چه فرآیندهایی انرژی سلول را تامین می کند. فرآیندهای زندگی در یک سلول موضوع: سطح سلولی

وظایف قطعات C1-C4

1. چه عوامل محیطی در تنظیم تعداد گرگ ها در اکوسیستم نقش دارند؟

پاسخ:
1) انسان زایی: کاهش مساحت جنگل، شکار بیش از حد.
2) زیستی: کمبود غذا، رقابت، شیوع بیماری ها.

2. نوع و فاز تقسیم سلولی که در شکل نشان داده شده است را تعیین کنید. چه فرآیندهایی در این مرحله رخ می دهد؟

پاسخ:
1) شکل متافاز میتوز را نشان می دهد.
2) رشته های دوک به سانترومر کروموزوم ها متصل می شوند.
3) در این مرحله، کروموزوم های دو کروماتید در صفحه استوایی قرار می گیرند.

3. چرا شخم زدن خاک باعث بهبود شرایط زندگی گیاهان زراعی می شود؟

پاسخ:
1) از بین بردن علف های هرز را ترویج می کند و رقابت با گیاهان زراعی را کاهش می دهد.
2) تأمین آب و مواد معدنی گیاهان را ترویج می کند.
3) اکسیژن رسانی به ریشه ها را افزایش می دهد.

4. یک اکوسیستم طبیعی با یک اکوسیستم کشاورزی چه تفاوتی دارد؟

پاسخ:
1) تنوع زیستی و تنوع زیاد اتصالات غذایی و زنجیره های غذایی؛
2) گردش متعادل مواد؛
3) دوره های طولانی وجود.

5. مکانیسم هایی را که ثبات تعداد و شکل کروموزوم ها را در تمام سلول های موجودات از نسلی به نسل دیگر تضمین می کند، آشکار کنید؟

پاسخ:
1) به لطف میوز، گامت ها با مجموعه ای از کروموزوم هاپلوئید تشکیل می شوند.
2) در طی لقاح، مجموعه دیپلوئید کروموزوم ها در زیگوت بازسازی می شود که ثبات مجموعه کروموزوم را تضمین می کند.
3) رشد ارگانیسم به دلیل میتوز رخ می دهد که ثبات تعداد کروموزوم ها را در سلول های سوماتیک تضمین می کند.

6. نقش باکتری ها در چرخه مواد چیست؟

پاسخ:
1) باکتری های هتروتروف - تجزیه کننده ها مواد آلی را به مواد معدنی تجزیه می کنند که توسط گیاهان جذب می شوند.
2) باکتری های اتوتروف (عکس، کموتروف ها) - تولید کنندگان مواد آلی را از غیر آلی سنتز می کنند و از گردش اکسیژن، کربن، نیتروژن و غیره اطمینان حاصل می کنند.

7- گیاهان خزه دار چه ویژگی هایی دارند؟

پاسخ:

2) خزه ها هم به صورت جنسی و هم غیرجنسی با نسل های متناوب تولید مثل می کنند: جنسی (گامتوفیت) و غیرجنسی (اسپوروفیت).
3) یک گیاه خزه بالغ از نسل جنسی (گامتوفیت) و کپسول دارای هاگ غیرجنسی (اسپوروفیت) است.
4) لقاح در حضور آب اتفاق می افتد.

8. سنجاب ها، به عنوان یک قاعده، در جنگل های مخروطی زندگی می کنند و عمدتا از دانه های صنوبر تغذیه می کنند. چه عوامل زیستی می تواند منجر به کاهش جمعیت سنجاب شود؟

9. شناخته شده است که دستگاه گلژی به ویژه در سلول های غده ای پانکراس به خوبی توسعه یافته است. توضیح دهد که چرا.

پاسخ:
1) سلول های پانکراس آنزیم هایی را سنتز می کنند که در حفره های دستگاه گلژی انباشته می شوند.
2) در دستگاه گلژی، آنزیم ها به شکل وزیکول بسته بندی می شوند.
3) از دستگاه گلژی، آنزیم ها به مجرای پانکراس منتقل می شوند.

10. ریبوزوم های سلول های مختلف، کل مجموعه اسیدهای آمینه و مولکول های یکسان mRNA و tRNA در یک لوله آزمایش قرار گرفتند و همه شرایط برای سنتز پروتئین ایجاد شد. چرا یک نوع پروتئین روی ریبوزوم های مختلف در یک لوله آزمایش سنتز می شود؟

پاسخ:
1) ساختار اولیه پروتئین توسط توالی اسیدهای آمینه تعیین می شود.
2) الگوهای سنتز پروتئین مولکول های mRNA یکسانی هستند که در آنها همان ساختار پروتئین اولیه رمزگذاری شده است.

11. چه ویژگی های ساختاری برای نمایندگان نوع Chordata مشخص است؟

پاسخ:
1) اسکلت محوری داخلی؛
2) سیستم عصبی به شکل یک لوله در سمت پشتی بدن.
3) ترک در لوله گوارش.

12. شبدر در یک علفزار رشد می کند و توسط زنبورها گرده افشانی می شود. چه عوامل زیستی می تواند منجر به کاهش جمعیت شبدر شود؟

پاسخ:
1) کاهش تعداد زنبورها؛
2) افزایش تعداد حیوانات گیاهخوار.
3) تکثیر گیاهان رقیب (غلات و غیره).

13. جرم کل میتوکندری در رابطه با جرم سلول های اندام های مختلف موش است: در پانکراس - 7.9٪، در کبد - 18.4٪، در قلب - 35.8٪. چرا سلول های این اندام ها محتوای میتوکندری متفاوتی دارند؟

پاسخ:
1) میتوکندری ها ایستگاه های انرژی سلول هستند؛ مولکول های ATP در آنها سنتز و انباشته می شوند.
2) کار شدید عضله قلب به انرژی زیادی نیاز دارد، بنابراین محتوای میتوکندری در سلول های آن بالاترین است.
3) در کبد تعداد میتوکندری ها در مقایسه با پانکراس بیشتر است، زیرا متابولیسم شدیدتری دارد.

14. توضیح دهید که چرا گوشت گاو که از کنترل بهداشتی عبور نکرده است برای خوردن نیم پز یا کم پخته خطرناک است.

پاسخ:
1) گوشت گاو ممکن است حاوی کرم گاو باشد.
2) یک کرم بالغ از finna در کانال گوارش ایجاد می شود و فرد میزبان نهایی می شود.

15. اندامک سلولی گیاهی که در شکل نشان داده شده است، ساختار آن با اعداد 1-3 نشان داده شده است و عملکرد آنها را نام ببرید.

پاسخ:
1) اندامک به تصویر کشیده شده یک کلروپلاست است.
2) 1 - گرانا تیلاکوئیدها، درگیر در فتوسنتز.
3) 2 - DNA، 3 - ریبوزوم ها، در سنتز پروتئین های خود کلروپلاست شرکت می کنند.

16. چرا نمی توان باکتری ها را به عنوان یوکاریوت ها طبقه بندی کرد؟

پاسخ:
1) در سلول های آنها، ماده هسته ای با یک مولکول DNA دایره ای نشان داده می شود و از سیتوپلاسم جدا نمی شود.
2) میتوکندری، کمپلکس گلژی یا ER ندارند.
3) سلول های زایای تخصصی ندارند، میوز و لقاح وجود ندارد.

17- چه تغییراتی در عوامل زیستی می تواند منجر به افزایش جمعیت یک راب برهنه شود که در جنگل زندگی می کند و عمدتاً از گیاهان تغذیه می کند؟

18. فرآیند فتوسنتز به شدت در برگ گیاهان اتفاق می افتد. آیا در میوه های رسیده و نارس وجود دارد؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

پاسخ:
1) فتوسنتز در میوه های نارس (در حالی که آنها سبز هستند) رخ می دهد، زیرا آنها حاوی کلروپلاست هستند.
2) با بالغ شدن، کلروپلاست ها به کروموپلاست تبدیل می شوند که در آنها فتوسنتز انجام نمی شود.

19- چه مراحلی از گامتوژنز در شکل با حروف الف، ب و ج نشان داده شده است؟ سلول ها در هر یک از این مراحل چه مجموعه ای از کروموزوم ها دارند؟ این فرآیند منجر به توسعه چه سلول های تخصصی می شود؟

پاسخ:
1) A - مرحله (منطقه) تولید مثل (تقسیم)، سلولهای دیپلوئید.
2) B - مرحله (منطقه) رشد، سلول دیپلوئید.
3) ب - مرحله (منطقه) بلوغ، سلول ها هاپلوئید هستند، اسپرم رشد می کند.

20. سلول های باکتریایی چه تفاوتی در ساختار با سلول های موجودات در سایر قلمروهای طبیعت زنده دارند؟ حداقل سه تفاوت را فهرست کنید.

پاسخ:
1) هسته تشکیل شده، پوشش هسته ای وجود ندارد.
2) تعدادی اندامک از دست رفته است: میتوکندری، EPS، مجتمع گلژی و غیره.
3) دارای یک کروموزوم حلقه ای.

21. چرا گیاهان (تولیدکنندگان) حلقه اولیه چرخه مواد و تبدیل انرژی در اکوسیستم محسوب می شوند؟

پاسخ:
1) ایجاد مواد آلی از غیر آلی.
2) انباشته شدن انرژی خورشیدی؛
3) تأمین مواد آلی و انرژی برای موجودات موجود در سایر بخش های اکوسیستم.

22- چه فرآیندهایی حرکت آب و مواد معدنی را در سرتاسر گیاه تضمین می کند؟

پاسخ:
1) از ریشه تا برگها، آب و مواد معدنی به دلیل تعرق از طریق آوندها حرکت می کنند که در نتیجه نیروی مکش ایجاد می شود.
2) جریان رو به بالا در گیاه با فشار ریشه تسهیل می شود که در نتیجه جریان مداوم آب به ریشه به دلیل اختلاف غلظت مواد در سلول ها و محیط ایجاد می شود.

23. به سلول های نشان داده شده در شکل نگاه کنید. تعیین کنید کدام حروف نشان دهنده سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی است. برای دیدگاه خود مدرک ارائه کنید.

پاسخ:
1) A - سلول پروکاریوتی، B - سلول یوکاریوتی؛
2) سلول در شکل A هسته تشکیل شده ندارد، ماده ارثی آن توسط یک کروموزوم حلقه نشان داده شده است.
3) سلول در شکل B دارای یک هسته و اندامک تشکیل شده است.

24- پیچیدگی سیستم گردش خون دوزیستان در مقایسه با ماهی چقدر است؟

پاسخ:
1) قلب سه حفره ای می شود.
2) دایره دوم گردش خون ظاهر می شود.
3) قلب حاوی خون وریدی و مختلط است.

25. چرا اکوسیستم جنگلی مختلط پایدارتر از اکوسیستم جنگل صنوبر در نظر گرفته می شود؟

پاسخ:
1) در جنگل های مختلط گونه های بیشتری نسبت به جنگل صنوبر وجود دارد.
2) در یک جنگل مختلط زنجیره های غذایی طولانی تر و منشعب تر از جنگل صنوبر هستند.
3) در جنگل های مختلط طبقات بیشتری نسبت به جنگل صنوبر وجود دارد.

26. بخشی از یک مولکول DNA دارای ترکیب زیر است: GATGAATAGTGCTTC. حداقل سه پیامد که می تواند از جایگزینی تصادفی نوکلئوتید هفتم تیمین با سیتوزین (C) باشد را فهرست کنید.

پاسخ:
1) یک جهش ژن رخ خواهد داد - کدون سومین اسید آمینه تغییر خواهد کرد.
2) در یک پروتئین، یک اسید آمینه ممکن است با دیگری جایگزین شود، در نتیجه ساختار اولیه پروتئین تغییر می کند.
3) تمام ساختارهای پروتئینی دیگر ممکن است تغییر کنند که منجر به ظهور یک ویژگی جدید در بدن می شود.

27. جلبک های قرمز (جلبک بنفش) در اعماق زیاد زندگی می کنند. با وجود این، فتوسنتز در سلول های آنها اتفاق می افتد. توضیح دهید که چرا فتوسنتز اتفاق می افتد اگر ستون آب پرتوهای قسمت قرمز-نارنجی طیف را جذب کند.

پاسخ:
1) فتوسنتز نه تنها به پرتوهای قرمز، بلکه از قسمت آبی طیف نیز نیاز دارد.
2) سلول های قارچ قرمز حاوی رنگدانه قرمز است که پرتوهای قسمت آبی طیف را جذب می کند، انرژی آنها در فرآیند فتوسنتز استفاده می شود.

28. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها اشتباه شده است را مشخص کنید و آنها را اصلاح کنید.
1. کوئلنترات ها جانوران چند سلولی سه لایه هستند. 2. حفره معده یا روده دارند. 3. حفره روده شامل سلول های گزنده است. 4. کوئلنترات ها دارای سیستم عصبی شبکه ای (پراکنده) هستند. 5. همه کوئلنترات ها موجوداتی هستند که شنای آزاد دارند.

1)1 - coelenteates - حیوانات دو لایه.
2) 3 - سلول های گزنده در اکتودرم وجود دارد و نه در حفره روده.
3) 5 - در بین همنوعان فرمهای پیوستی وجود دارد.

29- تبادل گاز در ریه ها و بافت های پستانداران چگونه انجام می شود؟ چه چیزی باعث این روند می شود؟

پاسخ:
1) تبادل گاز بر اساس انتشار است که ناشی از تفاوت در غلظت گاز (فشار جزئی) در هوای آلوئول ها و خون است.
2) اکسیژن از ناحیه پرفشار هوای آلوئولی وارد خون می شود و دی اکسید کربن از ناحیه پرفشار خون وارد آلوئول می شود.
3) در بافت ها، اکسیژن از ناحیه فشار بالا در مویرگ ها وارد ماده بین سلولی و سپس به سلول های اندام ها می شود. دی اکسید کربن از ناحیه فشار بالا در ماده بین سلولی وارد خون می شود.

30. مشارکت گروه های عاملی موجودات در چرخه مواد موجود در بیوسفر چگونه است؟ نقش هر یک از آنها را در چرخه مواد موجود در بیوسفر در نظر بگیرید.

پاسخ:
1) تولید کنندگان مواد آلی را از مواد معدنی (دی اکسید کربن، آب، نیتروژن، فسفر و سایر مواد معدنی) سنتز می کنند، اکسیژن آزاد می کنند (به جز شیمی تروف ها).
2) مصرف کنندگان (و سایر گروه های عملکردی) ارگانیسم ها از مواد آلی استفاده می کنند و آنها را تبدیل می کنند، آنها را در طی تنفس اکسید می کنند، اکسیژن را جذب می کنند و دی اکسید کربن و آب را آزاد می کنند.
3) تجزیه کننده ها مواد آلی را به ترکیبات معدنی نیتروژن، فسفر و غیره تجزیه می کنند و آنها را به محیط باز می گرداند.

31. بخشی از مولکول DNA که توالی اسیدهای آمینه را در یک پروتئین کد می کند دارای ترکیب زیر است: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-C-T-T-C. عواقب افزودن تصادفی نوکلئوتید گوانین (G) بین نوکلئوتیدهای هفتم و هشتم را توضیح دهید.

پاسخ:
1) یک جهش ژنی رخ خواهد داد - ممکن است کدهای اسیدهای آمینه سوم و بعدی تغییر کنند.
2) ساختار اولیه پروتئین ممکن است تغییر کند.
3) یک جهش می تواند منجر به ظهور یک صفت جدید در یک ارگانیسم شود.

32. چه اندام های گیاهی در مراحل مختلف رشد فردی توسط سوسک ها آسیب می بیند؟

پاسخ:
1) ریشه های گیاه توسط لارو آسیب دیده است.
2) برگ درختان توسط سوسک های بالغ آسیب می بیند.

33. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها اشتباه شده است را مشخص کنید و آنها را اصلاح کنید.
1. کرم های پهن حیواناتی سه لایه هستند. 2. شاخه کرم های مسطح شامل پلاناریای سفید، کرم گرد انسانی و فلوک کبدی است. 3. کرم های پهن بدنی کشیده و پهن دارند. 4. سیستم عصبی خوبی دارند. 5. کرم های مسطح حیواناتی دوپایه ای هستند که تخم می گذارند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 2 - کرم گرد انسان به عنوان کرم مسطح طبقه بندی نمی شود، بلکه کرم گرد است.
2) 4 - در کرم های مسطح سیستم عصبی ضعیف توسعه یافته است.
3)5 - کرم های مسطح هرمافرودیت هستند.

34. میوه چیست؟ اهمیت آن در زندگی گیاهان و جانوران چیست؟

پاسخ:
1) میوه - اندام مولد آنژیوسپرم ها.
2) حاوی دانه هایی است که با کمک آنها گیاهان تکثیر و پراکنده می شوند.
3) میوه های گیاهی غذای حیوانات هستند.

35. بیشتر گونه های پرندگان با وجود طبیعت خون گرمشان برای زمستان از مناطق شمالی پرواز می کنند. حداقل سه عاملی که باعث پرواز این حیوانات می شود را مشخص کنید.

پاسخ:
1) مواد غذایی پرندگان حشره خوار برای تهیه در دسترس نیست.
2) پوشش یخی بر روی مخازن و پوشش برف روی زمین، پرندگان گیاهخوار را از غذا محروم می کند.
3) تغییر در ساعات روز.

36. کدام شیر استریل یا تازه دوشیده شده در شرایط مشابه سریعتر ترش می شود؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

پاسخ:
1) شیر تازه دوشیده شده سریعتر ترش می شود، زیرا حاوی باکتری هایی است که باعث تخمیر محصول می شود.
2) هنگامی که شیر استریل می شود، سلول ها و هاگ های باکتری های اسید لاکتیک می میرند و شیر ماندگاری بیشتری دارد.

37. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی را که در آنها خطا وجود دارد را مشخص کنید و آنها را توضیح دهید.
1. طبقات اصلی بندپایان شاخه سخت پوستان، عنکبوتیان و حشرات هستند. 2. بدن سخت پوستان و عنکبوتیان به سر، سینه و شکم تقسیم می شود. 3. بدن حشرات از سفالوتوراکس و شکم تشکیل شده است. 4. عنکبوتیان آنتن ندارند. 5. حشرات دارای دو جفت آنتن و سخت پوستان دارای یک جفت هستند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 2 - بدن سخت پوستان و عنکبوتیان از سفالوتوراکس و شکم تشکیل شده است.
2) 3 - بدن حشرات از سر، سینه و شکم تشکیل شده است.
3) 5 - حشرات دارای یک جفت آنتن و سخت پوستان دارای دو جفت هستند.

38. ثابت کنید که ریزوم گیاه یک شاخه اصلاح شده است.

پاسخ:
1) ریزوم دارای گره هایی است که برگ ها و جوانه های ابتدایی در آنها قرار دارند.
2) در بالای ریزوم یک جوانه آپیکال وجود دارد که رشد ساقه را تعیین می کند.
3) ریشه های ناخواسته از ریزوم بیرون می آیند.
4) ساختار تشریحی داخلی ریزوم شبیه ساقه است.

39. افراد برای مبارزه با حشرات از مواد شیمیایی استفاده می کنند. حداقل سه تغییر در زندگی جنگل بلوط را در صورتی که تمام حشرات گیاهخوار با روش های شیمیایی از بین بروند مشخص کنید. توضیح دهید که چرا آنها اتفاق خواهند افتاد.

پاسخ:
1) تعداد گیاهان گرده افشانی شده با حشرات به شدت کاهش می یابد، زیرا حشرات گیاهخوار گرده افشان گیاهان هستند.
2) تعداد موجودات حشره خوار (مصرف کنندگان مرتبه 2) به شدت کاهش می یابد یا به دلیل اختلال در زنجیره غذایی ناپدید می شوند.
3) برخی از مواد شیمیایی مورد استفاده برای کشتن حشرات وارد خاک می شود که منجر به اختلال در زندگی گیاهی، مرگ گیاهان و جانوران خاک می شود، همه تخلفات می تواند منجر به مرگ جنگل بلوط شود.

40. چرا درمان با آنتی بیوتیک می تواند منجر به اختلال عملکرد روده شود؟ حداقل دو دلیل بیاورید.

پاسخ:
1) آنتی بیوتیک ها باکتری های مفید ساکن در روده انسان را از بین می برند.
2) تجزیه فیبر، جذب آب و سایر فرآیندها مختل می شود.

41. کدام قسمت از ورق در شکل با حرف A مشخص شده است و از چه ساختارهایی تشکیل شده است؟ این سازه ها چه وظایفی را انجام می دهند؟

1) حرف A نشان دهنده یک بسته فیبری عروقی (ورید) است، بسته شامل عروق، لوله های غربال و بافت مکانیکی است.
2) کشتی ها انتقال آب به برگ ها را فراهم می کنند.
3) لوله های غربال حمل و نقل مواد آلی را از برگ ها به سایر اندام ها فراهم می کند.
4) سلول های بافت مکانیکی استحکام را فراهم می کنند و به عنوان چارچوب برگ عمل می کنند.

42. پادشاهی قارچ چه ویژگی هایی دارد؟

پاسخ:
1) بدن قارچ ها از رشته هایی تشکیل شده است - هیف ها که یک میسلیوم را تشکیل می دهند.
2) تولید مثل جنسی و غیرجنسی (اسپور، میسلیوم، جوانه زدن).
3) در طول زندگی رشد کنید.
4) در سلول: غشاء حاوی ماده ای شبیه کیتین است، یک ماده مغذی ذخیره گلیکوژن است.

43. در یک مخزن کوچک که پس از طغیان رودخانه تشکیل شد، موجودات زیر یافت شدند: مژک دار دمپایی، دافنیا، پلاناریای سفید، حلزون حوضچه بزرگ، سیکلوپ، هیدرا. توضیح دهید که آیا این حجم از آب را می توان یک اکوسیستم در نظر گرفت؟ حداقل سه مدرک ارائه کنید.

پاسخ:
مخزن موقت نامگذاری شده را نمی توان اکوسیستم نامید، زیرا شامل موارد زیر است:
1) هیچ تولید کننده ای وجود ندارد.
2) تجزیه کننده وجود ندارد.
3) گردش بسته مواد وجود ندارد و زنجیره غذایی مختل می شود.

44. چرا یادداشتی در زیر تورنیکه قرار می گیرد که برای بند آوردن خونریزی از رگ های بزرگ استفاده می شود که نشان دهنده زمان استفاده از آن است؟

پاسخ:
1) پس از خواندن یادداشت، می توانید تعیین کنید که چقدر از زمان استفاده از تورنیکت گذشته است.
2) اگر بعد از 1-2 ساعت امکان تحویل بیمار به پزشک وجود نداشت، باید برای مدتی تورنیکت شل شود. این از مرگ بافت جلوگیری می کند.

45- ساختارهای نخاع را که در شکل با اعداد 1 و 2 مشخص شده است نام ببرید و ویژگی های ساختار و عملکرد آنها را شرح دهید.

پاسخ:
1) 1 - ماده خاکستری که توسط بدن نورون ها تشکیل می شود.
2) 2 - ماده سفید که توسط فرآیندهای طولانی نورون ها تشکیل شده است.
3) ماده خاکستری یک عملکرد بازتابی انجام می دهد، ماده سفید - یک عملکرد رسانا.

46. ​​غدد بزاقی چه نقشی در هضم غذا در پستانداران دارند؟ حداقل سه تابع را فهرست کنید.

پاسخ:
1) ترشح غدد بزاقی غذا را مرطوب و ضد عفونی می کند.
2) بزاق در تشکیل بولوس غذا شرکت می کند.
3) آنزیم های بزاق باعث تجزیه نشاسته می شوند.

47. در نتیجه فعالیت های آتشفشانی، جزیره ای در اقیانوس شکل گرفت. توالی شکل گیری یک اکوسیستم در خشکی تازه تشکیل شده را شرح دهید. لطفا حداقل سه مورد را ارائه دهید.

پاسخ:
1) اولین کسانی که ساکن می شوند میکروارگانیسم ها و گلسنگ ها هستند که تشکیل خاک را تضمین می کنند.
2) گیاهانی روی خاک می نشینند که هاگ ها یا دانه های آنها توسط باد یا آب حمل می شود.
3) با توسعه پوشش گیاهی، حیوانات در اکوسیستم ظاهر می شوند، در درجه اول بندپایان و پرندگان.

48. باغبانان باتجربه به جای توزیع یکنواخت کودها را در شیارهای واقع در امتداد لبه های دایره تنه درختان میوه استفاده می کنند. توضیح دهد که چرا.

پاسخ:
1) سیستم ریشه رشد می کند، ناحیه مکش در پشت راس ریشه حرکت می کند.
2) ریشه هایی با منطقه جذب توسعه یافته - موهای ریشه - در لبه های دایره های تنه قرار دارند.

49. چه ساقه اصلاح شده در شکل نشان داده شده است؟ عناصر سازه ای که در شکل با اعداد 1، 2، 3 نشان داده شده اند و عملکردهایی که انجام می دهند نام ببرید.

پاسخ:
1) پیاز؛
2) 1 - برگ فلس مانند آبدار که مواد مغذی و آب در آن ذخیره می شود.
3) 2 - ریشه های ناخواسته، حصول اطمینان از جذب آب و مواد معدنی.
4)3 - جوانه، رشد ساقه را تضمین می کند.

50. ویژگی های ساختاری و عملکردهای حیاتی خزه ها چیست؟ لطفا حداقل سه مورد را ارائه دهید.

پاسخ:
1) بیشتر خزه ها گیاهان برگی هستند، برخی از آنها دارای ریزوئید هستند.
2) خزه ها سیستم هدایت ضعیفی دارند.
3) خزه ها هم به صورت جنسی و هم غیرجنسی با نسل های متناوب تولید مثل می کنند: جنسی (گامتوفیت) و غیرجنسی (اسپوروفیت). گیاه خزه بالغ از نسل جنسی است و کپسول هاگ آن غیرجنسی است.

51. بر اثر آتش سوزی جنگل، بخشی از جنگل صنوبر سوخت. توضیح دهید که چگونه خوددرمانی آن رخ می دهد. حداقل سه مرحله را فهرست کنید.

پاسخ:
1) ابتدا گیاهان علفی و نور دوست رشد می کنند.
2) سپس شاخه های توس، آسپن و کاج ظاهر می شوند که دانه های آن به کمک باد افتاد و جنگل کوچک برگ یا کاج تشکیل می شود.
3) در زیر تاج گونه های نور دوست، درختان صنوبر مقاوم در برابر سایه رشد می کنند که متعاقباً درختان دیگر را کاملاً جابجا می کنند.

52. برای تعیین علت بیماری ارثی، سلول های بیمار بررسی شد و تغییر در طول یکی از کروموزوم ها کشف شد. چه روش تحقیقی به ما اجازه داد تا علت این بیماری را مشخص کنیم؟ با چه نوع جهشی مرتبط است؟

پاسخ:
1) علت بیماری با استفاده از روش سیتوژنتیک مشخص شد.
2) بیماری ناشی از یک جهش کروموزومی است - از دست دادن یا اضافه شدن یک قطعه کروموزوم.

53. چه حرفی در شکل نشان دهنده بلاستولا در چرخه رشد نیزه است. ویژگی های تشکیل بلاستولا چیست؟

پاسخ:
1) بلاستولا با حرف G مشخص شده است.
2) بلاستولا در هنگام تکه تکه شدن زیگوت تشکیل می شود.
3) اندازه بلاستولا از اندازه زیگوت تجاوز نمی کند.

54. چرا قارچ ها به عنوان یک پادشاهی خاص از دنیای ارگانیک طبقه بندی می شوند؟

پاسخ:
1) بدن قارچ از رشته های نازک شاخه ای تشکیل شده است - هیف ها، تشکیل میسلیوم یا میسلیوم.
2) سلول های میسلیوم کربوهیدرات ها را به شکل گلیکوژن ذخیره می کنند.
3) قارچ ها را نمی توان به عنوان گیاهان طبقه بندی کرد، زیرا سلول های آنها کلروفیل و کلروپلاست ندارند. دیوار حاوی کیتین است.
4) قارچ ها را نمی توان جزو حیوانات طبقه بندی کرد، زیرا آنها مواد مغذی را در تمام سطح بدن جذب می کنند و آنها را به صورت توده های غذایی نمی بلعند.

55. در برخی از بیوسنوزهای جنگلی، برای حفاظت از پرندگان مرغ، تیراندازی دسته جمعی از پرندگان شکاری در روز انجام شد. توضیح دهید که این رویداد چگونه بر تعداد جوجه ها تأثیر گذاشته است.

پاسخ:
1) در ابتدا تعداد جوجه ها افزایش یافت زیرا دشمنان آنها از بین رفتند (طبیعتاً تعداد آنها تنظیم می شود).
2) سپس تعداد جوجه ها به دلیل کمبود غذا کاهش یافت.
3) تعداد افراد بیمار و ضعیف به دلیل شیوع بیماری ها و کمبود شکارچیان افزایش یافت که این امر نیز بر کاهش تعداد جوجه ها تأثیر گذاشت.

56. رنگ خز خرگوش سفید در طول سال تغییر می کند: در زمستان خرگوش سفید است و در تابستان خاکستری است. توضیح دهید که چه نوع تنوعی در حیوان مشاهده می شود و چه چیزی تجلی این صفت را تعیین می کند.

پاسخ:
1) خرگوش تغییرات (فنوتیپی، غیر ارثی) را نشان می دهد.
2) تجلی این صفت با تغییر شرایط محیطی (دما، طول روز) تعیین می شود.

57- مراحل رشد جنینی نیزه را که در شکل با حروف الف و ب مشخص شده است نام ببرید.ویژگی های تشکیل هر یک از این مراحل را آشکار کنید.
A B

پاسخ:
1) الف - گاسترول - مرحله جنین دو لایه.
2) B - نورولا، دارای پایه های لارو آینده یا ارگانیسم بالغ است.
3) گاسترولا با هجوم دیواره بلاستولا تشکیل می شود و در نورولا ابتدا صفحه عصبی تشکیل می شود که به عنوان یک تنظیم کننده برای تشکیل سایر سیستم های اندام عمل می کند.

58- ویژگی های اصلی ساختمان و فعالیت باکتری ها را نام ببرید. حداقل چهار ویژگی را فهرست کنید.

پاسخ:
1) باکتری - موجودات پیش هسته ای که هسته تشکیل شده و اندامک های زیادی ندارند.
2) با توجه به روش تغذیه، باکتری ها هتروتروف و اتوتروف هستند.
3) نرخ بالای تولید مثل توسط تقسیم.
4) بی هوازی و هوازی؛
5) شرایط نامساعد در حالت اختلاف تجربه می شود.

59- محیط زمین-هوا چه تفاوتی با محیط آبی دارد؟

پاسخ:
1) محتوای اکسیژن؛
2) تفاوت در نوسانات دما (دامنه گسترده نوسانات در محیط زمین و هوا)؛
3) درجه روشنایی؛
4) چگالی

پاسخ:
1) جلبک دریایی دارای خاصیت تجمع عنصر شیمیایی ید است.
۲) ید برای عملکرد طبیعی تیروئید ضروری است.

61. چرا سلول دمپایی مژگانی یک موجود زنده محسوب می شود؟ کدام اندامک های دمپایی مژگانی در شکل با اعداد 1 و 2 نشان داده شده اند و چه وظایفی را انجام می دهند؟

پاسخ:
1) سلول مژک دار تمام عملکردهای یک ارگانیسم مستقل را انجام می دهد: متابولیسم، تولید مثل، تحریک پذیری، سازگاری.
2) 1 - هسته کوچک، در فرآیند جنسی شرکت می کند.
3) 2- هسته بزرگ، فرآیندهای حیاتی را تنظیم می کند.

61. ویژگی های ساختاری و عملکردهای حیاتی قارچ چیست؟ لطفا حداقل سه ویژگی را ذکر کنید.

62- چگونگی آسیب باران اسیدی به گیاهان را توضیح دهید. حداقل سه دلیل بیاورید.

پاسخ:
1) به طور مستقیم به اندام ها و بافت های گیاه آسیب می رساند.
2) خاک را آلوده کنید، حاصلخیزی را کاهش دهید.
3) کاهش بهره وری گیاه

63. چرا به مسافران توصیه می شود هنگام برخاستن یا فرود هواپیما، آب نبات چوبی بمکند؟

پاسخ:
1) تغییرات سریع فشار در هنگام برخاستن یا فرود هواپیما باعث ایجاد ناراحتی در گوش میانی می شود، جایی که فشار اولیه روی پرده گوش برای مدت طولانی تری باقی می ماند.
2) حرکات بلع باعث بهبود دسترسی هوا به لوله شنوایی (استاش) می شود که از طریق آن فشار در حفره گوش میانی با فشار موجود در محیط برابر می شود.

64. سیستم گردش خون بندپایان چه تفاوتی با سیستم گردش خون آنلیدها دارد؟ حداقل سه نشانه که این تفاوت ها را اثبات می کند را مشخص کنید.

پاسخ:
1) بندپایان دارای سیستم گردش خون باز هستند، در حالی که آنلیدها دارای سیستم گردش خون بسته هستند.
2) بندپایان در سمت پشتی قلب دارند.
3) آنلیدها قلب ندارند، عملکرد آن توسط یک رگ حلقه انجام می شود.

65. حیوانی که در تصویر نشان داده شده چه نوع حیوانی است؟ اعداد 1 و 2 چه چیزی را نشان می دهند؟ سایر نمایندگان این نوع را نام ببرید.

پاسخ:
1) به نوع Coelenterates;
2) 1 - اکتودرم، 2 - حفره روده.
3) پولیپ مرجانی، چتر دریایی.

66. سازگاری های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و رفتاری با دمای محیط در حیوانات خونگرم چگونه آشکار می شود؟

پاسخ:
1) مورفولوژیکی: پوشش های عایق حرارت، لایه زیر پوستی چربی، تغییرات در سطح بدن.
2) فیزیولوژیکی: افزایش شدت تبخیر عرق و رطوبت در طول تنفس. باریک یا گشاد شدن رگ های خونی، تغییر در سطوح متابولیک؛
3) رفتاری: ساخت لانه، لانه، تغییر در فعالیت روزانه و فصلی بسته به دمای محیط.

67. اطلاعات ژنتیکی چگونه از هسته به ریبوزوم منتقل می شود؟

پاسخ:
1) سنتز mRNA در هسته مطابق با اصل مکمل بودن اتفاق می افتد.
2) mRNA - یک کپی از بخش DNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار اولیه پروتئین، از هسته به ریبوزوم حرکت می کند.

68. پیچیدگی سرخس ها در مقایسه با خزه ها چگونه است؟ حداقل سه علامت بدهید.

پاسخ:
1) سرخس ها ریشه دارند.
2) سرخس ها بر خلاف خزه ها بافت رسانایی ایجاد کرده اند.
3) در چرخه رشد سرخس ها، نسل غیرجنسی (اسپوروفیت) بر نسل جنسی (گامتوفیت) غالب است که توسط پروتالوس نشان داده می شود.

69. لایه جوانه یک حیوان مهره دار را که در شکل با شماره 3 مشخص شده است نام ببرید. چه نوع بافت و چه اندام هایی از آن تشکیل شده است.

پاسخ:
1) لایه جوانه - اندودرم؛
2 بافت اپیتلیال (اپیتلیوم روده ها و اندام های تنفسی)؛
3) اندام ها: روده ها، غدد گوارشی، اندام های تنفسی، برخی از غدد درون ریز.

70. پرندگان چه نقشی در بیوسنوز جنگل دارند؟ حداقل سه مثال بزنید.

پاسخ:
1) تنظیم تعداد گیاهان (توزیع میوه ها و دانه ها)؛
2) تعداد حشرات و جوندگان کوچک را تنظیم کنید.
3) به عنوان غذا برای شکارچیان خدمت می کند.
4) خاک را بارور کنید.

71. نقش محافظتی لکوسیت ها در بدن انسان چیست؟

پاسخ:
1) لکوسیت ها قادر به فاگوسیتوز هستند - پروتئین ها، میکروارگانیسم ها، سلول های مرده را بلعیده و هضم می کنند.
2) لکوسیت ها در تولید آنتی بادی هایی شرکت می کنند که آنتی ژن های خاصی را خنثی می کنند.

72. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها ساخته شده اند را مشخص کنید، آنها را تصحیح کنید.
بر اساس نظریه کروموزومی وراثت:
1. ژن ها به ترتیب خطی روی کروموزوم ها قرار دارند. 2. هر یک مکان خاصی را اشغال می کند - یک آلل. 3. ژن های روی یک کروموزوم یک گروه پیوندی را تشکیل می دهند. 4. تعداد گروه های پیوندی با تعداد دیپلوئید کروموزوم ها تعیین می شود. 5. اختلال در انسجام ژن در طول فرآیند کونژوگاسیون کروموزوم در پروفاز میوز رخ می دهد.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 2 - محل ژن - مکان.
2) 4 - تعداد گروه های پیوندی برابر با مجموعه هاپلوئید کروموزوم ها است.
3) 5 - اختلال در پیوند ژنی در طول کراس اور رخ می دهد.

73. چرا برخی از دانشمندان اوگلنا سبز را به عنوان گیاه و برخی دیگر را در زمره حیوانات طبقه بندی می کنند؟ حداقل سه دلیل بیاورید.

پاسخ:
1) مانند همه حیوانات قادر به تغذیه هتروتروف است.
2) قادر به حرکت فعال در جستجوی غذا، مانند همه حیوانات.
3) حاوی کلروفیل در سلول است و مانند گیاهان قادر به تغذیه اتوتروف است.

74- در مراحل متابولیسم انرژی چه فرآیندهایی رخ می دهد؟

پاسخ:
1) در مرحله آماده سازی، مواد آلی پیچیده به مواد کمتر پیچیده تقسیم می شوند (بیوپلیمرها - به مونومرها)، انرژی به شکل گرما تلف می شود.
2) در فرآیند گلیکولیز، گلوکز به اسید پیروویک (یا اسید لاکتیک یا الکل) تجزیه می شود و 2 مولکول ATP سنتز می شود.
3) در مرحله اکسیژن، اسید پیروویک (پیرووات) به دی اکسید کربن و آب تجزیه می شود و 36 مولکول ATP سنتز می شود.

75. در زخمی که روی بدن انسان ایجاد می شود، به مرور زمان خونریزی قطع می شود، اما ممکن است چرکی رخ دهد. توضیح دهید که این به چه خواصی از خون مربوط می شود.

پاسخ:
1) خونریزی به دلیل لخته شدن خون و تشکیل لخته خون متوقف می شود.
2) چروک ناشی از تجمع لکوسیت های مرده ای است که فاگوسیتوز را انجام داده اند.

76. خطاهای متن داده شده را بیابید و اصلاح کنید. تعداد جملاتی را که در آنها خطا وجود دارد را مشخص کنید و آنها را توضیح دهید.
1. پروتئین ها در ساختار و عملکرد موجودات اهمیت زیادی دارند. 2. بیوپلیمرهایی هستند که مونومرهای آنها بازهای نیتروژنی هستند. 3. پروتئین ها بخشی از غشای پلاسمایی هستند. 4. بسیاری از پروتئین ها عملکردهای آنزیمی را در سلول انجام می دهند. 5. اطلاعات ارثی در مورد ویژگی های ارگانیسم در مولکول های پروتئین رمزگذاری شده است. 6. مولکول های پروتئین و tRNA بخشی از ریبوزوم ها هستند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1)2 - مونومرهای پروتئین ها اسیدهای آمینه هستند.
2) 5 - اطلاعات ارثی در مورد ویژگی های یک موجود زنده در مولکول های DNA رمزگذاری شده است.
3) 6- ریبوزوم ها حاوی مولکول های rRNA هستند نه tRNA.

77. نزدیک بینی چیست؟ تصویر در یک فرد نزدیک بین در کدام قسمت از چشم متمرکز می شود؟ تفاوت بین اشکال مادرزادی و اکتسابی نزدیک بینی چیست؟

پاسخ:
1) نزدیک بینی بیماری اندام های بینایی است که در آن فرد در تشخیص اشیاء دور مشکل دارد.
2) در یک فرد نزدیک بینی، تصویر اشیاء در جلوی شبکیه ظاهر می شود.
3) با نزدیک بینی مادرزادی، شکل کره چشم تغییر می کند (طول می شود).
4) نزدیک بینی اکتسابی با تغییر (افزایش) انحنای عدسی همراه است.

78. اسکلت سر انسان با اسکلت سر میمون های بزرگ چه تفاوتی دارد؟ حداقل چهار تفاوت را فهرست کنید.

پاسخ:
1) غلبه قسمت مغزی جمجمه بر قسمت صورت.
2) کاهش دستگاه فک.
3) وجود برآمدگی چانه در فک پایین.
4)کاهش برآمدگی ابروها

79. چرا حجم ادرار دفع شده از بدن انسان در روز با حجم مایع نوشیده شده در همان زمان برابر نیست؟

پاسخ:
1) بخشی از آب توسط بدن استفاده می شود یا در فرآیندهای متابولیکی تشکیل می شود.
2) بخشی از آب از طریق اندام های تنفسی و غدد عرق تبخیر می شود.

80. خطاهای متن داده شده را پیدا کنید، آنها را تصحیح کنید، اعداد جملاتی که در آنها ساخته شده اند را مشخص کنید، این جملات را بدون خطا بنویسید.
1. جانوران موجوداتی هتروتروف هستند؛ آنها از مواد آلی آماده تغذیه می کنند. 2. جانوران تک سلولی و چند سلولی وجود دارند. 3. همه جانوران چند سلولی دارای تقارن بدنی دو طرفه هستند. 4. اکثر آنها اندام های حرکتی مختلفی ایجاد کرده اند. 5. فقط بندپایان و آکوردها سیستم گردش خون دارند. 6. رشد پس از جنین در همه جانوران چند سلولی مستقیم است.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 3 - همه حیوانات چند سلولی دارای تقارن دو طرفه بدن نیستند. به عنوان مثال، در coelenterates شعاعی (شعاعی) است.
2) 5 - دستگاه گردش خون در حلزون و نرم تنان نیز وجود دارد.
3) 6- رشد مستقیم پس از جنین در همه حیوانات چند سلولی ذاتی نیست.

81. اهمیت خون در زندگی انسان چیست؟

پاسخ:
1) عملکرد حمل و نقل را انجام می دهد: تحویل اکسیژن و مواد مغذی به بافت ها و سلول ها، حذف دی اکسید کربن و محصولات متابولیک.
2) به دلیل فعالیت لکوسیت ها و آنتی بادی ها عملکرد محافظتی را انجام می دهد.
3) در تنظیم هومورال عملکردهای حیاتی بدن شرکت می کند.

82. از اطلاعات مربوط به مراحل اولیه جنین زایی (زیگوت، بلاستولا، گاسترولا) برای تایید توالی رشد دنیای حیوانات استفاده کنید.

پاسخ:
1) مرحله زیگوت مربوط به یک ارگانیسم تک سلولی است.
2) مرحله بلاستولا، که در آن سلول ها تمایز ندارند، شبیه به اشکال استعماری است.
3) جنین در مرحله گاسترولا با ساختار coelenterat (هیدرا) مطابقت دارد.

83. تزریق دوزهای زیاد داروها در ورید همراه با رقیق شدن آنها با محلول فیزیولوژیک (محلول NaCl 9/0%) است. توضیح دهد که چرا.

پاسخ:
1) تجویز دوزهای زیادی از داروها بدون رقیق شدن می تواند باعث تغییر شدید در ترکیب خون و پدیده های برگشت ناپذیر شود.
2) غلظت محلول نمک (9/0% محلول NaCl) با غلظت نمک های پلاسمای خون مطابقت دارد و باعث مرگ سلول های خونی نمی شود.

84. اشتباهات متن داده شده را پیدا کنید، آنها را تصحیح کنید، اعداد جملاتی را که در آنها ساخته شده اند مشخص کنید، این جملات را بدون اشتباه بنویسید.
1. جانوران از نوع بندپایان دارای پوشش کیتینی خارجی و اندام های مفصلی هستند. 2. بدن اکثر آنها از سه قسمت سر، سینه و شکم تشکیل شده است. 3. همه بندپایان یک جفت آنتن دارند. 4. چشمان آنها پیچیده (چهره) است. 5. سیستم گردش خون حشرات بسته است.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1)3 - همه بندپایان یک جفت آنتن ندارند (عنکبوتیان آنها را ندارند و سخت پوستان دارای دو جفت هستند).
2) 4 - همه بندپایان دارای چشم های پیچیده (ترکیب) نیستند: در عنکبوتیان ساده یا غایب هستند، در حشرات می توانند چشم های ساده همراه با چشم های پیچیده داشته باشند.
3)5- سیستم گردش خون بندپایان بسته نیست.

85. دستگاه گوارش انسان چه وظایفی دارد؟

پاسخ:
1) پردازش مکانیکی مواد غذایی؛
2) پردازش شیمیایی مواد غذایی؛
3) جابجایی غذا و حذف بقایای هضم نشده.
4) جذب مواد مغذی، املاح معدنی و آب در خون و لنف.

86- پیشرفت بیولوژیکی در گیاهان گلدار چگونه مشخص می شود؟ حداقل سه علامت را مشخص کنید.

پاسخ:
1) تنوع گسترده ای از جمعیت ها و گونه ها؛
2) توزیع گسترده در جهان؛
3) سازگاری با زندگی در شرایط مختلف محیطی.

87. چرا غذا باید کاملا جویده شود؟

پاسخ:
1) غذای خوب جویده شده به سرعت با بزاق در حفره دهان اشباع می شود و شروع به هضم می کند.
2) غذای خوب جویده شده به سرعت با شیره های گوارشی در معده و روده اشباع می شود و بنابراین هضم آن آسان تر است.

88. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها ساخته شده اند را مشخص کنید، آنها را تصحیح کنید.
1-جمعیت مجموعه ای از افراد با هم آمیختگی آزادانه از یک گونه است که برای مدت طولانی در یک قلمرو مشترک زندگی می کنند. 3. مخزن ژنی همه جمعیت های یک گونه یکسان است. 4. جمعیت واحد ابتدایی تکامل است. 5. گروهی از قورباغه های هم نوع که در یک استخر عمیق به مدت یک تابستان زندگی می کنند یک جمعیت را تشکیل می دهند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 2 - جمعیت های یک گونه تا حدی جدا شده اند، اما افراد از جمعیت های مختلف می توانند با هم ترکیب شوند.
2) 3 - استخرهای ژنی جمعیت های مختلف از یک گونه متفاوت است.
3) 5 - گروهی از قورباغه ها جمعیت نیستند، زیرا گروهی از افراد یک گونه در صورتی جمعیت محسوب می شوند که برای تعداد زیادی از نسل ها فضای یکسانی را اشغال کنند.

89. چرا توصیه می شود در تابستان که به مدت طولانی تشنه هستید، آب شور بنوشید؟

پاسخ:
1) در تابستان فرد بیشتر عرق می کند.
2) نمک های معدنی از طریق عرق از بدن خارج می شوند.
3) آب شور تعادل طبیعی آب و نمک بین بافت ها و محیط داخلی بدن را بازیابی می کند.

90. چه چیزی ثابت می کند که یک فرد از طبقه پستانداران است؟

پاسخ:
1) شباهت در ساختار سیستم های اندام؛
2) وجود مو؛
3) رشد جنین در رحم؛
4) تغذیه فرزندان با شیر، مراقبت از فرزندان.

91. چه فرآیندهایی ثبات ترکیب شیمیایی پلاسمای خون انسان را حفظ می کنند؟

پاسخ:
1) فرآیندها در سیستم های بافر واکنش محیط (pH) را در یک سطح ثابت حفظ می کنند.
2) تنظیم عصبی-هومورال ترکیب شیمیایی پلاسما انجام می شود.

92. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها ساخته شده اند را مشخص کرده و توضیح دهید.
1. جمعیت مجموعه ای از افراد با هم آمیختگی آزادانه از گونه های مختلف است که برای مدت طولانی در یک قلمرو مشترک زندگی می کنند. 3. به مجموع تمام ژن های یک جمعیت، مخزن ژن می گویند. 4. جمعیت واحد ساختاری طبیعت زنده است. 5. تعداد جمعیت همیشه ثابت است.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 1 - جمعیت مجموعه ای از افراد هم نژاد آزادانه از همان گونه است که برای مدت طولانی در قلمرو عمومی جمعیت ساکن هستند.
2) 4 - جمعیت واحد ساختاری گونه است.
3) 5 - تعداد جمعیت می تواند در فصول و سال های مختلف تغییر کند.

93- چه ساختارهایی از پوشش بدن، بدن انسان را از تأثیر عوامل دمایی محیط محافظت می کند؟ نقش آنها را توضیح دهید.

پاسخ:
1) بافت چربی زیر جلدی بدن را از خنک شدن محافظت می کند.
2) غدد عرق عرق تولید می کنند که وقتی تبخیر می شود از گرمای بیش از حد محافظت می کند.
3) موهای روی سر بدن را از سرد شدن و گرمای بیش از حد محافظت می کند.
4) تغییرات در لومن مویرگ های پوست، انتقال حرارت را تنظیم می کند.

94. حداقل سه ویژگی بیولوژیکی پیشرونده یک فرد را که در فرآیند تکامل طولانی به دست آورده است، ذکر کنید.

پاسخ:
1) بزرگ شدن مغز و بخش مغزی جمجمه؛
2) وضعیت ایستاده و تغییرات مربوطه در اسکلت.
3) آزادسازی و توسعه دست، مخالفت شست.

95- کدام تقسیم میوز شبیه میتوز است؟ توضیح دهید که چگونه بیان می شود و به چه مجموعه ای از کروموزوم ها در سلول منتهی می شود.

پاسخ:
1) شباهت با میتوز در بخش دوم میوز مشاهده می شود.
2) همه فازها مشابه هستند، کروموزوم های خواهر (کروماتیدها) به قطب های سلول واگرا می شوند.
3) سلول های حاصل دارای یک مجموعه کروموزوم هاپلوئید هستند.

96. تفاوت بین خونریزی شریانی و خونریزی وریدی چیست؟

پاسخ:
1) با خونریزی شریانی، خون قرمز مایل به قرمز است.
2) با نهر قوی، فواره از زخم بیرون می زند.

97- نموداری از چه فرآیندی در بدن انسان رخ می دهد در شکل نشان داده شده است؟ چه چیزی زیربنای این فرآیند است و چگونه ترکیب خون در نتیجه تغییر می کند؟ پاسخ خود را توضیح دهید.
مویرگی

پاسخ:
1) شکل نمودار تبادل گاز در ریه ها (بین وزیکول ریوی و مویرگ خون) را نشان می دهد.
2) مبادله گاز بر اساس انتشار است - نفوذ گازها از مکانی با فشار بالا به مکانی با فشار پایین تر.
3) در نتیجه تبادل گاز، خون با اکسیژن اشباع شده و از وریدی (A) به شریانی (B) تبدیل می شود.

98. کم تحرکی (فعالیت بدنی کم) چه تأثیری بر بدن انسان دارد؟

پاسخ:
عدم تحرک بدنی منجر به موارد زیر می شود:
1) کاهش سطح متابولیسم، افزایش بافت چربی، وزن اضافی بدن؛
2) ضعیف شدن عضلات اسکلتی و قلبی، افزایش بار روی قلب و کاهش استقامت بدن.
3) رکود خون وریدی در اندام تحتانی، اتساع عروق، اختلالات گردش خون.

(سایر عبارت پاسخ بدون تحریف معنای آن مجاز است.)

99- گیاهانی که در شرایط خشک زندگی می کنند چه ویژگی هایی دارند؟

پاسخ:
1) سیستم ریشه گیاهان عمیقاً در خاک نفوذ می کند ، به آب های زیرزمینی می رسد یا در لایه سطحی خاک قرار دارد.
2) در برخی از گیاهان، آب در برگ ها، ساقه ها و سایر اندام ها در هنگام خشکسالی ذخیره می شود.
3) برگ ها با یک پوشش مومی، بلوغ یا تغییر یافته به خار یا سوزن پوشیده شده اند.

100. دلیل نیاز به ورود یون آهن به خون انسان چیست؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

پاسخ:

2) گلبول های قرمز خون انتقال اکسیژن و دی اکسید کربن را فراهم می کنند.

101. حفره های قلب که در شکل با اعداد 3 و 5 نشان داده شده اند از طریق چه رگ ها و چه نوع خونی عبور می کنند؟ هر یک از این ساختارهای قلب به کدام سیستم گردش خون متصل است؟

پاسخ:
1) محفظه ای که با شماره 3 مشخص شده است، خون وریدی را از ورید اجوف فوقانی و تحتانی دریافت می کند.
2) محفظه ای که با شماره 5 نشان داده شده است، خون شریانی را از وریدهای ریوی دریافت می کند.
3) اتاق قلب که با شماره 3 نشان داده شده است به گردش خون سیستمیک متصل است.
4) محفظه قلب که با عدد 5 مشخص شده است به گردش خون ریوی متصل است.

102. ویتامین ها چه هستند، نقش آنها در زندگی بدن انسان چیست؟

پاسخ:
1) ویتامین ها - مواد آلی فعال بیولوژیکی که در مقادیر کم مورد نیاز است.
2) آنها بخشی از آنزیم ها هستند که در متابولیسم شرکت می کنند.
3) افزایش مقاومت بدن در برابر تأثیرات نامطلوب محیطی، تحریک رشد، رشد بدن، ترمیم بافت ها و سلول ها.

103. شکل بدن پروانه کالیما شبیه یک برگ است. پروانه چگونه چنین شکل بدنی پیدا کرد؟

پاسخ:
1) ظهور تغییرات ارثی مختلف در افراد؛
2) حفظ با انتخاب طبیعی افراد با شکل بدن تغییر یافته؛
3) تولید مثل و توزیع افراد با شکل بدنی شبیه به برگ.

104- ماهیت اکثر آنزیم ها چیست و چرا با افزایش سطح تابش فعالیت خود را از دست می دهند؟

پاسخ:
1) بیشتر آنزیم ها پروتئین هستند.
2) تحت تأثیر تابش، دناتوره شدن رخ می دهد، ساختار پروتئین-آنزیم تغییر می کند.

105. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد پیشنهادهایی که در آنها ارائه شده است را مشخص کنید، آنها را اصلاح کنید.
1. گیاهان مانند همه موجودات زنده می خورند، نفس می کشند، رشد می کنند و تولید مثل می کنند. 2. با توجه به روش تغذیه، گیاهان به عنوان موجودات اتوتروف طبقه بندی می شوند. 3. هنگامی که گیاهان تنفس می کنند، دی اکسید کربن را جذب کرده و اکسیژن آزاد می کنند. 4. همه گیاهان با بذر تولید مثل می کنند. 5. گیاهان نیز مانند حیوانات تنها در سال های اول زندگی رشد می کنند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 3 - هنگامی که گیاهان تنفس می کنند، اکسیژن را جذب کرده و دی اکسید کربن آزاد می کنند.
2) 4 - فقط گیاهان گلدار و ژیمنوسپرم ها از طریق دانه ها و جلبک ها، خزه ها و سرخس ها توسط هاگ ​​تولید مثل می کنند.
3)5- گیاهان در طول زندگی خود رشد می کنند، رشد نامحدودی دارند.

106. علت نیاز به ورود یون آهن به خون انسان چیست؟ پاسخ خود را توضیح دهید.

پاسخ:
1) یون های آهن بخشی از هموگلوبین گلبول های قرمز هستند.
2) هموگلوبین گلبول های قرمز حمل و نقل اکسیژن و دی اکسید کربن را تضمین می کند، زیرا قادر به اتصال با این گازها است.
3) تامین اکسیژن برای متابولیسم انرژی سلول ضروری است و دی اکسید کربن محصول نهایی آن است که باید حذف شود.

107. توضیح دهید که چرا افراد از نژادهای مختلف به عنوان یک گونه طبقه بندی می شوند. حداقل سه مدرک ارائه کنید.

پاسخ:
1) شباهت در ساختار، فرآیندهای زندگی، رفتار.
2) وحدت ژنتیکی - همان مجموعه کروموزوم ها، ساختار آنها.
3) ازدواج های بین نژادی فرزندانی را تولید می کند که قادر به تولید مثل هستند.

108. در هند باستان، به فردی که مظنون به جنایت بود، پیشنهاد می کردند که یک مشت برنج خشک را ببلعد. اگر شکست می خورد، گناه اثبات شده تلقی می شد. یک مبنای فیزیولوژیکی برای این فرآیند ارائه دهید.

پاسخ:
1) بلع یک عمل رفلکس پیچیده است که با ترشح بزاق و تحریک ریشه زبان همراه است.
2) با هیجان شدید، ترشح بزاق به شدت مهار می شود، دهان خشک می شود و رفلکس بلع رخ نمی دهد.

109. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی که در آنها ساخته شده اند را مشخص کرده و توضیح دهید.
1. زنجیره غذایی بیوژئوسنوز شامل تولیدکنندگان، مصرف کنندگان و تجزیه کننده ها می شود. 2. اولین حلقه در زنجیره غذایی مصرف کنندگان هستند. 3. مصرف کنندگان در نور انرژی جذب شده در فرآیند فتوسنتز را انباشته می کنند. 4. در فاز تاریک فتوسنتز، اکسیژن آزاد می شود. 5. تجزیه کننده ها به آزادسازی انرژی انباشته شده توسط مصرف کنندگان و تولیدکنندگان کمک می کنند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1)2 - اولین لینک تولید کنندگان است.
2)3 - مصرف کنندگان قادر به فتوسنتز نیستند.
3)4- اکسیژن در فاز نوری فتوسنتز آزاد می شود.

110. علل کم خونی در انسان چیست؟ حداقل سه دلیل ممکن را ذکر کنید.

پاسخ:
1) از دست دادن خون زیاد؛
2) تغذیه نامناسب (کمبود آهن و ویتامین ها و غیره)؛
3) اختلال در تشکیل گلبول های قرمز خون در اندام های خونساز.

111. مگس زنبور از نظر رنگ و شکل بدن شبیه زنبور است. نوع وسیله حفاظتی آن را نام ببرید، اهمیت آن و ماهیت نسبی سازگاری را توضیح دهید.

پاسخ:
1) نوع انطباق - تقلید، تقلید از رنگ و شکل بدن یک حیوان محافظت نشده به یک حیوان محافظت شده.
2) شباهت به یک زنبور، شکارچی احتمالی را از خطر نیش زدن هشدار می دهد.
3) مگس طعمه پرندگان جوانی می شود که هنوز به زنبور واکنش نشان نداده اند.

112. با استفاده از تمام اشیایی که در زیر نامگذاری شده است یک زنجیره غذایی درست کنید: هوموس، عنکبوت متقاطع، شاهین، دختر بزرگ، مگس خانگی. مصرف کنندگان مرتبه سوم را در زنجیره ساخته شده شناسایی کنید.

پاسخ:
1) هوموس -> مگس خانگی -> عنکبوت متقاطع -> دختر بزرگ -> شاهین.
2) مصرف کننده مرتبه سوم - دختر بزرگ.

113. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی را که در آنها خطا وجود دارد را مشخص کنید، آنها را اصلاح کنید.
1. Annelids سازمان یافته ترین برش حیوانی از سایر انواع کرم ها هستند. 2. آنلیدها دارای سیستم گردش خون باز هستند. 3. بدن یک کرم حلقوی از بخشهای یکسان تشکیل شده است. 4. آنلیدها هیچ حفره بدنی ندارند. 5. سیستم عصبی آنلیدها با حلقه اطراف حلق و طناب عصبی پشتی نشان داده می شود.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1)2 - آنلیدها دارای سیستم گردش خون بسته هستند.
2)4 - آنلیدها دارای حفره بدن هستند.
3)5- زنجیره عصبی در سمت شکمی بدن قرار دارد.

114. حداقل سه آرومورفوس در گیاهان زمینی را نام ببرید که به آنها اجازه می دهد اولین کسانی باشند که زمین را توسعه می دهند. پاسخت رو توجیه کن.

پاسخ:
1) ظاهر بافت پوششی - اپیدرم با روزنه - محافظت در برابر تبخیر.
2) ظهور یک سیستم هدایت کننده که حمل و نقل مواد را تضمین می کند.
3) توسعه بافت مکانیکی که عملکرد حمایتی را انجام می دهد.

115- علت وجود تنوع زیاد پستانداران کیسه دار در استرالیا و عدم حضور آنها در سایر قاره ها را توضیح دهید.

پاسخ:
1) استرالیا در دوران شکوفایی کیسه‌داران قبل از ظهور جانوران جفتی از سایر قاره‌ها جدا شد (انزوای جغرافیایی).
2) شرایط طبیعی استرالیا به واگرایی شخصیت های کیسه دار و گونه زایی فعال کمک کرده است.
3) در سایر قاره ها، جانوران کیسه دار با پستانداران جفت جایگزین شدند.

116- در چه مواردی تغییر در توالی نوکلئوتیدهای DNA بر ساختار و عملکرد پروتئین مربوطه تأثیر نمی گذارد؟

پاسخ:
1) اگر در نتیجه جایگزینی نوکلئوتید، کدون دیگری ظاهر شود که همان اسید آمینه را کد می کند.
2) اگر کدون تشکیل شده در نتیجه جایگزینی نوکلئوتید یک اسید آمینه متفاوت را رمزگذاری کند، اما با خواص شیمیایی مشابه که ساختار پروتئین را تغییر نمی دهد.
3) اگر تغییرات نوکلئوتیدی در نواحی DNA بین ژنی یا غیرعملکردی رخ دهد.

117. چرا رابطه بین ماهی پیک و سوف در اکوسیستم رودخانه رقابتی تلقی می شود؟

پاسخ:
1) شکارچی هستند، از مواد غذایی مشابه تغذیه می کنند.
2) در یک بدنه آب زندگی می کنند، به شرایط زندگی مشابه نیاز دارند، متقابلاً یکدیگر را سرکوب می کنند.

118. خطاهای متن داده شده را بیابید. تعداد جملاتی را که در آنها خطا وجود دارد را مشخص کنید، آنها را اصلاح کنید.
1. طبقات اصلی بندپایان شاخه سخت پوستان، عنکبوتیان و حشرات هستند. 2. حشرات دارای چهار جفت پا و عنکبوتیان سه جفت هستند. 3. خرچنگ چشم های ساده ای دارد در حالی که عنکبوت متقاطع چشم های پیچیده ای دارد. 4. عنکبوتیان زگیل عنکبوتیه روی شکم خود دارند. 5. عنکبوت متقاطع و خروس با استفاده از کیسه های ریه و نای تنفس می کنند.

اشتباهاتی در جملات وجود داشت:
1) 2 - حشرات دارای سه جفت پا و عنکبوتیان دارای چهار جفت هستند.
2) 3 - خرچنگ دارای چشم های مرکب است و عنکبوت متقاطع دارای چشم های ساده است.
3) 5 - سوسک دارای کیسه های ریوی نیست، بلکه فقط نای دارد.

119. ویژگی های ساختاری و عملکردهای حیاتی قارچ کلاهک چیست؟ حداقل چهار ویژگی را نام ببرید.

پاسخ:
1) میسلیوم و بدن باردهی دارند.
2) تولید مثل توسط هاگ ​​و میسلیوم.
3) با توجه به روش تغذیه - هتروتروف ها.
4) بیشتر میکوریزا تشکیل می دهند.

120. چه آرومورفوس هایی به دوزیستان باستانی اجازه توسعه زمین را می داد.

پاسخ:
1) ظاهر تنفس ریوی؛
2) تشکیل اندام های تکه تکه شده؛
3) ظاهر یک قلب سه حفره ای و دو دایره گردش خون.

این درس ویدیویی به موضوع "تامین انرژی سلول ها" اختصاص دارد. در این درس به فرآیندهای انرژی در سلول می پردازیم و چگونگی تامین انرژی سلول ها را مطالعه می کنیم. همچنین خواهید آموخت که تنفس سلولی چیست و از چه مراحلی تشکیل شده است. در مورد هر یک از این مراحل به تفصیل بحث کنید.

زیست شناسی پایه نهم

موضوع: سطح سلولی

درس 13. تامین انرژی سلول ها

استپانووا آنا یوریونا

دانشیار گروه علوم زیستی MSUIE

مسکو

امروز در مورد تامین انرژی سلول ها صحبت خواهیم کرد. انرژی برای واکنش های شیمیایی مختلفی که در سلول رخ می دهد استفاده می شود. برخی از ارگانیسم ها از انرژی نور خورشید برای فرآیندهای بیوشیمیایی استفاده می کنند - اینها گیاهان هستند، در حالی که برخی دیگر از انرژی پیوندهای شیمیایی در مواد به دست آمده در طول تغذیه استفاده می کنند - اینها موجودات حیوانی هستند. مواد غذایی از طریق تجزیه یا اکسیداسیون بیولوژیکی از طریق فرآیند تنفس سلولی استخراج می شوند.

تنفس سلولی یک فرآیند بیوشیمیایی در سلول است که در حضور آنزیم ها اتفاق می افتد، در نتیجه آب و دی اکسید کربن آزاد می شود، انرژی به شکل پیوندهای ماکرو انرژی مولکول های ATP ذخیره می شود. اگر این فرآیند در حضور اکسیژن رخ دهد، به آن "هوازی" می گویند. اگر بدون اکسیژن رخ دهد، آن را "بی هوازی" می نامند.

اکسیداسیون بیولوژیکی شامل سه مرحله اصلی است:

1. مقدماتی،

2. بدون اکسیژن (گلیکولیز)،

3. تجزیه کامل مواد آلی (در حضور اکسیژن).

مرحله مقدماتی. مواد دریافتی از غذا به مونومرها تجزیه می شوند. این مرحله از دستگاه گوارش یا در لیزوزوم های سلول شروع می شود. پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، چربی ها به گلیسرول ها و اسیدهای چرب تجزیه می شوند. انرژی آزاد شده در این مرحله به صورت گرما تلف می شود. لازم به ذکر است که برای فرآیندهای انرژی، سلول ها از کربوهیدرات ها یا بهتر است بگوییم مونوساکاریدها استفاده می کنند. و مغز فقط می تواند از مونوساکارید - گلوکز - برای کار خود استفاده کند.

گلوکز در طی گلیکولیز به دو مولکول سه کربنه پیروویک اسید تجزیه می شود. سرنوشت بیشتر آنها به حضور اکسیژن در سلول بستگی دارد. اگر اکسیژن در سلول وجود داشته باشد، اسید پیروویک برای اکسیداسیون کامل به دی اکسید کربن و آب (تنفس هوازی) وارد میتوکندری می شود. اگر اکسیژن وجود نداشته باشد، در بافت های حیوانی اسید پیروویک به اسید لاکتیک تبدیل می شود. این مرحله در سیتوپلاسم سلول انجام می شود. در نتیجه گلیکولیز، تنها دو مولکول ATP تشکیل می شود.

برای اکسیداسیون کامل گلوکز، اکسیژن مورد نیاز است. در مرحله سوم، اکسیداسیون کامل اسید پیروویک به دی اکسید کربن و آب در میتوکندری رخ می دهد. در نتیجه 36 مولکول ATP دیگر تشکیل می شود.

در مجموع، سه مرحله، 38 مولکول ATP را از یک مولکول گلوکز، با در نظر گرفتن دو ATP تولید شده در طی گلیکولیز، تولید می کنند.

بنابراین، ما فرآیندهای انرژی رخ داده در سلول ها را بررسی کردیم. مراحل اکسیداسیون بیولوژیکی مشخص شد. این درس ما به پایان می رسد، بهترین ها برای شما، خداحافظ!

تفاوت تنفس و سوزش. تنفسی که در یک سلول اتفاق می افتد اغلب با فرآیند احتراق مقایسه می شود. هر دو فرآیند در حضور اکسیژن، آزاد شدن انرژی و محصولات اکسیداسیون رخ می‌دهند. اما بر خلاف احتراق، تنفس یک فرآیند منظم از واکنش های بیوشیمیایی است که در حضور آنزیم ها رخ می دهد. در طول تنفس، دی اکسید کربن به عنوان محصول نهایی اکسیداسیون بیولوژیکی به وجود می آید و در طی احتراق، تشکیل دی اکسید کربن از طریق ترکیب مستقیم هیدروژن با کربن اتفاق می افتد. همچنین در طی تنفس تعداد معینی مولکول ATP تشکیل می شود. یعنی تنفس و احتراق اساساً فرآیندهای متفاوتی هستند.

اهمیت زیست پزشکیبرای پزشکی، نه تنها متابولیسم گلوکز، بلکه فروکتوز و گالاکتوز نیز مهم است. توانایی تشکیل ATP در غیاب اکسیژن از اهمیت ویژه ای در پزشکی برخوردار است. این به شما امکان می دهد در شرایط عدم کارایی کافی اکسیداسیون هوازی، کار شدید ماهیچه های اسکلتی را حفظ کنید. بافت هایی با افزایش فعالیت گلیکولیتیک می توانند در طول دوره های گرسنگی اکسیژن فعال باقی بمانند. در عضله قلب، امکان گلیکولیز محدود است. او به سختی از اختلال در خون رسانی رنج می برد که می تواند منجر به ایسکمی شود. چندین بیماری شناخته شده وجود دارد که ناشی از کمبود آنزیم هایی است که گلیکولیز را تنظیم می کنند:

کم خونی همولیتیک (در سلول های سرطانی با رشد سریع، گلیکولیز با سرعتی بیش از توانایی های چرخه اسید سیتریک رخ می دهد)، که به افزایش سنتز اسید لاکتیک در اندام ها و بافت ها کمک می کند. سطوح بالای اسید لاکتیک در بدن می تواند از علائم سرطان باشد.

تخمیر.میکروب ها می توانند در طی تخمیر انرژی بدست آورند. تخمیر از زمان های بسیار قدیم برای مردم شناخته شده است، به عنوان مثال، در ساخت شراب. تخمیر اسید لاکتیک حتی پیش از این نیز شناخته شده بود. مردم بدون اینکه بدانند این فرآیندها با فعالیت میکروارگانیسم ها مرتبط است، لبنیات مصرف می کردند. این اولین بار توسط لویی پاستور ثابت شد. علاوه بر این، میکروارگانیسم های مختلف محصولات تخمیر متفاوتی ترشح می کنند. اکنون در مورد تخمیر الکلی و اسید لاکتیک صحبت خواهیم کرد. در نتیجه اتیل الکل و دی اکسید کربن تشکیل شده و انرژی آزاد می شود. آبجو و شراب سازان از انواع خاصی از مخمر برای تحریک تخمیر استفاده می کنند که قندها را به الکل تبدیل می کند. تخمیر عمدتا توسط مخمر و همچنین برخی از باکتری ها و قارچ ها انجام می شود. در کشور ما به طور سنتی از مخمر ساکارومیست استفاده می شود. در آمریکا - باکتری از جنس Pseudomonas. و در مکزیک از باکتری "میله متحرک" استفاده می شود. مخمر ما معمولاً هگزوزها (مونوساکاریدهای شش کربنه) مانند گلوکز یا فروکتوز را تخمیر می کند. فرآیند تشکیل الکل را می توان به صورت زیر نشان داد: از یک مولکول گلوکز دو مولکول الکل، دو مولکول دی اکسید کربن و دو مولکول ATP تشکیل می شود. این روش نسبت به فرآیندهای هوازی سود کمتری دارد، اما به شما امکان می دهد در غیاب اکسیژن زندگی خود را حفظ کنید. حالا بیایید در مورد تخمیر شیر تخمیر شده صحبت کنیم. یک مولکول گلوکز دو مولکول اسید لاکتیک را تشکیل می دهد و در همان زمان دو مولکول ATP آزاد می شود. تخمیر اسید لاکتیک به طور گسترده برای تولید محصولات لبنی استفاده می شود: پنیر، شیر دلمه، ماست. از اسید لاکتیک در تولید نوشابه نیز استفاده می شود.

1. انواع تغذیه موجودات زنده
2. فتوسنتز
3. تبادل انرژی

1. فعالیت زندگیهمه موجودات فقط در صورتی امکان پذیر است که انرژی داشته باشند. با توجه به روش به دست آوردن انرژی، تمام سلول ها و موجودات به دو گروه تقسیم می شوند: اتوتروف هاو هتروتروف ها

هتروتروف ها(هتروس یونانی - متفاوت، دیگر و غنی - غذا، تغذیه) خود قادر به سنتز ترکیبات آلی از غیر آلی نیستند؛ آنها باید آنها را از محیط دریافت کنند. مواد آلی نه تنها به عنوان غذا برای آنها، بلکه به عنوان منبع انرژی نیز عمل می کنند. هتروتروف ها شامل همه جانوران، قارچ ها، اکثر باکتری ها و همچنین گیاهان خشکی غیر کلروفیل و جلبک ها می شود.

با توجه به روش تهیه غذا، موجودات هتروتروف به دو دسته تقسیم می شوند هولوزوئن ها(حیوانات) گرفتن ذرات جامد، و اسموتروفیک(قارچ ها، باکتری ها) از مواد محلول تغذیه می کنند.

موجودات هتروتروف متنوع قادر به تجزیه جمعی همه موادی که توسط اتوتروف ها سنتز می شوند و همچنین مواد معدنی سنتز شده در نتیجه فعالیت های تولید انسان را دارند. موجودات هتروتروف، همراه با اتوتروف ها، یک سیستم بیولوژیکی واحد را بر روی زمین تشکیل می دهند که توسط روابط تغذیه ای متحد شده است.

اتوتروف ها- موجوداتی که از ترکیبات معدنی تغذیه می کنند (یعنی انرژی دریافت می کنند)، اینها برخی از باکتری ها و همه گیاهان سبز هستند. اتوتروف ها به دو دسته کموتروف و فوتوتروف تقسیم می شوند.

کموتروف ها- ارگانیسم هایی که از انرژی آزاد شده در طی واکنش های ردوکس استفاده می کنند. شیمی‌تروف‌ها شامل باکتری‌های نیتروژن‌کننده (تثبیت‌کننده نیتروژن)، گوگرد، هیدروژن (تشکیل دهنده متان)، منگنز، آهن‌ساز و باکتری‌های مصرف‌کننده مونوکسید کربن هستند.

فتوتروف ها- فقط گیاهان سبز منبع انرژی برای آنها نور است.

2. فتوسنتز(یونانی phos - gen. fall. عکس - نور و سنتز - اتصال) - تشکیل، با مشارکت انرژی نور، مواد آلی توسط سلول های گیاهان سبز و همچنین برخی از باکتری ها، فرآیند تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی. با کمک رنگدانه ها (کلروفیل و برخی دیگر) در تیلاکوئیدهای کلروپلاست ها و کروماتوفورهای سلولی ایجاد می شود. فتوسنتز بر اساس واکنش های ردوکس است که در آن الکترون ها از یک کاهنده دهنده (آب، هیدروژن و غیره) به گیرنده (پذیرنده لاتین - گیرنده) - دی اکسید کربن، استات با تشکیل ترکیبات کاهش یافته - کربوهیدرات ها و آزاد شدن اکسیژن، اگر آب اکسید شود.

باکتری های فتوسنتزی که از اهداکنندگانی غیر از آب استفاده می کنند، اکسیژن تولید نمی کنند.

واکنش های نوری فتوسنتز(ناشی از نور) در دانه های تیلاکوئیدهای کلروپلاست رخ می دهد. کوانتوم های نور مرئی (فوتون ها) با مولکول های کلروفیل برهم کنش می کنند و آنها را به حالت برانگیخته منتقل می کنند. یک الکترون موجود در کلروفیل کوانتوم نوری با طول معین را جذب می کند و گویی به صورت پلکانی در امتداد زنجیره حامل های الکترون حرکت می کند و انرژی خود را از دست می دهد که برای فسفریله کردن ADP به ATP عمل می کند. این یک فرآیند بسیار کارآمد است: کلروپلاست ها 30 برابر بیشتر از میتوکندری همان گیاهان ATP تولید می کنند. این انرژی لازم برای موارد زیر را جمع می کند - واکنش های تاریک فتوسنتز. مواد زیر به عنوان حامل الکترون عمل می کنند: سیتوکروم ها، پلاستوکینون، فردوکسین، فلاووپروتئین، ردوکتاز و غیره. برخی از الکترون های برانگیخته برای کاهش NADP + به NADPH استفاده می شوند. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرد، آب در کلروپلاست ها تجزیه می شود - فتولیز،در این حالت ، الکترون هایی تشکیل می شوند که تلفات خود را با کلروفیل جبران می کنند. اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود و در جو سیاره ما آزاد می شود. این همان اکسیژنی است که ما تنفس می کنیم و برای همه موجودات هوازی ضروری است.

کلروپلاست گیاهان عالی، جلبک ها و سیانوباکتری ها حاوی دو سیستم فتوسیستم با ساختارها و ترکیبات مختلف است. هنگامی که کوانتوم های نور توسط رنگدانه ها (مرکز واکنش - مجموعه ای از کلروفیل با پروتئینی که نور با طول موج 680 نانومتر را جذب می کند - P680) از فتوسیستم II جذب می شوند، الکترون ها از آب به یک گیرنده میانی و از طریق زنجیره ای از حامل ها منتقل می شوند. به مرکز واکنش فتوسیستم I. و این فتوسیستم مرکز واکنش است، مولکول‌های کلروفیل قلمی را با یک پروتئین خاص-KOM که نور را با طول موج 700 نانومتر جذب می‌کند، آشکار می‌کند - P700. در مولکول های کلروفیل F1 "سوراخ" وجود دارد - مکان های پر نشده الکترون هایی که به PLDPH منتقل می شوند. این "حفره ها" با الکترون های تشکیل شده در طول عملکرد PI پر می شوند. یعنی فتوسیستم II الکترون هایی را به فتوسیستم I می دهد که در آن صرف کاهش NADP + و NADPH می شود. در طول مسیر حرکت الکترون های فتوسیستم II برانگیخته شده توسط نور به سمت گیرنده نهایی - کلروفیل فتوسیستم I، ADP به ATP غنی از انرژی فسفریله می شود. بنابراین، انرژی نوری در مولکول‌های ATP ذخیره می‌شود و بیشتر برای سنتز کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها، اسیدهای نوکلئیک و سایر فرآیندهای حیاتی گیاهان و از طریق آنها فعالیت حیاتی همه موجوداتی که از گیاهان تغذیه می‌کنند استفاده می‌شود.

واکنش های تاریک یا واکنش های تثبیت کربن،با نور مرتبط نیستند، در استرومای کلروپلاست ها انجام می شوند. محل کلیدی در آنها توسط تثبیت دی اکسید کربن و تبدیل کربن به کربوهیدرات اشغال شده است. این واکنش‌ها ماهیت حلقوی دارند، زیرا برخی از کربوهیدرات‌های میانی تحت یک فرآیند تراکم و بازآرایی به ریبولوز دی فسفات، گیرنده اولیه CO 2، که عملکرد مداوم چرخه را تضمین می‌کند، می‌شوند. این فرآیند اولین بار توسط بیوشیمیدان آمریکایی ملوین کالوین توصیف شد

تبدیل ترکیب معدنی CO 2 به ترکیبات آلی - کربوهیدرات ها، که در پیوندهای شیمیایی آن انرژی خورشیدی ذخیره می شود، با کمک یک آنزیم پیچیده - ریبولوز-1،5-دی فسفات کربوکسیلاز رخ می دهد. افزودن یک مولکول CO 2 به ریبولوز-1،5-دی فسفات پنج کربنی را تضمین می کند که منجر به تشکیل یک ترکیب میانی با عمر کوتاه شش کربنی می شود. این ترکیب در اثر هیدرولیز به دو مولکول سه کربنه اسید فسفوگلیسریک تجزیه می شود که با استفاده از ATP و NADPH به قندهای سه کربنه (تریوز فسفات) کاهش می یابد. محصول نهایی فتوسنتز، گلوکز، از آنها تشکیل می شود.

برخی از تریوز فسفات ها، با گذراندن فرآیندهای تراکم و بازآرایی، ابتدا به ریبولوز مونوفسفات و سپس به ریبولوز دی فسفات تبدیل می شوند، دوباره در چرخه پیوسته ایجاد مولکول های گلوکز قرار می گیرند. گلوکز را می توان به صورت آنزیمی پلیمریزه کرد

نشاسته و سلولز پلی ساکاریدهای حمایت کننده گیاهان هستند.

یکی از ویژگی های فتوسنتز برخی از گیاهان (نیشکر، ذرت، آمارانت) تبدیل اولیه کربن از طریق ترکیبات چهار کربنه است. چنین گیاهانی شاخص C 4 - گیاهان را دریافت کردند و فتوسنتز در آنها متابولیسم کربن است. گیاهان C4 به دلیل بهره وری فتوسنتزی مورد توجه محققان قرار می گیرند.

راه های افزایش بهره وری گیاهان کشاورزی:

تغذیه مواد معدنی کافی، که می تواند بهترین سیر فرآیندهای متابولیک را تضمین کند.

روشنایی کامل تر، که با در نظر گرفتن مصرف نور گیاهان نور دوست و مقاوم در برابر سایه، می توان با استفاده از نرخ های خاص کاشت گیاه به دست آورد.

مقدار طبیعی دی اکسید کربن در هوا (با افزایش محتوای آن، روند تنفس گیاه که با فتوسنتز همراه است مختل می شود).

رطوبت خاک متناسب با نیازهای رطوبتی گیاهان بسته به شرایط اقلیمی و کشاورزی.

اهمیت فتوسنتز در طبیعت

در نتیجه فتوسنتز روی زمین، سالانه 150 میلیارد تن ماده آلی تشکیل می شود و تقریباً 200 میلیارد تن اکسیژن آزاد آزاد می شود. فتوسنتز نه تنها ترکیب فعلی جو زمین را که برای زندگی ساکنان آن ضروری است فراهم می کند و حفظ می کند، بلکه از افزایش غلظت CO 2 در جو نیز جلوگیری می کند و از گرم شدن بیش از حد سیاره ما (به دلیل به اصطلاح گلخانه ای) جلوگیری می کند. اثر). اکسیژن آزاد شده در طول فتوسنتز برای تنفس موجودات و محافظت از آنها در برابر امواج مضر فرابنفش موج کوتاه ضروری است.

شیمی سنتز(chemeta یونانی متاخر - شیمی و سنتز یونانی - اتصال) - فرآیند اتوتروف ایجاد مواد آلی توسط باکتری هایی که حاوی کلروفیل نیستند. شیموسنتز به دلیل اکسیداسیون ترکیبات معدنی انجام می شود: هیدروژن، سولفید هیدروژن، آمونیاک، اکسید آهن (II) و غیره. جذب CO 2 مانند فتوسنتز (چرخه کالوین)، به استثنای متان ساز و همنوع انجام می شود. -باکتری استات انرژی حاصل از اکسیداسیون در باکتری ها به شکل ATP ذخیره می شود.

باکتری های شیمیایی نقش بسیار مهمی در چرخه های بیوژئوشیمیایی عناصر شیمیایی در بیوسفر دارند. فعالیت حیاتی باکتری های نیتریف کننده یکی از مهم ترین عوامل حاصلخیزی خاک است. باکتری های شیمیایی ترکیبات آهن، منگنز، گوگرد و غیره را اکسید می کنند.

شیموسنتز توسط میکروبیولوژیست روسی سرگئی نیکولاویچ وینوگرادسکی (1856-1953) در سال 1887 کشف شد.

3. متابولیسم انرژی

سه مرحله متابولیسم انرژی با مشارکت آنزیم های خاص در قسمت های مختلف سلول ها و موجودات انجام می شود.

مرحله اول مقدماتی است- تحت تأثیر آنزیم هایی که مولکول های دی و پلی ساکاریدها، چربی ها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک را به مولکول های کوچکتر تجزیه می کنند (در حیوانات در اندام های گوارشی) رخ می دهد: گلوکز، گلیسرول و اسیدهای چرب، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها. این مقدار کمی انرژی آزاد می کند که به صورت گرما دفع می شود.

مرحله دوم بدون اکسیژن یا اکسیداسیون ناقص است.به آن تنفس بی هوازی (تخمیر) یا گلیکولیزآنزیم های گلیکولیز در قسمت مایع سیتوپلاسم - هیالوپلاسم قرار دارند. گلوکز تحت تجزیه قرار می گیرد، هر مولنی که در آن به تدریج شکافته و با مشارکت آنزیم ها به دو مولکول سه کربنه پیروویک اسید CH 3 - CO - COOH اکسید می شود، که در آن COOH یک گروه کربوکسیل مشخصه اسیدهای آلی است.

نه آنزیم به طور متوالی در این تبدیل گلوکز نقش دارند. در طی فرآیند گلیکولیز، مولکول های گلوکز اکسید می شوند، یعنی اتم های هیدروژن از بین می روند. گیرنده هیدروژن (و الکترون) در این واکنش ها، مولکول های نیکوتین آمید نیندین نوکلئوتید (NAD+) هستند که از نظر ساختار شبیه به NADP+ هستند و تنها در غیاب باقیمانده اسید فسفریک در مولکول ریبوز متفاوت هستند. هنگامی که اسید پیروویک به دلیل کاهش NAD کاهش می یابد، محصول نهایی گلیکولیز ظاهر می شود - اسید لاکتیک. اسید فسفریک و ATP در تجزیه گلوکز نقش دارند.

به طور خلاصه، این روند به شکل زیر است:

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.

در قارچ های مخمر، یک مولکول گلوکز بدون مشارکت اکسیژن به اتیل الکل و دی اکسید کربن (تخمیر الکلی) تبدیل می شود:

C 6 H 12 O 6 +2H 3 P0 4 +2ADP - 2C 2 H b 0H+2C0 2 +2ATP+2H 2 O.

در برخی از میکروارگانیسم ها، تجزیه گلوکز بدون اکسیژن می تواند منجر به تشکیل اسید استیک، استون و غیره شود. در همه موارد، تجزیه یک مولکول گلوکز با تشکیل دو مولکول ATP در پیوندهای پرانرژی همراه است. که 40 درصد انرژی ذخیره می شود، بقیه به صورت گرما دفع می شود.

مرحله سوم متابولیسم انرژی(مرحله تقسیم اکسیژن , یا مرحله تنفس هوازی) در میتوکندری رخ می دهد. این مرحله با ماتریکس میتوکندری و غشای داخلی همراه است. این شامل آنزیم هایی است که یک حلقه آنزیمی "نقاله" نامیده می شود چرخه کربس،به نام دانشمندی که آن را کشف کرده است. این راه پیچیده و طولانی کار بسیاری از آنزیم ها نیز نامیده می شود چرخه اسید تری کربوکسیلیک

هنگامی که در میتوکندری، اسید پیروویک (PVA) اکسید می شود و به یک ماده غنی از انرژی - استیل کوآنزیم A یا به اختصار استیل-CoA تبدیل می شود. در چرخه کربس، مولکول های استیل کوآ از منابع مختلف انرژی می آیند. در فرآیند اکسیداسیون PVK، گیرنده های الکترون NAD + به NADH و نوع دیگری از گیرنده کاهش می یابد - FAD به FADH 2 (FAD یک دی نوکلئوتید فلاوین آدنین است). انرژی ذخیره شده در این مولکول ها برای سنتز ATP - یک انباشته کننده انرژی بیولوژیکی جهانی - استفاده می شود. در طول مرحله تنفس هوازی، الکترون های NADH و FADH 2 در امتداد زنجیره چند مرحله ای انتقال خود به گیرنده الکترون نهایی - اکسیژن مولکولی حرکت می کنند. چندین حامل الکترون در انتقال نقش دارند: کوآنزیم Q، سیتوکروم ها و مهمتر از همه، اکسیژن. هنگامی که الکترون ها از مرحله ای به مرحله دیگر نوار نقاله تنفسی حرکت می کنند، انرژی آزاد می شود که صرف سنتز ATP می شود. در داخل میتوکندری، کاتیون های H + با آنیون های O 2 ~ ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند. در چرخه کربس، CO 2 تشکیل می شود، و در زنجیره انتقال الکترون - آب. در این حالت، یک مولکول گلوکز که با دسترسی اکسیژن به C0 2 و H 2 0 به طور کامل اکسید شده است، به تشکیل 38 مولکول ATP کمک می کند. از مطالب فوق نتیجه می گیرد که نقش اصلی در تأمین انرژی سلول توسط تجزیه اکسیژن مواد آلی یا تنفس هوازی ایفا می شود. هنگامی که کمبود اکسیژن یا عدم وجود کامل آن وجود دارد، تجزیه بدون اکسیژن و بی هوازی مواد آلی رخ می دهد. انرژی چنین فرآیندی تنها برای ایجاد دو مولکول ATP کافی است. به لطف این، موجودات زنده می توانند برای مدت کوتاهی بدون اکسیژن زنده بمانند.

سلول زنده سازمانی ذاتاً ناپایدار و تقریباً نامحتمل دارد. سلول تنها به لطف مصرف مداوم انرژی قادر به حفظ نظم بسیار خاص و زیبا از ساختار شکننده خود است.

به محض توقف عرضه انرژی، ساختار پیچیده سلول متلاشی می شود و به حالت بی نظم و سازمان نیافته می رود. علاوه بر تامین فرآیندهای شیمیایی لازم برای حفظ یکپارچگی سلول، در انواع سلول ها به دلیل تبدیل انرژی، انجام انواع فرآیندهای مکانیکی، الکتریکی، شیمیایی و اسمزی مرتبط با حیات بدن انجام می شود. تضمین شده است.

انسان با آموختن استخراج انرژی موجود در منابع غیر زنده مختلف برای انجام کارهای مختلف در زمان های نسبتاً اخیر، شروع به درک این موضوع کرد که سلول با چه مهارتی و با چه کارایی بالایی انرژی را تبدیل می کند. تبدیل انرژی در یک سلول زنده تابع همان قوانین ترمودینامیک است که در طبیعت بی جان عمل می کند. طبق قانون اول ترمودینامیک، انرژی کل یک سیستم بسته با هر تغییر فیزیکی همیشه ثابت می ماند. بر اساس قانون دوم، انرژی می تواند به دو صورت وجود داشته باشد: انرژی "رایگان" یا مفید و به شکل انرژی اتلاف شده بی فایده. همان قانون می گوید که با هر تغییر فیزیکی تمایل به اتلاف انرژی، یعنی کاهش مقدار انرژی آزاد و افزایش آنتروپی وجود دارد. در همین حال، یک سلول زنده به یک منبع دائمی انرژی آزاد نیاز دارد.

مهندس انرژی مورد نیاز خود را عمدتاً از انرژی پیوندهای شیمیایی موجود در سوخت به دست می آورد. با سوزاندن سوخت، انرژی شیمیایی را به انرژی حرارتی تبدیل می کند. سپس می تواند از انرژی حرارتی برای چرخش، به عنوان مثال، یک توربین بخار استفاده کند و در نتیجه انرژی الکتریکی به دست آورد. سلول ها همچنین با آزاد کردن انرژی پیوندهای شیمیایی موجود در "سوخت" انرژی رایگان دریافت می کنند. انرژی در این اتصالات توسط سلول هایی ذخیره می شود که مواد مغذی را که به عنوان سوخت عمل می کنند سنتز می کنند. با این حال، سلول ها از این انرژی به روشی بسیار خاص استفاده می کنند. از آنجایی که دمایی که در آن سلول زنده عمل می کند تقریباً ثابت است، سلول نمی تواند از انرژی حرارتی برای انجام کار استفاده کند. برای اینکه کار به دلیل انرژی حرارتی اتفاق بیفتد، گرما باید از یک جسم گرمتر به جسمی با حرارت کمتر منتقل شود. کاملاً واضح است که سلول نمی تواند سوخت خود را در دمای احتراق زغال سنگ (900 درجه) بسوزاند. همچنین نمی تواند در برابر بخار فوق گرم یا جریان ولتاژ بالا مقاومت کند. سلول باید انرژی را در شرایط دمای نسبتاً ثابت و علاوه بر این، پایین، محیط ید رقیق و نوسانات بسیار جزئی در غلظت یون‌های هیدروژن استخراج و استفاده کند. سلول برای به دست آوردن توانایی به دست آوردن انرژی، در طول قرن ها تکامل جهان آلی، مکانیسم های مولکولی قابل توجه خود را بهبود بخشیده است، که به طور غیرعادی موثر در این شرایط ملایم عمل می کند.

مکانیسم های سلولی برای استخراج انرژی به دو دسته تقسیم می شوند و بر اساس تفاوت این مکانیسم ها می توان تمام سلول ها را به دو نوع اصلی تقسیم کرد. سلول های نوع اول هتروتروف نامیده می شوند. اینها شامل تمام سلولهای بدن انسان و سلولهای همه حیوانات برتر می شود. این سلول ها به یک منبع ثابت سوخت آماده با ترکیب شیمیایی بسیار پیچیده نیاز دارند. چنین سوخت‌هایی کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها هستند، یعنی اجزای منفرد سایر سلول‌ها و بافت‌ها. سلول‌های هتروتروف انرژی را با سوزاندن یا اکسید کردن این مواد پیچیده (تولید شده توسط سلول‌های دیگر) در فرآیندی به نام تنفس، که شامل اکسیژن مولکولی (O2) جو می‌شود، به دست می‌آورند. سلول های هتروتروف از این انرژی برای انجام عملکردهای بیولوژیکی خود استفاده می کنند و دی اکسید کربن را به عنوان محصول نهایی در جو آزاد می کنند.

سلول های متعلق به نوع دوم را اتوتروف می نامند. معمولی ترین سلول های اتوتروف سلول های گیاهان سبز هستند. در فرآیند فتوسنتز، آنها انرژی نور خورشید را متصل می کنند و از آن برای نیازهای خود استفاده می کنند. علاوه بر این، آنها از انرژی خورشیدی برای استخراج کربن از دی اکسید کربن اتمسفر و استفاده از آن برای ساخت ساده ترین مولکول آلی - مولکول گلوکز استفاده می کنند. از گلوکز، سلول های گیاهان سبز و سایر موجودات مولکول های پیچیده تری را ایجاد می کنند که ترکیب آنها را تشکیل می دهند. برای تامین انرژی لازم برای این کار، سلول ها بخشی از مواد خامی را که در اختیار دارند در طول تنفس می سوزانند. از این توصیف دگرگونی‌های چرخه‌ای انرژی در سلول، روشن می‌شود که تمام موجودات زنده در نهایت انرژی را از نور خورشید دریافت می‌کنند، سلول‌های گیاهی آن را مستقیماً از خورشید دریافت می‌کنند و حیوانات به‌طور غیرمستقیم.

مطالعه سؤالات اصلی مطرح شده در این مقاله بر نیاز به توضیح دقیق مکانیسم استخراج انرژی اولیه مورد استفاده توسط سلول استوار است. بیشتر مراحل در چرخه های پیچیده تنفس و فتوسنتز قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است. مشخص شده است که این یا آن فرآیند در کدام اندام سلول رخ می دهد. تنفس توسط میتوکندری انجام می شود که تقریباً در همه سلول ها به تعداد زیاد وجود دارد. فتوسنتز توسط کلروپلاست ها - ساختارهای سیتوپلاسمی موجود در سلول های گیاهان سبز تضمین می شود. مکانیسم‌های مولکولی که در درون این ساختارهای سلولی قرار دارند، ساختار آن‌ها را تشکیل می‌دهند و عملکرد آن‌ها را قادر می‌سازند، مرحله مهم بعدی در مطالعه سلول را نشان می‌دهند.

همان مولکول‌هایی که به خوبی مطالعه شده‌اند - مولکول‌های آدنوزین تری فسفات (ATP) - انرژی آزاد به‌دست‌آمده از مواد مغذی یا نور خورشید را از مراکز تنفس یا فتوسنتز به تمام قسمت‌های سلول منتقل می‌کنند و اجرای تمام فرآیندهایی که نیاز به مصرف انرژی دارند را تضمین می‌کنند. ATP برای اولین بار حدود 30 سال پیش توسط لومان از بافت عضلانی جدا شد. مولکول ATP شامل سه گروه فسفات به هم پیوسته است. در یک لوله آزمایش، گروه انتهایی را می توان با یک واکنش هیدرولیز از مولکول ATP جدا کرد که آدنوزین دی فسفات (ADP) و فسفات معدنی تولید می کند. در طی این واکنش، انرژی آزاد مولکول ATP به انرژی گرمایی تبدیل می شود و آنتروپی مطابق با قانون دوم ترمودینامیک افزایش می یابد. با این حال، در سلول، گروه فسفات پایانی به سادگی در طول هیدرولیز جدا نمی شود، بلکه به یک مولکول خاص که به عنوان گیرنده عمل می کند، منتقل می شود. بخش قابل توجهی از انرژی آزاد مولکول ATP به دلیل فسفوریلاسیون مولکول گیرنده حفظ می شود که اکنون به دلیل افزایش انرژی، توانایی شرکت در فرآیندهایی را به دست می آورد که نیاز به مصرف انرژی دارند، به عنوان مثال، در فرآیندهای بیوسنتز یا بیوسنتز یا انقباض عضلانی پس از حذف یک گروه فسفات در این واکنش جفت شده، ATP به ADP تبدیل می شود. در ترمودینامیک سلولی، ATP را می توان به عنوان شکل غنی از انرژی یا "شارژ" حامل انرژی (آدنوزین فسفات) و ADP را به عنوان شکل ضعیف انرژی یا "تخلیه شده" در نظر گرفت.

"شارژ" ثانویه حامل، البته، توسط یکی از دو مکانیسم درگیر در استخراج انرژی انجام می شود. در طی فرآیند تنفس سلول های حیوانی، انرژی موجود در مواد مغذی در نتیجه اکسیداسیون آزاد می شود و برای ساخت ATP از ADP و فسفات استفاده می شود. در طول فتوسنتز در سلول‌های گیاهی، انرژی نور خورشید به انرژی شیمیایی تبدیل می‌شود و برای شارژ کردن آدنوزین فسفات، یعنی برای تشکیل ATP صرف می‌شود.

آزمایش‌ها با استفاده از ایزوتوپ رادیواکتیو فسفر (P 32) نشان داد که فسفات معدنی با سرعت بالایی به گروه فسفات پایانی ATP وارد و خارج می‌شود. در سلول کلیه، چرخش گروه فسفات انتهایی آنقدر سریع اتفاق می افتد که نیمه عمر آن کمتر از 1 دقیقه طول می کشد. این مربوط به تبادل انرژی بسیار شدید در سلول های این اندام است. باید اضافه کرد که فعالیت ATP در یک سلول زنده به هیچ وجه جادوی سیاه نیست. شیمیدانان بسیاری از واکنش های مشابه را می شناسند که توسط آنها انرژی شیمیایی در سیستم های غیر زنده منتقل می شود. ظاهراً ساختار نسبتاً پیچیده ATP فقط در سلول به وجود آمد تا مؤثرترین تنظیم واکنش‌های شیمیایی مرتبط با انتقال انرژی را تضمین کند.

نقش ATP در فتوسنتز به تازگی مشخص شده است. این کشف این امکان را فراهم کرد که تا حد زیادی توضیح دهیم که چگونه سلول های فتوسنتزی، در فرآیند سنتز کربوهیدرات، انرژی خورشیدی - منبع اصلی انرژی برای همه موجودات زنده - را به هم متصل می کنند.

انرژی نور خورشید به شکل فوتون یا کوانتوم منتقل می شود. نور با رنگ های مختلف یا طول موج های مختلف با انرژی های مختلف مشخص می شود. وقتی نور بر روی سطوح خاصی از فلز می افتد و توسط این سطوح جذب می شود، فوتون ها در اثر برخورد با الکترون های فلز، انرژی خود را به آنها منتقل می کنند. این اثر فوتوالکتریک را می توان با توجه به جریان الکتریکی تولید شده اندازه گیری کرد. در سلول های گیاهان سبز، نور خورشید با طول موج های مشخص توسط رنگدانه سبز - کلروفیل جذب می شود. انرژی جذب شده، الکترون های موجود در مولکول کلروفیل پیچیده را از سطح انرژی پایه به سطح بالاتر منتقل می کند. چنین الکترون های «تحریک شده» تمایل دارند به سطح انرژی پایدار اصلی خود بازگردند و انرژی جذب شده را آزاد کنند. در یک آماده سازی خالص کلروفیل جدا شده از یک سلول، انرژی جذب شده مجدداً به شکل نور مرئی منتشر می شود، مشابه آنچه در مورد سایر ترکیبات آلی و معدنی فسفرسان یا فلورسنت اتفاق می افتد.

بنابراین، کلروفیل که در یک لوله آزمایش است، به خودی خود قادر به ذخیره یا استفاده از انرژی نور نیست. این انرژی به سرعت از بین می رود، گویی یک اتصال کوتاه رخ داده است. با این حال، در سلول، کلروفیل به مولکول های خاص دیگر متصل است. بنابراین، هنگامی که تحت تأثیر جذب نور، به حالت برانگیخته، «گرم» یا سرشار از انرژی می‌رسد، الکترون‌ها به حالت انرژی طبیعی (تحریک‌نشده) خود باز نمی‌گردند. در عوض، الکترون‌ها از مولکول کلروفیل جدا می‌شوند و توسط مولکول‌های حامل الکترون حمل می‌شوند که آنها را در زنجیره بسته‌ای از واکنش‌ها به یکدیگر منتقل می‌کنند. با ایجاد این مسیر در خارج از مولکول کلروفیل، الکترون های برانگیخته به تدریج انرژی خود را رها می کنند و به مکان اصلی خود در مولکول کلروفیل باز می گردند، که سپس آماده جذب فوتون دوم است. در همین حال، انرژی داده شده توسط الکترون ها برای تشکیل ATP از ADP و فسفات استفاده می شود - به عبارت دیگر، برای "شارژ کردن" سیستم آدنوزین فسفات سلول فتوسنتزی.

حامل های الکترونی که واسطه این فرآیند فسفوریلاسیون فتوسنتزی هستند هنوز به طور کامل شناسایی نشده اند. به نظر می رسد یکی از این حامل ها حاوی ریبوفلاوین (ویتامین B2) و ویتامین K باشد. برخی دیگر به طور آزمایشی به عنوان سیتوکروم (پروتئین های حاوی اتم های آهن احاطه شده توسط گروه های پورفیرین، که از نظر مکان و ساختار شبیه پورفیرین خود کلروفیل هستند) طبقه بندی می شوند. حداقل دو مورد از این حامل های الکترون قادرند بخشی از انرژی را که حمل می کنند برای بازگرداندن ATP از ADP متصل کنند.

این طرح اساسی برای تبدیل انرژی نور به انرژی پیوندهای فسفات ATP است که توسط D. Arnon و دانشمندان دیگر ایجاد شده است.

اما در فرآیند فتوسنتز، علاوه بر اتصال انرژی خورشیدی، سنتز کربوهیدرات ها نیز اتفاق می افتد. اکنون اعتقاد بر این است که برخی از الکترون های "گرم" مولکول کلروفیل برانگیخته، همراه با یون های هیدروژن منشاء آب، باعث کاهش (به عنوان مثال، کسب الکترون های اضافی یا اتم های هیدروژن) یکی از حامل های الکترون - نوکلئوتید تری فسفو پیریدین می شوند. (TPN، به شکل کاهش یافته TPN-N).

در یک سری واکنش‌های تاریک که به این دلیل نامیده می‌شوند که می‌توانند در غیاب نور رخ دهند، TPH-H باعث کاهش دی اکسید کربن به کربوهیدرات می‌شود. بیشتر انرژی مورد نیاز برای این واکنش ها توسط ATP تامین می شود. ماهیت این واکنش های تاریک عمدتا توسط M. Calvin و همکارانش مورد مطالعه قرار گرفت. یکی از محصولات جانبی کاهش نور اولیه TPN یون هیدروکسیل (OH -) است. اگرچه هنوز اطلاعات کاملی نداریم، اما فرض بر این است که این یون الکترون خود را به یکی از سیتوکروم های زنجیره ای از واکنش های فتوسنتزی که محصول نهایی آن اکسیژن مولکولی است، اهدا می کند. الکترون ها در امتداد زنجیره حامل ها حرکت می کنند و سهم انرژی خود را در تشکیل ATP می کنند و در نهایت با صرف تمام انرژی اضافی خود وارد مولکول کلروفیل می شوند.

همانطور که می توان بر اساس ماهیت کاملاً منظم و متوالی فرآیند فتوسنتز انتظار داشت، مولکول های کلروفیل به طور تصادفی در کلروپلاست ها قرار نمی گیرند و البته به سادگی در مایع پرکننده کلروپلاست ها معلق نمی شوند. برعکس، مولکول‌های کلروفیل ساختارهای منظمی را در کلروپلاست‌ها - گرانا تشکیل می‌دهند، که بین آن‌ها الیاف یا غشاهایی وجود دارد که آنها را از هم جدا می‌کند. در داخل هر گرانا، مولکول های کلروفیل مسطح در پشته ها قرار دارند. هر مولکول را می توان مشابه صفحه جداگانه (الکترود) یک عنصر، گرانا - به عناصر، و کل گرانا (یعنی کل کلروپلاست) - به یک باتری الکتریکی در نظر گرفت.

کلروپلاست ها همچنین حاوی تمام آن مولکول های حامل الکترون تخصصی هستند که همراه با کلروفیل در استخراج انرژی از الکترون های "گرم" و استفاده از این انرژی برای سنتز کربوهیدرات ها نقش دارند. کلروپلاست های استخراج شده از سلول می توانند کل فرآیند پیچیده فتوسنتز را انجام دهند.

کارایی این کارخانه های مینیاتوری با انرژی خورشیدی شگفت انگیز است. در آزمایشگاه، با توجه به شرایط خاص خاص، می توان نشان داد که در طول فرآیند فتوسنتز، تا 75٪ از نوری که روی یک مولکول کلروفیل می افتد به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. با این حال، این رقم را نمی توان کاملا دقیق در نظر گرفت و هنوز در این مورد بحث وجود دارد. در مزرعه، به دلیل روشنایی نابرابر برگها توسط خورشید، و همچنین به دلایل دیگر، بازده استفاده از انرژی خورشیدی بسیار کمتر است - در حد چند درصد.

بنابراین، مولکول گلوکز، که محصول نهایی فتوسنتز است، باید دارای مقدار نسبتاً قابل توجهی از انرژی خورشیدی موجود در پیکربندی مولکولی خود باشد. در طی فرآیند تنفس، سلول‌های هتروتروف این انرژی را با شکستن تدریجی مولکول گلوکز استخراج می‌کنند تا انرژی موجود در پیوندهای فسفات تازه تشکیل‌شده ATP را «حفظ» کنند.

انواع مختلفی از سلول های هتروتروف وجود دارد. برخی از سلول ها (به عنوان مثال، برخی از میکروارگانیسم های دریایی) می توانند بدون اکسیژن زندگی کنند. دیگران (به عنوان مثال، سلول های مغز) مطلقاً به اکسیژن نیاز دارند. دیگران (به عنوان مثال، سلول های ماهیچه ای) همه کاره تر هستند و می توانند هم در حضور اکسیژن در محیط و هم در غیاب آن عمل کنند. علاوه بر این، اگرچه اکثر سلول ها ترجیح می دهند از گلوکز به عنوان سوخت اصلی خود استفاده کنند، اما برخی از آنها می توانند تنها بر روی اسیدهای آمینه یا اسیدهای چرب (ماده خام اصلی برای سنتز آنها همان گلوکز است) وجود داشته باشند. با این وجود، تجزیه یک مولکول گلوکز در سلول‌های کبدی را می‌توان نمونه‌ای از فرآیند تولید انرژی معمولی بیشتر هتروتروف‌های شناخته شده در نظر گرفت.

تعیین مقدار کل انرژی موجود در یک مولکول گلوکز بسیار آسان است. با سوزاندن مقدار معینی (نمونه) گلوکز در آزمایشگاه می توان نشان داد که اکسیداسیون یک مولکول گلوکز 6 مولکول آب و 6 مولکول دی اکسید کربن تولید می کند و واکنش با آزاد شدن انرژی به شکل همراه است. گرما (تقریباً 690000 کالری در هر 1 گرم مولکول، یعنی برای 180 گرم گلوکز). البته انرژی به شکل گرما برای سلولی که در دمای تقریباً ثابت کار می کند بی فایده است. اکسیداسیون تدریجی گلوکز در طول تنفس اتفاق می افتد، با این حال، به گونه ای که بیشتر انرژی آزاد مولکول گلوکز به شکلی مناسب برای سلول ذخیره می شود.

در نتیجه سلول بیش از 50 درصد از کل انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون را به صورت انرژی پیوند فسفات دریافت می کند. چنین راندمان بالایی با آنچه که معمولاً در فناوری به دست می‌آید مقایسه مطلوبی دارد، جایی که به ندرت امکان تبدیل بیش از یک سوم انرژی حرارتی حاصل از احتراق سوخت به انرژی مکانیکی یا الکتریکی وجود دارد.

فرآیند اکسیداسیون گلوکز در سلول به دو فاز اصلی تقسیم می شود. در مرحله اول یا مرحله مقدماتی که گلیکولیز نامیده می شود، مولکول شش کربنه گلوکز به دو مولکول سه کربنه اسید لاکتیک تجزیه می شود. این فرآیند به ظاهر ساده شامل نه یک، بلکه حداقل 11 مرحله است که هر مرحله توسط آنزیم خاص خود کاتالیز می شود. پیچیدگی این عملیات ممکن است با تعبیر نیوتن "Natura entm simplex esi" ("طبیعت ساده است") در تضاد باشد. با این حال، باید به خاطر داشت که هدف از این واکنش تنها تقسیم مولکول گلوکز به دو نیم نیست، بلکه آزاد کردن انرژی موجود در آن از این مولکول است. هر یک از واسطه ها حاوی گروه های فسفات است و واکنش با استفاده از دو مولکول ADP و دو گروه فسفات به پایان می رسد. در نهایت، در نتیجه تجزیه گلوکز، نه تنها دو مولکول اسید لاکتیک تشکیل می شود، بلکه علاوه بر این، دو مولکول جدید ATP نیز تشکیل می شود.

این از نظر انرژی به چه چیزی منجر می شود؟ معادلات ترمودینامیکی نشان می دهد که وقتی یک گرم گلوکز تجزیه می شود و اسید لاکتیک تشکیل می شود، 56000 کالری آزاد می شود. از آنجایی که تشکیل هر گرم مولکول ATP به 10000 کالری متصل می شود، بازده فرآیند جذب انرژی در این مرحله حدود 36٪ است - رقمی بسیار چشمگیر، بر اساس آنچه ما معمولاً در فناوری با آن روبرو هستیم. با این حال، این 20000 کالری تبدیل شده به انرژی پیوند فسفات تنها بخش کوچکی (حدود 3٪) از کل انرژی موجود در یک مولکول گرم گلوکز (690000 کالری) را نشان می دهد. در این میان، بسیاری از سلول‌ها، مثلاً سلول‌های بی‌هوازی یا سلول‌های ماهیچه‌ای که در حالت فعالیت هستند (و در این زمان قادر به تنفس نیستند) به دلیل استفاده ناچیز از انرژی وجود دارند.

پس از تجزیه گلوکز به اسید لاکتیک، سلول‌های هوازی به استخراج بیشتر انرژی باقی‌مانده از طریق فرآیند تنفس ادامه می‌دهند، که طی آن مولکول‌های اسید لاکتیک سه کربنه به مولکول‌های دی اکسید کربن یک کربنه تجزیه می‌شوند. اسید لاکتیک، یا بهتر بگوییم شکل اکسید شده آن، اسید پیروویک، تحت یک سری واکنش‌های پیچیده‌تر قرار می‌گیرد که هر یک از این واکنش‌ها دوباره توسط یک سیستم آنزیمی خاص کاتالیز می‌شوند. ابتدا ترکیب سه کربنه تجزیه می شود و شکل فعال اسید استیک (استیل کوآنزیم A) و دی اکسید کربن را تشکیل می دهد. سپس «نیمه دو کربنه» (استیل کوآنزیم A) با یک ترکیب چهار کربنه به نام اگزالواستیک اسید ترکیب می شود و اسید سیتریک تولید می کند که حاوی شش اتم کربن است. اسید سیتریک، از طریق یک سری واکنش، دوباره به اسید اگزالواستیک تبدیل می‌شود و سه اتم کربن اسید پیروویک که به این چرخه واکنش‌ها وارد می‌شوند، در نهایت مولکول‌های دی اکسید کربن تولید می‌کنند. این «آسیاب» که نه تنها گلوکز، بلکه مولکول‌های چربی و اسید آمینه را که قبلاً به اسید استیک تجزیه می‌شد، «آسیاب» (اکسید) می‌کند، به عنوان چرخه کربس یا چرخه اسید سیتریک شناخته می‌شود.

این چرخه برای اولین بار توسط G. Krebs در سال 1937 توصیف شد. این کشف نشان دهنده یکی از سنگ بنای بیوشیمی مدرن است و نویسنده آن جایزه نوبل را در سال 1953 دریافت کرد.

چرخه کربس اکسیداسیون اسید لاکتیک به دی اکسید کربن را دنبال می کند. با این حال، این چرخه به تنهایی نمی تواند توضیح دهد که چگونه می توان مقادیر زیادی انرژی موجود در مولکول اسید لاکتیک را به شکلی مناسب برای استفاده در یک سلول زنده استخراج کرد. این فرآیند استخراج انرژی که همراه با چرخه کربس است در سال های اخیر به شدت مورد مطالعه قرار گرفته است. تصویر کلی کم و بیش روشن است، اما جزئیات زیادی باقی مانده است که باید بررسی شوند. ظاهراً در طول چرخه کربس، الکترون ها با مشارکت آنزیم ها از محصولات میانی جدا می شوند و در امتداد تعدادی مولکول حامل که مجموعاً زنجیره تنفسی نامیده می شوند، منتقل می شوند. این زنجیره از مولکول های آنزیم نشان دهنده مسیر مشترک نهایی تمام الکترون های حذف شده از مولکول های مواد مغذی در فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی است. در آخرین حلقه این زنجیره، الکترون ها در نهایت با اکسیژن ترکیب می شوند و آب را تشکیل می دهند. بنابراین، تجزیه مواد مغذی از طریق تنفس فرآیند معکوس فتوسنتز است که در آن حذف الکترون‌ها از آب باعث تولید اکسیژن می‌شود. علاوه بر این، حامل های الکترون در زنجیره تنفسی از نظر شیمیایی بسیار شبیه به حامل های مربوطه درگیر در فرآیند فتوسنتز هستند. در میان آنها، برای مثال، ریبوفلاوین و ساختارهای سیتوکروم، مشابه ساختارهای کلروپلاست وجود دارد. این حرف قصار نیوتن در مورد سادگی طبیعت را تایید می کند.

همانند فتوسنتز، انرژی الکترون هایی که در طول این زنجیره به اکسیژن می گذرند، گرفته شده و برای سنتز ATP از ADP و فسفات استفاده می شود. در واقع، این فسفوریلاسیون در زنجیره تنفسی (فسفوریلاسیون اکسیداتیو) بهتر از فسفوریلاسیون رخ داده در طول فتوسنتز، که نسبتاً اخیراً کشف شده است، مورد مطالعه قرار گرفته است. به عنوان مثال، کاملا ثابت شده است که سه مرکز در زنجیره تنفسی وجود دارد که در آنها "شارژ" آدنوزین فسفات رخ می دهد، یعنی تشکیل ATP. بنابراین، به ازای هر جفت الکترون حذف شده از اسید لاکتیک در طول چرخه کربس، به طور متوسط ​​سه مولکول ATP تشکیل می شود.

بر اساس بازده کل ATP، اکنون می توان بازده ترمودینامیکی را محاسبه کرد که با آن یک سلول انرژی ایجاد شده توسط اکسیداسیون گلوکز را در اختیار خود قرار می دهد. تجزیه اولیه گلوکز به دو مولکول اسید لاکتیک باعث تولید دو مولکول ATP می شود. هر مولکول اسید لاکتیک در نهایت شش جفت الکترون را به زنجیره تنفسی منتقل می کند. از آنجایی که هر جفت الکترون که از زنجیره عبور می کند باعث تبدیل سه مولکول ADP به ATP می شود، 36 مولکول ATP در طی فرآیند تنفس خود تولید می شود. هنگامی که هر گرم مولکول ATP تشکیل می شود، همانطور که قبلاً اشاره کردیم، حدود 10000 کالری محدود می شود و بنابراین، 38 گرم مولکول ATP تقریباً 380000 کالری از 690000 کالری موجود در مولکول گرم اصلی گلوکز را متصل می کند. بنابراین، بازده فرآیندهای همراه گلیکولیز و تنفس را می توان حداقل 55 درصد در نظر گرفت.

پیچیدگی شدید فرآیند تنفس نشانه دیگری است مبنی بر اینکه مکانیسم های آنزیمی درگیر نمی توانند عمل کنند اگر اجزای تشکیل دهنده به سادگی در محلول با هم مخلوط شوند. همانطور که مکانیسم‌های مولکولی مرتبط با فتوسنتز دارای سازماندهی ساختاری خاصی هستند و در کلروپلاست قرار دارند، اندام‌های تنفسی سلول - میتوکندری - نشان‌دهنده یک سیستم ساختاری مشابه هستند.

یک سلول، بسته به نوع و ماهیت عملکرد آن، می تواند از 50 تا 5000 میتوکندری داشته باشد (یک سلول کبدی، برای مثال، حدود 1000 میتوکندری دارد). آنها به اندازه کافی بزرگ هستند (طول 3-4 میکرون) که با میکروسکوپ معمولی قابل مشاهده هستند. با این حال، فراساختار میتوکندری تنها در زیر میکروسکوپ الکترونی قابل مشاهده است.

در میکروگراف‌های الکترونی می‌توان دید که میتوکندری دو غشاء دارد که غشای داخلی چین‌هایی را تشکیل می‌دهد که به داخل بدنه میتوکندری گسترش می‌یابد. مطالعه اخیر روی میتوکندری‌های جدا شده از سلول‌های کبدی نشان داد که مولکول‌های آنزیمی درگیر در چرخه کربس در ماتریکس یا قسمت محلول محتویات داخلی میتوکندری قرار دارند، در حالی که آنزیم‌های زنجیره تنفسی به شکل مولکولی هستند. مجموعه ها» در غشاها قرار دارند. غشاها از لایه های متناوب مولکول های پروتئین و لیپید (چربی) تشکیل شده اند. غشاهای موجود در گرانای کلروپلاست ها ساختار یکسانی دارند.

بنابراین، شباهت آشکاری در ساختار این دو "ایستگاه برق" اصلی وجود دارد که کل فعالیت حیاتی سلول به آنها بستگی دارد، زیرا یکی از آنها انرژی خورشیدی را در پیوندهای فسفات ATP "ذخیره" می کند و دیگری تبدیل می کند. انرژی موجود در مواد مغذی به انرژی ATP تبدیل می شود.

پیشرفت‌های شیمی و فیزیک مدرن اخیراً امکان شفاف‌سازی ساختار فضایی برخی مولکول‌های بزرگ را فراهم کرده است، به عنوان مثال، مولکول‌های تعدادی پروتئین و DNA، یعنی مولکول‌های حاوی اطلاعات ژنتیکی.

گام مهم بعدی در مطالعه سلول، یافتن محل مولکول های آنزیمی بزرگ (که خود پروتئین هستند) در غشای میتوکندری است، جایی که آنها همراه با لیپیدها قرار دارند - آرایشی که جهت گیری مناسب هر مولکول کاتالیزور و کاتالیزور را تضمین می کند. امکان تعامل آن با پیوند بعدی کل مکانیسم کار. "نمودار سیم کشی" میتوکندری از قبل واضح است!

اطلاعات مدرن در مورد نیروگاه های سلولی نشان می دهد که نه تنها انرژی کلاسیک، بلکه جدیدترین دستاوردهای بسیار درخشان تر فناوری را نیز پشت سر گذاشته است.

الکترونیک در چیدمان و کاهش اندازه اجزای دستگاه های محاسباتی به موفقیت شگفت انگیزی دست یافته است. با این حال، تمام این موفقیت‌ها را نمی‌توان با کوچک‌سازی کاملاً باورنکردنی پیچیده‌ترین مکانیسم‌های تبدیل انرژی که در فرآیند تکامل ارگانیک ایجاد شده و در هر سلول زنده وجود دارد، مقایسه کرد.

اگر خطایی پیدا کردید، لطفاً قسمتی از متن را برجسته کرده و کلیک کنید Ctrl+Enter.

رشد فراوان درختان چاق،
که ریشه روی شن های بی حاصل
تایید شده است، به وضوح بیان می کند که
ورقه های چربی چربی چربی از هوا
جذب...
M. V. Lomonosov

انرژی در سلول چگونه ذخیره می شود؟ متابولیسم چیست؟ جوهر فرآیندهای گلیکولیز، تخمیر و تنفس سلولی چیست؟ چه فرآیندهایی در مراحل روشن و تاریک فتوسنتز اتفاق می افتد؟ فرآیندهای انرژی و متابولیسم پلاستیک چگونه به هم مرتبط هستند؟ شیمی سنتز چیست؟

درس-سخنرانی

توانایی تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر (انرژی تابش به انرژی پیوندهای شیمیایی، انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی و غیره) یکی از ویژگی های اساسی موجودات زنده است. در اینجا نگاهی دقیق تر به چگونگی تحقق این فرآیندها در موجودات زنده خواهیم داشت.

ATP حامل اصلی انرژی در سلول است. برای انجام هرگونه تظاهرات فعالیت سلولی، انرژی مورد نیاز است. موجودات اتوتروف انرژی اولیه خود را در طی واکنش های فتوسنتز از خورشید دریافت می کنند، در حالی که موجودات هتروتروف از ترکیبات آلی عرضه شده با غذا به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند. انرژی توسط سلول ها در پیوندهای شیمیایی مولکول ها ذخیره می شود ATP (آدنوزین تری فسفات)که یک نوکلئوتید متشکل از سه گروه فسفات، یک باقیمانده قند (ریبوز) و یک باقیمانده باز نیتروژنی (آدنین) هستند (شکل 52).

برنج. 52. مولکول ATP

پیوند بین بقایای فسفات ماکروارژیک نامیده می شود، زیرا با شکستن آن مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. به طور معمول، سلول انرژی را از ATP تنها با حذف گروه فسفات انتهایی استخراج می کند. در این حالت، ADP (آدنوزین دی فسفات) و اسید فسفریک تشکیل شده و 40 کیلوژول بر مول آزاد می شود:

مولکول های ATP نقش تراشه چانه زنی انرژی جهانی را بازی می کنند. آنها به محل یک فرآیند پر انرژی تحویل داده می شوند، خواه سنتز آنزیمی ترکیبات آلی، کار پروتئین ها - موتورهای مولکولی یا پروتئین های حمل و نقل غشایی و غیره. سنتز معکوس مولکول های ATP با اتصال یک گروه فسفات انجام می شود. به ADP با جذب انرژی. سلول در طی واکنش ها انرژی را به شکل ATP ذخیره می کند متابولیسم انرژی. ارتباط نزدیکی با تعویض پلاستیککه طی آن سلول ترکیبات آلی لازم برای عملکرد خود را تولید می کند.

متابولیسم و ​​انرژی در سلول (متابولیسم). متابولیسم مجموعه ای از واکنش های متابولیسم پلاستیک و انرژی است که به هم پیوسته اند. سلول ها به طور مداوم کربوهیدرات ها، چربی ها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک را سنتز می کنند. سنتز ترکیبات همیشه با صرف انرژی، یعنی با مشارکت ضروری ATP اتفاق می افتد. منابع انرژی برای تشکیل ATP واکنش های آنزیمی اکسیداسیون پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها هستند که وارد سلول می شوند. در طی این فرآیند انرژی آزاد شده و در ATP ذخیره می شود. اکسیداسیون گلوکز نقش ویژه ای در متابولیسم انرژی سلولی دارد. مولکول های گلوکز تحت یک سری دگرگونی های متوالی قرار می گیرند.

مرحله اول به نام گلیکولیز، در سیتوپلاسم سلول ها جای می گیرد و نیازی به اکسیژن ندارد. در نتیجه واکنش های متوالی شامل آنزیم ها، گلوکز به دو مولکول پیروویک اسید تجزیه می شود. در این حالت دو مولکول ATP مصرف می شود و انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون برای تشکیل چهار مولکول ATP کافی است. در نتیجه، انرژی خروجی گلیکولیز کوچک است و به دو مولکول ATP می رسد:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

در شرایط بی هوازی (در صورت عدم وجود اکسیژن)، دگرگونی های بیشتر می تواند با انواع مختلفی همراه باشد تخمیر.

همه میدانند تخمیر اسید لاکتیک(ترش کردن شیر) که در اثر فعالیت قارچ ها و باکتری های اسید لاکتیک ایجاد می شود. مکانیسم مشابه گلیکولیز است، فقط محصول نهایی در اینجا اسید لاکتیک است. این نوع اکسیداسیون گلوکز در سلول ها زمانی که کمبود اکسیژن وجود دارد، مانند ماهیچه هایی که به شدت کار می کنند، رخ می دهد. تخمیر الکل از نظر شیمی به تخمیر اسید لاکتیک نزدیک است. تفاوت این است که محصولات تخمیر الکلی اتیل الکل و دی اکسید کربن هستند.

مرحله بعدی که طی آن اسید پیروویک به دی اکسید کربن و آب اکسید می شود، نامیده می شود تنفس سلولی. واکنش های مرتبط با تنفس در میتوکندری سلول های گیاهی و جانوری و تنها در حضور اکسیژن صورت می گیرد. این یک سری دگرگونی های شیمیایی قبل از تشکیل محصول نهایی - دی اکسید کربن است. در مراحل مختلف این فرآیند، محصولات میانی اکسیداسیون ماده اولیه با حذف اتم های هیدروژن تشکیل می شود. در این حالت انرژی آزاد می شود که در پیوندهای شیمیایی ATP "حفظ" می شود و مولکول های آب تشکیل می شود. مشخص می شود که دقیقاً به منظور اتصال اتم های هیدروژن جدا شده است که اکسیژن مورد نیاز است. این سری از دگرگونی های شیمیایی کاملاً پیچیده است و با مشارکت غشای داخلی میتوکندری ها، آنزیم ها و پروتئین های حامل رخ می دهد.

تنفس سلولی بسیار کارآمد است. 30 مولکول ATP سنتز می شوند، دو مولکول دیگر در طی گلیکولیز تشکیل می شوند و شش مولکول ATP در نتیجه تبدیل محصولات گلیکولیز بر روی غشاهای میتوکندری تشکیل می شوند. در مجموع، در نتیجه اکسیداسیون یک مولکول گلوکز، 38 مولکول ATP تشکیل می شود:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

مراحل نهایی اکسیداسیون نه تنها قندها، بلکه پروتئین ها و لیپیدها نیز در میتوکندری اتفاق می افتد. این مواد توسط سلول ها استفاده می شوند، عمدتاً زمانی که عرضه کربوهیدرات ها به پایان می رسد. ابتدا چربی مصرف می شود که اکسیداسیون آن انرژی بیشتری نسبت به حجم مساوی کربوهیدرات و پروتئین آزاد می کند. بنابراین، چربی در حیوانات نشان دهنده "ذخایر استراتژیک" اصلی منابع انرژی است. در گیاهان، نشاسته نقش ذخیره انرژی را ایفا می کند. هنگامی که ذخیره می شود، فضای بیشتری را نسبت به مقدار انرژی معادل چربی اشغال می کند. این مانعی برای گیاهان نیست، زیرا آنها بی حرکت هستند و مانند حیوانات وسایلی را روی خود حمل نمی کنند. شما می توانید انرژی را از کربوهیدرات ها خیلی سریعتر از چربی ها استخراج کنید. پروتئین ها بسیاری از وظایف مهم را در بدن انجام می دهند و بنابراین تنها زمانی در متابولیسم انرژی دخیل هستند که منابع قند و چربی، به عنوان مثال، در طول روزه داری طولانی مدت، تخلیه شوند.

فتوسنتز. فتوسنتزفرآیندی است که طی آن انرژی پرتوهای خورشیدی به انرژی پیوندهای شیمیایی ترکیبات آلی تبدیل می شود. در سلول های گیاهی، فرآیندهای مرتبط با فتوسنتز در کلروپلاست ها اتفاق می افتد. در داخل این اندامک سیستم های غشایی وجود دارد که در آن رنگدانه هایی تعبیه شده است که انرژی تابشی خورشید را جذب می کند. رنگدانه اصلی فتوسنتز کلروفیل است که عمدتاً آبی و بنفش و همچنین پرتوهای قرمز طیف را جذب می کند. نور سبز منعکس می شود، بنابراین خود کلروفیل و قسمت هایی از گیاهان که حاوی آن هستند سبز به نظر می رسند.

در فتوسنتز دو مرحله وجود دارد - سبکو تاریک(شکل 53). جذب و تبدیل واقعی انرژی تابشی در طول فاز نور اتفاق می افتد. هنگام جذب کوانتوم های نور، کلروفیل به حالت برانگیخته می رود و به یک الکترون دهنده تبدیل می شود. الکترون های آن از یک مجتمع پروتئینی به مجتمع دیگر در طول زنجیره انتقال الکترون منتقل می شوند. پروتئین های این زنجیره مانند رنگدانه ها بر روی غشای داخلی کلروپلاست ها متمرکز شده اند. هنگامی که یک الکترون در امتداد زنجیره ای از حامل ها حرکت می کند، انرژی را از دست می دهد که برای سنتز ATP استفاده می شود. برخی از الکترون های برانگیخته شده توسط نور برای کاهش NDP (نیکوتین آدنین دی نوکلئوتی فسفات) یا NADPH استفاده می شوند.

برنج. 53. محصولات واکنش فازهای روشن و تاریک فتوسنتز

تحت تأثیر نور خورشید، مولکول های آب نیز در کلروپلاست ها تجزیه می شوند - فتولیز; در این مورد، الکترون هایی ظاهر می شوند که تلفات خود را با کلروفیل جبران می کنند. این باعث تولید اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی می شود:

بنابراین، معنای عملکردی فاز نور، سنتز ATP و NADPH با تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی است.

برای انجام فاز تاریک فتوسنتز به نور نیازی نیست. ماهیت فرآیندهایی که در اینجا اتفاق می‌افتد این است که مولکول‌های ATP و NADPH تولید شده در فاز نوری در یک سری واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌شوند که CO2 را به شکل کربوهیدرات «تثبیت» می‌کنند. تمام واکنش های فاز تاریک در داخل کلروپلاست ها انجام می شود و دی اکسید کربن ADP و NADP آزاد شده در طی "تثبیت" دوباره در واکنش های فاز روشن برای سنتز ATP و NADPH استفاده می شود.

معادله کلی فتوسنتز به شرح زیر است:

ارتباط و وحدت فرآیندهای تبادل پلاستیک و انرژی. فرآیندهای سنتز ATP در سیتوپلاسم (گلیکولیز)، در میتوکندری (تنفس سلولی) و در کلروپلاست (فتوسنتز) رخ می دهد. تمام واکنش هایی که در طول این فرآیندها رخ می دهند، واکنش های تبادل انرژی هستند. انرژی ذخیره شده به شکل ATP در واکنش های تبادل پلاستیک برای تولید پروتئین ها، چربی ها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک لازم برای زندگی سلول مصرف می شود. توجه داشته باشید که فاز تاریک فتوسنتز زنجیره ای از واکنش ها، تبادل پلاستیک و فاز نور تبادل انرژی است.

رابطه متقابل و وحدت فرآیندهای تبادل انرژی و پلاستیک با معادله زیر به خوبی نشان داده شده است:

هنگام خواندن این معادله از چپ به راست، فرآیند اکسیداسیون گلوکز به دی اکسید کربن و آب را در طی گلیکولیز و تنفس سلولی دریافت می کنیم که با سنتز ATP (متابولیسم انرژی) همراه است. اگر آن را از راست به چپ بخوانید، شرحی از واکنش های فاز تاریک فتوسنتز دریافت می کنید، زمانی که گلوکز از آب و دی اکسید کربن با مشارکت ATP (تبادل پلاستیک) سنتز می شود.

شیمی سنتز. علاوه بر فوتواتوتروف ها، برخی از باکتری ها (باکتری های هیدروژن، باکتری های نیتریفیک، باکتری های گوگرد و غیره) نیز قادر به سنتز مواد آلی از غیر آلی هستند. آنها این سنتز را به دلیل انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون مواد معدنی انجام می دهند. به آنها chemoautotrophs می گویند. این باکتری های شیمیایی نقش مهمی در بیوسفر دارند. به عنوان مثال، باکتری های نیتریفیک کننده نمک های آمونیومی را که برای جذب گیاهان در دسترس نیستند، به نمک های اسید نیتریک تبدیل می کنند که به خوبی توسط آنها جذب می شود.

متابولیسم سلولی از واکنش های انرژی و متابولیسم پلاستیک تشکیل شده است. در طول متابولیسم انرژی، ترکیبات آلی با پیوندهای شیمیایی پرانرژی - ATP - تشکیل می شود. انرژی مورد نیاز برای این امر از اکسیداسیون ترکیبات آلی در طی واکنش های بی هوازی (گلیکولیز، تخمیر) و هوازی (تنفس سلولی) حاصل می شود. از نور خورشید که انرژی آن در فاز نور جذب می شود (فتوسنتز). از اکسیداسیون ترکیبات معدنی (شیمیوسنتز). انرژی ATP برای سنتز ترکیبات آلی لازم برای سلول در طی واکنش‌های تبادل پلاستیک، که شامل واکنش‌های فاز تاریک فتوسنتز است، صرف می‌شود.

• تفاوت بین متابولیسم پلاستیک و انرژی چیست؟
• چگونه انرژی نور خورشید به فاز نور فتوسنتز تبدیل می شود؟ چه فرآیندهایی در مرحله تاریک فتوسنتز اتفاق می افتد؟
• چرا فتوسنتز را فرآیند بازتاب کنش متقابل سیاره و کیهان می نامند؟