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