ovih faza.
A B
odgovor:
1) A - gastrula - stadijum dvoslojnog embriona;
2) B - neurula, ima rudimente buduće larve ili odraslog organizma;
3) invaginacijom zida blastule nastaje gastrula, a u neuruli se prvo formira neuralna ploča koja služi kao regulator za formiranje drugih organskih sistema.
58. Navedite glavne karakteristike strukture i aktivnosti bakterija. Navedite najmanje četiri karakteristike.
odgovor:
1) bakterije - prednuklearni organizmi koji nemaju formirano jezgro i mnogo organela;
2) prema načinu ishrane bakterije su heterotrofi i autotrofi;
3) visoka stopa reprodukcije po diobama;
4) anaerobi i aerobi;
5) da su u stanju spora doživljeni nepovoljni uslovi.
59. Kako se kopno-vazdušno okruženje razlikuje od vodenog okruženja?
odgovor:
1) sadržaj kiseonika;
2) razlike u temperaturnim kolebanjima (velika amplituda kolebanja u zemljino-vazdušnoj sredini);
3) stepen osvetljenosti;
4) gustina.
odgovor:
1) morske alge imaju svojstvo akumulacije hemijskog elementa joda;
2) jod je neophodan za normalnu funkciju štitne žlezde.
61. Zašto se ćelija trepavice smatra integralnim organizmom? Koje su organele cilijatne papučice na slici označene brojevima 1 i 2 i koje funkcije obavljaju?
odgovor:
1) cilijatna ćelija obavlja sve funkcije nezavisnog organizma: metabolizam, reprodukciju, razdražljivost, adaptaciju;
2) 1 - malo jezgro, učestvuje u polnom procesu;
3) 2 - veliko jezgro, reguliše vitalne procese.
61. Koje su strukturne karakteristike i vitalne funkcije gljiva? Molimo navedite najmanje tri karakteristike.
62. Objasni kako kisele kiše štete biljkama. Navedite najmanje tri razloga.
odgovor:
1) direktno ošteti biljne organe i tkiva;
2) zagađuju zemljište, smanjuju plodnost;
3) smanjiti produktivnost biljaka.
63. Zašto se putnicima preporučuje da sišu lizalice prilikom polijetanja ili slijetanja aviona?
odgovor:
1) brze promene pritiska pri poletanju ili sletanju aviona izazivaju nelagodnost u srednjem uhu, gde početni pritisak na bubnu opnu traje duže;
2) pokreti gutanja poboljšavaju pristup vazduha u slušnu (Eustahijevu) cev, preko koje se pritisak u šupljini srednjeg uva izjednačava sa pritiskom u okolini.
64. Po čemu se cirkulatorni sistem člankonožaca razlikuje od cirkulatornog sistema anelida? Navedite najmanje tri znaka koji dokazuju ove razlike.
odgovor:
1) člankonožaci imaju otvoren cirkulatorni sistem, dok anelidi imaju zatvoreni cirkulatorni sistem;
2) artropodi imaju srce na leđnoj strani;
3) anelidi nemaju srce, njegovu funkciju obavlja prstenasta posuda.
65. Koja je vrsta životinje prikazana na slici? Šta je označeno brojevima 1 i 2? Navedite druge predstavnike ove vrste.
odgovor:
1) na tip Coelenterates;
2) 1 - ektoderm, 2 - crevna šupljina;
3) koralni polipi, meduze.
66. Kako se morfološke, fiziološke i bihevioralne adaptacije na temperaturu okoline manifestiraju kod toplokrvnih životinja?
odgovor:
1) morfološki: toplotnoizolacioni omotači, potkožni sloj masti, promene na površini tela;
2) fiziološki: pojačan intenzitet isparavanja znoja i vlage pri disanju; sužavanje ili proširenje krvnih žila, promjene u metaboličkom nivou;
3) bihejvioralni: izgradnja gnijezda, jazbina, promjene dnevne i sezonske aktivnosti u zavisnosti od temperature okoline.
67. Kako se genetska informacija prenosi od jezgra do ribozoma?
odgovor:
1) sinteza mRNK se odvija u jezgru u skladu sa principom komplementarnosti;
2) mRNA - kopija dijela DNK koji sadrži informacije o primarnoj strukturi proteina, kreće se od jezgra do ribozoma.
68. Kakva je složenost paprati u poređenju sa mahovinama? Dajte najmanje tri znaka.
odgovor:
1) paprati imaju korijenje;
2) paprati, za razliku od mahovina, imaju razvijeno provodno tkivo;
3) u razvojnom ciklusu paprati dominira aseksualna generacija (sporofit) nad polnom generacijom (gametofit), koju predstavlja protalus.
69. Imenujte zametni omotač kičmenjaka, označen na slici brojem 3. Koja vrsta tkiva i koji se organi od njega formiraju.
odgovor:
1) zametni sloj - endoderm;
2 epitelno tkivo (epitel crijeva i respiratornih organa);
3) organi: crijeva, probavne žlijezde, respiratorni organi, neke endokrine žlijezde.
70. Kakvu ulogu imaju ptice u šumskoj biocenozi? Navedite barem tri primjera.
odgovor:
1) reguliše broj biljaka (raspoređuje plodove i seme);
2) reguliše brojnost insekata i sitnih glodara;
3) služe kao hrana za predatore;
4) đubriti zemljište.
71. Koja je zaštitna uloga leukocita u ljudskom tijelu?
odgovor:
1) leukociti su sposobni za fagocitozu - proždiru i vare proteine, mikroorganizme, mrtve ćelije;
2) leukociti učestvuju u proizvodnji antitela koja neutrališu određene antigene.
72. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su sastavljene, ispravite ih.
Prema hromozomskoj teoriji nasljeđa:
1. Geni se nalaze na hromozomima u linearnom redu. 2. Svaki zauzima određeno mjesto – alel. 3. Geni na jednom hromozomu formiraju grupu veza. 4. Broj grupa veza određen je diploidnim brojem hromozoma. 5. Do poremećaja kohezije gena dolazi tokom procesa konjugacije hromozoma u profazi mejoze.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - lokacija gena - lokus;
2)4 - broj veznih grupa jednak je haploidnom setu hromozoma;
3)5 - do prekida veze gena dolazi tokom crossing-ove.
73. Zašto neki naučnici zelenu euglenu klasifikuju kao biljku, a drugi kao životinju? Navedite najmanje tri razloga.
odgovor:
1) sposoban za heterotrofnu ishranu, kao i sve životinje;
2) sposoban za aktivno kretanje u potrazi za hranom, kao i sve životinje;
3) sadrži hlorofil u ćeliji i sposoban je za autotrofnu ishranu, poput biljaka.
74. Koji se procesi odvijaju u fazama energetskog metabolizma?
odgovor:
1) u pripremnoj fazi složene organske supstance se razlažu na manje složene (biopolimeri - u monomere), energija se rasipa u obliku toplote;
2) u procesu glikolize, glukoza se razlaže na pirogrožđanu kiselinu (ili mlečnu kiselinu, ili alkohol) i sintetišu se 2 molekula ATP;
3) u fazi kiseonika, pirogrožđana kiselina (piruvat) se razlaže na ugljen dioksid i vodu i sintetiše se 36 molekula ATP.
75. U rani koja je nastala na ljudskom tijelu, krvarenje vremenom prestaje, ali može doći do nagnojavanja. Objasnite kojim svojstvima krvi je to posljedica.
odgovor:
1) krvarenje prestaje zbog zgrušavanja krvi i stvaranja krvnog ugruška;
2) suppuration je uzrokovan nakupljanjem mrtvih leukocita koji su izvršili fagocitozu.
76. Pronađi greške u datom tekstu i ispravi ih. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške i objasnite ih.
1. Proteini su od velikog značaja u građi i funkcionisanju organizama. 2. To su biopolimeri čiji su monomeri azotne baze. 3. Proteini su dio plazma membrane. 4. Mnogi proteini obavljaju enzimske funkcije u ćeliji. 5. Nasljedne informacije o karakteristikama organizma šifrirane su u proteinskim molekulima. 6. Molekuli proteina i tRNA su dio ribozoma.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - monomeri proteina su aminokiseline;
2)5 - nasledna informacija o karakteristikama organizma šifrovana je u molekulima DNK;
3)6- ribosomi sadrže rRNA molekule, a ne tRNA.
77. Šta je miopija? U kojem dijelu oka se slika fokusira kod kratkovidne osobe? Koja je razlika između urođenih i stečenih oblika miopije?
odgovor:
1) miopija je bolest organa vida kod koje osoba ima poteškoća u razlikovanju udaljenih predmeta;
2) kod kratkovidne osobe, slika predmeta se pojavljuje ispred mrežnjače;
3) kod kongenitalne miopije, oblik očne jabučice se menja (izdužuje);
4) stečena miopija povezana je sa promjenom (povećanjem) zakrivljenosti sočiva.
78. Po čemu se skelet ljudske glave razlikuje od skeleta glave velikih majmuna? Navedite najmanje četiri razlike.
odgovor:
1) prevlast cerebralnog dela lobanje nad facijalnim delom;
2) redukcija viličnog aparata;
3) prisustvo izbočine brade na donjoj vilici;
4) smanjenje obrva.
79. Zašto količina urina koju ljudski organizam izluči dnevno nije jednaka zapremini tečnosti koja se popije u isto vreme?
odgovor:
1) dio vode tijelo koristi ili nastaje u metaboličkim procesima;
2) dio vode isparava kroz disajne organe i znojne žlijezde.
80. Pronađi greške u datom tekstu, ispravi ih, naznači brojeve rečenica u kojima su napravljene, te rečenice zapiši bez grešaka.
1. Životinje su heterotrofni organizmi, hrane se gotovim organskim supstancama. 2. Postoje jednoćelijske i višećelijske životinje. 3. Sve višećelijske životinje imaju bilateralnu simetriju tijela. 4. Većina njih ima razvijene različite organe kretanja. 5. Samo artropoda i hordati imaju cirkulatorni sistem. 6. Postembrionalni razvoj kod svih višećelijskih životinja je direktan.
Greške su napravljene u rečenicama:
1) 3 - nemaju sve višećelijske životinje bilateralnu simetriju tijela; na primjer, kod koelenterata je radijalna (radijalna);
2) 5 - cirkulatorni sistem je prisutan i kod anelida i mekušaca;
3) 6 - direktni postembrionalni razvoj nije svojstven svim višećelijskim životinjama.
81. Kakav je značaj krvi u ljudskom životu?
odgovor:
1) obavlja transportnu funkciju: dopremanje kiseonika i hranljivih materija do tkiva i ćelija, uklanjanje ugljen-dioksida i metaboličkih produkata;
2) vrši zaštitnu funkciju zbog aktivnosti leukocita i antitela;
3) učestvuje u humoralnoj regulaciji vitalnih funkcija organizma.
82. Koristite informacije o ranim fazama embriogeneze (zigota, blastula, gastrula) da potvrdite slijed razvoja životinjskog svijeta.
odgovor:
1) faza zigote odgovara jednoćelijskom organizmu;
2) stadijum blastule, gde ćelije nisu diferencirane, sličan je kolonijalnim oblicima;
3) embrion u fazi gastrule odgovara strukturi koelenterata (hidre).
83. Ubrizgavanje velikih doza lijekova u venu je praćeno njihovim razrjeđivanjem fiziološkim rastvorom (0,9% rastvor NaCl). Objasni zašto.
odgovor:
1) primjena velikih doza lijekova bez razrjeđivanja može uzrokovati oštru promjenu sastava krvi i nepovratne pojave;
2) koncentracija fiziološke otopine (0,9% otopine NaCl) odgovara koncentraciji soli u krvnoj plazmi i ne uzrokuje odumiranje krvnih stanica.
84. Pronađi greške u datom tekstu, ispravi ih, naznači brojeve rečenica u kojima su napravljene, te rečenice zapiši bez grešaka.
1. Životinje tipa artropoda imaju vanjski hitinski omotač i spojene udove. 2. Tijelo većine sastoji se od tri dijela: glave, grudi i trbuha. 3. Svi artropodi imaju jedan par antena. 4. Oči su im složene (fasetirane). 5. Cirkulacioni sistem insekata je zatvoren.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)3 - nemaju svi člankonošci jedan par antena (paučnjaci ih nemaju, a rakovi imaju dva para);
2)4 - nemaju svi artropodi složene (složene) oči: kod pauka su jednostavne ili ih nema, kod insekata mogu imati jednostavne oči zajedno sa složenim očima;
3)5 - cirkulatorni sistem artropoda nije zatvoren.
85. Koje su funkcije ljudskog probavnog sistema?
odgovor:
1) mehanička obrada hrane;
2) hemijska prerada hrane;
3) kretanje hrane i uklanjanje nesvarenih ostataka;
4) apsorpcija hranljivih materija, mineralnih soli i vode u krv i limfu.
86. Kako se karakterizira biološki napredak kod cvjetnica? Navedite najmanje tri znaka.
odgovor:
1) širok spektar populacija i vrsta;
2) široka rasprostranjenost na planeti;
3) prilagodljivost životu u različitim uslovima sredine.
87. Zašto hranu treba temeljito žvakati?
odgovor:
1) dobro sažvakana hrana se brzo zasiti pljuvačkom u usnoj šupljini i počinje da se vari;
2) dobro sažvakana hrana se brzo zasiti probavnim sokovima u želucu i crevima i samim tim je lakše svarljiva.
88. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su sastavljene, ispravite ih.
1. Populacija je skup jedinki iste vrste koje se slobodno ukrštaju i koje dugo nastanjuju zajedničku teritoriju 2. Različite populacije iste vrste relativno su izolovane jedna od druge, a njihove jedinke se ne križaju. 3. Genofond svih populacija jedne vrste je isti. 4. Stanovništvo je osnovna jedinica evolucije. 5. Grupa žaba iste vrste koja jedno ljeto živi u dubokom bazenu čini populaciju.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - populacije jedne vrste su djelimično izolovane, ali se jedinke iz različitih populacija mogu ukrštati;
2)3 - genofondovi različitih populacija iste vrste su različiti;
3)5 - grupa žaba nije populacija, jer se grupa jedinki iste vrste smatra populacijom ako zauzima isti prostor tokom velikog broja generacija.
89. Zašto se preporučuje piti slanu vodu ljeti kada ste dugo žedni?
odgovor:
1) ljeti se osoba više znoji;
2) mineralne soli se uklanjaju iz organizma znojem;
3) slana voda uspostavlja normalnu ravnotežu vode i soli između tkiva i unutrašnje sredine tela.
90. Šta dokazuje da osoba pripada klasi sisara?
odgovor:
1) sličnost u građi organskih sistema;
2) prisustvo dlaka;
3) razvoj embriona u materici;
4) hranjenje potomstva mlijekom, briga o potomstvu.
91. Koji procesi održavaju postojanost hemijskog sastava ljudske krvne plazme?
odgovor:
1) procesi u pufer sistemima održavaju reakciju medijuma (pH) na konstantnom nivou;
2) vrši se neurohumoralna regulacija hemijskog sastava plazme.
92. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su sastavljene i objasnite ih.
1. Populacija je skup jedinki različitih vrsta koje se slobodno ukrštaju i koje dugo nastanjuju zajedničku teritoriju 2. Glavne grupne karakteristike populacije su veličina, gustina, starost, pol i prostorna struktura. 3. Ukupnost svih gena u populaciji naziva se genski fond. 4. Stanovništvo je strukturna jedinica žive prirode. 5. Broj stanovnika je uvijek stabilan.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)1 - populacija je skup jedinki iste vrste koje se slobodno ukrštaju i koje dugo vremena naseljavaju opštu teritoriju populacije;
2)4 - populacija je strukturna jedinica vrste;
3)5 - broj stanovnika se može mijenjati u različitim godišnjim dobima i godinama.
93. Koje strukture tjelesnog omotača štite ljudsko tijelo od uticaja temperaturnih faktora okoline? Objasnite njihovu ulogu.
odgovor:
1) potkožno masno tkivo štiti tijelo od hlađenja;
2) znojne žlezde proizvode znoj koji, kada se ispari, štiti od pregrevanja;
3) kosa na glavi štiti telo od hlađenja i pregrevanja;
4) promene u lumenu kapilara kože regulišu prenos toplote.
94. Navedite najmanje tri progresivne biološke karakteristike osobe koje je stekla u procesu duge evolucije.
odgovor:
1) povećanje mozga i cerebralnog dela lobanje;
2) uspravno držanje i odgovarajuće promene na skeletu;
3) oslobađanje i razvoj šake, opozicija palca.
95. Koja podjela mejoze je slična mitozi? Objasnite kako se izražava i do kojeg skupa hromozoma u ćeliji vodi.
odgovor:
1) sličnosti sa mitozom uočene su u drugoj podeli mejoze;
2) sve faze su slične, sestrinski hromozomi (hromatide) divergiraju do polova ćelije;
3) rezultirajuće ćelije imaju haploidni skup hromozoma.
96. Koja je razlika između arterijskog krvarenja i venskog krvarenja?
odgovor:
1) kod arterijskog krvarenja krv je grimizna;
2) iz rane izbija snažnim mlazom, fontanom.
97. Dijagram kog procesa koji se odvija u ljudskom tijelu je prikazan na slici? Šta je u osnovi ovog procesa i kako se zbog toga mijenja sastav krvi? Objasnite svoj odgovor.
kapilarni
odgovor:
1) na slici je prikazan dijagram razmjene gasova u plućima (između plućne vezikule i krvne kapilare);
2) razmena gasova se zasniva na difuziji – prodiranju gasova iz mesta sa visokim pritiskom u mesto sa nižim pritiskom;
3) kao rezultat izmjene plinova, krv je zasićena kisikom i prelazi iz venske (A) u arterijsku (B).
98. Kakav uticaj fizička neaktivnost (niska fizička aktivnost) ima na ljudski organizam?
odgovor:
fizička neaktivnost dovodi do:
1) do smanjenja nivoa metabolizma, povećanja masnog tkiva, viška tjelesne težine;
2) slabljenje skeletnih i srčanih mišića, povećano opterećenje srca i smanjena izdržljivost organizma;
3) stagnacija venske krvi u donjim ekstremitetima, vazodilatacija, poremećaji cirkulacije.
(Druge formulacije odgovora su dozvoljene bez narušavanja njegovog značenja.)
99. Koje karakteristike imaju biljke koje žive u sušnim uslovima?
odgovor:
1) korijenski sistem biljaka prodire duboko u tlo, dospijeva u podzemne vode ili se nalazi u površinskom sloju tla;
2) kod nekih biljaka voda se tokom suše skladišti u listovima, stabljikama i drugim organima;
3) listovi su prekriveni voštanim premazom, pubescentnim ili modificiranim u bodlje ili iglice.
100. Koji je razlog potrebe da joni gvožđa uđu u ljudsku krv? Objasnite svoj odgovor.
odgovor:
2) crvena krvna zrnca osiguravaju transport kisika i ugljičnog dioksida.
101. Kroz koje sudove i kakvu krv prolaze komore srca, označene na slici brojevima 3 i 5? Sa kojim je krvožilnim sistemom povezana svaka od ovih srčanih struktura?
odgovor:
1) komora označena brojem 3 prima vensku krv iz gornje i donje šuplje vene;
2) komora označena brojem 5 prima arterijsku krv iz plućnih vena;
3) srčana komora, označena brojem 3, povezana je sa sistemskom cirkulacijom;
4) srčana komora, označena brojem 5, povezana je sa plućnom cirkulacijom.
102. Šta su vitamini, koja je njihova uloga u životu ljudskog organizma?
odgovor:
1) vitamini - biološki aktivne organske supstance potrebne u malim količinama;
2) deo su enzima, učestvuju u metabolizmu;
3) povećavaju otpornost organizma na štetne uticaje okoline, podstiču rast, razvoj organizma, obnavljanje tkiva i ćelija.
103. Oblik tijela leptira Kalima podsjeća na list. Kako je leptir razvio takav oblik tijela?
odgovor:
1) pojava raznih naslednih promena kod pojedinaca;
2) očuvanje prirodnom selekcijom jedinki sa promenjenim oblikom tela;
3) razmnožavanje i distribucija jedinki sa oblikom tela koji podseća na list.
104. Koja je priroda većine enzima i zašto gube svoju aktivnost kada se nivo zračenja poveća?
odgovor:
1) većina enzima su proteini;
2) pod uticajem zračenja dolazi do denaturacije, menja se struktura proteina-enzima.
105. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve prijedloga u kojima su dati, ispravite ih.
1. Biljke, kao i svi živi organizmi, jedu, dišu, rastu i razmnožavaju se. 2. Prema načinu ishrane biljke se svrstavaju u autotrofne organizme. 3. Kada biljke dišu, one upijaju ugljični dioksid i oslobađaju kisik. 4. Sve biljke se razmnožavaju sjemenom. 5. Biljke, kao i životinje, rastu samo u prvim godinama života.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)3 - kada biljke dišu, apsorbuju kiseonik i oslobađaju ugljen-dioksid;
2)4 - semenom se razmnožavaju samo cvetnice i golosemenice, a sporama se razmnožavaju alge, mahovine i paprati;
3)5 - biljke rastu tokom svog života, imaju neograničen rast.
106. Koji je razlog potrebe da joni gvožđa uđu u ljudsku krv? Objasnite svoj odgovor.
odgovor:
1) joni gvožđa su deo hemoglobina eritrocita;
2) hemoglobin eritrocita obezbeđuje transport kiseonika i ugljen-dioksida, jer je u stanju da se veže sa ovim gasovima;
3) opskrba kisikom neophodna je za energetski metabolizam ćelije, a ugljični dioksid je njen konačni produkt koji se mora ukloniti.
107. Objasni zašto se ljudi različitih rasa svrstavaju u istu vrstu. Navedite najmanje tri dokaza.
odgovor:
1) sličnost u strukturi, životnim procesima, ponašanju;
2) genetsko jedinstvo - isti skup hromozoma, njihova struktura;
3) međurasni brakovi daju potomstvo sposobno za reprodukciju.
108. U staroj Indiji, osobi osumnjičenoj za zločin je ponuđeno da proguta šaku suvog pirinča. Ako nije uspio, smatralo se da je krivica dokazana. Dajte fiziološku osnovu za ovaj proces.
odgovor:
1) gutanje je složen refleksni čin, koji je praćen lučenjem pljuvačke i iritacijom korijena jezika;
2) sa jakim uzbuđenjem, salivacija je oštro inhibirana, usta postaju suha, a refleks gutanja se ne pojavljuje.
109. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su sastavljene i objasnite ih.
1. Lanac ishrane biogeocenoze uključuje proizvođače, potrošače i razlagače. 2. Prva karika u lancu ishrane su potrošači. 3. Potrošači u svjetlosti akumuliraju energiju apsorbiranu u procesu fotosinteze. 4. U tamnoj fazi fotosinteze oslobađa se kiseonik. 5. Razlagači doprinose oslobađanju energije koju akumuliraju potrošači i proizvođači.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - prva karika su proizvođači;
2)3 - potrošači nisu sposobni za fotosintezu;
3)4 - kiseonik se oslobađa u svetlosnoj fazi fotosinteze.
110. Koji su uzroci anemije kod ljudi? Navedite najmanje tri moguća razloga.
odgovor:
1) veliki gubitak krvi;
2) loša ishrana (nedostatak gvožđa i vitamina i sl.);
3) poremećaj stvaranja crvenih krvnih zrnaca u hematopoetskim organima.
111. Osa muha je po boji i obliku tijela slična osi. Navedite vrstu njegovog zaštitnog uređaja, objasnite njegov značaj i relativnu prirodu prilagođavanja.
odgovor:
1) vrsta adaptacije - mimika, imitacija boje i oblika tela nezaštićene životinje zaštićenoj;
2) sličnost sa osom upozorava mogućeg predatora na opasnost od uboda;
3) muva postaje plijen za mlade ptice koje još nisu razvile refleks prema osi.
112. Napravite lanac ishrane koristeći sve dolje navedene objekte: humus, križni pauk, jastreb, velika sjenica, kućna muha. Identifikujte potrošače trećeg reda u izgrađenom lancu.
odgovor:
1) humus -> kućna muha -> križni pauk -> velika sjenica -> jastreb;
2) potrošač trećeg reda - velika sjenica.
113. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške, ispravite ih.
1. Anelidi su najorganizovaniji životinjski rez od drugih vrsta crva. 2. Anelidi imaju otvoren cirkulatorni sistem. 3. Tijelo annelidnog crva sastoji se od identičnih segmenata. 4. Anelidi nemaju tjelesnu šupljinu. 5. Nervni sistem anelida predstavljen je perifaringealnim prstenom i dorzalnom nervnom vrpcom.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - Anelidi imaju zatvoren cirkulatorni sistem;
2)4 - Anelidi imaju tjelesnu šupljinu;
3)5 - nervni lanac se nalazi na trbušnoj strani tijela.
114. Navedite najmanje tri aromorfoze u kopnenim biljkama koje su im omogućile da prvi razviju zemljište. Obrazložite svoj odgovor.
odgovor:
1) pojavu integumentarnog tkiva - epiderme sa stomama - koji promoviše zaštitu od isparavanja;
2) nastanak provodnog sistema koji obezbeđuje transport materija;
3) razvoj mehaničkog tkiva koje obavlja potpornu funkciju.
115. Objasni zašto postoji velika raznolikost tobolčarskih sisara u Australiji i njihovo odsustvo na drugim kontinentima.
odgovor:
1) Australija se odvojila od drugih kontinenata u doba procvata torbara prije pojave placentnih životinja (geografska izolacija);
2) prirodni uslovi Australije doprineli su divergenciji torbarskih karaktera i aktivne specijacije;
3) na drugim kontinentima, torbare su zamenili placentalni sisavci.
116. U kojim slučajevima promjena u sekvenci DNK nukleotida ne utiče na strukturu i funkcije odgovarajućeg proteina?
odgovor:
1) ako se kao rezultat zamjene nukleotida pojavi drugi kodon koji kodira istu aminokiselinu;
2) ako kodon nastao kao rezultat zamjene nukleotida kodira drugu aminokiselinu, ali sličnih hemijskih svojstava koja ne mijenja strukturu proteina;
3) ako dođe do nukleotidnih promjena u intergenskim ili nefunkcionalnim DNK regijama.
117. Zašto se odnos između štuke i smuđa u riječnom ekosistemu smatra konkurentnim?
odgovor:
1) su grabežljivci, hrane se sličnom hranom;
2) žive u istoj vodenoj površini, trebaju slične životne uslove, međusobno se tlače.
118. Pronađite greške u datom tekstu. Navedite brojeve rečenica u kojima su napravljene greške, ispravite ih.
1. Glavne klase artropoda su rakovi, paukovi i insekti. 2. Insekti imaju četiri para nogu, a pauci tri para. 3. Rak ima jednostavne oči, dok križni pauk ima složene oči. 4. Pauči imaju arahnoidne bradavice na trbuhu. 5. Pauk krstaš i kokošara dišu pomoću plućnih vreća i dušnika.
Greške su napravljene u rečenicama:
1)2 - insekti imaju tri para nogu, a pauci četiri para;
2)3 - rak ima složene oči, a križni pauk ima jednostavne oči;
3)5 - kokoša nema plućne vrećice, već samo dušnik.
119. Koje su strukturne karakteristike i vitalne funkcije šampinjona? Navedite najmanje četiri karakteristike.
odgovor:
1) imaju micelijum i plodište;
2) razmnožavaju se sporama i micelijumom;
3) prema načinu ishrane - heterotrofi;
4) većina formira mikorize.
120. Koje su aromorfoze omogućile drevnim vodozemcima da razviju kopno.
odgovor:
1) pojava plućnog disanja;
2) formiranje raskomadanih udova;
3) pojava trokomornog srca i dva kruga cirkulacije.
Ova video lekcija posvećena je temi "Omogućavanje ćelija energijom". U ovoj lekciji ćemo pogledati energetske procese u ćeliji i proučavati kako se ćelije opskrbljuju energijom. Također ćete naučiti šta je ćelijsko disanje i od kojih se faza sastoji. Razgovarajte o svakom od ovih koraka detaljno.
BIOLOGIJA 9. RAZRED
Tema: Ćelijski nivo
Lekcija 13. Opskrba ćelija energijom
Stepanova Anna Yurievna
kandidat bioloških nauka, vanredni profesor MSUIE
Moskva
Danas ćemo govoriti o opskrbi ćelija energijom. Energija se koristi za različite hemijske reakcije koje se dešavaju u ćeliji. Neki organizmi koriste energiju sunčeve svjetlosti za biohemijske procese - to su biljke, dok drugi koriste energiju kemijskih veza u tvarima dobivenim ishranom - to su životinjski organizmi. Supstance iz hrane izdvajaju se razgradnjom ili biološkom oksidacijom kroz proces ćelijskog disanja.
Ćelijsko disanje je biohemijski proces u ćeliji koji se odvija u prisustvu enzima, usled čega se oslobađaju voda i ugljični dioksid, a energija se pohranjuje u obliku makroenergetskih veza molekula ATP-a. Ako se ovaj proces odvija u prisustvu kiseonika, onda se naziva "aerobnim". Ako se javlja bez kiseonika, onda se naziva "anaerobnim".
Biološka oksidacija uključuje tri glavne faze:
1. Pripremni,
2. bez kiseonika (glikoliza),
3. Potpuna razgradnja organskih materija (u prisustvu kiseonika).
Pripremna faza. Supstance primljene iz hrane razgrađuju se na monomere. Ova faza počinje u gastrointestinalnom traktu ili u lizosomima ćelije. Polisaharidi se razlažu na monosaharide, proteini na aminokiseline, masti na glicerole i masne kiseline. Energija koja se oslobađa u ovoj fazi se rasipa u obliku topline. Treba napomenuti da za energetske procese ćelije koriste ugljikohidrate, ili još bolje, monosaharide. A mozak za svoj rad može koristiti samo monosaharid - glukozu.
Glukoza se tokom glikolize razlaže na dva trougljična molekula pirogrožđane kiseline. Njihova dalja sudbina zavisi od prisustva kiseonika u ćeliji. Ako je kisik prisutan u stanici, tada pirogrožđana kiselina ulazi u mitohondrije radi potpune oksidacije do ugljičnog dioksida i vode (aerobno disanje). Ako nema kisika, tada se u životinjskim tkivima pirogrožđana kiselina pretvara u mliječnu kiselinu. Ova faza se odvija u citoplazmi ćelije. Kao rezultat glikolize, formiraju se samo dva ATP molekula.
Za potpunu oksidaciju glukoze potreban je kisik. U trećoj fazi dolazi do potpune oksidacije pirogrožđane kiseline u ugljični dioksid i vodu u mitohondrijima. Kao rezultat, formira se još 36 ATP molekula.
Ukupno, tri koraka proizvode 38 ATP molekula iz jednog molekula glukoze, uzimajući u obzir dva ATP-a proizvedena tokom glikolize.
Tako smo ispitali energetske procese koji se odvijaju u ćelijama. Karakterizirane su faze biološke oksidacije. Ovim je naša lekcija završena, sve najbolje, doviđenja!
Razlika između disanja i peckanja. Disanje koje se dešava u ćeliji često se poredi sa procesom sagorevanja. Oba procesa se odvijaju u prisustvu kiseonika, oslobađajući energiju i produkte oksidacije. Ali, za razliku od sagorevanja, disanje je uređeni proces biohemijskih reakcija koji se odvija u prisustvu enzima. Prilikom disanja ugljični dioksid nastaje kao krajnji proizvod biološke oksidacije, a prilikom sagorijevanja dolazi do stvaranja ugljičnog dioksida direktnom kombinacijom vodonika s ugljikom. Takođe, tokom disanja nastaje određeni broj ATP molekula. Odnosno, disanje i sagorijevanje su fundamentalno različiti procesi.
Biomedicinski značaj. Za medicinu nije važan samo metabolizam glukoze, već i fruktoze i galaktoze. Sposobnost stvaranja ATP-a u nedostatku kisika posebno je važna u medicini. Ovo vam omogućava da održavate intenzivan rad skeletnih mišića u uslovima nedovoljne efikasnosti aerobne oksidacije. Tkiva sa povećanom glikolitičkom aktivnošću mogu ostati aktivna tokom perioda gladovanja kiseonikom. U srčanom mišiću, mogućnosti za glikolizu su ograničene. Teško pati od poremećaja opskrbe krvlju, što može dovesti do ishemije. Postoji nekoliko poznatih bolesti uzrokovanih nedostatkom enzima koji regulišu glikolizu:
Hemolitička anemija (u brzorastućim ćelijama raka glikoliza se odvija brzinom koja premašuje mogućnosti ciklusa limunske kiseline), što doprinosi povećanju sinteze mliječne kiseline u organima i tkivima. Visok nivo mliječne kiseline u tijelu može biti simptom raka.
Fermentacija. Mikrobi mogu dobiti energiju tokom fermentacije. Fermentacija je poznata ljudima od pamtivijeka, na primjer, u pravljenju vina. Vrenje mliječne kiseline bilo je poznato još ranije. Ljudi su konzumirali mliječne proizvode ne shvaćajući da su ti procesi povezani s djelovanjem mikroorganizama. To je prvi dokazao Louis Pasteur. Osim toga, različiti mikroorganizmi luče različite proizvode fermentacije. Sada ćemo govoriti o alkoholnoj i mliječno kiseloj fermentaciji. Kao rezultat, nastaju etilni alkohol i ugljični dioksid i oslobađa se energija. Pivari i vinari su koristili određene vrste kvasca za stimulaciju fermentacije, koja pretvara šećere u alkohol. Fermentaciju obavljaju uglavnom kvasac, kao i neke bakterije i gljivice. U našoj zemlji se tradicionalno koristi kvasac Saccharomycetes. U Americi - bakterije iz roda Pseudomonas. A u Meksiku se koriste bakterije "pokretne šipke". Naš kvasac obično fermentira heksoze (monosaharide sa šest ugljika) kao što su glukoza ili fruktoza. Proces stvaranja alkohola može se predstaviti na sljedeći način: iz jednog molekula glukoze nastaju dva molekula alkohola, dva molekula ugljičnog dioksida i dva molekula ATP-a. Ova metoda je manje isplativa od aerobnih procesa, ali vam omogućuje održavanje života u nedostatku kisika. Hajde sada da pričamo o fermentaciji fermentisanog mleka. Jedan molekul glukoze formira dva molekula mliječne kiseline i istovremeno se oslobađaju dva molekula ATP-a. Mliječno-kiselinska fermentacija se široko koristi za proizvodnju mliječnih proizvoda: sira, kiselog mlijeka, jogurta. Mliječna kiselina se također koristi u proizvodnji bezalkoholnih pića.
- Vrste ishrane živih organizama
- fotosinteza
- Razmjena energije
1. Životna aktivnost svih organizama moguće je samo ako imaju energiju. Prema načinu dobijanja energije, sve ćelije i organizmi se dele u dve grupe: autotrofi I heterotrofi.
Heterotrofi(grč. heteros - različit, drugi i trofe - hrana, ishrana) nisu u stanju da sami sintetiziraju organska jedinjenja od neorganskih, već ih moraju primiti iz okoline. Organske tvari služe ne samo kao hrana za njih, već i kao izvor energije. Heterotrofi uključuju sve životinje, gljive, većinu bakterija, kao i kopnene biljke i alge bez klorofila.
Prema načinu dobijanja hrane heterotrofni organizmi se dijele na Holozoans(životinje) koje hvataju čvrste čestice, i osmotrofna(gljivice, bakterije) koje se hrane otopljenim supstancama.
Različiti heterotrofni organizmi su sposobni da kolektivno razgrađuju sve tvari koje sintetiziraju autotrofi, kao i mineralne tvari sintetizirane kao rezultat ljudskih proizvodnih aktivnosti. Heterotrofni organizmi, zajedno sa autotrofima, čine jedinstven biološki sistem na Zemlji, ujedinjen trofičkim odnosima.
Autotrofi- organizmi koji se hrane (tj. primaju energiju) iz neorganskih jedinjenja, to su neke bakterije i sve zelene biljke. Autotrofi se dijele na kemotrofe i fototrofe.
Hemotrofi- organizmi koji koriste energiju oslobođenu tokom redoks reakcija. Hemotrofi uključuju nitrificirajuće (fiksirajuće) bakterije, sumpor, vodonik (koji stvaraju metan), mangan, bakterije koje stvaraju željezo i bakterije koje koriste ugljični monoksid.
Fototrofi- samo zelene biljke. Izvor energije za njih je svjetlost.
2. Fotosinteza(grč. phosgen. pad. fotografije - svjetlost i sinteza - veza) - formiranje, uz sudjelovanje svjetlosne energije, organskih tvari od strane ćelija zelenih biljaka, kao i nekih bakterija, proces pretvaranja svjetlosne energije u hemijsku energiju. Javlja se uz pomoć pigmenata (hlorofila i nekih drugih) u tilakoidima hloroplasta i hromatoforima ćelija. Fotosinteza se zasniva na redoks reakcijama u kojima se elektroni prenose sa donatora-reduktora (voda, vodonik, itd.) na akceptor (latinski akceptor - prijemnik) - ugljični dioksid, acetat uz stvaranje reduciranih jedinjenja - ugljikohidrata i oslobađanje kiseonik, ako je voda oksidirana.
Fotosintetske bakterije koje koriste donore osim vode ne proizvode kisik.
Svjetlosne reakcije fotosinteze(uzrokovane svjetlom) se javljaju u grani tilakoida hloroplasta.Kvanti vidljive svjetlosti (fotoni) stupaju u interakciju sa molekulima hlorofila, prenoseći ih u pobuđeno stanje. Elektron u hlorofilu apsorbira kvant svjetlosti određene dužine i, kao u koracima, kreće se duž lanca nosača elektrona, gubeći energiju, koja služi za fosforilaciju ADP-a u ATP. Ovo je vrlo efikasan proces: hloroplasti proizvode 30 puta više ATP-a od mitohondrija istih biljaka. Time se akumulira energija neophodna za sljedeće - tamne reakcije fotosinteze. Sljedeće tvari djeluju kao nosači elektrona: citokromi, plastokinon, feredoksin, flavoprotein, reduktaza, itd. Neki od pobuđenih elektrona se koriste za redukciju NADP + u NADPH. Kada je izložena sunčevoj svjetlosti, voda se razlaže u hloroplastima - fotoliza, u ovom slučaju nastaju elektroni koji nadoknađuju svoje gubitke hlorofilom; Kiseonik se proizvodi kao nusproizvod i oslobađa se u atmosferu naše planete. To je kiseonik koji udišemo i koji je neophodan svim aerobnim organizmima.
Hloroplasti viših biljaka, algi i cijanobakterija sadrže dva fotosistema različite strukture i sastava. Kada kvante svjetlosti apsorbiraju pigmenti (reakcioni centar - kompleks klorofila sa proteinom koji apsorbira svjetlost talasne dužine 680 nm - P680) fotosistema II, elektroni se prenose iz vode u srednji akceptor i kroz lanac nosača. do reakcionog centra fotosistema I. A ovaj fotosistem je reakcioni centar otkriće molekule klorofila pera u kompleksu sa posebnim proteinom-KOM, koji apsorbuje svetlost talasne dužine od 700 nm - P700. U molekulima hlorofila F1 postoje "rupe" - nepopunjena mjesta elektrona prebačenih na PLDPH. Ove „rupe“ su ispunjene elektronima nastalim tokom funkcionisanja PI. Odnosno, fotosistem II opskrbljuje fotosistemu I elektrone, koji se u njemu troše na redukciju NADP+ i NADPH. Na putu kretanja elektrona fotosistema II pobuđenih svetlošću do konačnog akceptora - hlorofila fotosistema I, ADP se fosforilira u energetski bogat ATP. Tako se svjetlosna energija pohranjuje u molekulama ATP-a i dalje koristi za sintezu ugljikohidrata, proteina, nukleinskih kiselina i drugih vitalnih procesa biljaka, a preko njih i vitalnu aktivnost svih organizama koji se hrane biljkama.
Tamne reakcije, ili reakcije fiksacije ugljika, nisu povezani sa svjetlom, provode se u stromi hloroplasta. Ključno mjesto u njima zauzima fiksacija ugljičnog dioksida i pretvaranje ugljika u ugljikohidrate. Ove reakcije su ciklične prirode, budući da neki od međuugljikohidrata prolaze kroz proces kondenzacije i preraspodjele u ribuloza difosfat, primarni akceptor CO 2, koji osigurava kontinuirani rad ciklusa. Ovaj proces je prvi opisao američki biohemičar Melvin Calvin
Transformacija neorganskog jedinjenja CO 2 u organska jedinjenja - ugljikohidrate, u čijim se kemijskim vezama pohranjuje sunčeva energija, događa se uz pomoć složenog enzima - ribuloza-1,5-difosfat karboksilaze. Osigurava dodavanje jedne molekule CO 2 ribulozo-1,5-difosfatu sa pet ugljika, što rezultira stvaranjem kratkotrajnog intermedijarnog spoja sa šest ugljika. Ovaj spoj se, zbog hidrolize, raspada na dva molekula fosfoglicerinske kiseline sa tri ugljika, koja se reducira pomoću ATP-a i NADPH u šećere s tri ugljika (trioza fosfati). Od njih nastaje konačni proizvod fotosinteze, glukoza.
Neki od triozfosfata, koji su prošli kroz procese kondenzacije i preraspodjele, pretvarajući se prvo u ribuloza monofosfat, a zatim u ribuloza difosfat, ponovo se uključuju u kontinuirani ciklus stvaranja molekula glukoze. Glukoza se može enzimski polimerizirati u
škrob i celuloza su potporni polisaharidi biljaka.
Karakteristika fotosinteze nekih biljaka (šećerna trska, kukuruz, amarant) je početna konverzija ugljika kroz spojeve sa četiri ugljika. Takve biljke su dobile indeks C 4 -biljke, a fotosinteza u njima je metabolizam ugljika. C4 biljke privlače pažnju istraživača zbog svoje fotosintetske produktivnosti.
Načini povećanja produktivnosti poljoprivrednih biljaka:
Dovoljna mineralna ishrana, koja može osigurati najbolji tok metaboličkih procesa;
Potpuna rasvjeta, koja se može postići određenim sjetvenim količinama biljaka, uzimajući u obzir potrošnju svjetlosti biljaka koje vole svjetlost i sjenu;
Normalna količina ugljičnog dioksida u zraku (s povećanjem njegovog sadržaja, poremećen je proces disanja biljaka, koji je povezan s fotosintezom);
Vlažnost tla odgovara potrebama biljaka za vlagom u zavisnosti od klimatskih i agrotehničkih uslova.
Značaj fotosinteze u prirodi.
Kao rezultat fotosinteze na Zemlji, godišnje se formira 150 milijardi tona organske materije i oslobađa se približno 200 milijardi tona slobodnog kiseonika. Fotosinteza ne samo da obezbeđuje i održava trenutni sastav Zemljine atmosfere, neophodan za život njenih stanovnika, već i sprečava povećanje koncentracije CO 2 u atmosferi, sprečavajući pregrijavanje naše planete (zbog tzv. staklenika). efekat). Kiseonik koji se oslobađa tokom fotosinteze neophodan je za disanje organizama i zaštitu od štetnog kratkotalasnog ultraljubičastog zračenja.
Hemosinteza(kasnogrč. hemeta - hemija i grčka sinteza - veza) - autotrofni proces stvaranja organske materije od strane bakterija koje ne sadrže hlorofil. Hemosinteza se odvija zbog oksidacije neorganskih jedinjenja: vodonika, sumporovodika, amonijaka, gvožđe(II) oksida itd. Asimilacija CO 2 se odvija kao i tokom fotosinteze (Calvinov ciklus), sa izuzetkom metana koji formira, homo -acetatne bakterije. Energija dobivena oksidacijom pohranjuje se u bakterijama u obliku ATP-a.
Hemosintetske bakterije igraju izuzetno važnu ulogu u biogeohemijskim ciklusima hemijskih elemenata u biosferi. Vitalna aktivnost nitrifikujućih bakterija jedan je od najvažnijih faktora plodnosti tla. Hemosintetske bakterije oksidiraju spojeve željeza, mangana, sumpora itd.
Hemosintezu je otkrio ruski mikrobiolog Sergej Nikolajevič Vinogradski (1856-1953) 1887.
3. Energetski metabolizam
Tri faze energetskog metabolizma odvijaju se uz učešće posebnih enzima u različitim dijelovima ćelija i organizama.
Prva faza je pripremna- nastaje (kod životinja u probavnim organima) pod dejstvom enzima koji razgrađuju molekule di- i polisaharida, masti, proteina, nukleinskih kiselina u manje molekule: glukozu, glicerol i masne kiseline, aminokiseline, nukleotide. Ovo oslobađa malu količinu energije, koja se raspršuje kao toplota.
Druga faza je oksidacija bez kisika ili nepotpuna. Naziva se i anaerobno disanje (fermentacija) ili glikoliza. Enzimi glikolize su lokalizirani u tekućem dijelu citoplazme - hijaloplazmi. Glukoza se razgrađuje, pri čemu se svaki molen postupno cijepa i oksidira uz sudjelovanje enzima do dva trougljična molekula pirogrožđane kiseline CH 3 - CO - COOH, gdje je COOH karboksilna grupa karakteristična za organske kiseline.
Devet enzima je uzastopno uključeno u ovu konverziju glukoze. Tokom procesa glikolize, molekuli glukoze se oksidiraju, odnosno gube se atomi vodonika. Akceptor vodonika (i elektron) u ovim reakcijama su molekuli nikotinamid nindinukleotida (NAD+), koji su po strukturi slični NADP+ i razlikuju se samo po odsustvu ostatka fosforne kiseline u molekulu riboze. Kada se pirogrožđana kiselina redukuje zbog smanjenog NAD-a, pojavljuje se konačni proizvod glikolize – mliječna kiselina. Fosforna kiselina i ATP su uključeni u razgradnju glukoze.
Ukratko, ovaj proces izgleda ovako:
C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 P0 4 + 2 ADP = 2 C 3 H 6 0 3 + 2 ATP + 2 H 2 0.
U gljivama kvasca, molekul glukoze bez sudjelovanja kisika pretvara se u etil alkohol i ugljični dioksid (alkoholna fermentacija):
C 6 H 12 O 6 +2H 3 P0 4 +2ADP - 2C 2 H b 0H+2C0 2 +2ATP+2H 2 O.
Kod nekih mikroorganizama razgradnja glukoze bez kiseonika može rezultirati stvaranjem octene kiseline, acetona itd. U svim slučajevima, razgradnju jedne molekule glukoze prati nastanak dva ATP molekula, u visokoenergetskim vezama pri čemu se 40% energije pohranjuje, ostatak se rasipa kao toplota.
Treća faza energetskog metabolizma(faza cijepanja kisika , ili faza aerobnog disanja) se javlja u mitohondrijima. Ova faza je povezana sa mitohondrijalnim matriksom i unutrašnjom membranom; uključuje enzime koji predstavljaju enzimski prsten "transporter" tzv Krebsov ciklus, nazvan po naučniku koji ga je otkrio. Ovaj složen i dug način rada mnogih enzima se još naziva ciklus trikarboksilne kiseline.
Jednom u mitohondrijima, pirogrožđana kiselina (PVA) se oksidira i pretvara u supstancu bogatu energijom - acetil koenzim A ili skraćeno acetil-CoA. U Krebsovom ciklusu, molekuli acetil-CoA dolaze iz različitih izvora energije. U procesu PVK oksidacije, akceptori elektrona NAD+ se redukuju u NADH, a drugi tip akceptora se redukuje - FAD u FADH 2 (FAD je flavin adenin dinukleotid). Energija pohranjena u ovim molekulima koristi se za sintezu ATP-a - univerzalnog akumulatora biološke energije. Tokom faze aerobnog disanja, elektroni iz NADH i FADH 2 kreću se duž višestepenog lanca njihovog prijenosa do konačnog akceptora elektrona - molekulskog kisika. U prijenosu je uključeno nekoliko nosača elektrona: koenzim Q, citohromi i, što je najvažnije, kisik. Kada se elektroni kreću od stupnja do stupnja respiratornog transportera, oslobađa se energija koja se troši na sintezu ATP-a. Unutar mitohondrija, H+ kationi se kombinuju sa O 2 ~ anjonima i formiraju vodu. U Krebsovom ciklusu nastaje CO 2, au lancu prijenosa elektrona - voda. U ovom slučaju, jedan molekul glukoze, potpuno oksidiran pristupom kisika do C0 2 i H 2 0, doprinosi stvaranju 38 molekula ATP. Iz navedenog proizilazi da glavnu ulogu u snabdijevanju ćelije energijom ima razgradnja kisika organskih tvari, odnosno aerobno disanje. Kada postoji manjak kisika ili njegovo potpuno odsustvo, dolazi do anaerobnog razlaganja organskih tvari bez kisika; Energija takvog procesa dovoljna je samo za stvaranje dva ATP molekula. Zahvaljujući tome, živa bića mogu kratko preživjeti bez kiseonika.
Živa ćelija ima inherentno nestabilnu i gotovo nevjerovatnu organizaciju; Ćelija je u stanju da održi vrlo specifičan i lijepo složen poredak svoje krhke strukture samo zahvaljujući kontinuiranoj potrošnji energije.
Čim prestane snabdevanje energijom, složena struktura ćelije se raspada i ona prelazi u neuređeno i neorganizovano stanje. Pored obezbeđivanja hemijskih procesa neophodnih za održavanje integriteta ćelije, u različitim tipovima ćelija, zbog konverzije energije, sprovodi se niz mehaničkih, električnih, hemijskih i osmotskih procesa povezanih sa životom organizma. je osigurano.
Naučivši relativno nedavno da izvlači energiju sadržanu u različitim neživim izvorima za obavljanje raznih poslova, čovjek je počeo shvaćati koliko vješto i s kojom visokom efikasnošću ćelija pretvara energiju. Transformacija energije u živoj ćeliji podliježe istim zakonima termodinamike koji djeluju u neživoj prirodi. Prema prvom zakonu termodinamike, ukupna energija zatvorenog sistema sa bilo kojom fizičkom promjenom uvijek ostaje konstantna. Prema drugom zakonu, energija može postojati u dva oblika: u obliku "slobodne" ili korisne energije i obliku beskorisne raspršene energije. Isti zakon kaže da sa bilo kojom fizičkom promjenom postoji tendencija rasipanja energije, odnosno smanjenja količine slobodne energije i povećanja entropije. U međuvremenu, živoj ćeliji je potrebno stalno snabdevanje besplatnom energijom.
Inženjer dobija energiju koja mu je potrebna uglavnom iz energije hemijskih veza sadržanih u gorivu. Sagorevanjem goriva pretvara hemijsku energiju u toplotnu energiju; onda može koristiti toplinsku energiju za rotaciju, na primjer, parnu turbinu i na taj način dobiti električnu energiju. Ćelije takođe dobijaju besplatnu energiju oslobađanjem energije hemijskih veza sadržanih u "gorivu". Energiju pohranjuju u tim vezama one ćelije koje sintetiziraju hranjive tvari koje služe kao takvo gorivo. Međutim, ćelije koriste ovu energiju na vrlo specifičan način. Budući da je temperatura na kojoj živa stanica funkcionira približno konstantna, stanica ne može koristiti toplinsku energiju za rad. Da bi nastao rad zbog toplotne energije, toplota se mora preći sa više zagrejanog tela na manje zagrejano. Apsolutno je jasno da ćelija ne može sagoreti svoje gorivo na temperaturi sagorevanja uglja (900°); Niti može izdržati izlaganje pregrijanoj pari ili struji visokog napona. Ćelija mora da izdvaja i koristi energiju u uslovima prilično konstantne i, osim toga, niske temperature, razblaženog jodnog okruženja i vrlo blagih fluktuacija u koncentraciji vodikovih jona. Da bi stekla sposobnost dobijanja energije, ćelija je tokom vekova evolucije organskog sveta unapredila svoje izuzetne molekularne mehanizme, koji rade neobično efikasno u ovim blagim uslovima.
Ćelijski mehanizmi za izvlačenje energije podijeljeni su u dvije klase, a na osnovu razlika u tim mehanizmima, sve ćelije se mogu podijeliti u dva glavna tipa. Ćelije prvog tipa nazivaju se heterotrofne; To uključuje sve ćelije ljudskog tela i ćelije svih viših životinja. Ove ćelije zahtijevaju stalnu opskrbu gotovim gorivom vrlo složenog hemijskog sastava. Takva goriva su ugljikohidrati, proteini i masti, odnosno pojedinačne komponente drugih ćelija i tkiva. Heterotrofne ćelije dobijaju energiju sagorevanjem ili oksidacijom ovih složenih supstanci (koje proizvode druge ćelije) u procesu zvanom disanje, koji uključuje molekularni kiseonik (O2) atmosfere. Heterotrofne ćelije koriste ovu energiju za obavljanje svojih bioloških funkcija, ispuštajući ugljični dioksid u atmosferu kao krajnji proizvod.
Ćelije koje pripadaju drugom tipu nazivaju se autotrofnim. Najtipičnije autotrofne ćelije su ćelije zelenih biljaka. U procesu fotosinteze vezuju energiju sunčeve svjetlosti, koristeći je za svoje potrebe. Osim toga, koriste sunčevu energiju za izdvajanje ugljika iz atmosferskog ugljičnog dioksida i koriste ga za izgradnju najjednostavnije organske molekule - molekule glukoze. Od glukoze, stanice zelenih biljaka i drugih organizama stvaraju složenije molekule koje čine njihov sastav. Da bi obezbijedile energiju potrebnu za to, ćelije sagorevaju dio sirovina koje im stoje na raspolaganju tokom disanja. Iz ovog opisa cikličkih transformacija energije u ćeliji postaje jasno da svi živi organizmi na kraju primaju energiju od sunčeve svjetlosti, pri čemu je biljne stanice primaju direktno od sunca, a životinje indirektno.
Proučavanje glavnih pitanja postavljenih u ovom članku počiva na potrebi za detaljnim opisom primarnog mehanizma ekstrakcije energije koji koristi ćelija. Većina koraka u složenim ciklusima disanja i fotosinteze je već proučavana. Utvrđeno je u kojem organu ćelije se odvija ovaj ili onaj proces. Disanje obavljaju mitohondriji, koji su prisutni u velikom broju u gotovo svim stanicama; fotosintezu osiguravaju hloroplasti - citoplazmatske strukture sadržane u ćelijama zelenih biljaka. Molekularni mehanizmi koji se nalaze unutar ovih ćelijskih struktura, sastavljaju njihovu strukturu i omogućavaju njihove funkcije, predstavljaju sljedeći važan korak u proučavanju ćelije.
Isti dobro proučeni molekuli - molekuli adenozin trifosfata (ATP) - prenose besplatnu energiju dobivenu iz nutrijenata ili sunčeve svjetlosti iz centara disanja ili fotosinteze u sve dijelove stanice, osiguravajući provođenje svih procesa koji zahtijevaju potrošnju energije. ATP je prvi izolovao Loman iz mišićnog tkiva prije otprilike 30 godina. ATP molekul sadrži tri međusobno povezane fosfatne grupe. U epruveti, krajnja grupa se može odvojiti od ATP molekule reakcijom hidrolize koja proizvodi adenozin difosfat (ADP) i anorganski fosfat. Tokom ove reakcije, slobodna energija ATP molekula se pretvara u toplotnu energiju, a entropija raste u skladu sa drugim zakonom termodinamike. U ćeliji, međutim, terminalna fosfatna grupa nije jednostavno odvojena tokom hidrolize, već se prenosi na poseban molekul koji služi kao akceptor. Značajan dio slobodne energije molekule ATP zadržava se zbog fosforilacije molekule akceptora, koja sada, zbog povećane energije, stječe sposobnost da učestvuje u procesima koji zahtijevaju potrošnju energije, na primjer, u procesima biosinteze ili kontrakcija mišića. Nakon uklanjanja jedne fosfatne grupe u ovoj spregnutoj reakciji, ATP se pretvara u ADP. U ćelijskoj termodinamici, ATP se može smatrati energetski bogatim, ili "nabijenim" oblikom nosioca energije (adenozin fosfat), a ADP kao energetski siromašnim, ili "pražnjenim" oblikom.
Sekundarno “punjenje” nosača se, naravno, provodi jednim ili drugim od dva mehanizma uključena u ekstrakciju energije. Tijekom procesa disanja životinjskih stanica, energija sadržana u hranjivim tvarima oslobađa se kao rezultat oksidacije i koristi se za izgradnju ATP-a iz ADP-a i fosfata. Tokom fotosinteze u biljnim ćelijama, energija sunčeve svetlosti se pretvara u hemijsku energiju i troši se na „punjenje“ adenozin fosfata, odnosno na stvaranje ATP-a.
Eksperimenti sa radioaktivnim izotopom fosfora (P 32) pokazali su da se anorganski fosfat inkorporira u i iz terminalne fosfatne grupe ATP-a velikom brzinom. U ćeliji bubrega, obrt terminalne fosfatne grupe se događa tako brzo da njeno poluživot traje manje od 1 minute; ovo odgovara izuzetno intenzivnoj razmeni energije u ćelijama ovog organa. Treba dodati da aktivnost ATP-a u živoj ćeliji nikako nije crna magija. Hemičari znaju mnoge slične reakcije kojima se hemijska energija prenosi u neživim sistemima. Relativno složena struktura ATP-a je očigledno nastala samo u ćeliji kako bi se osigurala najefikasnija regulacija hemijskih reakcija povezanih s prijenosom energije.
Uloga ATP-a u fotosintezi tek je nedavno razjašnjena. Ovo otkriće omogućilo je u velikoj mjeri objasniti kako fotosintetske stanice, u procesu sinteze ugljikohidrata, vežu sunčevu energiju – primarni izvor energije za sva živa bića.
Energija iz sunčeve svjetlosti se prenosi u obliku fotona, ili kvanta; Svjetlost različitih boja, ili različitih valnih dužina, karakteriziraju različite energije. Kada svjetlost padne na određene metalne površine i apsorbira se od ovih površina, fotoni, kao rezultat sudara s elektronima metala, prenose im svoju energiju. Ovaj fotoelektrični efekat može se izmjeriti zbog generirane električne struje. U ćelijama zelenih biljaka sunčevu svetlost određenih talasnih dužina apsorbuje zeleni pigment – hlorofil. Apsorbirana energija prenosi elektrone u složenoj molekuli hlorofila sa osnovnog energetskog nivoa na viši nivo. Takvi "pobuđeni" elektroni imaju tendenciju da se vrate na svoj glavni stabilni energetski nivo, oslobađajući energiju koju su apsorbirali. U čistom preparatu hlorofila izolovanog iz ćelije, apsorbovana energija se ponovo emituje u obliku vidljive svetlosti, slično onome što se dešava u slučaju drugih fosforescentnih ili fluorescentnih organskih i neorganskih jedinjenja.
Dakle, hlorofil, koji se nalazi u epruveti, sam po sebi nije sposoban da skladišti ili koristi svetlosnu energiju; ova energija se brzo raspršuje, kao da je došlo do kratkog spoja. Međutim, u ćeliji, hlorofil je sterički vezan za druge specifične molekule; dakle, kada pod uticajem apsorpcije svetlosti dođe u pobuđeno stanje, "vruće", ili bogato energijom, elektroni se ne vraćaju u svoje normalno (nepobuđeno) energetsko stanje; umjesto toga, elektroni se otkidaju od molekula klorofila i prenose molekuli nosači elektrona, koji ih prenose jedan na drugi u zatvorenom lancu reakcija. Praveći ovaj put izvan molekula hlorofila, pobuđeni elektroni postepeno odustaju od svoje energije i vraćaju se na svoja prvobitna mesta u molekulu hlorofila, koji je tada spreman da apsorbuje drugi foton. U međuvremenu, energija koju daju elektroni koristi se za formiranje ATP-a iz ADP-a i fosfata – drugim riječima, za “nabijanje” adenozin fosfatnog sistema fotosintetske ćelije.
Nosioci elektrona koji posreduju u ovom procesu fotosintetske fosforilacije još nisu u potpunosti identificirani. Čini se da jedan od ovih nosača sadrži riboflavin (vitamin B2) i vitamin K. Drugi su uslovno klasifikovani kao citokromi (proteini koji sadrže atome gvožđa okružene porfirinskim grupama, koje po lokaciji i strukturi podsećaju na porfirin samog hlorofila). Najmanje dva od ovih nosača elektrona su sposobna da vežu dio energije koju nose za obnavljanje ATP-a iz ADP-a.
Ovo je osnovna šema za pretvaranje svjetlosne energije u energiju ATP fosfatnih veza koju su razvili D. Arnon i drugi naučnici.
Međutim, u procesu fotosinteze, osim vezivanja sunčeve energije, dolazi i do sinteze ugljikohidrata. Danas se vjeruje da neki od "vrućih" elektrona pobuđene molekule klorofila, zajedno sa vodikovim ionima koji potiču iz vode, uzrokuju redukciju (tj. sticanje dodatnih elektrona ili atoma vodika) jednog od nosača elektrona - trifosfopiridin nukleotida. (TPN, u smanjenom obliku TPN-N).
U nizu tamnih reakcija, nazvanih tako jer se mogu javiti u nedostatku svjetla, TPH-H uzrokuje redukciju ugljičnog dioksida u ugljikohidrate. Većinu energije potrebne za ove reakcije isporučuje ATP. Prirodu ovih mračnih reakcija proučavali su uglavnom M. Calvin i njegove kolege. Jedan od nusproizvoda početne fotoredukcije TPN-a je hidroksilni jon (OH -). Iako još nemamo potpune podatke, pretpostavlja se da ovaj ion donira svoj elektron jednom od citokroma u lancu fotosintetskih reakcija čiji je konačni proizvod molekularni kisik. Elektroni se kreću duž lanca nosača, dajući svoj energetski doprinos stvaranju ATP-a, i na kraju, potrošivši sav višak energije, ulaze u molekul klorofila.
Kao što bi se očekivalo na osnovu strogo pravilne i sekvencijalne prirode procesa fotosinteze, molekule hlorofila nisu nasumično locirane u hloroplastima i, naravno, nisu jednostavno suspendovane u tečnosti koja ispunjava hloroplaste. Naprotiv, molekule klorofila formiraju uređene strukture u hloroplastima - grana, između kojih postoji preplitanje vlakana ili membrana koje ih razdvajaju. Unutar svake grane, ravni molekuli hlorofila leže u hrpama; svaka molekula se može smatrati analognom zasebnoj pločici (elektrodi) elementa, grana - elementima, a cjelokupna grana (tj. cijeli hloroplast) - električnoj bateriji.
Kloroplasti također sadrže sve one specijalizirane molekule nosače elektrona koji zajedno s hlorofilom sudjeluju u izdvajanju energije iz „vrućih” elektrona i korištenju te energije za sintezu ugljikohidrata. Kloroplasti ekstrahovani iz ćelije mogu sprovesti čitav složen proces fotosinteze.
Efikasnost ovih minijaturnih tvornica na solarni pogon je nevjerovatna. U laboratoriji, uz određene posebne uslove, može se pokazati da se tokom procesa fotosinteze do 75% svjetlosti koja pada na molekul hlorofila pretvara u hemijsku energiju; Međutim, ova brojka se ne može smatrati potpuno tačnom, a o tome se još uvijek raspravlja. Na terenu, zbog nejednake osvetljenosti listova suncem, kao i iz niza drugih razloga, efikasnost korišćenja sunčeve energije je znatno niža - reda veličine nekoliko procenata.
Dakle, molekul glukoze, koji je krajnji proizvod fotosinteze, mora sadržavati prilično značajnu količinu sunčeve energije sadržane u njegovoj molekularnoj konfiguraciji. Tokom procesa disanja, heterotrofne ćelije izdvajaju ovu energiju postupno razgrađujući molekul glukoze kako bi „sačuvale“ energiju koju sadrži u novoformiranim fosfatnim vezama ATP-a.
Postoje različite vrste heterotrofnih ćelija. Neke ćelije (na primjer, neki morski mikroorganizmi) mogu živjeti bez kisika; druge (na primjer, moždane ćelije) apsolutno zahtijevaju kisik; druge (na primjer, mišićne ćelije) su svestranije i sposobne su funkcionirati kako u prisustvu kisika u okolini tako iu njegovom odsustvu. Osim toga, iako većina stanica radije koristi glukozu kao glavno gorivo, neke od njih mogu postojati isključivo na aminokiselinama ili masnim kiselinama (glavna sirovina za čiju sintezu je ista glukoza). Ipak, razgradnja molekula glukoze u stanicama jetre može se smatrati primjerom procesa proizvodnje energije tipičnog za većinu poznatih heterotrofa.
Ukupnu količinu energije sadržanu u molekulu glukoze vrlo je lako odrediti. Spaljivanjem određene količine (uzorka) glukoze u laboratoriju može se pokazati da oksidacijom molekula glukoze nastaje 6 molekula vode i 6 molekula ugljičnog dioksida, a reakcija je praćena oslobađanjem energije u obliku toplote (otprilike 690.000 kalorija na 1 gram molekula, tj. za 180 grama glukoze). Energija u obliku toplote je naravno beskorisna za ćeliju, koja radi na praktično konstantnoj temperaturi. Međutim, do postupne oksidacije glukoze tokom disanja dolazi na način da se većina slobodne energije molekula glukoze pohranjuje u obliku pogodnom za ćeliju.
Kao rezultat, ćelija prima više od 50% sve energije oslobođene tokom oksidacije u obliku energije fosfatne veze. Ovako visoka efikasnost je povoljna u odnosu na onu koja se obično postiže u tehnologiji, gdje je rijetko moguće više od jedne trećine toplinske energije dobivene sagorijevanjem goriva pretvoriti u mehaničku ili električnu energiju.
Proces oksidacije glukoze u ćeliji podijeljen je u dvije glavne faze. Tokom prve, ili pripremne, faze, zvane glikoliza, molekul glukoze sa šest ugljika razlaže se na dva molekula mliječne kiseline sa tri ugljika. Ovaj naizgled jednostavan proces ne sastoji se od jednog, već od najmanje 11 koraka, pri čemu svaki korak katalizira svoj poseban enzim. Složenost ove operacije može izgledati kao da je u suprotnosti s Newtonovim aforizmom “Natura entm simplex esi” („priroda je jednostavna”); Međutim, treba imati na umu da svrha ove reakcije nije jednostavno podijeliti molekulu glukoze na pola, već osloboditi energiju sadržanu u njoj iz ove molekule. Svaki od intermedijera sadrži fosfatne grupe, a reakcija se završava upotrebom dva ADP molekula i dvije fosfatne grupe. U konačnici, kao rezultat razgradnje glukoze, ne nastaju samo dva molekula mliječne kiseline, već se, osim toga, formiraju i dva nova molekula ATP.
Čemu to vodi u energetskom smislu? Termodinamičke jednadžbe pokazuju da kada se jedan gram glukoze razgradi u mliječnu kiselinu, oslobađa se 56.000 kalorija. Budući da formiranje svakog gram-molekula ATP-a veže 10.000 kalorija, efikasnost procesa hvatanja energije u ovoj fazi je oko 36% - vrlo impresivna brojka, zasnovana na onome sa čime se obično suočavamo u tehnologiji. Međutim, ovih 20.000 kalorija pretvorenih u energiju fosfatne veze predstavlja samo mali dio (oko 3%) ukupne energije sadržane u gramu molekula glukoze (690.000 kalorija). U međuvremenu, mnoge ćelije, na primjer, anaerobne ćelije ili mišićne ćelije, koje su u stanju aktivnosti (i u ovom trenutku nesposobne za disanje), postoje zbog ove neznatne potrošnje energije.
Nakon razgradnje glukoze u mliječnu kiselinu, aerobne stanice nastavljaju izvlačiti većinu preostale energije kroz proces disanja, tokom kojeg se molekule mliječne kiseline od tri ugljika razlažu na molekule ugljičnog dioksida od jednog ugljika. Mliječna kiselina, odnosno njen oksidirani oblik, pirogrožđana kiselina, prolazi kroz još složeniji niz reakcija, a svaku od ovih reakcija opet katalizira poseban enzimski sistem. Prvo, spoj s tri ugljika se razgrađuje i formira aktivirani oblik octene kiseline (acetil koenzim A) i ugljičnog dioksida. "Dva ugljika" (acetil koenzim A) se zatim kombinuje sa jedinjenjem sa četiri ugljika, oksalosirćetnom kiselinom, da bi se dobila limunska kiselina, koja sadrži šest atoma ugljika. Limunska kiselina, kroz niz reakcija, ponovo se pretvara u oksalo-sirćetnu kiselinu, a tri atoma ugljika pirogrožđane kiseline koja se unose u ovaj ciklus reakcija na kraju proizvode molekule ugljičnog dioksida. Ovaj „mlin“, koji „melje“ (oksidira) ne samo glukozu, već i molekule masti i aminokiselina, prethodno razbijenih u sirćetnu kiselinu, poznat je kao Krebsov ciklus ili ciklus limunske kiseline.
Ciklus je prvi opisao G. Krebs 1937. Ovo otkriće predstavlja jedan od kamena temeljaca moderne biohemije, a njegov autor je 1953. dobio Nobelovu nagradu.
Krebsov ciklus prati oksidaciju mliječne kiseline u ugljični dioksid; Međutim, sam ovaj ciklus ne može objasniti kako se velike količine energije sadržane u molekulu mliječne kiseline mogu ekstrahirati u obliku pogodnom za upotrebu u živoj ćeliji. Ovaj proces ekstrakcije energije koji prati Krebsov ciklus intenzivno se proučava posljednjih godina. Ukupna slika je manje-više jasna, ali još mnogo detalja treba istražiti. Očigledno, tokom Krebsovog ciklusa, elektroni se, uz učešće enzima, otkidaju iz međuproizvoda i prenose duž niza molekula nosača, koji se zajednički nazivaju respiratorni lanac. Ovaj lanac molekula enzima predstavlja konačni zajednički put svih elektrona koji se uklanjaju iz molekula hranjivih tvari u procesu biološke oksidacije. U posljednjoj karici ovog lanca, elektroni se na kraju spajaju s kisikom i formiraju vodu. Dakle, razgradnja hranjivih tvari putem disanja je obrnuti proces fotosinteze, u kojem uklanjanje elektrona iz vode proizvodi kisik. Štaviše, nosioci elektrona u respiratornom lancu su hemijski veoma slični odgovarajućim nosiocima uključenim u proces fotosinteze. Među njima su, na primjer, riboflavin i citokromske strukture, slične onima u hloroplastu. Ovo potvrđuje Newtonov aforizam o jednostavnosti prirode.
Kao iu fotosintezi, energija elektrona koji prolaze duž ovog lanca do kiseonika se hvata i koristi za sintezu ATP-a iz ADP-a i fosfata. Zapravo, ova fosforilacija koja se javlja u respiratornom lancu (oksidativna fosforilacija) je bolje proučena od fosforilacije koja se javlja tokom fotosinteze, koja je otkrivena relativno nedavno. Čvrsto je utvrđeno, na primjer, da postoje tri centra u respiratornom lancu u kojima dolazi do “punjenja” adenozin fosfata, odnosno stvaranja ATP-a. Dakle, za svaki par elektrona uklonjenih iz mliječne kiseline tokom Krebsovog ciklusa formiraju se u prosjeku tri ATP molekula.
Na osnovu ukupnog prinosa ATP-a, sada je moguće izračunati termodinamičku efikasnost kojom ćelija izdvaja energiju koja joj je dostupna oksidacijom glukoze. Preliminarna razgradnja glukoze na dva molekula mliječne kiseline proizvodi dva molekula ATP-a. Svaki molekul mliječne kiseline na kraju prenosi šest parova elektrona u respiratorni lanac. Budući da svaki par elektrona koji prolazi kroz lanac uzrokuje konverziju tri molekula ADP u ATP, 36 molekula ATP-a nastaje tokom samog procesa disanja. Kada se formira svaki gram molekula ATP-a, oko 10.000 kalorija je vezano, kao što smo već naveli, i, stoga, 38 grama molekula ATP-a veže otprilike 380.000 od 690.000 kalorija sadržanih u originalnom gram molekulu glukoze. Stoga se može smatrati da je efikasnost spojenih procesa glikolize i disanja najmanje 55%.
Ekstremna složenost procesa disanja je još jedan pokazatelj da uključeni enzimski mehanizmi ne bi mogli funkcionirati ako se sastavni dijelovi jednostavno pomiješaju zajedno u otopini. Kao što molekularni mehanizmi povezani s fotosintezom imaju određenu strukturnu organizaciju i sadržani su u hloroplastu, respiratorni organi ćelije - mitohondrije - predstavljaju isti strukturno uređeni sistem.
Ćelija, ovisno o svom tipu i prirodi funkcije, može sadržavati od 50 do 5000 mitohondrija (ćelija jetre sadrži, na primjer, oko 1000 mitohondrija). Dovoljno su velike (3-4 mikrona dužine) da se vide običnim mikroskopom. Međutim, ultrastruktura mitohondrija vidljiva je samo pod elektronskim mikroskopom.
Na elektronskim mikrografijama se može vidjeti da mitohondrija ima dvije membrane, pri čemu unutrašnja membrana formira nabore koji se protežu u tijelo mitohondrija. Nedavno istraživanje mitohondrija izolovanih iz ćelija jetre pokazalo je da se molekuli enzima uključeni u Krebsov ciklus nalaze u matriksu, odnosno rastvorljivom delu unutrašnjeg sadržaja mitohondrija, dok enzimi respiratornog lanca, u obliku molekularnih " sklopovi”, nalaze se u membranama. Membrane se sastoje od naizmjeničnih slojeva proteinskih i lipidnih (masti) molekula; Istu strukturu imaju i membrane u grani hloroplasta.
Dakle, postoji jasna sličnost u strukturi ove dvije glavne “elektrane”, od kojih ovisi cjelokupna vitalna aktivnost ćelije, jer jedna od njih “skladišti” sunčevu energiju u fosfatnim vezama ATP-a, a druga pretvara energija sadržana u nutrijentima u ATP energiju.
Napredak moderne hemije i fizike nedavno je omogućio da se razjasni prostorna struktura nekih velikih molekula, na primjer, molekula niza proteina i DNK, odnosno molekula koji sadrže genetske informacije.
Sljedeći važan korak u proučavanju stanice je otkrivanje lokacije velikih molekula enzima (koji su sami po sebi proteini) u mitohondrijskim membranama, gdje se nalaze zajedno s lipidima – raspored koji osigurava pravilnu orijentaciju svakog molekula katalizatora i mogućnost njegove interakcije s naknadnom vezom cjelokupnog radnog mehanizma. „Šema ožičenja“ mitohondrija je već jasna!
Savremeni podaci o elektranama ćelije pokazuju da ona ostavlja daleko iza sebe ne samo klasičnu energiju, već i najnovija, mnogo briljantnija dostignuća tehnologije.
Elektronika je postigla neverovatan uspeh u rasporedu i smanjenju veličine komponenti računarskih uređaja. Međutim, svi ovi uspjesi se ne mogu porediti sa apsolutno nevjerovatnom minijaturizacijom najsloženijih mehanizama konverzije energije razvijenih u procesu organske evolucije i prisutnih u svakoj živoj ćeliji.
Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.
Obilan rast masnih stabala,
koji koren na neplodnom pesku
odobren, to jasno kaže
masni listovi masnoće salo iz vazduha
apsorbirati...
M. V. Lomonosov
Kako se energija skladišti u ćeliji? Šta je metabolizam? Koja je suština procesa glikolize, fermentacije i ćelijskog disanja? Koji se procesi odvijaju tokom svijetle i tamne faze fotosinteze? Kako su povezani procesi energetskog i plastičnog metabolizma? Šta je hemosinteza?
Lekcija-predavanje
Sposobnost pretvaranja jedne vrste energije u drugu (energija zračenja u energiju hemijskih veza, hemijska energija u mehaničku energiju, itd.) jedno je od osnovnih svojstava živih bića. Ovdje ćemo pobliže pogledati kako se ovi procesi ostvaruju u živim organizmima.
ATP JE GLAVNI NOSITELJ ENERGIJE U ĆELIJI. Za izvođenje bilo kakvih manifestacija aktivnosti stanica potrebna je energija. Autotrofni organizmi svoju početnu energiju dobijaju od Sunca tokom reakcija fotosinteze, dok heterotrofni organizmi koriste organska jedinjenja koja se snabdevaju hranom kao izvor energije. Energiju pohranjuju ćelije u hemijskim vezama molekula ATP (adenozin trifosfat), koji su nukleotid koji se sastoji od tri fosfatne grupe, ostatka šećera (riboze) i ostatka azotne baze (adenin) (slika 52).
Rice. 52. ATP molekul
Veza između fosfatnih ostataka naziva se makroergijskom, jer kada se prekine, oslobađa se velika količina energije. Tipično, ćelija izvlači energiju iz ATP-a tako što uklanja samo terminalnu fosfatnu grupu. U tom slučaju nastaju ADP (adenozin difosfat) i fosforna kiselina i oslobađa se 40 kJ/mol:
Molekuli ATP-a igraju ulogu univerzalnog pregovaračkog čipa za energiju ćelije. Isporučuju se na mjesto energetski intenzivnog procesa, bilo da se radi o enzimskoj sintezi organskih jedinjenja, radu proteina - molekularnih motora ili membranskih transportnih proteina, itd. Reverzna sinteza molekula ATP-a vrši se vezivanjem fosfatne grupe. na ADP uz apsorpciju energije. Ćelija skladišti energiju u obliku ATP-a tokom reakcija energetski metabolizam. To je usko povezano sa razmjena plastike, tokom kojeg ćelija proizvodi organska jedinjenja neophodna za njeno funkcionisanje.
METABOLIZAM I ENERGIJA U ĆELIJI (METABOLIZAM). Metabolizam je ukupnost svih reakcija plastičnog i energetskog metabolizma, međusobno povezanih. Ćelije neprestano sintetiziraju ugljikohidrate, masti, proteine i nukleinske kiseline. Sinteza jedinjenja uvijek se odvija uz utrošak energije, odnosno uz neizostavno učešće ATP-a. Izvori energije za stvaranje ATP su enzimske reakcije oksidacije proteina, masti i ugljikohidrata koji ulaze u ćeliju. Tokom ovog procesa energija se oslobađa i pohranjuje u ATP. Oksidacija glukoze igra posebnu ulogu u staničnom energetskom metabolizmu. Molekuli glukoze prolaze kroz niz uzastopnih transformacija.
Prva faza, tzv glikoliza, odvija se u citoplazmi ćelija i ne zahteva kiseonik. Kao rezultat uzastopnih reakcija koje uključuju enzime, glukoza se razlaže na dva molekula pirogrožđane kiseline. U tom slučaju se troše dva ATP molekula, a energija oslobođena tokom oksidacije dovoljna je da se formiraju četiri ATP molekula. Kao rezultat toga, energetski izlaz glikolize je mali i iznosi dva ATP molekula:
C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP
U anaerobnim uslovima (u nedostatku kiseonika), dalje transformacije mogu biti povezane sa različitim tipovima fermentacija.
Svi znaju fermentacija mliječne kiseline(kiseljenje mlijeka), koje nastaje djelovanjem gljivica i bakterija mliječne kiseline. Mehanizam je sličan glikolizi, samo što je konačni proizvod ovdje mliječna kiselina. Ova vrsta oksidacije glukoze javlja se u ćelijama kada postoji nedostatak kiseonika, kao što je u mišićima koji intenzivno rade. Alkoholna fermentacija je po hemiji bliska fermentaciji mliječne kiseline. Razlika je u tome što su proizvodi alkoholne fermentacije etil alkohol i ugljični dioksid.
Sljedeća faza, tokom koje se pirogrožđana kiselina oksidira u ugljični dioksid i vodu, naziva se ćelijskog disanja. Reakcije povezane s disanjem odvijaju se u mitohondrijima biljnih i životinjskih stanica, i to samo u prisustvu kisika. Riječ je o nizu kemijskih transformacija prije formiranja konačnog proizvoda - ugljičnog dioksida. U različitim fazama ovog procesa nastaju međuprodukti oksidacije polazne tvari uz eliminaciju atoma vodika. U tom slučaju se oslobađa energija koja se "konzervira" u kemijskim vezama ATP-a i formiraju se molekuli vode. Postaje jasno da je kiseonik potreban upravo da bi se vezali razdvojeni atomi vodika. Ova serija hemijskih transformacija je prilično složena i odvija se uz učešće unutrašnjih membrana mitohondrija, enzima i proteina nosača.
Ćelijsko disanje je veoma efikasno. Sintetizira se 30 molekula ATP-a, tijekom glikolize nastaju još dvije molekule, a kao rezultat transformacije produkata glikolize na membranama mitohondrija nastaje šest molekula ATP-a. Ukupno, kao rezultat oksidacije jedne molekule glukoze, nastaje 38 ATP molekula:
C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP
Završne faze oksidacije ne samo šećera, već i proteina i lipida javljaju se u mitohondrijima. Ove supstance koriste ćelije, uglavnom kada se završi snabdevanje ugljenim hidratima. Prvo se troše masti, čijom oksidacijom se oslobađa znatno više energije nego iz jednake količine ugljikohidrata i proteina. Stoga mast kod životinja predstavlja glavnu „stratešku rezervu“ energetskih resursa. U biljkama škrob igra ulogu rezerve energije. Kada se skladišti, zauzima znatno više prostora od energetske ekvivalentne količine masti. Za biljke to nije prepreka, jer su nepokretne i ne nose zalihe na sebi, kao životinje. Energiju možete izvući iz ugljikohidrata mnogo brže nego iz masti. Proteini obavljaju mnoge važne funkcije u tijelu, pa su stoga uključeni u energetski metabolizam samo kada su resursi šećera i masti iscrpljeni, na primjer, tokom dugotrajnog gladovanja.
FOTOSINTEZA. fotosinteza je proces tokom kojeg se energija sunčevih zraka pretvara u energiju hemijskih veza organskih jedinjenja. U biljnim stanicama procesi povezani s fotosintezom odvijaju se u hloroplastima. Unutar ove organele postoje membranski sistemi u koje su ugrađeni pigmenti koji hvataju energiju zračenja Sunca. Glavni pigment fotosinteze je hlorofil, koji apsorbuje pretežno plave i ljubičaste, kao i crvene zrake spektra. Zeleno svjetlo se reflektira, pa sam hlorofil i dijelovi biljaka koji ga sadrže izgledaju zeleno.
U fotosintezi postoje dvije faze - svjetlo I mračno(Sl. 53). Stvarno hvatanje i konverzija energije zračenja se dešava tokom svetlosne faze. Kada apsorbira kvante svjetlosti, hlorofil prelazi u pobuđeno stanje i postaje donor elektrona. Njegovi elektroni se prenose iz jednog proteinskog kompleksa u drugi duž lanca transporta elektrona. Proteini ovog lanca, poput pigmenata, koncentrirani su na unutrašnjoj membrani hloroplasta. Kada se elektron kreće duž lanca nosača, on gubi energiju koja se koristi za sintezu ATP-a. Neki od elektrona pobuđenih svjetlošću koriste se za smanjenje NDP (nikotinamid adenin dinukleotifosfat) ili NADPH.
Rice. 53. Reakcijski proizvodi svjetlosne i tamne faze fotosinteze
Pod uticajem sunčeve svetlosti, molekuli vode se takođe razlažu u hloroplastima - fotoliza; u ovom slučaju se pojavljuju elektroni koji nadoknađuju svoje gubitke hlorofilom; Ovo proizvodi kiseonik kao nusproizvod:
Dakle, funkcionalno značenje svjetlosne faze je sinteza ATP-a i NADPH pretvaranjem svjetlosne energije u kemijsku energiju.
Svjetlost nije potrebna da bi nastupila tamna faza fotosinteze. Suština procesa koji se ovdje odvijaju je da se ATP i NADPH molekuli proizvedeni u svjetlosnoj fazi koriste u nizu kemijskih reakcija koje “fiksiraju” CO2 u obliku ugljikohidrata. Sve reakcije tamne faze odvijaju se unutar hloroplasta, a ugljični dioksid ADP i NADP koji se oslobađaju tokom “fiksacije” ponovo se koriste u reakcijama svijetle faze za sintezu ATP i NADPH.
Ukupna jednadžba fotosinteze je sljedeća:
ODNOS I JEDINSTVO PROCESA RAZMJENE PLASTIKE I ENERGIJE. Procesi sinteze ATP-a odvijaju se u citoplazmi (glikoliza), u mitohondrijima (ćelijsko disanje) i u hloroplastima (fotosinteza). Sve reakcije koje se dešavaju tokom ovih procesa su reakcije razmene energije. Energija pohranjena u obliku ATP-a se troši u reakcijama plastične izmjene za proizvodnju proteina, masti, ugljikohidrata i nukleinskih kiselina neophodnih za život ćelije. Imajte na umu da je tamna faza fotosinteze lanac reakcija, plastične izmjene, a svjetlosna faza je razmjena energije.
Međusobnu povezanost i jedinstvo procesa izmjene energije i plastike dobro ilustruje sljedeća jednačina:
Čitajući ovu jednačinu s lijeva na desno, dobijamo proces oksidacije glukoze u ugljični dioksid i vodu tokom glikolize i ćelijskog disanja, povezan sa sintezom ATP-a (energetski metabolizam). Ako ga čitate s desna na lijevo, dobivate opis reakcija tamne faze fotosinteze, kada se glukoza sintetizira iz vode i ugljičnog dioksida uz sudjelovanje ATP-a (plastična izmjena).
HEMOSINTEZA. Osim fotoautotrofa, neke bakterije (vodikove bakterije, nitrifikacijske bakterije, sumporne bakterije itd.) su sposobne sintetizirati organske tvari iz anorganskih. Ovu sintezu provode zahvaljujući energiji koja se oslobađa tokom oksidacije neorganskih supstanci. Zovu se hemoautotrofi. Ove hemosintetske bakterije igraju važnu ulogu u biosferi. Na primjer, nitrificirajuće bakterije pretvaraju amonijeve soli koje biljke nisu dostupne za apsorpciju u soli dušične kiseline, koje one dobro apsorbiraju.
Ćelijski metabolizam se sastoji od reakcija energetskog i plastičnog metabolizma. Tokom energetskog metabolizma nastaju organska jedinjenja sa visokoenergetskim hemijskim vezama – ATP. Energija potrebna za to dolazi od oksidacije organskih jedinjenja tokom anaerobnih (glikoliza, fermentacija) i aerobnih (ćelijsko disanje) reakcija; od sunčeve svjetlosti, čija se energija apsorbira u svjetlosnoj fazi (fotosinteza); od oksidacije anorganskih spojeva (kemosinteza). ATP energija se troši na sintezu organskih spojeva neophodnih za ćeliju tokom reakcija plastične izmjene, koje uključuju reakcije tamne faze fotosinteze.
- Koje su razlike između plastičnog i energetskog metabolizma?
- Kako se energija sunčeve svjetlosti pretvara u svjetlosnu fazu fotosinteze? Koji se procesi odvijaju tokom mračne faze fotosinteze?
- Zašto se fotosinteza naziva procesom reflektiranja planetarno-kosmičke interakcije?
Učitavanje...