Die Menge aller Werte thermodynamischer Parameter, die zur Beschreibung des Systems erforderlich sind, wird aufgerufen thermodynamischer Zustand .

Die physikalische Eigenschaft des Systems, deren Änderung während des Übergangs des Systems von einem Zustand in einen anderen durch die Werte der Parameter des Anfangs- und Endzustands bestimmt wird und nicht vom Übergang abhängt, wird genannt staatliche Funktion (Thermodynamisches Potenzial).

Die staatlichen Funktionen sind:

· innere Energie;

· Enthalpie;

· Entropie;

· freie Energie;

chemische und elektrochemische Potentiale.

Man nennt die Menge einer Menge, die pro Zeiteinheit über eine bestimmte Fläche transportiert wird fließen dieser Wert.

Das Phänomen, bei dem ein Prozess den Fluss des zweiten Prozesses energetisch bereitstellt, wird als Konjugation .

Der Prozess, der die Energiequelle ist, heißt ...
konjugieren. Der Prozess, der Energie verbraucht, wird aufgerufen konjugieren .

Erster und zweiter Hauptsatz der Thermodynamik. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, der wie folgt lautet: Die dem System zugeführte Wärme wird zur Erhöhung der inneren Energie des Systems und zur Verrichtung von Arbeit an äußeren Kräften durch das System aufgewendet, jedoch können verschiedene Arten von Energie ineinander übergehen während dieser Umwandlungen verschwindet Energie nicht und erscheint nicht aus dem Nichts. Das bedeutet für ein geschlossenes System
∆U = ∆Q –W, wobei ∆U die Änderung der inneren Energie des Systems ist; ∆Q ist die vom System aufgenommene Wärme; W ist die vom System verrichtete Arbeit. [Innere Energie unterscheidet sich von Wärme und Arbeit dadurch, dass sie sich beim Übergang von einem Zustand in einen anderen immer gleich ändert, unabhängig vom Übergangsweg!].

Die Änderung der thermischen Energie ∆Q eines isolierten Systems ist proportional zur absoluten Temperatur T, also ∆Q = T ∙ ∆S, wobei ∆S der Proportionalitätsfaktor ist, der als Entropieänderung bezeichnet wird.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik existiert in zwei Formulierungen. Die erste Formulierung (Clausius-Formel) lautet: Eine spontane Wärmeübertragung von Körpern mit niedrigerer Temperatur auf Körper mit höherer Temperatur ist unmöglich. Die zweite Formulierung (Formulierung von Thomson) besagt, dass es unmöglich ist, ein Perpetuum Mobile der Art ĪĪ, also einen solchen Kreisprozess, zu schaffen, bei dem die gesamte vom System aufgenommene Wärme für die Verrichtung von Arbeit aufgewendet würde. Nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nimmt die Entropie eines isolierten Systems bei einem irreversiblen Prozess zu und bleibt bei einem reversiblen Prozess unverändert. Die Entropie ist eine Funktion des Zustands des Systems, deren Differential in einem unendlich kleinen reversiblen Prozess gleich dem Verhältnis der unendlich kleinen dem System zugeführten Wärmemenge zur absoluten Temperatur des letzteren ist (ΔS=ΔQ:T ). Die Einheit der Entropie ist J/K. Die Entropie ist ein Maß für die Unordnung eines Systems: Nimmt die Entropie zu, bedeutet dies, dass das System dazu neigt, mit höherer thermodynamischer Wahrscheinlichkeit in einen Zustand überzugehen, also in einen Zustand geringerer Ordnung. Die Schlussfolgerung folgt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik: Bei konstanter Temperatur kann thermische Energie nicht in mechanische Arbeit umgewandelt werden. Da thermische Energie auf die chaotische Bewegung von Teilchen zurückzuführen ist, ist die Summe der Geschwindigkeitsvektoren dieser Teilchen in jeder Richtung gleich Null. In mechanischer Arbeit kann nur die Energie umgewandelt werden, die die unidirektionale Bewegung von Körpern darstellt (die kinetische Energie eines fliegenden Körpers, die Energie von sich bewegenden Ionen oder Elektronen in einem elektrischen Feld).

Schlussfolgerung nach zwei Gesetzen:

Der erste Hauptsatz stellt eine quantitative Beziehung zwischen Wärme, Arbeit und Änderung der inneren Energie her, bestimmt aber nicht die Richtung des thermodynamischen Prozesses. Es wird immer und für beliebige Systeme ausgeführt. Grundbeziehung der Thermodynamik: TΔS ≥ ΔU+W.

Der zweite Hauptsatz ist statistisch und gilt für Systeme mit einer großen, endlichen Anzahl von Teilchen. Es zeigt die wahrscheinlichste Richtung des Prozesses an. Wenn festgestellt wird, dass dieser Prozess unmöglich ist, sollte verstanden werden, dass die Wahrscheinlichkeit seines Abschlusses existiert, aber vernachlässigbar ist.

Tabelle 1. Thermodynamische Potentiale

Energieumwandlung in einer lebenden Zelle. In einer lebenden Zelle wird die in organischen Verbindungen gespeicherte chemische Energie in osmotische, elektrische und mechanische Energie umgewandelt. So wird beispielsweise die chemische Energie der Glukose während der zellulären Oxidation teils in Wärme, teils in die Energie makroerger Bindungen von ATP umgewandelt. Aufgrund der Hydrolyse von ATP können Substanzen von einem Bereich niedrigerer in einen Bereich höherer Konzentration (osmotische Arbeit), die Übertragung von Ionen in einen Bereich höherer Konzentration übertragen werden elektrisches Potential (elektrische Arbeit), im tierischen Körper - Muskelkontraktion (mechanische Arbeit). Dabei wird ein Teil der chemischen Energie von ATP in osmotische, elektrische und mechanische Energie umgewandelt.

Freie Energie und elektrochemisches Potential. Die elektrische, osmotische und chemische Energie der Zelle wird genutzt, um Arbeit zu verrichten, also Teilchen gegen die auf sie einwirkenden Kräfte zu bewegen. Ein quantitatives Maß für die Umwandlung dieser Energiearten ist die Änderung der freien Energie (∆F). ΔF ist die freie Helmholtz-Energie (ΔF = ΔU - TΔS). Da es auf die Prozessbedingungen ankommt, insbesondere auf die Konzentration der reagierenden Stoffe, begann man, das sogenannte thermodynamische Gibbs-Potential von 1 Mol des Stoffes ΔG zu verwenden. In der Chemie heißt es für ungeladene Teilchen das chemische Potential - μ, für geladene Teilchen - das elektrochemische Potential - μ.

Der Ablauf chemischer Reaktionen in der flüssigen Phase verändert den Druck nicht, kann aber das Volumen verändern. Daher wird für solche Systeme anstelle der Änderung der inneren Energie die Änderung der Enthalpie (∆H) verwendet, die gleich ∆U + p∆V ist, wobei p der Druck und ∆V die Volumenänderung ist. [Anmerkung: Enthalpie ist eine Funktion des Zustands eines thermodynamischen Systems mit unabhängigen Entropieparametern und Druck]. Gemäß den Gesetzen der Thermodynamik besteht eine Beziehung zwischen der Änderung der inneren Energie und der Änderung der Enthalpie: ∆G = ∆H -T∆S (bei t und p = const), wobei ∆G das thermodynamische Gibbs-Potential ist, ∆H ist die innere Energie, T * ∆S ist die thermische Energie.

In physikalisch-chemischen Systemen wird die Änderung der freien Energie üblicherweise durch die Änderung des elektrochemischen Potentials (∆μ) beschrieben: ∆G=m∙∆μ, wobei m die Stoffmenge (Mol) im System ist. Die Änderung des elektrochemischen Potentials beim Übergang des Systems von Zustand 1 in Zustand 2 wird durch die Änderung der chemischen, osmotischen und elektrischen Energie bestimmt: ∆μ \u003d μ 02 -μ 01 + RT ln (c 2 / c 1) + zF (φ 2 - φ 1). Dann ist ∆G = m μ 02 – μ 01 + RT ln (c 2 /c 1) + zF (φ 2 – φ 1).

Die physikalische Bedeutung des elektrochemischen Potentials ist, dass seine Änderung gleich der Arbeit ist, die aufgewendet werden muss, um:

1. synthetisiere 1 mol eines Stoffes (Zustand 2) aus den Ausgangsstoffen (Zustand 1) und bringe ihn in ein Lösungsmittel (Term μ 02 -μ 01) - chemische Arbeit;

2. Konzentration der Lösung von Konzentration von 1 auf s 2 [Term RT ln (c 2 /c 1)] – osmotische Arbeit;

3. Überwindung der Kräfte der elektrischen Abstoßung, die bei Vorhandensein einer Potentialdifferenz (φ 2 -φ 1) zwischen Lösungen entstehen [Term zF (φ 2 -φ 1] - elektrische Arbeit.

Es ist zu beachten, dass Begriffe sowohl positiv als auch negativ sein können.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik und die Gleichgewichtsbedingung. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die freie Energie in einem isolierten System nicht zunehmen kann. Mit anderen Worten, in einem System mit ∆H = 0, ∆G = -T∆S ≤0. Solange Energieumwandlungen in diesem System mit Übergängen verschiedener Energiearten ineinander ohne deren Umwandlung in Wärme einhergehen, also ∆G=0, sind alle diese Prozesse reversibel. Sobald aber ein Teil der Energie in Wärme übergeht, wird der Prozess irreversibel. Das Konzept der Prozessreversibilität ist mit dem Konzept des dynamischen Gleichgewichts verbunden. Gleichgewicht ist ein solcher Zustand des Systems, in dem sich jedes Teilchen von einem Zustand 1 zu einem Zustand 2 und umgekehrt bewegen kann, aber im Allgemeinen ändert sich das Verhältnis von Zustand 1 und Zustand 2 im System nicht. In physikalisch-chemischen Systemen befinden sich Prozesse im Gleichgewicht, bei denen ∆μ = ∆G / m = 0, dh μ 02 -μ 01 + RT ln (c 2 / c 1) + zF (φ 2 -φ 1) = 0 .

Substrate und Produkte einer biochemischen Reaktion oder Ionen auf beiden Seiten der Membran können im Gleichgewicht sein. Daher gibt es Anwendungen für die Gleichung, die den Gleichgewichtszustand des Systems beschreibt:

1. chemische Gleichgewichtskonstantengleichung: ∆μ 0 = -RT lnK, wobei K die Gleichgewichtskonstante ist;

2. Gleichung des Gleichgewichtsmembranpotentials (Nernst-Gleichung): Ist die Zellmembran für ein beliebiges Ion durchlässig, so stellt sich auf der Membran ein Gleichgewichtsmembranpotential ein: φ Μ = φ 1 –φ 2 = RT / zF lnc 1 / c 2, bei einer Temperatur von 37 ° C 0 φ Μ \u003d 60 ln (s 1 / s 2) mV. Für eine kürzere Schreibweise wurde der Begriff eines dimensionslosen Potentials ψ Μ eingeführt, das gleich ln(с 1 /с 2) ist, dann sieht die Nernst-Gleichung so aus ψ Μ = ψ 1 - ψ 2 = ln(с 1 /с 2).

3. Boltzmann-Verteilung: Gibt es im Molekül zwei energieelektronische Niveaus mit den Energien E 1 und E 2, dann findet man die Besetzung dieser Niveaus mit Elektronen im Gleichgewichtszustand: ∆E = E 2 - E 1.

Experimentelle Bestimmung thermodynamischer Parameter biologischer Systeme. Zur Bestimmung der thermodynamischen Parameter biologischer Systeme werden zwei Methoden eingesetzt: Bestimmung der Wärmeproduktion (Kalorimetrie) und Messung von Gleichgewichtskonstanten. Da das Objekt im Kalorimeter keine Arbeit leistet, kann die Energieänderung (Enthalpie) gleich der freigesetzten Wärmemenge ∆Q betrachtet werden. So findet man die Enthalpieänderung ∆H während des untersuchten biophysikalischen Prozesses oder der biochemischen Reaktion. Eine andere Methode zur Untersuchung thermodynamischer Parameter basiert auf der Messung der Gleichgewichtskonstanten bei verschiedenen Temperaturen. Diese Methode ist aber nur geeignet, wenn die Enthalpieänderung und die Entropieänderung nicht von der Temperatur abhängen. In diesem Fall wird die Van't Hoff-Gleichung verwendet: lnK = -∆H/RT + ∆S/R (für ein Mol einer Substanz).

Organismen als thermodynamische Systeme. Bei der Anwendung der Thermodynamik auf biologische Systeme müssen die Besonderheiten der Organisation lebender Systeme berücksichtigt werden:

1) biologische Systeme sind offen für Materie- und Energieströme;

2) Prozesse in lebenden Systemen sind irreversibel;

3) lebende Systeme sind weit vom Gleichgewicht entfernt;

4) biologische Systeme sind heterophasisch, strukturiert, und einzelne Phasen können eine kleine Anzahl von Molekülen aufweisen.

All dies unterscheidet biologische Systeme von Systemen, die isoliert und nahe an einem Gleichgewichtszustand sind. Daher ist es für eine adäquatere Beschreibung der Eigenschaften lebender Systeme notwendig, die Thermodynamik irreversibler Prozesse anzuwenden. Im Gegensatz zur klassischen Thermodynamik wird in der Thermodynamik irreversibler Prozesse der zeitliche Ablauf von Prozessen betrachtet. Das grundlegende Konzept in der klassischen Thermodynamik ist das Konzept eines Gleichgewichtszustands. Ein wichtiges Konzept in der Thermodynamik irreversibler Prozesse ist das Konzept eines stationären Zustands eines Systems.

Hinweis: Es muss berücksichtigt werden, dass ein lebender Organismus sich ständig weiterentwickelt und verändert und somit insgesamt kein stationäres System ist. In diesem Fall gibt es eine Toleranz: Für ein kurzes Zeitintervall wird der Zustand einiger seiner Abschnitte als stationär angenommen.

Im Gegensatz zum thermodynamischen Gleichgewicht ist der stationäre Zustand gekennzeichnet durch

ein ständiger Zufluss von Substanzen in das System und die Entfernung von Stoffwechselprodukten;

konstante Kosten für freie Energie, die die Konstanz der Stoffkonzentrationen im System aufrechterhalten;

· Konstanz der thermodynamischen Parameter (einschließlich innerer Energie und Entropie).

Das System im stationären Zustand kann entweder geschlossen oder offen sein. Ein offenes System kann nur durch den Energiezufluss von außen und den Energieabfluss in die Umgebung bestehen. In biologischen Systemen sind die wichtigsten Strömungen Stoff- und Ladungsströme.

Stoffströme durch Diffusion und Elektrodiffusion. eines. Die Hauptantriebskraft beim Partikeltransport durch einfache Diffusion ist der Konzentrationsgradient. Der Stofffluss infolge Diffusion durch die Zellmembran berechnet sich nach dem Fickschen Gesetz für den passiven Stofftransport durch die Membran: D der Diffusionskoeffizient ist; K ist der Verteilungskoeffizient der Substanz zwischen der Membran und der umgebenden wässrigen Phase; l ist die Membrandicke; cv ist die Partikelkonzentration innerhalb der Zelle; с ext ist die Partikelkonzentration außerhalb der Zelle; P ist der Durchlässigkeitskoeffizient. Betrachtet man die Diffusion unter dem Gesichtspunkt der Energieumwandlung, so muss die Berechnung nach folgender Gleichung erfolgen: Φ = – uc (dG/dx), wobei u = D/RT der von der Diffusion abhängige Proportionalitätskoeffizient ist Geschwindigkeit von Molekülen und wird als Mobilität bezeichnet. Der Durchfluss ist also proportional zur Konzentration des Stoffes und dem Gradienten des thermodynamischen Potentials in Stromrichtung.

2. Die Hauptantriebskraft bei der Übertragung geladener Teilchen in Abwesenheit eines Konzentrationsgradienten ist das elektrische Feld. In diesem Fall wird die Theorell-Gleichung verwendet: Φ = – cu (dμ/dx), wobei μ das elektrochemische Potential ist. Somit ist der Fluss gleich dem Produkt aus Trägerkonzentration, seiner Mobilität und dem Gradienten seines elektrochemischen Potentials. Das „–“-Zeichen zeigt an, dass die Strömung in Richtung abnehmenden μ gerichtet ist. Außerdem wird die Nernst-Planck-Elektrodiffusionsgleichung verwendet: Φ = –uRT (dc/dx) –cuz Fdφ/dx.

Strömungen und thermodynamische Kräfte, die den Ablauf lebenswichtiger Prozesse bestimmen, sind in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3. Konjugierte Strömungen und Kräfte in der Nichtgleichgewichtsthermodynamik

Stationäre Thermodynamik. Offene Systeme haben spezifische Merkmale: Konjugation von Strömungen und Entstehung stationärer Zustände. Diese Eigenschaften offener Systeme werden durch die Thermodynamik linearer irreversibler Prozesse erklärt. Es beschreibt den gleichzeitigen Ablauf verschiedener zusammenhängender stationärer Prozesse. Die Theorie der Thermodynamik linearer irreversibler Prozesse wurde von Onsager formuliert. Die experimentelle Grundlage dieser Theorie sind die phänomenologischen Gesetze, die einen linearen Zusammenhang zwischen den Strömungen und den sie verursachenden Kräften herstellen (siehe Tabelle 2). Nehmen wir an, dass es im System zwei Strömungen gibt – Wärmestrom (Φ 1) und Diffusionsmassenstrom (Φ 2) und zwei verallgemeinernde Kräfte – Temperaturdifferenz X 1 und Konzentrationsdifferenz X 2 . Nach Onsager hängt in einem offenen System jede Strömung von allen vorhandenen Kräften ab und umgekehrt, d.h.

Φ 1 \u003d L 11 X 1 + L 12 X 2

Φ 2 \u003d L 21 X 1 + L 22 X 2,

wobei L 12 und andere die Proportionalitätskoeffizienten zwischen Durchfluss 1 und Kraft 2 usw. sind.

Diese Gleichungen werden als phänomenologische Onsager-Gleichungen bezeichnet. Sie zeigen die Abhängigkeit von Eingangs- und Ausgangsströmen sowohl von konjugierten als auch von nicht-konjugierten Kräften an. Wie Onsager gezeigt hat, sind die Proportionalitätskoeffizienten zwischen den Flüssen nahe dem Gleichgewicht einander gleich (L 12 = L 21). Mit anderen Worten, eine gleiche Aktion verursacht eine gleiche Reaktion. Beispielsweise ist die Verzögerungswirkung, die ein sich bewegendes Lösungsmittel auf einen gelösten Stoff hat, gleich dem Widerstand, den der gelöste Stoff auf das Lösungsmittel hat.

In der Natur gibt es eine Situation, in der Flüsse, die mit einer Erhöhung der Energie einhergehen, nicht von selbst gehen können, sondern unter der Wirkung von Kräften fließen können. Dieses Phänomen wird Konjugation von Flüssen genannt. Das Kriterium für die Möglichkeit der Konjugation von Strömungen im System ist der positive Wert der dissipativen Funktion ψ = Τ/V dS/dt ≥ 0, wobei Τ die absolute Temperatur ist; dS/dt ist die Entropieerzeugungsrate; V ist das Volumen des Systems.

Die dissipative Funktion ist ein Maß für die Dissipation der Systemenergie in Wärme. Sie bestimmt die Zuwachsrate der Entropie in einem System, in dem irreversible Prozesse ablaufen. Je höher der Wert der dissipativen Funktion, desto schneller wird Energie aller Art in Wärme umgewandelt. Außerdem bestimmt die dissipative Funktion die Möglichkeit eines spontanen Ablaufs des Prozesses: für ψ>0 ist der Prozess möglich, für ψ<0 – нет.

Die Thermodynamik zeigt, dass, wenn das System nicht im Gleichgewicht, aber nahe am Gleichgewicht ist, ψ durch die Summe der Produkte verallgemeinerter Kräfte - Xi und verallgemeinerter Strömungen - Φi dargestellt werden kann, dh die Summe der Potenzen der Prozesse ψ = ∑ΦiXi ≥0. Der positive Wert der dissipativen Funktion ψ bedeutet, dass in jedem Energiewandler die Eingangsleistung die Ausgangsleistung übersteigen muss. Bei den meisten biologischen Prozessen wird chemische Energie in osmotische, elektrische und mechanische Energie umgewandelt. Bei all diesen Prozessen wird ein Teil der chemischen Energie in Wärme umgewandelt. Bei biologischen Prozessen beträgt der Kopplungswirkungsgrad 80–90 %, dh nur 10–20 % der Energie werden in Wärme umgewandelt.

Der stationäre Zustand eines offenen Systems wird durch den Satz von Prigogine charakterisiert: In einem stationären Zustand mit festen äußeren Parametern ist die Rate der Entropieproduktion im System zeitlich konstant und minimal in der Größe.

Wenn das Kriterium für die Entwicklung eines Systems in der klassischen Thermodynamik darin besteht, dass die Entropie für irreversible Prozesse in einem isolierten System gegen einen maximalen Wert ( Clausius-Kriterium), dann tendiert in einem offenen System die Entropieproduktion zu einem Minimum ( Prigogines Kriterium). Prigogines Kriterium (Δψ>0) - Stabilitätskriterium - bei Abweichung vom stationären Zustand Δψ<0. Это является доказательством того, что второй закон термодинамики выполняется в живой природе.

Aus dem Satz von Prigogine folgt, dass sich das System, wenn es aus dem stationären Zustand genommen wird, ändert, bis die spezifische Rate der Entropieproduktion den kleinsten Wert annimmt. Das heißt, bis die dissipative Funktion ein Minimum erreicht.

Wege der Energieumwandlung in einer lebenden Zelle. Der molekulare Mechanismus der Kopplungsreaktionen von Oxidation und Phosphorylierung wurde 1976 von Mitchell entschlüsselt. Der Autor entwickelte die chemiosmotische Theorie der oxidativen Phosphorylierung. Der zweite Teil von Mitchells Theorie ist, dass es in der Membran eine asymmetrische ATPase gibt, die reversibel arbeitet, also auch eine ATP-Synthetase sein kann:

ATP + HOH (atp-ase) ADP + F + 2H +

Die Asymmetrie in der Wirkung von ATPase ist die

a) Während der ATP-Hydrolyse werden das Proton H+ und Hydroxyl OH- auf gegenüberliegenden Seiten der Membran eingefangen;

b) Während der Synthese von ATP dissoziiert Wasser in OH-, das auf der saureren Seite aus der Membran eintritt, und H+, das in die entgegengesetzte Richtung diffundiert.

Im Allgemeinen wird der Prozess der ADP-Phosphorylierung aufgrund einer Änderung der freien Energie während der Neutralisation des OH-Ions in einer sauren Umgebung und des H+-Ions in einer alkalischen Umgebung durchgeführt.

Aus Sicht der Energieumwandlung besteht der Prozess der oxidativen Phosphorylierung aus zwei Stufen:

1. Die Umwandlung der chemischen Energie des Elektronentransfers in Energie, die mit der Differenz der elektrochemischen Potentiale von Protonen als Ergebnis der Konjugation des Elektronentransfers entlang der Atmungskette und des Protonentransfers durch die Membran verbunden ist. In diesem Fall: Δμ H+ = FΔφ M + RT ln ( 1 / 2), wobei Δμ H+ die Differenz der elektrochemischen Potentiale ist; Δφ M ist die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Außen- und Innenseite der Mitochondrienmembran; ( 1 und 2 sind Protonenkonzentrationen in der Umgebung und in Mitochondrien.

2. Die Umwandlung von Energie, bestimmt durch die Differenz der elektrischen Potentiale, in die chemische Energie der makroergen Bindung von ATP (Konjugation der Übertragung von 2H + und der Synthese eines ATP-Moleküls aus ADP und Phosphat). Dies kann bedingt als Δμ H+ → QUOTE ~ ~ dargestellt werden.

Es wurde nun gezeigt, dass bei Vorhandensein eines Unterschieds in den elektrochemischen Potentialen von H + auf der Kopplungsmembran nicht nur chemische Arbeit (Synthese von ATP), sondern auch osmotische Arbeit (beim Transport verschiedener Verbindungen durch Membranen), mechanische Arbeit (Bewegung der Geißeln bei Bakterien) und es wird auch Wärme freigesetzt (thermoregulatorische Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung).

Symbolisch kann die chemiosmotische Theorie der Konjugation der Prozesse der Oxidation (dh Elektronenübertragung - e) und Phosphorylierung (Synthese von Makroergs - QUOTE ~ ~) als Diagramm dargestellt werden e ZITAT ∆μ H+ ZITAT ZITAT ~~. Aus diesem Schema ergeben sich folgende Hauptkonsequenzen der chemiosmotischen Theorie:

1. Wenn Δμ H+ = 0 ist, findet während des Elektronentransfers keine ATP-Synthese statt.

2. Während des Betriebs der Atmungskette wird das Membranpotential erzeugt (å→Δφ M).

3. Die Erzeugung eines ausreichenden elektrischen Potentials an der Energiekopplungsmembran mit dem „+“-Zeichen außen führt zur Synthese von ATP aus ADP und Orthophosphat (Δφ M → QUOTE ~) ~).

4. Aufgrund des Membranpotentials ist es möglich, den Elektronenfluss in der Atmungskette zu stoppen und sogar „umzukehren“ (Δφ M →e).

5. Bei der Hydrolyse von ATP an der konjugierenden Membran entsteht das Membranpotential (QUOTE ~ ~ → Δφ M).

Die Hauptarbeitsarten in einer lebenden Zelle - elektrisch und osmotisch - werden also unter direkter Beteiligung biologischer Membranen durchgeführt. Die Prozesse des Auf- und Abbaus von ATP spielen eine zentrale Rolle für die Energieversorgung der Zelle. In der Zelle ist ATP ein Akkumulator chemischer Energie.

Energie wird für verschiedene chemische Reaktionen verbraucht, die in der Zelle stattfinden. Einige Organismen nutzen die Energie des Sonnenlichts für biochemische Prozesse – das sind Pflanzen, während andere die Energie chemischer Bindungen in Substanzen nutzen, die bei der Ernährung gewonnen werden – das sind tierische Organismen. Stoffe aus Lebensmitteln werden durch Spaltung oder biologische Oxidation im Prozess der Zellatmung extrahiert.

Die Zellatmung ist ein biochemischer Prozess in einer Zelle, der in Gegenwart von Enzymen abläuft, wodurch Wasser und Kohlendioxid freigesetzt werden und Energie in Form von makroenergetischen Bindungen von ATP-Molekülen gespeichert wird. Findet dieser Vorgang in Gegenwart von Sauerstoff statt, so spricht man von „aerob“. Tritt sie ohne Sauerstoff auf, spricht man von „anaerob“.

Die biologische Oxidation umfasst drei Hauptstufen:

1. Vorbereitend,

2. anoxisch (Glykolyse),

3. Vollständige Zersetzung organischer Substanzen (in Gegenwart von Sauerstoff).

Vorbereitungsphase. Mit der Nahrung aufgenommene Substanzen werden in Monomere zerlegt. Dieses Stadium beginnt im Magen-Darm-Trakt oder in den Lysosomen der Zelle. Polysaccharide werden in Monosaccharide, Proteine ​​in Aminosäuren, Fette in Glycerine und Fettsäuren zerlegt. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Wärme abgeführt. Es sollte beachtet werden, dass Zellen Kohlenhydrate für Energieprozesse verwenden und vorzugsweise Monosaccharide. Und das Gehirn kann für seine Arbeit nur das Monosaccharid - Glukose - verwenden.

Glukose wird durch Glykolyse in zwei Moleküle Brenztraubensäure mit drei Kohlenstoffatomen zerlegt. Ihr weiteres Schicksal hängt von der Anwesenheit von Sauerstoff in der Zelle ab. Wenn Sauerstoff in der Zelle vorhanden ist, gelangt Brenztraubensäure in die Mitochondrien zur vollständigen Oxidation zu Kohlendioxid und Wasser (aerobe Atmung). Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, wird Brenztraubensäure in tierischen Geweben zu Milchsäure. Dieses Stadium findet im Zytoplasma der Zelle statt. Die Glykolyse produziert nur zwei ATP-Moleküle.

Sauerstoff ist für die vollständige Oxidation von Glukose unerlässlich. In der dritten Stufe in den Mitochondrien wird Brenztraubensäure vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Dadurch werden weitere 36 ATP-Moleküle gebildet.

Insgesamt werden aus einem Glucosemolekül in drei Stufen 38 ATP-Moleküle gebildet, wobei die beiden ATP-Moleküle berücksichtigt werden, die bei der Glykolyse gewonnen werden.

Damit haben wir die in Zellen ablaufenden Energieprozesse betrachtet. Die Stadien der biologischen Oxidation wurden charakterisiert. Damit endet unsere Lektion, alles Gute für Sie, auf Wiedersehen!

Der Unterschied zwischen Atmen und Brennen. Die in der Zelle stattfindende Atmung wird oft mit dem Verbrennungsprozess verglichen. Beide Prozesse finden in Gegenwart von Sauerstoff unter Freisetzung von Energie und Oxidationsprodukten statt. Im Gegensatz zur Verbrennung ist die Atmung jedoch ein geordneter Prozess biochemischer Reaktionen, die in Gegenwart von Enzymen ablaufen. Bei der Atmung entsteht Kohlendioxid als Endprodukt der biologischen Oxidation und bei der Verbrennung erfolgt die Bildung von Kohlendioxid durch direkte Verbindung von Wasserstoff mit Kohlenstoff. Auch während der Atmung wird eine gewisse Menge an ATP-Molekülen gebildet. Das heißt, Atmung und Verbrennung sind grundlegend unterschiedliche Prozesse.

biomedizinische Bedeutung. Für die Medizin ist nicht nur der Stoffwechsel von Glucose wichtig, sondern auch von Fructose und Galactose. Besonders wichtig in der Medizin ist die Fähigkeit, ATP in Abwesenheit von Sauerstoff zu bilden. Dies ermöglicht es, die intensive Arbeit des Skelettmuskels bei Bedingungen einer unzureichenden Effizienz der aeroben Oxidation aufrechtzuerhalten. Gewebe mit erhöhter glykolytischer Aktivität können in Zeiten von Sauerstoffmangel aktiv bleiben. Im Herzmuskel sind die Möglichkeiten der Glykolyse begrenzt. Es ist schwierig, eine beeinträchtigte Blutversorgung zu tolerieren, was zu Ischämie führen kann. Aufgrund des Mangels an Enzymen, die die Glykolyse regulieren, sind mehrere Krankheiten bekannt:

- hämolytische Anämie (in schnell wachsenden Krebszellen tritt die Glykolyse mit einer Geschwindigkeit auf, die die Kapazität des Zitronensäurezyklus übersteigt), was zu einer erhöhten Synthese von Milchsäure in Organen und Geweben beiträgt. Erhöhte Milchsäurespiegel im Körper können ein Symptom für Krebs sein.

Fermentation. Mikroben können bei der Fermentation Energie gewinnen. Die Gärung ist den Menschen seit jeher bekannt, beispielsweise bei der Herstellung von Wein. Schon früher war die Milchsäuregärung bekannt. Die Menschen konsumierten Milchprodukte, ohne zu ahnen, dass diese Prozesse mit der Aktivität von Mikroorganismen zusammenhängen. Dies wurde zuerst von Louis Pasteur bewiesen. Darüber hinaus scheiden verschiedene Mikroorganismen verschiedene Fermentationsprodukte aus. Jetzt werden wir über alkoholische und Milchsäuregärung sprechen. Dadurch werden Ethylalkohol, Kohlendioxid gebildet und Energie freigesetzt. Brauer und Winzer haben bestimmte Arten von Hefen verwendet, um die Gärung anzuregen, die Zucker in Alkohol umwandelt. Die Fermentation erfolgt hauptsächlich durch Hefe, aber auch durch einige Bakterien und Pilze. Saccharomyces-Hefe wird traditionell in unserem Land verwendet. In Amerika - Bakterien der Gattung Pseudomonas. Und in Mexiko werden Bakterien „bewegte Stäbe“ verwendet. Unsere Hefen neigen dazu, Hexosen (Sechs-Kohlenstoff-Monosaccharide) wie Glucose oder Fructose zu fermentieren. Der Vorgang der Alkoholbildung lässt sich wie folgt darstellen: Aus einem Glucosemolekül entstehen zwei Alkoholmoleküle, zwei Kohlendioxidmoleküle und zwei ATP-Moleküle. Diese Methode ist weniger rentabel als aerobe Prozesse, ermöglicht es Ihnen jedoch, das Leben ohne Sauerstoff aufrechtzuerhalten. Lassen Sie uns nun über die Milchsäuregärung sprechen. Ein Molekül Glukose bildet zwei Moleküle Milchsäure und zwei Moleküle ATP werden freigesetzt. Die Milchsäuregärung wird häufig zur Herstellung von Milchprodukten verwendet: Käse, Sauermilch, Joghurt. Milchsäure wird auch bei der Herstellung von Erfrischungsgetränken verwendet.

Aufgaben des C1-C4 Teils

1. Welche Umweltfaktoren tragen zur Regulierung der Anzahl der Wölfe im Ökosystem bei?

Antworten:
1) anthropogen: Entwaldung, Überwucherung;
2) biotisch: Nahrungsmangel, Konkurrenz, Verbreitung von Krankheiten.

2. Bestimmen Sie Art und Phase der in der Abbildung gezeigten Zellteilung. Welche Prozesse laufen in dieser Phase ab?

Antworten:
1) die Abbildung zeigt die Metaphase der Mitose;
2) Spindelfasern sind an den Zentromeren von Chromosomen befestigt;
3) In dieser Phase reihen sich Chromosomen mit zwei Chromatiden in der Ebene des Äquators aneinander.

3. Warum verbessert das Pflügen des Bodens die Lebensbedingungen von Kulturpflanzen?

Antworten:
1) trägt zur Unkrautvernichtung bei und schwächt die Konkurrenz mit Kulturpflanzen;
2) trägt zur Versorgung von Pflanzen mit Wasser und Mineralien bei;
3) erhöht die Sauerstoffversorgung der Wurzeln.

4. Wie unterscheidet sich ein natürliches Ökosystem von einem Agrarökosystem?

Antworten:
1) große Biodiversität und Vielfalt der Nahrungsbeziehungen und Nahrungsketten;
2) eine ausgewogene Stoffzirkulation;
3) lange Existenzzeiten.

5. Erweitern Sie die Mechanismen, die die Konstanz der Anzahl und Form von Chromosomen in allen Zellen von Organismen von Generation zu Generation gewährleisten?

Antworten:
1) Aufgrund der Meiose werden Gameten mit einem haploiden Chromosomensatz gebildet;
2) während der Befruchtung in der Zygote wird der diploide Chromosomensatz wiederhergestellt, was die Konstanz des Chromosomensatzes gewährleistet;
3) Das Wachstum des Organismus erfolgt durch Mitose, die die Konstanz der Chromosomenzahl in somatischen Zellen gewährleistet.

6. Welche Rolle spielen Bakterien im Stoffkreislauf?

Antworten:
1) heterotrophe Bakterien - Zersetzer zersetzen organische Substanzen in Mineralien, die von Pflanzen aufgenommen werden;
2) autotrophe Bakterien (Foto, Chemotrophe) - Produzenten synthetisieren organische Substanzen aus anorganischen und sorgen für die Zirkulation von Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff usw.

7. Was sind die Eigenschaften von Moospflanzen?

Antworten:

2) Moose vermehren sich sowohl sexuell als auch asexuell mit abwechselnden Generationen: sexuell (Gametophyt) und asexuell (Sporophyt);
3) eine erwachsene Moospflanze ist eine sexuelle Generation (Gametophyt) und eine Schachtel mit Sporen ist asexuell (Sporophyt);
4) Die Befruchtung erfolgt in Gegenwart von Wasser.

8. Eichhörnchen leben in der Regel in einem Nadelwald und ernähren sich hauptsächlich von Fichtensamen. Welche biotischen Faktoren können zu einer Verringerung der Eichhörnchenpopulation führen?

9. Es ist bekannt, dass der Golgi-Apparat in den Drüsenzellen der Bauchspeicheldrüse besonders stark entwickelt ist. Erkläre warum.

Antworten:
1) in den Zellen der Bauchspeicheldrüse werden Enzyme synthetisiert, die sich in den Hohlräumen des Golgi-Apparats ansammeln;
2) im Golgi-Apparat sind Enzyme in Form von Blasen verpackt;
3) aus dem Golgi-Apparat werden Enzyme in den Pankreasgang transportiert.

10. Ribosomen aus verschiedenen Zellen, der gesamte Satz von Aminosäuren und die gleichen Moleküle von mRNA und tRNA wurden in ein Reagenzglas gegeben und alle Bedingungen für die Proteinsynthese geschaffen. Warum wird ein Proteintyp an verschiedenen Ribosomen in einem Reagenzglas synthetisiert?

Antworten:
1) die Primärstruktur eines Proteins wird durch die Aminosäuresequenz bestimmt;
2) Vorlagen für die Proteinsynthese sind die gleichen mRNA-Moleküle, in denen die gleiche primäre Proteinstruktur kodiert ist.

11. Welche Strukturmerkmale sind charakteristisch für Vertreter des Chordata-Typs?

Antworten:
1) inneres axiales Skelett;
2) das Nervensystem in Form einer Röhre auf der Rückenseite des Körpers;
3) Lücken im Verdauungstrakt.

12. Klee wächst auf einer Wiese, bestäubt von Hummeln. Welche biotischen Faktoren können zu einem Rückgang der Kleepopulation führen?

Antworten:
1) eine Abnahme der Hummelzahl;
2) eine Zunahme der Anzahl pflanzenfressender Tiere;
3) Vermehrung von Pflanzen der Konkurrenz (Getreide usw.).

13. Die Gesamtmasse der Mitochondrien im Verhältnis zur Masse der Zellen verschiedener Organe der Ratte beträgt: in der Bauchspeicheldrüse - 7,9%, in der Leber - 18,4%, im Herzen - 35,8%. Warum haben die Zellen dieser Organe einen unterschiedlichen Gehalt an Mitochondrien?

Antworten:
1) Mitochondrien sind die Energiestationen der Zelle, in ihnen werden ATP-Moleküle synthetisiert und angesammelt;
2) für die intensive Arbeit des Herzmuskels wird viel Energie benötigt, daher ist der Gehalt an Mitochondrien in seinen Zellen am höchsten;
3) In der Leber ist die Anzahl der Mitochondrien höher als in der Bauchspeicheldrüse, da sie einen intensiveren Stoffwechsel hat.

14. Erklären Sie, warum es gefährlich ist, Rindfleisch, das die Hygienekontrolle nicht bestanden hat, ungekocht oder leicht gebraten zu essen.

Antworten:
1) in Rindfleisch können Flossen des Rinderbandwurms vorhanden sein;
2) Im Verdauungskanal entwickelt sich aus dem Finnen ein erwachsener Wurm, und die Person wird der endgültige Besitzer.

15. Benennen Sie das in der Abbildung gezeigte Organoid der Pflanzenzelle, seine Strukturen, die durch die Nummern 1-3 gekennzeichnet sind, und ihre Funktionen.

Antworten:
1) das abgebildete Organoid ist ein Chloroplast;
2) 1 - Grana-Thylakoide, nehmen an der Photosynthese teil;
3) 2 - DNA, 3 - Ribosomen sind an der Synthese ihrer eigenen Chloroplastenproteine ​​​​beteiligt.

16. Warum können Bakterien nicht als Eukaryoten klassifiziert werden?

Antworten:
1) in ihren Zellen wird die Kernsubstanz durch ein ringförmiges DNA-Molekül dargestellt und ist nicht vom Zytoplasma getrennt;
2) haben keine Mitochondrien, Golgi-Komplex, EPS;
3) haben keine spezialisierten Keimzellen, es gibt keine Meiose und Befruchtung.

17. Welche Veränderungen biotischer Faktoren können zu einer Zunahme der Population der im Wald lebenden Nacktschnecke führen, die sich hauptsächlich von Pflanzen ernährt?

18. In den Blättern von Pflanzen läuft der Prozess der Photosynthese intensiv ab. Kommt es in reifen und unreifen Früchten vor? Erklären Sie die Antwort.

Antworten:
1) Photosynthese findet in unreifen Früchten statt (während sie grün sind), da sie Chloroplasten enthalten;
2) Wenn sie reifen, verwandeln sich Chloroplasten in Chromoplasten, in denen keine Photosynthese stattfindet.

19. Welche Stadien der Gametogenese sind in der Abbildung durch die Buchstaben A, B und C gekennzeichnet? Welchen Chromosomensatz haben Zellen in jedem dieser Stadien? Zur Entwicklung welcher spezialisierten Zellen führt dieser Prozess?

Antworten:
1) A - Stadium (Zone) der Fortpflanzung (Teilung), diploide Zellen;
2) B - Wachstumsstadium (Zone), diploide Zelle;
3) B - Stadium (Zone) der Reifung, haploide Zellen, Spermatozoen entwickeln sich.

20. Wie unterscheiden sich Bakterienzellen in ihrer Struktur von den Zellen von Organismen anderer Wildtierreiche? Nennen Sie mindestens drei Unterschiede.

Antworten:
1) es gibt keinen gebildeten Kern, Kernmembran;
2) eine Reihe von Organellen fehlen: Mitochondrien, ER, Golgi-Komplex usw.;
3) haben ein Ringchromosom.

21. Warum gelten Pflanzen (Produzenten) als erstes Glied im Stoffkreislauf und der Energieumwandlung in einem Ökosystem?

Antworten:
1) organische Substanzen aus anorganischen zu schaffen;
2) Sonnenenergie akkumulieren;
3) Bereitstellung von organischem Material und Energie für die Organismen anderer Teile des Ökosystems.

22. Welche Prozesse sorgen für die Bewegung von Wasser und Mineralien durch die Pflanze?

Antworten:
1) Von der Wurzel bis zu den Blättern bewegen sich Wasser und Mineralien aufgrund der Transpiration durch die Gefäße, was zu einer Saugkraft führt;
2) Die Aufwärtsströmung in der Pflanze wird durch den Wurzeldruck gefördert, der durch die ständige Wasserzufuhr zur Wurzel aufgrund der unterschiedlichen Konzentration von Stoffen in den Zellen und der Umgebung entsteht.

23. Betrachten Sie die in der Abbildung gezeigten Zellen. Bestimmen Sie, welche Buchstaben prokaryotische und eukaryotische Zellen bezeichnen. Beweisen Sie Ihren Standpunkt.

Antworten:
1) A - prokaryotische Zelle, B - eukaryotische Zelle;
2) die Zelle in Abbildung A hat keinen gebildeten Zellkern, ihr Erbmaterial wird durch ein Ringchromosom dargestellt;
3) Die Zelle in Abbildung B hat einen wohlgeformten Kern und Organellen.

24. Was ist die Komplikation des Kreislaufsystems von Amphibien im Vergleich zu Fischen?

Antworten:
1) das Herz wird dreikammerig;
2) der zweite Kreislauf des Blutkreislaufs erscheint;
3) das Herz enthält venöses und gemischtes Blut.

25. Warum gilt ein Mischwald-Ökosystem als nachhaltiger als ein Fichtenwald-Ökosystem?

Antworten:
1) in einem Mischwald gibt es mehr Arten als in einem Fichtenwald;
2) in einem Mischwald sind die Nahrungsketten länger und verzweigter als in einem Fichtenwald;
3) In einem Mischwald gibt es mehr Ebenen als in einem Fichtenwald.

26. Ein Abschnitt eines DNA-Moleküls hat folgende Zusammensetzung: GATGAATAGTGCTTC. Nennen Sie mindestens drei Folgen, zu denen ein versehentliches Ersetzen des siebten Nukleotids von Thymin durch Cytosin (C) führen kann.

Antworten:
1) es tritt eine Genmutation auf - das Codon der dritten Aminosäure ändert sich;
2) In einem Protein kann eine Aminosäure durch eine andere ersetzt werden, wodurch sich die Primärstruktur des Proteins ändert;
3) Alle anderen Proteinstrukturen können sich ändern, was zum Auftreten eines neuen Merkmals im Körper führt.

27. Rotalgen (Crimson) leben in großen Tiefen. Trotzdem findet in ihren Zellen Photosynthese statt. Erklären Sie, wie Photosynthese abläuft, wenn die Wassersäule die Strahlen des rot-orangen Teils des Spektrums absorbiert.

Antworten:
1) Für die Photosynthese werden Strahlen nicht nur im roten, sondern auch im blauen Teil des Spektrums benötigt;
2) violette Zellen enthalten ein rotes Pigment, das die Strahlen des blauen Teils des Spektrums absorbiert, ihre Energie wird für den Prozess der Photosynthese verwendet.

28. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und korrigieren Sie sie.
1. Hohltiere sind dreischichtige vielzellige Tiere. 2. Sie haben eine Magen- oder Darmhöhle. 3. Die Darmhöhle enthält Nesselzellen. 4. Hohltiere haben ein netzartiges (diffuses) Nervensystem. 5. Alle intestinalen - frei schwebenden Organismen.

1) 1 - Hohltiere - zweischichtige Tiere;
2)3 - Nesselzellen sind im Ektoderm und nicht in der Darmhöhle enthalten;
3)5 - Unter den Coelenteraten gibt es angehängte Formulare.

29. Wie findet der Gasaustausch in den Lungen und Geweben von Säugetieren statt? Was ist der Grund für diesen Prozess?

Antworten:
1) Der Gasaustausch basiert auf Diffusion, die auf den Unterschied in der Konzentration von Gasen (Partialdruck) in der Luft der Alveolen und im Blut zurückzuführen ist.
2) Sauerstoff aus dem Bereich mit hohem Druck in der Alveolarluft gelangt in das Blut und Kohlendioxid aus dem Bereich mit hohem Druck im Blut in die Alveolen;
3) In den Geweben gelangt Sauerstoff aus dem Hochdruckbereich in den Kapillaren in die Interzellularsubstanz und dann in die Zellen der Organe. Kohlendioxid aus dem Hochdruckbereich der Interzellularsubstanz gelangt ins Blut.

30. Wie ist die Beteiligung funktioneller Gruppen von Organismen am Stoffkreislauf der Biosphäre? Betrachten Sie die Rolle jedes einzelnen von ihnen im Stoffkreislauf der Biosphäre.

Antworten:
1) Produzenten synthetisieren organische Substanzen aus anorganischen Substanzen (Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff, Phosphor und andere Mineralien), setzen Sauerstoff frei (außer Chemotrophen);
2) Verbraucher (und andere funktionelle Gruppen) von Organismen verwenden und wandeln organische Substanzen um, oxidieren sie während der Atmung, nehmen Sauerstoff auf und setzen Kohlendioxid und Wasser frei;
3) Zersetzer zersetzen organische Substanzen in anorganische Verbindungen von Stickstoff, Phosphor usw. und geben sie an die Umwelt zurück.

31. Ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der eine Sequenz von Aminosäuren in einem Protein kodiert, hat die folgende Zusammensetzung: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-C-T-T-C. Erklären Sie die Folgen des versehentlichen Hinzufügens eines Guanin(G)-Nukleotids zwischen dem siebten und achten Nukleotid.

Antworten:
1) es kommt zu einer Genmutation - die Codes der dritten und nachfolgenden Aminosäuren können sich ändern;
2) die Primärstruktur des Proteins kann sich ändern;
3) eine Mutation kann zum Auftreten eines neuen Merkmals in einem Organismus führen.

32. Welche Pflanzenorgane werden durch Maikäfer in verschiedenen Stadien der individuellen Entwicklung geschädigt?

Antworten:
1) Pflanzenwurzeln schädigen Larven;
2) Baumblätter schädigen erwachsene Käfer.

33. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und korrigieren Sie sie.
1. Plattwürmer sind dreischichtige Tiere. 2. Typ Plattwürmer umfassen weiße Planarien, menschliche Spulwürmer und Leberegel. 3. Plattwürmer haben einen länglichen, abgeflachten Körper. 4. Sie haben ein gut entwickeltes Nervensystem. 5. Plattwürmer sind zweihäusige Tiere, die Eier legen.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - die Art der Plattwürmer umfasst nicht den menschlichen Spulwurm, es ist ein Spulwurm;
2) 4 - bei Plattwürmern ist das Nervensystem schlecht entwickelt;
3) 5 - Plattwürmer - Hermaphroditen.

34. Was ist ein Fötus? Welche Bedeutung hat es im Leben der Pflanzen und Tiere?

Antworten:
1) Frucht - generatives Organ von Angiospermen;
2) enthält Samen, mit deren Hilfe die Vermehrung und Umsiedlung von Pflanzen erfolgt;
3) Die Früchte der Pflanzen sind Nahrung für Tiere.

35. Die meisten Vogelarten fliegen trotz ihrer Warmblüter aus den nördlichen Regionen in den Winter. Nennen Sie mindestens drei Faktoren, die diese Tiere zum Wandern veranlassen.

Antworten:
1) Nahrungsgegenstände von insektenfressenden Vögeln sind nicht mehr erhältlich;
2) Eisbedeckung auf Gewässern und Schneebedeckung auf dem Boden entziehen pflanzenfressenden Vögeln die Nahrung;
3) Änderung der Länge der Tageslichtstunden.

36. Welche Milch, sterilisiert oder frisch gemolken, wird unter den gleichen Bedingungen schneller sauer? Erklären Sie die Antwort.

Antworten:
1) frisch gemolkene Milch wird schneller sauer, da sie Bakterien enthält, die eine Fermentation des Produkts verursachen;
2) Wenn Milch sterilisiert wird, sterben Zellen und Sporen von Milchsäurebakterien ab und Milch wird länger gelagert.

37. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und erklären Sie sie.
1. Die Hauptklassen der Arthropoden sind Krebstiere, Spinnentiere und Insekten. 2. Der Körper von Krebstieren und Spinnentieren ist in Kopf, Brust und Bauch unterteilt. 3. Der Insektenkörper besteht aus einem Cephalothorax und einem Hinterleib. 4. Spinnenantennen nicht. 5. Insekten haben zwei Antennenpaare, Krebstiere ein Paar.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - der Körper von Krebstieren und Spinnentieren besteht aus einem Cephalothorax und einem Bauch;
2)3 - der Insektenkörper besteht aus Kopf, Brust und Bauch;
3-5 - Insekten haben ein Antennenpaar und Krebstiere haben zwei Paare.

38. Beweisen Sie, dass das Rhizom einer Pflanze ein modifizierter Spross ist.

Antworten:
1) das Rhizom hat Knoten, in denen sich rudimentäre Blätter und Knospen befinden;
2) an der Spitze des Rhizoms befindet sich die apikale Knospe, die das Wachstum des Triebs bestimmt;
3) Adventivwurzeln weichen vom Rhizom ab;
4) Die innere anatomische Struktur des Rhizoms ähnelt der des Stammes.

39. Der Mensch verwendet Chemikalien, um Schädlinge zu bekämpfen. Geben Sie mindestens drei Veränderungen im Leben eines Eichenwaldes an, wenn alle pflanzenfressenden Insekten darin durch eine chemische Methode zerstört werden. Erklären Sie, warum sie passieren werden.

Antworten:
1) die Zahl der von Insekten bestäubten Pflanzen wird stark abnehmen, da pflanzenfressende Insekten Bestäuber von Pflanzen sind;
2) die Zahl der insektenfressenden Organismen (Verbraucher zweiter Ordnung) wird stark abnehmen oder sie werden aufgrund von Unterbrechungen der Nahrungsketten verschwinden;
3) Ein Teil der Chemikalien, die zum Abtöten von Insekten verwendet werden, gelangt in den Boden, was zu einer Störung des Pflanzenlebens und zum Absterben der Bodenflora und -fauna führt. Alle Verstöße können zum Absterben von Eichenwäldern führen.

40. Warum kann eine Behandlung mit Antibiotika zu Darmfunktionsstörungen führen? Nennen Sie mindestens zwei Gründe.

Antworten:
1) Antibiotika töten nützliche Bakterien ab, die im menschlichen Darm leben;
2) Faserabbau, Wasseraufnahme und andere Prozesse werden gestört.

41. Welcher Teil des Blattes ist in der Abbildung mit dem Buchstaben A gekennzeichnet und aus welchen Strukturen besteht es? Welche Funktionen haben diese Strukturen?

1) der Buchstabe A bezeichnet ein vaskuläres Faserbündel (Vene), das Bündel umfasst Gefäße, Siebröhren, mechanisches Gewebe;
2) Gefäße sorgen für den Wassertransport zu den Blättern;
3) Siebrohre sorgen für den Transport organischer Substanzen von den Blättern zu anderen Organen;
4) Mechanische Gewebezellen geben Kraft und sind das Gerüst des Blattes.

42. Was sind die charakteristischen Merkmale des Pilzreiches?

Antworten:
1) Der Pilzkörper besteht aus Filamenten - Hyphen, die ein Myzel bilden;
2) sich sexuell und asexuell vermehren (Sporen, Myzel, Knospung);
3) während des ganzen Lebens wachsen;
4) in der Zelle: Die Schale enthält eine chitinähnliche Substanz, einen Reservenährstoff - Glykogen.

43. In einem kleinen Stausee, der nach der Flut des Flusses gebildet wurde, wurden folgende Organismen gefunden: Ciliatenschuhe, Daphnien, weiße Planarien, eine große Sumpfschnecke, Zyklopen, Hydras. Erklären Sie, ob dieses Gewässer als Ökosystem betrachtet werden kann. Geben Sie mindestens drei Beweise an.

Antworten:
Das genannte temporäre Reservoir kann nicht als Ökosystem bezeichnet werden, da darin:
1) es gibt keine Produzenten;
2) es gibt keine Zersetzer;
3) es gibt keine geschlossenen Stoffkreisläufe und Nahrungsketten werden unterbrochen.

44. Warum wird unter dem Tourniquet, das angelegt wird, um Blutungen aus großen Blutgefäßen zu stoppen, ein Zettel angebracht, der den Zeitpunkt seiner Anwendung angibt?

Antworten:
1) Nachdem Sie die Notiz gelesen haben, können Sie feststellen, wie viel Zeit seit dem Anlegen des Tourniquets vergangen ist.
2) Wenn es nach 1-2 Stunden nicht möglich war, den Patienten zum Arzt zu bringen, sollte das Tourniquet für eine Weile gelockert werden. Dadurch wird eine Gewebenekrose verhindert.

45. Nennen Sie die Strukturen des Rückenmarks, die in der Abbildung mit den Nummern 1 und 2 gekennzeichnet sind, und beschreiben Sie die Merkmale ihrer Struktur und Funktion.

Antworten:
1) 1 - graue Substanz, gebildet von den Körpern von Neuronen;
2) 2 - weiße Substanz, gebildet durch lange Prozesse von Neuronen;
3) graue Substanz erfüllt eine Reflexfunktion, weiße Substanz - eine leitende Funktion.

46. ​​​​Welche Rolle spielen Speicheldrüsen bei der Verdauung bei Säugetieren? Nennen Sie mindestens drei Funktionen.

Antworten:
1) das Sekret der Speicheldrüsen befeuchtet und desinfiziert die Nahrung;
2) Speichel ist an der Bildung des Nahrungsbolus beteiligt;
3) Speichelenzyme tragen zum Abbau von Stärke bei.

47. Als Ergebnis der vulkanischen Aktivität wurde eine Insel im Ozean gebildet. Beschreiben Sie den Ablauf der Ökosystembildung auf einem neu entstandenen Stück Land. Nennen Sie mindestens drei Punkte.

Antworten:
1) Die ersten, die sich ansiedeln, sind Mikroorganismen und Flechten, die für die Bodenbildung sorgen;
2) Pflanzen setzen sich auf dem Boden ab, deren Sporen oder Samen von Wind oder Wasser getragen werden;
3) Während sich die Vegetation entwickelt, erscheinen Tiere im Ökosystem, hauptsächlich Arthropoden und Vögel.

48. Erfahrene Gärtner tragen Dünger auf die Rillen auf, die sich an den Rändern der stammnahen Kreise von Obstbäumen befinden, und verteilen sie nicht gleichmäßig. Erkläre warum.

Antworten:
1) das Wurzelsystem wächst, die Saugzone wandert hinter die Wurzelspitze;
2) Wurzeln mit einer entwickelten Saugzone - Wurzelhaare - befinden sich an den Rändern der stammnahen Kreise.

49. Welches modifizierte Shooting ist auf dem Bild zu sehen? Nennen Sie die Elemente der Struktur, die in der Abbildung mit den Nummern 1, 2, 3 gekennzeichnet sind, und die Funktionen, die sie ausführen.

Antworten:
1) Glühbirne;
2) 1 - saftiges schuppiges Blatt, in dem Nährstoffe und Wasser gespeichert sind;
3) 2 - Adventivwurzeln, die die Aufnahme von Wasser und Mineralien gewährleisten;
4) 3 - Niere, sorgt für das Wachstum des Triebs.

50. Was sind die Merkmale der Struktur und des Lebens von Moosen? Nennen Sie mindestens drei Punkte.

Antworten:
1) Die meisten Moose sind Blattpflanzen, einige von ihnen haben Rhizoide;
2) Moose haben ein schwach entwickeltes Leitsystem;
3) Moose vermehren sich sowohl sexuell als auch asexuell mit Generationswechsel: sexuell (Gametophyt) und asexuell (Sporophyt); Eine erwachsene Moospflanze ist eine sexuelle Generation und eine Sporenbox ist asexuell.

51. Infolge eines Waldbrandes brannte ein Teil des Fichtenwaldes aus. Erklären Sie, wie es sich selbst heilt. Nennen Sie mindestens drei Schritte.

Antworten:
1) krautige lichtliebende Pflanzen entwickeln sich zuerst;
2) dann erscheinen Triebe von Birke, Espe, Kiefer, deren Samen mit Hilfe des Windes gefallen sind, es bildet sich ein kleinblättriger oder Kiefernwald.
3) Unter dem Kronendach lichtliebender Arten entwickeln sich schattentolerante Fichten, die später andere Bäume vollständig verdrängen.

52. Um die Ursache einer Erbkrankheit festzustellen, wurden die Zellen des Patienten untersucht und eine Veränderung in der Länge eines der Chromosomen festgestellt. Welche Forschungsmethode erlaubte es, die Ursache dieser Krankheit festzustellen? Mit welcher Art von Mutation ist es verbunden?

Antworten:
1) die Ursache der Krankheit wird mit der zytogenetischen Methode festgestellt;
2) Die Krankheit wird durch eine Chromosomenmutation verursacht - den Verlust oder die Hinzufügung eines Chromosomenfragments.

53. Welcher Buchstabe in der Abbildung zeigt die Blastula im Entwicklungszyklus der Lanzette an? Was sind die Merkmale der Blastulabildung?

Antworten:
1) die Blastula wird mit dem Buchstaben G bezeichnet;
2) die Blastula wird während der Zerkleinerung der Zygote gebildet;
3) die Größe der Blastula überschreitet nicht die Größe der Zygote.

54. Warum werden Pilze in einem besonderen Reich der organischen Welt isoliert?

Antworten:
1) der Pilzkörper besteht aus dünnen, verzweigten Fäden - Hyphen, die ein Myzel oder Myzel bilden;
2) Myzelzellen speichern Kohlenhydrate in Form von Glykogen;
3) Pilze können nicht Pflanzen zugeordnet werden, da ihre Zellen kein Chlorophyll und keine Chloroplasten haben; die Wand enthält Chitin;
4) Pilze können nicht Tieren zugeordnet werden, da sie Nährstoffe von der gesamten Körperoberfläche aufnehmen und nicht in Form von Nahrungsklumpen schlucken.

55. In einigen Waldbiozönosen wurden Massenabschüsse tagaktiver Greifvögel zum Schutz von Hühnervögeln durchgeführt. Erklären Sie, wie sich dieses Ereignis auf die Anzahl der Hühner ausgewirkt hat.

Antworten:
1) Zunächst nahm die Anzahl der Hühner zu, da ihre Feinde (die natürlich die Anzahl regulierten) zerstört wurden;
2) dann ging die Anzahl der Hühner aufgrund von Futtermangel zurück;
3) Die Zahl der kranken und geschwächten Personen nahm aufgrund der Ausbreitung von Krankheiten und des Fehlens von Raubtieren zu, was sich auch auf den Rückgang der Hühnerzahl auswirkte.

56. Die Farbe des Fells eines weißen Hasen ändert sich im Laufe des Jahres: Im Winter ist der Hase weiß und im Sommer grau. Erklären Sie, welche Art von Variabilität bei einem Tier beobachtet wird und was die Manifestation dieses Merkmals bestimmt.

Antworten:
1) eine Manifestation einer modifizierten (phänotypischen, nicht erblichen) Variabilität wird bei einem Hasen beobachtet;
2) Die Manifestation dieses Merkmals wird durch Änderungen der Umweltbedingungen (Temperatur, Tageslänge) bestimmt.

57. Nennen Sie die Stadien der embryonalen Entwicklung der Lanzette, die in der Abbildung mit den Buchstaben A und B gekennzeichnet sind. Erweitern Sie die Merkmale der Bildung jedes dieser Stadien.
Ein B

Antworten:
1) A - Gastrula - das Stadium eines zweischichtigen Embryos;
2) B - Neurula, hat die Anfänge einer zukünftigen Larve oder eines erwachsenen Organismus;
3) Die Gastrula wird durch Einstülpung der Blastulawand gebildet, und in die Neurula wird zuerst die Neuralplatte gelegt, die als Regulator für die Verlegung der restlichen Organsysteme dient.

58. Was sind die Hauptmerkmale der Struktur und Vitalaktivität von Bakterien? Nennen Sie mindestens vier Merkmale.

Antworten:
1) Bakterien - vornukleare Organismen, die keinen formalisierten Kern und viele Organellen haben;
2) je nach Ernährungsweise sind Bakterien Heterotrophe und Autotrophe;
3) hohe Reproduktionsrate durch Teilung;
4) Anaerobier und Aerobier;
5) ungünstige Bedingungen in einem Streitfall erfahren werden.

59. Was ist der Unterschied zwischen der Boden-Luft-Umgebung und dem Wasser?

Antworten:
1) Sauerstoffgehalt;
2) Unterschiede in Temperaturschwankungen (große Amplitude von Schwankungen in der Boden-Luft-Umgebung);
3) der Beleuchtungsgrad;
4) Dichte.

Antworten:
1) Algen haben die Fähigkeit, das chemische Element Jod anzureichern;
2) Jod ist für eine normale Schilddrüsenfunktion unerlässlich.

61. Warum wird eine Schuh-Wimpernzelle als integraler Organismus betrachtet? Welche Organellen von Ciliaten-Schuhen sind in der Abbildung mit den Nummern 1 und 2 gekennzeichnet und welche Funktionen erfüllen sie?

Antworten:
1) die Ciliatenzelle erfüllt alle Funktionen eines unabhängigen Organismus: Stoffwechsel, Fortpflanzung, Reizbarkeit, Anpassung;
2) 1 - ein kleiner Kern, der am sexuellen Prozess beteiligt ist;
3) 2 - ein großer Kern, reguliert lebenswichtige Prozesse.

61. Was sind die Merkmale der Struktur und des Lebens von Pilzen? Nennen Sie mindestens drei Merkmale.

62. Erklären Sie den Schaden für Pflanzen, der durch sauren Regen verursacht wird. Nennen Sie mindestens drei Gründe.

Antworten:
1) direkt die Organe und Gewebe von Pflanzen schädigen;
2) den Boden verschmutzen, die Fruchtbarkeit verringern;
3) Verringerung der Produktivität von Pflanzen.

63. Warum wird Passagieren empfohlen, beim Starten oder Landen eines Flugzeugs Lutscher zu lutschen?

Antworten:
1) eine schnelle Druckänderung während des Starts oder der Landung eines Flugzeugs verursacht Beschwerden im Mittelohr, wo der anfängliche Druck auf das Trommelfell länger anhält;
2) Schluckbewegungen verbessern den Luftzugang zur Gehörröhre (Eustachischen Röhre), wodurch sich der Druck in der Mittelohrhöhle mit dem Druck in der Umgebung ausgleicht.

64. Wie unterscheidet sich das Kreislaufsystem der Arthropoden vom Kreislaufsystem der Anneliden? Geben Sie mindestens drei Zeichen an, die diese Unterschiede belegen.

Antworten:
1) bei Arthropoden ist das Kreislaufsystem offen und bei Anneliden geschlossen;
2) Arthropoden haben ein Herz auf der Rückenseite;
3) Anneliden haben kein Herz, ihre Funktion wird von einem ringförmigen Gefäß erfüllt.

65. Welcher Art ist das auf dem Bild gezeigte Tier? Was wird durch die Nummern 1 und 2 angezeigt? Nennen Sie weitere Vertreter dieser Art.

Antworten:
1) zur Art des Darms;
2) 1 - Ektoderm, 2 - Darmhöhle;
3) Korallenpolypen, Quallen.

66. Was sind die morphologischen, physiologischen und verhaltensbezogenen Anpassungen an die Umgebungstemperatur bei warmblütigen Tieren?

Antworten:
1) morphologisch: wärmeisolierende Hüllen, subkutane Fettschicht, Veränderungen der Körperoberfläche;
2) physiologisch: erhöhte Intensität der Verdunstung von Schweiß und Feuchtigkeit beim Atmen; Verengung oder Erweiterung der Blutgefäße, Veränderungen im Stoffwechsel;
3) Verhalten: Bau von Nestern, Höhlen, Änderungen der täglichen und saisonalen Aktivität in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur.

67. Wie erfolgt der Empfang genetischer Informationen vom Zellkern zum Ribosom?

Antworten:
1) Die mRNA-Synthese erfolgt im Zellkern nach dem Prinzip der Komplementarität;
2) mRNA – eine Kopie des DNA-Abschnitts, die Informationen über die Primärstruktur des Proteins enthält, bewegt sich vom Kern zum Ribosom.

68. Was ist die Komplikation von Farnen im Vergleich zu Moosen? Geben Sie mindestens drei Zeichen.

Antworten:
1) Farne haben Wurzeln;
2) bei Farnen hat sich im Gegensatz zu Moosen ein entwickeltes leitfähiges Gewebe gebildet;
3) Im Entwicklungszyklus von Farnen überwiegt die asexuelle Generation (Sporophyt) die sexuelle (Gametophyt), die durch den Auswuchs repräsentiert wird.

69. Nennen Sie die Embryonalschicht eines Wirbeltiers, die in der Abbildung mit der Nummer 3 gekennzeichnet ist. Welche Art von Gewebe und welche Organe werden daraus gebildet?

Antworten:
1) Keimblatt - Endoderm;
2Epithelgewebe (Darm- und Atmungsepithel);
3) Organe: Darm, Verdauungsdrüsen, Atmungsorgane, einige endokrine Drüsen.

70. Welche Rolle spielen Vögel in der Biozönose des Waldes? Nennen Sie mindestens drei Beispiele.

Antworten:
1) die Anzahl der Pflanzen regulieren (Früchte und Samen verteilen);
2) regulieren die Anzahl der Insekten, kleine Nagetiere;
3) als Nahrung für Raubtiere dienen;
4) den Boden düngen.

71. Welche Schutzfunktion haben Leukozyten im menschlichen Körper?

Antworten:
1) Leukozyten können phagozytieren - Proteine, Mikroorganismen, tote Zellen verschlingen und verdauen;
2) Leukozyten sind an der Produktion von Antikörpern beteiligt, die bestimmte Antigene neutralisieren.

72. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Nummern der Vorschläge an, in denen sie gemacht werden, und korrigieren Sie sie.
Nach der Chromosomentheorie der Vererbung:
1. Gene befinden sich in linearer Reihenfolge auf Chromosomen. 2. Jeder nimmt einen bestimmten Platz ein - ein Allel. 3. Gene auf einem Chromosom bilden eine Verknüpfungsgruppe. 4. Die Anzahl der Verknüpfungsgruppen wird durch das diploide Bor der Chromosomen bestimmt. 5. Eine Verletzung der Genverknüpfung tritt im Prozess der Konjugation von Chromosomen in der Prophase der Meiose auf.

Fehler in Sätzen:
1)2 - Ort des Gens - Locus;
2)4 - die Anzahl der Verknüpfungsgruppen ist gleich dem haploiden Chromosomensatz;
3)5 – Unterbrechung der Genverknüpfung tritt während des Überkreuzens auf.

73. Warum beziehen sich einige Wissenschaftler auf die grüne Euglena als Pflanze und andere als Tier? Nennen Sie mindestens drei Gründe.

Antworten:
1) fähig zur heterotrophen Ernährung, wie alle Tiere;
2) fähig zur aktiven Bewegung auf der Suche nach Nahrung, wie alle Tiere;
3) enthält Chlorophyll in der Zelle und kann sich wie Pflanzen autotroph ernähren.

74. Welche Prozesse laufen auf den Stufen des Energiestoffwechsels ab?

Antworten:
1) in der Vorbereitungsphase werden komplexe organische Substanzen in weniger komplexe (Biopolymere - zu Monomeren) gespalten, Energie wird in Form von Wärme abgeführt;
2) im Prozess der Glykolyse wird Glukose zu Brenztraubensäure (oder Milchsäure oder Alkohol) abgebaut und 2 ATP-Moleküle werden synthetisiert;
3) Auf der Sauerstoffstufe wird Brenztraubensäure (Pyruvat) zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut und 36 ATP-Moleküle werden synthetisiert.

75. In einer Wunde am menschlichen Körper hört die Blutung schließlich auf, aber Eiterung kann auftreten. Erklären Sie, auf welche Eigenschaften des Blutes dies zurückzuführen ist.

Antworten:
1) Blutungsstillstand aufgrund von Blutgerinnung und Bildung eines Blutgerinnsels;
2) Eiterung ist auf die Ansammlung toter Leukozyten zurückzuführen, die eine Phagozytose durchgeführt haben.

76. Finde Fehler im gegebenen Text, korrigiere sie. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und erklären Sie sie.
1. Proteine ​​sind von großer Bedeutung für die Struktur und das Leben von Organismen. 2. Dies sind Biopolymere, deren Monomere stickstoffhaltige Basen sind. 3. Proteine ​​sind Teil der Plasmamembran. 4. Viele Proteine ​​erfüllen eine enzymatische Funktion in der Zelle. 5. In Eiweißmolekülen sind Erbinformationen über die Eigenschaften eines Organismus verschlüsselt. 6. Protein- und tRNA-Moleküle sind Teil von Ribosomen.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - Proteinmonomere sind Aminosäuren;
2)5 - Erbinformationen über die Eigenschaften des Organismus sind in DNA-Molekülen verschlüsselt;
3)6- Ribosomen enthalten rRNA-Moleküle, keine tRNA.

77. Was ist Kurzsichtigkeit? In welchem ​​Teil des Auges ist das Bild bei einer kurzsichtigen Person fokussiert? Was ist der Unterschied zwischen angeborener und erworbener Kurzsichtigkeit?

Antworten:
1) Myopie ist eine Erkrankung der Sehorgane, bei der eine Person entfernte Objekte nicht unterscheidet;
2) bei einer kurzsichtigen Person erscheint das Bild von Objekten vor der Netzhaut;
3) bei angeborener Myopie ändert sich die Form des Augapfels (verlängert sich);
4) Erworbene Myopie ist mit einer Veränderung (Erhöhung) der Krümmung der Linse verbunden.

78. Was ist der Unterschied zwischen dem Skelett des menschlichen Kopfes und dem Skelett des Kopfes von Menschenaffen? Nennen Sie mindestens vier Unterschiede.

Antworten:
1) die Vorherrschaft des Schädelhirns gegenüber dem Gesicht;
2) Reduktion des Kieferapparates;
3) das Vorhandensein eines Kinnvorsprungs am Unterkiefer;
4) Reduktion der Augenbrauenbögen.

79. Warum ist die vom menschlichen Körper pro Tag ausgeschiedene Urinmenge nicht gleich der während der gleichen Zeit getrunkenen Flüssigkeitsmenge?

Antworten:
1) ein Teil des Wassers wird vom Körper verbraucht oder bei Stoffwechselprozessen gebildet;
2) Ein Teil des Wassers verdunstet über die Atmungsorgane und Schweißdrüsen.

80. Finden Sie Fehler im gegebenen Text, korrigieren Sie sie, geben Sie die Nummern der Sätze an, in denen sie enthalten sind, und schreiben Sie diese Sätze fehlerfrei auf.
1. Tiere sind heterotrophe Organismen, sie ernähren sich von vorgefertigten organischen Substanzen. 2. Es gibt einzellige und vielzellige Tiere. 3. Alle vielzelligen Tiere haben eine bilaterale Körpersymmetrie. 4. Die meisten von ihnen haben verschiedene Fortbewegungsorgane entwickelt. 5. Nur Arthropoden und Chordaten haben ein Kreislaufsystem. 6. Die postembryonale Entwicklung ist bei allen vielzelligen Tieren direkt.

Fehler in Sätzen:
1) 3 - nicht alle vielzelligen Tiere haben eine bilaterale Symmetrie des Körpers; zum Beispiel ist es in Coelenteraten radial (radial);
2) 5 - das Kreislaufsystem ist auch in Anneliden und Mollusken vorhanden;
3) 6 - direkte postembryonale Entwicklung ist nicht allen mehrzelligen Tieren eigen.

81. Welche Bedeutung hat Blut im menschlichen Leben?

Antworten:
1) erfüllt eine Transportfunktion: Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen zu Geweben und Zellen, Entfernung von Kohlendioxid und Stoffwechselprodukten;
2) übt aufgrund der Aktivität von Leukozyten und Antikörpern eine Schutzfunktion aus;
3) beteiligt sich an der humoralen Regulierung der vitalen Aktivität des Organismus.

82. Verwenden Sie Informationen über die frühen Stadien der Embryogenese (Zygote, Blastula, Gastrula), um die Entwicklungsreihenfolge der Tierwelt zu bestätigen.

Antworten:
1) das Zygotenstadium entspricht einem einzelligen Organismus;
2) das Blastula-Stadium, in dem die Zellen nicht differenziert sind, ähnelt den kolonialen Formen;
3) Der Embryo im Gastrula-Stadium entspricht der Struktur der Darmhöhle (Hydra).

83. Die Einführung großer Dosen von Arzneimitteln in eine Vene wird von ihrer Verdünnung mit Kochsalzlösung (0,9% NaCl-Lösung) begleitet. Erkläre warum.

Antworten:
1) Die Einführung großer Dosen von Arzneimitteln ohne Verdünnung kann zu einer starken Veränderung der Blutzusammensetzung und zu irreversiblen Phänomenen führen.
2) Die Konzentration von physiologischer Kochsalzlösung (0,9% NaCl-Lösung) entspricht der Konzentration von Salzen im Blutplasma und führt nicht zum Absterben von Blutzellen.

84. Finden Sie Fehler im gegebenen Text, korrigieren Sie sie, geben Sie die Nummern der Sätze an, in denen sie enthalten sind, und schreiben Sie diese Sätze fehlerfrei auf.
1. Tiere des Arthropodentyps haben eine äußere Chitinhülle und gegliederte Gliedmaßen. 2. Der Körper der meisten von ihnen besteht aus drei Abschnitten: Kopf, Brust und Bauch. 3. Alle Arthropoden haben ein Antennenpaar. 4. Ihre Augen sind komplex (facettiert). 5. Das Kreislaufsystem der Insekten ist geschlossen.

Fehler in Sätzen:
1)3 - nicht alle Arthropoden haben ein Antennenpaar (Arachnoiden haben sie nicht und Krebstiere haben jeweils zwei Paare);
2) 4 - nicht alle Arthropoden haben Facettenaugen: Bei Spinnentieren sind sie einfach oder fehlen, bei Insekten können sie zusammen mit Facettenaugen einfach sein;
3-5 - das Kreislaufsystem bei Arthropoden ist nicht geschlossen.

85. Was sind die Funktionen des menschlichen Verdauungssystems?

Antworten:
1) mechanische Verarbeitung von Lebensmitteln;
2) chemische Verarbeitung von Lebensmitteln;
3) Transport von Lebensmitteln und Entfernung von unverdauten Rückständen;
4) Aufnahme von Nährstoffen, Mineralsalzen und Wasser in Blut und Lymphe.

86. Was kennzeichnet den biologischen Fortschritt bei Blütenpflanzen? Nennen Sie mindestens drei Merkmale.

Antworten:
1) eine große Vielfalt an Populationen und Arten;
2) weite Siedlung auf dem Globus;
3) Anpassungsfähigkeit an das Leben unter verschiedenen Umweltbedingungen.

87. Warum sollten Lebensmittel gründlich gekaut werden?

Antworten:
1) Gut gekautes Essen wird in der Mundhöhle schnell mit Speichel gesättigt und beginnt zu verdauen;
2) Gut gekautes Essen wird in Magen und Darm schnell mit Verdauungssäften gesättigt und ist somit leichter verdaulich.

88. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Nummern der Vorschläge an, in denen sie gemacht werden, und korrigieren Sie sie.
1. Eine Population ist eine Ansammlung sich frei kreuzender Individuen derselben Art, die lange Zeit ein gemeinsames Territorium bewohnen 2. Verschiedene Populationen derselben Art sind relativ isoliert voneinander, und ihre Individuen kreuzen sich nicht. 3. Der Genpool aller Populationen derselben Art ist gleich. 4. Die Bevölkerung ist die elementare Einheit der Evolution. 5. Eine Gruppe von Fröschen der gleichen Art, die einen Sommer lang in einer tiefen Pfütze leben, ist eine Population.

Fehler in Sätzen:
1)2 - Populationen derselben Art sind teilweise isoliert, aber Individuen verschiedener Populationen können sich kreuzen;
2)3 — Genpools verschiedener Populationen derselben Art sind unterschiedlich;
3)5 - Eine Gruppe von Fröschen ist keine Population, da eine Gruppe von Individuen derselben Art als Population angesehen wird, wenn sie über eine große Anzahl von Generationen denselben Raum einnimmt.

89. Warum wird empfohlen, im Sommer bei anhaltendem Durst Salzwasser zu trinken?

Antworten:
1) im Sommer nimmt das Schwitzen bei einer Person zu;
2) Mineralsalze werden mit Schweiß aus dem Körper ausgeschieden;
3) Salzwasser stellt das normale Wasser-Salz-Gleichgewicht zwischen den Geweben und der inneren Umgebung des Körpers wieder her.

90. Was beweist, dass eine Person zur Klasse der Säugetiere gehört?

Antworten:
1) die Ähnlichkeit der Struktur von Organsystemen;
2) das Vorhandensein von Haaransatz;
3) die Entwicklung des Embryos in der Gebärmutter;
4) Nachkommen mit Milch füttern, Nachkommen versorgen.

91. Welche Prozesse erhalten die Konstanz der chemischen Zusammensetzung des menschlichen Blutplasmas?

Antworten:
1) Prozesse in Puffersystemen halten die Reaktion des Mediums (pH) auf einem konstanten Niveau;
2) es erfolgt eine neurohumorale Regulation der chemischen Zusammensetzung des Plasmas.

92. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Nummern der Vorschläge an, in denen sie gemacht werden, und erläutern Sie sie.
1. Eine Population ist eine Ansammlung von sich frei kreuzenden Individuen verschiedener Arten, die über lange Zeit ein gemeinsames Territorium bewohnen 2. Die wesentlichen Gruppenmerkmale einer Population sind Anzahl, Dichte, Alter, Geschlecht und räumliche Strukturen. 3. Die Gesamtheit aller Gene einer Population wird als Genpool bezeichnet. 4. Die Bevölkerung ist eine Struktureinheit der belebten Natur. 5. Die Anzahl der Populationen ist immer stabil.

Fehler in Sätzen:
1)1 - eine Population ist eine Ansammlung von sich frei kreuzenden Individuen derselben Art, die seit langem das gemeinsame Territorium der Population bewohnen;
2)4 - die Population ist eine strukturelle Einheit der Art;
3-5 - Die Anzahl der Populationen kann sich in verschiedenen Jahreszeiten und Jahren ändern.

93. Welche Strukturen der Körperhaut schützen den menschlichen Körper vor den Auswirkungen von Umwelttemperaturfaktoren? Erklären Sie ihre Rolle.

Antworten:
1) subkutanes Fettgewebe schützt den Körper vor Auskühlung;
2) Schweißdrüsen bilden Schweiß, der beim Verdunsten vor Überhitzung schützt;
3) das Kopfhaar schützt den Körper vor Auskühlung und Überhitzung;
4) Die Änderung des Lumens der Hautkapillaren reguliert die Wärmeübertragung.

94. Geben Sie mindestens drei progressive biologische Merkmale einer Person an, die sie im Laufe einer langen Evolution erworben hat.

Antworten:
1) eine Zunahme des Gehirns und des zerebralen Teils des Schädels;
2) aufrechte Körperhaltung und entsprechende Skelettveränderungen;
3) Befreiung und Entwicklung der Hand, Opposition des Daumens.

95. Welche Teilung der Meiose ähnelt der Mitose? Erklären Sie, wie es exprimiert wird und zu welchem ​​Chromosomensatz in der Zelle es führt.

Antworten:
1) Ähnlichkeit mit Mitose wird in der zweiten Abteilung der Meiose beobachtet;
2) alle Phasen sind ähnlich, Schwesterchromosomen (Chromatiden) divergieren zu den Polen der Zelle;
3) die resultierenden Zellen haben einen haploiden Chromosomensatz.

96. Was ist der Unterschied zwischen arteriellen Blutungen und venösen Blutungen?

Antworten:
1) mit arterieller Blutung, scharlachrotem Blut;
2) Es schießt mit einem starken Strahl, einer Fontäne, aus der Wunde.

97. Das Schema dessen, welcher Prozess im menschlichen Körper abläuft, ist in der Abbildung dargestellt? Was liegt diesem Prozess zugrunde und wie verändert sich dadurch die Zusammensetzung des Blutes? Erklären Sie die Antwort.
kapillar

Antworten:
1) Die Abbildung zeigt ein Diagramm des Gasaustauschs in der Lunge (zwischen dem Lungenbläschen und der Blutkapillare);
2) Gasaustausch basiert auf Diffusion - dem Eindringen von Gasen von einem Ort mit hohem Druck zu einem Ort mit geringerem Druck;
3) Durch den Gasaustausch wird das Blut mit Sauerstoff gesättigt und wechselt von venös (A) zu arteriell (B).

98. Welche Wirkung hat Hypodynamie (geringe motorische Aktivität) auf den menschlichen Körper?

Antworten:
Hypodynamie führt zu:
1) zu einer Abnahme des Stoffwechsels, einer Zunahme des Fettgewebes, Übergewicht;
2) Schwächung der Skelett- und Herzmuskeln, Erhöhung der Belastung des Herzens und Verringerung der Ausdauer des Körpers;
3) venöse Blutstagnation in den unteren Extremitäten, Vasodilatation, Durchblutungsstörungen.

(Andere Formulierungen der Antwort sind erlaubt, die ihre Bedeutung nicht verfälschen.)

99. Was sind die Eigenschaften von Pflanzen, die unter trockenen Bedingungen leben?

Antworten:
1) das Wurzelsystem von Pflanzen dringt tief in den Boden ein, erreicht das Grundwasser oder befindet sich in der Oberflächenschicht des Bodens;
2) In manchen Pflanzen wird während Trockenheit Wasser in Blättern, Stängeln und anderen Organen gespeichert;
3) die Blätter sind mit einer Wachsschicht bedeckt, kurz weichhaarig oder in Stacheln oder Nadeln umgewandelt.

100. Was ist der Grund dafür, dass Eisenionen in das menschliche Blut gelangen müssen? Erklären Sie die Antwort.

Antworten:

2) Erythrozyten sorgen für den Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid.

101. Durch welche Gefäße und welche Art von Blut gelangt es in die Herzkammern, die in der Abbildung mit den Nummern 3 und 5 gekennzeichnet sind? Mit welchem ​​Kreislauf des Blutkreislaufs ist jede dieser Herzstrukturen verbunden?

Antworten:
1) venöses Blut tritt in die Kammer ein, die mit der Nummer 3 von der oberen und unteren Hohlvene gekennzeichnet ist;
2) die mit der Nummer 5 markierte Kammer erhält arterielles Blut aus den Lungenvenen;
3) die mit der Nummer 3 bezeichnete Herzkammer ist mit einem großen Blutkreislauf verbunden;
4) Die mit der Nummer 5 bezeichnete Herzkammer ist mit dem Lungenkreislauf verbunden.

102. Was sind Vitamine, welche Rolle spielen sie im Leben des menschlichen Körpers?

Antworten:
1) Vitamine - biologisch aktive organische Substanzen, die in geringen Mengen benötigt werden;
2) sie sind Teil von Enzymen, die am Stoffwechsel teilnehmen;
3) Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Körpers gegen schädliche Umwelteinflüsse, Stimulierung des Wachstums, Entwicklung des Körpers, Wiederherstellung von Geweben und Zellen.

103. Die Körperform des Kalima-Schmetterlings ähnelt einem Blatt. Wie entstand eine ähnliche Körperform bei einem Schmetterling?

Antworten:
1) das Auftreten verschiedener erblicher Veränderungen bei Individuen;
2) Erhaltung durch natürliche Selektion von Individuen mit veränderter Körperform;
3) Reproduktion und Verbreitung von Individuen mit einer Körperform, die einem Blatt ähnelt.

104. Welcher Natur sind die meisten Enzyme und warum verlieren sie ihre Aktivität, wenn das Strahlungsniveau zunimmt?

Antworten:
1) die meisten Enzyme sind Proteine;
2) unter Einwirkung von Strahlung tritt Denaturierung auf, die Struktur des Protein-Enzyms ändert sich.

105. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Vorschläge an, in denen sie gemacht werden, und korrigieren Sie sie.
1. Pflanzen, wie alle lebenden Organismen, ernähren, atmen, wachsen, vermehren sich. 2. Nach der Art der Ernährung werden Pflanzen als autotrophe Organismen klassifiziert. 3. Beim Atmen nehmen Pflanzen Kohlendioxid auf und geben Sauerstoff ab. 4. Alle Pflanzen vermehren sich durch Samen. 5. Pflanzen wachsen wie Tiere nur in den ersten Lebensjahren.

Fehler in Sätzen:
1) 3 - Pflanzen nehmen beim Atmen Sauerstoff auf und setzen Kohlendioxid frei;
2-4 - nur Blüten und Gymnospermen vermehren sich durch Samen und Algen, Moose, Farne - durch Sporen;
3-5 - Pflanzen wachsen ihr ganzes Leben lang, haben unbegrenztes Wachstum.

106. Was ist der Grund dafür, dass Eisenionen in das menschliche Blut gelangen müssen? Erklären Sie die Antwort.

Antworten:
1) Eisenionen sind Teil des Hämoglobins von Erythrozyten;
2) Erythrozyten-Hämoglobin sorgt für den Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid, da es an diese Gase binden kann;
3) Die Zufuhr von Sauerstoff ist für den Energiestoffwechsel der Zelle notwendig, und Kohlendioxid ist ihr Endprodukt, das entfernt werden muss.

107. Erklären Sie, warum Menschen verschiedener Rassen als dieselbe Spezies eingestuft werden. Geben Sie mindestens drei Beweise an.

Antworten:
1) die Ähnlichkeit der Struktur, Lebensprozesse, Verhalten;
2) genetische Einheit - derselbe Chromosomensatz, ihre Struktur;
3) Interrassische Ehen bringen fortpflanzungsfähige Nachkommen hervor.

108. Im alten Indien wurde einer Person, die eines Verbrechens verdächtigt wurde, angeboten, eine Handvoll trockenen Reis zu schlucken. Gelingt ihm dies nicht, galt die Schuld als erwiesen. Geben Sie eine physiologische Begründung für diesen Vorgang an.

Antworten:
1) Schlucken ist ein komplexer Reflexakt, der von Speichelfluss und Reizung der Zungenwurzel begleitet wird;
2) Bei starker Erregung wird der Speichelfluss stark gehemmt, der Mund wird trocken und der Schluckreflex tritt nicht auf.

109. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Nummern der Vorschläge an, in denen sie gemacht werden, und erläutern Sie sie.
1. Die Zusammensetzung der Nahrungskette der Biogeozänose umfasst Erzeuger, Verbraucher und Zersetzer. 2. Das erste Glied in der Nahrungskette sind die Verbraucher. 3. Verbraucher auf der ganzen Welt akkumulieren Energie, die im Prozess der Photosynthese absorbiert wird. 4. In der Dunkelphase der Photosynthese wird Sauerstoff freigesetzt. 5. Reduzierer tragen zur Freisetzung von Energie bei, die von Verbrauchern und Erzeugern angesammelt wird.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - das erste Glied sind die Produzenten;
2) 3 - Verbraucher sind nicht zur Photosynthese fähig;
3)4 - Sauerstoff wird in der Lichtphase der Photosynthese freigesetzt.

110. Was sind die Ursachen für Anämie beim Menschen? Nennen Sie mindestens drei mögliche Gründe.

Antworten:
1) großer Blutverlust;
2) Mangelernährung (Eisen- und Vitaminmangel usw.);
3) Verletzung der Bildung von Erythrozyten in den hämatopoetischen Organen.

111. Die Wespenfliege ähnelt in Farbe und Körperform einer Wespe. Nennen Sie die Art ihrer Schutzausrüstung, erklären Sie ihre Bedeutung und die relative Natur der Fitness.

Antworten:
1) Art der Anpassung - Mimikry, Nachahmung der Farbe und Form des Körpers eines ungeschützten Tieres an ein geschütztes;
2) die Ähnlichkeit mit einer Wespe warnt ein mögliches Raubtier vor der Gefahr, gestochen zu werden;
3) Die Fliege wird zur Beute von Jungvögeln, die noch keinen Reflex auf die Wespe entwickelt haben.

112. Bilden Sie eine Nahrungskette aus allen folgenden Gegenständen: Humus, Kreuzspinne, Habicht, Kohlmeise, Stubenfliege. Bestimmen Sie die Verbraucher der dritten Ordnung in der zusammengestellten Kette.

Antworten:
1) Humus -> Stubenfliege -> Spinnenkreuz -> Kohlmeise -> Habicht;
2) Verbraucher dritter Ordnung - Kohlmeise.

113. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und korrigieren Sie sie.
1. Anneliden sind die am besten organisierten Tiere des Schnitts anderer Arten von Würmern. 2. Anneliden haben ein offenes Kreislaufsystem. 3. Der Körper der Anneliden besteht aus identischen Segmenten. 4. Anneliden haben keine Körperhöhle. 5. Das Nervensystem der Anneliden wird durch den peropharyngealen Ring und die dorsale Nervenkette dargestellt.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - Anneliden haben ein geschlossenes Kreislaufsystem;
2) 4 - Anneliden haben eine Körperhöhle;
3-5 - Die Nervenkette befindet sich auf der Bauchseite des Körpers.

114. Nennen Sie mindestens drei Aromorphosen in Landpflanzen, die es ihnen ermöglichten, als erste das Land zu beherrschen. Begründen Sie die Antwort.

Antworten:
1) die Entstehung von Hautgewebe - der Epidermis mit Stomata - die zum Schutz vor Verdunstung beiträgt;
2) das Auftreten eines leitenden Systems, das den Stofftransport sicherstellt;
3) die Entwicklung eines mechanischen Gewebes, das eine Stützfunktion erfüllt.

115. Erklären Sie den Grund für die große Vielfalt an Beuteltieren in Australien und ihre Abwesenheit auf anderen Kontinenten.

Antworten:
1) Australien trennte sich während der Blütezeit der Beuteltiere von anderen Kontinenten, bevor Plazentatiere auftauchten (geografische Isolation);
2) die natürlichen Bedingungen Australiens trugen zur Divergenz der Anzeichen von Beuteltieren und aktiver Speziation bei;
3) Auf anderen Kontinenten wurden Beuteltiere durch Plazenta-Säugetiere ersetzt.

116. In welchen Fällen beeinflusst eine Änderung in der Sequenz von DNA-Nukleotiden nicht die Struktur und Funktionen des entsprechenden Proteins?

Antworten:
1) wenn als Ergebnis einer Nukleotidsubstitution ein anderes Codon erscheint, das für die gleiche Aminosäure kodiert;
2) wenn das als Ergebnis einer Nukleotidsubstitution gebildete Codon für eine andere Aminosäure kodiert, aber mit ähnlichen chemischen Eigenschaften, die die Struktur des Proteins nicht verändert;
3) wenn Nukleotidveränderungen in intergenischen oder nicht funktionierenden DNA-Regionen auftreten.

117. Warum wird die Beziehung zwischen Hecht und Barsch im Flussökosystem als kompetitiv angesehen?

Antworten:
1) sind Raubtiere, essen ähnliche Nahrung;
2) leben im selben Reservoir, brauchen ähnliche Lebensbedingungen, unterdrücken sich gegenseitig.

118. Finden Sie Fehler im gegebenen Text. Geben Sie die Anzahl der Sätze an, in denen Fehler gemacht wurden, und korrigieren Sie sie.
1. Die Hauptklassen der Arthropoden sind Krebstiere, Spinnentiere und Insekten. 2. Insekten haben vier Beinpaare und Spinnentiere haben drei Paar. 3. Der Krebs hat einfache Augen und die Kreuzspinne hat komplexe Augen. 4. Bei Spinnentieren befinden sich Spinnenwarzen am Bauch. 5. Spinnenkreuz und Maikäfer atmen mit Hilfe von Lungensäcken und Luftröhre.

Fehler in Sätzen:
1) 2 - Insekten haben drei Beinpaare und Spinnentiere - vier Paare;
2) 3 - Krebse haben Facettenaugen und die Kreuzspinne hat einfache Augen;
3-5 - Der Maikäfer hat keine Lungensäcke, sondern nur Luftröhren.

119. Was sind die Merkmale der Struktur und des Lebens von Hutpilzen? Nennen Sie mindestens vier Merkmale.

Antworten:
1) haben ein Myzel und einen Fruchtkörper;
2) durch Sporen und Myzel reproduzieren;
3) nach der Ernährungsmethode - Heterotrophe;
4) die meisten bilden Mykorrhiza.

120. Welche Aromorphosen erlaubten es den alten Amphibien, das Land zu erobern.

Antworten:
1) das Auftreten von Lungenatmung;
2) die Bildung von sezierten Gliedmaßen;
3) das Auftreten eines dreikammerigen Herzens und zweier Blutkreisläufe.

Der Lebenszyklus einer Zelle zeigt deutlich, dass das Leben einer Zelle in eine Periode der Interkinese und Mitose zerfällt. Während der Interkinese werden alle lebenswichtigen Prozesse aktiv ausgeführt, mit Ausnahme der Teilung. Konzentrieren wir uns zuerst auf sie. Der Hauptlebensprozess einer Zelle ist der Stoffwechsel.

Auf ihrer Grundlage erfolgen die Bildung spezifischer Substanzen, Wachstum, Zelldifferenzierung sowie Reizbarkeit, Bewegung und Selbstreproduktion von Zellen. In einem vielzelligen Organismus ist die Zelle Teil des Ganzen. Daher werden die morphologischen Merkmale und die Art aller lebenswichtigen Prozesse der Zelle unter dem Einfluss des Organismus und der äußeren Umgebung gebildet. Der Körper übt seinen Einfluss auf die Zellen hauptsächlich über das Nervensystem sowie durch die Wirkung von Hormonen der endokrinen Drüsen aus.

Der Stoffwechsel ist eine bestimmte Ordnung der Stoffumwandlung, die zur Erhaltung und Selbsterneuerung der Zelle führt. Beim Prozess des Stoffwechsels gelangen einerseits Stoffe in die Zelle, die verarbeitet werden und Teil des Zellkörpers sind, und andererseits werden Stoffe, die Zerfallsprodukte sind, aus der Zelle, dh der Zelle und dem Zellkörper, entfernt Umwelt Austauschstoffe. Chemisch drückt sich der Stoffwechsel in chemischen Reaktionen aus, die in einer bestimmten Reihenfolge aufeinander folgen. Strenge Ordnung im Verlauf der Stoffumwandlung bieten Eiweißstoffe - Enzyme, die die Rolle von Katalysatoren spielen. Enzyme sind spezifisch, das heißt, sie wirken auf bestimmte Weise nur auf bestimmte Substanzen. Unter dem Einfluss von Enzymen ändert sich ein bestimmter Stoff aller möglichen Umwandlungen um ein Vielfaches schneller in nur einer Richtung. Die dabei entstehenden neuen Substanzen verändern sich weiter unter dem Einfluss anderer, ebenso spezifischer Enzyme usw.

Das treibende Prinzip des Stoffwechsels ist das Gesetz der Einheit und des Kampfes der Gegensätze. Tatsächlich wird der Stoffwechsel durch zwei widersprüchliche und gleichzeitig gemeinsame Prozesse bestimmt - Assimilation und Dissimilation. Die aus der äußeren Umgebung aufgenommenen Substanzen werden von der Zelle verarbeitet und verwandeln sich in für diese Zelle charakteristische Substanzen (Assimilation). So wird die Zusammensetzung seines Zytoplasmas, Kernorganellen aktualisiert, trophische Einschlüsse gebildet, Geheimnisse, Hormone produziert. Die Assimilationsprozesse sind synthetisch, sie gehen mit der Aufnahme von Energie weiter. Die Quelle dieser Energie sind die Dissimilationsprozesse. Dadurch werden ihre zuvor gebildeten organischen Substanzen zerstört, Energie freigesetzt und Produkte gebildet, die teils zu neuen Zellsubstanzen synthetisiert, teils aus der Zelle ausgeschieden werden (Ausscheidungen). Die durch die Dissimilation freigesetzte Energie wird für die Assimilation verwendet. Assimilation und Dissimilation sind also zwei, wenn auch unterschiedliche, aber eng verwandte Aspekte des Stoffwechsels.

Die Natur des Stoffwechsels ist nicht nur bei verschiedenen Tieren unterschiedlich, sondern sogar innerhalb desselben Organismus in verschiedenen Organen und Geweben. Diese Besonderheit äußert sich darin, dass die Zellen jedes Organs nur bestimmte Stoffe aufnehmen, daraus bestimmte Stoffe ihres Körpers aufbauen und ganz bestimmte Stoffe an die äußere Umgebung abgeben können. Neben dem Stoffwechsel wird auch Energie ausgetauscht, dh die Zelle nimmt Energie aus der äußeren Umgebung in Form von Wärme, Licht auf und gibt ihrerseits Strahlungs- und andere Energiearten ab.

Der Stoffwechsel setzt sich aus einer Reihe privater Prozesse zusammen. Die wichtigsten sind:

1) Eindringen von Substanzen in die Zelle;

2) ihre „Verarbeitung“ mit Hilfe von Ernährungs- und Atmungsprozessen (aerob und anaerob);

3) die Verwendung von "Verarbeitungsprodukten" für verschiedene synthetische Prozesse, von denen ein Beispiel die Synthese von Proteinen und die Bildung eines Geheimnisses sein kann;

4) Entfernung von Abfallprodukten aus der Zelle.

Das Plasmalemma spielt eine wichtige Rolle beim Eindringen von Stoffen sowie beim Abtransport von Stoffen aus der Zelle. Beide Prozesse können aus physikalisch-chemischer und morphologischer Sicht betrachtet werden. Die Durchlässigkeit beruht auf passivem und aktivem Transfer. Die erste tritt aufgrund der Phänomene der Diffusion und Osmose auf. Gegen diese Gesetze können jedoch Substanzen in die Zelle gelangen, was auf die Aktivität der Zelle selbst und ihre Selektivität hinweist. Es ist beispielsweise bekannt, dass Natriumionen aus der Zelle herausgepumpt werden, auch wenn ihre Konzentration in der äußeren Umgebung höher ist als in der Zelle, während Kaliumionen dagegen in die Zelle gepumpt werden. Dieses Phänomen wird unter dem Namen „Natrium-Kalium-Pumpe“ beschrieben und geht mit einem Energieaufwand einher. Die Fähigkeit, in die Zelle einzudringen, nimmt mit zunehmender Zahl der Hydroxylgruppen (OH) im Molekül ab, wenn eine Aminogruppe (NH2) in das Molekül eingeführt wird. Organische Säuren dringen leichter ein als anorganische Säuren. Ammoniak dringt besonders schnell aus Laugen ein. Für die Durchlässigkeit ist auch die Größe des Moleküls wichtig. Die Permeabilität einer Zelle ändert sich je nach Reaktion, Temperatur, Beleuchtung, Alter und physiologischem Zustand der Zelle selbst, und diese Gründe können die Permeabilität einiger Substanzen erhöhen und gleichzeitig die Permeabilität anderer schwächen.

Das morphologische Bild der Durchlässigkeit von Stoffen aus der Umwelt ist gut nachvollziehbar und wird durch Phagozytose (Phagein - Essen) und Pinozytose (Pynein - Trinken) durchgeführt. Die Mechanismen beider scheinen ähnlich zu sein und unterscheiden sich nur quantitativ. Mit Hilfe der Phagozytose werden größere Partikel eingefangen und mit Hilfe der Pinozytose kleinere und weniger dichte. Zuerst werden die Substanzen von der mit Mucopolysacchariden bedeckten Oberfläche des Plasmalemmas adsorbiert, dann sinken sie zusammen mit ihr tief hinein und es bildet sich eine Blase, die sich dann vom Plasmalemma löst (Abb. 19). Die Verarbeitung der eingedrungenen Stoffe erfolgt im Rahmen verdauungsähnlicher Prozesse, die in der Bildung relativ einfacher Stoffe gipfeln. Die intrazelluläre Verdauung beginnt damit, dass phagozytische oder pinozytische Vesikel mit primären Lysosomen verschmelzen, die Verdauungsenzyme enthalten, und ein sekundäres Lysosom oder eine Verdauungsvakuole gebildet wird. In ihnen erfolgt mit Hilfe von Enzymen die Zersetzung von Substanzen in einfachere. An diesem Prozess sind nicht nur Lysosomen beteiligt, sondern auch andere Bestandteile der Zelle. Somit liefern Mitochondrien die Energieseite des Prozesses; Kanäle des zytoplasmatischen Retikulums können zum Transport verarbeiteter Substanzen verwendet werden.

Die intrazelluläre Verdauung endet einerseits mit der Bildung von relativ einfachen Produkten, aus denen wiederum komplexe Substanzen (Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate) synthetisiert werden, die zur Erneuerung von Zellstrukturen oder zur Bildung von Geheimnissen verwendet werden, und andererseits von Produkten als Ausscheidungen aus der Zelle entfernt werden. Beispiele für die Verwendung von verarbeiteten Produkten sind die Proteinsynthese und die Bildung von Geheimnissen.

Reis. 19. Schema der Pinozytose:

L - Bildung eines pinozytischen Kanals (1) und pinozytischer Vesikel (2). Pfeile zeigen die Richtung der Plasmalemma-Invagination. B-Zh - aufeinanderfolgende Stadien der Pinozytose; 3 - adsorbierte Partikel; 4 - von Zellauswüchsen eingefangene Partikel; 5 - Zellplasmamembran; D, E, B - aufeinanderfolgende Stadien der Bildung von pinozytotischen Vakuolen; G - Nahrungspartikel werden aus der Vakuolenhülle freigesetzt.

Die Proteinsynthese wird an Ribosomen durchgeführt und erfolgt bedingt in vier Stufen.

Der erste Schritt beinhaltet die Aktivierung von Aminosäuren. Ihre Aktivierung erfolgt in der zytoplasmatischen Matrix unter Beteiligung von Enzymen (Aminoacyl-RNA-Synthetasen). Es sind etwa 20 Enzyme bekannt, die jeweils nur für eine Aminosäure spezifisch sind. Die Aktivierung einer Aminosäure erfolgt, wenn sie mit einem Enzym und ATP kombiniert wird.

Durch die Wechselwirkung wird Pyrophosphat von ATP abgespalten und die Energie, die in der Verbindung zwischen der ersten und zweiten Phosphatgruppe steckt, wird vollständig auf die Aminosäure übertragen. Die so aktivierte Aminosäure (Aminoacyladenylat) wird reaktiv und erhält die Fähigkeit, sich mit anderen Aminosäuren zu verbinden.

Die zweite Stufe ist die Bindung der aktivierten Aminosäure an Transfer-RNA (t-RNA). In diesem Fall bindet ein t-RNA-Molekül nur ein Molekül der aktivierten Aminosäure an. An diesen Reaktionen ist dasselbe Enzym beteiligt wie in der ersten Stufe, und die Reaktion endet mit der Bildung eines Komplexes aus t-RNA und einer aktivierten Aminosäure. Das tRNA-Molekül besteht aus einer an einem Ende geschlossenen Doppelhelix. Das geschlossene (Kopf-) Ende dieser Helix wird durch drei Nukleotide (Anticodon) dargestellt, die die Anheftung dieser t-RNA an eine bestimmte Stelle (Codon) eines langen Messenger-RNA (i-RNA)-Moleküls bestimmen. An das andere Ende der tRNA wird eine aktivierte Aminosäure angehängt (Abb. 20). Besitzt ein tRNA-Molekül beispielsweise am Kopfende ein UAA-Triplett, dann kann an seinem gegenüberliegenden Ende nur die Aminosäure Lysin angehängt werden. Somit hat jede Aminosäure ihre eigene spezifische t-RNA. Wenn die drei endständigen Nukleotide in verschiedenen tRNAs gleich sind, wird ihre Spezifität durch die Sequenz der Nukleotide in einem anderen Teil der tRNA bestimmt. Die Energie der aktivierten Aminosäure, die an die tRNA gebunden ist, wird verwendet, um Peptidbindungen im Polypeptidmolekül zu bilden. Die aktivierte Aminosäure wird von tRNA durch das Hyaloplasma zu den Ribosomen transportiert.

Die dritte Stufe ist die Synthese von Polypeptidketten. Die Boten-RNA, die den Kern verlässt, erstreckt sich durch die kleinen Untereinheiten mehrerer Ribosomen eines bestimmten Polyribosoms, und in jedem von ihnen werden dieselben Syntheseprozesse wiederholt. Während der Räumung, dem Legen dieses Maulwurfs

Reis. 20. Schema der Polypeptidsynthese an Ribosomen mittels i-RNA und t-RNA: /, 2 - Ribosom; 3 - t-RNA, die Anticodons an einem Ende trägt: ACC, AUA. Ayv AGC, bzw. am anderen Ende Aminosäuren: Tryptophan, Roller, Lysin, Serin (5); 4-n-RNA, in der sich die Codes befinden: UGG (Tryptophan) » URU (Valin). UAA (Lysin), UCG (Serin); 5 - synthetisiertes Polypeptid.

Ein t-RNA-Coule, dessen Triplett dem Codewort der m-RNA entspricht. Dann verschiebt sich das Codewort nach links und mit ihm die daran angehängte t-RNA. Die von ihm eingebrachte Aminosäure wird durch eine Peptidbindung mit der zuvor eingebrachten Aminosäure des synthetisierenden Polypeptids verbunden; t-RNA wird von i-RNA getrennt, es erfolgt die Übersetzung (Abschreiben) der i-RNA-Informationen, dh die Proteinsynthese. Offensichtlich werden zwei t-RNA-Moleküle gleichzeitig an Ribosomen gebunden: eines an der Stelle, die die synthetisierte Polypeptidkette trägt, und das andere an der Stelle, an der die nächste Aminosäure angebracht wird, bevor sie an ihren Platz in der Kette fällt.

Die vierte Stufe ist die Entfernung der Polypeptidkette vom Ribosom und die Bildung einer räumlichen Konfiguration, die für das synthetisierte Protein charakteristisch ist. Schließlich wird das Proteinmolekül, das seine Bildung abgeschlossen hat, unabhängig. tRNA kann für wiederholte Synthesen verwendet werden, während mRNA zerstört wird. Die Dauer der Bildung eines Proteinmoleküls hängt von der Anzahl der darin enthaltenen Aminosäuren ab. Es wird angenommen, dass die Zugabe einer Aminosäure 0,5 Sekunden dauert.

Der Syntheseprozess erfordert den Energieaufwand, dessen Quelle ATP ist, das hauptsächlich in den Mitochondrien und in geringer Menge im Zellkern und bei erhöhter Zellaktivität auch im Hyaloplasma gebildet wird. Im Kern im Hyaloplasma wird ATP nicht auf der Grundlage eines oxidativen Prozesses wie in den Mitochondrien gebildet, sondern auf der Grundlage der Glykolyse, dh eines anaeroben Prozesses. Somit wird die Synthese aufgrund der koordinierten Arbeit des Zellkerns, des Hyaloplasmas, der Ribosomen, der Mitochondrien und des körnigen zytoplasmatischen Retikulums der Zelle durchgeführt.

Die sekretorische Aktivität der Zelle ist auch ein Beispiel für die koordinierte Arbeit einer Reihe von zellulären Strukturen. Sekretion ist die Produktion von speziellen Produkten durch eine Zelle, die in einem vielzelligen Organismus am häufigsten im Interesse des gesamten Organismus verwendet werden. Speichel, Galle, Magensaft und andere Geheimnisse dienen also dazu, Nahrung zu verarbeiten

Reis. 21. Schema einer der möglichen Arten der Sekretionssynthese in der Zelle und ihrer Ausscheidung:

1 - Geheimnis im Kernel; 2 - Verlassen des Pro-Secrets aus dem Kernel; 3 - Ansammlung von Prosecret in der Zisterne des zytoplasmatischen Retikulums; 4 - Trennung des Tanks mit einem Geheimnis vom zytoplasmatischen Retikulum; 5 - Lamellenkomplex; 6 - ein Tropfen Geheimnis im Bereich des Lamellenkomplexes; 7- reifes Sekretionskörnchen; 8-9 - aufeinanderfolgende Sekretionsstadien; 10 - Geheimnis außerhalb der Zelle; 11 - Zellplasmalemma.

Verdauungsorgane. Geheimnisse können entweder nur von Proteinen (einer Reihe von Hormonen, Enzymen) gebildet werden oder aus Glykoproteinen (Schleim), Ligu-Proteinen, Glykolipoproteinen bestehen, seltener werden sie durch Lipide (Fett von Milch und Talgdrüsen) oder anorganische Substanzen dargestellt (Salzsäure der Fundusdrüsen).

In sekretorischen Zellen können normalerweise zwei Enden unterschieden werden: basal (mit Blick auf den perikapillären Raum) und apikal (mit Blick auf den Raum, in dem das Sekret abgesondert wird). Bei der Anordnung der Bestandteile der sekretorischen Zelle wird eine Zonierung beobachtet, und von den basalen bis zu den apikalen Enden (Polen) bilden sie die folgende Reihe: körniges zytoplasmatisches Retikulum, Kern, Lamellenkomplex, Sekretionskörnchen (Abb. 21). Das Plasmalemma des Basal- und Apikalpols trägt oft Mikrovilli, wodurch die Oberfläche für den Eintrag von Substanzen aus Blut und Lymphe durch den Basalpol und den Abtransport des fertigen Sekrets durch den Apikalpol zunimmt.

Mit der Bildung eines Proteingeheimnisses (Bauchspeicheldrüse) beginnt der Prozess mit der Synthese von Proteinen, die für das Geheimnis spezifisch sind. Daher ist der Kern sekretorischer Zellen reich an Chromatin, hat einen gut definierten Nukleolus, dank dem alle drei Arten von RNA gebildet werden, die in das Zytoplasma gelangen und an der Proteinsynthese teilnehmen. Offenbar beginnt die Sekretionssynthese manchmal im Kern und endet im Zytoplasma, meistens jedoch im Hyaloplasma und setzt sich im granulären zytoplasmatischen Retikulum fort. Die Tubuli des zytoplasmatischen Retikulums spielen eine wichtige Rolle bei der Akkumulation von Primärprodukten und deren Transport. In dieser Hinsicht gibt es viele Ribosomen in den sekretorischen Zellen und das zytoplasmatische Retikulum ist gut entwickelt. Abschnitte des zytoplasmatischen Retikulums mit dem primären Geheimnis werden abgerissen und zum Lamellenkomplex geleitet, der in seine Vakuolen übergeht. Hier kommt es zur Bildung sekretorischer Granula.

In diesem Fall bildet sich um das Geheimnis eine Lipoproteinmembran, und das Geheimnis selbst reift (verliert Wasser) und wird konzentrierter. Das fertige Geheimnis in Form von Granula oder Vakuolen verlässt den Lamellenkomplex und wird durch den apikalen Pol der Zellen freigesetzt. Mitochondrien liefern Energie für diesen gesamten Prozess. Geheimnisse nicht-proteinischer Natur werden anscheinend im zytoplasmatischen Retikulum und in einigen Fällen sogar in Mitochondrien synthetisiert (Lipidgeheimnisse). Der Sekretionsprozess wird durch das Nervensystem reguliert. Neben konstruktiven Proteinen und Geheimnissen können durch den Stoffwechsel in der Zelle Substanzen trophischer Natur (Glykogen, Fett, Pigmente usw.) gebildet werden, Energie wird erzeugt (strahlende, thermische und elektrische Bioströme).

Der Stoffwechsel wird mit der Freisetzung einer Reihe von Substanzen in die äußere Umgebung abgeschlossen, die in der Regel von der Zelle nicht verwendet werden und häufig verwendet werden

Sogar schädlich für sie. Die Entnahme von Stoffen aus der Zelle erfolgt ebenso wie die Aufnahme auf der Grundlage passiver physikalischer und chemischer Prozesse (Diffusion, Osmose) und durch aktiven Transfer. Das morphologische Bild der Ausscheidung hat oft einen der Phagozytose entgegengesetzten Charakter. Die ausgeschiedenen Stoffe sind von einer Membran umgeben.

Das resultierende Vesikel nähert sich der Zellmembran, kommt mit ihr in Kontakt, bricht dann durch und der Inhalt des Vesikels befindet sich außerhalb der Zelle.

Der Stoffwechsel bestimmt, wie wir bereits gesagt haben, auch andere lebenswichtige Manifestationen der Zelle, wie Zellwachstum und -differenzierung, Reizbarkeit und die Fähigkeit der Zellen, sich selbst zu reproduzieren.

Zellwachstum ist eine äußere Manifestation des Stoffwechsels, die sich in einer Zunahme der Zellgröße ausdrückt. Wachstum ist nur möglich, wenn im Stoffwechsel die Assimilation die Dissimilation überwiegt und jede Zelle nur bis zu einer bestimmten Grenze wächst.

Die Zelldifferenzierung ist eine Reihe qualitativer Veränderungen, die in verschiedenen Zellen unterschiedlich ablaufen und durch die Umgebung und die Aktivität von DNA-Abschnitten, den Genen, bestimmt werden. Dadurch entstehen Zellen unterschiedlicher Qualität aus verschiedenen Geweben, und in Zukunft unterliegen die Zellen altersbedingten Veränderungen, die wenig untersucht sind. Es ist jedoch bekannt, dass Zellen wasserarm werden, Proteinpartikel größer werden, was zu einer Abnahme der Gesamtoberfläche der dispergierten Phase des Kolloids und folglich zu einer Abnahme der Stoffwechselintensität führt. Daher nimmt das Vitalpotential der Zelle ab, oxidative, reduzierende und andere Reaktionen verlangsamen sich, die Richtung einiger Prozesse ändert sich, wodurch sich verschiedene Substanzen in der Zelle ansammeln.

Die Reizbarkeit einer Zelle ist ihre Reaktion auf Veränderungen in der äußeren Umgebung, wodurch vorübergehende Widersprüche, die zwischen der Zelle und der Umgebung entstehen, beseitigt werden und die lebende Struktur an die bereits veränderte äußere Umgebung angepasst wird.

Beim Phänomen der Reizbarkeit lassen sich folgende Punkte unterscheiden:

1) die Auswirkung eines Umweltfaktors (z. B. mechanisch, chemisch, Strahlung usw.)

2) der Übergang der Zelle in einen aktiven, das heißt erregbaren, Zustand, der sich in einer Veränderung biochemischer und biophysikalischer Prozesse innerhalb der Zelle manifestiert und die Durchlässigkeit der Zelle und die Sauerstoffaufnahme erhöhen kann, der kolloidale Zustand seiner Zytoplasmaveränderungen, elektrische Wirkungsströme treten auf usw.;

3) die Reaktion der Zelle auf den Einfluss der Umgebung, und in verschiedenen Zellen manifestiert sich die Reaktion auf unterschiedliche Weise. So tritt eine lokale Stoffwechselveränderung im Bindegewebe auf, eine Kontraktion tritt im Muskelgewebe auf, ein Geheimnis wird im Drüsengewebe (Speichel, Galle usw.) abgesondert, ein Nervenimpuls tritt in den Nervenzellen auf Bereich breitet sich aus im ganzen Gewebe. In einer Nervenzelle kann sich die Erregung nicht nur auf andere Elemente desselben Gewebes ausbreiten (was zur Bildung komplexer erregbarer Systeme führt - Reflexbögen), sondern auch auf andere Gewebe übertragen werden. Dank dessen wird die regulatorische Rolle des Nervensystems ausgeführt. Der Grad der Komplexität dieser Reaktionen hängt von der Höhe der Organisation des Tieres ab.Je nach Stärke und Art des Reizmittels werden die folgenden drei Arten von Reizbarkeit unterschieden: normal, paranekrotisch und nekrotisch. Wenn die Stärke des Reizes die Grenzen der üblichen Umgebung, in der die Zelle oder der Organismus als Ganzes lebt, nicht überschreitet, beseitigen die in der Zelle auftretenden Prozesse schließlich den Widerspruch zur äußeren Umgebung und die Zelle kehrt in ihren normalen Zustand zurück. Dabei tritt keine Verletzung der mikroskopisch sichtbaren Zellstruktur auf. Wenn die Stärke des Reizes groß ist oder lange Zeit auf die Zelle einwirkt, führt eine Änderung intrazellulärer Prozesse zu einer erheblichen Störung der Funktion, Struktur und Chemie der Zelle. Einschlüsse treten darin auf, Strukturen bilden sich in Form von Fäden, Klumpen, Netzen usw. Die Reaktion des Zytoplasmas verschiebt sich in Richtung Säure, eine Veränderung der Struktur und der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Zelle stört die normale Funktion der Zelle, bringt es an den Rand von Leben und Tod. Dieser Zustand wird von Nasonov und Aleksandrov als paranekrotisch* bezeichnet. Er ist reversibel und kann zu einer Zellwiederherstellung führen, aber er kann auch zum Zelltod führen. Wenn der Wirkstoff schließlich mit sehr starker Kraft wirkt, werden die Abläufe innerhalb der Zelle so stark gestört, dass eine Erholung unmöglich ist und die Zelle abstirbt. Danach treten eine Reihe struktureller Veränderungen auf, dh die Zelle tritt in einen Zustand der Nekrose oder Nekrose ein.

Verkehr. Die Art der der Zelle innewohnenden Bewegung ist sehr vielfältig. Zunächst einmal gibt es eine kontinuierliche Bewegung des Zytoplasmas in der Zelle, die offensichtlich mit der Durchführung von Stoffwechselprozessen verbunden ist. Darüber hinaus können sich verschiedene zytoplasmatische Formationen sehr aktiv in der Zelle bewegen, zum Beispiel Zilien im Flimmerepithel, Mitochondrien; macht Bewegung und der Kern. In anderen Fällen drückt sich die Bewegung in einer Änderung der Länge oder des Volumens der Zelle aus, gefolgt von ihrer Rückkehr in ihre ursprüngliche Position. Eine solche Bewegung wird in Muskelzellen, in Muskelfasern und in Pigmentzellen beobachtet. Bewegung im Weltraum ist ebenfalls weit verbreitet. Es kann mit Hilfe von Pseudopodien wie einer Amöbe durchgeführt werden. So bewegen sich Leukozyten und einige Zellen des Bindegewebes und anderer Gewebe. Spermien haben eine besondere Bewegungsform im Raum. Ihre Translationsbewegung erfolgt aufgrund einer Kombination aus Serpentinenbiegungen des Schwanzes und Rotation der Spermien um die Längsachse. Bei relativ einfach organisierten Wesen und in einigen Zellen hoch organisierter vielzelliger Tiere wird die Bewegung im Raum durch verschiedene Agenten der äußeren Umgebung verursacht und gelenkt und Taxis genannt.

Es gibt: Chemotaxis, Thigmotaxis und Rheotaxis. Chemotaxis – Bewegung hin zu oder weg von Chemikalien. Solche Taxis werden von Blutleukozyten erkannt, die sich wie Amöben auf die in den Körper eingedrungenen Bakterien zubewegen und dabei bestimmte Substanzen freisetzen, Tigmotaxis - Bewegung auf den berührten festen Körper zu oder von ihm weg. Beispielsweise bewirkt eine leichte Berührung von Nahrungspartikeln auf einer Amöbe, dass sie diese umhüllt und dann schluckt. Der starke mechanische Reiz kann die Bewegung in der dem abärgernden Anfang entgegengesetzten Richtung herbeirufen. Rheotaxis - Bewegung gegen den Strom einer Flüssigkeit. Die Fähigkeit zur Rheotaxis besitzen Spermien, die sich im Uterus gegen den Schleimstrom in Richtung Eizelle bewegen.

Die Fähigkeit zur Selbstreproduktion ist die wichtigste Eigenschaft lebender Materie, ohne die kein Leben möglich ist. Jedes lebende System ist durch eine Kette irreversibler Veränderungen gekennzeichnet, die mit dem Tod enden. Wenn diese Systeme keine neuen Systeme hervorbringen würden, die in der Lage wären, den Kreislauf von vorne zu beginnen, würde das Leben aufhören.

Die Funktion der Selbstreproduktion der Zelle wird durch Teilung ausgeführt, die eine Folge der Entwicklung der Zelle ist. Im Laufe seines Lebens nimmt die Masse der Zellen aufgrund des Vorherrschens der Assimilation gegenüber der Dissimilation zu, aber das Volumen der Zelle nimmt schneller zu als ihre Oberfläche. Unter diesen Bedingungen nimmt die Intensität des Stoffwechsels ab, es kommt zu tiefgreifenden physikochemischen und morphologischen Umstrukturierungen der Zelle, und Assimilationsprozesse werden allmählich gehemmt, was mit Hilfe von markierten Atomen überzeugend nachgewiesen werden konnte. Infolgedessen stoppt das Wachstum der Zelle zunächst, und dann wird ihre weitere Existenz unmöglich und es kommt zu einer Teilung.

Der Übergang zur Teilung ist ein qualitativer Sprung oder eine Folge quantitativer Veränderungen in der Assimilation und Dissimilation, ein Mechanismus zur Auflösung von Widersprüchen zwischen diesen Prozessen. Nach der Zellteilung verjüngen sie sich gleichsam, ihr Lebenspotential steigt, da bereits durch eine Verkleinerung der Anteil der aktiven Oberfläche zunimmt, der Stoffwechsel im Allgemeinen und seine Assimilationsphase im Besonderen intensiviert werden.

Das individuelle Leben einer Zelle besteht also aus einer Phase der Interphase, die durch einen gesteigerten Stoffwechsel gekennzeichnet ist, und einer Phase der Teilung.

Interphase ist mit einem gewissen Grad an Konventionalität unterteilt:

1) für die präsynthetische Periode (Gj), wenn die Intensität der Assimilationsprozesse allmählich zunimmt, aber die DNA-Reduktion noch nicht begonnen hat;

2) synthetisch (S), gekennzeichnet durch die Höhe der Synthese, während der eine DNA-Verdopplung auftritt, und

3) postsynthetisch (G2), wenn DNA-Syntheseprozesse aufhören.

Es gibt folgende Hauptteilungsarten:

1) indirekte Teilung (Mitose oder Karyokinese);

2) Meiose oder Reduktionsteilung und

3) Amitose oder direkte Teilung.

Energie ist für alle lebenden Zellen notwendig - sie wird für verschiedene biologische und chemische Reaktionen verwendet, die in der Zelle ablaufen. Einige Organismen nutzen die Energie des Sonnenlichts für biochemische Prozesse – das sind Pflanzen (Abb. 1), während andere die Energie chemischer Bindungen in Substanzen nutzen, die bei der Ernährung gewonnen werden – das sind tierische Organismen. Die Gewinnung von Energie erfolgt durch Aufspaltung und Oxidation dieser Substanzen, im Prozess der Atmung wird diese Atmung genannt biologische Oxidation, oder Zellatmung.

Reis. 1. Die Energie des Sonnenlichts

Zellatmung- Dies ist ein biochemischer Prozess in der Zelle, der unter Beteiligung von Enzymen abläuft, wodurch Wasser und Kohlendioxid freigesetzt werden und Energie in Form von hochenergetischen Bindungen von ATP-Molekülen gespeichert wird. Findet dieser Vorgang in Gegenwart von Sauerstoff statt, so spricht man von aerob, aber wenn es ohne Sauerstoff auftritt, dann heißt es anaerob.

Die biologische Oxidation umfasst drei Hauptstufen:

1. Vorbereitend.

2. Anoxisch (Glykolyse).

3. Vollständige Zersetzung organischer Substanzen (in Gegenwart von Sauerstoff).

Mit der Nahrung aufgenommene Substanzen werden in Monomere zerlegt. Dieses Stadium beginnt im Magen-Darm-Trakt oder in den Lysosomen der Zelle. Polysaccharide zerfallen in Monosaccharide, Proteine ​​in Aminosäuren, Fette in Glycerin und Fettsäuren. Die dabei freigesetzte Energie wird in Form von Wärme abgeführt. Es sollte beachtet werden, dass Zellen Kohlenhydrate für Energieprozesse verwenden und Monosaccharide besser sind und das Gehirn nur ein Monosaccharid - Glukose - für seine Arbeit verwenden kann (Abb. 2).

Reis. 2. Vorbereitungsphase

Glukose wird durch Glykolyse in zwei Moleküle Brenztraubensäure mit drei Kohlenstoffatomen zerlegt. Das weitere Schicksal der Brenztraubensäure hängt von der Anwesenheit von Sauerstoff in der Zelle ab. Ist Sauerstoff in der Zelle vorhanden, gelangt Brenztraubensäure in die Mitochondrien zur vollständigen Oxidation zu Kohlendioxid und Wasser (aerobe Atmung). Wenn kein Sauerstoff vorhanden ist, wird Brenztraubensäure in tierischen Geweben zu Milchsäure. Dieses Stadium findet im Zytoplasma der Zelle statt.

Glykolyse- Dies ist eine Abfolge von Reaktionen, bei denen ein Molekül Glucose in zwei Moleküle Brenztraubensäure gespalten wird, während Energie freigesetzt wird, die ausreicht, um zwei ADP-Moleküle in zwei ATP-Moleküle umzuwandeln (Abb. 3).

Reis. 3. Anoxisches Stadium

Sauerstoff ist für die vollständige Oxidation von Glukose unerlässlich. In der dritten Stufe wird Brenztraubensäure in Mitochondrien vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert, was zur Bildung weiterer 36 ATP-Moleküle führt, da diese Stufe unter Beteiligung von Sauerstoff stattfindet, wird sie als Sauerstoff oder aerob bezeichnet (Abb. 4). .

Reis. 4. Vollständiger Abbau organischer Stoffe

Insgesamt werden aus einem Glucosemolekül in drei Stufen 38 ATP-Moleküle gebildet, wobei die beiden ATP-Moleküle berücksichtigt werden, die bei der Glykolyse gewonnen werden.

So haben wir die in Zellen ablaufenden Energieprozesse betrachtet, die die Stadien der biologischen Oxidation charakterisiert haben.

Die Atmung, die in der Zelle unter Freisetzung von Energie stattfindet, wird oft mit dem Verbrennungsprozess verglichen. Beide Prozesse finden in Gegenwart von Sauerstoff, Freisetzung von Energie und Oxidationsprodukten - Kohlendioxid und Wasser - statt. Im Gegensatz zur Verbrennung ist die Atmung jedoch ein geordneter Prozess biochemischer Reaktionen, die in Gegenwart von Enzymen ablaufen. Bei der Atmung entsteht Kohlendioxid als Endprodukt der biologischen Oxidation und bei der Verbrennung erfolgt die Bildung von Kohlendioxid durch direkte Verbindung von Wasserstoff mit Kohlenstoff. Außerdem wird während der Atmung neben Wasser und Kohlendioxid eine gewisse Menge an ATP-Molekülen gebildet, dh Atmung und Verbrennung sind grundlegend unterschiedliche Prozesse (Abb. 5).

Reis. 5. Unterschiede zwischen Atmung und Verbrennung

Die Glykolyse ist nicht nur der Hauptweg für den Stoffwechsel von Glukose, sondern auch der Hauptweg für den Stoffwechsel von Fruktose und Galaktose aus der Nahrung. Besonders wichtig in der Medizin ist die Fähigkeit der Glykolyse, ATP in Abwesenheit von Sauerstoff zu bilden. Dies ermöglicht es, die intensive Arbeit des Skelettmuskels bei Bedingungen einer unzureichenden Effizienz der aeroben Oxidation aufrechtzuerhalten. Gewebe mit erhöhter glykolytischer Aktivität können in Zeiten von Sauerstoffmangel aktiv bleiben. Im Herzmuskel sind die Möglichkeiten der Glykolyse begrenzt. Es ist schwierig, eine beeinträchtigte Blutversorgung zu tolerieren, was zu Ischämie führen kann. Es ist bekannt, dass mehrere Krankheiten durch eine unzureichende Aktivität von Glykolyseenzymen verursacht werden, darunter eine hämolytische Anämie (in schnell wachsenden Krebszellen tritt die Glykolyse mit einer Geschwindigkeit auf, die die Kapazität des Zitronensäurezyklus übersteigt), was zu einer erhöhten Synthese von beiträgt Milchsäure in Organen und Geweben (Abb. 6).

Reis. 6. Hämolytische Anämie

Erhöhte Milchsäurespiegel im Körper können ein Symptom für Krebs sein. Dieses metabolische Merkmal wird manchmal zur Behandlung einiger Formen von Tumoren verwendet.

Mikroben können bei der Fermentation Energie gewinnen. Die Gärung ist den Menschen seit Urzeiten bekannt, beispielsweise bei der Weinherstellung war die Milchsäuregärung schon früher bekannt (Abb. 7).

Reis. 7. Wein und Käse herstellen

Die Menschen konsumierten Milchprodukte, ohne zu ahnen, dass diese Prozesse mit der Aktivität von Mikroorganismen zusammenhängen. Der Begriff „Fermentation“ wurde von dem Niederländer Van Helmont für Prozesse eingeführt, die mit der Freisetzung von Gas einhergehen. Dies wurde zuerst von Louis Pasteur bewiesen. Darüber hinaus scheiden verschiedene Mikroorganismen verschiedene Fermentationsprodukte aus. Wir werden über alkoholische und Milchsäuregärung sprechen. Alkoholische Gärung- Dies ist der Prozess der Oxidation von Kohlenhydraten, wodurch Ethylalkohol, Kohlendioxid gebildet und Energie freigesetzt wird. Brauer und Winzer haben die Fähigkeit bestimmter Hefearten genutzt, um die Gärung anzuregen, die Zucker in Alkohol umwandelt. Die Fermentation erfolgt hauptsächlich durch Hefen, aber auch durch einige Bakterien und Pilze (Abb. 8).

Reis. 8. Hefe, Mehlpilze, Fermentationsprodukte - Kwas und Essig

In unserem Land wird traditionell Saccharomyces-Hefe verwendet, in Amerika - Bakterien der Gattung Pseudomonas, in Mexiko werden Bakterien "mobile Sticks" verwendet, in Asien werden Schleimpilze verwendet. Unsere Hefen neigen dazu, Hexosen (Sechs-Kohlenstoff-Monosaccharide) wie Glucose oder Fructose zu fermentieren. Der Vorgang der Alkoholbildung lässt sich wie folgt darstellen: Aus einem Glucosemolekül werden zwei Alkoholmoleküle, zwei Kohlendioxidmoleküle gebildet und zwei ATP-Moleküle freigesetzt.

C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 + 2 ATP

Im Vergleich zur Atmung ist ein solcher Prozess energetisch weniger vorteilhaft als aerobe Prozesse, ermöglicht es Ihnen jedoch, das Leben in Abwesenheit von Sauerstoff aufrechtzuerhalten. Bei Milchsäuregärung ein Molekül Glukose bildet zwei Moleküle Milchsäure und zwei Moleküle ATP werden freigesetzt, dies kann durch die Gleichung beschrieben werden:

C 6 H 12 O 6 → 2 C 3 H 6 O 3 + 2 ATP

Der Prozess der Bildung von Milchsäure ist dem Prozess der alkoholischen Gärung sehr ähnlich, Glukose wird wie bei der alkoholischen Gärung zu Brenztraubensäure abgebaut und geht dann nicht in Alkohol, sondern in Milchsäure über. Die Milchsäuregärung wird häufig zur Herstellung von Milchprodukten verwendet: Käse, Hüttenkäse, Sauermilch, Joghurt (Abb. 9).

Reis. 9. Milchsäurebakterien und Produkte der Milchsäuregärung

Am Prozess der Käsebildung sind zuerst Milchsäurebakterien beteiligt, die Milchsäure produzieren, dann wandeln Propionsäurebakterien Milchsäure in Propionsäure um, wodurch Käse einen ziemlich spezifischen scharfen Geschmack hat. Milchsäurebakterien werden zur Konservierung von Obst und Gemüse verwendet, Milchsäure wird in der Süßwarenindustrie und der Herstellung von Erfrischungsgetränken verwendet.

Referenzliste

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1. Website "Biologie und Medizin" ()

3. Internetseite "Medizinische Enzyklopädie" ()

Hausaufgaben

1. Was ist biologische Oxidation und ihre Stadien?

2. Was ist Glykolyse?

3. Was sind die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen der alkoholischen und der Milchsäuregärung?

1. Arten der Ernährung lebender Organismen
2. Photosynthese
3. Energieaustausch

1. Vitalität aller Organismen ist nur möglich, wenn sie Energie haben. Nach der Methode der Energiegewinnung werden alle Zellen und Organismen in zwei Gruppen eingeteilt: Autotrophe und Heterotrophe.

Heterotrophe(griechische Heteros - anders, anders und trophe - Nahrung, Ernährung) sind nicht in der Lage, organische Verbindungen aus anorganischen selbst zu synthetisieren, sie müssen sie aus der Umwelt gewinnen. Organische Substanzen dienen ihnen nicht nur als Nahrung, sondern auch als Energiequelle. Zu den Heterotrophen zählen alle Tiere, Pilze, die meisten Bakterien sowie chlorophyllfreie Landpflanzen und Algen.

Heterotrophe Organismen werden nach der Art der Nahrungsaufnahme eingeteilt. Holozoikum(Tiere), die feste Partikel einfangen, und osmotroph(Pilze, Bakterien), die sich von gelösten Stoffen ernähren.

Diverse heterotrophe Organismen sind in der Lage, alle von Autotrophen synthetisierten Substanzen sowie mineralische Substanzen, die durch menschliche Produktionsaktivitäten synthetisiert werden, gemeinsam abzubauen. Heterotrophe Organismen bilden zusammen mit Autotrophen ein einziges biologisches System auf der Erde, das durch trophische Beziehungen verbunden ist.

Autotrophe- Organismen, die sich von anorganischen Verbindungen ernähren (d. h. Energie erhalten), dies sind einige Bakterien und alle grünen Pflanzen. Autotrophe werden in Chemotrophe und Phototrophe unterteilt.

Chemotrophe- Organismen, die die bei Redoxreaktionen freigesetzte Energie nutzen. Zu den Chemotrophen gehören nitrifizierende (Stickstoff-fixierende) Bakterien, Schwefel-, Wasserstoff- (Methan-bildende), Mangan-, Eisen-bildende und Kohlenmonoxid-verbrauchende Bakterien.

Phototrophe- nur grüne Pflanzen. Licht ist ihre Energiequelle.

2. Photosynthese(Griechisches Phos - Gattung. Herbst. Fotos - Licht und Synthese - Verbindung) - die Bildung organischer Substanzen durch die Zellen grüner Pflanzen sowie einiger Bakterien unter Beteiligung von Lichtenergie, der Prozess der Umwandlung von Lichtenergie in Chemikalie Energie. Kommt mit Hilfe von Pigmenten (Chlorophyll und einigen anderen) in den Thylakoiden von Chloroplasten und Zellchromatophoren vor. Die Photosynthese basiert auf Redoxreaktionen, bei denen Elektronen von einem Donor-Reduktionsmittel (Wasser, Wasserstoff usw.) auf einen Akzeptor (lateinischer Akzeptor - Empfänger) übertragen werden - Kohlendioxid, Acetat unter Bildung reduzierter Verbindungen - Kohlenhydrate und die Freisetzung Sauerstoff, wenn Wasser oxidiert wird.

Photosynthetische Bakterien, die andere Spender als Wasser verwenden, setzen keinen Sauerstoff frei.

Lichtreaktionen der Photosynthese(durch Licht verursachter) Fluss in der Grana von Thylakoiden von Chloroplasten Sichtbare Lichtquanten (Photonen) interagieren mit Chlorophyllmolekülen und überführen sie in einen angeregten Zustand. Ein Elektron in der Zusammensetzung von Chlorophyll absorbiert ein Lichtquant einer bestimmten Länge und bewegt sich wie Stufen entlang der Kette von Elektronenträgern, wobei es Energie verliert, die dazu dient, ADP zu ATP zu phosphorylieren. Dies ist ein sehr effizienter Prozess: In Chloroplasten wird 30-mal mehr ATP produziert als in den Mitochondrien derselben Pflanzen. Dies akkumuliert die Energie, die für das Folgende notwendig ist – die Dunkelreaktionen der Photosynthese. Als Elektronenüberträger fungieren Substanzen: Cytochrome, Plastochinon, Ferredoxin, Flavoprotein, Reduktase usw. Ein Teil der angeregten Elektronen wird zur Reduktion von NADP + zu NADPH verwendet. Unter Einwirkung von Sonnenlicht in Chloroplasten wird Wasser gespalten - Photolyse, in diesem Fall werden Elektronen gebildet, die ihren Verlust durch Chlorophyll kompensieren; als Nebenprodukt wird Sauerstoff in die Atmosphäre unseres Planeten freigesetzt. Das ist der Sauerstoff, den wir atmen und der für alle aeroben Organismen notwendig ist.

Die Chloroplasten höherer Pflanzen, Algen und Cyanobakterien enthalten zwei Photosysteme unterschiedlicher Struktur und Zusammensetzung. Wenn Lichtquanten von Pigmenten (einem Reaktionszentrum - einem Komplex aus Chlorophyll mit einem Protein, das Licht mit einer Wellenlänge von 680 nm absorbiert - P680) des Photosystems II absorbiert werden, werden Elektronen von Wasser zu einem Zwischenakzeptor und durch eine Trägerkette übertragen zum Reaktionszentrum des Photosystems I. Und dieses Photosystem ist ein Reaktionszentrum, das den Schaum des Chlorophyllmoleküls in Kombination mit einem speziellen Protein-KOM offenbart, das Licht mit einer Wellenlänge von 700 nm absorbiert - P700. In den Molekülen von Chlorophyll F1 gibt es "Löcher" - ungefüllte Stellen von Elektronen, die in PLDPH übergegangen sind. Diese "Löcher" werden mit Elektronen gefüllt, die während des Betriebs des FI gebildet werden. Das heißt, Photosystem II liefert Elektronen für Photosystem I, die darin für die Reduktion von NADP + und NADPH verbraucht werden. Entlang des Bewegungspfades der durch Licht angeregten Elektronen des Photosystems II zum endgültigen Akzeptor - Chlorophyll des Photosystems I - wird ADP zu energiereichem ATP phosphoryliert. Somit wird die Lichtenergie in ATP-Molekülen gespeichert und für die Synthese von Kohlenhydraten, Proteinen, Nukleinsäuren und anderen lebenswichtigen Prozessen von Pflanzen und durch sie die lebenswichtige Aktivität aller Organismen, die sich von Pflanzen ernähren, weiter verbraucht.

Dunkelreaktionen oder Kohlenstofffixierungsreaktionen, nicht mit Licht assoziiert, werden im Stroma von Chloroplasten durchgeführt. Die Schlüsselstelle in ihnen nimmt die Fixierung von Kohlendioxid und die Umwandlung von Kohlenstoff in Kohlenhydrate ein. Diese Reaktionen sind von Natur aus zyklisch, da ein Teil der intermediären Kohlenhydrate einem Prozess der Kondensation und Umlagerung zu Ribulosediphosphat, dem primären CO 2 -Akzeptor, unterliegt, der den kontinuierlichen Betrieb des Zyklus sicherstellt. Dieser Prozess wurde erstmals von dem amerikanischen Biochemiker Melvin Calvin beschrieben.

Die Umwandlung der anorganischen Verbindung CO 2 in organische Verbindungen - Kohlenhydrate, in deren chemischen Bindungen Sonnenenergie gespeichert wird - erfolgt mit Hilfe eines komplexen Enzyms - Ribulose-1,5-Diphosphat-Carboxylase. Es liefert die Addition eines CO 2 -Moleküls an Ribulose-1,5-diphosphat mit fünf Kohlenstoffatomen, was zur Bildung einer kurzlebigen Zwischenverbindung mit sechs Kohlenstoffatomen führt. Diese Verbindung zerfällt aufgrund von Hydrolyse in zwei Moleküle mit drei Kohlenstoffatomen von Phosphoglycerinsäure, die unter Verwendung von ATP und NADPH zu Zuckern mit drei Kohlenstoffatomen (Triosephosphaten) reduziert wird. Sie bilden das Endprodukt der Photosynthese – Glukose.

Ein Teil der Triosephosphate, die die Prozesse der Kondensationen und Umlagerungen durchlaufen haben und sich zuerst in Ribulosemonophosphat und dann in Ribulosediphosphat verwandeln, wird erneut in den kontinuierlichen Zyklus der Bildung von Glucosemolekülen einbezogen. Glucose kann enzymatisch einpolymerisiert werden

Stärke und Zellulose - das grundlegende Polysaccharid der Pflanzen.

Ein Merkmal der Photosynthese einiger Pflanzen (Zuckerrohr, Mais, Amaranth) ist die anfängliche Umwandlung von Kohlenstoff durch Verbindungen mit vier Kohlenstoffatomen. Solche Pflanzen erhielten den Index C 4 -Pflanzen und Photosynthese in ihnen Kohlenstoffstoffwechsel. C 4 -Pflanzen erregen aufgrund ihrer hohen photosynthetischen Produktivität die Aufmerksamkeit der Forscher.

Möglichkeiten zur Steigerung der Produktivität landwirtschaftlicher Anlagen:

Ausreichende mineralische Ernährung, die den besten Ablauf von Stoffwechselprozessen gewährleisten kann;

Vollständigere Ausleuchtung, die mit Hilfe bestimmter Pflanzenaussaatmengen erreicht werden kann, unter Berücksichtigung des Lichtverbrauchs von photophilen und schattentoleranten;

Die normale Kohlendioxidmenge in der Luft (mit zunehmendem Gehalt wird der mit der Photosynthese verbundene Prozess der Pflanzenatmung gestört);

Bodenfeuchte, entsprechend dem Feuchtigkeitsbedarf der Pflanzen, je nach klimatischen und agrartechnischen Bedingungen.

Die Bedeutung der Photosynthese in der Natur.

Durch die Photosynthese auf der Erde werden jährlich 150 Milliarden Tonnen organisches Material gebildet und etwa 200 Milliarden Tonnen freier Sauerstoff freigesetzt. Die Photosynthese liefert und erhält nicht nur die moderne Zusammensetzung der Erdatmosphäre, die für das Leben ihrer Bewohner notwendig ist, sondern verhindert auch einen Anstieg der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre und verhindert eine Überhitzung unseres Planeten (aufgrund des sogenannten Treibhauses). Wirkung). Der bei der Photosynthese freigesetzte Sauerstoff ist notwendig für die Atmung von Organismen und um sie vor schädlicher kurzwelliger UV-Strahlung zu schützen.

Chemosynthese(spätes griechisches Chemeta - Chemie und griechische Synthese - Verbindung) - ein autotropher Prozess zur Erzeugung organischer Stoffe durch Bakterien, die kein Chlorophyll enthalten. Die Chemosynthese erfolgt aufgrund der Oxidation anorganischer Verbindungen: Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Eisenoxid (II) usw. Die Assimilation von CO 2 verläuft wie bei der Photosynthese (Calvin-Zyklus) mit Ausnahme der Methanbildung. Homoacetatbakterien. Die aus der Oxidation gewonnene Energie wird in Bakterien in Form von ATP gespeichert.

Chemosynthetische Bakterien spielen eine außerordentlich wichtige Rolle in den biogeochemischen Kreisläufen chemischer Elemente in der Biosphäre. Die lebenswichtige Aktivität nitrifizierender Bakterien ist einer der wichtigsten Faktoren für die Bodenfruchtbarkeit. Chemosynthetische Bakterien oxidieren Verbindungen von Eisen, Mangan, Schwefel usw.

Die Chemosynthese wurde 1887 vom russischen Mikrobiologen Sergei Nikolaevich Vinogradsky (1856-1953) entdeckt.

3. Energieaustausch

Drei Stufen des Energiestoffwechsels werden unter Beteiligung spezieller Enzyme in verschiedenen Teilen von Zellen und Organismen durchgeführt.

Die erste Stufe ist vorbereitend- geht (bei Tieren in den Verdauungsorganen) unter der Wirkung von Enzymen vor, die Moleküle mit Di- und Polysacchariden, Fetten, Proteinen, Nukleinsäuren in kleinere Moleküle zerlegen: Glucose, Glycerin und Fettsäuren, Aminosäuren, Nukleotide. Dabei wird eine geringe Energiemenge freigesetzt, die in Form von Wärme abgeführt wird.

Die zweite Stufe ist anoxische oder unvollständige Oxidation. Es wird auch anaerobe Atmung (Fermentation) oder genannt Glykolyse. Enzyme der Glykolyse sind im flüssigen Teil des Zytoplasmas - Hyaloplasma - lokalisiert. Glucose wird gespalten, wobei jedes Molen schrittweise gespalten und unter Beteiligung von Enzymen zu zwei Molekülen mit drei Kohlenstoffatomen von Brenztraubensäure CH 3 - CO - COOH oxidiert wird, wobei COOH eine für organische Säuren charakteristische Carboxylgruppe ist.

Neun Enzyme sind nacheinander an dieser Umwandlung von Glukose beteiligt. Bei der Glykolyse werden Glukosemoleküle oxidiert, d.h. Wasserstoffatome gehen verloren. Der Wasserstoffakzeptor (und das Elektron) in diesen Reaktionen sind Nicotinamid-Nindinukleotid (NAD+)-Moleküle, die ähnlich in der Kette wie NADP+ sind und sich nur durch das Fehlen eines Phosphorsäurerests im Ribosemolekül unterscheiden. Wenn Brenztraubensäure durch reduziertes NAD reduziert wird, entsteht das Endprodukt der Glykolyse, Milchsäure. Phosphorsäure und ATP sind am Abbau von Glukose beteiligt.

Zusammengefasst sieht dieser Prozess so aus:

C 6 H 12 O 6 + 2H 3 P0 4 + 2ADP \u003d 2C 3 H 6 0 3 + 2ATP + 2H 2 0.

In Hefepilzen wird das Glucosemolekül ohne Beteiligung von Sauerstoff in Ethylalkohol und Kohlendioxid umgewandelt (alkoholische Gärung):

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

Bei einigen Mikroorganismen kann der Abbau von Glucose ohne Sauerstoff zur Bildung von Essigsäure, Aceton usw. führen. In allen Fällen geht der Abbau eines Glucosemoleküls mit der Bildung von zwei ATP-Molekülen einher, von denen 40 % in makroergen Bindungen liegen. Energie wird gespeichert, der Rest wird in Form von Wärme abgegeben.

Die dritte Stufe des Energiestoffwechsels(Stadium der Sauerstoffspaltung , oder Stadium der aeroben Atmung) wird in Mitochondrien durchgeführt. Dieses Stadium ist mit der mitochondrialen Matrix und der inneren Membran verbunden; Daran sind Enzyme beteiligt, die einen enzymatischen Ring „Förderer“, genannt der Krebs-Zyklus, benannt nach dem Wissenschaftler, der es entdeckt hat. Dieser komplexe und lange Arbeitsweg vieler Enzyme wird auch genannt Tricarbonsäurezyklus.

In den Mitochondrien wird Brenztraubensäure (PVA) oxidiert und in eine energiereiche Substanz umgewandelt – Acetyl-Coenzym A, kurz Acetyl-CoA. Im Krebszyklus stammen Acetyl-CoA-Moleküle aus verschiedenen Energiequellen. Bei der PVC-Oxidation werden die Elektronenakzeptoren NAD + zu NADH reduziert, und eine andere Art von Akzeptoren wird reduziert - FAD zu FADH 2 (FAD ist ein Flavin-Adenin-Dinukleotid). Die in diesen Molekülen gespeicherte Energie wird zur Synthese von ATP, dem universellen biologischen Energiespeicher, verwendet. Während der Phase der aeroben Atmung bewegen sich Elektronen von NADH und FADH 2 entlang einer mehrstufigen Kette ihrer Übertragung zum endgültigen Elektronenakzeptor, molekularem Sauerstoff. An der Übertragung sind mehrere Elektronenüberträger beteiligt: ​​Coenzym Q, Cytochrome und vor allem Sauerstoff. Wenn sich Elektronen von Stufe zu Stufe des Atmungsförderers bewegen, wird Energie freigesetzt, die für die ATP-Synthese aufgewendet wird. In den Mitochondrien verbinden sich H + -Kationen mit O 2 ~ -Anionen zu Wasser. Im Krebszyklus wird CO 2 gebildet und in der Elektronentransportkette - Wasser. Gleichzeitig trägt ein Molekül Glucose, das durch den Zugang von Sauerstoff zu CO 2 und H 2 O vollständig oxidiert wird, zur Bildung von 38 ATP-Molekülen bei. Aus dem Vorstehenden folgt, dass die Sauerstoffspaltung organischer Substanzen oder die aerobe Atmung die Hauptrolle bei der Energieversorgung der Zelle spielt. Bei Sauerstoffmangel oder dessen völliger Abwesenheit kommt es zu einer sauerstofffreien, anaeroben Spaltung organischer Substanzen; Die Energie eines solchen Prozesses reicht nur aus, um zwei ATP-Moleküle zu erzeugen. Dadurch können Lebewesen für kurze Zeit ohne Sauerstoff auskommen.