Základní děje na buněčné úrovni (2)

Otázka: Základní děje na buněčné úrovni

Předmět: Biologie

Přidal(a): Growler

Příjem látek buňkou

1) Pasivní transport – bez potřeby energie

Prostá difuze
- po koncentračním spádu (z vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace)
- Velmi pomalá, jen málo látek (CO2), volně procházejí steroidní hormony, alkohol, močovina
Usnadněná difuze
- Po koncentračním spádu
- Pomocí přenašečů (transportní proteiny)
- Velmi specifická
- Např. monosacharidy

2) Aktivní transport – spotřeba energie

Využívá energii z ATP
Přenos jednosměrný – pomocí přenašečů (proteiny se otočí o 180° nebo změní svůj vnitřní tvar)
Vazba přenašeč + molekula – specifická
I proti koncentračnímu spádu
Př. sodíko-draslíková pumpa u nervových buněk

3) Endocytóza

buňka přijímá makromolekulární látky přestavbou cytoplasmatické membrány
a) Pinocytóza
- Buňka pohlcuje kapénky tekutin vchlípením části plasmatické membrány
b) Fagocytóza
- Přijímání větších částic i pevných, pomocí plasmatických výběžků – panožek

Výdej látek buňkou

1) Exocytóza – opak endocytózy

Buňka vydává nepotřebné, přebytečné, škodlivé i jiné látky (hormony, protilátky)
Měchýřek z biomembrány splyne s cytoplasmatickou membránou

2) Osmóza

Pronikání molekul vody (rozpouštědla) do roztoku odděleného polopropustnou membránou, která je propustná, nepropouští však molekuly rozpuštěné látky
Daný roztok se zřeďuje, až vznikne izotonické prostředí (stejná koncentrace) na obou stranách membrány
Osmotická tlak – tlak na membránu

1) Hypotonické prostředí

Nízká koncentrace uhlíku
a) Rostlinná buňka
- Kolem nižší koncentrace
- Uvnitř buňky vysoká koncentrace
- Voda jde dovnitř
- Zvyšuje se turgor uvnitř buňky
- = deplazmolýza
b) Živočišná buňka
- Kolem nižší koncentrace
- Uvnitř buňky vysoká koncentrace
- Voda jde dovnitř
- Zvyšuje se tlak uvnitř buňky – může dojít k prasknutí
- = plazmoptýza

2) Hypertonické prostředí

a) Rostlinná buňka
- Kolem vyšší koncentrace
- Uvnitř buňky nižší koncentrace
- Voda jde ven (ředí hustou koncentraci kolem)
- = plazmolýza
b) Živočišná buňka
- Kolem vyšší koncentrace
- Uvnitř buňky nižší koncentrace
- Voda jde ven (ředí hustou koncentraci kolem)
- Buňka se scvrkne
- = plazmorýza

3) Izotonické

Voda vyváží na obou stranách stejné koncentrace

Metabolismus buňky

Přeměna látek a energií
2 děje
- Anabolismus – endergonické reakce
  - z látek jednoduchých vznikají složitější
  - Energie se spotřebovává
  - Organismus roste
- Katabolismus – exergonické reakce
  - z látek složitých vznikají jednodušší
  - Energie se uvolňuje
  - Organismus stárne
Bez trvalé dodávky energie mohou existovat jen klidová stádia
Jednotkou organizace energie metabolismu je buňka
Energie se neztrácí ani nezaniká, jen se přeměňuje
Při transformaci energie
- 1. Část se uvolňuje jako teplo – nevyužitelná energie
- 2. Volná energie = Gibbsova – schopna konat práci
  - A. nespotřebovává se
  - B. uvolňuje se, vzniká energie pro životní pochody a k syntéze ATP
ATP = adenin – ribosa – P – P – P (mezi P (fosfáty) jsou makroergní vazby)

Přijímaní energie

Fototrofní organismus – zdrojem energie sluneční záření
Chemotrofní organismus – získávají energii oxidací organických (nebo anorganických látek (sulfan)
- U chemoautotrofních organismů probíhají chemosyntézy
  - Provádějí je většinou bakterie
    - Železité bakterie – využívají oxidace Fe2+ na FE3+
    - Sirné bakterie – oxidují H2S na síru
    - Nitrifikační bakterie – oxidují NK3 na dusitany nebo až na dusičnany
    - Denitrifikační bakterie – opak – redukují dusičnany na dusitany nebo na NK3
    - Nitrogenní bakterie – poutají vzdušný dusík
C – základní prvek – podle příjmu dělíme rostliny na autotrofní a heterotrofní
- Autotrofní z CO₂ – organické látky
  - Fotoautotrofní – energie světelná
  - Chemoautotrofní (bakterie) – energie chemická
- Heterotrofní přijímají látky už vyrobené
  - Houby
  - Nezelené rostliny (př. kokotice)
  - Pletiva zelených rostlin, která nemají chrolofyl
Podle vztahu organismu ke kyslíku
- Aerobní org. – kyslík je pro ně nepostradatelný
- Anaerobní org. – kyslík nepotřebují, některé org. při styku s kyslíkem hynou
- Fakultativní (podmíněné) anaerobní organismy – preferují aerobní způsob života (energeticky výhodnější), v případě nutnosti se mohou bez kyslíku obejít (anaerobní způsob života)

Fotosyntéza

Význam:

Fotochemický a biochemický proces, podmiňuje život na Zemi
Základní metabolický proces (látková a energetická přeměna) autotrofních rostlin
Přeměna anorganických látek na látky organické (= anabolismus)
Produkuje se organická hmota, na níž jsou závislé heterotrofní organismy
Jako odpad se produkuje O₂

Chloroplasty

Gran + stroma (=matrix)

Fotosyntetický aparát

Všechny reakce probíhají v chloroplastu
- Obsahuje pigmenty, přenašeče elektronů, enzymy a další látky
1) Pigmenty = fotosyntetická barviva
- Zachycují světelné záření v rozsahu (400 -750 nm)
- Dostávají se ionizovaného stavu – ze své molekuly uvolní energeticky bohatý elektron

Chlorofyl a, b, c, d, fykocyanin, fykoerytrin, xantofyl, karotenoidy
- Absorbovat dopadající foton může jenom chlorofyl typu a – ostatní jen foton předávají
2) Přenašeče
- Zachycují uvolněný elektron z chlorofylu a postupně si ho předávají
- = střídavě se oxidují a redukují = systém redoxní reakce
- Při reakcích se uvolňuje energie k syntéze ATP = fosforylace

6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O (za přítomnosti chlorofylu a světla)

Průběh

1. Primární procesy = světelná fáze

Za přítomnosti světla = fotochemické procesy
Probíhají v granech chloroplastů
Zahrnují
- a) Fotolýzu vody = Hillova reakce
  - - Energie fotonů se použije ke štěpení vody
    - H₂O → ½ O₂ + 2H + 2e^–
  - H se použije do dalších fází fotosyntézy
  - O₂ se uvolňuje do ovzduší
  - 2e^– doplní chybějící e v necyklické fosforylaci
- b) Fotosyntetická fosforylace
  - Cyklická
    - Dopadající světlo excituje 2 molekuly chlorofylu a fotosystému I
      - Ty odevzdají 2 energeticky bohaté e^– přenašečů, které je dovedou zpět do chlorofylu
    - Uvolněná energie – pro vznik ATP
  - Necyklická
    - 2e^– uvolněné z chlorofylu a fotosystému II předány na koenzym NADP⁺ (nikotinamidadenindinukleotid fosfát)
      - Tím se redukuje a váže H⁺ uvolněné při fotolýze vody
      - Mění se na NADPH + H⁺

Fotosystém I = chlorofyl absorbuje nejvíce záření a vlnové délce 700nm

Fotosystém II = chlorofyl absorbuje nejvíce záření a vlnové délce 680nm

2. Sekundární procesy = temnostní fáze

Spojeny s přeměnou látek = biochemické procesy
Využívá se energie vázaná v ATP (vznikla v primárních procesech)
Probíhá ve stromatu (matrix) chloroplastu
Dochází k redukci CO₂ vodíkem z NADPH + H⁺ na cukry
Redukovaná může být jen molekula CO₂, která se stane součástí molekuly organické látky
Cukr je přeměněn na asimiláty (škrob, bílkoviny, tuky …) (glukosa není asimilát fotosyntézy)
2 způsoby
- 1. Calvinův cyklus
  - CO₂ se váže na pětiuhlíkatý cukr = ribulózobisfosfát
  - Ze 6 molekul pentózy a 6 molekul CO₂ vznikne 6 molekul hexózy
    - 1 molekula je „čistý zisk“, 5 molekul se mění na 6 pentóz
  - Tento způsob se označuje jako C₃ cesta (převažují tříuhlíkaté sloučeniny)
    - Rostliny využívající tento způsob = C₃ – rostliny (většina kulturních rostlin – obilniny, řepa, slunečnice)
    - Nevýhody – více než 50 % vyrobených produktů rostlin souběžně spotřebovávají
      - Dalších 50 % ukládají do zásob
- 2. Hatch-Slackův cyklus
  - CO₂ se váže na fosfoenolpyruvát
  - Meziprodukty jsou čtyřuhlíkaté = C₄ cesta
    - Rostliny využívají tento způsob = C₄ – rostliny
      - Cukrová třtina, kukuřice
    - Mají efektivnější metabolismus – většinu látek ukládají do zásob

Faktory, které ovlivňují fotosyntézu

Vnitřní faktory
- Stáří listů
- Množství chlorofylu
Vnější faktory
- Světlo (380-760nm vlnová délka)
- Koncentrace CO₂
- Teplota (15-20°C)
- Voda

Dýchání

= respirace
Opačný děj fotosyntézy
Nejdůležitější katabolický proces
Umožňuje organismům využívat organické látky uložené v těle jako zdroj energie k životu

Průběh

1) Anaerobní fáze = glykolýza
- Probíhá bez kyslíku
- V cytoplazmě buněk
- Z glukosy (6C) se odštěpí H⁺ + e^– → navazují se na koenzymy
- Vznikne kyselina pyrohroznová (3C) + 2 molekuly ATP
  - Vstupuje do procesu kvašení = fermentace
    - Př. octové, mléčné, alkoholové kvašení
    - Energeticky nevýhodné
2) Aerobní fáze
- Probíhá za přítomnosti kyslíku
- Probíhá v mitochondriích
- Produkty anaerobní fáze vstupují do Krebsova cyklu = cyklus kyseliny citrónové
- Kyselina pyrohroznová je odbourávána na 2C sloučeninu = kyselina octová → na její aktivní formu = acetyl koenzym A (AcCoA) – jediný schopný zahájit Krebsův cyklus
- Odštěpení CO₂ = dekarboxylace
- Odštěpení H₂ = dehydrogenace
- Koenzym + H⁺ vstupuje do dýchacího řetězce → oxidace O₂ → vzniká H₂O + 36 molekul ATP
- Rovnice aerobního dýchání:
  - C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energie
- Do mitochondrie vstupuje:
  - Kyslík
  - Glukosa (2 molekuly kyseliny pyrohroznové)
  - Voda
  - AMP (adenozin mono fosfát)
  - ATP
    - Adenin + ribóza + P-P-P
    - mezi P – makroerbní vazby = vazby bohaté na energii
    - odštěpením fosfátového zbytku získáme energii 50kJ → ADP → AMP
- Z mitochondrie vystupuje
  - CO₂
  - Voda
  - Energie ve formě ATP

Faktory ovlivňující dýchání

Vnitřní faktory
- Fyziologický stav
- Stáří rostliny (nejintenzivněji mladé rostoucí rostliny, klíčící semena)
Vnější faktory
- Teplota
- Obsah kyslíku v prostředí

Srovnání Fotosyntézy a Dýchání

Fotosyntéza

Anabolismus
Energie – se spotřebovává
Zásobní látky – se hromadí – rostlina roste
O₂ – se uvolňuje
Probíhá – v buňkách s fotosyntetickými barvivy
CO₂ – do reakce vstupuje

Dýchání

Katabolismu
Energie – se uvolňuje
Zásobní látky – se odbourávají – hmotnost rostliny se snižuje
O₂ – se spotřebovává
Probíhá – ve všech buňkách
CO₂ – se z reakce uvolňuje

Spotřeba energie

1. Biosyntézy
- Náročné na energii
- Probíhají trvale na všech aktivních buňkách
- Velmi intenzivní u buněk, které se rozmnožují
2. Transport
- … látek přes membrány
3. Pohyb
- Organel, svalových buněk, rozestup chromozomů
4. Světélkování = bioluminiscence
5. Elektrická energie
6. Teplo

Enzymová katalýza

Všechny chemické reakce jsou urychlovány katalyzátory = enzymy
Složení:
- a) Část bílkovinná = apoenzym
- b) Část nebílkovinná = kofaktor (kovové ionty)
enzymová katalýza je specifická
- Funkční specifita – určitý enzym katalyzuje pouze určitý typ reakce
- Substrátová specifita – enzym katalyzuje určitou chemickou reakci pouze na určitém substrátu

Další podobné materiály na webu: