Quali processi forniscono energia alla cellula. Processi vitali in una cellula. Argomento: livello cellulare
Compiti delle parti C1-C4
1. Quali fattori ambientali contribuiscono alla regolazione del numero di lupi nell'ecosistema?
Risposta:
1) antropico: riduzione della superficie forestale, caccia eccessiva;
2) biotica: mancanza di cibo, competizione, diffusione di malattie.
2. Determinare il tipo e la fase di divisione della cellula mostrata in figura. Quali processi avvengono in questa fase?
Risposta:
1) la figura mostra la metafase della mitosi;
2) i fili del fuso sono attaccati ai centromeri dei cromosomi;
3) in questa fase i cromosomi bicromatidi si allineano sul piano equatoriale.
3. Perché arare il terreno migliora le condizioni di vita delle piante coltivate?
Risposta:
1) favorisce la distruzione delle erbe infestanti e riduce la competizione con le piante coltivate;
2) favorisce l'approvvigionamento delle piante con acqua e minerali;
3) aumenta l'apporto di ossigeno alle radici.
4. In cosa differisce un ecosistema naturale da un agroecosistema?
Risposta:
1) grande biodiversità e diversità delle connessioni alimentari e delle catene alimentari;
2) circolazione equilibrata delle sostanze;
3) lunghi periodi di esistenza.
5. Rivelare i meccanismi che garantiscono la costanza del numero e della forma dei cromosomi in tutte le cellule degli organismi di generazione in generazione?
Risposta:
1) grazie alla meiosi si formano gameti con un corredo cromosomico aploide;
2) durante la fecondazione, nello zigote viene ripristinato l'insieme diploide dei cromosomi, che garantisce la costanza dell'insieme cromosomico;
3) la crescita dell'organismo avviene grazie alla mitosi, che garantisce la costanza del numero di cromosomi nelle cellule somatiche.
6. Qual è il ruolo dei batteri nel ciclo delle sostanze?
Risposta:
1) batteri eterotrofi: i decompositori decompongono le sostanze organiche in minerali, che vengono assorbiti dalle piante;
2) batteri autotrofi (foto, chemiotrofi) - i produttori sintetizzano sostanze organiche da quelle inorganiche, garantendo la circolazione di ossigeno, carbonio, azoto, ecc.
7. Quali caratteristiche sono caratteristiche delle piante muschiose?
Risposta:
2) i muschi si riproducono sia sessualmente che asessualmente con generazioni alternate: sessuale (gametofito) e asessuata (sporofito);
3) una pianta adulta di muschio è la generazione sessuata (gametofito) e la capsula con spore è asessuata (sporofito);
4) la fecondazione avviene in presenza di acqua.
8. Gli scoiattoli, di regola, vivono nelle foreste di conifere e si nutrono principalmente di semi di abete rosso. Quali fattori biotici possono portare a un declino della popolazione di scoiattoli?
9. È noto che l'apparato del Golgi è particolarmente ben sviluppato nelle cellule ghiandolari del pancreas. Spiega perchè.
Risposta:
1) le cellule pancreatiche sintetizzano enzimi che si accumulano nelle cavità dell'apparato di Golgi;
2) nell'apparato del Golgi gli enzimi sono confezionati sotto forma di vescicole;
3) dall'apparato del Golgi gli enzimi vengono trasportati nel dotto pancreatico.
10. Ribosomi di cellule diverse, l'intero set di aminoacidi e molecole identiche di mRNA e tRNA sono stati posti in una provetta e sono state create tutte le condizioni per la sintesi proteica. Perché un tipo di proteina verrà sintetizzato su diversi ribosomi in una provetta?
Risposta:
1) la struttura primaria di una proteina è determinata dalla sequenza degli aminoacidi;
2) i modelli per la sintesi proteica sono molecole di mRNA identiche, in cui è codificata la stessa struttura proteica primaria.
11. Quali caratteristiche strutturali sono caratteristiche dei rappresentanti del tipo Chordata?
Risposta:
1) scheletro assiale interno;
2) il sistema nervoso sotto forma di tubo sul lato dorsale del corpo;
3) crepe nel tubo digerente.
12. Il trifoglio cresce in un prato ed è impollinato dai bombi. Quali fattori biotici possono portare a un declino delle popolazioni di trifoglio?
Risposta:
1) diminuzione del numero di bombi;
2)aumento del numero di animali erbivori;
3) propagazione di piante concorrenti (cereali, ecc.).
13. La massa totale dei mitocondri rispetto alla massa delle cellule di vari organi di ratto è: nel pancreas - 7,9%, nel fegato - 18,4%, nel cuore - 35,8%. Perché le cellule di questi organi hanno un contenuto mitocondriale diverso?
Risposta:
1) i mitocondri sono le stazioni energetiche della cellula; in essi vengono sintetizzate e accumulate molecole di ATP;
2) il lavoro intenso del muscolo cardiaco richiede molta energia, quindi il contenuto di mitocondri nelle sue cellule è il più alto;
3) nel fegato il numero di mitocondri è maggiore rispetto al pancreas, poiché ha un metabolismo più intenso.
14. Spiegare perché la carne bovina che non ha superato il controllo sanitario è pericolosa da mangiare poco cotta o poco cotta.
Risposta:
1) la carne di manzo può contenere tenie bovine;
2) un verme adulto si sviluppa dalla pinna nel canale digestivo e la persona diventa l'ospite finale.
15. Assegna un nome all'organello della cellula vegetale mostrato in figura, alle sue strutture indicate dai numeri 1-3 e alle loro funzioni.
Risposta:
1) l'organello raffigurato è un cloroplasto;
2) 1 - grana tilacoidi, coinvolti nella fotosintesi;
3) 2 - DNA, 3 - ribosomi, partecipano alla sintesi delle proteine proprie del cloroplasto.
16. Perché i batteri non possono essere classificati come eucarioti?
Risposta:
1) nelle loro cellule la sostanza nucleare è rappresentata da una molecola circolare di DNA e non è separata dal citoplasma;
2) non hanno mitocondri, il complesso del Golgi o il RE;
3) non hanno cellule germinali specializzate, non c'è meiosi e fecondazione.
17. Quali cambiamenti nei fattori biotici possono portare ad un aumento della popolazione di una lumaca nuda che vive nella foresta e si nutre principalmente di piante?
18. Il processo di fotosintesi avviene intensamente nelle foglie delle piante. Si verifica nei frutti maturi e acerbi? Spiega la tua risposta.
Risposta:
1) la fotosintesi avviene nei frutti acerbi (mentre sono verdi), poiché contengono cloroplasti;
2) man mano che maturano, i cloroplasti si trasformano in cromoplasti, nei quali non avviene la fotosintesi.
19. Quali fasi della gametogenesi sono indicate nella figura con le lettere A, B e C? Quale insieme di cromosomi hanno le cellule in ciascuno di questi stadi? Di quali cellule specializzate questo processo porta allo sviluppo?
Risposta:
1)A - stadio (zona) di riproduzione (divisione), cellule diploidi;
2)B - stadio (zona) di crescita, cellula diploide;
3) B - stadio (zona) di maturazione, le cellule sono aploidi, si sviluppano gli spermatozoi.
20. In che modo le cellule batteriche differiscono nella struttura dalle cellule degli organismi di altri regni della natura vivente? Elenca almeno tre differenze.
Risposta:
1) non è formato alcun nucleo, involucro nucleare;
2) mancano alcuni organelli: mitocondri, EPS, complesso di Golgi, ecc.;
3) hanno un cromosoma ad anello.
21. Perché le piante (produttori) sono considerate l'anello iniziale del ciclo delle sostanze e della conversione dell'energia nell'ecosistema?
Risposta:
1) creare sostanze organiche da quelle inorganiche;
2) accumulare energia solare;
3) fornire sostanze organiche ed energia agli organismi in altre parti dell'ecosistema.
22. Quali processi assicurano il movimento dell'acqua e dei minerali in tutta la pianta?
Risposta:
1) dalla radice alle foglie, l'acqua e i minerali si muovono attraverso i vasi a causa della traspirazione, a seguito della quale si verifica la forza di aspirazione;
2) il flusso verso l'alto nella pianta è facilitato dalla pressione radicale, che nasce a seguito del flusso costante di acqua nella radice a causa della differenza nella concentrazione delle sostanze nelle cellule e nell'ambiente.
23. Guarda le celle mostrate in figura. Determina quali lettere rappresentano le cellule procariotiche ed eucariotiche. Fornisci prove a sostegno del tuo punto di vista.
Risposta:
1) A - cellula procariotica, B - cellula eucariotica;
2) la cellula della Figura A non ha un nucleo formato, il suo materiale ereditario è rappresentato da un cromosoma ad anello;
3) la cellula nella Figura B ha un nucleo e organelli formati.
24. Qual è la complessità del sistema circolatorio degli anfibi rispetto ai pesci?
Risposta:
1) il cuore diventa tricamerale;
2) appare un secondo circolo di circolazione sanguigna;
3) il cuore contiene sangue venoso e misto.
25. Perché un ecosistema forestale misto è considerato più stabile di un ecosistema forestale di abete rosso?
Risposta:
1) nel bosco misto sono presenti più specie che nell'abete rosso;
2) in un bosco misto le catene alimentari sono più lunghe e ramificate che in un bosco di abete rosso;
3) in un bosco misto ci sono più livelli che in un bosco di abeti rossi.
26. Una sezione di una molecola di DNA ha la seguente composizione: GATGAATAGTGCTTC. Elencare almeno tre conseguenze che possono derivare da una sostituzione accidentale del settimo nucleotide della timina con citosina (C).
Risposta:
1) si verificherà una mutazione genetica: il codone del terzo amminoacido cambierà;
2) in una proteina, un amminoacido può essere sostituito da un altro, a seguito del quale cambierà la struttura primaria della proteina;
3) tutte le altre strutture proteiche possono cambiare, il che porterà alla comparsa di nuove caratteristiche nel corpo.
27. Le alghe rosse (alghe viola) vivono a grandi profondità. Nonostante ciò, la fotosintesi avviene nelle loro cellule. Spiega perché la fotosintesi avviene se la colonna d'acqua assorbe i raggi dalla parte rosso-arancione dello spettro.
Risposta:
1) la fotosintesi richiede raggi non solo dal rosso, ma anche dalla parte blu dello spettro;
2) le cellule dei funghi scarlatti contengono un pigmento rosso che assorbe i raggi dalla parte blu dello spettro, la loro energia viene utilizzata nel processo di fotosintesi.
28. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono stati commessi errori e correggili.
1. I celenterati sono animali multicellulari a tre strati. 2.Hanno una cavità gastrica o intestinale. 3. La cavità intestinale comprende cellule urticanti. 4. I celenterati hanno un sistema nervoso reticolare (diffuso). 5. Tutti i celenterati sono organismi che nuotano liberamente.
1)1 - celenterati - animali a due strati;
2)3 - le cellule urticanti sono contenute nell'ectoderma e non nella cavità intestinale;
3)5 - tra i celenterati sono presenti forme allegate.
29. Come avviene lo scambio di gas nei polmoni e nei tessuti dei mammiferi? Cosa causa questo processo?
Risposta:
1) lo scambio di gas si basa sulla diffusione, che è causata dalla differenza di concentrazione del gas (pressione parziale) nell'aria degli alveoli e nel sangue;
2) l'ossigeno dall'area ad alta pressione nell'aria alveolare entra nel sangue e l'anidride carbonica dall'area ad alta pressione nel sangue entra negli alveoli;
3) nei tessuti, l'ossigeno dalla zona di alta pressione dei capillari entra nella sostanza intercellulare e quindi nelle cellule degli organi. L'anidride carbonica dall'area ad alta pressione nella sostanza intercellulare entra nel sangue.
30. Qual è la partecipazione di gruppi funzionali di organismi al ciclo delle sostanze nella biosfera? Considera il ruolo di ciascuno di essi nel ciclo delle sostanze nella biosfera.
Risposta:
1) i produttori sintetizzano sostanze organiche da sostanze inorganiche (anidride carbonica, acqua, azoto, fosforo e altri minerali), rilasciano ossigeno (ad eccezione dei chemiotrofi);
2) i consumatori (e altri gruppi funzionali) degli organismi utilizzano e trasformano le sostanze organiche, le ossidano durante la respirazione, assorbendo ossigeno e rilasciando anidride carbonica e acqua;
3) i decompositori decompongono le sostanze organiche in composti inorganici di azoto, fosforo, ecc., Restituendoli all'ambiente.
31. La sezione della molecola di DNA che codifica la sequenza di aminoacidi in una proteina ha la seguente composizione: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-C-T-T-C. Spiegare le conseguenze dell'aggiunta accidentale di un nucleotide guanina (G) tra il settimo e l'ottavo nucleotide.
Risposta:
1) si verificherà una mutazione genetica: i codici del terzo e dei successivi aminoacidi potrebbero cambiare;
2) la struttura primaria della proteina può cambiare;
3) una mutazione può portare alla comparsa di un nuovo tratto in un organismo.
32. Quali organi vegetali vengono danneggiati dai maggiolini nelle diverse fasi dello sviluppo individuale?
Risposta:
1) le radici delle piante sono danneggiate dalle larve;
2) le foglie degli alberi vengono danneggiate dagli scarafaggi adulti.
33. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono stati commessi errori e correggili.
1. I platelminti sono animali a tre strati. 2. Il phylum dei platelminti comprende la planaria bianca, i nematodi umani e il trematode epatico. 3. I platelminti hanno un corpo allungato e appiattito. 4. Hanno un sistema nervoso ben sviluppato. 5. I platelminti sono animali dioici che depongono le uova.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - il nematode umano non è classificato come verme piatto; è un nematode;
2)4 - nei platelminti il sistema nervoso è poco sviluppato;
3)5 - I platelminti sono ermafroditi.
34. Cos'è un frutto? Qual è il suo significato nella vita delle piante e degli animali?
Risposta:
1) frutto - l'organo generativo delle angiosperme;
2) contiene semi con l'aiuto dei quali le piante si riproducono e si disperdono;
3) i frutti delle piante sono cibo per gli animali.
35. La maggior parte delle specie di uccelli vola via dalle regioni settentrionali per l'inverno, nonostante la loro natura a sangue caldo. Indicare almeno tre fattori che spingono questi animali a volare.
Risposta:
1) i prodotti alimentari degli uccelli insettivori diventano indisponibili per l'ottenimento;
2) la copertura di ghiaccio sui bacini artificiali e la copertura di neve sul terreno privano gli uccelli erbivori del cibo;
3) variazione delle ore diurne.
36. Quale latte, sterilizzato o appena munto, inacidirà più velocemente nelle stesse condizioni? Spiega la tua risposta.
Risposta:
1) il latte appena munto si inacidirà più velocemente, poiché contiene batteri che provocano la fermentazione del prodotto;
2) quando il latte viene sterilizzato, le cellule e le spore dei batteri lattici muoiono e il latte dura più a lungo.
37. Trova errori nel testo dato. Indica il numero di frasi in cui sono stati commessi errori e spiegali.
1. Le principali classi di artropodi del phylum sono Crostacei, Aracnidi e Insetti. 2. Il corpo dei crostacei e degli aracnidi è diviso in testa, torace e addome. 3. Il corpo degli insetti è costituito da un cefalotorace e un addome. 4. Gli aracnidi non hanno antenne. 5. Gli insetti hanno due paia di antenne e i crostacei ne hanno una.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - il corpo dei crostacei e degli aracnidi è costituito da un cefalotorace e un addome;
2)3 - il corpo degli insetti è costituito da testa, torace e addome;
3)5 - gli insetti hanno un paio di antenne e i crostacei ne hanno due paia.
38. Dimostrare che il rizoma di una pianta è un germoglio modificato.
Risposta:
1) il rizoma presenta nodi in cui si trovano foglie e germogli rudimentali;
2) alla sommità del rizoma è presente una gemma apicale che determina la crescita del germoglio;
3) le radici avventizie si estendono dal rizoma;
4) la struttura anatomica interna del rizoma è simile al fusto.
39. Per combattere gli insetti nocivi, le persone usano sostanze chimiche. Indicare almeno tre cambiamenti nella vita del bosco di querce se tutti gli insetti erbivori vengono distrutti con mezzi chimici. Spiega perché accadranno.
Risposta:
1) il numero di piante impollinate dagli insetti diminuirà drasticamente, poiché gli insetti erbivori sono impollinatori di piante;
2) il numero di organismi insettivori (consumatori del 2o ordine) diminuirà drasticamente o scomparirà a causa dell'interruzione delle catene alimentari;
3) alcune delle sostanze chimiche utilizzate per uccidere gli insetti penetreranno nel terreno, il che porterà all'interruzione della vita vegetale, alla morte della flora e della fauna del suolo, tutte le violazioni possono portare alla morte della foresta di querce.
40. Perché il trattamento con antibiotici può portare a disfunzioni intestinali? Fornisci almeno due ragioni.
Risposta:
1) gli antibiotici uccidono i batteri benefici che vivono nell'intestino umano;
2) la degradazione delle fibre, l'assorbimento dell'acqua e altri processi vengono interrotti.
41.Quale parte del telo è indicata in figura con la lettera A e da quali strutture è composta? Quali funzioni svolgono queste strutture?
1) la lettera A indica un fascio vascolare-fibroso (vena), il fascio comprende vasi, tubi setacciati e tessuto meccanico;
2) i vasi provvedono al trasporto dell'acqua alle foglie;
3) i tubi del setaccio forniscono il trasporto delle sostanze organiche dalle foglie ad altri organi;
4) le cellule dei tessuti meccanici forniscono forza e fungono da struttura della foglia.
42. Quali sono i tratti caratteristici del regno fungino?
Risposta:
1) il corpo dei funghi è costituito da fili - ife, che formano un micelio;
2) riprodursi sessualmente e asessualmente (spore, micelio, gemmazione);
3) crescere per tutta la vita;
4) nella cellula: la membrana contiene una sostanza simile alla chitina, un nutriente di riserva è il glicogeno.
43. In un piccolo serbatoio formatosi dopo l'alluvione del fiume, sono stati trovati i seguenti organismi: ciliati di pantofola, dafnia, planaria bianca, grande lumaca di stagno, ciclope, idra. Spiegare se questo specchio d'acqua può essere considerato un ecosistema. Fornire almeno tre elementi di prova.
Risposta:
Il serbatoio temporaneo denominato non può essere definito un ecosistema, poiché contiene:
1) non ci sono produttori;
2) non ci sono decompositori;
3) non esiste una circolazione chiusa di sostanze e le catene alimentari sono interrotte.
44. Perché sotto un laccio emostatico, applicato per fermare il sanguinamento dai grandi vasi sanguigni, viene posta una nota che indica l'ora in cui è stata applicata?
Risposta:
1) dopo aver letto la nota è possibile determinare quanto tempo è trascorso dall'applicazione del laccio emostatico;
2) se dopo 1-2 ore non è stato possibile consegnare il paziente al medico, il laccio emostatico deve essere allentato per un po'. Ciò impedirà la morte dei tessuti.
45. Nomina le strutture del midollo spinale, indicate nella figura dai numeri 1 e 2, e descrivi le caratteristiche della loro struttura e funzioni.
Risposta:
1)1 - materia grigia, formata dai corpi dei neuroni;
2) 2 - sostanza bianca, formata da lunghi processi di neuroni;
3) la materia grigia svolge una funzione riflessa, la materia bianca - una funzione conduttiva.
46. Che ruolo svolgono le ghiandole salivari nella digestione nei mammiferi? Elenca almeno tre funzioni.
Risposta:
1) la secrezione delle ghiandole salivari inumidisce e disinfetta il cibo;
2) la saliva partecipa alla formazione del bolo alimentare;
3) gli enzimi salivari promuovono la scomposizione dell'amido.
47. Come risultato dell'attività vulcanica, si formò un'isola nell'oceano. Descrivere la sequenza di formazione di un ecosistema su una massa continentale di recente formazione. Si prega di fornire almeno tre elementi.
Risposta:
1) i primi a insediarsi sono i microrganismi e i licheni, che assicurano la formazione del terreno;
2) le piante si depositano sul terreno, le cui spore o semi vengono trasportati dal vento o dall'acqua;
3) man mano che la vegetazione si sviluppa, compaiono animali nell'ecosistema, principalmente artropodi e uccelli.
48. I giardinieri esperti applicano i fertilizzanti nelle scanalature situate lungo i bordi dei cerchi del tronco degli alberi da frutto, anziché distribuirli uniformemente. Spiega perchè.
Risposta:
1) l'apparato radicale cresce, la zona di aspirazione si sposta dietro l'apice radicale;
2) le radici con una zona di assorbimento sviluppata - peli radicali - si trovano ai bordi dei cerchi del tronco.
49. Quale germoglio modificato è mostrato nella figura? Assegna un nome agli elementi strutturali indicati nella figura con i numeri 1, 2, 3 e le funzioni che svolgono.
Risposta:
1) cipolla;
2)1 - una succulenta foglia squamosa in cui sono immagazzinati nutrienti e acqua;
3)2 - radici avventizie, che garantiscono l'assorbimento di acqua e minerali;
4)3 - germoglio, garantisce la crescita dei germogli.
50. Quali sono le caratteristiche strutturali e le funzioni vitali dei muschi? Si prega di fornire almeno tre elementi.
Risposta:
1) la maggior parte dei muschi sono piante frondose, alcune hanno rizoidi;
2) i muschi hanno un sistema di conduzione poco sviluppato;
3) i muschi si riproducono sia sessualmente che asessualmente, con generazioni alternate: sessuale (gametofito) e asessuata (sporofito); Una pianta adulta di muschio è la generazione sessuale e la capsula delle spore è asessuata.
51. A seguito di un incendio boschivo, parte del bosco di abeti rossi è bruciato. Spiega come avverrà la sua autoguarigione. Elenca almeno tre passaggi.
Risposta:
1) si sviluppano per prime le piante erbacee, amanti della luce;
2) poi compaiono germogli di betulla, pioppo tremulo e pino, i cui semi cadono con l'aiuto del vento e si forma una foresta di foglie piccole o di pino.
3) sotto la chioma delle specie amanti della luce si sviluppano abeti rossi tolleranti all'ombra, che successivamente sostituiscono completamente altri alberi.
52. Per stabilire la causa di una malattia ereditaria, sono state esaminate le cellule del paziente e si è scoperto un cambiamento nella lunghezza di uno dei cromosomi. Quale metodo di ricerca ci ha permesso di stabilire la causa di questa malattia? A che tipo di mutazione è associato?
Risposta:
1) la causa della malattia è stata stabilita utilizzando il metodo citogenetico;
2) la malattia è causata da una mutazione cromosomica - la perdita o l'aggiunta di un frammento cromosomico.
53. Quale lettera in figura indica la blastula nel ciclo di sviluppo della lancetta. Quali sono le caratteristiche della formazione della blastula?
Risposta:
1) la blastula è designata dalla lettera G;
2) la blastula si forma durante la frammentazione dello zigote;
3) la dimensione della blastula non supera la dimensione dello zigote.
54. Perché i funghi sono classificati come un regno speciale del mondo organico?
Risposta:
1) il corpo dei funghi è costituito da sottili fili ramificati - ife, che formano micelio o micelio;
2) le cellule miceliali immagazzinano i carboidrati sotto forma di glicogeno;
3) i funghi non possono essere classificati come piante, poiché le loro cellule non contengono clorofilla e cloroplasti; il muro contiene chitina;
4) I funghi non possono essere classificati come animali, poiché assorbono i nutrienti su tutta la superficie del corpo e non li ingoiano sotto forma di grumi di cibo.
55. In alcune biocenosi forestali, per proteggere i polli, sono state effettuate sparatorie di massa di rapaci diurni. Spiega come questo evento ha influenzato il numero di polli.
Risposta:
1) dapprima il numero dei polli aumentò, man mano che i loro nemici venivano distrutti (regolando naturalmente il numero);
2) poi il numero dei polli è diminuito per mancanza di cibo;
3) il numero degli individui malati e indeboliti è aumentato a causa della diffusione di malattie e della mancanza di predatori, che ha influito anche sulla diminuzione del numero dei polli.
56. Il colore della pelliccia della lepre bianca cambia durante l'anno: in inverno la lepre è bianca e in estate è grigia. Spiegare quale tipo di variabilità si osserva nell'animale e cosa determina la manifestazione di questo tratto.
Risposta:
1) la lepre presenta variabilità modificativa (fenotipica, non ereditaria);
2) la manifestazione di questo tratto è determinata dai cambiamenti delle condizioni ambientali (temperatura, durata del giorno).
57. Nomina le fasi dello sviluppo embrionale della lancetta, indicate nella figura dalle lettere A e B. Rivela le caratteristiche della formazione di ciascuna di queste fasi.
A B
Risposta:
1) A - gastrula - stadio di un embrione a due strati;
2) B - neurula, ha i rudimenti di una futura larva o organismo adulto;
3) la gastrula si forma per invaginazione della parete della blastula, e nella neurula si forma prima la placca neurale, che funge da regolatore per la formazione di altri sistemi di organi.
58. Nomina le caratteristiche principali della struttura e dell'attività dei batteri. Elenca almeno quattro caratteristiche.
Risposta:
1) batteri - organismi prenucleari che non hanno un nucleo formato e molti organelli;
2) secondo il metodo di nutrizione, i batteri sono eterotrofi e autotrofi;
3) alto tasso di riproduzione per divisione;
4) anaerobi e aerobi;
5) si riscontrano condizioni sfavorevoli in uno stato di contenzioso.
59. In che modo l'ambiente terra-aria differisce dall'ambiente acquatico?
Risposta:
1) contenuto di ossigeno;
2) differenze nelle fluttuazioni di temperatura (ampia ampiezza delle fluttuazioni nell'ambiente terra-aria);
3) grado di illuminazione;
4) densità.
Risposta:
1) le alghe hanno la proprietà di accumulare l'elemento chimico iodio;
2) lo iodio è necessario per la normale funzione tiroidea.
61. Perché una cellula pantofola ciliata è considerata un organismo integrale? Quali organelli della scarpetta ciliata sono indicati nella figura con i numeri 1 e 2 e quali funzioni svolgono?
Risposta:
1) la cellula ciliata svolge tutte le funzioni di un organismo indipendente: metabolismo, riproduzione, irritabilità, adattamento;
2) 1 - piccolo nucleo, partecipa al processo sessuale;
3) 2 - nucleo grande, regola i processi vitali.
61. Quali sono le caratteristiche strutturali e le funzioni vitali dei funghi? Si prega di indicare almeno tre caratteristiche.
62. Spiega come la pioggia acida danneggia le piante. Fornisci almeno tre ragioni.
Risposta:
1) danneggiare direttamente organi e tessuti vegetali;
2) inquinare il suolo, ridurre la fertilità;
3)ridurre la produttività delle piante.
63. Perché si consiglia ai passeggeri di succhiare lecca-lecca durante il decollo o l'atterraggio di un aereo?
Risposta:
1) rapidi cambiamenti di pressione durante il decollo o l'atterraggio di un aereo provocano disagio nell'orecchio medio, dove la pressione iniziale sul timpano persiste più a lungo;
2) i movimenti di deglutizione migliorano l'accesso dell'aria alla tromba uditiva (di Eustachio), attraverso la quale la pressione nella cavità dell'orecchio medio viene equalizzata con la pressione nell'ambiente.
64. In che modo il sistema circolatorio degli artropodi differisce dal sistema circolatorio degli anellidi? Indicare almeno tre segni che dimostrano queste differenze.
Risposta:
1) gli artropodi hanno un sistema circolatorio aperto, mentre gli anellidi hanno un sistema circolatorio chiuso;
2) gli artropodi hanno un cuore sul lato dorsale;
3) gli anellidi non hanno un cuore; la sua funzione è svolta da un vaso ad anello.
65. Che tipo di animale è quello mostrato nella foto? Cosa indicano i numeri 1 e 2? Nomina altri rappresentanti di questo tipo.
Risposta:
1) al tipo Celenterati;
2) 1 - ectoderma, 2 - cavità intestinale;
3) polipi di corallo, meduse.
66. Come si manifestano gli adattamenti morfologici, fisiologici e comportamentali alla temperatura ambientale negli animali a sangue caldo?
Risposta:
1) morfologico: coperture termoisolanti, strato di grasso sottocutaneo, cambiamenti nella superficie del corpo;
2) fisiologico: aumento dell'intensità dell'evaporazione del sudore e dell'umidità durante la respirazione; restringimento o dilatazione dei vasi sanguigni, cambiamenti nei livelli metabolici;
3) comportamentali: costruzione di nidi, tane, cambiamenti dell'attività quotidiana e stagionale a seconda della temperatura ambientale.
67. Come viene trasferita l'informazione genetica dal nucleo al ribosoma?
Risposta:
1) la sintesi dell'mRNA avviene nel nucleo secondo il principio di complementarità;
2) mRNA - una copia di una sezione di DNA contenente informazioni sulla struttura primaria della proteina, si sposta dal nucleo al ribosoma.
68. Com'è la complessità delle felci rispetto ai muschi? Dai almeno tre segni.
Risposta:
1) le felci hanno radici;
2) le felci, a differenza dei muschi, hanno sviluppato un tessuto conduttivo sviluppato;
3) nel ciclo di sviluppo delle felci, la generazione asessuata (sporofito) predomina sulla generazione sessuale (gametofito), rappresentata dal protallo.
69. Nomina lo strato germinale di un animale vertebrato, indicato nella figura con il numero 3. Che tipo di tessuto e quali organi si formano da esso.
Risposta:
1) strato germinale - endoderma;
2 tessuto epiteliale (epitelio dell'intestino e degli organi respiratori);
3) organi: intestino, ghiandole digestive, organi respiratori, alcune ghiandole endocrine.
70. Che ruolo svolgono gli uccelli nella biocenosi forestale? Fai almeno tre esempi.
Risposta:
1) regolare il numero delle piante (distribuire frutti e semi);
2) regolare il numero di insetti e piccoli roditori;
3) servire da cibo per i predatori;
4) concimare il terreno.
71. Qual è il ruolo protettivo dei leucociti nel corpo umano?
Risposta:
1) i leucociti sono capaci di fagocitosi: divorano e digeriscono proteine, microrganismi, cellule morte;
2) i leucociti partecipano alla produzione di anticorpi che neutralizzano determinati antigeni.
72. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono composte, correggile.
Secondo la teoria cromosomica dell'ereditarietà:
1. I geni si trovano sui cromosomi in ordine lineare. 2. Ciascuno occupa un posto specifico: un allele. 3. I geni su un cromosoma formano un gruppo di collegamento. 4. Il numero di gruppi di collegamento è determinato dal numero diploide dei cromosomi. 5. La rottura della coesione genetica si verifica durante il processo di coniugazione dei cromosomi nella profase della meiosi.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - posizione del gene - locus;
2)4 - il numero di gruppi di collegamento è uguale all'insieme aploide dei cromosomi;
3)5 - L'interruzione del collegamento genetico si verifica durante il crossover.
73. Perché alcuni scienziati classificano l'euglena verde come una pianta e altri come un animale? Fornisci almeno tre ragioni.
Risposta:
1) capace di nutrizione eterotrofa, come tutti gli animali;
2) capace di movimento attivo alla ricerca di cibo, come tutti gli animali;
3) contiene clorofilla nella cellula ed è capace di nutrizione autotrofa, come le piante.
74. Quali processi si verificano nelle fasi del metabolismo energetico?
Risposta:
1) nella fase preparatoria, le sostanze organiche complesse vengono scomposte in quelle meno complesse (biopolimeri - in monomeri), l'energia viene dissipata sotto forma di calore;
2) nel processo di glicolisi, il glucosio viene scomposto in acido piruvico (o acido lattico, o alcol) e vengono sintetizzate 2 molecole di ATP;
3) allo stadio dell'ossigeno, l'acido piruvico (piruvato) viene scomposto in anidride carbonica e acqua e vengono sintetizzate 36 molecole di ATP.
75. In una ferita formata sul corpo umano, il sanguinamento si ferma nel tempo, ma può verificarsi suppurazione. Spiega a quali proprietà del sangue è dovuto questo.
Risposta:
1) il sanguinamento si interrompe a causa della coagulazione del sangue e della formazione di un coagulo di sangue;
2) la suppurazione è causata dall'accumulo di leucociti morti che hanno effettuato la fagocitosi.
76. Trova gli errori nel testo dato e correggili. Indica il numero di frasi in cui sono stati commessi errori e spiegali.
1. Le proteine sono di grande importanza nella struttura e nel funzionamento degli organismi. 2. Si tratta di biopolimeri i cui monomeri sono basi azotate. 3. Le proteine fanno parte della membrana plasmatica. 4. Molte proteine svolgono funzioni enzimatiche nella cellula. 5. Le informazioni ereditarie sulle caratteristiche dell'organismo sono crittografate in molecole proteiche. 6. Le molecole di proteine e tRNA fanno parte dei ribosomi.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - i monomeri delle proteine sono amminoacidi;
2)5 - le informazioni ereditarie sulle caratteristiche di un organismo sono crittografate nelle molecole di DNA;
3)6- i ribosomi contengono molecole di rRNA, non tRNA.
77. Cos'è la miopia? In quale parte dell'occhio viene messa a fuoco l'immagine in una persona miope? Qual è la differenza tra forme di miopia congenita e acquisita?
Risposta:
1) la miopia è una malattia degli organi visivi in cui una persona ha difficoltà a distinguere oggetti distanti;
2) in una persona miope l'immagine degli oggetti appare davanti alla retina;
3) con miopia congenita, la forma del bulbo oculare cambia (si allunga);
4) la miopia acquisita è associata ad un cambiamento (aumento) della curvatura del cristallino.
78. In che modo lo scheletro della testa umana differisce dallo scheletro della testa delle grandi scimmie? Elenca almeno quattro differenze.
Risposta:
1) predominanza della parte cerebrale del cranio sulla parte facciale;
2) riduzione dell'apparato mandibolare;
3) la presenza di una protuberanza del mento sulla mascella inferiore;
4)riduzione delle arcate sopracciliari.
79. Perché il volume di urina escreto dal corpo umano al giorno non è uguale al volume di liquido bevuto nello stesso tempo?
Risposta:
1) parte dell'acqua viene utilizzata dall'organismo o formata nei processi metabolici;
2) parte dell'acqua evapora attraverso gli organi respiratori e le ghiandole sudoripare.
80. Trova gli errori nel testo dato, correggili, indica i numeri delle frasi in cui sono composti, scrivi queste frasi senza errori.
1. Gli animali sono organismi eterotrofi, si nutrono di sostanze organiche già pronte. 2. Esistono animali unicellulari e multicellulari. 3. Tutti gli animali multicellulari hanno una simmetria corporea bilaterale. 4. La maggior parte di loro ha sviluppato vari organi di movimento. 5. Solo gli artropodi e i cordati hanno un sistema circolatorio. 6. Lo sviluppo postembrionale in tutti gli animali multicellulari è diretto.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1) 3 - non tutti gli animali multicellulari hanno una simmetria bilaterale del corpo; ad esempio, nei celenterati è radiale (radiale);
2) 5 - il sistema circolatorio è presente anche negli anellidi e nei molluschi;
3) 6 - lo sviluppo postembrionale diretto non è inerente a tutti gli animali multicellulari.
81. Qual è l'importanza del sangue nella vita umana?
Risposta:
1) svolge una funzione di trasporto: fornitura di ossigeno e sostanze nutritive a tessuti e cellule, rimozione di anidride carbonica e prodotti metabolici;
2) svolge una funzione protettiva dovuta all'attività dei leucociti e degli anticorpi;
3) partecipa alla regolazione umorale delle funzioni vitali dell'organismo.
82. Utilizzare le informazioni sulle prime fasi dell'embriogenesi (zigote, blastula, gastrula) per confermare la sequenza di sviluppo del mondo animale.
Risposta:
1) lo stadio zigote corrisponde a un organismo unicellulare;
2) lo stadio di blastula, in cui le cellule non sono differenziate, è simile alle forme coloniali;
3) l'embrione allo stadio di gastrula corrisponde alla struttura del celenterato (idra).
83. L'iniezione di grandi dosi di farmaci in una vena è accompagnata dalla loro diluizione con soluzione fisiologica (soluzione di NaCl allo 0,9%). Spiega perchè.
Risposta:
1) la somministrazione di grandi dosi di farmaci senza diluizione può causare un brusco cambiamento nella composizione del sangue e fenomeni irreversibili;
2) la concentrazione della soluzione salina (soluzione di NaCl allo 0,9%) corrisponde alla concentrazione di sali nel plasma sanguigno e non provoca la morte delle cellule del sangue.
84. Trova gli errori nel testo dato, correggili, indica i numeri delle frasi in cui sono stati composti, scrivi queste frasi senza errori.
1. Gli animali del tipo artropodi hanno una copertura chitinosa esterna e arti articolati. 2. Il corpo della maggior parte di loro è composto da tre sezioni: testa, torace e addome. 3. Tutti gli artropodi hanno un paio di antenne. 4. I loro occhi sono complessi (sfaccettati). 5. Il sistema circolatorio degli insetti è chiuso.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)3 - non tutti gli artropodi hanno un paio di antenne (gli aracnidi non le hanno e i crostacei ne hanno due paia);
2)4 - non tutti gli artropodi hanno occhi complessi (composti): negli aracnidi sono semplici o assenti, negli insetti possono avere occhi semplici insieme ad occhi complessi;
3)5 - il sistema circolatorio degli artropodi non è chiuso.
85. Quali sono le funzioni dell'apparato digerente umano?
Risposta:
1)lavorazione meccanica degli alimenti;
2) lavorazione chimica degli alimenti;
3) movimentazione degli alimenti e rimozione dei residui non digeriti;
4)assorbimento dei nutrienti, dei sali minerali e dell'acqua nel sangue e nella linfa.
86. Come si caratterizza il progresso biologico nelle piante da fiore? Specificare almeno tre segni.
Risposta:
1) un'ampia varietà di popolazioni e specie;
2) ampia distribuzione sul globo;
3) adattabilità alla vita in diverse condizioni ambientali.
87. Perché il cibo dovrebbe essere masticato bene?
Risposta:
1) il cibo ben masticato si satura rapidamente di saliva nella cavità orale e inizia a essere digerito;
2) il cibo ben masticato si satura rapidamente di succhi digestivi nello stomaco e nell'intestino ed è quindi più facile da digerire.
88. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono composte, correggile.
1. Una popolazione è un insieme di individui della stessa specie che si incrociano liberamente e che abitano un territorio comune per lungo tempo 2. Popolazioni diverse della stessa specie sono relativamente isolate le une dalle altre e i loro individui non si incrociano. 3. Il pool genetico di tutte le popolazioni di una specie è lo stesso. 4. La popolazione è l'unità elementare dell'evoluzione. 5. Un gruppo di rane della stessa specie che vive in una pozza profonda per un'estate costituisce una popolazione.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - le popolazioni di una specie sono parzialmente isolate, ma individui di popolazioni diverse possono incrociarsi;
2)3 - i pool genetici di diverse popolazioni della stessa specie sono diversi;
3)5 - un gruppo di rane non è una popolazione, poiché un gruppo di individui della stessa specie è considerato una popolazione se occupa lo stesso spazio per un gran numero di generazioni.
89. Perché si consiglia di bere acqua salata in estate quando si ha sete a lungo?
Risposta:
1) d'estate si suda di più;
2) i sali minerali vengono eliminati dal corpo attraverso il sudore;
3) l'acqua salata ripristina il normale equilibrio acqua-sale tra i tessuti e l'ambiente interno del corpo.
90. Cosa dimostra che una persona appartiene alla classe dei mammiferi?
Risposta:
1) somiglianza nella struttura dei sistemi di organi;
2) la presenza di peli;
3) sviluppo dell'embrione nell'utero;
4) nutrire la prole con latte, prendersi cura della prole.
91. Quali processi mantengono la costanza della composizione chimica del plasma sanguigno umano?
Risposta:
1) i processi nei sistemi tampone mantengono la reazione del mezzo (pH) a un livello costante;
2) viene effettuata la regolazione neuroumorale della composizione chimica del plasma.
92. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono composte e spiegale.
1. Una popolazione è un insieme di individui di specie diverse che si incrociano liberamente e che abitano un territorio comune per lungo tempo 2. Le principali caratteristiche di gruppo di una popolazione sono la dimensione, la densità, l'età, il sesso e la struttura spaziale. 3. La totalità di tutti i geni di una popolazione è chiamata pool genetico. 4. Una popolazione è un'unità strutturale della natura vivente. 5. I numeri della popolazione sono sempre stabili.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)1 - una popolazione è un insieme di individui della stessa specie che si incrociano liberamente e che abitano il territorio generale della popolazione per lungo tempo;
2)4 - la popolazione è un'unità strutturale della specie;
3)5 - Il numero della popolazione può cambiare nelle diverse stagioni e anni.
93. Quali strutture della copertura corporea proteggono il corpo umano dagli effetti dei fattori di temperatura ambientale? Spiegare il loro ruolo.
Risposta:
1) il tessuto adiposo sottocutaneo protegge il corpo dal raffreddamento;
2) le ghiandole sudoripare producono sudore che, una volta evaporato, protegge dal surriscaldamento;
3) i capelli sulla testa proteggono il corpo dal raffreddamento e dal surriscaldamento;
4) i cambiamenti nel lume dei capillari cutanei regolano il trasferimento di calore.
94. Indica almeno tre caratteristiche biologiche progressive di una persona che ha acquisito nel processo di lunga evoluzione.
Risposta:
1) ingrandimento del cervello e della parte cerebrale del cranio;
2) postura eretta e corrispondenti cambiamenti nello scheletro;
3) liberazione e sviluppo della mano, opposizione del pollice.
95. Quale divisione della meiosi è simile alla mitosi? Spiega come si esprime e a quale insieme di cromosomi nella cellula conduce.
Risposta:
1) somiglianze con la mitosi si osservano nella seconda divisione della meiosi;
2) tutte le fasi sono simili, i cromosomi fratelli (cromatidi) divergono ai poli della cellula;
3) le cellule risultanti hanno un corredo cromosomico aploide.
96.Qual è la differenza tra sanguinamento arterioso e sanguinamento venoso?
Risposta:
1) con sanguinamento arterioso, il sangue è scarlatto;
2) sgorga dalla ferita con un forte ruscello, una fontana.
97. Nella figura è mostrato un diagramma di quale processo che si verifica nel corpo umano? Cosa è alla base di questo processo e come cambia di conseguenza la composizione del sangue? Spiega la tua risposta.
capillare
Risposta:
1) la figura mostra un diagramma dello scambio gassoso nei polmoni (tra la vescicola polmonare e il capillare sanguigno);
2) lo scambio di gas si basa sulla diffusione - la penetrazione dei gas da un luogo ad alta pressione a un luogo con pressione inferiore;
3) a seguito dello scambio gassoso, il sangue è saturo di ossigeno e passa da venoso (A) ad arterioso (B).
98. Che effetto ha l'inattività fisica (bassa attività fisica) sul corpo umano?
Risposta:
l’inattività fisica porta a:
1) a una diminuzione del livello di metabolismo, un aumento del tessuto adiposo, un eccesso di peso corporeo;
2) indebolimento dei muscoli scheletrici e cardiaci, aumento del carico sul cuore e diminuzione della resistenza del corpo;
3) ristagno del sangue venoso negli arti inferiori, vasodilatazione, disturbi circolatori.
(Sono consentite altre formulazioni della risposta senza distorcerne il significato.)
99. Quali caratteristiche hanno le piante che vivono in condizioni aride?
Risposta:
1) l'apparato radicale delle piante penetra in profondità nel terreno, raggiunge le falde acquifere o si trova nello strato superficiale del suolo;
2) in alcune piante l'acqua viene immagazzinata nelle foglie, negli steli e in altri organi durante la siccità;
3) le foglie sono ricoperte da un rivestimento ceroso, pubescenti o modificate in spine o aghi.
100. Qual è la ragione della necessità che gli ioni ferro entrino nel sangue umano? Spiega la tua risposta.
Risposta:
2) i globuli rossi forniscono il trasporto di ossigeno e anidride carbonica.
101. Attraverso quali vasi e quale specie di sangue passano le camere del cuore, indicate nella figura con i numeri 3 e 5? A quale sistema circolatorio è collegata ciascuna di queste strutture cardiache?
Risposta:
1) la camera contrassegnata con il numero 3 riceve sangue venoso dalla vena cava superiore ed inferiore;
2) la camera indicata con il numero 5 riceve il sangue arterioso dalle vene polmonari;
3) la camera cardiaca, indicata con il numero 3, è collegata alla circolazione sistemica;
4) la camera cardiaca, indicata con il numero 5, è collegata alla circolazione polmonare.
102. Cosa sono le vitamine, qual è il loro ruolo nella vita del corpo umano?
Risposta:
1) vitamine: sostanze organiche biologicamente attive necessarie in piccole quantità;
2) fanno parte degli enzimi, partecipando al metabolismo;
3) aumentare la resistenza del corpo alle influenze ambientali avverse, stimolare la crescita, lo sviluppo del corpo, il ripristino di tessuti e cellule.
103. La forma del corpo della farfalla Kalima ricorda una foglia. Come ha fatto la farfalla a sviluppare una forma del corpo simile?
Risposta:
1) la comparsa di vari cambiamenti ereditari negli individui;
2) conservazione mediante selezione naturale di individui con una forma corporea modificata;
3) riproduzione e distribuzione di individui con una forma corporea simile a una foglia.
104. Qual è la natura della maggior parte degli enzimi e perché perdono la loro attività quando aumenta il livello di radiazione?
Risposta:
1) la maggior parte degli enzimi sono proteine;
2) sotto l'influenza delle radiazioni, si verifica la denaturazione, la struttura dell'enzima proteico cambia.
105. Trova errori nel testo dato. Indicare i numeri delle proposte in cui sono state fatte, correggerli.
1. Le piante, come tutti gli organismi viventi, mangiano, respirano, crescono e si riproducono. 2. Secondo il metodo di nutrizione, le piante sono classificate come organismi autotrofi. 3. Quando le piante respirano, assorbono anidride carbonica e rilasciano ossigeno. 4. Tutte le piante si riproducono per seme. 5. Le piante, come gli animali, crescono solo nei primi anni di vita.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)3 - quando le piante respirano assorbono ossigeno e rilasciano anidride carbonica;
2)4 - solo le piante da fiore e le gimnosperme si riproducono tramite semi, mentre le alghe, i muschi e le felci si riproducono tramite spore;
3)5 - le piante crescono per tutta la vita, hanno una crescita illimitata.
106. Qual è la ragione della necessità che gli ioni ferro entrino nel sangue umano? Spiega la tua risposta.
Risposta:
1) gli ioni ferro fanno parte dell'emoglobina degli eritrociti;
2) l'emoglobina degli eritrociti garantisce il trasporto di ossigeno e anidride carbonica, poiché è in grado di legarsi con questi gas;
3) l'apporto di ossigeno è necessario per il metabolismo energetico della cellula, e l'anidride carbonica è il suo prodotto finale che deve essere eliminato.
107. Spiega perché persone di razze diverse sono classificate come la stessa specie. Fornire almeno tre elementi di prova.
Risposta:
1) somiglianza nella struttura, nei processi vitali, nel comportamento;
2) unità genetica: lo stesso insieme di cromosomi, la loro struttura;
3) i matrimoni interrazziali producono prole capace di riprodursi.
108. Nell'antica India, a una persona sospettata di un crimine veniva offerto di ingoiare una manciata di riso secco. Se falliva, la colpa era considerata provata. Fornire una base fisiologica per questo processo.
Risposta:
1) la deglutizione è un atto riflesso complesso, che è accompagnato da salivazione e irritazione della radice della lingua;
2) con forte eccitazione, la salivazione viene bruscamente inibita, la bocca diventa secca e il riflesso della deglutizione non si verifica.
109. Trova errori nel testo dato. Indica i numeri delle frasi in cui sono composte e spiegale.
1. La catena alimentare della biogeocenosi comprende produttori, consumatori e decompositori. 2. Il primo anello della catena alimentare sono i consumatori. 3. I consumatori alla luce accumulano l'energia assorbita nel processo di fotosintesi. 4. Nella fase oscura della fotosintesi, viene rilasciato ossigeno. 5. I decompositori contribuiscono al rilascio dell'energia accumulata dai consumatori e dai produttori.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - il primo collegamento sono i produttori;
2)3 - i consumatori non sono capaci di fotosintesi;
3)4 - l'ossigeno viene rilasciato nella fase leggera della fotosintesi.
110. Quali sono le cause dell'anemia negli esseri umani? Elenca almeno tre possibili ragioni.
Risposta:
1) grande perdita di sangue;
2) malnutrizione (mancanza di ferro e vitamine, ecc.);
3) interruzione della formazione dei globuli rossi negli organi ematopoietici.
111. La mosca della vespa è simile per colore e forma del corpo alla vespa. Nominare il tipo del suo dispositivo di protezione, spiegarne il significato e la natura relativa dell'adattamento.
Risposta:
1) tipo di adattamento - mimetismo, imitazione del colore e della forma del corpo di un animale non protetto verso uno protetto;
2) la somiglianza con una vespa avverte un possibile predatore del pericolo di essere punto;
3) la mosca diventa preda di giovani uccelli che non hanno ancora sviluppato un riflesso verso la vespa.
112. Crea una catena alimentare usando tutti gli oggetti nominati di seguito: humus, ragno incrociato, falco, cinciallegra, mosca domestica. Identificare i consumatori di terzo ordine nella catena costruita.
Risposta:
1) humus -> mosca domestica -> ragno crociato -> cinciallegra -> falco;
2) consumatore del terzo ordine - la cinciallegra.
113. Trova errori nel testo dato. Indica il numero di frasi in cui sono stati commessi errori, correggili.
1. Gli anellidi sono gli animali più altamente organizzati tra gli altri tipi di vermi. 2. Gli anellidi hanno un sistema circolatorio aperto. 3. Il corpo di un verme anellide è costituito da segmenti identici. 4. Gli anellidi non hanno cavità corporee. 5. Il sistema nervoso degli anellidi è rappresentato dall'anello perifaringeo e dal cordone nervoso dorsale.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - Gli anellidi hanno un sistema circolatorio chiuso;
2)4 - Gli anellidi hanno una cavità corporea;
3)5 - la catena nervosa si trova sul lato ventrale del corpo.
114. Nomina almeno tre aromorfosi nelle piante terrestri che hanno permesso loro di essere le prime a sviluppare la terra. Giustifica la tua risposta.
Risposta:
1) l'aspetto del tessuto tegumentario - l'epidermide con stomi - che promuove la protezione dall'evaporazione;
2) l'emergere di un sistema di conduzione che assicuri il trasporto delle sostanze;
3) sviluppo di tessuto meccanico che svolge una funzione di supporto.
115. Spiega perché esiste una grande diversità di mammiferi marsupiali in Australia e la loro assenza negli altri continenti.
Risposta:
1) L'Australia si separò dagli altri continenti durante il periodo di massimo splendore dei marsupiali prima della comparsa degli animali placentari (isolamento geografico);
2) le condizioni naturali dell'Australia hanno contribuito alla divergenza dei caratteri marsupiali e alla speciazione attiva;
3) in altri continenti i marsupiali furono sostituiti dai mammiferi placentari.
116. In quali casi un cambiamento nella sequenza dei nucleotidi del DNA non influenza la struttura e le funzioni della proteina corrispondente?
Risposta:
1) se, a seguito della sostituzione del nucleotide, appare un altro codone, che codifica per lo stesso amminoacido;
2) se il codone formato a seguito della sostituzione del nucleotide codifica per un amminoacido diverso, ma con proprietà chimiche simili che non modifica la struttura della proteina;
3) se si verificano cambiamenti nucleotidici in regioni del DNA intergeniche o non funzionanti.
117. Perché il rapporto tra luccio e persico nell'ecosistema fluviale è considerato competitivo?
Risposta:
1) sono predatori, si nutrono di cibo simile;
2) vivono nello stesso specchio d'acqua, necessitano di condizioni di vita simili, si opprimono a vicenda.
118. Trovare errori nel testo dato. Indica il numero di frasi in cui sono stati commessi errori, correggili.
1. Le principali classi di artropodi del phylum sono Crostacei, Aracnidi e Insetti. 2. Gli insetti hanno quattro paia di zampe e gli aracnidi ne hanno tre. 3. Il gambero ha occhi semplici, mentre il ragno crociato ha occhi complessi. 4. Gli aracnidi hanno verruche aracnoidi sull'addome. 5. Il ragno crociato e il maggiolino respirano utilizzando le sacche polmonari e le trachee.
Sono stati commessi errori nelle frasi:
1)2 - gli insetti hanno tre paia di zampe e gli aracnidi ne hanno quattro;
2)3 - il gambero ha occhi composti e il ragno crociato ha occhi semplici;
3)5 - il maggiolino non ha sacche polmonari, ma solo trachea.
119. Quali sono le caratteristiche strutturali e le funzioni vitali dei funghi champignon? Nomina almeno quattro caratteristiche.
Risposta:
1) hanno un micelio e un corpo fruttifero;
2) si riproducono tramite spore e micelio;
3) secondo il metodo di nutrizione - eterotrofi;
4) la maggior parte forma micorrize.
120. Quali aromorfosi permisero agli antichi anfibi di sviluppare la terra.
Risposta:
1) la comparsa della respirazione polmonare;
2) formazione di arti smembrati;
3) l'aspetto di un cuore a tre camere e due circoli circolatori.
Questa lezione video è dedicata all'argomento "Fornire energia alle cellule". In questa lezione esamineremo i processi energetici nella cellula e studieremo come le cellule ricevono energia. Imparerai anche cos'è la respirazione cellulare e in quali fasi consiste. Discutere ciascuno di questi passaggi in dettaglio.
BIOLOGIA 9° GRADO
Argomento: livello cellulare
Lezione 13. Fornire energia alle cellule
Stepanova Anna Yurievna
candidato di scienze biologiche, professore associato MGUIE
Mosca
Oggi parleremo di fornire energia alle cellule. L'energia viene utilizzata per varie reazioni chimiche che si verificano nella cellula. Alcuni organismi utilizzano l'energia della luce solare per i processi biochimici - queste sono piante, mentre altri utilizzano l'energia dei legami chimici nelle sostanze ottenute durante la nutrizione - questi sono organismi animali. Le sostanze dagli alimenti vengono estratte attraverso la degradazione o l'ossidazione biologica attraverso il processo di respirazione cellulare.
La respirazione cellulare è un processo biochimico in una cellula che avviene in presenza di enzimi, a seguito dei quali vengono rilasciati acqua e anidride carbonica, l'energia viene immagazzinata sotto forma di legami macroenergetici di molecole di ATP. Se questo processo avviene in presenza di ossigeno, allora viene chiamato “aerobico”. Se avviene senza ossigeno, viene chiamato “anaerobico”.
L’ossidazione biologica comprende tre fasi principali:
1. Preparatorio,
2. Senza ossigeno (glicolisi),
3. Decomposizione completa delle sostanze organiche (in presenza di ossigeno).
Fase preparatoria. Le sostanze ricevute dal cibo vengono scomposte in monomeri. Questa fase inizia nel tratto gastrointestinale o nei lisosomi della cellula. I polisaccaridi si scompongono in monosaccaridi, le proteine in aminoacidi, i grassi in gliceroli e acidi grassi. L'energia rilasciata in questa fase viene dissipata sotto forma di calore. Va notato che per i processi energetici le cellule utilizzano carboidrati o, meglio ancora, monosaccaridi. E il cervello può utilizzare solo il monosaccaride, il glucosio, per il suo lavoro.
Il glucosio durante la glicolisi si scompone in due molecole di acido piruvico a tre atomi di carbonio. Il loro ulteriore destino dipende dalla presenza di ossigeno nella cellula. Se nella cellula è presente ossigeno, l'acido piruvico entra nei mitocondri per la completa ossidazione in anidride carbonica e acqua (respirazione aerobica). Se non c'è ossigeno, nei tessuti animali l'acido piruvico viene convertito in acido lattico. Questa fase ha luogo nel citoplasma della cellula. Come risultato della glicolisi si formano solo due molecole di ATP.
Per la completa ossidazione del glucosio è necessario l'ossigeno. Nella terza fase, nei mitocondri avviene la completa ossidazione dell'acido piruvico in anidride carbonica e acqua. Di conseguenza, si formano altre 36 molecole di ATP.
In totale, le tre fasi producono 38 molecole di ATP da una molecola di glucosio, tenendo conto dei due ATP prodotti durante la glicolisi.
Pertanto, abbiamo esaminato i processi energetici che si verificano nelle cellule. Sono state caratterizzate le fasi dell'ossidazione biologica. Questo conclude la nostra lezione, ti auguro il meglio, arrivederci!
La differenza tra respirare e bruciare. La respirazione che avviene in una cellula viene spesso paragonata al processo di combustione. Entrambi i processi avvengono in presenza di ossigeno, liberando energia e prodotti di ossidazione. Ma, a differenza della combustione, la respirazione è un processo ordinato di reazioni biochimiche che avviene in presenza di enzimi. Durante la respirazione, l'anidride carbonica si forma come prodotto finale dell'ossidazione biologica e durante la combustione la formazione di anidride carbonica avviene attraverso la combinazione diretta dell'idrogeno con il carbonio. Inoltre, durante la respirazione si forma un certo numero di molecole di ATP. Cioè, la respirazione e la combustione sono processi fondamentalmente diversi.
Significato biomedico. Per la medicina è importante non solo il metabolismo del glucosio, ma anche quello del fruttosio e del galattosio. La capacità di formare ATP in assenza di ossigeno è particolarmente importante in medicina. Ciò consente di mantenere un intenso lavoro del muscolo scheletrico in condizioni di insufficiente efficienza dell'ossidazione aerobica. I tessuti con maggiore attività glicolitica sono in grado di rimanere attivi durante i periodi di carenza di ossigeno. Nel muscolo cardiaco le possibilità di glicolisi sono limitate. Ha difficoltà a soffrire di interruzione dell'afflusso di sangue, che può portare all'ischemia. Esistono diverse malattie conosciute causate dalla mancanza di enzimi che regolano la glicolisi:
Anemia emolitica (nelle cellule tumorali in rapida crescita, la glicolisi avviene a una velocità superiore alle capacità del ciclo dell'acido citrico), che contribuisce ad aumentare la sintesi di acido lattico negli organi e nei tessuti. Alti livelli di acido lattico nel corpo possono essere un sintomo di cancro.
Fermentazione. I microbi sono in grado di ottenere energia durante la fermentazione. La fermentazione è nota da tempo immemorabile, ad esempio nella produzione del vino. La fermentazione dell'acido lattico era nota anche prima. Le persone consumavano latticini senza rendersi conto che questi processi erano associati all'attività dei microrganismi. Ciò fu dimostrato per la prima volta da Louis Pasteur. Inoltre, diversi microrganismi secernono diversi prodotti di fermentazione. Ora parleremo della fermentazione alcolica e lattica. Di conseguenza, si formano alcol etilico e anidride carbonica e viene rilasciata energia. Birrai e viticoltori hanno utilizzato alcuni tipi di lievito per stimolare la fermentazione, che trasforma gli zuccheri in alcol. La fermentazione è effettuata principalmente dal lievito, ma anche da alcuni batteri e funghi. Nel nostro Paese viene tradizionalmente utilizzato il lievito Saccaromiceti. In America - batteri del genere Pseudomonas. E in Messico vengono utilizzati i batteri “bastoncini mobili”. Il nostro lievito tipicamente fermenta gli esosi (monosaccaridi a sei atomi di carbonio) come il glucosio o il fruttosio. Il processo di formazione dell'alcol può essere rappresentato come segue: da una molecola di glucosio si formano due molecole di alcol, due molecole di anidride carbonica e due molecole di ATP. Questo metodo è meno redditizio dei processi aerobici, ma consente di mantenere la vita in assenza di ossigeno. Parliamo ora della fermentazione del latte fermentato. Una molecola di glucosio forma due molecole di acido lattico e contemporaneamente vengono rilasciate due molecole di ATP. La fermentazione dell'acido lattico è ampiamente utilizzata per la produzione di latticini: formaggi, latte cagliato, yogurt. L'acido lattico viene utilizzato anche nella produzione di bevande analcoliche.
- Tipi di nutrizione degli organismi viventi
- Fotosintesi
- Metabolismo energetico
1. Attività della vita di tutti gli organismi è possibile solo se hanno energia. Secondo il metodo per ottenere energia, tutte le cellule e gli organismi sono divisi in due gruppi: autotrofi E eterotrofi.
Eterotrofi(Greco heteros - diverso, altro e trofeo - cibo, nutrizione) non sono in grado di sintetizzare da soli i composti organici da quelli inorganici, hanno bisogno di riceverli dall'ambiente. Le sostanze organiche servono non solo come cibo per loro, ma anche come fonte di energia. Gli eterotrofi includono tutti gli animali, i funghi, la maggior parte dei batteri, nonché le piante terrestri e le alghe non clorofilliane.
Secondo il metodo per ottenere il cibo, gli organismi eterotrofi sono suddivisi in Olozoi(animali) che catturano particelle solide, e osmotrofico(funghi, batteri) nutrendosi di sostanze disciolte.
Diversi organismi eterotrofi sono in grado di decomporre collettivamente tutte le sostanze sintetizzate dagli autotrofi, nonché le sostanze minerali sintetizzate a seguito delle attività di produzione umana. Gli organismi eterotrofi, insieme agli autotrofi, costituiscono un unico sistema biologico sulla Terra, uniti da relazioni trofiche.
Autotrofi- organismi che si nutrono (cioè ricevono energia) da composti inorganici, questi sono alcuni batteri e tutte le piante verdi. Gli autotrofi si dividono in chemotrofi e fototrofi.
Chemiotrofi- organismi che utilizzano l'energia rilasciata durante le reazioni redox. I chemiotrofi includono batteri nitrificanti (che fissano l'azoto), zolfo, idrogeno (che formano metano), manganese, batteri che formano ferro e che utilizzano monossido di carbonio.
Fototrofi- solo piante verdi. La fonte di energia per loro è la luce.
2. Fotosintesi(Greco phos - gen. fall. foto - luce e sintesi - connessione) - la formazione, con la partecipazione dell'energia luminosa, di sostanze organiche da parte delle cellule delle piante verdi, così come di alcuni batteri, il processo di conversione dell'energia luminosa in energia chimica. Si verifica con l'aiuto di pigmenti (clorofilla e alcuni altri) nei tilacoidi dei cloroplasti e nei cromatofori delle cellule. La fotosintesi si basa su reazioni redox in cui gli elettroni vengono trasferiti da un donatore-riduttore (acqua, idrogeno, ecc.) a un accettore (accettore latino - ricevitore) - anidride carbonica, acetato con la formazione di composti ridotti - carboidrati e il rilascio di ossigeno, se l'acqua è ossidata.
I batteri fotosintetici che utilizzano donatori diversi dall'acqua non producono ossigeno.
Reazioni luminose della fotosintesi(causati dalla luce) si verificano nei grana dei tilacoidi dei cloroplasti. I quanti di luce visibile (fotoni) interagiscono con le molecole di clorofilla, trasferendole in uno stato eccitato. Un elettrone nella clorofilla assorbe un quanto di luce di una certa lunghezza e, come a gradini, si muove lungo la catena di portatori di elettroni, perdendo energia, che serve a fosforilare l'ADP in ATP. Si tratta di un processo molto efficiente: i cloroplasti producono 30 volte più ATP rispetto ai mitocondri delle stesse piante. Questo accumula l'energia necessaria per le seguenti reazioni oscure della fotosintesi. Le seguenti sostanze agiscono come trasportatori di elettroni: citocromi, plastochinone, ferredossina, flavoproteina, reduttasi, ecc. Alcuni degli elettroni eccitati vengono utilizzati per ridurre NADP + in NADPH. Se esposta alla luce solare, l'acqua si decompone nei cloroplasti. fotolisi, in questo caso si formano elettroni che compensano le loro perdite da parte della clorofilla; L'ossigeno viene prodotto come sottoprodotto e rilasciato nell'atmosfera del nostro pianeta. Questo è l'ossigeno che respiriamo e che è necessario per tutti gli organismi aerobici.
I cloroplasti delle piante superiori, delle alghe e dei cianobatteri contengono due fotosistemi di diversa struttura e composizione. Quando i quanti di luce vengono assorbiti dai pigmenti (il centro di reazione - un complesso di clorofilla con una proteina che assorbe la luce con una lunghezza d'onda di 680 nm - P680) del fotosistema II, gli elettroni vengono trasferiti dall'acqua a un accettore intermedio e attraverso una catena di trasportatori al centro di reazione del fotosistema I. E questo fotosistema è il centro di reazione che rivelerà le molecole di clorofilla in complesso con una speciale proteina-KOM, che assorbe la luce con una lunghezza d'onda di 700 nm - P700. Nelle molecole della clorofilla F1 ci sono "buchi" - posti vuoti di elettroni trasferiti al PLDPH. Questi “buchi” sono pieni di elettroni formati durante il funzionamento del PI. Cioè, il fotosistema II fornisce elettroni al fotosistema I, che vengono spesi in esso per ridurre NADP + e NADPH. Lungo il percorso del movimento degli elettroni del fotosistema II eccitati dalla luce verso l'accettore finale - la clorofilla del fotosistema I, l'ADP viene fosforilato in ATP ricco di energia. Pertanto, l'energia luminosa viene immagazzinata nelle molecole di ATP e viene ulteriormente utilizzata per la sintesi di carboidrati, proteine, acidi nucleici e altri processi vitali delle piante, e attraverso di essi l'attività vitale di tutti gli organismi che si nutrono di piante.
Reazioni oscure, o reazioni di fissazione del carbonio, non associati alla luce, si svolgono nello stroma dei cloroplasti. Il posto chiave in essi è occupato dalla fissazione dell'anidride carbonica e dalla conversione del carbonio in carboidrati. Queste reazioni sono di natura ciclica, poiché alcuni carboidrati intermedi subiscono un processo di condensazione e riarrangiamenti in ribulosio difosfato, l'accettore primario di CO 2, che garantisce il funzionamento continuo del ciclo. Questo processo è stato descritto per la prima volta dal biochimico americano Melvin Calvin
La trasformazione del composto inorganico CO 2 in composti organici - carboidrati, nei cui legami chimici è immagazzinata l'energia solare, avviene con l'aiuto di un enzima complesso - ribulosio-1,5-difosfato carbossilasi. Assicura l'aggiunta di una molecola di CO 2 al ribulosio-1,5-difosfato a cinque atomi di carbonio, con conseguente formazione di un composto intermedio a vita breve a sei atomi di carbonio. Questo composto, a causa dell'idrolisi, si scompone in due molecole di acido fosfoglicerico a tre atomi di carbonio, che viene ridotto utilizzando ATP e NADPH in zuccheri a tre atomi di carbonio (trioso fosfati). Da essi si forma il prodotto finale della fotosintesi, il glucosio.
Alcuni triosofosfati, dopo aver attraversato i processi di condensazione e riarrangiamento, trasformandosi prima in ribulosio monofosfato e poi in ribulosio difosfato, vengono nuovamente inclusi nel ciclo continuo di creazione di molecole di glucosio. Il glucosio può essere polimerizzato enzimaticamente in
amido e cellulosa sono i polisaccaridi di supporto delle piante.
Una caratteristica della fotosintesi di alcune piante (canna da zucchero, mais, amaranto) è la conversione iniziale del carbonio attraverso composti a quattro atomi di carbonio. Tali piante hanno ricevuto l'indice C 4 -piante e la fotosintesi in esse è il metabolismo del carbonio. Le piante C4 attirano l'attenzione dei ricercatori grazie alla loro produttività fotosintetica.
Modi per aumentare la produttività delle piante agricole:
Una nutrizione minerale sufficiente, che può garantire il miglior corso dei processi metabolici;
Illuminazione più completa, che può essere ottenuta utilizzando determinate quantità di semina delle piante, tenendo conto del consumo di luce delle piante che amano la luce e tollerano l'ombra;
Quantità normale di anidride carbonica nell'aria (con un aumento del suo contenuto, il processo di respirazione delle piante, associato alla fotosintesi, viene interrotto);
Umidità del suolo corrispondente al fabbisogno di umidità delle piante, a seconda delle condizioni climatiche e agrotecniche.
L'importanza della fotosintesi in natura.
Come risultato della fotosintesi sulla Terra, ogni anno si formano 150 miliardi di tonnellate di materia organica e vengono rilasciati circa 200 miliardi di tonnellate di ossigeno libero. La fotosintesi non solo garantisce e mantiene l'attuale composizione dell'atmosfera terrestre, necessaria per la vita dei suoi abitanti, ma impedisce anche un aumento della concentrazione di CO 2 nell'atmosfera, prevenendo il surriscaldamento del nostro pianeta (dovuto alla cosiddetta effetto serra effetto). L'ossigeno rilasciato durante la fotosintesi è necessario per la respirazione degli organismi e per proteggerli dalle dannose radiazioni ultraviolette a onde corte.
Chemiosintesi(Chemeta del tardo greco - chimica e sintesi greca - connessione) - un processo autotrofico di creazione di materia organica da parte di batteri che non contengono clorofilla. La chemiosintesi viene effettuata a causa dell'ossidazione di composti inorganici: idrogeno, idrogeno solforato, ammoniaca, ossido di ferro (II), ecc. L'assimilazione della CO 2 procede come durante la fotosintesi (ciclo di Calvin), ad eccezione della formazione di metano, homo -batteri acetati. L'energia ottenuta dall'ossidazione viene immagazzinata nei batteri sotto forma di ATP.
I batteri chemiosintetici svolgono un ruolo estremamente importante nei cicli biogeochimici degli elementi chimici nella biosfera. L'attività vitale dei batteri nitrificanti è uno dei fattori più importanti per la fertilità del suolo. I batteri chemiosintetici ossidano i composti di ferro, manganese, zolfo, ecc.
La chemiosintesi fu scoperta dal microbiologo russo Sergei Nikolaevich Vinogradsky (1856-1953) nel 1887.
3. Metabolismo energetico
Tre fasi del metabolismo energetico vengono eseguite con la partecipazione di enzimi speciali in varie parti di cellule e organismi.
La prima fase è preparatoria- avviene (negli animali negli organi digestivi) sotto l'azione di enzimi che scompongono molecole di di- e polisaccaridi, grassi, proteine, acidi nucleici in molecole più piccole: glucosio, glicerolo e acidi grassi, amminoacidi, nucleotidi. Questo rilascia una piccola quantità di energia, che viene dissipata sotto forma di calore.
La seconda fase è l'ossidazione senza ossigeno o incompleta. Si chiama anche respirazione anaerobica (fermentazione), o glicolisi. Gli enzimi della glicolisi sono localizzati nella parte liquida del citoplasma, lo ialoplasma. Il glucosio subisce una degradazione, ciascuna molene in cui viene gradualmente scissa e ossidata con la partecipazione di enzimi in due molecole a tre atomi di carbonio dell'acido piruvico CH 3 - CO - COOH, dove COOH è un gruppo carbossilico caratteristico degli acidi organici.
Nove enzimi sono coinvolti in sequenza in questa conversione del glucosio. Durante il processo di glicolisi, le molecole di glucosio vengono ossidate, cioè gli atomi di idrogeno vengono persi. L'accettore di idrogeno (e l'elettrone) in queste reazioni sono molecole di nicotinamide nindinucleotide (NAD+), che sono simili nella struttura al NADP+ e differiscono solo per l'assenza di un residuo di acido fosforico nella molecola di ribosio. Quando l'acido piruvico viene ridotto a causa della riduzione del NAD, appare il prodotto finale della glicolisi: l'acido lattico. L'acido fosforico e l'ATP sono coinvolti nella scomposizione del glucosio.
In sintesi, questo processo è simile al seguente:
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.
Nei funghi di lievito, una molecola di glucosio senza la partecipazione di ossigeno viene convertita in alcol etilico e anidride carbonica (fermentazione alcolica):
C 6 H 12 O 6 +2H 3 P0 4 +2ADP - 2C 2 H b 0H+2C0 2 +2ATP+2H 2 O.
In alcuni microrganismi, la scomposizione del glucosio senza ossigeno può portare alla formazione di acido acetico, acetone, ecc. In tutti i casi, la scomposizione di una molecola di glucosio è accompagnata dalla formazione di due molecole di ATP, nei legami ad alta energia di in cui viene immagazzinato il 40% dell'energia, il resto viene dissipato sotto forma di calore.
La terza fase del metabolismo energetico(fase di scissione dell'ossigeno , o stadio della respirazione aerobica) si verifica nei mitocondri. Questa fase è associata alla matrice mitocondriale e alla membrana interna; si tratta di enzimi che rappresentano un anello enzimatico “trasportatore” chiamato Ciclo di Krebs, prende il nome dallo scienziato che lo scoprì. Viene anche chiamato questo modo complesso e lungo di lavorare di molti enzimi Ciclo dell'acido tricarbossilico.
Una volta nei mitocondri, l'acido piruvico (PVA) viene ossidato e convertito in una sostanza ricca di energia: l'acetil coenzima A, o in breve acetil-CoA. Nel ciclo di Krebs, le molecole di acetil-CoA provengono da diverse fonti di energia. Nel processo di ossidazione del PVK, gli accettori di elettroni NAD + vengono ridotti a NADH e un altro tipo di accettore viene ridotto: FAD a FADH 2 (FAD è un flavin adenin dinucleotide). L'energia immagazzinata in queste molecole viene utilizzata per la sintesi dell'ATP, un accumulatore di energia biologica universale. Durante la fase di respirazione aerobica, gli elettroni di NADH e FADH 2 si muovono lungo una catena a più fasi del loro trasferimento all'accettore di elettroni finale: l'ossigeno molecolare. Nel trasferimento sono coinvolti diversi trasportatori di elettroni: il coenzima Q, i citocromi e, soprattutto, l'ossigeno. Quando gli elettroni si spostano da uno stadio all'altro del trasportatore respiratorio, viene rilasciata energia, che viene spesa per la sintesi dell'ATP. All'interno dei mitocondri, i cationi H+ si combinano con gli anioni O2~ per formare acqua. Nel ciclo di Krebs si forma CO 2 e nella catena di trasferimento degli elettroni - acqua. In questo caso, una molecola di glucosio, completamente ossidata con l'accesso di ossigeno a C0 2 e H 2 0, contribuisce alla formazione di 38 molecole di ATP. Da quanto sopra ne consegue che il ruolo principale nel fornire energia alla cellula è svolto dalla scomposizione dell'ossigeno delle sostanze organiche o dalla respirazione aerobica. Quando c'è una carenza di ossigeno o la sua completa assenza, si verifica la disgregazione anaerobica e priva di ossigeno delle sostanze organiche; L'energia di un tale processo è sufficiente solo per creare due molecole di ATP. Grazie a ciò gli esseri viventi possono sopravvivere senza ossigeno per un breve periodo.
La cellula vivente ha un'organizzazione intrinsecamente instabile e quasi non plausibile; La cellula è in grado di mantenere un ordine molto specifico e meravigliosamente complesso della sua fragile struttura solo grazie al continuo consumo di energia.
Non appena l'apporto di energia si interrompe, la complessa struttura della cellula si disintegra e si trasforma in uno stato disordinato e disorganizzato. Oltre a fornire i processi chimici necessari per mantenere l'integrità della cellula, in vari tipi di cellule, grazie alla conversione dell'energia, l'attuazione di una varietà di processi meccanici, elettrici, chimici e osmotici associati alla vita del corpo è assicurato.
Avendo imparato in tempi relativamente recenti ad estrarre l'energia contenuta in varie fonti non viventi per svolgere vari lavori, l'uomo ha iniziato a comprendere con quanta abilità e con quale alta efficienza la cellula trasforma l'energia. La trasformazione dell'energia in una cellula vivente è soggetta alle stesse leggi della termodinamica che operano nella natura inanimata. Secondo la prima legge della termodinamica, l'energia totale di un sistema chiuso con qualsiasi cambiamento fisico rimane sempre costante. Secondo la seconda legge l'energia può esistere sotto due forme: la forma di energia “gratuita” o utile e la forma di energia dissipata inutilmente. La stessa legge afferma che con ogni cambiamento fisico c'è una tendenza a dissipare energia, cioè a ridurre la quantità di energia libera e ad aumentare l'entropia. Nel frattempo, una cellula vivente ha bisogno di una fornitura costante di energia gratuita.
L'ingegnere ottiene l'energia di cui ha bisogno principalmente dall'energia dei legami chimici contenuti nel carburante. Bruciando il carburante, converte l'energia chimica in energia termica; può quindi utilizzare l'energia termica per far girare, ad esempio, una turbina a vapore e ottenere così energia elettrica. Le cellule ricevono anche energia libera rilasciando l'energia dei legami chimici contenuti nel “carburante”. L'energia viene immagazzinata in queste connessioni da quelle cellule che sintetizzano i nutrienti che fungono da combustibile. Tuttavia, le cellule utilizzano questa energia in un modo molto specifico. Poiché la temperatura alla quale funziona una cellula vivente è approssimativamente costante, la cellula non può utilizzare l’energia termica per svolgere lavoro. Affinché si possa produrre lavoro dovuto all'energia termica, il calore deve spostarsi da un corpo più riscaldato a uno meno riscaldato. È assolutamente chiaro che la cella non può bruciare il suo combustibile alla temperatura di combustione del carbone (900°); Né può resistere all'esposizione al vapore surriscaldato o alla corrente ad alta tensione. La cella deve estrarre e utilizzare energia in condizioni di temperatura abbastanza costante e, inoltre, bassa, un ambiente di iodio diluito e fluttuazioni molto lievi nella concentrazione di ioni idrogeno. Per acquisire la capacità di ottenere energia, la cellula, nel corso dei secoli di evoluzione del mondo organico, ha perfezionato i suoi notevoli meccanismi molecolari, che operano con insolita efficacia in queste condizioni miti.
I meccanismi cellulari per l'estrazione dell'energia sono divisi in due classi e, in base alle differenze di questi meccanismi, tutte le cellule possono essere divise in due tipi principali. Le cellule del primo tipo sono dette eterotrofe; Questi includono tutte le cellule del corpo umano e le cellule di tutti gli animali superiori. Queste celle richiedono una fornitura costante di carburante già pronto con una composizione chimica molto complessa. Tali combustibili sono carboidrati, proteine e grassi, cioè singoli componenti di altre cellule e tessuti. Le cellule eterotrofe ottengono energia bruciando o ossidando queste sostanze complesse (prodotte da altre cellule) in un processo chiamato respirazione, che coinvolge l'ossigeno molecolare (O2) dell'atmosfera. Le cellule eterotrofe utilizzano questa energia per svolgere le loro funzioni biologiche, rilasciando anidride carbonica nell'atmosfera come prodotto finale.
Le cellule appartenenti al secondo tipo sono chiamate autotrofe. Le cellule autotrofe più tipiche sono le cellule delle piante verdi. Nel processo di fotosintesi legano l'energia della luce solare, utilizzandola per i loro bisogni. Inoltre, usano l'energia solare per estrarre il carbonio dall'anidride carbonica atmosferica e la usano per costruire la molecola organica più semplice: la molecola di glucosio. Dal glucosio, le cellule delle piante verdi e di altri organismi creano molecole più complesse che compongono la loro composizione. Per fornire l'energia necessaria, le cellule bruciano parte delle materie prime a loro disposizione durante la respirazione. Da questa descrizione delle trasformazioni cicliche dell'energia nella cellula risulta chiaro che tutti gli organismi viventi alla fine ricevono energia dalla luce solare, le cellule vegetali la ricevono direttamente dal sole e gli animali indirettamente.
Lo studio delle principali domande poste in questo articolo si basa sulla necessità di una descrizione dettagliata del meccanismo di estrazione dell'energia primaria utilizzato dalla cellula. La maggior parte delle fasi dei complessi cicli della respirazione e della fotosintesi sono già state studiate. È stato stabilito in quale organo della cellula si verifica questo o quel processo. La respirazione è effettuata dai mitocondri, presenti in gran numero in quasi tutte le cellule; la fotosintesi è assicurata dai cloroplasti, strutture citoplasmatiche contenute nelle cellule delle piante verdi. I meccanismi molecolari che risiedono all'interno di queste strutture cellulari, componendone la struttura e abilitandone le funzioni, rappresentano il prossimo importante passo nello studio della cellula.
Le stesse molecole ben studiate - molecole di adenosina trifosfato (ATP) - trasferiscono l'energia libera ottenuta dai nutrienti o dalla luce solare dai centri della respirazione o della fotosintesi a tutte le parti della cellula, garantendo l'attuazione di tutti i processi che richiedono consumo di energia. L'ATP fu isolato per la prima volta dal tessuto muscolare da Loman circa 30 anni fa. La molecola di ATP contiene tre gruppi fosfato interconnessi. In una provetta, il gruppo terminale può essere separato dalla molecola di ATP mediante una reazione di idrolisi che produce adenosina difosfato (ADP) e fosfato inorganico. Durante questa reazione, l'energia libera della molecola di ATP viene convertita in energia termica e l'entropia aumenta secondo la seconda legge della termodinamica. Nella cellula, tuttavia, il gruppo fosfato terminale non viene semplicemente separato durante l'idrolisi, ma viene trasferito a una molecola speciale che funge da accettore. Una parte significativa dell'energia libera della molecola ATP viene trattenuta a causa della fosforilazione della molecola accettore, che ora, a causa dell'aumento di energia, acquisisce la capacità di partecipare a processi che richiedono consumo di energia, ad esempio nei processi di biosintesi o contrazione muscolare. Dopo la rimozione di un gruppo fosfato in questa reazione accoppiata, l'ATP viene convertito in ADP. Nella termodinamica cellulare, l'ATP può essere pensato come la forma ricca di energia, o "carica", del vettore energetico (adenosina fosfato), e l'ADP come la forma povera di energia, o "scarica".
La “ricarica” secondaria del vettore viene, ovviamente, effettuata dall’uno o dall’altro dei due meccanismi coinvolti nell’estrazione di energia. Durante il processo di respirazione delle cellule animali, l'energia contenuta nei nutrienti viene rilasciata a seguito dell'ossidazione e viene utilizzata per costruire ATP da ADP e fosfato. Durante la fotosintesi nelle cellule vegetali, l'energia della luce solare viene convertita in energia chimica e viene spesa per "caricare" l'adenosina fosfato, cioè per la formazione di ATP.
Esperimenti utilizzando l'isotopo radioattivo del fosforo (P 32) hanno dimostrato che il fosfato inorganico viene incorporato all'interno e all'esterno del gruppo fosfato terminale dell'ATP ad un ritmo elevato. Nella cellula renale, il turnover del gruppo fosfato terminale avviene così rapidamente che la sua emivita richiede meno di 1 minuto; ciò corrisponde ad uno scambio energetico estremamente intenso nelle cellule di questo organo. Va aggiunto che l'attività dell'ATP in una cellula vivente non è affatto magia nera. I chimici conoscono molte reazioni simili mediante le quali l'energia chimica viene trasferita nei sistemi non viventi. La struttura relativamente complessa dell'ATP apparentemente è nata solo nella cellula per garantire la regolazione più efficace delle reazioni chimiche associate al trasferimento di energia.
Il ruolo dell'ATP nella fotosintesi è stato chiarito solo recentemente. Questa scoperta ha permesso di spiegare in gran parte come le cellule fotosintetiche, nel processo di sintesi dei carboidrati, legano l'energia solare, la principale fonte di energia per tutti gli esseri viventi.
L'energia della luce solare viene trasmessa sotto forma di fotoni o quanti; La luce di diversi colori, o diverse lunghezze d'onda, è caratterizzata da energie diverse. Quando la luce cade su determinate superfici metalliche e viene assorbita da queste superfici, i fotoni, a seguito delle collisioni con gli elettroni del metallo, trasferiscono loro la loro energia. Questo effetto fotoelettrico può essere misurato a causa della corrente elettrica generata. Nelle cellule delle piante verdi, la luce solare con determinate lunghezze d'onda viene assorbita dal pigmento verde: la clorofilla. L'energia assorbita trasferisce gli elettroni nella complessa molecola della clorofilla dal livello energetico di base a un livello superiore. Tali elettroni “eccitati” tendono a ritornare al loro livello energetico principale stabile, rilasciando l’energia che hanno assorbito. In un preparato puro di clorofilla isolata da una cellula, l'energia assorbita viene riemessa sotto forma di luce visibile, analogamente a quanto avviene nel caso di altri composti organici e inorganici fosforescenti o fluorescenti.
Pertanto, la clorofilla, essendo in una provetta, di per sé non è in grado di immagazzinare o utilizzare l'energia luminosa; questa energia si dissipa rapidamente, come se si fosse verificato un cortocircuito. Tuttavia, nella cellula, la clorofilla è legata stericamente ad altre molecole specifiche; pertanto, quando, sotto l'influenza dell'assorbimento della luce, entra in uno stato eccitato, "caldo", ovvero ricco di energia, gli elettroni non ritornano al loro stato energetico normale (non eccitato); invece, gli elettroni vengono strappati dalla molecola di clorofilla e trasportati da molecole trasportatrici di elettroni, che li trasferiscono l'uno all'altro in una catena chiusa di reazioni. Facendo questo percorso all'esterno della molecola di clorofilla, gli elettroni eccitati cedono gradualmente la loro energia e ritornano al loro posto originario nella molecola di clorofilla, che è quindi pronta ad assorbire il secondo fotone. Nel frattempo l'energia ceduta dagli elettroni viene utilizzata per formare ATP da ADP e fosfato, cioè per “caricare” il sistema adenosina fosfato della cellula fotosintetica.
I trasportatori di elettroni che mediano questo processo di fosforilazione fotosintetica non sono stati ancora completamente identificati. Uno di questi trasportatori sembra contenere riboflavina (vitamina B2) e vitamina K. Altri sono provvisoriamente classificati come citocromi (proteine contenenti atomi di ferro circondati da gruppi porfirinici, che per posizione e struttura assomigliano alla porfirina della clorofilla stessa). Almeno due di questi trasportatori di elettroni sono in grado di legare parte dell'energia che trasportano per ripristinare l'ATP dall'ADP.
Questo è lo schema di base per convertire l'energia luminosa nell'energia dei legami fosfato ATP, sviluppato da D. Arnon e altri scienziati.
Tuttavia, nel processo di fotosintesi, oltre al legame dell'energia solare, avviene anche la sintesi dei carboidrati. Si ritiene ora che alcuni degli elettroni "caldi" della molecola di clorofilla eccitata, insieme agli ioni idrogeno provenienti dall'acqua, causino la riduzione (cioè l'acquisizione di elettroni aggiuntivi o atomi di idrogeno) di uno dei trasportatori di elettroni: il nucleotide trifosfopiridinico (TPN, in forma ridotta TPN-N).
In una serie di reazioni oscure, così chiamate perché possono verificarsi in assenza di luce, il TPH-H provoca la riduzione dell'anidride carbonica in carboidrati. La maggior parte dell'energia richiesta per queste reazioni è fornita dall'ATP. La natura di queste reazioni oscure è stata studiata principalmente da M. Calvin e dai suoi colleghi. Uno dei sottoprodotti della fotoriduzione iniziale del TPN è lo ione ossidrile (OH -). Sebbene non disponiamo ancora di dati completi, si presume che questo ione doni il suo elettrone a uno dei citocromi in una catena di reazioni fotosintetiche, il cui prodotto finale è l'ossigeno molecolare. Gli elettroni si muovono lungo la catena dei trasportatori, fornendo il loro contributo energetico alla formazione di ATP e, alla fine, dopo aver speso tutta la loro energia in eccesso, entrano nella molecola di clorofilla.
Come ci si aspetterebbe in base alla natura strettamente regolare e sequenziale del processo di fotosintesi, le molecole di clorofilla non sono posizionate in modo casuale nei cloroplasti e, ovviamente, non sono semplicemente sospese nel liquido che riempie i cloroplasti. Al contrario, le molecole di clorofilla formano strutture ordinate nei cloroplasti - grana, tra le quali c'è un intreccio di fibre o membrane che le separano. All'interno di ogni grana si trovano impilate molecole piatte di clorofilla; ogni molecola può essere considerata analoga a una piastra separata (elettrodo) di un elemento, grana - agli elementi, e la totalità del grana (cioè l'intero cloroplasto) - a una batteria elettrica.
I cloroplasti contengono anche tutte quelle molecole specializzate trasportatrici di elettroni che, insieme alla clorofilla, sono coinvolte nell'estrazione di energia dagli elettroni “caldi” e nell'utilizzo di questa energia per sintetizzare i carboidrati. I cloroplasti estratti dalla cellula possono svolgere l'intero complesso processo della fotosintesi.
L’efficienza di queste fabbriche in miniatura alimentate a energia solare è sorprendente. In laboratorio, in determinate condizioni particolari, si può dimostrare che durante il processo di fotosintesi, fino al 75% della luce che cade su una molecola di clorofilla viene convertita in energia chimica; Tuttavia, questa cifra non può essere considerata del tutto accurata e su questo si discute ancora. Sul campo, a causa dell'illuminazione ineguale delle foglie da parte del sole, così come per una serie di altri motivi, l'efficienza dell'uso dell'energia solare è molto inferiore, nell'ordine di diversi punti percentuali.
Pertanto, la molecola di glucosio, che è il prodotto finale della fotosintesi, deve contenere una quantità abbastanza significativa di energia solare contenuta nella sua configurazione molecolare. Durante il processo di respirazione, le cellule eterotrofe estraggono questa energia scomponendo gradualmente la molecola di glucosio per “conservare” l'energia che essa contiene nei legami fosfati dell'ATP appena formati.
Esistono diversi tipi di cellule eterotrofe. Alcune cellule (ad esempio alcuni microrganismi marini) possono vivere senza ossigeno; altri (ad esempio le cellule cerebrali) necessitano assolutamente di ossigeno; altre (ad esempio le cellule muscolari) sono più versatili e sono in grado di funzionare sia in presenza di ossigeno nell'ambiente che in sua assenza. Inoltre, sebbene la maggior parte delle cellule preferisca utilizzare il glucosio come combustibile principale, alcune di esse possono esistere esclusivamente su aminoacidi o acidi grassi (la principale materia prima per la sintesi dei quali è lo stesso glucosio). Tuttavia, la scomposizione di una molecola di glucosio nelle cellule del fegato può essere considerata un esempio di un processo di produzione di energia tipico della maggior parte degli eterotrofi a noi conosciuti.
La quantità totale di energia contenuta in una molecola di glucosio è molto facile da determinare. Bruciando una certa quantità (campione) di glucosio in laboratorio, si può dimostrare che l'ossidazione di una molecola di glucosio produce 6 molecole di acqua e 6 molecole di anidride carbonica, e la reazione è accompagnata dal rilascio di energia sotto forma di calore (circa 690.000 calorie per 1 grammo molecola, cioè per 180 grammi di glucosio). L'energia sotto forma di calore è ovviamente inutile per una cella, che funziona a temperatura praticamente costante. La graduale ossidazione del glucosio durante la respirazione avviene però in modo tale che la maggior parte dell'energia libera della molecola di glucosio viene immagazzinata in una forma conveniente per la cellula.
Di conseguenza, la cellula riceve più del 50% di tutta l'energia rilasciata durante l'ossidazione sotto forma di energia di legame fosfato. Un'efficienza così elevata si confronta favorevolmente con quella che di solito si ottiene nella tecnologia, dove raramente è possibile convertire più di un terzo dell'energia termica ottenuta dalla combustione del carburante in energia meccanica o elettrica.
Il processo di ossidazione del glucosio nella cellula è diviso in due fasi principali. Durante la prima fase, o preparatoria, chiamata glicolisi, la molecola di glucosio a sei atomi di carbonio viene scomposta in due molecole di acido lattico a tre atomi di carbonio. Questo processo apparentemente semplice consiste non di uno, ma di almeno 11 passaggi, ciascuno dei quali catalizzato dal proprio enzima speciale. La complessità di questa operazione può sembrare in contraddizione con l'aforisma di Newton “Natura entm simplex esi” (“la natura è semplice”); Va però ricordato che lo scopo di questa reazione non è semplicemente quello di dividere a metà la molecola di glucosio, ma di liberare da questa molecola l'energia in essa contenuta. Ciascuno degli intermedi contiene gruppi fosfato e la reazione finisce per utilizzare due molecole di ADP e due gruppi fosfato. Alla fine, come risultato della scomposizione del glucosio, non si formano solo due molecole di acido lattico, ma anche due nuove molecole di ATP.
Cosa comporta questo in termini energetici? Le equazioni termodinamiche mostrano che quando un grammo di glucosio viene scomposto per formare acido lattico, vengono rilasciate 56.000 calorie. Poiché con la formazione di ogni grammo-molecola di ATP si legano 10.000 calorie, l'efficienza del processo di cattura dell'energia in questa fase è di circa il 36% - una cifra davvero impressionante, se si considera ciò con cui di solito abbiamo a che fare in tecnologia. Tuttavia, queste 20.000 calorie convertite in energia del legame fosfato rappresentano solo una piccola frazione (circa il 3%) dell’energia totale contenuta in una grammo molecolare di glucosio (690.000 calorie). Nel frattempo, molte cellule, ad esempio cellule anaerobiche o cellule muscolari, che sono in uno stato di attività (e in questo momento incapaci di respirare), esistono a causa di questo insignificante consumo di energia.
Dopo aver scomposto il glucosio in acido lattico, le cellule aerobiche continuano a estrarre la maggior parte dell'energia rimanente attraverso il processo di respirazione, durante il quale le molecole di acido lattico a tre atomi di carbonio vengono scomposte in molecole di anidride carbonica a un carbonio. L'acido lattico, o meglio la sua forma ossidata, l'acido piruvico, subisce una serie ancora più complessa di reazioni, ciascuna di queste reazioni è anch'essa catalizzata da uno speciale sistema enzimatico. Innanzitutto, il composto a tre atomi di carbonio si scompone per formare la forma attivata di acido acetico (acetil coenzima A) e anidride carbonica. La "porzione a due atomi di carbonio" (acetil coenzima A) si combina quindi con un composto a quattro atomi di carbonio, l'acido ossalacetico, per produrre acido citrico, che contiene sei atomi di carbonio. L'acido citrico, attraverso una serie di reazioni, viene riconvertito in acido ossalacetico e i tre atomi di carbonio dell'acido piruvico immessi in questo ciclo di reazioni producono infine molecole di anidride carbonica. Questo “mulino”, che “macina” (ossida) non solo il glucosio, ma anche le molecole di grasso e di amminoacidi, precedentemente scomposte in acido acetico, è noto come ciclo di Krebs o ciclo dell'acido citrico.
Il ciclo fu descritto per la prima volta da G. Krebs nel 1937. Questa scoperta rappresenta uno dei capisaldi della biochimica moderna e il suo autore venne insignito del Premio Nobel nel 1953.
Il ciclo di Krebs traccia l'ossidazione dell'acido lattico in anidride carbonica; Tuttavia, questo ciclo da solo non può spiegare come la grande quantità di energia contenuta nella molecola di acido lattico possa essere estratta in una forma adatta all'uso in una cellula vivente. Questo processo di estrazione dell’energia che accompagna il ciclo di Krebs è stato studiato intensamente negli ultimi anni. Il quadro generale è più o meno chiaro, ma restano molti dettagli da esplorare. Apparentemente, durante il ciclo di Krebs, gli elettroni, con la partecipazione di enzimi, vengono strappati da prodotti intermedi e trasferiti lungo un numero di molecole trasportatrici, chiamate collettivamente catena respiratoria. Questa catena di molecole enzimatiche rappresenta il percorso finale comune di tutti gli elettroni rimossi dalle molecole nutritive nel processo di ossidazione biologica. Nell'ultimo anello di questa catena, gli elettroni alla fine si combinano con l'ossigeno per formare acqua. Pertanto, la scomposizione dei nutrienti attraverso la respirazione è il processo inverso della fotosintesi, in cui la rimozione di elettroni dall’acqua produce ossigeno. Inoltre i trasportatori di elettroni nella catena respiratoria sono chimicamente molto simili ai corrispondenti trasportatori coinvolti nel processo di fotosintesi. Tra questi ci sono, ad esempio, la riboflavina e le strutture del citocromo, simili a quelle del cloroplasto. Ciò conferma l'aforisma di Newton sulla semplicità della natura.
Come nella fotosintesi, l'energia degli elettroni che passano lungo questa catena verso l'ossigeno viene catturata e utilizzata per sintetizzare ATP da ADP e fosfato. In effetti, questa fosforilazione che avviene nella catena respiratoria (fosforilazione ossidativa) è stata studiata meglio della fosforilazione che avviene durante la fotosintesi, scoperta relativamente di recente. È accertato, ad esempio, che nella catena respiratoria ci sono tre centri in cui avviene la “carica” dell'adenosina fosfato, cioè la formazione di ATP. Pertanto, per ogni coppia di elettroni rimossi dall'acido lattico durante il ciclo di Krebs, si formano in media tre molecole di ATP.
Sulla base della resa totale di ATP è oggi possibile calcolare l'efficienza termodinamica con cui una cellula estrae l'energia messa a sua disposizione dall'ossidazione del glucosio. La scomposizione preliminare del glucosio in due molecole di acido lattico produce due molecole di ATP. Ciascuna molecola di acido lattico trasferisce infine sei coppie di elettroni alla catena respiratoria. Poiché ogni coppia di elettroni che passa attraverso la catena provoca la conversione di tre molecole di ADP in ATP, durante il processo di respirazione stessa vengono prodotte 36 molecole di ATP. Quando si forma ogni grammo molecola di ATP, si legano circa 10.000 calorie, come abbiamo già indicato, e quindi 38 grammi molecole di ATP legano circa 380.000 delle 690.000 calorie contenute nella grammo molecola originale di glucosio. L'efficienza dei processi accoppiati di glicolisi e respirazione può quindi essere considerata almeno del 55%.
L'estrema complessità del processo di respirazione è un'altra indicazione che i meccanismi enzimatici coinvolti non potrebbero funzionare se le parti costituenti fossero semplicemente mescolate insieme in soluzione. Proprio come i meccanismi molecolari associati alla fotosintesi hanno una certa organizzazione strutturale e sono contenuti nel cloroplasto, gli organi respiratori della cellula - i mitocondri - rappresentano lo stesso sistema strutturalmente ordinato.
Una cellula, a seconda del suo tipo e della natura della sua funzione, può contenere da 50 a 5000 mitocondri (una cellula del fegato contiene, ad esempio, circa 1000 mitocondri). Sono abbastanza grandi (3-4 micron di lunghezza) da poter essere visti con un normale microscopio. Tuttavia, l’ultrastruttura dei mitocondri è visibile solo al microscopio elettronico.
Nelle micrografie elettroniche si può vedere che il mitocondrio ha due membrane, con la membrana interna che forma pieghe che si estendono nel corpo del mitocondrio. Un recente studio sui mitocondri isolati da cellule epatiche ha evidenziato che le molecole enzimatiche coinvolte nel ciclo di Krebs si trovano nella matrice, ovvero parte solubile, del contenuto interno dei mitocondri, mentre gli enzimi della catena respiratoria, sotto forma di “molecole” gruppi", si trovano nelle membrane. Le membrane sono costituite da strati alternati di molecole proteiche e lipidiche (grassi); Le membrane nella grana dei cloroplasti hanno la stessa struttura.
Esiste quindi una chiara somiglianza nella struttura di queste due principali “centrali elettriche”, da cui dipende tutta l’attività vitale della cellula, perché una di esse “immagazzina” l’energia solare nei legami fosfatici dell’ATP, e l’altra la converte l'energia contenuta nei nutrienti in energia ATP.
I progressi nella chimica e nella fisica moderne hanno recentemente permesso di chiarire la struttura spaziale di alcune grandi molecole, ad esempio molecole di un certo numero di proteine e DNA, cioè molecole contenenti informazioni genetiche.
Il prossimo passo importante nello studio della cellula è scoprire la posizione delle grandi molecole di enzimi (che sono esse stesse proteine) nelle membrane mitocondriali, dove si trovano insieme ai lipidi - una disposizione che garantisce il corretto orientamento di ciascuna molecola catalizzatrice e il possibilità della sua interazione con il successivo collegamento dell'intero meccanismo di funzionamento. Lo “schema elettrico” dei mitocondri è già chiaro!
Le informazioni moderne sulle centrali elettriche della cellula mostrano che essa lascia molto indietro non solo l'energia classica, ma anche le più recenti e molto più brillanti conquiste della tecnologia.
L'elettronica ha ottenuto risultati sorprendenti nella disposizione e nella riduzione delle dimensioni dei componenti dei dispositivi informatici. Tuttavia, tutti questi successi non possono essere paragonati all'incredibile miniaturizzazione dei più complessi meccanismi di conversione dell'energia sviluppati nel processo di evoluzione organica e presenti in ogni cellula vivente.
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Crescita abbondante di alberi grassi,
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MV Lomonosov
Come viene immagazzinata l'energia in una cellula? Cos'è il metabolismo? Qual è l'essenza dei processi di glicolisi, fermentazione e respirazione cellulare? Quali processi hanno luogo durante le fasi di luce e di buio della fotosintesi? Come sono correlati i processi del metabolismo energetico e plastico? Cos'è la chemiosintesi?
Lezione-lezione
La capacità di convertire un tipo di energia in un altro (l'energia delle radiazioni in energia dei legami chimici, l'energia chimica in energia meccanica, ecc.) è una delle proprietà fondamentali degli esseri viventi. Qui daremo uno sguardo più da vicino a come questi processi si realizzano negli organismi viventi.
L'ATP È IL PRINCIPALE VETTORE DI ENERGIA NELLA CELLULA. Per eseguire qualsiasi manifestazione dell'attività cellulare, è necessaria energia. Gli organismi autotrofi ricevono la loro energia iniziale dal Sole durante le reazioni di fotosintesi, mentre gli organismi eterotrofi utilizzano i composti organici forniti con il cibo come fonte di energia. L'energia viene immagazzinata dalle cellule nei legami chimici delle molecole ATP (adenosina trifosfato), che sono un nucleotide costituito da tre gruppi fosfato, un residuo di zucchero (ribosio) e un residuo di base azotata (adenina) (Fig. 52).
Riso. 52. Molecola di ATP
Il legame tra i residui di fosfato è detto macroergico, poiché quando si rompe viene rilasciata una grande quantità di energia. Tipicamente, la cellula estrae energia dall'ATP rimuovendo solo il gruppo fosfato terminale. In questo caso si formano ADP (adenosina difosfato) e acido fosforico e vengono rilasciati 40 kJ/mol:
Le molecole di ATP svolgono il ruolo di merce di scambio energetica universale della cellula. Vengono consegnati al sito di un processo ad alta intensità energetica, che si tratti della sintesi enzimatica di composti organici, del lavoro delle proteine - motori molecolari o proteine di trasporto di membrana, ecc. La sintesi inversa delle molecole di ATP viene effettuata attaccando un gruppo fosfato all’ADP con l’assorbimento di energia. La cellula immagazzina energia sotto forma di ATP durante le reazioni metabolismo energetico. È strettamente correlato a scambio di plastica, durante il quale la cellula produce i composti organici necessari al suo funzionamento.
METABOLISMO ED ENERGIA NELLA CELLULA (METABOLISMO). Il metabolismo è la totalità di tutte le reazioni del metabolismo plastico ed energetico, interconnesse. Le cellule sintetizzano costantemente carboidrati, grassi, proteine e acidi nucleici. La sintesi dei composti avviene sempre con dispendio di energia, cioè con la partecipazione indispensabile di ATP. Le fonti energetiche per la formazione di ATP sono reazioni enzimatiche di ossidazione di proteine, grassi e carboidrati che entrano nella cellula. Durante questo processo, l'energia viene rilasciata e immagazzinata nell'ATP. L’ossidazione del glucosio svolge un ruolo speciale nel metabolismo energetico cellulare. Le molecole di glucosio subiscono una serie di trasformazioni successive.
La prima fase, chiamata glicolisi, avviene nel citoplasma delle cellule e non richiede ossigeno. Come risultato di reazioni successive che coinvolgono gli enzimi, il glucosio si scompone in due molecole di acido piruvico. In questo caso vengono consumate due molecole di ATP e l'energia rilasciata durante l'ossidazione è sufficiente per formare quattro molecole di ATP. Di conseguenza, la produzione di energia della glicolisi è piccola e ammonta a due molecole di ATP:
C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP
In condizioni anaerobiche (in assenza di ossigeno), ulteriori trasformazioni possono essere associate a varie tipologie fermentazione.
Tutti sanno fermentazione dell'acido lattico(acidificazione del latte), che si verifica a causa dell'attività di funghi e batteri dell'acido lattico. Il meccanismo è simile alla glicolisi, solo che il prodotto finale qui è l'acido lattico. Questo tipo di ossidazione del glucosio si verifica nelle cellule quando c'è carenza di ossigeno, come nei muscoli che lavorano intensamente. La fermentazione alcolica è chimicamente vicina alla fermentazione dell'acido lattico. La differenza è che i prodotti della fermentazione alcolica sono l'alcol etilico e l'anidride carbonica.
Viene chiamata la fase successiva, durante la quale l'acido piruvico viene ossidato in anidride carbonica e acqua respirazione cellulare. Le reazioni associate alla respirazione avvengono nei mitocondri delle cellule vegetali e animali e solo in presenza di ossigeno. Questa è una serie di trasformazioni chimiche prima della formazione del prodotto finale: l'anidride carbonica. Nelle varie fasi di questo processo si formano prodotti intermedi di ossidazione della sostanza di partenza con eliminazione degli atomi di idrogeno. In questo caso si libera energia, che viene “conservata” nei legami chimici dell'ATP, e si formano molecole d'acqua. Diventa chiaro che è proprio per legare gli atomi di idrogeno separati che è necessario l'ossigeno. Questa serie di trasformazioni chimiche è piuttosto complessa e avviene con la partecipazione delle membrane interne dei mitocondri, degli enzimi e delle proteine trasportatrici.
La respirazione cellulare è molto efficiente. Vengono sintetizzate 30 molecole di ATP, altre due molecole si formano durante la glicolisi e sei molecole di ATP si formano come risultato della trasformazione dei prodotti della glicolisi sulle membrane mitocondriali. In totale, come risultato dell'ossidazione di una molecola di glucosio, si formano 38 molecole di ATP:
C6H12O6 + 6H20 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Le fasi finali dell'ossidazione non solo degli zuccheri, ma anche delle proteine e dei lipidi si verificano nei mitocondri. Queste sostanze vengono utilizzate dalle cellule soprattutto quando termina la fornitura di carboidrati. Innanzitutto viene consumato il grasso, la cui ossidazione rilascia molta più energia rispetto a un uguale volume di carboidrati e proteine. Il grasso negli animali rappresenta quindi la principale “riserva strategica” di risorse energetiche. Nelle piante l'amido svolge il ruolo di riserva energetica. Una volta immagazzinato, occupa molto più spazio rispetto alla quantità equivalente di energia del grasso. Questo non è un ostacolo per le piante, poiché sono immobili e non portano con sé provviste, come gli animali. Puoi estrarre energia dai carboidrati molto più velocemente che dai grassi. Le proteine svolgono molte funzioni importanti nell'organismo, e quindi sono coinvolte nel metabolismo energetico solo quando le risorse di zuccheri e grassi sono esaurite, ad esempio durante il digiuno prolungato.
FOTOSINTESI. Fotosintesiè un processo durante il quale l'energia dei raggi solari viene convertita nell'energia dei legami chimici dei composti organici. Nelle cellule vegetali, i processi associati alla fotosintesi si verificano nei cloroplasti. All'interno di questo organello sono presenti sistemi di membrane in cui sono incorporati i pigmenti che catturano l'energia radiante del Sole. Il pigmento principale della fotosintesi è la clorofilla, che assorbe prevalentemente i raggi blu e viola, nonché i raggi rossi dello spettro. La luce verde viene riflessa, quindi la clorofilla stessa e le parti delle piante che la contengono appaiono verdi.
Ci sono due fasi nella fotosintesi: leggero E buio(Fig. 53). L'effettiva cattura e conversione dell'energia radiante avviene durante la fase luminosa. Quando assorbe i quanti di luce, la clorofilla entra in uno stato eccitato e diventa un donatore di elettroni. I suoi elettroni vengono trasferiti da un complesso proteico all'altro lungo la catena di trasporto degli elettroni. Le proteine di questa catena, come i pigmenti, sono concentrate sulla membrana interna dei cloroplasti. Quando un elettrone si muove lungo una catena di trasportatori, perde energia, che viene utilizzata per la sintesi dell'ATP. Alcuni degli elettroni eccitati dalla luce vengono utilizzati per ridurre l’NDP (nicotinammide adenina dinucleotifosfato) o NADPH.
Riso. 53. Prodotti di reazione delle fasi chiara e oscura della fotosintesi
Sotto l'influenza della luce solare, anche le molecole d'acqua vengono scomposte nei cloroplasti - fotolisi; in questo caso compaiono elettroni che compensano le loro perdite da parte della clorofilla; Questo produce ossigeno come sottoprodotto:
Pertanto, il significato funzionale della fase luminosa è la sintesi di ATP e NADPH convertendo l'energia luminosa in energia chimica.
La luce non è necessaria affinché si verifichi la fase oscura della fotosintesi. L'essenza dei processi che si svolgono qui è che le molecole di ATP e NADPH prodotte nella fase leggera vengono utilizzate in una serie di reazioni chimiche che “fissano” la CO2 sotto forma di carboidrati. Tutte le reazioni della fase oscura hanno luogo all'interno dei cloroplasti e l'anidride carbonica ADP e NADP rilasciata durante la “fissazione” viene nuovamente utilizzata nelle reazioni della fase chiara per la sintesi di ATP e NADPH.
L’equazione generale per la fotosintesi è la seguente:
RELAZIONE E UNITÀ DEI PROCESSI DI SCAMBIO DELLA PLASTICA E DELL'ENERGIA. I processi di sintesi dell'ATP avvengono nel citoplasma (glicolisi), nei mitocondri (respirazione cellulare) e nei cloroplasti (fotosintesi). Tutte le reazioni che si verificano durante questi processi sono reazioni di scambio energetico. L'energia immagazzinata sotto forma di ATP viene consumata in reazioni di scambio plastico per la produzione di proteine, grassi, carboidrati e acidi nucleici necessari alla vita della cellula. Si noti che la fase oscura della fotosintesi è una catena di reazioni, lo scambio plastico, e la fase luminosa è lo scambio di energia.
L'interrelazione e l'unità dei processi di scambio energetico e plastico è ben illustrata dalla seguente equazione:
Leggendo questa equazione da sinistra a destra, otteniamo il processo di ossidazione del glucosio in anidride carbonica e acqua durante la glicolisi e la respirazione cellulare, associato alla sintesi di ATP (metabolismo energetico). Se lo leggi da destra a sinistra, otterrai una descrizione delle reazioni della fase oscura della fotosintesi, quando il glucosio viene sintetizzato da acqua e anidride carbonica con la partecipazione di ATP (scambio plastico).
CHEMIOSINTESI. Oltre ai fotoautotrofi, alcuni batteri (batteri dell'idrogeno, batteri nitrificanti, batteri dello zolfo, ecc.) sono anche in grado di sintetizzare sostanze organiche da quelle inorganiche. Eseguono questa sintesi grazie all'energia rilasciata durante l'ossidazione delle sostanze inorganiche. Si chiamano chemioautotrofi. Questi batteri chemiosintetici svolgono un ruolo importante nella biosfera. Ad esempio, i batteri nitrificanti convertono i sali di ammonio che non sono disponibili per l'assorbimento da parte delle piante in sali di acido nitrico, che vengono da loro ben assorbiti.
Il metabolismo cellulare è costituito da reazioni del metabolismo energetico e plastico. Durante il metabolismo energetico si formano composti organici con legami chimici ad alta energia - ATP. L'energia necessaria a questo scopo proviene dall'ossidazione dei composti organici durante le reazioni anaerobiche (glicolisi, fermentazione) e aerobiche (respirazione cellulare); dalla luce solare, la cui energia viene assorbita nella fase luminosa (fotosintesi); dall'ossidazione di composti inorganici (chemiosintesi). L'energia ATP viene spesa per la sintesi dei composti organici necessari per la cellula durante le reazioni di scambio plastico, che includono le reazioni della fase oscura della fotosintesi.
- Quali sono le differenze tra metabolismo plastico ed energetico?
- Come viene convertita l'energia della luce solare nella fase luminosa della fotosintesi? Quali processi avvengono durante la fase oscura della fotosintesi?
- Perché la fotosintesi è chiamata il processo di riflessione dell'interazione planetario-cosmica?
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