Biologija 1

Celični metabolizem

• druga beseda za metabolizem je presnova
• vse kemijske reakcije v celici, pospešujejo jih katalizatorji (encimi).
• metabolna pot je zaporedje več biokemijskih reakcij, pri katerem nastajajo določene snovi.
• produkt ene reakcije je substrat za naslednjo reakcijo:
  • linearna metabolna pot
  • ciklična metabolna pot
• ločimo jih na anabolizem in katabolizem, ki sta kemično povezana procesa:
  • katabolizem ali razgradnja:
  • energija se sprošča
  • velike molekule se razgrajujejo v manjše
  • eksotermni procesi (energija se sprošča, veže v molekulah ATP, del energije pa se sprosti v obliki toplote)
  • celično dihanje (aerobno)
  • vrenje (anaerobno)
  • največkrat poteka oksidacija (snovi obdajajo elektrone)
  • anabolizem ali sinteza:
  • energija se porablja (iz katabolizma)
  • manjše molekule se sintetizirajo v večje
  • endotermni procesi
  • fotosinteza (aerobno)

\

ATP

• adenozin trifosfat
• univerzalni prenašalec energije
• energetsko bogata molekula
• energija se porablja za različne oblike celičnega dela
• vloga:
  • sinteza velikih molekul
  • aktivni transport, transport z vezikli
  • električno delo (npr. živčevje)
  • mehansko delo (npr. krčenje mišičnih vlaken)
• AMP- adenozin monofosfat
• ADP- adenozin difosfat
• hidroliza (razgradnja) ATP:
  • ATP + H2O => ADP + PO4 + E
• dehidracija (izgradnja) ATP:
  • ADP + PO4 + E => ATP
  • v tem primeru se voda odcepi
  • stalno se izgrajuje in razgrajuje- cikel ATP
• energija se prenese s fosfatno skupino iz ATP na drugo molekulo (fosforilacija), sodeluje kinaza
• reaktant fosforilira in tako dobi energijo da nastane produkt
• reaktivna in nestabilna molekula, shranjevanje energije je kratkočasno

\

Encimi

• biokatalizatorji (pospešujejo biološke procese)
• znižujejo aktivacijsko energijo
• aktivno mesto- mesto na površini encima, kamor se veže substrat (ključ in ključavnica)
• substrat- reaktant pri encimskih reakcijah
• encimi so beljakovine:
  • primarna, sekundarna, terciarna zgradba
  • prostorska ureditev- denaturacija
• imajo beljakovinski in nebeljakovinski del (kofaktor)

\

• če je kofaktor:
  • organska snov- koencim
  • anorganski ion- kofaktor
  • vitamini so pogosto del koencimov (v vodi topni in netopni)
• model inducirane prilagoditve:
  • razlaga delovanje encima
  • končnica aza- npr. saharaza (encim)
  • končnica oza- npr. saharoza (substrat)
  • encim oslabi vez v substratu in pospeši njegovo razgradnjo
  • deluje znotraj in izven celic
• poimenovanje encimov:
  • končnica -aza
  • po substratu
  • po vrsti reakcije
  • stara imena
  • po vezeh

\

Dejavniki za Hitrost Encimske Reakcije

• temperatura (z naraščanjem se hitrost spreminja, npr. pri človeku je optimalnih 36,6 stopinj)
• količina encima:
  • več kot je encima, hitreje teče reakcija
  • ob konstantni količini encima z dodajanjem substrata hitrost reakcije narašča, dokler niso vse encimske molekule zasedene (potem ne narašča več)
• pH:
  • večina deluje najbolj v nevtralnem okolju
  • če ni ustrezen pride do denaturacije
• vpliv inhibitorjev:
  • tekmovalni- veže se na aktivno mesto
  • netekmovalni- spremeni strukturo encim
  • povratno zaviranje s produktom

\

Presnovna Pestrost

• vsi organizmi za delovanje potrebujejo vir ogljika in energijo
• glede na vir ogljika ločimo:
  • CO2- avtotrofi:
  • anorganski CO2 je vir iz okolja
  • hrano si izdelajo sami- potrebujejo energijo
  • rastline, bakterije, alge…
• organske snovi- heterotrofi
  • fotoavtotrofi- vir je svetlobna energija, vršijo fotosintezo, npr. alge, bakterije, rastline, cianobakterije
  • kemoavtotrofi- vir so kemijske reakcije, vršij kemosintezo, npr. nitrifikacijske bakterije v tleh

\

Fotosinteza

• sinteza organskih snovi iz anorganskih, s pomočjo svetlobne energije
• enačba fotosinteze zelenih rastlin:

6 CO2 + 6 H2O ---> C6H12O6 + 6 O2

• vir elektronov je voda
• barvilo: klorofil
• kisik je stranski produkt
• enačba fotosinteze bakterij (cianobakterije)

6 CO2 + 12 H2S ---> C6H1206 + 12S + 6 2OH

• vir elektronov je vodikov sulfid
• barvilo: bakterioklorofil
• voda potuje po ksilemu proti krošnji (prevodno tkivo- osmoza)
• glukoza potuje po floemu
• fotosinteza poteka v dveh sklopih reakcij:
  • svetlobne reakcije:
  • potekajo na tilakoidnih membranah
  • vstopa voda in iz vode se sprošča kisik
  • svetlobna energija se spremeni v energijo ATP
  • nastaja tudi NADPH+H+
  • temotne reakcije
  • potekajo v stromi
  • iz ATP nastane ADP
  • prozivaja se C6H12O6
  • NADPH+H+ se pretvori v NADP+ (prenaša elektrone)
  • nastane s pomočjo ATP, ki elektrone iz CO2 spremeni v glukozo
• NADPH (nikotin amid dinukleotid fosfat) je prenašalec vodikov, sodeluje v reakcijah redukcije in oksidacije

NADP + 2H

Svetlobne Reakcije

• svetlobno energijo vsrkajo elektroni klorofila a in se izbijejo iz klorofila (“energetični”)
• izbiti elektroni se prenašajo po proteinskih prenašalcih v tilakoidni membrani do NADP+, ki sprejme elektrone in se reducira v NADPH
• pri prenosu elektronov po prenašalcih do NADP+ se sprošča energija, ki se porabi za črpanje protonov (H+) iz strome v notranjost tilakoid
• nastane protonski gradient
• ko protoni potujejo skozi encim ATP-sintazo nazaj v stromo se s kemiosmozo sintetizira ATP
• nastanku ATP v procesu fotosinteze rečemo fotofosforilacija
• manjkajoče elektrone na klorofilu nadomestijo elektroni, ki se sprostijo iz vode pri fotolizi vode (razpad vode s pomočjo svetlobe)

\

fotosintetska barvila

• fotosintetska barvila absorbirajo vidno svetlobo v obliki fotonov. Vidna svetloba je elektromagnetno valovanje dolžin od 380-750 nm.
• glavno barvilo:
  • klorofil a: sposoben pretvorbe svetlobne e v kemično z oddajanjem elektronov, najslabše absorbira zeleno barvo
• pomožna barvila:
  • klorofil b
  • karotenoidi
  • pomožna barvila omogočajo boljši izkoristek svetlobe, vsrkajo druge valovne dolžine in energijo prenesejo na klorofil a.
• klorofil a in pomožna barvila skupaj s proteini gradijo fotosistem, ki je vstavljen v membrano tilakoid

\

Temotne Reakcije

• tudi Calvinov cikel
• reakcije potekajo v stromi s pomočjo encimov
• energija ATP in NADPH se porabi za redukcijo CO2 v glukozo
• encim rubisco:
  • katalizira prvo reakcijo, vezavo CO2 v sladkor s 3C atomi
  • najpogostejša beljakovina na svetu
• ciklična metabolna pot
• glicaralhid fosfat- prvi produkt fotosinteze je trioza

CO2 + H2O -> C6H12H6 + O2

• presežke sladkorja rastlina začasno pretvori v asimilacijski škrob
  • ponoči se škrob razgradi do sladkorja in se v obliki saharoze transportira v dele, kjer se skladišči za daljši čas in se pretvori v založni škrob
  • iz vmesnih produktov nastajajo tudi druge snovi (celuloza, beljakovine, olja…)

\