Лекція 5 обмін речовин

Обмін речовин та перетворення енергії – основа життєдіяльності

клітини.Пластичний обмін

Лекція 5 Лекція 5

Пластичний обмін (анаболізм)

• сукупність реакцій біологічного синтезу, за якого з речовин, що надійшли в клітину, утворюються речовини, специфічні для даної клітини.

Фотосинтез

• Фотоси́нтез (від грец. Φωτο — світло та грец. σύνθεσις — синтез, сукупність) — процес синтезу органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла й за участю фотосинтетичних пігментів: (хлорофіли, каротиноїди у рослин, хлорофіл, бактеріохлорофіл і бактеріородопсин у бактерій).

• Розрізняють оксигенний (з утворенням кисню) і аноксигенний (без утворення кисню) типи фотосинтезу.

• Узагальнене рівняння оксигенного фотосинтезу має вигляд:

6СО + 6Н О С Н О + 6О 2 2 6 12 6 2Діоксид вуглецю Кисень

ХлорофілГлюкоза

Енергія світла

Вода

Фотосинтез в клітинах рослин • Пігменти фотосинтезу у

вищих рослин підрозділяються на два класи: хлорофіли і каротиноїди.

• Основне призначення пігментів – поглинати енергію світла і перетворювати її на хімічну енергію.

• Пігменти розташовуються на мембранах хлоропластів (тилакоїдах)

Фотосинтез у клітинах рослин проходить у дві стадії

• Реакції першої стадії мають потребу у світлі, тому вони називаються світловими реакціями (утворюються енергія (АТФ і відновлений НАДФ), а також водень.

• Реакції другої стадії світла не вимагають, тому вони звуться темновими реакціями, хоча й протікають при освітленні (відбувається відновлення СО2 з використанням енергії (АТФ) і відновлювальної здатності (відновленого НАДФ), утворених у ході світлових реакцій) .

• Установлено, що світлові реакції протікають на мембранах хлоропластів, а темнові реакції – у стромі хлоропластів.

Коротке викладення процесу фотосинтезу

Опис фотосинтезу Світлові реакції Темнові реакції Локалізація у хлоропластах

Тилакоїди Строма

Реакції Залежать від світла Не залежать від світла

Сумарне рівняння 2Н2О + 2НАДФ+ О2 + 2НАДФН + 2Н+; крім того АДФ + Фн АТФ (різна кількість)

Результати Енергія світла перетворюється на енергію хімічних зв’язків АТФ і відновленого НАДФ. Вода розщеплюється на водень і кисень.

Диоксид вуглецю відновлюється до вуглеводів, використовуючи хімічну енергію АТФ і водень у відновленому НАДФ

Фотосинтез у клітинах бактерій

Відмінності від фотосинтезу в рослин:• бактерії не використовують воду як кінцевий

відновник і тому не виділяють кисень;• фіксація й метаболізм вуглецю в бактерій

відбуваються іншим шляхом. • апарат первинного вловлювання світла й

переносу електронів - відмінний від рослин (тільки одна світлова реакція, але багато в чому подібна з реакцією у фотосистемі I рослин).

Фотосинтез у клітинах бактерійРівняння аноксигенного фотосинтезу в

бактеріальних клітинах:CO2 + 2H2A + світло → (CH2O) + H2O + 2A,

• де H2A — донор водню (електронів), а (CH2O) — символ утворених органічних речовин.

• Природа H2A може бути різної. У бактерій

H-донором служать сірководень, сірка, тіосульфат, молекулярний водень або органічні сполуки. Тому кисень не виділяється, а накопичуються продукти їхнього окислювання

Метаболізм фосфогліцерату і тріозофосфату

• можна вважати, що фотосинтез закінчується з утворенням тріозофосфату оскільки подальші реакції протікають і у нефотосинтезуючих організмів, таких як тварини, гриби, нефотосинтезуючі бактерії.

• Незважаючи на те, що тріозофосфат є кінцевим продуктом у циклі Кальвіна, він не накопичується у великих кількостях, оскільки негайно перетворюється в інші продукти (глюкозу, сахарозу й крохмаль, жири, жирні кислоти, амінокислоти тощо).

Метаболізм фосфогліцерату і тріозофосфату. Показано основні метаболічні шляхи, які відображають взаємозв’язок фотосинтезу і

синтезу поживних речовин

Синтез вуглеводів

• Вуглеводи синтезуються в результаті процесу, що по суті є зворотнім гліколізу. Два найзагальніші вуглеводи – сахароза й крохмаль.

• Крохмаль – продукт, який запасається, і саме наявність крохмалю як продукту фотосинтезу легше всього визначити.

Синтез ліпідів

• Ліпіди утворюються з гліцеролу та жирних кислот. Гліцерол утворюється з тріозофосфату. Для синтезу жирних кислот фосфогліцерат вступає на шлях гліколізу, де перетворюється на ацетильну групу, яка, з'єднуючись із коферментом А, утворює ацетилкофермент А. Ацетильні групи перетворюються на жирні кислоти і у цитоплазмі, і в хлоропластах (але не в мітохондріях, де відбувається розщеплення жирних кислот).

Синтез білків

• До складу фосфогліцерату і тріозофосфату входять вуглець, водень і кисень. Для синтезу амінокислот і білків потрібні ще азот і сірка. Рослини одержують ці елементи із ґрунту, а якщо рослини водні – то з оточуючої води. Азот надходить у вигляді нітратів або аміаку, сірка – у вигляді сульфатів.

• Спочатку через ацетилкофермент А фосфогліцерат перетворюється на одну з кислот циклу Кребса

• головний шлях включення аміаку в амінокислоти - трансамінування, тобто перенос аміногрупи (–NH2) від однієї амінокислоти до іншої.