プラスチック代謝の種類の 1 つです。プラスチック交換：特性、機能、段階

地球上のあらゆる生命体は、何らかの形で周囲の外部環境と接触しています。あらゆる生物は、その生命を維持するものを外部から受け取ります。体内の生命を支えるあらゆるものの体内への侵入と、入ってきた物質の分裂、腐敗、同化、そして最終的な体内からの除去というさらなるプロセスすべての間には関係があります。身体の細胞レベルでは、それ自身の継続的な生命が流れています。この生命はどのように維持されているのでしょうか？

代謝プロセスの概念

人間の体やあらゆる生き物、さらには植物においても、代謝プロセスは生涯を通じて継続的に発生します。代謝プロセスは、 さまざまな化学反応人体やあらゆる生物の重要な機能を確保するために。人が何をしていても、体内の新陳代謝は通常どおり行われます。他のあらゆる生物や生物では、細胞レベルでさまざまな代謝プロセスが発生します。あらゆる生命体がある限り、代謝が行われます。

人間の生命を維持する役割を果たす物質は、食物とともに体内に入ります。体内に入ると、あらゆる食物は特定の変化を起こし、特定の改変された形で代謝プロセスに参加し始めます。人体は環境とも相互作用し、独自の化学反応を引き起こします。人体の細胞内で行われるすべての化学プロセスと反応は、代謝と放出エネルギーとして定義できます。

植物は動物や人間と同様、環境に依存します。結局のところ、彼らはそこから食べ物とエネルギーを得ています。これは、このグループの生物の代謝特性でもあります。これの別名は代謝です。これは科学的な概念であり、相反する 2 つのプロセスに分けられます。それは、プラスチック代謝（同化作用）とエネルギー代謝（異化作用）です。

プラスチックタイプの交換とは何ですか？

可塑的な性質の代謝は、特定のパターンに従って分子と既存のすべての細胞小器官を整列させ（生合成）、生物の生命活動を確保し、その後あらゆる形態の生命のさらなる細胞分裂と成長をもたらすすべてのプロセスです。損傷した細胞や死んだ細胞の再生プロセスも同様です。

エネルギー型代謝とは何ですか？エネルギー代謝について何が言えるでしょうか?

エネルギー代謝は、物質の吸収と身体からの代謝残留物のさらなる除去に続く破壊と腐敗の反応です。この物質の分解の結果、あらゆる生物（人、動物、植物）の中に最も単純な化合物だけが残ります。分解プロセス (生物学的酸化) はかなりゆっくりと起こります。その結果、食物がエネルギー源となるエネルギーの放出につながります。放出されたエネルギーの一部は単に熱エネルギーとして消散され、一部は合成プロセスに向けられます。

プラスチック代謝はエネルギー代謝とどう違うのでしょうか?

プラスチックタイプの代謝は、最も単純な物質から最も複雑な物質の合成（形成）です。この種の交換は、ある程度のエネルギーを消費しなければ不可能です。プラスチック交換の例は、アミノ酸からのタンパク質の合成、および脂肪酸と同じグリセロールからの脂肪の合成です。ただし、この段階ではプラスチックの交換はまだ完了していません。タンパク質、脂肪、炭水化物は、それ自体では何の意味もありません。細胞間空間はそれらから構築されなければならず、これにはエネルギーが必要です。ここでは、別の種類の交換（エネルギー）が前面に出てくるはずです。

エネルギー交換は、その際に何が起こるかという点でプラスチック交換とは異なります。 複雑な物質の分解、生物に捕らえられ、より単純なものに。この交換により、ATP (細胞内で唯一の普遍的なエネルギー源であるアデノシン三リン酸) の形でエネルギーが放出されます。私たちは皆、エネルギー代謝の産物を知っています。これは普通の水であり、新しい細胞の合成やさらなる代謝に参加できなくなった二酸化炭素やその他の残留物質によって体から除去されなければなりません。

エネルギー代謝は次の 3 つの段階に分けられます。

最初の初期段階では タンパク質、炭水化物、脂肪が分解される。切断の結果、すでに細胞空間の外にある最も単純な分子がそれらから形成されます。
第二段階は、いわゆる発酵。ここでは、すでに分割された分子が細胞に送られ、再び崩壊します（さらに単純な形）。このプロセスには酸素は関与しません。この段階の終わりに、エネルギーが解放されます。
第三段階は常に関与する酸素。したがって、この段階は呼吸と呼ばれます。酸素は生命です。その影響下で、あらゆる有機物が酸化され、生命を維持するために必要なすべてのエネルギーを放出することが可能になります。

ちょっとした結論

代謝プロセスで起こるすべての複雑な化学反応は、何らかの形で外界と相互接続されています。人間や生物は、必要な栄養素を外界から摂取しています。たとえば、人は食べ物から何かを得たり、太陽から何かを得たりします。人、動物、植物に到達した栄養素は、すでにプラスチック代謝の原料として機能します。そして分裂するときに生命を支えるエネルギーが現れます。つまり、エネルギー型の交換がなければプラスチック交換は存在しないのです。地球上のすべての生き物の生命過程では、両方の種類の交換が行われます。

代謝（代謝）- これは体内で起こるすべての化学反応の全体です。これらすべての反応は 2 つのグループに分けられます

1. プラスチック交換(同化、同化、生合成) - これは、エネルギーを消費する単純な物質からの場合です。 形成される（合成される）より複雑です。例：

光合成では、二酸化炭素と水からグルコースが合成されます。

2. エネルギー代謝(異化、異化、呼吸) - これは複雑な物質の場合です 分解（酸化）するよりシンプルなものへ、そして同時に エネルギーが解放される、生活に必要なもの。例：

ミトコンドリアでは、グルコース、アミノ酸、脂肪酸が酸素によって二酸化炭素と水に酸化され、エネルギーが生成されます。 (細胞呼吸)

プラスチックとエネルギー代謝の関係

プラスチック代謝は、エネルギー代謝のための酵素タンパク質を含む複雑な有機物質（タンパク質、脂肪、炭水化物、核酸）を細胞に提供します。
エネルギー代謝は細胞にエネルギーを供給します。仕事（精神的、筋肉など）を行うと、エネルギー代謝が増加します。

ATP– 細胞の普遍的なエネルギー物質（普遍的なエネルギー蓄積体）。エネルギー代謝（有機物質の酸化）の過程で生成されます。

エネルギー代謝中に、すべての物質が分解され、ATPが合成されます。この場合、分解された複合物質の化学結合のエネルギーがATPのエネルギーに変換され、 エネルギーはATPに蓄えられる.
プラスチックの代謝中に、すべての物質が合成され、ATP が分解されます。その中で ATPエネルギーが消費される（ATPエネルギーは複雑な物質の化学結合のエネルギーに変換され、これらの物質に蓄えられます）。

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。プラスチック交換の途中
1) より複雑な炭水化物は、より複雑でない炭水化物から合成されます。
2) 脂肪はグリセロールと脂肪酸に変換されます。
3) タンパク質が酸化されて、二酸化炭素、水、窒素含有物質が生成されます。
4) エネルギーが放出され、ATP が合成されます。

答え

3 つのオプションを選択します。プラスチック代謝はエネルギー代謝とどう違うのでしょうか?
1) エネルギーは ATP 分子に蓄えられます
2) ATP 分子に蓄えられたエネルギーが消費される
3) 有機物が合成される
4) 有機物が分解される
5) 代謝の最終生成物 - 二酸化炭素と水
6) 交換反応の結果、タンパク質が形成されます。

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。プラスチック代謝の過程で、細胞内で分子が合成されます。
1) タンパク質
2) 水
3) ATP
4) 無機物質

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。プラスチックとエネルギー代謝の関係は何ですか?
1) プラスチック代謝は有機物をエネルギーとして供給する
2) エネルギー代謝によりプラスチックに酸素が供給される
3) プラスチックの代謝はエネルギーとなるミネラルを供給します
4) プラスチック代謝はエネルギーとして ATP 分子を供給します

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。エネルギー代謝の過程では、プラスチックとは対照的に、
1) ATP分子に含まれるエネルギーの消費
2) ATP 分子の高エネルギー結合におけるエネルギー貯蔵
3) 細胞にタンパク質と脂質を供給する
4) 細胞に炭水化物と核酸を供給する

答え

1. 交換の特性とそのタイプの間の対応関係を確立します: 1) プラスチック、2) エネルギー。数字1と2を正しい順序で書きましょう。
A) 有機物の酸化
B) モノマーからのポリマーの形成
B) ATP の内訳
D) セル内のエネルギー貯蔵
D) DNA複製
E) 酸化的リン酸化

答え

2. 細胞内の代謝の特性とその種類 (1) エネルギー、2) プラスチックとの対応関係を確立します。数字 1 と 2 を文字に対応する順序で書きます。
A) グルコースの無酸素分解が起こる
B) 葉緑体のリボソーム上で発生します。
B) 代謝の最終生成物 - 二酸化炭素と水
D) 有機物が合成される
D) ATP 分子に含まれるエネルギーが使用される
E) エネルギーが放出され、ATP 分子に蓄えられる

答え

3. 人間の代謝の兆候とそのタイプの間の対応関係を確立します: 1) プラスチック代謝、2) エネルギー代謝。数字1と2を正しい順序で書きましょう。
A) 物質が酸化される
B) 物質が合成される
B) エネルギーは ATP 分子に蓄えられる
D) エネルギーが消費される
D) リボソームがプロセスに関与している
E) ミトコンドリアがプロセスに関与している

答え

4. 代謝の特性とそのタイプの間の対応関係を確立します: 1) エネルギー的、2) 可塑性。数字 1 と 2 を文字に対応する順序で書きます。
A) DNA複製
B) タンパク質生合成
B) 有機物の酸化
D) 転写
D) ATP合成
E) 化学合成

答え

5. 交換の特性とタイプの間の対応関係を確立します: 1) プラスチック、2) エネルギー。数字 1 と 2 を文字に対応する順序で書きます。
A) エネルギーは ATP 分子に蓄えられます
B) 生体高分子が合成される
B) 二酸化炭素と水が生成される
D) 酸化的リン酸化が起こる
D) DNA複製が起こる

答え

エネルギー代謝に関連するプロセスを 3 つ選択してください。
1) 大気中への酸素の放出
2) 二酸化炭素、水、尿素の生成
3) 酸化的リン酸化
4) グルコース合成
5) 解糖系
6) 水の光分解

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。筋肉の収縮に必要なエネルギーが放出されるのは、
1) 消化器官における有機物の分解
2) 神経インパルスによる筋肉の刺激
3) 筋肉内の有機物の酸化
4) ATP合成

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。脂質はどのような過程を経て細胞内で合成されるのでしょうか?
1) 異化
2) 生物学的酸化
3) プラスチック交換
4) 解糖系

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。プラスチック代謝の意味は体の供給です
1) ミネラル塩
2) 酸素
3) 生体高分子
4) エネルギー

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。人間の体内では有機物の酸化が起こります。
1) 呼吸中の肺の泡
2) プラスチック代謝の過程にある体細胞
3) 消化管内で食物を消化するプロセス
4) エネルギー代謝の過程にある体細胞

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。エネルギー消費を伴う細胞内の代謝反応にはどのようなものがありますか?
1) エネルギー代謝の準備段階
2) 乳酸発酵
3) 有機物の酸化
4) プラスチック交換

答え

1. 代謝のプロセスと構成要素間の対応関係を確立します。1) 同化作用 (同化)、2) 異化作用 (異化)。数字1と2を正しい順序で書きましょう。
A) 発酵
B) 解糖系
B) 呼吸
D) タンパク質合成
D) 光合成
E) 化学合成

答え

2. 特性と代謝プロセスの間の対応関係を確立します: 1) 同化 (同化)、2) 異化 (異化)。数字 1 と 2 を文字に対応する順序で書きます。
A) 体内での有機物質の合成
B) 準備段階、解糖および酸化的リン酸化が含まれます。
C) 放出されたエネルギーはATPに蓄えられる
D) 水と二酸化炭素が生成される
D) エネルギー消費が必要
E) 葉緑体およびリボソーム上で発生します。

答え

5 つの中から正しい答えを 2 つ選択し、その下に示されている番号を書き留めてください。代謝は生命システムの主要な特性の 1 つであり、何が起こるかによって特徴付けられます。
1) 外部環境の影響に対する選択的反応
2) 異なる振動周期による生理学的プロセスおよび機能の強度の変化
3) 形質と特性の世代から世代への伝達
4）必要物質の吸収と老廃物の排出
5) 内部環境の物理的および化学的組成を比較的一定に維持する

答え

1. 次の用語のうち 2 つを除くすべては、プラスチック交換を説明するために使用されます。一般的なリストから「脱落」した 2 つの用語を特定し、それらが示されている番号を書き留めます。
1) レプリケーション
2) 重複
3) ブロードキャスト
4) 転座
5) 転写

答え

2. 以下に挙げる概念は 2 つを除いてすべて、細胞内のプラスチック代謝を説明するために使用されます。一般的なリストから「漏れた」概念を 2 つ特定し、それらが示されている番号を書き留めます。
1) 同化
2) 異化
3) 解糖系
4) 転写
5) ブロードキャスト

答え

3. 以下にリストされている用語は、2 つを除き、プラスチック交換を特徴付けるために使用されます。一般的なリストにない 2 つの用語を特定し、それらが示されている番号を書き留めます。
1) 分割
2) 酸化
3) レプリケーション
4) 転写
5) 化学合成

答え

最も正しい選択肢を 1 つ選択してください。窒素含有塩基であるアデニン、リボース、および 3 つのリン酸残基が組成物に含まれています。
1) DNA
2) RNA
3) ATP
4) リス

答え

2 つを除く以下のすべての兆候は、細胞内のエネルギー代謝を特徴付けるために使用できます。一般的なリストから「脱落」した 2 つの特徴を特定し、回答内でそれらが示されている番号を書き留めてください。
1) エネルギー吸収を伴う
2) ミトコンドリアで終わる
3) リボソームで終わる
4) ATP分子の合成を伴う
5) 二酸化炭素の生成で終了

答え

指定されたテキスト内で 3 つの間違いを見つけます。提案された提案の番号を示します。(1) 代謝または新陳代謝は、エネルギーの放出または吸収に関連する細胞および身体物質の合成および分解の一連の反応です。 (2) 低分子量化合物から高分子量有機化合物を合成する一連の反応は、塑性交換と呼ばれます。 (3) ATP 分子は塑性交換反応で合成されます。 (4) 光合成はエネルギー代謝に分類されます。 (5) 化学合成の結果、太陽のエネルギーを利用して無機物から有機物が合成されます。

答え

細胞は常に実行しています 代謝（代謝） - 成長、生命活動、環境との絶え間ない接触と交換を保証する多様な化学変化。 新陳代謝により、細胞を構成するタンパク質、脂肪、炭水化物などの物質が分解、合成され続けています。これらのプロセスを構成する反応は、特定の細胞小器官内の特別な酵素の助けを借りて起こり、高度な組織化と秩序性が特徴です。このおかげで、細胞構造と細胞間物質の組成、形成、破壊、更新の相対的な恒常性が細胞内で達成されます。

代謝はエネルギー変換のプロセスと密接に関係しています。化学変化の結果、化学結合の位置エネルギーは、新しい化合物の合成、細胞の構造や機能の維持などに使用される他の種類のエネルギーに変換されます。

代謝は、体内で同時に起こる 2 つの相互に関連したプロセスで構成されています。 プラスチックとエネルギー代謝 .

プラスチック代謝（同化、同化） - 生物学的合成のすべての反応の全体。これらの物質は、細胞小器官を構築し、分裂中に新しい細胞を作成するために使用され、プラスチック交換には常にエネルギーの吸収が伴います。

エネルギー代謝（異化、異化） - 複雑な高分子有機物質（タンパク質、核酸、脂肪、炭水化物）をより単純な低分子有機物質に分解する一連の反応。これにより、大きな有機分子の化学結合に含まれるエネルギーが解放されます。放出されたエネルギーは、ATP のエネルギー豊富なリン酸結合の形で保存されます。

プラスチックの反応とエネルギー代謝は相互に関連しており、それらが一体となって各細胞および体全体のエネルギーの代謝と変換を構成します。

プラスチック交換

可塑性代謝の本質は、細胞物質が外部から細胞内に侵入する単純な物質から形成されるということです。細胞の最も重要な有機化合物であるタンパク質の形成の例を使用して、このプロセスを考えてみましょう。

タンパク質合成は複雑な多段階プロセスであり、DNA、mRNA、tRNA、リボソーム、ATP、およびさまざまな酵素が関与します。タンパク質合成の初期段階は、タンパク質に位置する個々のアミノ酸からポリペプチド鎖を形成することです。

厳密に定義された順序。アミノ酸の順序を決定する主な役割。タンパク質の一次構造は DNA 分子に属します。タンパク質のアミノ酸の配列は、DNA 分子のヌクレオチドの配列によって決まります。特定のヌクレオチド配列を特徴とする DNA の部分は遺伝子と呼ばれます。遺伝子は、遺伝情報の基本的な部分である DNA の一部です。したがって、それぞれの特定のタンパク質の合成は遺伝子によって決定されます。ポリペプチド鎖内の各アミノ酸は、3 つのヌクレオチドの組み合わせ、つまりトリプレット、またはコドンに対応します。ポリペプチド鎖への 1 つのアミノ酸の追加を決定するのは 3 つのヌクレオチドです。たとえば、AAC トリプレットを含む DNA セクションはアミノ酸ロイシンに、TTT トリプレットはリジンに、TGA はスレオニンに対応します。このヌクレオチドとアミノ酸の相関関係は遺伝暗号と呼ばれます。タンパク質には 20 個のアミノ酸とわずか 4 個のヌクレオチドが含まれています。連続する 3 つの塩基からなるコードだけが、タンパク質分子の構造における 20 アミノ酸すべての使用を保証できます。遺伝暗号には合計 64 の異なるトリプレットが含まれており、4 つの窒素含有塩基を 3 つ組み合わせた可能な組み合わせを表しており、これは 20 個のアミノ酸をコードするのに十分以上です。各トリプレットは 1 つのアミノ酸をコードしますが、ほとんどのアミノ酸は複数のコドンによってコードされます。現在、DNA暗号は完全に解読されています。各アミノ酸について、それをコードするトリプレットの組成が正確に決定されています。例えば、アミノ酸アルギニンは、GCA、GCG、GCT、GCC、TCT、TCCなどのDNAヌクレオチドトリプレットに対応し得る。

タンパク質の合成はリボソーム上で行われ、タンパク質の構造に関する情報は核にあるDNAに暗号化されています。タンパク質が合成されるためには、その一次構造のアミノ酸配列に関する情報がリボソームに伝達される必要があります。このプロセスには、転写と翻訳という 2 つの段階が含まれます。

転写（文字通り - 書き換え）は、マトリックス合成の反応として進行します。 DNA鎖上では、鋳型上と同様に、相補性の原理に従って、そのヌクレオチド配列においてDNAのポリヌクレオチド鎖を正確にコピー（相補的）するmRNA鎖が合成され、DNA中のチミンはRNA中のウラシルに対応する。メッセンジャー RNA は DNA 分子全体のコピーではなく、その一部、つまり組み立てる必要があるタンパク質の構造に関する情報を運ぶ 1 つの遺伝子にすぎません。合成の開始点を「認識」し、情報を読み取る DNA 鎖を選択するための特別なメカニズムと、特殊なコドンが関与するプロセスを完了するためのメカニズムが存在します。これがメッセンジャー RNA の形成方法です。遺伝子と同じ情報を持ったmRNA分子が細胞質に放出されます。核膜を通ったRNAの細胞質への移動は、RNA分子と複合体を形成する特殊なタンパク質のおかげで起こります。

細胞質では、リボソームが mRNA 分子の一端に架けられています。細胞質内のアミノ酸は酵素の助けを借りて活性化され、再び特別な酵素の助けを借りて tRNA (このアミノ酸の特別な結合部位) に付加されます。各アミノ酸には独自の tRNA があり、そのセクションの 1 つ (アンチコドン) は、特定のアミノ酸に対応するヌクレオチドのトリプレットであり、厳密に定義された mRNA トリプレットに相補的です。

生合成の次の段階が始まります - 放送 : mRNA テンプレート上のポリペプチド鎖のアセンブリ。タンパク質分子が組み立てられるにつれて、リボソームは mRNA 分子に沿って移動しますが、リボソームは滑らかにではなく、断続的に、三重項から三重項へと移動します。リボソームが mRNA 分子に沿って移動すると、tRNA を使用して mRNA のトリプレットに対応するアミノ酸がここに送られます。リボソームが繊維状 mRNA 分子に沿って移動を停止する各トリプレットには、厳密に相補的な方法で tRNA が結合します。この場合、tRNA に結合したアミノ酸はリボソームの活性中心に到達します。ここでは、特別なリボソーム酵素が tRNA からアミノ酸を切断し、前のアミノ酸に結合します。最初のアミノ酸が組み込まれた後、リボソームは 1 つのトリプレットを移動し、tRNA はアミノ酸を残して次のアミノ酸の後に細胞質に移動します。このメカニズムを利用して、タンパク質鎖が段階的に構築されます。アミノ酸は、mRNA 分子鎖内のコードトリプレットの位置に厳密に従って組み合わされます。リボソームが mRNA に沿って移動するほど、タンパク質分子のより大きなセグメントが「組み立てられ」ます。リボソームが mRNA の反対側の末端に到達すると、合成が完了します。繊維状タンパク質分子がリボソームから分離します。 mRNA 分子は、リボソームと同様に、ポリペプチドを合成するために繰り返し使用できます。 1 つの mRNA 分子には複数のリボソーム (ポリリボソーム) が含まれる場合があります。その数はmRNAの長さによって決まります。

タンパク質の生合成は複雑な多段階プロセスであり、その各リンクは特定の酵素によって触媒され、ATP 分子によってエネルギーが供給されます。

エネルギー代謝

合成の反対のプロセスは異化、つまり一連の分裂反応です。異化の結果、食品物質の化学結合に含まれるエネルギーが放出されます。このエネルギーは、細胞が同化を含むさまざまな作業を実行するために使用されます。食物物質が分解されるとき、多くの酵素の関与により段階的にエネルギーが放出されます。エネルギー代謝は通常 3 つの段階に分けられます。

最初の段階は準備段階です 。この段階では、複雑な高分子有機化合物は加水分解によって酵素的に分解され、より単純な化合物、つまりそれらを構成するモノマーに分解されます。タンパク質はアミノ酸に、炭水化物は単糖類（グルコース）に、核酸はヌクレオチドに、等この段階では、少量のエネルギーが放出され、熱の形で放散されます。

第 2 段階は無酸素、つまり嫌気性です。 嫌気呼吸（解糖）または発酵とも呼ばれます。解糖系は動物細胞で起こります。それは段階、十数種類の異なる酵素の関与、および多数の中間生成物の形成によって特徴付けられます。たとえば、筋肉では、嫌気呼吸の結果、炭素数 6 のグルコース分子が 2 つのピルビン酸分子 (C3H403) に分解され、その後、乳酸 (C3H603) に還元されます。リン酸とADPはこのプロセスに関与します。プロセスの全体的な表現は次のとおりです。

C6H1 206+ 2H3P04+ 2ADP -» 2C3H603+ 2ATP + 2H20。

核分裂中、約 200 kJ のエネルギーが放出されます。このエネルギーの一部 (約 80 kJ) は 2 つの ATP 分子の合成に費やされ、そのためエネルギーの 40% が化学結合の形で ATP 分子内に蓄えられます。残りの 120 kJ (60% 以上) のエネルギーは熱として放散されます。このプロセスは効果がありません。

アルコール発酵では、多段階のプロセスを経て、1 分子のグルコースから最終的に 2 分子のエチルアルコールと 2 分子の CO2 が生成されます。

C6H1206+ 2H3P04+ 2ADP -> 2C2H5OH ++ 2C02+ 2ATP + 2H20。

このプロセスでは、エネルギー出力 (ATP) は解糖系と同じです。発酵プロセスは嫌気性微生物のエネルギー源です。

第三段階は酸素、好気呼吸、酸素分解です。 。エネルギー代謝のこの段階では、前の段階で形成された有機物質が大気中の酸素で酸化されて単純な無機物質に分解され、最終生成物は CO2 と H20 になります。酸素呼吸は、大量のエネルギー (約 2600 kJ) の放出と ATP 分子への蓄積を伴います。

要約すると、好気呼吸の方程式は次のようになります。

2C3H603+ 602+ 36ADP -» 6C02+ 6H20 + 36ATP + 36H20。

したがって、2 分子の乳酸の酸化中に、放出されたエネルギーにより 36 個のエネルギー集約的な ATP 分子が形成されます。その結果、好気呼吸は細胞にエネルギーを供給する主な役割を果たします。

代謝、つまり体内で起こるすべての化学反応の全体には、エネルギーとプラスチックの代謝が含まれます。 1 つ目は、複雑な有機化合物をより単純な有機化合物に分解してエネルギーを得る反応です。異化作用とも言います。プラスチック代謝は同化作用とも呼ばれます。これには、体がエネルギーを使用して単純な化学物質から必要な複雑な化学物質を合成する反応が含まれます。したがって、異化のプロセスを通じてエネルギーを抽出した後、体はその一部を新しい有機物質の合成に費やすことがわかります。

エネルギー代謝: 特徴と段階

このタイプの代謝は、準備段階、嫌気性発酵または解糖段階、および細胞呼吸の 3 つの段階で発生します。それらをさらに詳しく見てみましょう。

プラスチック交換とは何ですか？その特徴は何ですか?

異化作用のプロセスを検討したら、代謝の重要な要素である同化作用の説明に進むことができます。このプロセスの結果、細胞や生物体全体を構築する物質が形成され、ホルモンや酵素などとして機能します。異化とは対照的に、プラスチック代謝（生合成または同化としても知られています）がのみ発生します。セルの中。これには、光合成、化学合成、タンパク質生合成の 3 つの種類が含まれます。 1 つ目は、植物と一部の光合成細菌によってのみ使用されます。このような生物は、それ自体が無機化合物から有機化合物を生成するため、独立栄養生物と呼ばれます。 2 つ目は、生きるために酸素を必要としない嫌気性細菌など、特定の細菌によって使用されます。化学合成を利用する生命体は化学栄養生物と呼ばれます。動物と菌類は従属栄養生物、つまり他の生物から有機物質を得る生き物です。

光合成

これは実際、地球上の生命の基礎となるプロセスです。植物が大気から二酸化炭素を取り込み、酸素を放出することは誰もが知っていますが、光合成中に何が起こるかを詳しく見てみましょう。このプロセスは、二酸化炭素と水からグルコースと酸素を生成する反応によって行われます。非常に重要な要素は太陽エネルギーの利用可能性です。このような化学的相互作用中に、6 つの二酸化炭素と水の分子から 6 つの酸素分子と 1 つのグルコースが形成されます。

このプロセスはどこで行われますか?

この種の反応が起こる場所は植物の緑の葉、またはむしろ細胞に含まれる葉緑体です。これらの細胞小器官には、光合成を担うクロロフィルが含まれています。この物質は葉の緑色も提供します。葉緑体は 2 つの膜で囲まれており、その細胞質には独自の膜を持ちクロロフィルを含むチラコイドのスタックであるグラナがあります。

化学合成

化学合成もプラスチック交換です。これは、硫黄細菌、硝化細菌、鉄細菌などの微生物にのみ特有のものです。彼らは、特定の物質の酸化から得られるエネルギーを使用して、二酸化炭素を有機化合物に還元します。これらの細菌がエネルギー代謝の過程で酸化する物質は、前者では硫化水素、後者ではアンモニア、後者では酸化第二鉄である。

タンパク質生合成

体内のタンパク質の交換には、食物として消費されたタンパク質のアミノ酸への分解と、この特定の生き物の特徴である独自のタンパク質からのアミノ酸の構築が含まれます。可塑性代謝は細胞によるタンパク質の合成であり、転写と翻訳という 2 つの主要なプロセスが含まれます。

転写

英語の授業でこの言葉を知っている人は多いでしょうが、生物学ではこの用語はまったく異なる意味を持ちます。転写は、相補性の原理に従って、DNAを使用してメッセンジャーRNAを合成するプロセスです。これは細胞核で起こり、一次転写物の形成、プロセシング、スプライシングという 3 つの段階があります。

放送

この用語は、mRNA に暗号化されたタンパク質構造情報を合成されたポリペプチドに伝達することを指します。このプロセスの場所は細胞の細胞質、つまりリボソームです。タンパク質の合成を担う特別な細胞小器官です。これは、mRNA の存在下で接続される 2 つの部分からなる楕円形の細胞小器官です。

放送は4つの段階で行われます。第 1 段階では、アミノ酸はアミノアシル T-RNA シンテターゼと呼ばれる特殊な酵素によって活性化されます。 ATPもこれに使用されます。続いて、アミノアシルアデニレートが形成されます。これに続いて、活性化されたアミノ酸がトランスファー RNA に結合するプロセスが行われ、AMP (アデノシン一リン酸) が放出されます。次に、第 3 段階では、形成された複合体がリボソームに結合します。次にアミノ酸が一定の順序でタンパク質の構造に組み込まれ、その後tRNAが放出されます。

2.5.3. 光合成と化学合成。

代謝とエネルギー変換 - 生物の性質

セルは、何百、何千もの化学反応が起こる小型の化学工場にたとえることができます。

代謝- 生物学的システムの保存と自己複製を目的とした一連の化学変換。

これには、栄養と呼吸、細胞内代謝、または細胞内の物質の体内への摂取が含まれます。 代謝、最終代謝産物の単離も可能です。

代謝は、ある種類のエネルギーを別の種類のエネルギーに変換するプロセスと密接に関係しています。たとえば、光合成の過程では、光エネルギーは複雑な有機分子の化学結合エネルギーの形で蓄えられ、呼吸の過程では放出されて、新しい分子の合成、機械的および浸透圧の仕事に費やされます。熱などの形で放散されます。

生物における化学反応の発生は、タンパク質の性質を持つ生物学的触媒のおかげで確実に行われます。 酵素、または 酵素。他の触媒と同様に、酵素は細胞内での化学反応の発生を何万倍、何十万倍も加速し、場合によっては化学反応を可能にすることもありますが、反応の最終生成物の性質や特性は変化させません。自分たちを変えないこと。酵素は単純なタンパク質と複雑なタンパク質の両方であり、タンパク質部分に加えて非タンパク質部分も含まれます。 補因子（補酵素））。酵素の例としては、長時間咀嚼中に多糖類を分解する唾液アミラーゼや、胃内のタンパク質の消化を確実にするペプシンなどがあります。

酵素は、作用の高い特異性、酵素の助けによる反応速度の大幅な増加、および反応条件やさまざまな物質と酵素との相互作用を変更することによって作用を調節する能力の点で、非タンパク質触媒とは異なります。さらに、酵素的触媒作用が起こる条件は、非酵素的触媒作用が起こる条件とは大きく異なります。人体内で酵素が機能する最適温度は37℃、圧力は大気圧に近い必要があり、pHは環境は大きく変動する可能性があります。したがって、アミラーゼはアルカリ性環境を必要とし、ペプシンは酸性環境を必要とします。

酵素の作用メカニズムは、中間酵素-基質複合体の形成により、反応に参加する物質（基質）の活性化エネルギーを低下させることです（図2.42）。

エネルギーとプラスチック代謝、その関係

代謝は、細胞内で同時に起こる 2 つのプロセス、つまりプラスチック代謝とエネルギー代謝で構成されます。

プラスチック代謝（同化、同化） ATP エネルギーの消費を伴う一連の合成反応です。プラスチック代謝の過程では、細胞に必要な有機物質が合成されます。プラスチック交換反応の例には、光合成、タンパク質生合成、および DNA 複製 (自己複製) があります。

エネルギー代謝（異化、異化）複雑な物質をより単純なものに分解する一連の反応です。エネルギー代謝の結果、エネルギーが放出され、ATP の形で蓄えられます。エネルギー代謝の最も重要なプロセスは呼吸と発酵です。

プラスチック交換のプロセスでは有機物質が合成され、これには ATP エネルギーが必要であり、エネルギー交換のプロセスでは有機物質が分解されてエネルギーが放出され、その後合成プロセスに費やされるため、プラスチックとエネルギー交換は密接に関連しています。。

生物は栄養の過程でエネルギーを受け取り、主に呼吸の過程でそれを放出して利用可能な形に変換します。栄養法によれば、すべての生物は独立栄養生物と従属栄養生物に分けられます。 独立栄養生物無機物から有機物を独立して合成することができ、 従属栄養生物特別に調製された有機物質を使用します。

エネルギー代謝の段階

エネルギー代謝反応は複雑であるにもかかわらず、通常、準備段階、嫌気性 (無酸素) および好気性 (酸素) の 3 つの段階に分けられます。

の上 準備段階多糖類、脂質、タンパク質、核酸の分子は、グルコース、グリセロール、脂肪酸、アミノ酸、ヌクレオチドなどのより単純なものに分解されます。この段階は、細胞内または腸内で直接発生し、壊れた部分から発生します。ダウン物質は血流を通じて送達されます。

無酸素ステージエネルギー代謝には、有機化合物のモノマーがさらに分解されて、ピルビン酸やピルビン酸塩などのさらに単純な中間生成物が生成されます。これは酸素の存在を必要とせず、沼地の泥の中や人間の腸内に生息する多くの生物にとって、これがエネルギーを得る唯一の方法です。エネルギー代謝の嫌気性段階は細胞質で起こります。

さまざまな物質が無酸素切断を受ける可能性がありますが、多くの場合、反応の基質はグルコースです。無酸素で分解するプロセスは次のように呼ばれます。 解糖系。解糖中に、グルコース分子は 4 つの水素原子を失い、つまり酸化され、2 分子のピルビン酸、2 分子の ATP、および 2 分子の還元水素キャリア NADH + H + が形成されます。

C 6 H 12 0 6 + 2H 3 P0 4 + 2ADP + 2NAD → 2C 3 H 4 0 3 + 2ATP + 2NADH + H + + 2H 2 0。

ADP からの ATP の形成は、事前にリン酸化された糖からのリン酸陰イオンの直接移動により起こり、ATP と呼ばれます。 基質のリン酸化。

エアロビックステージエネルギー交換は酸素が存在する場合にのみ起こりますが、無酸素開裂中に形成される中間化合物は最終生成物（二酸化炭素と水）に酸化され、有機化合物の化学結合に蓄えられたエネルギーのほとんどが放出されます。それは、36 個の ATP 分子のマクロ結合のエネルギーに変換されます。この段階はとも呼ばれます 組織呼吸。酸素が存在しない場合、中間化合物は他の有機物質に変換されます。このプロセスは、 発酵。

呼吸

細胞呼吸の仕組みを図に模式的に示します。 2.43。

好気呼吸はミトコンドリアで起こり、ピルビン酸が最初に炭素原子を 1 つ失います。これに伴い、NADH + H + の 1 つの還元当量とアセチル補酵素 A (アセチル-CoA) の分子が合成されます。

C 3 H 4 0 3 + NAD + H~CoA →CH 3 CO~CoA + NADH + H + + CO2.

ミトコンドリアマトリックスのアセチルCoAは一連の化学反応に関与しており、その全体が化学反応と呼ばれます クレブス回路（トリカルボン酸回路、クエン酸回路）。これらの変換中に、2 つの ATP 分子が形成され、アセチル CoA は完全に二酸化炭素に酸化され、その水素イオンと電子が水素キャリア NADH + H + および FADH 2 に追加されます。キャリアは水素陽子と電子をミトコンドリアの内膜に輸送し、クリステを形成します。キャリアタンパク質の助けを借りて、水素陽子は膜間空間に送り込まれ、電子はミトコンドリアの内膜にある酵素のいわゆる呼吸鎖を通って伝達され、酸素原子に放出されます。

0 2 +2e- →0 2 - 。

一部の呼吸鎖タンパク質には鉄と硫黄が含まれていることに注意してください。

水素プロトンは、特別な酵素であるATPシンターゼの助けを借りて、膜間空間からミトコンドリアマトリックスに戻され、この場合に放出されるエネルギーは、各グルコース分子から34個のATP分子の合成に費やされます。このプロセスはと呼ばれます 酸化的リン酸化。ミトコンドリアのマトリックスでは、水素プロトンが酸素ラジカルと反応して水を形成します。

4H + + O 2 - → 2H 2 0。

酸素呼吸の一連の反応は次のように表すことができます: 2C 3 H 4 0 3 + 60 2 + 36H 3 P0 4 + 36ADP → 6C0 2 + 38H 2 0 + 36ATP。

全体的な呼吸方程式は次のようになります。

C 6 H 12 0 6 + 60 2 + 38H 3 P0 4 + 38ADP → 6C0 2 + 40H 2 0 + 38ATP。

発酵

酸素が存在しないか、欠乏すると発酵が起こります。発酵は呼吸よりも進化的に初期のエネルギー獲得方法ですが、発酵により生成される有機物質はまだエネルギーに富んでいるため、エネルギー的にはあまり有益ではありません。発酵には、乳酸、アルコール、酢酸など、いくつかの主な種類があります。したがって、発酵中に酸素が存在しない骨格筋では、ピルビン酸は乳酸に還元されますが、以前に形成された還元当量は消費され、 2 つの ATP 分子が残ります。

2C 3 H 4 0 3 + 2NADH + H + → 2C 3 H 6 0 3 + 2NAD。

酵母の助けによる発酵中、酸素の存在下でピルビン酸はエチルアルコールと一酸化炭素 (IV) に変換されます。

C 3 H 4 0 3 + H 3 P0 4 + ADP + NADH + H + → C 2 H 5 OH + C0 2 + ATP + H 2 0 + NAD +。

微生物の助けによる発酵中に、ピルビン酸から酢酸、酪酸、ギ酸などが生成されることもあります。

エネルギー代謝の結果として得られる ATP は、化学的、浸透圧、電気的、機械的、調節などのさまざまな種類の仕事のために細胞内で消費されます。化学的な仕事には、タンパク質、脂質、炭水化物、核酸、その他の重要な化合物の生合成が含まれます。浸透圧仕事には、細胞による吸収と、細胞自体よりも高い濃度で細胞外空間にある物質の細胞からの除去のプロセスが含まれます。膜電荷が形成され、興奮性と伝導性の特性が獲得されるのは膜を通した荷電粒子の移動の結果であるため、電気仕事は浸透仕事と密接に関連しています。機械的な仕事には、細胞内の物質や構造、さらには細胞全体の動きが含まれます。規制作業には、セル内のプロセスを調整することを目的としたすべてのプロセスが含まれます。

光合成、その意義、宇宙的役割

光合成クロロフィルの関与により、光エネルギーを有機化合物の化学結合のエネルギーに変換するプロセスです。

光合成の結果、年間約1,500億トンの有機物と約2,000億トンの酸素が生成されます。このプロセスにより、生物圏の炭素循環が確保され、二酸化炭素の蓄積が防止され、それによって温室効果や地球の過熱が防止されます。光合成の結果として形成された有機物質は他の生物によって完全に消費されるわけではなく、その大部分は何百万年にもわたって鉱物（硬炭、褐炭、石油）の堆積物を形成しました。最近では、菜種油（バイオディーゼル）や植物残渣から得られるアルコールも燃料として使用され始めています。オゾンは、放電の影響下で酸素から生成され、地球上のすべての生命を紫外線の破壊的な影響から守るオゾンスクリーンを形成します。

私たちの同胞である傑出した植物生理学者 K.A. ティミリャゼフ (1843-1920) は、光合成が地球と太陽 (宇宙) を結びつけ、地球にエネルギーを流入させることから、光合成の役割を「宇宙的」と呼びました。

光合成の段階。光合成の明反応と暗反応、その関係

1905 年、英国の植物生理学者 F. ブラックマンは、光合成速度が無制限に増加することはなく、何らかの要因によって制限されることを発見しました。これに基づいて、彼は光合成には 2 つの段階があると仮説を立てました。 ライトそして 暗い。光強度が低い場合、光反応の速度は光強度の増加に比例して増加します。また、これらの反応は酵素の発生を必要としないため、温度に依存しません。光反応はチラコイド膜上で起こります。

逆に、暗反応の速度は温度の上昇とともに増加しますが、30℃の温度閾値に達するとこの増加は止まります。これは、間質で起こるこれらの変換の酵素的性質を示しています。暗反応と呼ばれるにもかかわらず、光は暗反応にも一定の影響を与えることに注意する必要があります。

光合成の明相(図2.44)は、数種類のタンパク質複合体を保持するチラコイド膜上で起こります。その主なものは光化学系IおよびII、ならびにATP合成酵素です。光化学系には色素複合体が含まれており、これにはクロロフィルに加えてカロテノイドも含まれています。カロテノイドは、クロロフィルが捕捉しないスペクトル領域の光を捕捉し、高強度の光による破壊からクロロフィルを保護します。

色素複合体に加えて、光化学系には、クロロフィル分子から相互に電子を順次伝達する多数の電子受容体タンパク質も含まれています。これらのタンパク質の配列は次のように呼ばれます。 葉緑体の電子伝達系。

タンパク質の特別な複合体は、光合成中の酸素の放出を確実にする光化学系 II にも関連しています。この酸素放出錯体にはマンガンと塩素イオンが含まれています。

で光相チラコイド膜上にあるクロロフィル分子に当たる光量子、または光子は、それらをより高い電子エネルギーを特徴とする励起状態に移行させます。この場合、光化学系 I のクロロフィルからの励起電子は、一連の中間体を介して、水溶液中に常に存在する水素陽子を結合する水素キャリア NADP に転送されます。

NADP+ 2e-+ 2H + → NADPH + H + 。

還元された NADPH + H + は、その後暗段階で使用されます。光化学系 II のクロロフィルからの電子も電子伝達系に沿って移動しますが、それらは光化学系 I のクロロフィルの「電子孔」を埋めます。光化学系 II のクロロフィルの電子不足は、水分子を奪うことによって埋められます。すでに上で述べた酸素放出複合体の関与によって起こります。と呼ばれる水分子の分解の結果として、 光分解、水素プロトンが形成され、光合成の副産物である酸素分子が放出されます。

Н 2 0 →2Н + +2е- +1/2О 2

水の光分解と電子伝達系に沿った電子の移動中のポンピングの結果としてチラコイド腔に蓄積された水素プロトンは、ATPがADPから合成される一方で、膜タンパク質のチャネルであるATPシンターゼを通ってチラコイドから流出します。。このプロセスはと呼ばれます 光リン酸化。酸素の関与を必要としませんが、酸化中にミトコンドリアの30倍のATPを生成するため、非常に効果的です。明反応で生成された ATP は、その後暗反応で使用されます。

光合成の明期の反応の全体的な方程式は次のように書くことができます。

2H 2 0 + 2NADP + 3ADP + ZN 3 P0 4 → 2NADPH + H + + 3ATP。

その間 暗い反応光合成 (図 2.45) 炭水化物の形で CO 2 分子の結合が起こり、光反応で合成された ATP および NADPH + H + 分子が消費されます。

6C0 2 + 12 NADPH + H + + 18ATP → C 6 H 12 0 6 + 6H 2 0 + 12 NADP + 18ADP + 18H 3 P0 4.

二酸化炭素の結合プロセスは、次のように呼ばれる複雑な変換の連鎖です。 カルビンサイクル発見者に敬意を表して。暗反応は葉緑体の間質で起こります。それらが発生するには、気孔を通って、さらに細胞間系を通って外部から二酸化炭素が絶え間なく流入する必要があります。

二酸化炭素固定の過程で最初に形成されるのは光合成の主生成物である三炭糖ですが、後で形成されるグルコースはデンプン合成やその他の重要なプロセスに費やされ、光合成の最終生成物と呼ばれます。。

したがって、光合成の過程で、太陽光のエネルギーは、クロロフィルの関与なしではなく、複雑な有機化合物の化学結合のエネルギーに変換されます。光合成の全体的な方程式は次のように書くことができます。

6С0 2 + 12Н 2 0 → С 6 Н 12 0 6 + 60 2 + 6Н 2 0、または

6С0 2 + 6Н 2 0 →С 6 Н 12 0 6 + 60 2。

光合成の明期と暗期の反応は相互に関連しています。これは、1 つのグループの反応速度の増加は、2 番目のグループの反応が制限として機能するまで、ある時点までのみ光合成プロセス全体の強度に影響するためです。最初のグループの反応を制限なく発生させるためには、2 番目のグループの反応を加速する必要があります。

チラコイドで起こる明期は、ATP および水素キャリアの形成のためのエネルギー貯蔵を提供します。暗闇の第 2 段階では、第 1 段階のエネルギー生成物が二酸化炭素の削減に使用され、これは葉緑体間質の区画で発生します。

光合成の速度は、光、大気中の二酸化炭素濃度、気温と土壌の温度、水の利用可能性など、さまざまな環境要因の影響を受けます。

光合成を特徴付けるために、その生産性の概念が使用されます。

光合成の生産性葉の表面1 dm 2 あたり1時間で合成されるグルコースの質量です。この光合成速度は、最適な条件下で最大になります。

光合成は緑色植物だけでなく、シアノバクテリア、緑色細菌、紫色細菌を含む多くの細菌にも備わっていますが、後者にはいくつかの違いがある可能性があり、特に光合成中に細菌は酸素を放出しないことがあります（これは植物には当てはまりません）。シアノバクテリア）。

化学合成。地球上での化学合成細菌の役割

化学合成は、無機化合物の化学エネルギーを使用して有機化合物を合成するプロセスです。

このプロセスは、ロシアの傑出した科学者S.N.によって発見されました。 1887年のヴィノグラツキー。化学合成生物（化学栄養生物）のグループには、主に硝化細菌、硫黄細菌、鉄細菌などの細菌が含まれます。これらは、それぞれ窒素化合物、硫黄、鉄イオンの酸化エネルギーを使用します。この場合、電子供与体は水ではなく、他の無機物質です。

したがって、硝化細菌は、窒素固定細菌によって大気中の窒素から生成されたアンモニアを亜硝酸塩と硝酸塩に酸化します。

2NH 3 +30 2 → 2HNO 2 + 2H 2 0 + 663 kJ、

2HN0 2 + 0 2 →2HN0 3 + 192 kJ。

硫黄細菌は硫化水素を硫黄に酸化し、場合によっては硫酸に酸化します。

H 2 S + 0 2 → 2Н 2 0 + 2S + 272 kJ、

2S + 30 2 + H 2 0 → H 2 S0 4 + 483 kJ。

鉄バクテリアは鉄塩を酸化します。

4FeCO 3 + 0 2 + 6H 2 0 →4Fe(OH) 3 + 4CO 2 + 324 kJ。

水素バクテリアは水素分子を酸化する能力があります。

2H 2 + 0 2 → 2H 2 0 + 235 kJ。

すべての独立栄養細菌における有機化合物の合成のための炭素源は二酸化炭素です。

化学合成細菌は、生命活動の過程で多くの鉱物の堆積物が形成されるため、生物圏における化学元素の生物地球化学的サイクルにおいて最も重要な役割を果たしています。さらに、それらは地球上の有機物の供給源、つまり生産者であり、植物と他の生物の両方が利用できる多くの無機物質も生成します。