Metabolismo cellulare

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Metabolismo cellulare

Il metabolismo è un insieme di processi di biosintesi e scissione di sostanze organiche complesse nella cellula e nel corpo.

Anabolismo - metabolismo plastico, assimilazione, biosintesi di sostanze organiche (sostanze organiche sintetizzate - proteine, grassi, carboidrati), energia spesa (ATP è consumata), fotosintesi, chemiosintesi, biosintesi proteica.

Catabolismo - metabolismo energetico, dissimilazione, decomposizione di sostanze organiche (le sostanze organiche sono suddivise in CO2 e H2O, l'energia viene rilasciata e immagazzinata sotto forma di ATP, respirazione cellulare (metabolismo energetico nella cellula)).

Tipi di nutrizione (metodi per ottenere energia di ATP)

Autotrofi - in grado di creare sostanze organiche da inorganiche.

Ci sono i fototrofi (usano l'energia solare per la biosintesi, le piante e le alghe blu-verdi - cianobatteri) e i chemotropi (usano l'energia dei legami chimici per biosintesi, batteri di zolfo, batteri di ferro, batteri azotati, nitrificanti e idrogeno).

Eterotrofi - usano sostanze organiche già pronte.

Ci sono saprotrofi (usano sostanze organiche di corpi morti o prodotti di scarto di organismi viventi, batteri saprotrofi, animali (saprofagi) e funghi) e parassiti (vivono a spese di un altro organismo vivente, nutrendosi di succhi, tessuti o cibo digerito, ripetutamente senza uccidere, in modo permanente o temporaneo utilizzare l'organismo ospite come habitat, batteri, funghi, piante, animali e virus).

Kirilenko A. A. Biologia. Esame di stato unificato. Sezione "Biologia molecolare". Teoria, compiti di allenamento. 2017.

Metabolismo (metabolismo) - un insieme di reazioni chimiche che si verificano in un organismo vivente per il suo normale funzionamento.

Il metabolismo consiste nella scomposizione delle sostanze (metabolismo energetico) e dell'assemblaggio di sostanze (metabolismo plastico).

Il metabolismo plastico (anabolismo, assimilazione) è una combinazione di reazioni di sintesi che si verificano con il consumo di energia ATP.

Risultato: dai nutrienti che entrano nella cellula, le proteine, i grassi, i carboidrati, che sono usati per creare nuove cellule, i loro organi e la sostanza intercellulare, sono caratteristiche del corpo.

Metabolismo energetico (catabolismo, dissimilazione) - un insieme di reazioni di decadimento, che di solito si verificano con il rilascio di energia sotto forma di calore e sotto forma di ATP.

Risultato: le sostanze complesse si decompongono in una più semplice (differenziazione) o ossidazione di una sostanza.

Il metabolismo è finalizzato alla conservazione e all'autoproduzione dei sistemi biologici.

Include l'ingresso di sostanze nel corpo nel processo di nutrizione e respirazione, il metabolismo intracellulare e il rilascio di prodotti finali del metabolismo.

Il metabolismo è inestricabilmente legato alla trasformazione di alcuni tipi di energia in altri. Ad esempio, nel processo della fotosintesi, l'energia luminosa viene immagazzinata sotto forma di legami chimici di molecole organiche complesse e, nel processo di respirazione, viene rilasciata e utilizzata per la sintesi di nuove molecole, il lavoro meccanico e osmotico, dissipato sotto forma di calore, ecc.

Gli enzimi sono catalizzatori biologici di natura proteica che controllano le reazioni chimiche negli organismi viventi.

Gli enzimi riducono l'energia di attivazione delle reazioni chimiche, accelerando in modo significativo il loro verificarsi o rendendole sostanzialmente possibili.

Gli enzimi possono essere proteine ​​semplici o complesse che, oltre alla parte proteica, includono cofattore non proteico o coenzima.

Gli enzimi differiscono dai catalizzatori non proteici per la loro elevata specificità d'azione: ogni enzima catalizza specifiche trasformazioni di un particolare tipo di substrato.

L'attività degli enzimi negli organismi viventi è regolata da molteplici meccanismi:

- interagendo con proteine ​​regolatorie, regolatori e ioni a basso peso molecolare

- cambiando le condizioni di reazione, come il pH del compartimento

Fasi del metabolismo energetico

1. Preparatorio

È effettuato da enzimi del tratto gastrointestinale, enzimi lisosomi. L'energia rilasciata viene dissipata sotto forma di calore. Risultato: scissione di macromolecole in monomeri: grassi in acidi grassi e glicerina, carboidrati in glucosio, proteine ​​in amminoacidi, acidi nucleici in nucleotidi.

2. Stadio anaerobico (anossico) o glicolisi (il più delle volte il substrato della reazione è glucosio)

Luogo naturalmente: citoplasma delle cellule.

Il risultato: la scissione dei monomeri ai prodotti intermedi. Il glucosio perde quattro atomi di idrogeno, cioè è ossidato, con la formazione di due molecole di acido piruvico, due molecole di ATP e due molecole di rinnovato NADH + H +.

Con la mancanza di ossigeno, l'acido piruvico formato viene convertito in acido lattico.

3. Stadio aerobico (ossigeno) o respirazione tissutale (cellulare)

Ossidazione di composti intermedi nei prodotti finali (CO2 e H2O) con rilascio di una grande quantità di energia.

Ciclo di Krebs: l'essenza delle trasformazioni consiste nella decarbossilazione graduale e nella deidrogenazione dell'acido piruvico, durante il quale si formano ATP, NADH e FADH2. Nelle reazioni successive, NADH e FADH2 ricchi di energia trasferiscono i loro elettroni alla catena di trasporto degli elettroni, che è un complesso multienzimatico della superficie interna delle membrane mitocondriali. A causa del movimento dell'elettrone lungo la catena portante, si forma ATP. 2С3 H6 O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H2 O + 36ATF

L'acido piruvico (lattico) reagisce con l'acido ossalacetico (ossaloacetato) per formare acido citrico (citrato), che subisce una serie di reazioni consecutive, convertendosi ad altri acidi. Come risultato di queste trasformazioni, si forma l'acido ossalacetico (ossaloacetato) che reagisce di nuovo con l'acido piruvico. L'idrogeno libero si combina con il NAD (nicotinammide adenina dinucleotide) per formare il composto NADH.

Fonte: "Biologia in schemi, termini, tabelle" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Fonte: biologia I 100 argomenti più importanti di V.Yu. Jameev 2016

Informazioni genetiche nella cellula

Biosintesi di proteine ​​e acidi nucleici

Genoma - un insieme di materiale ereditario contenuto nella cellula del corpo.

Le informazioni genetiche (ereditarie) sono codificate come una sequenza di nucleotidi del DNA e in alcuni virus - RNA.

Il genoma eucariotico è localizzato nel nucleo, nei mitocondri e nelle piante anche nei plastidi.

I mitocondri e i plastidi sono relativamente autonomi, tuttavia una parte delle proteine ​​mitocondriali e plastidiche è codificata dal genoma nucleare.

Un gene è un'unità elementare di informazioni genetiche. Un gene è una regione di DNA che codifica per una sequenza proteica (polipeptidi) o RNA funzionale.

Proprietà del codice genetico

Codice genetico

1) tripletta: ciascun amminoacido corrisponde a un triplo nucleotide DNA (RNA) - codone; 2) non ambiguo: una tripletta codifica solo un amminoacido;

3) degenerato - diverse triplette diverse possono codificare un amminoacido;

4) universale - uno per tutti gli organismi che esistono sulla Terra;

5) non si sovrappone - i codoni vengono letti uno dopo l'altro, da un punto specifico in una direzione (un nucleotide non può far parte di due terzine adiacenti contemporaneamente);

6) tra i geni ci sono "segni divisori" - aree che non portano informazioni genetiche, ma separano solo alcuni geni dagli altri. Si chiamano spaziatori.

I codoni di stop di UAAA, UAG, UGA denotano la cessazione della sintesi di una catena polipeptidica, la tripletta di AUG determina il punto di inizio della sintesi del successivo.

Fonti: biologia dei 100 argomenti più importanti di V.Yu. Jameev 2016

"Biologia in schemi, termini, tabelle" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Riferimento visivo Biologia. 10-11 lezioni. Krasil'nikova

Cos'è il metabolismo?

Non ho mai pensato perché alcune persone mangiano tutto (senza dimenticare panini e pasticcini), mentre sembrano che non hanno mangiato per diversi giorni, mentre altri, al contrario, contano costantemente calorie, siedono sulle diete, vanno al fitness sale e ancora non riescono a far fronte a quei chili in più. Quindi qual è il segreto? Si scopre che l'intera cosa riguarda il metabolismo!

Allora, qual è il metabolismo? E perché le persone che hanno un alto tasso metabolico di reazioni, non soffrono mai di obesità o sovrappeso? Parlando di metabolismo, è importante notare quanto segue: si tratta di un metabolismo che si verifica nel corpo e di tutti i cambiamenti chimici, a partire dal momento in cui i nutrienti entrano nel corpo, fino a quando non vengono rimossi dal corpo nell'ambiente esterno. Il processo metabolico è tutte le reazioni che avvengono nel corpo, grazie alle quali vengono costruiti gli elementi strutturali dei tessuti, le cellule e tutti i processi attraverso i quali l'organismo riceve l'energia necessaria per la normale manutenzione.

Il metabolismo gioca un ruolo enorme nelle nostre vite, perché, grazie a tutte queste reazioni e cambiamenti chimici, otteniamo tutto ciò che ci serve dai prodotti alimentari: grassi, carboidrati, proteine, nonché vitamine, minerali, aminoacidi, fibre salutari, acidi organici, ecc. d.

Secondo le sue proprietà, il metabolismo può essere diviso in due parti principali: anabolismo e catabolismo, cioè i processi che contribuiscono alla creazione di tutte le sostanze organiche necessarie e ai processi distruttivi. Cioè, i processi anabolici contribuiscono alla "trasformazione" delle molecole semplici in quelle più complesse. E tutti questi processi dati sono associati ai costi energetici. I processi catabolici, d'altra parte, rilasciano il corpo dai prodotti finali di decomposizione, come il biossido di carbonio, l'urea, l'acqua e l'ammoniaca, che porta al rilascio dall'energia, cioè, possiamo dire approssimativamente che il metabolismo delle urine si verifica.

Cos'è il metabolismo cellulare?

Qual è il metabolismo cellulare o il metabolismo delle cellule viventi? È noto che ogni cellula vivente nel nostro corpo è un sistema ben coordinato e organizzato. La cellula contiene varie strutture, grandi macromolecole, che lo aiutano a disintegrarsi a causa dell'idrolisi (cioè, separando la cellula sotto l'influenza dell'acqua) nei componenti più piccoli.

Inoltre, le cellule contengono una grande quantità di potassio e un bel po 'di sodio, nonostante il fatto che l'ambiente cellulare contenga molto sodio e il potassio, al contrario, è molto meno. Inoltre, la membrana cellulare è progettata in modo tale da favorire la penetrazione sia del sodio che del potassio. Sfortunatamente, varie strutture ed enzimi possono distruggere questa struttura snella.

E la cellula stessa è lontana dal rapporto tra potassio e sodio. Tale "armonia" si ottiene solo dopo la morte di una persona nel processo di autolisi mortale, cioè la digestione o la decomposizione dell'organismo sotto l'influenza dei suoi stessi enzimi.

Cos'è l'energia per le cellule?

Prima di tutto, l'energia delle cellule è semplicemente necessaria per supportare il lavoro del sistema, che è lontano dall'equilibrio. Pertanto, affinché una cellula si trovi in ​​uno stato per essa normale, anche se è lontana dall'equilibrio, deve, senza esito negativo, ricevere l'energia necessaria per farlo. E questa regola è una condizione indispensabile per il normale funzionamento cellulare. Insieme a questo, c'è anche un altro lavoro finalizzato all'interazione con l'ambiente.

Ad esempio, se c'è una riduzione delle cellule muscolari o delle cellule renali e anche l'urina inizia a formarsi, o appaiono impulsi nervosi nelle cellule nervose e nelle cellule responsabili del tratto gastrointestinale, la secrezione degli enzimi digestivi è iniziata, o la secrezione ormonale è iniziata nelle cellule ghiandole endocrine? Oppure, ad esempio, le cellule delle lucciole cominciarono a brillare, e nelle celle di pesce, ad esempio, c'erano scariche di elettricità? A tutto questo non è stato, per questo e serve energia.

Quali sono le fonti di energia

Negli esempi sopra vediamo. Che la cellula utilizzi per il suo lavoro l'energia ottenuta grazie alla struttura di adenosina trifosfato o (ATP). Grazie a lei, la cellula è satura di energia, il cui rilascio può venire tra i gruppi fosfato e servire a ulteriori lavori. Ma, allo stesso tempo, con la semplice rottura idrolitica dei legami fosfatici (ATP), l'energia risultante non sarà disponibile per la cellula, in questo caso l'energia sarà sprecata come calore.

Questo processo consiste in due fasi successive. In ciascuna di queste fasi è coinvolto un prodotto intermedio, che è designato come HF. Nelle seguenti equazioni, X e Y indicano due sostanze organiche completamente diverse, la lettera F significa fosfato e l'abbreviazione ADP si riferisce all'adenosina difosfato.

Normalizzazione del metabolismo - questo termine è ormai consolidato nella nostra vita, inoltre è diventato un indicatore del peso normale, poiché i disturbi dei processi metabolici nel corpo o il metabolismo sono spesso associati ad aumento di peso, sovrappeso, obesità o insufficienza. Identificare il tasso di processi metabolici nel corpo può essere dovuto al test sulla base dello scambio.

Qual è lo scambio principale? Questo è un indicatore dell'intensità della produzione di energia del corpo. Questo test viene eseguito al mattino a stomaco vuoto, durante la passività, cioè a riposo. Un tecnico qualificato misura l'assorbimento di ossigeno (O2) e l'escrezione dall'organismo (CO2). Confrontando i dati, scopri quanti percento il corpo brucia i nutrienti in entrata.

Inoltre, il sistema ormonale, la tiroide e le ghiandole endocrine influenzano l'attività dei processi metabolici, pertanto, quando rileva il trattamento delle malattie metaboliche, i medici cercano anche di identificare e tenere in considerazione il livello di lavoro di questi ormoni nel sangue e le malattie disponibili di questi sistemi.

I principali metodi di studio dei processi metabolici

Studiando il metabolismo di uno (qualsiasi) dei nutrienti, tutti i suoi cambiamenti (che si verificano con esso) sono osservati da una forma entrata nel corpo allo stato finale, in cui viene espulsa dal corpo.

I metodi di ricerca metabolica oggi sono estremamente diversi. Inoltre, per questo scopo, vengono utilizzati numerosi metodi biochimici. Un metodo di studiare il metabolismo è il metodo di usare animali o organi.

L'animale in prova viene iniettato con una sostanza speciale e quindi, attraverso la sua urina e gli escrementi, vengono rilevati i possibili prodotti dei cambiamenti (metaboliti) della sostanza. Le informazioni più accurate possono essere raccolte esaminando i processi metabolici di un particolare organo, ad esempio il cervello, il fegato o il cuore. Per fare questo, questa sostanza viene iniettata nel sangue, dopo di che, i metaboliti aiutano a identificarlo nel sangue proveniente da questo organo.

Questa procedura è molto complessa e irta di rischi, poiché spesso con tali metodi di ricerca usano il metodo pizzico sottile o fanno sezioni di questi organi. Tali sezioni sono collocate in speciali incubatori, dove vengono mantenute ad una temperatura (simile alla temperatura corporea) in speciali sostanze solubili con l'aggiunta della sostanza il cui metabolismo è in fase di studio.

Con questo metodo di ricerca, le cellule non sono danneggiate, a causa del fatto che le sezioni sono così sottili che la sostanza penetra facilmente e liberamente nelle cellule e poi le lascia. Succede che ci sono difficoltà causate dal passaggio lento di una sostanza speciale attraverso le membrane cellulari.

In questo caso, al fine di distruggere le membrane, i tessuti vengono solitamente schiacciati, in modo che la sostanza speciale incuba la polpa delle cellule. Tali esperimenti hanno dimostrato che tutte le cellule viventi del corpo sono in grado di ossidare il glucosio in anidride carbonica e acqua, e solo le cellule del tessuto epatico possono sintetizzare l'urea.

Usa le cellule?!

Secondo la loro struttura, le cellule rappresentano un sistema organizzato molto complesso. È noto che una cellula è costituita da un nucleo, un citoplasma e nel citoplasma circostante ci sono piccoli corpi chiamati organelli. Sono diversi per dimensioni e consistenza.

Grazie a tecniche speciali, sarà possibile omogeneizzare i tessuti delle cellule e quindi sottoporsi a una separazione speciale (centrifugazione differenziale), ottenendo così farmaci che conterranno solo mitocondri, solo microsomi, così come plasma o liquido trasparente. Questi farmaci vengono incubati separatamente con il composto il cui metabolismo è in fase di studio, al fine di determinare esattamente quali particolari strutture subcellulari sono coinvolte nei successivi cambiamenti.

Ci sono stati casi in cui la reazione iniziale è iniziata nel citoplasma e il suo prodotto è stato sottoposto a cambiamenti nei microsomi, e successivamente sono stati osservati cambiamenti con altre reazioni con i mitocondri. L'incubazione della sostanza studiata con un omogenato di tessuto o cellule viventi il ​​più delle volte non rivela alcuna fase separata relativa al metabolismo. Il seguente dopo un altro esperimenti in cui l'una o l'altra struttura subcellulare viene utilizzata per l'incubazione aiuta a comprendere l'intera catena di questi eventi.

Come utilizzare gli isotopi radioattivi

Per studiare questi o altri processi metabolici di una sostanza è necessario:

• utilizzare metodi analitici per determinare la sostanza di questo e dei suoi metaboliti;
• È necessario utilizzare tali metodi che aiuteranno a distinguere la sostanza introdotta dalla stessa sostanza, ma già presente in questa preparazione.

Il rispetto di questi requisiti è stato il principale ostacolo durante lo studio dei processi metabolici nel corpo, fino a quando non sono stati scoperti isotopi radioattivi e 14C, un carboidrato radioattivo. E dopo la comparsa di 14C e strumenti che consentono di misurare anche la radioattività debole, tutte le difficoltà di cui sopra si sono concluse. Dopo di ciò, il caso con la misurazione dei processi metabolici è andato, come si dice, su per la collina.

Ora, quando un acido grasso marcato con 14C viene aggiunto ad una speciale preparazione biologica (per esempio, sospensioni mitocondriali), dopo di ciò, non sono necessarie analisi speciali per determinare i prodotti che influenzano la sua trasformazione. E al fine di capire il tasso di utilizzo, è ora possibile misurare semplicemente la radioattività delle frazioni mitocondriali ottenute sequenzialmente.

Questa tecnica aiuta non solo a capire come normalizzare il metabolismo, ma anche grazie ad esso si possono facilmente distinguere le molecole dell'acido grasso radioattivo introdotto sperimentalmente, dalle molecole di acidi grassi già presenti nei mitocondri all'inizio dell'esperimento.

Elettroforesi e cromatografia

Al fine di capire cosa e come normalizza il metabolismo, cioè come normalizzare il metabolismo, è anche necessario utilizzare tali metodi che aiuteranno a separare la miscela, che include sostanze organiche in piccole quantità. Uno dei metodi più importanti, basato sul fenomeno dell'adsorbimento, è considerato il metodo della cromatografia. Grazie a questo metodo avviene la separazione della miscela di componenti.

Quando ciò avviene, la separazione dei componenti della miscela, che viene effettuata sia per adsorbimento sul sorbente, o, grazie alla carta. Nella separazione per adsorbimento sul sorbente, cioè quando iniziano a riempire tali tubi di vetro speciali (colonne), con eluizione graduale e successiva, cioè con la successiva lisciviazione di ciascuno dei componenti disponibili.

Il metodo di separazione dell'elettroforesi dipende direttamente dalla presenza di segni, nonché dal numero di cariche ionizzate delle molecole. L'elettroforesi viene eseguita anche su qualsiasi supporto inattivo, come cellulosa, gomma, amido o, infine, su carta.

Uno dei metodi più sensibili ed efficaci per separare una miscela è la gascromatografia. Questo metodo di separazione viene utilizzato solo se le sostanze necessarie per la separazione sono allo stato gassoso o, ad esempio, in qualsiasi momento possono entrare in questo stato.

Come è il rilascio di enzimi?

Per scoprire come vengono rilasciati gli enzimi, è necessario capire che questo è l'ultimo posto in questa serie: un animale, quindi un organo, quindi una sezione di tessuto, e quindi una frazione di organelli cellulari e un omogenato che prende enzimi catalizzati da una certa reazione chimica. L'isolamento degli enzimi in forma purificata è diventato una direzione importante nello studio dei processi metabolici.

La combinazione e la combinazione dei metodi di cui sopra ha permesso le principali vie metaboliche nella maggior parte degli organismi che abitano il nostro pianeta, compresi gli esseri umani. Inoltre, questi metodi hanno contribuito a stabilire le risposte alla domanda su come procedono i processi metabolici nel corpo e hanno anche contribuito a chiarire la coerenza delle fasi principali di queste vie metaboliche. Oggi, ci sono più di un migliaio di tutti i tipi di reazioni biochimiche che sono già state studiate, e anche studiato gli enzimi che sono coinvolti in queste reazioni.

Poiché la comparsa di qualsiasi manifestazione nelle cellule della vita richiede ATP, non è sorprendente che il tasso di processi metabolici delle cellule di grasso sia principalmente finalizzato alla sintesi di ATP. Per ottenere ciò, vengono utilizzate reazioni sequenziali variabili in complessità. Tali reazioni utilizzano principalmente l'energia potenziale chimica, che è contenuta nelle molecole di grassi (lipidi) e carboidrati.

Processi metabolici tra carboidrati e lipidi

Tale processo metabolico tra carboidrati e lipidi, in un modo diverso, è chiamato sintesi di ATP, un metabolismo anaerobico (quindi, senza ossigeno).

Il ruolo principale dei lipidi e dei carboidrati è che è la sintesi di ATP che fornisce composti più semplici, nonostante il fatto che gli stessi processi abbiano avuto luogo nelle cellule più primitive. Solo in un'atmosfera priva di ossigeno, l'ossidazione completa di grassi e carboidrati in anidride carbonica è diventata impossibile.

Persino queste cellule primitive usavano gli stessi processi e meccanismi con cui avveniva la ristrutturazione della struttura della molecola del glucosio stesso, che sintetizzava piccole quantità di ATP. In altre parole, tali processi nei microrganismi sono chiamati fermentazione. Oggi, la "fermentazione" del glucosio nello stato di alcol etilico e anidride carbonica nel lievito è particolarmente ben studiata.

Per completare tutte queste modifiche e formare una serie di prodotti intermedi, è stato necessario condurre undici reazioni consecutive, che, alla fine, sono state presentate nel parlamento dei prodotti intermedi (fosfati), cioè gli esteri dell'acido fosforico. Questo gruppo fosfato è stato trasferito ad adenosina difosfato (ADP) e anche con la formazione di ATP. Solo due molecole costituivano la resa netta di ATP (per ciascuna delle molecole di glucosio ottenute come risultato del processo di fermentazione). Processi simili sono stati osservati anche in tutte le cellule viventi del corpo, poiché hanno fornito l'energia necessaria per il normale funzionamento. Tali processi sono spesso chiamati respirazione cellulare anaerobica, anche se questo non è del tutto corretto.

Sia nei mammiferi che nell'uomo, questo processo è chiamato glicolisi e il suo prodotto finale è acido lattico, non CO2 (anidride carbonica) e non alcol. Ad eccezione degli ultimi due stadi, l'intera sequenza di reazioni di glicolisi è considerata quasi identica al processo che ha luogo nelle cellule di lievito.

Metabolismo aerobico, significa usare l'ossigeno

Ovviamente, con l'avvento dell'ossigeno nell'atmosfera, grazie alla fotosintesi delle piante, grazie a Madre Natura, è emerso un meccanismo che ha permesso la completa ossidazione del glucosio in acqua e CO2. Tale processo aerobico ha permesso la pura resa di ATP (su trenta otto molecole, basate su ogni molecola di glucosio, solo ossidato).

Un tale processo dell'uso dell'ossigeno da parte delle cellule, per la comparsa di composti con energia, è oggi noto come respirazione aerobica e cellulare. Tale respirazione viene effettuata da enzimi citoplasmatici (al contrario di quelli anaerobici) e i processi ossidativi hanno luogo nei mitocondri.

Qui, l'acido piruvico, che è un prodotto intermedio, dopo essere stato formato nella fase anaerobica, viene ossidato allo stato di CO2 a causa di sei reazioni consecutive, dove in ciascuna reazione un paio dei loro elettroni viene trasferito all'accettore, il coenzima comune nicotinammide adenina dinucleotide, abbreviato come NAD. Questa sequenza di reazioni è chiamata ciclo dell'acido tricarbossilico, così come il ciclo dell'acido citrico o il ciclo di Krebs, che porta al fatto che ciascuna molecola di glucosio forma due molecole di acido piruvico. Durante questa reazione, dodici coppie di elettroni si allontanano dalla molecola di glucosio per la sua ulteriore ossidazione.

Nel corso della fonte di energia parlare. lipidi

Si scopre che gli acidi grassi possono anche fungere da fonte di energia, oltre che dai carboidrati. L'ossidazione degli acidi grassi avviene a causa della sequenza di scissione dall'acido grasso (o meglio dalla sua molecola) del frammento di due carboni con la comparsa di acetil coenzima A, (altrimenti acetil-CoA) e il trasferimento simultaneo di due coppie di elettroni alla stessa catena del loro trasferimento.

Pertanto, l'acetil CoA ottenuto è lo stesso componente del ciclo dell'acido tricarbossilico, il cui ulteriore destino non è molto diverso dall'acetil CoA, che viene fornito attraverso il metabolismo dei carboidrati. Ciò significa che i meccanismi che sintetizzano l'ATP durante l'ossidazione sia dei metaboliti del glucosio che degli acidi grassi sono quasi identici.

Se l'energia che entra nel corpo è ottenuta quasi a causa di un solo processo di ossidazione degli acidi grassi (ad esempio durante il digiuno, con una malattia come la diatesi degli zuccheri, ecc.), Allora in questo caso l'intensità dell'acetil-CoA supererà l'intensità della sua ossidazione nel ciclo di acidi tricarbossilici. In questo caso, le molecole di acetil CoA (che sono ridondanti) inizieranno a reagire tra loro. Attraverso questo processo appariranno acidi acetoacetici e acidi b-idrossibutirrico. Tale accumulo può causare chetosi, è uno dei tipi di acidosi, che può causare diabete grave e persino la morte.

Perché riservare energia ?!

Per acquisire in qualche modo ulteriori riserve energetiche, ad esempio, per gli animali che si nutrono irregolarmente e non sistematicamente, è semplicemente necessario in qualche modo rifornirsi dell'energia necessaria. Tali riserve di energia sono prodotte dalle riserve alimentari, che includono tutti gli stessi grassi e carboidrati.

Si scopre gli acidi grassi possono andare alla riserva sotto forma di grassi neutri, che sono contenuti sia nel tessuto adiposo che nel fegato. E i carboidrati, se ingeriti in grandi quantità nel tratto gastrointestinale, iniziano a idrolizzarsi a glucosio e altri zuccheri che, quando rilasciati nel fegato, vengono sintetizzati in glucosio. E proprio lì, il polimero gigante inizia a essere sintetizzato dal glucosio combinando i residui di glucosio e anche separando le molecole d'acqua.

A volte la quantità residua di glucosio nelle molecole di glicogeno raggiunge i 30.000.e se c'è bisogno di energia, allora il glicogeno inizia a decomporsi di nuovo al glucosio durante una reazione chimica, il prodotto di quest'ultimo è glucosio fosfato. Questo glucosio fosfato si trova sul percorso del processo di glicolisi, che è parte del percorso responsabile dell'ossidazione del glucosio. Il fosfato di glucosio può anche subire una reazione di idrolisi nel fegato stesso, e il glucosio formato in questo modo viene consegnato alle cellule del corpo insieme al sangue.

Com'è la sintesi dei carboidrati nei lipidi?

Ti piacciono i cibi a base di carboidrati? Risulta che se la quantità di carboidrati ricevuti dal cibo in una volta supera il tasso consentito, in questo caso i carboidrati vengono trasferiti allo "stock" sotto forma di glicogeno, cioè, il cibo in eccesso di carboidrati viene convertito in grasso. Inizialmente, acetil CoA è formato dal glucosio e quindi inizia a essere sintetizzato nel citoplasma della cellula per gli acidi grassi a catena lunga.

Questo processo di "trasformazione" può essere descritto come un normale processo ossidativo delle cellule adipose. Successivamente, gli acidi grassi iniziano a depositarsi sotto forma di trigliceridi, cioè grassi neutri che si depositano (principalmente aree problematiche), in diverse parti del corpo.

Se il corpo ha urgente bisogno di energia, allora i grassi neutri subiscono l'idrolisi e gli acidi grassi iniziano a fluire nel sangue. Qui sono saturati con le molecole di albumina e globulina, cioè le proteine ​​del plasma, e quindi iniziano ad essere assorbiti da altre cellule molto diverse. Gli animali non hanno un tale meccanismo che possa effettuare la sintesi di glucosio e acidi grassi, ma le piante li hanno.

Sintesi di composti azotati

Negli animali, gli aminoacidi sono utilizzati non solo come biosintesi delle proteine, ma anche come materiale di partenza pronto per la sintesi di alcuni composti contenenti azoto. Un amminoacido come la tirosina diventa il precursore di ormoni come norepinefrina e adrenalina. E la glicerina (il più semplice amminoacido) è il materiale in uscita per la biosintesi delle purine, che fanno parte dell'acido nucleico, così come le porfirine e i citocromi.

Il precursore delle pirimidine degli acidi nucleici è l'acido aspartico e il gruppo della metionina inizia a essere trasmesso durante la sintesi di creatina, sarcosina e colina. Il precursore dell'acido nicotinico è il triptofano e dalla valina (che si forma nelle piante) può essere sintetizzata una vitamina come l'acido pantotenico. E questi sono solo alcuni esempi dell'uso della sintesi dei composti dell'azoto.

Come funziona il metabolismo lipidico

Normalmente, i lipidi entrano nel corpo come trigliceridi degli acidi grassi. Una volta nell'intestino sotto l'influenza degli enzimi prodotti dal pancreas, iniziano a subire l'idrolisi. Eccoli di nuovo sintetizzati come grassi neutri, dopo di che entrano nel fegato o nel sangue e possono anche essere depositati come riserva nel tessuto adiposo.

Abbiamo già detto che gli acidi grassi possono anche essere ri-sintetizzati da precursori di carboidrati precedentemente apparsi. Va anche notato che, nonostante il fatto che nelle cellule animali, si possa osservare l'inclusione contemporanea di un doppio legame in molecole di acidi grassi a catena lunga. Queste celle non possono includere la seconda e anche la terza connessione doppia.

E poiché gli acidi grassi con tre e due legami doppi svolgono un ruolo importante nei processi metabolici degli animali (inclusi gli umani), in sostanza sono nutrienti importanti, si potrebbe dire, vitamine. Questo è il motivo per cui linolenico (C18: 3) e linoleico (C18: 2) sono anche chiamati acidi grassi essenziali. Si è anche scoperto che nelle cellule dell'acido linolenico può essere coinvolto anche il doppio quarto legame. A causa dell'allungamento della catena di carbonio, può comparire un altro importante partecipante alle reazioni metaboliche dell'acido arachidonico (C20: 4).

Durante la sintesi lipidica si possono osservare residui di acidi grassi associati al coenzima A. Grazie alla sintesi, questi residui vengono trasferiti all'estere glicerolo fosfato di glicerolo e acido fosforico. Come risultato di questa reazione, si forma un composto di acido fosfatidico, in cui uno dei suoi composti è glicerolo esterificato con acido fosforico, e gli altri due sono acidi grassi.

Quando i grassi neutri compaiono, l'acido fosforico sarà rimosso per idrolisi e al suo posto sarà l'acido grasso derivante da una reazione chimica con acil-CoA. Il coenzima A stesso può apparire a causa di una delle vitamine dell'acido pantotenico. Questa molecola contiene un gruppo sulfidrilico che reagisce agli acidi con l'avvento dei tioesteri. A sua volta, l'acido fosfolipidico fosfatidico reagisce alle basi azotate, come la serina, la colina e l'etanolamina.

Pertanto, tutti gli steroidi trovati nei mammiferi (ad eccezione della vitamina D) possono essere sintetizzati indipendentemente dall'organismo stesso.

Come si verifica il metabolismo delle proteine?

È dimostrato che le proteine ​​presenti in tutte le cellule viventi sono costituite da ventuno tipi di amminoacidi, che sono collegati in diverse sequenze. Questi amminoacidi sono sintetizzati dagli organismi. Tale sintesi di solito porta alla comparsa di α-chetoacidi. Vale a dire, acido a-chetoacido o a-chetoglutarico e partecipano alla sintesi di azoto.

Il corpo umano, come il corpo di molti animali, è riuscito a mantenere la capacità di sintetizzare tutti gli amminoacidi disponibili (ad eccezione di alcuni amminoacidi essenziali), che devono necessariamente provenire dal cibo.

Come funziona la sintesi proteica

Questo processo di solito procede come segue. Ogni amminoacido nel citoplasma della cellula reagisce con ATP e quindi confina con il gruppo finale della molecola di acido ribonucleico, che è specifico per questo amminoacido. Quindi la molecola complicata è collegata al ribosoma, che è determinato nella posizione di una molecola di acido ribonucleico più estesa, che è collegata al ribosoma.

Dopo che tutte le molecole complesse si sono allineate, c'è una lacuna tra l'amminoacido e l'acido ribonucleico, gli amminoacidi vicini cominciano a essere sintetizzati e quindi si ottiene la proteina. La normalizzazione del metabolismo si verifica a causa della sintesi armoniosa dei processi metabolici grassi-grassi-carboidrati.

Allora, qual è il metabolismo della materia organica?

Per comprendere e comprendere meglio i processi metabolici, nonché per ripristinare la salute e migliorare il metabolismo, è necessario attenersi alle seguenti raccomandazioni riguardanti la normalizzazione e il ripristino del metabolismo.

• È importante capire che i processi metabolici non possono essere invertiti. La decomposizione delle sostanze non procede mai lungo il semplice percorso di circolazione delle reazioni sintetizzanti. Altri enzimi, così come alcuni prodotti intermedi, sono necessariamente coinvolti in questo decadimento. Molto spesso, i processi diretti in direzioni diverse iniziano a fluire in diversi compartimenti della cella. Ad esempio, gli acidi grassi possono essere sintetizzati nel citoplasma di una cellula quando esposti a un certo insieme di enzimi e il processo di ossidazione nei mitocondri può verificarsi con un insieme completamente diverso.
• Un numero sufficiente di enzimi si osserva nelle cellule viventi del corpo per accelerare il processo delle reazioni metaboliche, ma nonostante questo i processi metabolici non procedono sempre rapidamente, quindi, indica l'esistenza di alcuni meccanismi regolatori nelle nostre cellule che influenzano i processi metabolici. Ad oggi, alcuni tipi di tali meccanismi sono già stati scoperti.
• Uno dei fattori che influenzano la diminuzione del tasso di processi metabolici di una data sostanza è l'assunzione di una data sostanza nella cellula stessa. Pertanto, la regolazione dei processi metabolici può essere diretta a questo fattore. Ad esempio, se prendiamo insulina, la cui funzione, come sappiamo, è associata alla facilitazione della penetrazione del glucosio in tutte le cellule. Il tasso di "trasformazione" del glucosio, in questo caso, dipenderà dalla velocità con cui è arrivato. Se consideriamo il calcio e il ferro, quando entrano nel sangue dall'intestino, allora il tasso di reazioni metaboliche, in questo caso, dipenderà da molti, compresi i processi regolatori.
• Sfortunatamente, non tutte le sostanze possono muoversi liberamente da un compartimento cellulare all'altro. C'è anche il presupposto che il trasferimento intracellulare sia costantemente monitorato da alcuni ormoni steroidei.
• Gli scienziati hanno identificato due tipi di servomeccanismi che sono responsabili nei processi metabolici per il feedback negativo.
• Anche i batteri sono stati osservati esempi che dimostrano la presenza di eventuali reazioni sequenziali. Ad esempio, la biosintesi di uno degli enzimi, inibisce gli amminoacidi, così necessari per ottenere questo amminoacido.
• Studiando i singoli casi di reazioni metaboliche, è stato rivelato che l'enzima, la cui biosintesi era interessata, era responsabile dello stadio principale del percorso metabolico che portava alla sintesi degli amminoacidi.
• È importante capire che un piccolo numero di elementi costitutivi è coinvolto nei processi metabolici e biosintetici, ognuno dei quali inizia a utilizzare per la sintesi di molti composti. Tali composti includono: acetil coenzima A, glicina, glicerofosfato, carbammil fosfato e altri. Da questi piccoli componenti si formano poi composti complessi e diversi che possono essere osservati negli organismi viventi.
• Molto raramente sono composti organici semplici direttamente coinvolti nei processi metabolici. Tali composti per mostrare la loro attività dovranno unire qualsiasi numero di composti che sono attivamente coinvolti nei processi metabolici. Ad esempio, il glucosio può iniziare i processi ossidativi solo dopo essere stato esposto all'etificazione dell'acido fosforico, e per altri cambiamenti successivi deve essere esterificato con uridina difosfato.
• Se consideriamo gli acidi grassi, essi non possono prendere parte ai cambiamenti metabolici purché formino esteri con il coenzima A. Allo stesso tempo, qualsiasi attivatore diventa correlato a uno qualsiasi dei nucleotidi che fanno parte dell'acido ribonucleico o sono formati da qualcosa di vitamina. Pertanto, diventa chiaro il motivo per cui abbiamo bisogno di vitamine solo in piccole quantità. Sono consumati dai coenzimi, con ogni molecola del coenzima utilizzata più volte nel corso della sua vita, a differenza dei nutrienti le cui molecole vengono utilizzate una volta (per esempio le molecole di glucosio).

E l'ultimo! Concludendo questo argomento, vorrei dire che il termine "metabolismo" stesso indicava la sintesi di proteine, carboidrati e grassi nel corpo, ma ora è usato come designazione di diverse migliaia di reazioni enzimatiche che possono rappresentare un'enorme rete di vie metaboliche interconnesse.

Metabolismo cellulare Metabolismo energetico e fotosintesi. Reazioni di sintesi a matrice.

Il concetto di metabolismo

Il metabolismo è la totalità di tutte le reazioni chimiche che si verificano in un organismo vivente. Il valore del metabolismo è creare le sostanze corporee necessarie e fornirle energia.

Ci sono due componenti del metabolismo - catabolismo e anabolismo.

Componenti del metabolismo

I processi di metabolismo della plastica e dell'energia sono inestricabilmente collegati. Tutti i processi sintetici (anabolici) richiedono l'energia fornita durante le reazioni di dissimilazione. Le reazioni di scissione stesse (catabolismo) procedono solo con la partecipazione di enzimi sintetizzati nel processo di assimilazione.

Il ruolo della FTF nel metabolismo

L'energia rilasciata durante la decomposizione delle sostanze organiche non viene immediatamente utilizzata dalla cellula, ma viene immagazzinata sotto forma di composti ad alta energia, solitamente sotto forma di adenosina trifosfato (ATP). Per sua natura chimica, l'ATP si riferisce ai mononucleotidi.

L'ATP (acido adenosintrifosfato) è un mononucleotide costituito da adenina, ribosio e tre residui di acido fosforico che sono collegati tra loro da legami macroergici.

In queste connessioni, l'energia immagazzinata che viene rilasciata quando si rompono:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adenina + Ribosio + H₃PO₄ + Q₃,
dove l'ATP è l'adenosina trifosfato; ADP - acido adenosinifosforico; AMP - acido monofosforico di adenosina; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
Lo stock di ATP nella cellula è limitato e reintegrato a causa del processo di fosforilazione. La fosforilazione è l'aggiunta di un residuo di acido fosforico all'ADP (ADP + F → ATP). Si presenta con diversa intensità durante la respirazione, la fermentazione e la fotosintesi. L'ATP viene aggiornato estremamente rapidamente (negli esseri umani, la durata della vita di una singola molecola di ATP è inferiore a 1 minuto).
L'energia immagazzinata nelle molecole di ATP viene utilizzata dall'organismo in reazioni anaboliche (reazioni di biosintesi). La molecola ATP è il custode universale e portatore di energia per tutti gli esseri viventi.

Scambio di energia

L'energia necessaria per la vita, la maggior parte degli organismi sono ottenuti come risultato dell'ossidazione di sostanze organiche, cioè a seguito di reazioni cataboliche. Il composto più importante che agisce da combustibile è il glucosio.
In relazione all'ossigeno libero, gli organismi sono divisi in tre gruppi.

Classificazione degli organismi in relazione all'ossigeno libero

In aerobi obbligati e anaerobi facoltativi in ​​presenza di ossigeno, il catabolismo procede in tre fasi: preparatoria, senza ossigeno e ossigeno. Di conseguenza, la materia organica decade in composti inorganici. In anaerobi obbligati e anaerobi facoltativi con mancanza di ossigeno, il catabolismo procede in due prime fasi: preparatorio e privo di ossigeno. Di conseguenza, si formano composti organici intermedi, ancora ricchi di energia.

Fasi del catabolismo

1. La prima fase - preparatoria - consiste nella scissione enzimatica di composti organici complessi in più semplici. Le proteine ​​sono suddivise in aminoacidi, grassi in glicerolo e acidi grassi, polisaccaridi in monosaccaridi, acidi nucleici in nucleotidi. Negli organismi pluricellulari, questo si verifica nel tratto gastrointestinale, negli organismi unicellulari - nei lisosomi sotto l'azione degli enzimi idrolitici. L'energia rilasciata viene dissipata sotto forma di calore. I composti organici risultanti sono o ulteriormente ossidati o utilizzati dalla cellula per sintetizzare i propri composti organici.
2. Il secondo stadio - l'ossidazione incompleta (senza ossigeno) - è l'ulteriore scissione di sostanze organiche, viene effettuata nel citoplasma della cellula senza la partecipazione di ossigeno. La principale fonte di energia nella cellula è il glucosio. L'ossidazione anossica e incompleta del glucosio è chiamata glicolisi. Come risultato della glicolisi di una molecola di glucosio, si formano due molecole di acido piruvico (PVC, piruvato) CH.₃COCOOH, ATP e acqua, così come gli atomi di idrogeno, che sono legati dalla molecola NAD + dell'elemento portante e immagazzinati come NAD · H.
La formula di glicolisi totale è la seguente:
C₆H₁₂O₆ + 2H₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Quindi, in assenza di ossigeno nell'ambiente, i prodotti della glicolisi (PVK e NAD · H) vengono trasformati in alcol etilico - fermentazione alcolica (in lieviti e cellule vegetali con mancanza di ossigeno)
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃SOGNO
CH₃SOGNO + 2AD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
sia in acido lattico - fermentazione lattica (in cellule animali con mancanza di ossigeno)
CH₃COCOOH + 2 NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
In presenza di ossigeno nell'ambiente, i prodotti di glicolisi vengono ulteriormente suddivisi nei prodotti finali.
3. Il terzo stadio - completa ossidazione (respirazione) - è l'ossidazione del PVC in anidride carbonica e acqua, viene effettuato nei mitocondri con la partecipazione obbligatoria di ossigeno.
Consiste di tre fasi:
A) formazione di acetil coenzima A;
B) ossidazione dell'acetil coenzima A nel ciclo di Krebs;
B) fosforilazione ossidativa nella catena di trasporto degli elettroni.

A. Nella prima fase, il PVC viene trasferito dal citoplasma ai mitocondri, dove interagisce con gli enzimi della matrice e forma 1) anidride carbonica, che viene rimossa dalla cellula; 2) atomi di idrogeno, che vengono trasportati dalle molecole carrier per la membrana interna dei mitocondri; 3) acetil coenzima A (acetil CoA).
B. Nel secondo stadio, l'acetil coenzima A viene ossidato nel ciclo di Krebs. Il ciclo di Krebs (ciclo dell'acido tricarbossilico, ciclo dell'acido citrico) è una catena di reazioni consecutive in cui una molecola di acetil-CoA forma 1) due molecole di anidride carbonica, 2) una molecola di ATP e 3) quattro coppie di atomi di idrogeno trasferiti alle molecole vettori - NAD e FAD. Quindi, a seguito della glicolisi e del ciclo di Krebs, la molecola di glucosio si divide in CO₂, e l'energia rilasciata durante questo processo viene spesa per la sintesi di 4 ATP e si accumula in 10 NAD · H e 4 FAD · H₂.
B. Al terzo stadio, gli atomi di idrogeno con NAD · H e FAD · H₂ ossidato dall'ossigeno molecolare O₂ con la formazione di acqua. Un NAD · N è in grado di formare 3 ATP e un FAD · H₂-2 ATP. Pertanto, l'energia rilasciata in questo caso viene memorizzata sotto forma di un altro 34 ATP.
Questo processo procede come segue. Gli atomi di idrogeno si concentrano attorno al lato esterno della membrana interna mitocondriale. Perdono elettroni che vengono trasferiti lungo la catena di molecole carrier (citocromi) della catena di trasporto degli elettroni (ETC) sul lato interno della membrana interna, dove si combinano con le molecole di ossigeno:
oh₂ + e - → o₂ -.
Come risultato dell'attività degli enzimi della catena di trasferimento degli elettroni, la membrana interna dei mitocondri è caricata negativamente dall'interno (a causa di₂ - ), e al di fuori - positivamente (a causa di H +), in modo che venga creata una differenza di potenziale tra le sue superfici. Nella membrana interna dei mitocondri sono incorporate molecole dell'enzima ATP sintetasi, in possesso di un canale ionico. Quando la differenza di potenziale attraverso la membrana raggiunge un livello critico, particelle H + caricate positivamente con una forza di campo elettrico passano attraverso il canale ATPasi e, una volta sulla superficie interna della membrana, interagiscono con l'ossigeno per formare l'acqua:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
L'energia degli ioni idrogeno H +, trasportata attraverso il canale ionico della membrana interna dei mitocondri, viene utilizzata per la fosforilazione di ADP in ATP:
ADP + F → ATP.
Tale formazione di ATP nei mitocondri con la partecipazione dell'ossigeno è chiamata fosforilazione ossidativa.
L'equazione totale di scissione del glucosio nel processo di respirazione cellulare:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44H₂O + 38ATP.
Pertanto, durante la glicolisi, 2 molecole di ATP sono formate, durante la respirazione cellulare, da altre 36 molecole di ATP, in generale, con ossidazione completa del glucosio, 38 molecole di ATP.

Scambio di plastica

Lo scambio plastico, o assimilazione, è un insieme di reazioni che forniscono la sintesi di composti organici complessi da quelli più semplici (fotosintesi, chemiosintesi, biosintesi delle proteine, ecc.).

Gli organismi eterotrofi costruiscono la loro materia organica da componenti alimentari biologici. L'assimilazione eterotrofica si riduce essenzialmente al riarrangiamento molecolare:
sostanza organica alimentare (proteine, grassi, carboidrati) → molecole organiche semplici (aminoacidi, acidi grassi, monosaccaridi) → macromolecole del corpo (proteine, grassi, carboidrati).
Gli organismi autotrofi sono in grado di sintetizzare in modo completamente indipendente la materia organica dalle molecole inorganiche consumate dall'ambiente esterno. Nel processo di foto e chemiosintesi, si verifica la formazione di semplici composti organici, da cui le macromolecole sono ulteriormente sintetizzate:
sostanze inorganiche (CO₂, H₂O) → molecole organiche semplici (aminoacidi, acidi grassi, monosaccaridi) → macromolecole del corpo (proteine, grassi, carboidrati).

fotosintesi

Fotosintesi - la sintesi di composti organici da inorganici a causa dell'energia della luce. L'equazione totale della fotosintesi:

La fotosintesi procede con la partecipazione di pigmenti fotosintetici, che hanno l'esclusiva proprietà di convertire l'energia della luce solare in energia di un legame chimico sotto forma di ATP. I pigmenti fotosintetici sono sostanze proteiniche. Il pigmento più importante è la clorofilla. Negli eucarioti, i pigmenti fotosintetici sono incorporati nella membrana interna dei plastidi, nei procarioti - nell'invaginazione della membrana citoplasmatica.
La struttura del cloroplasto è molto simile alla struttura dei mitocondri. La membrana interna della granulosa tilacoide contiene pigmenti fotosintetici, così come le proteine ​​della catena di trasferimento degli elettroni e le molecole dell'enzima ATP-sintetasi.
Il processo di fotosintesi consiste di due fasi: chiaro e scuro.
1. La fase di luce della fotosintesi procede solo nella luce nella membrana dei thylakoidi grana.
Ciò include l'assorbimento della clorofilla dei quanti di luce, la formazione di una molecola di ATP e la fotolisi dell'acqua.
Sotto l'azione di un quanto di luce (hv), la clorofilla perde gli elettroni, passando nello stato eccitato:

Questi elettroni sono trasferiti dai portatori verso l'esterno, cioè la superficie della membrana tilacoide che si affaccia sulla matrice, dove si accumula.
Allo stesso tempo, la fotolisi dell'acqua avviene all'interno dei thylakoid, cioè la sua decomposizione sotto l'azione della luce:

Gli elettroni risultanti vengono trasferiti dai vettori alle molecole di clorofilla e ripristinati. Le molecole della clorofilla ritornano in uno stato stabile.
I protoni dell'idrogeno formatisi durante la fotolisi dell'acqua si accumulano all'interno del tilacoide, creando un serbatoio H +. Di conseguenza, la superficie interna della membrana tilacoide è caricata positivamente (di H +) e la superficie esterna è negativa (di e -). Con l'accumulo di particelle cariche opposte su entrambi i lati della membrana, la differenza di potenziale aumenta. Quando viene raggiunta la differenza di potenziale, la forza del campo elettrico inizia a spingere i protoni attraverso il canale della sintetasi ATP. L'energia rilasciata durante questo processo viene utilizzata per fosforilare le molecole di ADP:
ADP + F → ATP.

La formazione di ATP durante la fotosintesi sotto l'azione dell'energia luminosa è chiamata fotofosforilazione.
Gli ioni idrogeno, che si trovano sulla superficie esterna della membrana thylakoid, si incontrano con gli elettroni e formano idrogeno atomico, che si lega alla molecola portatrice di idrogeno NADP (nicotinammide adenina dinucleotide fosfato):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Quindi, durante la fase di luce della fotosintesi, si verificano tre processi: la formazione di ossigeno dovuta alla decomposizione dell'acqua, la sintesi di ATP e la formazione di atomi di idrogeno nella forma di NADPH₂. L'ossigeno si diffonde nell'atmosfera e ATP e NADF · H₂ partecipare ai processi della fase oscura.
2. La fase oscura della fotosintesi procede nella matrice del cloroplasto sia alla luce che al buio e rappresenta una serie di successive trasformazioni di CO₂, venendo dall'aria, nel ciclo di Calvino. Le reazioni della fase oscura a causa dell'energia di ATP sono effettuate. Nel ciclo di Calvin CO₂ si lega all'idrogeno dal NADPH₂ con la formazione di glucosio.
Nel processo di fotosintesi, oltre ai monosaccaridi (glucosio, ecc.), Vengono sintetizzati monomeri di altri composti organici - aminoacidi, glicerolo e acidi grassi. Così, grazie alla fotosintesi, le piante forniscono a se stesse e alla vita sulla Terra sostanze organiche essenziali e ossigeno.
Le caratteristiche comparative della fotosintesi e della respirazione degli eucarioti sono presentate nella tabella.