Metabolisme dan Jenisnya

Ini memastikan keteguhan lingkungan internal tubuh dalam kondisi kehidupan yang berubah - homeostasis . Metabolisme terdiri dari dua proses yang saling terkait dan saling berlawanan. Ini adalah proses disimilasi , di mana pemecahan zat organik terjadi dan energi yang dilepaskan digunakan untuk sintesis molekul ATP, dan prosesnya asimilasi, di mana energi ATP digunakan untuk mensintesis senyawanya sendiri yang diperlukan untuk tubuh.

Proses disimilasi disebut juga katabolisme dan metabolisme energi . Dan proses asimilasi juga disebut anabolisme dan metabolisme plastik . Kelimpahan sinonim untuk konsep yang sama muncul karena reaksi metabolisme dipelajari oleh para ilmuwan dari berbagai spesialisasi:

• ahli biokimia,
• ahli fisiologi,
• sitologi,
• genetika,
• ahli biologi molekuler.

Tetapi semua nama dan istilah telah berakar dan digunakan secara aktif oleh para ilmuwan.

Bentuk pasokan energi untuk organisme hidup

Untuk semua organisme hidup di Bumi, Matahari adalah sumber energi utama. Berkat dia, organisme memenuhi kebutuhan energi mereka.

Organisme yang dapat mensintesis senyawa organik dari senyawa anorganik disebut autotrof. Mereka dibagi menjadi dua kelompok. Beberapa mampu menggunakan energi sinar matahari. Ini adalah fotosintesis atau fototrof. Ini terutama tanaman hijau, cyanobacteria (ganggang biru-hijau).

Kelompok autotrof lain menggunakan energi yang dilepaskan selama reaksi kimia. Organisme semacam itu disebut kemotrof atau kemosintesis.

Jamur, sebagian besar hewan dan bakteri tidak dapat mensintesis zat organik sendiri. Organisme semacam itu disebut heterotrof. Bagi mereka, senyawa organik yang disintesis oleh autotrof berfungsi sebagai sumber energi. Energi digunakan oleh organisme hidup untuk proses kimia, mekanik, termal dan listrik.

Tahap persiapan metabolisme energi

Pertukaran energi secara konvensional dibagi menjadi tiga tahap utama. Tahap pertama disebut persiapan. Pada tahap ini, makromolekul dipecah menjadi monomer di bawah pengaruh enzim. Selama reaksi, sejumlah kecil energi dilepaskan, yang hilang dalam bentuk panas.

Tahap anoxic dari metabolisme energi

Tahap metabolisme energi anoksik (anaerobik) terjadi di dalam sel. Monomer yang terbentuk pada tahap sebelumnya (glukosa, gliserol, dll.) mengalami pembelahan multi-tahap lebih lanjut tanpa akses ke oksigen. Hal utama pada tahap ini adalah proses pemecahan molekul glukosa menjadi molekul piruvat atau asam laktat dengan pembentukan dua molekul ATP.

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_3H_6O_3 + 2ATP + 2H_2O$

Selama reaksi ini (reaksi glikolisis) sekitar $200 kJ energi dilepaskan. Namun, tidak semuanya diubah menjadi panas. Sebagian darinya digunakan untuk mensintesis dua ikatan fosfat (makroergik) yang kaya energi dalam molekul ATP. Glukosa juga dipecah selama fermentasi alkohol.

$C_6H_(12)O_6 + 2H_3PO_4 + 2ADP → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2ATP + 2H_2O$

Selain alkohol, ada juga jenis fermentasi bebas oksigen seperti butirat dan asam laktat.

Tahap oksigen metabolisme energi

Pada tahap ini, senyawa yang terbentuk pada tahap bebas oksigen dioksidasi menjadi produk reaksi akhir - karbon dioksida dan air. Ahli biokimia Inggris Adolph Krebs di $1937$ menemukan urutan transformasi asam organik dalam matriks mitokondria. Untuk menghormatinya, kombinasi reaksi ini dinamai siklus Krebs.

Catatan 1

Oksidasi lengkap molekul asam laktat atau asam piruvat yang terbentuk selama proses anaerobik menjadi karbon dioksida dan air disertai dengan pelepasan energi sebesar $2800 kJ. Jumlah ini cukup untuk sintesis molekul ATP $36$ ($18 kali lebih banyak dari pada tahap sebelumnya).

Persamaan keseluruhan untuk tahap oksigen metabolisme energi terlihat seperti ini:

$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36ADP + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36ATP$

Ringkasnya, kita dapat menulis persamaan total pertukaran energi:

$C_6H_(12)O_6 + 6O_2 + 38ADP + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38ATP$

Pada tahap akhir, produk metabolisme dikeluarkan dari tubuh.

Ingat!

Apa itu metabolisme?

(dari bahasa Yunani - "transformasi, perubahan"), atau metabolisme - serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada organisme hidup untuk mempertahankan kehidupan. Proses ini memungkinkan organisme untuk tumbuh dan berkembang biak, mempertahankan strukturnya, dan merespons rangsangan lingkungan.

Terdiri dari apa dua proses yang saling terkait?

Metabolisme energi dan metabolisme plastik

Di mana dalam tubuh manusia terdapat pemecahan sebagian besar zat organik yang menyertai makanan?

Awalnya, di saluran pencernaan, kemudian di sel dan organelnya (mitokondria, sitoplasma).

Tinjau pertanyaan dan tugas

1. Apa itu disimilasi? Daftar langkah-langkahnya.

Himpunan reaksi pemisahan senyawa makromolekul, yang disertai dengan pelepasan dan penyimpanan energi, disebut pertukaran energi atau disimilasi. Pada dasarnya, energi disimpan dalam bentuk senyawa intensif energi universal - ATP.

1) Persiapan

2) Oksidasi bebas oksigen

3) Oksidasi oksigen

2. Apa peran ATP dalam metabolisme sel?

Adenosin trifosfat acid (ATP) adalah nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen (adenin), gula ribosa dan tiga residu asam fosfat (Gbr. 53). ATP adalah molekul energi utama sel, semacam akumulator energi. Semua proses dalam organisme hidup yang membutuhkan pengeluaran energi disertai dengan konversi molekul ATP menjadi ADP (asam adenosin difosfat). Ketika residu asam fosfat dipecah, sejumlah besar energi dilepaskan - 40 kJ / mol. Ada dua ikatan energi tinggi (disebut makroergik) dalam molekul ATP. Pemulihan struktur ATP dari ADP dan asam fosfat terjadi di mitokondria dan disertai dengan penyerapan energi.

3. Struktur sel apa yang melakukan sintesis ATP?

Mitokondria

4. Ceritakan tentang metabolisme energi dalam sel dengan menggunakan pemecahan glukosa sebagai contoh.

1) Tahap persiapan pemecahan karbohidrat masuk ke saluran pencernaan menjadi karbohidrat sederhana - glukosa, sementara sedikit energi dilepaskan dan dikeluarkan dalam tubuh dalam bentuk panas.

2) Tahap pemecahan glukosa bebas oksigen adalah glikolisis (oksidasi anaerobik). Tahap berlangsung di sitoplasma tanpa adanya oksigen bebas. Glukosa C6H12O6 asam piruvat (PVA) C3H4O3. Glukosa dipecah menjadi PVC dengan pelepasan 4ATP. 2ATP kemudian digunakan dalam langkah ini untuk mengkonversi lebih lanjut PVC menjadi asam laktat. Dan sebagai hasilnya, pada tahap kedua, 2ATP dilepaskan.

3) Oksidasi oksigen - oksidasi aerobik (atau respirasi seluler). Tahap, sebagai akibatnya asam laktat dipecah di bawah aksi oksigen molekuler ke produk dekomposisi akhir - karbon dioksida dan air. Terjadi di mitokondria pada rantai pernapasan enzim, yang terletak di krista mitokondria. Sebagai hasil dari tahap ini, 36 ATP dilepaskan. Jadi, dalam dua tahap - dengan oksidasi lengkap 1 mol glukosa (1 molekul), 38 ATP (2ATP + 36ATP) dilepaskan. Sintesis akhir dan pasokan ATP dilakukan di mitokondria - organel ini disebut pusat energi sel.

6. Sinonim dari kata "disimilasi" dan "asimilasi" adalah istilah "katabolisme" dan "anabolisme". Jelaskan asal usul istilah-istilah tersebut.

Katabolisme (dari bahasa Yunani , "menjatuhkan, penghancuran") atau metabolisme energi, atau disimilasi adalah proses pembusukan metabolisme, penguraian menjadi zat yang lebih sederhana (diferensiasi) atau oksidasi suatu zat, biasanya dilanjutkan dengan pelepasan energi dalam bentuk panas dan dalam bentuk ATP. Anabolisme (dari bahasa Yunani , "bangkit") adalah nama semua proses penciptaan zat, sel, dan jaringan tubuh baru. Contoh anabolisme: sintesis protein dan hormon dalam tubuh, pembentukan sel baru, akumulasi lemak, pembentukan serat otot baru - ini semua anabolisme.

Memikirkan! Ingat!

Karena dalam sel semua senyawa organik dihubungkan satu sama lain oleh metabolit utama (PVK, asetil-KoA) yang melaluinya beberapa zat organik dapat diubah menjadi zat lain secara berlebihan. Misalnya, kelebihan karbohidrat diubah menjadi lemak.

Energi yang dilepaskan selama pertukaran energi masuk ke proses dalam pertukaran plastik. Dan zat metabolisme plastik dibagi dalam metabolisme energi.

3. Mengapa, menurut Anda, setelah kerja fisik yang berat, untuk meredakan nyeri otot dengan cepat, disarankan untuk mandi air hangat?

Nyeri otot menyebabkan akumulasi asam laktat selama glikolisis, konsentrasinya bekerja pada reseptor, mengiritasi mereka, menyebabkan sensasi terbakar. Untuk menghilangkan tindakan ini, aliran darah dengan oksigen diperlukan, oksigen untuk memecah asam laktat menjadi produk penguraian akhir. Salah satu caranya adalah dengan mandi air hangat. Pada saat yang sama, tubuh memanas, pembuluh melebar dan darah dengan oksigen mengalir dan memberi nutrisi pada semua otot, sehingga asam laktat teroksidasi menjadi karbon dioksida dan air, rasa sakit pada otot berkurang.

Pertanyaan 1. Apa itu disimilasi? Daftar langkah-langkahnya.

Disimilasi, atau metabolisme energi, adalah serangkaian reaksi pembelahan senyawa makromolekul, yang disertai dengan pelepasan dan penyimpanan energi.

Disimilasi pada organisme aerobik (pernapasan oksigen) terjadi dalam tiga tahap: persiapan - pemisahan senyawa bermolekul tinggi menjadi senyawa bermolekul rendah tanpa menyimpan energi;

bebas oksigen - pemecahan senyawa bebas oksigen parsial, energi disimpan dalam bentuk ATP;

oksigen - pemecahan akhir zat organik menjadi karbon dioksida dan air, energi juga disimpan dalam bentuk ATP.

Disimilasi dalam organisme anaerobik (tidak menggunakan oksigen) terjadi dalam dua tahap: persiapan dan anoksik. Dalam hal ini, zat organik tidak sepenuhnya terurai dan lebih sedikit energi yang disimpan.

Pertanyaan 2. Apa peran ATP dalam metabolisme sel?

ATP (adenosine triphosphoric acid) adalah nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen (adenin), monosakarida lima karbon (ribosa) dan tiga residu asam fosfat. Ini adalah senyawa energi tinggi universal yang ditemukan di berbagai sel, di mana ada dua ikatan energi tinggi antara residu asam fosfat. Ketika ikatan tersebut diputus, residu asam fosfat terputus dan sejumlah besar energi (40 kJ/mol) dilepaskan. Dalam hal ini, ATP diubah menjadi ADP. Jika terjadi pemisahan residu kedua asam fosfat, ADP akan berubah menjadi AMP. Semua proses dalam organisme hidup yang membutuhkan pengeluaran energi disertai dengan konversi molekul ATP menjadi ADP (atau bahkan AMP).

Pertanyaan 3. Struktur sel apa yang melakukan sintesis ATP?

Pada sel eukariotik, sintesis sebagian besar ATP dari ADP dan asam fosfat terjadi di mitokondria dan disertai dengan penyerapan (penyimpanan) energi. Dalam plastida, ATP dibentuk sebagai produk antara dari tahap cahaya fotosintesis.

Pertanyaan 4. Ceritakan tentang metabolisme energi dalam sel dengan menggunakan pemecahan glukosa sebagai contoh.

Metabolisme energi pada organisme aerobik terjadi dalam tiga tahap.

Persiapan. Di saluran pencernaan dan lisosom sel, di bawah aksi enzim pencernaan, polisakarida dipecah menjadi monosakarida, khususnya menjadi glukosa. Energi yang dilepaskan dalam hal ini tidak disimpan, tetapi dihamburkan dalam bentuk panas.

bebas oksigen. Sebagai hasil dari glikolisis, satu molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat:

C 6 Hai 2 0 6 -> 2C 3 H 4 0 3

Pada saat yang sama, 60% dari energi yang dilepaskan diubah menjadi panas, dan 40% disimpan dalam bentuk ATP. Ketika satu molekul glukosa rusak, 2 molekul ATP terbentuk. Kemudian fermentasi terjadi pada organisme anaerob - alkohol (C 2 H 5 OH - etil alkohol) atau asam laktat (C 3 H 6 0 3 - asam laktat). Pada organisme aerobik, tahap ketiga metabolisme energi dimulai.

Oksigen. Pada tahap ini, karbon dan hidrogen yang terkandung dalam asam piruvat bergabung dengan oksigen membentuk karbon dioksida dan air. Ini melepaskan sejumlah besar energi, yang sebagian besar disimpan dalam bentuk ATP. Ketika dua molekul asam piruvat dioksidasi, energi dilepaskan yang memungkinkan pembentukan 36 molekul ATP. Proses ini terjadi di mitokondria dan dibagi menjadi dua tahap multitahap (siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif).

Persamaan akhir dari jalur disimilasi oksigen:

C 6 H 12 0 6 + 6O 2 + 38ADP + 38F ->

pertukaran energi(katabolisme, disimilasi) - serangkaian reaksi pemisahan zat organik, disertai dengan pelepasan energi. Energi yang dilepaskan selama pemecahan zat organik tidak segera digunakan oleh sel, tetapi disimpan dalam bentuk ATP dan senyawa berenergi tinggi lainnya. ATP adalah sumber energi universal sel. Sintesis ATP terjadi di sel semua organisme dalam proses fosforilasi - penambahan fosfat anorganik ke ADP.

Pada aerobik organisme (hidup di lingkungan oksigen) membedakan tiga tahap metabolisme energi: persiapan, oksidasi bebas oksigen dan oksidasi oksigen; pada anaerobik organisme (hidup di lingkungan bebas oksigen) dan organisme aerobik dengan kekurangan oksigen - dua tahap: persiapan, oksidasi bebas oksigen.

Tahap persiapan

Ini terdiri dari pemecahan enzimatik zat organik kompleks menjadi yang sederhana: molekul protein - menjadi asam amino, lemak - menjadi gliserol dan asam karboksilat, karbohidrat - menjadi glukosa, asam nukleat - menjadi nukleotida. Pemecahan senyawa organik bermolekul tinggi dilakukan baik oleh enzim saluran cerna atau oleh enzim lisosom. Semua energi yang dilepaskan dihamburkan dalam bentuk panas. Molekul organik kecil yang dihasilkan dapat digunakan sebagai "bahan bangunan" atau dapat dipecah lebih lanjut.

Oksidasi anoksik, atau glikolisis

Tahap ini terdiri dari pemecahan lebih lanjut zat organik yang terbentuk selama tahap persiapan, terjadi di sitoplasma sel dan tidak membutuhkan kehadiran oksigen. Sumber energi utama dalam sel adalah glukosa. Proses pemecahan glukosa yang tidak lengkap tanpa oksigen - glikolisis.

Kehilangan elektron disebut oksidasi, perolehannya disebut reduksi, sedangkan donor elektron dioksidasi, akseptor direduksi.

Perlu dicatat bahwa oksidasi biologis dalam sel dapat terjadi baik dengan partisipasi oksigen:

A + O 2 → AO 2,

dan tanpa partisipasinya, karena transfer atom hidrogen dari satu zat ke zat lain. Misalnya, zat "A" dioksidasi dengan mengorbankan zat "B":

AN 2 + B → A + BH 2

atau karena transfer elektron, misalnya, besi besi dioksidasi menjadi trivalen:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Glikolisis adalah proses multi-langkah kompleks yang mencakup sepuluh reaksi. Selama proses ini, dehidrogenasi glukosa terjadi, koenzim NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide) berfungsi sebagai akseptor hidrogen. Sebagai hasil dari rantai reaksi enzimatik, glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat (PVA), sementara total 2 molekul ATP dan bentuk tereduksi dari pembawa hidrogen NAD H 2 terbentuk:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 RO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD H 2.

Nasib PVC selanjutnya tergantung pada keberadaan oksigen di dalam sel. Jika tidak ada oksigen, ragi dan tanaman mengalami fermentasi alkohol, di mana asetaldehida pertama kali terbentuk, dan kemudian etil alkohol:

1. C 3 H 4 O 3 → CO 2 + CH 3 ANAK,
2. CH 3 SON + NAD H 2 → C 2 H 5 OH + OVER +.

Pada hewan dan beberapa bakteri, dengan kekurangan oksigen, fermentasi asam laktat terjadi dengan pembentukan asam laktat:

C 3 H 4 O 3 + NAD H 2 → C 3 H 6 O 3 + OVER +.

Sebagai hasil dari glikolisis satu molekul glukosa, 200 kJ dilepaskan, 120 kJ dihamburkan dalam bentuk panas, dan 80% disimpan dalam ikatan ATP.

Oksidasi oksigen, atau respirasi

Ini terdiri dari pemecahan lengkap asam piruvat, terjadi di mitokondria dan dengan kehadiran oksigen wajib.

Asam piruvat diangkut ke mitokondria (struktur dan fungsi mitokondria - kuliah No. 7). Di sini, dehidrogenasi (eliminasi hidrogen) dan dekarboksilasi (eliminasi karbon dioksida) PVC terjadi dengan pembentukan gugus asetil dua karbon, yang masuk ke dalam siklus reaksi yang disebut reaksi siklus Krebs. Ada oksidasi lebih lanjut yang terkait dengan dehidrogenasi dan dekarboksilasi. Akibatnya, tiga molekul CO2 dikeluarkan dari mitokondria untuk setiap molekul PVC yang dihancurkan; lima pasang atom hidrogen terbentuk terkait dengan pembawa (4NAD H 2, FAD H 2), serta satu molekul ATP.

Reaksi keseluruhan glikolisis dan penghancuran PVC di mitokondria menjadi hidrogen dan karbon dioksida adalah sebagai berikut:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 4ATP + 12H 2.

Dua molekul ATP terbentuk sebagai hasil glikolisis, dua - dalam siklus Krebs; dua pasang atom hidrogen (2NADHH2) terbentuk sebagai hasil glikolisis, sepuluh pasang - dalam siklus Krebs.

Langkah terakhir adalah oksidasi pasangan hidrogen dengan partisipasi oksigen ke air dengan fosforilasi simultan ADP menjadi ATP. Hidrogen ditransfer ke tiga kompleks enzim besar (flavoprotein, koenzim Q, sitokrom) dari rantai pernapasan yang terletak di membran dalam mitokondria. Elektron diambil dari hidrogen, yang akhirnya digabungkan dengan oksigen dalam matriks mitokondria:

O 2 + e - → O 2 -.

Proton dipompa ke ruang intermembran mitokondria, ke dalam "penampung proton". Membran bagian dalam tidak permeabel terhadap ion hidrogen, di satu sisi bermuatan negatif (karena O 2 -), di sisi lain - positif (karena H +). Ketika perbedaan potensial melintasi membran dalam mencapai 200 mV, proton melewati saluran enzim ATP sintetase, ATP terbentuk, dan sitokrom oksidase mengkatalisis reduksi oksigen menjadi air. Jadi, sebagai hasil dari oksidasi dua belas pasang atom hidrogen, 34 molekul ATP terbentuk.

Semua reaksi biosintetik melibatkan penyerapan energi.

Totalitas reaksi biosintesis disebut pertukaran plastik atau asimilasi (Latin "similis" - serupa). Arti dari proses ini adalah zat makanan yang masuk ke dalam sel dari lingkungan luar, yang sangat berbeda dengan zat sel, menjadi zat sel sebagai hasil transformasi kimia.

reaksi pemisahan. Zat kompleks terurai menjadi yang lebih sederhana, yang bermolekul tinggi menjadi yang bermolekul rendah. Protein dipecah menjadi asam amino, pati menjadi glukosa. Zat-zat ini dipecah menjadi senyawa dengan berat molekul lebih rendah, dan pada akhirnya, zat yang sangat sederhana dan miskin energi terbentuk - CO2 dan H2O. Reaksi pemisahan dalam banyak kasus disertai dengan pelepasan energi. Signifikansi biologis dari reaksi ini adalah untuk menyediakan sel dengan energi. Segala bentuk aktivitas—gerakan, sekresi, biosintesis, dll.—membutuhkan pengeluaran energi.

Totalitas reaksi pembelahan ini disebut pertukaran energi sel atau disimilasi. Disimilasi secara langsung berlawanan dengan asimilasi: sebagai akibat dari pemisahan, zat kehilangan kesamaannya dengan zat sel.

Pertukaran plastik dan energi (asimilasi dan disimilasi) terkait erat. Di satu sisi, reaksi biosintesis membutuhkan pengeluaran energi, yang diambil dari reaksi pembelahan. Di sisi lain, untuk pelaksanaan reaksi metabolisme energi, biosintesis konstan enzim yang melayani reaksi ini diperlukan, karena dalam proses kerja mereka aus dan dihancurkan.

Sistem reaksi kompleks yang membentuk proses pertukaran plastik dan energi terkait erat tidak hanya satu sama lain, tetapi juga dengan lingkungan eksternal. Dari lingkungan eksternal, zat makanan memasuki sel, yang berfungsi sebagai bahan untuk reaksi pertukaran plastik, dan dalam reaksi pemecahan, energi yang diperlukan untuk berfungsinya sel dilepaskan darinya. Zat yang tidak dapat lagi digunakan oleh sel dilepaskan ke lingkungan eksternal.

Totalitas semua reaksi enzimatik sel, yaitu totalitas pertukaran plastis dan energi (asimilasi dan disimilasi) yang terhubung satu sama lain dan dengan lingkungan eksternal, disebut pertukaran zat dan energi.Proses ini adalah syarat utama untuk mempertahankan kehidupan sel, sumber pertumbuhan, perkembangan, dan fungsinya.

19. Metabolisme dan energi di dalam sel. Fotosintesis, kemosintesis. Proses asimilasi (reaksi dasar). Metabolisme adalah kesatuan asimilasi dan disimilasi. Disimilasi adalah proses eksotermik, yaitu proses pelepasan energi akibat penguraian zat-zat sel. Zat yang terbentuk selama disimilasi juga mengalami transformasi lebih lanjut. Asimilasi adalah proses asimilasi zat yang masuk ke dalam sel dengan zat tertentu yang menjadi ciri khas sel tersebut. Asimilasi adalah proses endotermik yang membutuhkan energi. Sumber energi adalah zat yang sebelumnya disintesis yang telah mengalami pembusukan dalam proses disimilasi. Fotosintesis adalah proses pengubahan energi sinar matahari menjadi energi senyawa kimia. Fotosintesis- ini adalah proses pembentukan zat organik (glukosa, dan kemudian pati) dari zat anorganik, dalam kloroplas dalam cahaya dengan pelepasan oksigen. Fotosintesis berlangsung dalam 2 fase: cahaya dan bayangan. Fase cahaya berlangsung dalam cahaya. Selama fase cahaya, klorofil tereksitasi dengan menyerap kuantum cahaya. Pada fase cahaya, terjadi fotolisis air, diikuti dengan pelepasan oksigen ke atmosfer. Selain itu, proses berikut terjadi pada fase terang fotosintesis: akumulasi proton hidrogen, sintesis ATP dari ADP, penambahan H + ke pembawa khusus NADP

REAKSI CAHAYA JUMLAH:

Pembentukan ATP dan NADP*H, pelepasan O2 ke atmosfer.

fase gelap(siklus fiksasi CO2, siklus Calvin) terjadi di stroma kloroplas. Proses berikut terjadi di fase gelap:

ATP dan NADP*H diambil dari reaksi terang

Dari atmosfer - CO2

1) fiksasi CO2

2) Pembentukan glukosa

3) Pembentukan pati

PERSAMAAN AKHIR:

6CO2 + 6H2O - (klorofil, cahaya) - 6H12O6 + 6O2

Kemosintesis adalah sintesis zat organik karena energi reaksi kimia. Kemosintesis dilakukan oleh bakteri Reaksi utama fotosintesis: 1) oksidasi belerang: 2H2S + O2 = 2H20 + 2S

2S + O2 + 2H2O = 2H2SO4 2) oksidasi nitrogen: 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O 2HNO2 + O2 = HNO3 3) oksidasi oksigen 2H2 + O2 = 2H2O 4) oksidasi besi: 4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2

20. Metabolisme di dalam sel. proses disimilasi. Tahap utama metabolisme energi. Metabolisme adalah kesatuan asimilasi dan disimilasi. selama disimilasi, juga mengalami transformasi lebih lanjut. Asimilasi adalah proses asimilasi zat yang masuk ke dalam sel dengan zat tertentu yang menjadi ciri khas sel tersebut. Asimilasi adalah proses endotermik yang membutuhkan energi. Sumber energi adalah zat yang sebelumnya disintesis yang telah mengalami pembusukan dalam proses disimilasi. Disimilasi adalah proses eksotermik, yaitu proses pelepasan energi akibat penguraian zat-zat sel. Zat yang terbentuk Semua fungsi yang dilakukan oleh sel membutuhkan pengeluaran energi, yang dilepaskan dalam proses disimilasi. Signifikansi biologis dari disimilasi berkurang tidak hanya untuk pelepasan energi yang dibutuhkan oleh sel, tetapi sering untuk penghancuran zat berbahaya bagi tubuh.Seluruh proses disimilasi, atau metabolisme energi, terdiri dari 3 tahap: persiapan, oksigen- bebas dan oksigen. Pada tahap persiapan, di bawah aksi enzim, polimer terdegradasi menjadi monomer. Jadi, protein dipecah menjadi asam amino, polisakarida - menjadi monosakarida, lemak - menjadi gliserol dan asam lemak. Pada fase persiapan, sedikit energi yang dilepaskan dan biasanya hilang dalam bentuk panas. 2) Tahap anoksik atau anaerobik. Mari kita ambil glukosa sebagai contoh. Pada tahap anaerobik, glukosa diurai menjadi asam laktat: C6H12O6 + 2ADP + H3RO4 = 2C3H6O3 + 2H2O + 2ATP (asam laktat) 3) Tahap oksigen. Pada tahap oksigen, zat dioksidasi menjadi CO2 dan H2O. Dengan akses oksigen, asam piruvat menembus ke dalam mitokondria dan mengalami oksidasi: 3H6O3 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 36ATP Persamaan total: C6H12O6 + 6O2-6CO2 + 6H2O + 38ATP

Disimilasi adalah reaksi kimia kompleks di mana terjadi peluruhan bertahap zat organik kompleks menjadi yang lebih sederhana. Proses ini disertai dengan pelepasan energi, yang sebagian besar digunakan dalam sintesis ATP.

Disimilasi dalam biologi

Dissimilasi adalah kebalikan dari proses asimilasi. Asam nukleat, protein, lemak dan karbohidrat berperan sebagai zat awal yang akan diurai. Dan produk akhirnya adalah air, karbon dioksida, dan amonia. Di dalam tubuh hewan, produk pembusukan diekskresikan saat mereka menumpuk secara bertahap. Dan pada tumbuhan, karbon dioksida dilepaskan sebagian, dan amonia digunakan sepenuhnya dalam proses asimilasi, berfungsi sebagai bahan awal untuk biosintesis senyawa organik.

Hubungan disimilasi dan asimilasi memungkinkan jaringan tubuh terus diperbarui. Misalnya, dalam 10 hari, setengah dari sel albumin dalam darah manusia diperbarui, dan dalam 4 bulan semua sel darah merah diregenerasi. Rasio intensitas dua proses metabolisme yang berlawanan tergantung pada banyak faktor. Ini adalah tahap perkembangan organisme, dan usia, dan keadaan fisiologis. Selama pertumbuhan dan perkembangan, asimilasi terjadi di dalam tubuh, sebagai akibatnya, sel, jaringan, dan organ baru terbentuk, diferensiasi mereka terjadi, yaitu, berat badan meningkat. Di hadapan patologi dan selama kelaparan, proses disimilasi menang atas asimilasi, dan berat badan berkurang.

Semua organisme dapat dibagi menjadi dua kelompok, tergantung pada kondisi di mana disimilasi terjadi. Ini adalah aerob dan anaerob. Yang pertama membutuhkan oksigen bebas untuk hidup, yang terakhir tidak membutuhkannya. Dalam anaerob, disimilasi berlangsung dengan fermentasi, yang merupakan pemecahan enzimatik bebas oksigen dari zat organik menjadi yang lebih sederhana. Misalnya asam laktat atau fermentasi alkohol.

Pemecahan bahan organik dalam aerob dilakukan dalam tiga langkah. Pada saat yang sama, beberapa reaksi enzimatik spesifik terjadi pada masing-masing reaksi tersebut.

Tahap pertama adalah persiapan. Peran utama pada tahap ini milik enzim pencernaan yang terletak di saluran pencernaan pada organisme multiseluler. Pada organisme uniseluler, enzim lisosom. Selama tahap pertama, protein terurai menjadi asam amino, lemak membentuk gliserol dan asam lemak, polisakarida terurai menjadi monosakarida, asam nukleat menjadi nukleotida.

glikolisis

Tahap kedua dari disimilasi adalah glikolisis. Ia mengalir tanpa oksigen. Esensi biologis dari glikolisis adalah bahwa itu adalah awal dari pemecahan dan oksidasi glukosa, menghasilkan akumulasi energi bebas dalam bentuk 2 molekul ATP. Ini terjadi dalam beberapa reaksi berturut-turut, hasil akhirnya adalah pembentukan dua molekul piruvat dan jumlah ATP yang sama dari satu molekul glukosa. Dalam bentuk asam adenosin trifosfatlah bagian dari energi yang dilepaskan sebagai hasil glikolisis disimpan, sisanya tunduk pada disipasi dalam bentuk panas. Reaksi kimia glikolisis: C6H12O6 + 2ADP + 2P → 2C3H4O3 + 2ATP.

Dalam kondisi kekurangan oksigen dalam sel tumbuhan dan sel ragi, piruvirat dibagi menjadi dua zat: etil alkohol dan karbon dioksida. Ini adalah fermentasi alkohol.

Jumlah energi yang dilepaskan selama glikolisis tidak cukup untuk organisme yang menghirup oksigen. Itulah sebabnya dalam tubuh hewan dan manusia, selama aktivitas fisik yang berat, asam laktat disintesis di otot, yang berfungsi sebagai sumber energi cadangan dan terakumulasi dalam bentuk laktat. Ciri khas dari proses ini adalah munculnya rasa sakit pada otot.

Disimilasi adalah proses yang sangat kompleks, dan tahap oksigen ketiga juga terdiri dari dua reaksi yang berurutan. Kita berbicara tentang siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif.

Selama respirasi oksigen, piruvirat dioksidasi menjadi produk akhir, yaitu CO2 dan H2O. Ini melepaskan energi yang tersimpan dalam bentuk 36 molekul ATP. Kemudian energi yang sama menyediakan sintesis zat organik dalam volume plastik. Secara evolusi, munculnya tahap ini dikaitkan dengan akumulasi molekul oksigen di atmosfer dan munculnya organisme aerobik.

Situs fosforilasi oksidatif (respirasi seluler) adalah membran bagian dalam mitokondria, di dalamnya terdapat molekul pembawa yang mengangkut elektron ke molekul oksigen. Energi yang dihasilkan pada tahap ini sebagian dihamburkan dalam bentuk panas, sedangkan sisanya digunakan untuk pembentukan ATP.

Disimilasi dalam biologi adalah pertukaran energi, reaksi yang terlihat seperti ini: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 38ATP.

Jadi, disimilasi adalah serangkaian reaksi yang terjadi karena zat organik yang sebelumnya disintesis oleh sel, dan oksigen bebas yang berasal dari lingkungan luar selama respirasi.

Asimilasi, anabolisme(lat. Assimilo - Saya menyamakan - menyamakan, menggabungkan, asimilasi) - dalam biologi - pemrosesan dan penggunaan oleh organisme zat yang berasal dari lingkungan.

Asimilasi dan proses sebaliknya, disimilasi, terkait erat dengannya, mendasari sifat terpenting materi hidup - metabolisme. Sifat dari proses berkelanjutan ini menentukan vitalitas dan perkembangan organisme.

Melalui asimilasi, organisme membangun tubuhnya dengan mengorbankan lingkungan; pertumbuhan suatu organisme dimungkinkan jika asimilasi menang atas disimilasi.

esensi asimilasi pada dasarnya bermuara pada sintesis semua zat yang diperlukan untuk kehidupan organisme dengan cara tertentu, yang telah berkembang dalam proses evolusi. Jadi, dalam organisme autotrofik, selama asimilasi, senyawa organik kompleks disintesis dari yang anorganik, misalnya, selama fotosintesis, karbohidrat diasimilasi oleh tanaman hijau dari karbon dioksida di udara dan air. Pada organisme heterotrofik yang hanya memakan zat yang berasal dari tumbuhan dan hewan, sintesis selama asimilasi didahului dengan pemecahan dan pemrosesannya.

Ciri-ciri organisme yang diperoleh dalam proses evolusi menentukan sifat asimilasi, tetapi perubahan asimilasi, pada gilirannya, memengaruhi sifat organisme, mengubah hereditasnya.

Ketika kuanta cahaya mengenai klorofil, molekul klorofil tereksitasi. Elektron tereksitasi melewati rantai elektron pada membran untuk sintesis ATP. Pada saat yang sama, pemecahan molekul air terjadi. Ion H + bergabung dengan NADP (PS1) tereduksi dengan mengorbankan elektron klorofil; energi yang dihasilkan digunakan untuk sintesis ATP. Ion O 2 mendonorkan elektron ke klorofil (FS2) dan berubah menjadi oksigen bebas: H 2 O + NADP + hν → NADPH + H + + 1 / 2O 2 + 2ATP

fase gelap Fase gelap - fiksasi C, sintesis C 6 H 12 O 6. Sumber energinya adalah ATP. Dalam stroma kromoplas (di mana ATP, NADPH dan H + berasal dari gran tilakoid dan CO 2 dari udara), reaksi siklik berlangsung, menghasilkan fiksasi CO 2, reduksi H (karena NADPH + H +) dan sintesis C 6 H 12 Tentang 6:

CO 2 + NADPH + H + + 2ATP → 2ADP + C 6 H 12 O 6

Disimilasi dalam biologi mengacu pada proses kebalikan dari asimilasi. Dengan kata lain, ini adalah tahap metabolisme dalam tubuh, di mana penghancuran senyawa organik kompleks terjadi dengan produksi senyawa yang lebih sederhana. Ada beberapa definisi yang berbeda dari konsep disimilasi. Wikipedia mengartikan istilah ini sebagai hilangnya kekhususan zat kompleks dan penghancuran senyawa organik kompleks menjadi lebih sederhana. Sinonim untuk konsep ini adalah katabolisme.

Dalam metabolisme dalam sel hidup, tempat sentral ditempati oleh reaksi disimilasi yang kompleks - respirasi, fermentasi, glikolisis. Hasil dari proses biologis ini adalah pelepasan energi, yang terkandung dalam molekul kompleks. Energi ini sebagian diubah menjadi energi adenosin trifosfat (ATP). Produk akhir dari disimilasi di semua sel hidup adalah karbon dioksida, amonia dan air. Sel tumbuhan dapat menggunakan sebagian zat ini untuk asimilasi. Organisme hewan membuang produk pembusukan ini ke luar.

Menurut sifat partisipasi molekul oksigen dalam reaksi katabolisme, semua organisme biasanya dibagi menjadi aerobik, yaitu, dilanjutkan dengan partisipasi oksigen, dan anaerobik (bebas oksigen).

Organisme anaerobik melakukan proses metabolisme energi melalui fermentasi, dan organisme aerobik - melalui respirasi.

Fermentasi adalah serangkaian reaksi penguraian molekul organik menjadi senyawa yang lebih sederhana, di mana energi dilepaskan dan molekul ATP disintesis. Di antara cara lain untuk memperoleh energi, fermentasi dianggap yang paling tidak efisien: dari 1 mol glukosa selama fermentasi asam laktat, diperoleh 2 mol ATP.

Dua jenis fermentasi yang paling banyak didistribusikan di alam:

1. Asam laktat - termasuk proses pemecahan glukosa secara anaerobik dengan pembentukan asam laktat. Jenis fermentasi ini khas untuk bakteri asam laktat - mereka bertanggung jawab atas asam susu. Dalam arti yang lebih luas, proses fermentasi asam laktat adalah salah satu tahapan proses respirasi di sebagian besar organisme aerobik, termasuk manusia;
2. Fermentasi alkohol adalah proses pemecahan glukosa secara anaerobik dan disertai dengan pembentukan karbon dioksida dan etil alkohol. Selama reaksi ini, sejumlah energi dilepaskan, yang digunakan untuk sintesis molekul ATP. Fermentasi alkohol adalah ciri paling khas dari buah-buahan dan bagian lain dari tanaman dalam kondisi anaerobik.

Respirasi dalam konteks masalah yang diungkapkan memiliki makna yang lebih luas daripada proses pertukaran gas biasa. Dalam hal ini, respirasi harus dipahami sebagai semacam disimilasi, yang diwujudkan dalam lingkungan yang mengandung molekul oksigen.

Proses pernapasan memiliki dua bagian:

1. Proses pertukaran gas dalam sistem pernapasan organisme multiseluler dan dalam jaringan;
2. Urutan reaksi oksidasi biokimia yang dialami senyawa organik. Sebagai hasil dari proses ini, air, amonia, dan karbon dioksida terbentuk. Pembentukan beberapa senyawa sederhana lainnya dimungkinkan - hidrogen sulfida, senyawa fosfor anorganik, dll.

Bagi kebanyakan orang, interpretasi yang lebih sempit dari proses respirasi sebagai pertukaran gas adalah kebiasaan.

Proses disimilasi pada sel hidup terdiri dari beberapa tahap. Perlu dicatat bahwa tahapan ini dapat berlangsung secara berbeda pada organisme yang berbeda.

Pada organisme aerob, proses katabolisme meliputi tiga tahap utama. Setiap tahap berlangsung dengan partisipasi sistem enzimatik khusus.

1. Tahap awal atau persiapan. Pada organisme multiseluler, itu dilakukan di rongga saluran pencernaan. Enzim pencernaan terlibat langsung dalam prosesnya. Pada organisme uniseluler, tahap ini berlangsung dengan partisipasi enzim lisosom. Pada tahap persiapan, protein dipecah menjadi asam amino. Lemak terurai menjadi asam lemak dan gliserol. Polisakarida dipecah pada tahap ini menjadi monosakarida, dan asam nukleat menjadi nukleotida. Dalam biologi, proses seperti itu biasanya disebut pencernaan;
2. Tahap kedua dari katabolisme adalah glikolisis atau anoksik. Tahap ini merupakan tahap awal pemecahan molekul glukosa dan penimbunan energi dalam bentuk molekul ATP. Glikolisis terjadi di sitoplasma sel. Pada saat ini, urutan reaksi kimia diamati: satu molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asam piruvat (atau piruvat) dan dua molekul ATP. Sebagian dari energi yang dilepaskan disimpan dalam bentuk ATP, sisanya dikeluarkan dalam bentuk panas. Dalam kondisi kekurangan oksigen dalam sel tanaman dan jamur ragi, molekul piruvat dipecah menjadi karbon dioksida dan etanol (fermentasi alkohol);
3. Tahap oksigen katabolisme terdiri, pada gilirannya, dari dua fase berturut-turut - siklus Krebs dan fosforilasi oksidatif. Pertimbangkan tahap disimilasi apa yang disebut oksigen. Di sini, pemisahan akhir piruvat menjadi konstituen paling sederhana - air dan karbon dioksida. Selama oksidasi piruvat, hanya 36 molekul ATP yang terbentuk. Dari jumlah tersebut, 34 molekul terbentuk sebagai hasil dari rantai reaksi siklus Krebs dan 2 sisanya sebagai hasil dari fosforilasi oksidatif. Tahap oksigen evolusioner muncul setelah jumlah molekul oksigen yang cukup terakumulasi di atmosfer bumi dan organisme dengan jenis metabolisme aerobik muncul.

Sebagai hasil dari reaksi disimilasi energi diperoleh, yang selanjutnya digunakan oleh tubuh untuk metabolisme plastik.

Proses fosforilasi oksidatif terjadi pada membran mitokondria bagian dalam. Membran ini memiliki molekul pembawa bawaan. Fungsi mereka adalah untuk memberikan elektron ke atom oksigen. Sebagian energi dalam reaksi ini hilang sebagai panas.

Sebagai hasil dari reaksi glikolisis, sejumlah kecil energi dihasilkan, yang tidak cukup untuk aktivitas vital organisme dengan jenis metabolisme aerobik. Inilah alasan mengapa asam laktat terbentuk di sel otot dengan kekurangan oksigen. Zat ini terakumulasi sebagai laktat dan menyebabkan nyeri otot.