1. Maaari photo- at chemosynthetic na mga organismo kumuha ng enerhiya mula sa organikong oksihenasyon? Syempre kaya nila. Ang mga halaman at chemosynthetics ay nailalarawan sa pamamagitan ng oksihenasyon, dahil kailangan nila ng enerhiya! Gayunpaman, ang mga autotroph ay mag-o-oxidize sa mga sangkap na sila mismo ang na-synthesize.

2. Bakit ang mga aerobic na organismo oxygen? Ano ang papel ng biological oxidation? Ang oxygen ay pangwakas electron acceptor na nagmumula sa mas mataas na antas ng enerhiya ng mga oxidizable substance. Sa panahon ng prosesong ito ang mga electron ay naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya, at ang papel ng oksihenasyon ay tiyak dito! Ang oksihenasyon ay ang pagkawala ng mga electron o isang hydrogen atom, ang pagbabawas ay ang kanilang karagdagan.

3. Ano ang pagkakaiba ng combustion at biological oxidation? Bilang resulta ng pagkasunog, ang lahat ng enerhiya ay ganap na inilabas sa anyo init. Ngunit sa oksihenasyon, ang lahat ay mas kumplikado: 45 porsiyento lamang ng enerhiya ang inilabas din sa anyo ng init at ginugol upang mapanatili ang normal na temperatura ng katawan. Ngunit 55 porsyento - sa anyo ng enerhiya ng ATP at iba pang biological na baterya. Samakatuwid, karamihan sa enerhiya ay napupunta pa rin upang lumikha mataas na mga koneksyon sa enerhiya.

Mga yugto ng metabolismo ng enerhiya

1. Yugto ng paghahanda nailalarawan pagbagsak ng mga polimer sa mga monomer(nako-convert ang polysaccharides sa glucose, protina sa amino acids), fats sa glycerol at fatty acids. Sa yugtong ito, ang isang tiyak na halaga ng enerhiya ay inilabas sa anyo ng init. Ang proseso ay nagaganap sa cell mga lysosome, sa antas ng organismo - sa sistema ng pagtunaw. Iyon ang dahilan kung bakit pagkatapos ng pagsisimula ng proseso ng panunaw, ang temperatura ng katawan ay tumataas.

2. glycolysis, o anoxic na yugto- nangyayari ang hindi kumpletong oksihenasyon ng glucose.

3. yugto ng oxygen- ang huling pagkasira ng glucose.

glycolysis

1. glycolysis nagaganap sa cytoplasm. Glucose C 6 H 12 O 6 nahati sa PVC (pyruvic acid) C 3 H 4 O 3 - sa dalawang tatlong-carbon na mga molekula ng PVC. Mayroong 9 na magkakaibang enzymes na kasangkot dito.

1) Kasabay nito, ang dalawang molekula ng PVC ay may 4 na atomo ng hydrogen na mas mababa kaysa sa glucose C 6 H 12 O 6, C 3 H 4 O 3 - PVC (2 molekula - C 6 H 8 O 6).

2) Saan ginugol ang 4 na hydrogen atoms? Dahil sa 2 atoms 2 NAD+ atoms ay nabawasan sa dalawang NADH. Dahil sa iba pang 2 hydrogen atoms, maaaring maging PVC lactic acid C 3 H 6 O 3 .

3) At dahil sa enerhiya ng mga electron na inilipat mula sa mataas na antas ng enerhiya ng glucose sa isang mas mababang antas ng NAD +, 2 molekula ng ATP mula sa ADP at phosphoric acid.

4) Bahagi ng enerhiya ang nasasayang sa anyo init.

2. Kung walang oxygen sa cell, o walang sapat nito, pagkatapos ay 2 PVC molecules ay naibalik dahil sa dalawang NADH sa lactic acid: 2C 3 H 4 O 3 + 2NADH + 2H + \u003d 2C 3 H 6 O 3 (lactic acid) + 2HAD +. Ang pagkakaroon ng lactic acid ay nagdudulot ng pananakit ng kalamnan sa panahon ng ehersisyo at kakulangan ng oxygen. Pagkatapos ng isang aktibong pag-load, ang acid ay ipinadala sa atay, kung saan ang hydrogen ay nahati mula dito, iyon ay, ito ay bumalik sa PVC. Ang PVC na ito ay maaaring pumunta sa mitochondria para sa kumpletong pagkasira at pagbuo ng ATP. Ang bahagi ng ATP ay ginagamit din upang i-convert ang karamihan sa PVC pabalik sa glucose sa pamamagitan ng pag-reverse ng glycolysis. Ang glucose ng dugo ay mapupunta sa mga kalamnan at maiimbak bilang glycogen.

3. Bilang resulta anoxic na oksihenasyon ng glucose ay nilikha sa kabuuan 2 molekula ng ATP.

4. Kung ang cell ay mayroon na, o nagsimulang ipasok ito oxygen, Ang PVC ay hindi na maibabalik sa lactic acid, ngunit ipinadala sa mitochondria, kung saan ito ay ganap na oksihenasyon sa CO 2 atH 2 O.

Pagbuburo

1. Pagbuburo- ito ay isang anaerobic (oxygen-free) metabolic breakdown ng mga molecule ng iba't ibang nutrients, tulad ng glucose.

2. Alcoholic, lactic, butyric, acetic fermentation ay nagaganap sa ilalim ng anaerobic na kondisyon sa cytoplasm. Mahalaga kung paano tumutugma ang proseso ng pagbuburo sa glycolysis.

3. Ang alcoholic fermentation ay partikular para sa yeast, ilang fungi, halaman, bacteria, na sa mga anoxic na kondisyon ay lumipat sa fermentation.

4. Upang malutas ang mga problema, mahalagang malaman na sa bawat kaso, sa panahon ng pagbuburo, ang glucose ay inilabas mula sa glucose 2 ATP, alkohol, o mga acid- mantika, suka, gatas. Sa panahon ng pagbuburo ng alkohol (at butyric), hindi lamang alkohol, ATP, kundi pati na rin ang carbon dioxide ay inilabas mula sa glucose.

Ang yugto ng oxygen ng metabolismo ng enerhiya may kasamang dalawang yugto.

1. Tricarboxylic acid cycle (Krebs cycle).

2. Oxidative phosphorylation.

pagpapalitan ng enerhiya(catabolism, dissimilation) - isang hanay ng mga reaksyon ng paghahati ng mga organikong sangkap, na sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagkasira ng mga organikong sangkap ay hindi kaagad ginagamit ng cell, ngunit naka-imbak sa anyo ng ATP at iba pang mga compound na may mataas na enerhiya. Ang ATP ay ang unibersal na mapagkukunan ng enerhiya ng cell. Ang synthesis ng ATP ay nangyayari sa mga selula ng lahat ng mga organismo sa proseso ng phosphorylation - ang pagdaragdag ng inorganic phosphate sa ADP.

Sa aerobic ang mga organismo (naninirahan sa isang kapaligiran ng oxygen) ay nakikilala ang tatlong yugto ng metabolismo ng enerhiya: paghahanda, oksihenasyon na walang oxygen at oksihenasyon ng oxygen; sa anaerobic mga organismo (naninirahan sa isang kapaligiran na walang oxygen) at mga aerobic na organismo na may kakulangan ng oxygen - dalawang yugto: paghahanda, walang oxygen na oksihenasyon.

Yugto ng paghahanda

Binubuo ito sa pagkasira ng enzymatic ng mga kumplikadong organikong sangkap sa mga simple: mga molekula ng protina - sa mga amino acid, taba - sa glycerol at carboxylic acid, carbohydrates - sa glucose, nucleic acid - sa mga nucleotides. Ang pagkasira ng mga high-molecular na organikong compound ay isinasagawa alinman sa pamamagitan ng mga enzyme ng gastrointestinal tract o ng mga enzyme ng lysosomes. Ang lahat ng inilabas na enerhiya ay nawawala sa anyo ng init. Ang mga nagresultang maliliit na organikong molekula ay maaaring gamitin bilang "materyal sa gusali" o maaari pang masira.

Anoxic oxidation, o glycolysis

Ang yugtong ito ay binubuo sa karagdagang paghahati ng mga organikong sangkap na nabuo sa yugto ng paghahanda, nangyayari sa cytoplasm ng cell at hindi nangangailangan ng pagkakaroon ng oxygen. Ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa cell ay glucose. Ang proseso ng hindi kumpletong pagkasira ng glucose na walang oxygen - glycolysis.

Ang pagkawala ng mga electron ay tinatawag na oksihenasyon, ang pagkuha ay tinatawag na pagbabawas, habang ang electron donor ay na-oxidized, ang acceptor ay nabawasan.

Dapat pansinin na ang biological oxidation sa mga cell ay maaaring mangyari kapwa sa pakikilahok ng oxygen:

A + O 2 → AO 2,

at nang wala ang kanyang pakikilahok, dahil sa paglipat ng mga atomo ng hydrogen mula sa isang sangkap patungo sa isa pa. Halimbawa, ang sangkap na "A" ay na-oxidize sa gastos ng sangkap na "B":

AN 2 + B → A + BH 2

o dahil sa paglipat ng elektron, halimbawa, ang ferrous iron ay na-oxidize sa trivalent:

Fe 2+ → Fe 3+ + e -.

Ang Glycolysis ay isang kumplikadong multi-step na proseso na kinabibilangan ng sampung reaksyon. Sa prosesong ito, nangyayari ang glucose dehydrogenation, ang coenzyme NAD + (nicotinamide adenine dinucleotide) ay nagsisilbing hydrogen acceptor. Bilang resulta ng isang kadena ng mga reaksyong enzymatic, ang glucose ay na-convert sa dalawang molekula ng pyruvic acid (PVA), habang ang kabuuang 2 molekula ng ATP at isang pinababang anyo ng hydrogen carrier NAD H 2 ay nabuo:

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.

Ang karagdagang kapalaran ng PVC ay nakasalalay sa pagkakaroon ng oxygen sa cell. Kung walang oxygen, ang lebadura at halaman ay sumasailalim sa alkohol na pagbuburo, kung saan ang acetaldehyde ay unang nabuo, at pagkatapos ay ang ethyl alcohol:

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 +.

Sa mga hayop at ilang bakterya, na may kakulangan ng oxygen, ang lactic acid fermentation ay nangyayari sa pagbuo ng lactic acid:

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

Bilang isang resulta ng glycolysis ng isang molekula ng glucose, 200 kJ ay pinakawalan, kung saan 120 kJ ay nawala sa anyo ng init, at 80% ay naka-imbak sa ATP bond.

Oxygen oxidation, o paghinga

Binubuo ito sa kumpletong pagkasira ng pyruvic acid, nangyayari sa mitochondria at may obligadong presensya ng oxygen.

Ang pyruvic acid ay dinadala sa mitochondria (ang istraktura at pag-andar ng mitochondria - lecture No. 7). Dito, ang dehydrogenation (hydrogen elimination) at decarboxylation (carbon dioxide elimination) ng PVC ay nagaganap sa pagbuo ng isang dalawang-carbon acetyl group, na pumapasok sa isang cycle ng mga reaksyon na tinatawag na Krebs cycle reactions. Mayroong karagdagang oksihenasyon na nauugnay sa dehydrogenation at decarboxylation. Bilang resulta, tatlong molekula ng CO 2 ang tinanggal mula sa mitochondrion para sa bawat nawasak na molekula ng PVC; limang pares ng hydrogen atoms ang nabuo na nauugnay sa mga carrier (4NAD H 2, FAD H 2), pati na rin ang isang ATP molecule.

Ang pangkalahatang reaksyon ng glycolysis at pagkasira ng PVC sa mitochondria sa hydrogen at carbon dioxide ay ang mga sumusunod:

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

Dalawang molekula ng ATP ay nabuo bilang isang resulta ng glycolysis, dalawa - sa siklo ng Krebs; dalawang pares ng hydrogen atoms (2NADHH2) ang nabuo bilang resulta ng glycolysis, sampung pares - sa Krebs cycle.

Ang huling hakbang ay ang oksihenasyon ng mga pares ng hydrogen na may partisipasyon ng oxygen sa tubig na may sabay-sabay na phosphorylation ng ADP sa ATP. Ang hydrogen ay inilipat sa tatlong malalaking enzyme complex (flavoproteins, coenzymes Q, cytochromes) ng respiratory chain na matatagpuan sa panloob na lamad ng mitochondria. Ang mga electron ay kinuha mula sa hydrogen, na kalaunan ay pinagsama sa oxygen sa mitochondrial matrix:

O 2 + e - → O 2 -.

Ang mga proton ay ibinobomba sa intermembrane space ng mitochondria, sa "proton reservoir". Ang panloob na lamad ay hindi natatagusan ng mga hydrogen ions, sa isang banda ito ay sisingilin nang negatibo (dahil sa O 2 -), sa kabilang banda - positibo (dahil sa H +). Kapag ang potensyal na pagkakaiba sa loob ng lamad ay umabot sa 200 mV, ang mga proton ay dumadaan sa channel ng ATP synthetase enzyme, ang ATP ay nabuo, at ang cytochrome oxidase ay nag-catalyze sa pagbawas ng oxygen sa tubig. Kaya, bilang isang resulta ng oksihenasyon ng labindalawang pares ng mga atomo ng hydrogen, 34 na mga molekula ng ATP ang nabuo.

Ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya para sa mga organismo ay ang araw. Ang light quanta ay hinihigop ng chlorophyll na nakapaloob sa mga chloroplast ng berdeng mga selula ng halaman at naipon sa anyo ng enerhiya ng mga bono ng kemikal ng mga organikong sangkap - mga produkto ng photosynthesis. Ang mga heterotrophic na selula ng mga halaman at hayop ay tumatanggap ng enerhiya mula sa iba't ibang mga organikong sangkap (carbohydrates, taba at protina) na na-synthesize ng mga autotrophic na selula. Ang mga buhay na nilalang na maaaring gumamit ng liwanag na enerhiya ay tinatawag mga phototroph, at ang enerhiya ng mga bono ng kemikal - chemotrophs.

Ang proseso ng pagkonsumo ng enerhiya at bagay ay tinatawag pagkain. Mayroong dalawang uri ng nutrisyon: holozoic - sa pamamagitan ng pag-trap ng mga particle ng pagkain sa loob ng katawan at holophytic - nang walang pagkuha, sa pamamagitan ng pagsipsip ng mga natunaw na sustansya sa pamamagitan ng mga istrukturang pang-ibabaw ng katawan. Ang mga sustansya na pumapasok sa katawan ay kasangkot sa mga proseso ng metabolic. Paghinga ay maaaring tawaging isang proseso kung saan ang oksihenasyon ng mga organikong sangkap ay humahantong sa pagpapakawala ng enerhiya. Ang panloob, tissue o intracellular na paghinga ay nangyayari sa mga selula. Karamihan sa mga organismo ay nailalarawan aerobic na paghinga, na nangangailangan ng oxygen (Larawan 8.4). Sa anaerobes, naninirahan sa isang kapaligirang walang oxygen (bacteria), o aerobes sa kakulangan nito, nagpapatuloy ang dissimilation ayon sa uri pagbuburo(anaerobic respiration). Ang mga pangunahing sangkap na nasira sa panahon ng paghinga ay ang mga karbohidrat - isang reserba ng unang pagkakasunud-sunod. Ang mga lipid ay kumakatawan sa isang reserba ng pangalawang order, at kapag ang mga reserba ng carbohydrates at lipid ay naubos na, ang mga protina ay ginagamit para sa paghinga - isang reserba ng ikatlong pagkakasunud-sunod. Sa proseso ng paghinga, ang mga electron ay inililipat sa pamamagitan ng isang sistema ng magkakaugnay na mga molekula ng carrier: ang pagkawala ng mga electron sa pamamagitan ng isang molekula ay tinatawag oksihenasyon, attachment ng mga electron sa isang molekula (acceptor) - pagbawi, ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay naka-imbak sa macroergic bond ng ATP molecule. Ang isa sa mga pinaka-karaniwang acceptors sa biosystems ay oxygen. Ang enerhiya ay inilabas sa maliliit na bahagi, pangunahin sa kadena ng transportasyon ng elektron.

pagpapalitan ng enerhiya, o dissimilation, ay isang hanay ng mga reaksyon ng paghahati ng mga organikong sangkap, na sinamahan ng pagpapalabas ng enerhiya. Depende sa tirahan, ang isang proseso ng metabolismo ng enerhiya ay maaaring nahahati sa ilang magkakasunod na yugto. Sa karamihan ng mga nabubuhay na organismo - mga aerobes na naninirahan sa isang kapaligiran ng oxygen, tatlong yugto ang isinasagawa sa panahon ng dissimilation: paghahanda, walang oxygen at oxygen, kung saan ang mga organikong sangkap ay nabubulok sa mga hindi organikong compound.

kanin. 8.4.

Unang yugto. AT Sa sistema ng pagtunaw ng mga multicellular na organikong sangkap ng pagkain, sa ilalim ng pagkilos ng kaukulang mga enzyme, nahahati sila sa mga simpleng molekula: mga protina - sa mga amino acid, polysaccharides (starch, glycogen) - sa monosaccharides (glucose), taba - sa glycerol at mga fatty acid, nucleic acid - sa mga nucleotide, atbp. Sa unicellular, ang intracellular cleavage ay nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng hydrolytic enzymes ng lysosomes. AT sa panahon ng panunaw, ang isang maliit na halaga ng enerhiya ay inilabas, na kung saan ay nawala sa anyo ng init, at ang nabuo na maliliit na organikong molekula ay maaaring sumailalim sa karagdagang paghahati (dissimilation) o magamit ng cell bilang isang "materyal na gusali" para sa synthesis ng kanyang sariling mga organikong compound (asimilasyon).

Pangalawang yugto- Ang anoxic, o fermentation, ay isinasagawa sa cytoplasm ng cell. Ang mga sangkap na nabuo sa yugto ng paghahanda - glucose, amino acids, atbp. - sumasailalim sa karagdagang enzymatic decomposition nang hindi gumagamit ng oxygen. Ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya sa cell ay glucose. Ang anoxic, hindi kumpletong pagkasira ng glucose (glycolysis) ay isang multi-stage na proseso ng pagkasira ng glucose sa pyruvic acid (PV K), at pagkatapos ay sa lactic, acetic, butyric acid o ethyl alcohol, na nagaganap sa cytoplasm ng cell. Sa panahon ng mga reaksyon ng glycolysis, isang malaking halaga ng enerhiya ang pinakawalan - 200 kJ / mol. Ang bahagi ng enerhiya na ito (60%) ay nawawala bilang init, ang natitira (40%) ay ginagamit para sa synthesis ng ATP. Ang mga produkto ng glycolysis ay pyruvic acid, hydrogen sa anyo ng NADH (nicotinamide adenine dinucleotide) at enerhiya sa anyo ng ATP.

Ang pangkalahatang reaksyon ng glycolysis ay ang mga sumusunod:

Sa iba't ibang uri ng pagbuburo, ang karagdagang kapalaran ng mga produkto ng glycolysis ay iba. Sa mga selula ng hayop na nakakaranas ng pansamantalang kakulangan ng oxygen, halimbawa, sa mga selula ng kalamnan ng tao sa panahon ng labis na pisikal na pagsusumikap, pati na rin sa ilang mga bakterya, ang lactic acid fermentation ay nangyayari, kung saan ang PVC ay nabawasan sa lactic acid:

Ang kilalang lactic acid fermentation (sa panahon ng souring ng gatas, ang pagbuo ng sour cream, kefir, atbp.) Ay sanhi ng lactic acid fungi at bacteria. Sa panahon ng alcoholic fermentation (halaman, ilang fungi, brewer's yeast), ang mga produkto ng glycolysis ay ethyl alcohol at CO2. Sa ibang mga organismo, ang mga produkto ng fermentation ay maaaring butyl alcohol, acetone, acetic acid, atbp.

Ikatlong yugto metabolismo ng enerhiya - ang kumpletong oksihenasyon, o aerobic respiration, ay nangyayari sa mitochondria. Sa panahon ng tricarboxylic acid cycle (Krebs cycle), ang CO 2 ay na-cleaved mula sa PVA, at ang dalawang-carbon residue ay nakakabit sa coenzyme A molecule upang bumuo ng acetyl coenzyme A, sa molekula kung saan ang enerhiya ay naka-imbak.

(Ang acetyl-CoA ay nabuo din sa panahon ng oksihenasyon ng mga fatty acid at ilang amino acid). Sa kasunod na proseso ng paikot (Fig. 8.4), nagaganap ang mga interconversion ng mga organic na acid, bilang isang resulta, mula sa isang molekula ng acetyl coenzyme A, dalawang molekula ng CO2, apat na pares ng mga atomo ng hydrogen na dinadala ng NADH 2 at FADH 2 (flavin adenine dinucleotide) , at dalawang ATP molecule ang nabuo. Ang mga protina ng electron carrier ay may mahalagang papel sa karagdagang mga proseso ng oksihenasyon. Nagdadala sila ng mga atomo ng hydrogen sa panloob na lamad ng mitochondrial, kung saan sila ay ipinapasa kasama ng isang kadena ng mga protina na binuo sa lamad. Ang transportasyon ng mga particle sa kahabaan ng chain ng transportasyon ay isinasagawa sa paraang ang mga proton ay nananatili sa panlabas na bahagi ng lamad at maipon sa intermembrane space, ginagawa itong isang H + reservoir, at ang mga electron ay inililipat sa panloob na ibabaw ng panloob na mitochondrial membrane, kung saan sila ay pinagsama sa oxygen:

Bilang resulta, ang panloob na lamad ng mitochondria ay negatibong sisingilin mula sa loob, at positibo mula sa labas. Kapag ang potensyal na pagkakaiba sa buong lamad ay umabot sa isang kritikal na antas (200 mV), ang mga positibong sisingilin na H+ na mga particle ay nagsisimulang itulak sa pamamagitan ng ATPase channel (isang enzyme na binuo sa panloob na mitochondrial membrane) sa pamamagitan ng puwersa ng electric field at, isang beses sa panloob. ibabaw ng lamad, nakikipag-ugnayan sa oxygen, na bumubuo ng tubig. Kasama sa proseso sa yugtong ito oxidative phosphorylation- pagdaragdag ng inorganic phosphate sa ADP at pagbuo ng ATP. Humigit-kumulang 55% ng enerhiya ay naka-imbak sa mga kemikal na bono ng ATP, at 45% ay nawawala bilang init.

Kabuuang mga reaksyon ng cellular respiration:

Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagkasira ng mga organikong sangkap ay hindi kaagad ginagamit ng cell, ngunit naka-imbak sa anyo ng mga high-energy compound, kadalasan sa anyo ng adenosine triphosphate (ATP). Sa likas na kemikal nito, ang ATP ay kabilang sa mononucleotides at binubuo ng nitrogenous base ng adenine, isang ribose carbohydrate at tatlong phosphoric acid residues, na magkakaugnay ng macroergic bonds (30.6 kJ).

Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng ATP hydrolysis ay ginagamit ng cell upang magsagawa ng kemikal, osmotic, mekanikal at iba pang uri ng trabaho. Ang ATP ay ang unibersal na mapagkukunan ng enerhiya ng cell. Ang supply ng ATP sa cell ay limitado at replenished dahil sa proseso ng phosphorylation, na nangyayari sa iba't ibang mga rate sa panahon ng respiration, fermentation at photosynthesis.

Mga anchor point

• Ang metabolismo ay binubuo ng dalawang malapit na magkakaugnay at magkasalungat na direksyon na proseso: asimilasyon at dissimilation.
• Ang karamihan sa mga proseso ng buhay na nagaganap sa cell ay nangangailangan ng enerhiya sa anyo ng ATP.
• Ang pagkasira ng glucose sa mga aerobic na organismo, kung saan ang anoxic na hakbang ay sinusundan ng pagkasira ng lactic acid na may partisipasyon ng oxygen, ay 18 beses na mas mahusay sa enerhiya kaysa sa anaerobic glycolysis.

Mga tanong at gawain para sa pag-uulit

• 1. Ano ang dissimilation? Ilarawan ang mga hakbang sa prosesong ito. Ano ang papel ng ATP sa metabolismo ng cell?
• 2. Sabihin sa amin ang tungkol sa metabolismo ng enerhiya sa cell gamit ang breakdown ng glucose bilang isang halimbawa.
• 3. Anong mga organismo ang tinatawag na heterotrophic? Magbigay ng halimbawa.
• 4. Saan, bilang resulta ng anong mga pagbabagong-anyo ng mga molekula at sa anong dami nabuo ang ATP sa mga buhay na organismo?
• 5. Anong mga organismo ang tinatawag na autotrophic? Anong mga pangkat ang nahahati sa mga autotroph?

Ang pagbuburo ng alkohol ay sumasailalim sa paghahanda ng anumang inuming may alkohol. Ito ang pinakamadali at pinaka-abot-kayang paraan upang makakuha ng ethyl alcohol. Ang pangalawang paraan - ethylene hydration, ay gawa ng tao, bihirang ginagamit at sa paggawa lamang ng vodka. Titingnan natin ang mga feature at kundisyon ng fermentation para mas maunawaan kung paano ginagawang alkohol ang asukal. Mula sa isang praktikal na pananaw, ang kaalamang ito ay makakatulong upang lumikha ng pinakamainam na kapaligiran para sa lebadura - upang mailagay nang tama ang mash, alak o beer.

Alcoholic fermentation Ang lebadura ay nagko-convert ng glucose sa ethyl alcohol at carbon dioxide sa isang anaerobic (oxygen-free) na kapaligiran. Ang equation ay ang mga sumusunod:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2.

Bilang resulta, ang isang molekula ng glucose ay na-convert sa 2 molekula ng ethyl alcohol at 2 molekula ng carbon dioxide. Sa kasong ito, ang enerhiya ay pinakawalan, na humahantong sa isang bahagyang pagtaas sa temperatura ng daluyan. Ang mga fusel oil ay nabuo din sa panahon ng proseso ng pagbuburo: butyl, amyl, isoamyl, isobutyl at iba pang mga alkohol, na mga by-product ng metabolismo ng amino acid. Sa maraming paraan, ang mga fusel oil ay bumubuo ng aroma at lasa ng inumin, ngunit karamihan sa mga ito ay nakakapinsala sa katawan ng tao, kaya sinusubukan ng mga tagagawa na linisin ang alkohol mula sa mga nakakapinsalang fusel oil, ngunit nag-iiwan ng mga kapaki-pakinabang.

lebadura- Ito ay mga unicellular spherical fungi (mga 1500 species), aktibong umuunlad sa isang likido o semi-likido na daluyan na mayaman sa mga asukal: sa ibabaw ng mga prutas at dahon, sa nektar ng mga bulaklak, patay na phytomass at maging sa lupa.

Yeast cells sa ilalim ng mikroskopyo

Ito ay isa sa mga pinakaunang organismo na "pinaamo" ng tao, higit sa lahat ang lebadura ay ginagamit para sa pagluluto ng tinapay at paggawa ng mga inuming may alkohol. Ang mga arkeologo ay natagpuan na ang mga sinaunang Egyptian para sa 6000 taon BC. e. natutunan kung paano gumawa ng beer, at noong 1200 BC. e. pinagkadalubhasaan ang pagluluto ng yeast bread.

Ang siyentipikong pag-aaral ng kalikasan ng pagbuburo ay nagsimula noong ika-19 na siglo, ang unang pormula ng kemikal ay iminungkahi nina J. Gay-Lussac at A. Lavoisier, ngunit ang kakanyahan ng proseso ay nanatiling hindi malinaw, dalawang teorya ang lumitaw. Iminungkahi ng Aleman na siyentipiko na si Justus von Liebig na ang pagbuburo ay mekanikal sa kalikasan - ang mga vibrations ng mga molekula ng mga nabubuhay na organismo ay ipinadala sa asukal, na nahahati sa alkohol at carbon dioxide. Sa turn, naniniwala si Louis Pasteur na ang batayan ng proseso ng pagbuburo ay biological sa kalikasan - kapag naabot ang ilang mga kundisyon, ang lebadura ay nagsisimulang magproseso ng asukal sa alkohol. Nagawa ni Pasteur na patunayan ang kanyang hypothesis sa empirically, kalaunan ang biological na katangian ng fermentation ay nakumpirma ng ibang mga siyentipiko.

Ang salitang Ruso na "lebadura" ay nagmula sa Old Slavonic na pandiwa na "drozgati", na nangangahulugang "durog" o "masahin", mayroong isang malinaw na koneksyon sa pagluluto ng tinapay. Sa turn, ang English na pangalan para sa yeast "yeast" ay nagmula sa Old English na mga salitang "gist" at "gyst", na nangangahulugang "foam", "to give off gas" at "boil", na mas malapit sa distillation.

Bilang isang hilaw na materyal para sa alkohol, asukal, mga produktong naglalaman ng asukal (pangunahin ang mga prutas at berry), pati na rin ang mga hilaw na materyales na naglalaman ng almirol: ginagamit ang butil at patatas. Ang problema ay ang lebadura ay hindi maaaring mag-ferment ng almirol, kaya kailangan mo munang hatiin ito sa mga simpleng asukal, ito ay ginagawa ng isang enzyme na tinatawag na amylase. Ang Amylase ay matatagpuan sa malt, isang tumubo na butil, at isinaaktibo sa mataas na temperatura (karaniwan ay 60-72 ° C), at ang proseso ng pag-convert ng starch sa simpleng mga asukal ay tinatawag na "saccharification". Ang saccharification na may malt ("mainit") ay maaaring mapalitan ng pagpapakilala ng mga sintetikong enzyme, kung saan ang wort ay hindi kailangang painitin, samakatuwid ang pamamaraan ay tinatawag na "malamig" na saccharification.

Mga kondisyon ng pagbuburo

Ang mga sumusunod na kadahilanan ay nakakaimpluwensya sa pagbuo ng lebadura at ang kurso ng pagbuburo: konsentrasyon ng asukal, temperatura at liwanag, kaasiman ng kapaligiran at pagkakaroon ng mga elemento ng bakas, nilalaman ng alkohol, pag-access sa oxygen.

1. Konsentrasyon ng asukal. Para sa karamihan ng mga lahi ng lebadura, ang pinakamainam na nilalaman ng asukal ng wort ay 10-15%. Sa mga konsentrasyon sa itaas ng 20%, humihina ang pagbuburo, at sa 30-35% halos garantisadong huminto ito, dahil ang asukal ay nagiging isang pang-imbak na pumipigil sa lebadura mula sa pagtatrabaho.

Kapansin-pansin, kapag ang nilalaman ng asukal ng daluyan ay mas mababa sa 10%, ang pagbuburo ay nagpapatuloy din nang hindi maganda, ngunit bago matamis ang wort, kailangan mong tandaan ang pinakamataas na konsentrasyon ng alkohol (ika-4 na punto) na nakuha sa panahon ng pagbuburo.

2. Temperatura at liwanag. Para sa karamihan ng mga strain ng yeast, ang pinakamainam na temperatura ng fermentation ay 20-26°C (nangangailangan ng 5-10°C ang bottom-fermenting brewer's yeast). Ang pinapayagang hanay ay 18-30 °C. Sa mas mababang temperatura, ang pagbuburo ay bumagal nang malaki, at sa mga halaga sa ibaba ng zero, ang proseso ay huminto at ang lebadura ay "natutulog" - nahuhulog sa nasuspinde na animation. Upang ipagpatuloy ang pagbuburo, sapat na upang itaas ang temperatura.

Ang masyadong mataas na temperatura ay papatayin ang lebadura. Ang threshold ng pagtitiis ay depende sa strain. Sa pangkalahatan, ang mga halaga sa itaas 30-32 °C ay itinuturing na mapanganib (lalo na para sa alak at serbesa), gayunpaman, may mga magkakahiwalay na lahi ng lebadura ng alkohol na makatiis sa temperatura ng wort hanggang 60 °C. Kung ang lebadura ay "luto", kailangan mong magdagdag ng isang bagong batch sa wort upang ipagpatuloy ang pagbuburo.

Ang proseso ng pagbuburo mismo ay nagdudulot ng pagtaas ng temperatura ng ilang degree - mas malaki ang dami ng wort at mas aktibo ang lebadura, mas malakas ang pag-init. Sa pagsasagawa, ang pagwawasto ng temperatura ay ginagawa kung ang dami ay higit sa 20 litro - sapat na upang mapanatili ang temperatura sa ibaba 3-4 degrees mula sa itaas na limitasyon.

Ang lalagyan ay iniiwan sa isang madilim na lugar o natatakpan ng makapal na tela. Ang kawalan ng direktang liwanag ng araw ay nag-iwas sa sobrang pag-init at may positibong epekto sa gawain ng lebadura - hindi gusto ng mga fungi ang sikat ng araw.

3. Kaasiman ng kapaligiran at pagkakaroon ng mga elemento ng bakas. Ang katamtamang kaasiman 4.0-4.5 pH ay nagtataguyod ng pagbuburo ng alkohol at pinipigilan ang pag-unlad ng mga microorganism ng third-party. Sa isang alkaline na kapaligiran, ang glycerol at acetic acid ay inilabas. Sa neutral wort, ang fermentation ay nagpapatuloy nang normal, ngunit ang pathogenic bacteria ay aktibong umuunlad. Ang kaasiman ng wort ay naitama bago idagdag ang lebadura. Kadalasan, ang mga baguhang distiller ay nagdaragdag ng kaasiman sa citric acid o anumang acidic juice, at upang mabawasan ang dapat, pawiin nila ang dapat gamit ang chalk o dilute ito ng tubig.

Bilang karagdagan sa asukal at tubig, ang lebadura ay nangangailangan ng iba pang mga sangkap - pangunahin ang nitrogen, posporus at bitamina. Ang mga elemento ng bakas na ito ay ginagamit ng lebadura para sa synthesis ng mga amino acid na bumubuo sa kanilang protina, pati na rin para sa pagpaparami sa paunang yugto ng pagbuburo. Ang problema ay sa bahay hindi posible na tumpak na matukoy ang konsentrasyon ng mga sangkap, at ang paglampas sa mga pinahihintulutang halaga ay maaaring negatibong makaapekto sa lasa ng inumin (lalo na para sa alak). Samakatuwid, ipinapalagay na ang mga hilaw na materyales na naglalaman ng almirol at prutas ay naglalaman ng kinakailangang halaga ng bitamina, nitrogen at posporus. Kadalasan puro sugar mash lang ang pinapakain.

4. Nilalaman ng alkohol. Sa isang banda, ang ethyl alcohol ay isang waste product ng yeast, sa kabilang banda, ito ay isang malakas na lason para sa yeast fungi. Sa isang konsentrasyon ng alkohol sa wort na 3-4%, ang pagbuburo ay bumagal, ang ethanol ay nagsisimulang pigilan ang pag-unlad ng lebadura, sa 7-8% ang lebadura ay hindi na nagpaparami, at sa 10-14% ay huminto sila sa pagproseso ng asukal - huminto ang pagbuburo. . Iilan lamang sa mga strain ng cultured yeast, na pinalaki sa laboratoryo, ang mapagparaya sa mga konsentrasyon ng alkohol na higit sa 14% (ang ilan ay patuloy na nagbuburo kahit na sa 18% at pataas). Humigit-kumulang 0.6% na alkohol ang nakukuha mula sa 1% na asukal sa wort. Nangangahulugan ito na upang makakuha ng 12% na alkohol, isang solusyon na may nilalamang asukal na 20% (20 × 0.6 = 12) ay kinakailangan.

5. Access sa oxygen. Sa isang anaerobic na kapaligiran (nang walang access sa oxygen), ang lebadura ay naglalayong mabuhay, hindi pagpaparami. Nasa ganitong estado na pinakawalan ang maximum na alkohol, kaya sa karamihan ng mga kaso kinakailangan na protektahan ang wort mula sa pag-access sa hangin at sa parehong oras ayusin ang pag-alis ng carbon dioxide mula sa tangke upang maiwasan ang pagtaas ng presyon. Ang problemang ito ay malulutas sa pamamagitan ng pag-install ng water seal.

Sa patuloy na pakikipag-ugnay ng wort sa hangin, may panganib na maasim. Sa umpisa pa lang, kapag aktibo ang fermentation, itinutulak ng inilabas na carbon dioxide ang hangin palayo sa ibabaw ng wort. Ngunit sa dulo, kapag ang pagbuburo ay humina at mas kaunting carbon dioxide ang lumilitaw, ang hangin ay pumapasok sa walang takip na lalagyan na may wort. Sa ilalim ng impluwensya ng oxygen, ang bakterya ng acetic acid ay isinaaktibo, na nagsisimulang magproseso ng ethyl alcohol sa acetic acid at tubig, na humahantong sa pagkasira ng alak, pagbaba sa ani ng moonshine at ang hitsura ng isang maasim na lasa sa mga inumin. Samakatuwid, napakahalaga na isara ang lalagyan na may selyo ng tubig.

Gayunpaman, ang lebadura ay nangangailangan ng oxygen upang dumami (upang maabot ang pinakamainam na dami nito). Karaniwan, ang konsentrasyon na nasa tubig ay sapat na, ngunit para sa pinabilis na pagpaparami ng mash, pagkatapos idagdag ang lebadura, ito ay iniwan na bukas ng ilang oras (na may air access) at halo-halong maraming beses.

Par.22 Sa mga selula ng aling mga organismo nangyayari ang alcoholic fermentation? Sa karamihan ng mga selula ng halaman, pati na rin sa mga selula ng ilang fungi (halimbawa, lebadura), sa halip na glycolysis, ang pagbuburo ng alkohol ay nangyayari; sa ilalim ng mga kondisyon ng anaerobic, ang molekula ng glucose ay na-convert sa ethyl alcohol at CO2. Saan nagmumula ang enerhiya upang i-synthesize ang ATP mula sa ADP? Ito ay inilabas sa proseso ng dissimilation, ibig sabihin, sa mga reaksyon ng paghahati ng mga organikong sangkap sa cell. Depende sa mga detalye ng organismo at sa mga kondisyon ng tirahan nito, ang dissimilation ay maaaring maganap sa dalawa o tatlong yugto. Ano ang mga yugto sa metabolismo ng enerhiya? 1 - paghahanda; nagtatapos sa pagkasira ng malalaking organikong molekula sa mas simple: polys.-monoses., lipids-glyc.at fat. acids, protina-a.k. Ang cleavage ay nangyayari sa PS. Ang maliit na enerhiya ay inilabas, habang ito ay nawawala sa anyo ng init. Ang mga resultang compound (monosacs, fatty acids, a.k., atbp.) ay maaaring gamitin ng cell sa pagbuo ng exchange reactions, gayundin para sa karagdagang pagpapalawak upang makakuha ng enerhiya. 2- anoxic = glycolysis (isang enzymatic na proseso ng sunud-sunod na pagkasira ng glucose sa mga cell, na sinamahan ng synthesis ng ATP; sa ilalim ng mga kondisyon ng aerobic ay humahantong sa pagbuo ng pyruvic acid, sa ilalim ng anaerobic na mga kondisyon ay humahantong sa pagbuo ng lactic acid); С6Н12О6 + 2Н3Р04 + 2ADP --- 2С3Н6О3 + 2ATP + 2Н2О. ay binubuo sa enzymatic decomposition ng org.vest-in, na nakuha sa yugto ng paghahanda. Ang O2 ay hindi nakikilahok sa mga reaksyon ng yugtong ito. Ang mga reaksyon ng glycolysis ay na-catalyzed ng maraming mga enzyme at nagaganap sa cytoplasm ng mga cell. 40% ng enerhiya ay naka-imbak sa mga molekula ng ATP, 60% ay nawala bilang init. Ang glucose ay nasira hindi sa mga produkto ng pagtatapos (CO2 at H2O), ngunit sa mga compound na mayaman pa rin sa enerhiya at, mas na-oxidize, ay maaaring magbigay nito sa malalaking dami (lactic acid, ethyl alcohol, atbp.). 3- oxygen (cellular respiration); ang mga organikong sangkap na nabuo sa yugto 2 at naglalaman ng malalaking reserba ng enerhiya ng kemikal ay na-oxidized sa mga huling produkto na CO2 at H2O. Ang prosesong ito ay nagaganap sa mitochondria. Bilang resulta ng paghinga ng cellular, sa panahon ng pagkasira ng dalawang molekula ng lactic acid, 36 na molekula ng ATP ang na-synthesize: 2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 - 6CO2 + 42H2O + 36ATP. Ang isang malaking halaga ng enerhiya ay pinakawalan, 55% ay naka-imbak sa anyo ng ATP, 45% ay nawala sa anyo ng init. Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng metabolismo ng enerhiya sa aerobes at anaerobes? Karamihan sa mga buhay na nilalang na naninirahan sa Earth ay aerobes, i.e. ginagamit sa mga proseso ng RH O2 mula sa kapaligiran. Sa aerobes, ang pagpapalitan ng enerhiya ay nangyayari sa 3 yugto: paghahanda, walang oxygen at oxygen. Bilang resulta nito, ang organikong bagay ay nabubulok sa pinakasimpleng mga inorganikong compound. Sa mga organismo na nakatira sa isang kapaligiran na walang oxygen at hindi nangangailangan ng oxygen - anaerobes, pati na rin sa mga aerobes na may kakulangan ng oxygen, ang asimilasyon ay nangyayari sa dalawang yugto: paghahanda at walang oxygen. Sa dalawang yugto na bersyon ng pagpapalitan ng enerhiya, mas kaunting enerhiya ang nakaimbak kaysa sa tatlong yugto ng isa. TERMS: Ang Phosphorylation ay ang attachment ng 1 phosphoric acid residue sa isang ADP molecule. Ang Glycolysis ay isang enzymatic na proseso ng sequential breakdown ng glucose sa mga cell, na sinamahan ng synthesis ng ATP; sa ilalim ng mga kondisyon ng aerobic ay humahantong sa pagbuo ng pyruvic acid, sa anaerobic. Ang mga kondisyon ay humahantong sa pagbuo ng lactic acid. Ang alcoholic fermentation ay isang fermentation chemical reaction bilang resulta kung saan ang glucose molecule sa ilalim ng anaerobic na kondisyon ay nagiging ethyl alcohol at CO2 Par.23 Aling mga organismo ang heterotrophs? Heterotrophs - mga organismo na hindi nakakapag-synthesize ng mga organic na substance mula sa mga inorganic (nabubuhay, fungi, maraming bacteria, mga cell ng halaman, hindi nakaka-photosynthesis) Anong mga organismo sa Earth ang halos hindi nakadepende sa enerhiya ng sikat ng araw? Chemotrophs - ginagamit para sa synthesis ng mga organikong sangkap ang enerhiya na inilabas sa panahon ng mga pagbabagong kemikal ng mga inorganic na compound. TERMS: Nutrition - isang set ng mga proseso na kinabibilangan ng intake, digestion, absorption at assimilation ng nutrients ng katawan. Sa proseso ng nutrisyon, ang mga organismo ay tumatanggap ng mga kemikal na compound na ginagamit nila para sa lahat ng proseso ng buhay. Ang mga autotroph ay mga organismo na nag-synthesize ng mga organikong compound mula sa mga inorganic, tumatanggap ng carbon mula sa kapaligiran sa anyo ng CO2, tubig at mga mineral na asing-gamot. Heterotrophs - mga organismo na hindi nakakapag-synthesize ng mga organic na substance mula sa mga inorganic (live, fungi, maraming bacteria, plant cell, hindi nakaka-photosynthesis)