Základní děje na buněčné úrovni

Otázka: Základní děje na buněčné úrovni

Předmět: Biologie

Přidal(a): Growler

– příjem látek buňkou

difúze
- prostá
- usnadněná
transport
endocytóza
- pinocytóza
- fagocytóza

– výdej látek buňkou

difúze
exocytóza

– osmotické jevy

– buněčný metabolismus

anabolismus
katabolismus
ATP

– bioenergetika buňky

příjem E
- autotrofie – fotosyntéza, chemosyntéza
- heterotrofie
uvolňování E
- anaerobní glykolýza, kvašení
- aerobní procesy
  - Krebsův cyklus
  - dýchací řetězec
spotřeba E
- biosyntézy
- transport
- pohyb
- světélkování
- elektrická E
- teplo

– enzymová katalýza

Příjem látek buňkou

Pasivní transport – bez potřeby energie

Prostá difuze
- po koncentračním spádu (z vyšší koncentrace do místa nižší koncentrace)
- Velmi pomalá, jen málo látek (CO2), volně procházejí steroidní hormony, alkohol, močovina
Usnadněná difuze
- Po koncentračním spádu
- Pomocí přenašečů (transportní proteiny)
- Velmi specifická
- Např. monosacharidy

Aktivní transport – spotřeba energie

Využívá energii z ATP
Přenos jednosměrný – pomocí přenašečů (proteiny se otočí o 180° nebo změní svůj vnitřní tvar)
Vazba přenašeč + molekula – specifická
I proti koncentračnímu spádu
Př. sodíko-draslíková pumpa u nervových buněk

Endocytóza

buňka přijímá makromolekulární látky přestavbou cytoplasmatické membrány

a. Pinocytóza

Buňka pohlcuje kapénky tekutin vchlípením části plasmatické membrány

b. Fagocytóza

Přijímání větších částic i pevných, pomocí plasmatických výběžků – panožek

Výdej látek buňkou

Exocytóza – opak endocytózy

Buňka vydává nepotřebné, přebytečné, škodlivé i jiné látky (hormony, protilátky)
Měchýřek z biomembrány splyne s cytoplasmatickou membránou

Osmóza

Pronikání molekul vody (rozpouštědla) do roztoku odděleného polopropustnou membránou, která je propustná, nepropouští však molekuly rozpuštěné látky
Daný roztok se zřeďuje, až vznikne izotonické prostředí (stejná koncentrace) na obou stranách membrány
Osmotická tlak – tlak na membránu

Hypotonické prostředí

Nízká koncentrace uhlíku

a) Rostlinná buňka

Kolem nižší koncentrace
Uvnitř buňky vysoká koncentrace
Voda jde dovnitř
Zvyšuje se turgor uvnitř buňky

= deplazmolýza

b) Živočišná buňka

Kolem nižší koncentrace
Uvnitř buňky vysoká koncentrace
Voda jde dovnitř
Zvyšuje se tlak uvnitř buňky – může dojít k prasknutí

= plazmoptýza

Hypertonické prostředí

c) Rostlinná buňka

Kolem vyšší koncentrace
Uvnitř buňky nižší koncentrace
Voda jde ven (ředí hustou koncentraci kolem)

= plazmolýza

d) Živočišná buňka

Kolem vyšší koncentrace
Uvnitř buňky nižší koncentrace
Voda jde ven (ředí hustou koncentraci kolem)
Buňka se scvrkne

= plazmorýza

Izotonické

Voda vyváží na obou stranách stejné koncentrace
Přeměna látek a energií
2 děje
- Anabolismus – endergonické reakce
  - z látek jednoduchých vznikají složitější
  - Energie se spotřebovává
  - Organismus roste

Katabolismus – exergonické reakce
- z látek složitých vznikají jednodušší
- Energie se uvolňuje
- Organismus stárne
- Bez trvalé dodávky energie mohou existovat jen klidová stádia
- Jednotkou organizace energie metabolismu je buňka
- Energie se neztrácí ani nezaniká, jen se přeměňuje
- Při transformaci energie
  - 1. Část se uvolňuje jako teplo – nevyužitelná energie
  - 2. Volná energie = Gibbsova – schopna konat práci
    - A. nespotřebovává se
    - B. uvolňuje se, vzniká energie pro životní pochody a k syntéze ATP
    - ATP = adenin – ribosa – P – P – P (mezi P (fosfáty) jsou makroergní vazby)
      - Fototrofní organismus – zdrojem energie sluneční záření
      - Chemotrofní organismus – získávají energii oxidací organických (nebo anorganických látek (sulfan)
        
        U chemoautotrofních organismů probíhají chemosyntézy
        
        Provádějí je většinou bakterie
        
        Železité bakterie – využívají oxidace Fe2+ na FE3+
        
        Sirné bakterie – oxidují H2S na síru
        
        Nitrifikační bakterie – oxidují NK3 na dusitany nebo až na dusičnany
        
        Denitrifikační bakterie – opak – redukují dusičnany na dusitany nebo na NK3
        
        Nitrogenní bakterie – poutají vzdušný dusík
        
        C – základní prvek – podle příjmu dělíme rostliny na autotrofní a heterotrofní
        
        Autotrofní z CO₂ – organické látky
        
        Fotoautotrofní – energie světelná
        
        Chemoautotrofní (bakterie) – energie chemická

Heterotrofní přijímají látky už vyrobené
- Houby
- Nezelené rostliny (př. kokotice)
- Pletiva zelených rostlin, která nemají chrolofyl
- Podle vztahu organismu ke kyslíku
  - Aerobní org. – kyslík je pro ně nepostradatelný
  - Anaerobní org. – kyslík nepotřebují, některé org. při styku s kyslíkem hynou
  - Fakultativní (podmíněné) anaerobní organismy – preferují aerobní způsob života (energeticky výhodnější), v případě nutnosti se mohou bez kyslíku obejít (anaerobní způsob života)

Metabolismus buňky

Přijímaní energie

Fotosyntéza

Význam:

– Fotochemický a biochemický proces, podmiňuje život na Zemi

– Základní metabolický proces (látková a energetická přeměna) autotrofních rostlin

– Přeměna anorganických látek na látky organické (= anabolismus)

– Produkuje se organická hmota, na níž jsou závislé heterotrofní organismy

– Jako odpad se produkuje O₂

Chloroplasty

– Gran + stroma (=matrix)

Fotosyntetický aparát

– Všechny reakce probíhají v chloroplastu

Obsahuje pigmenty, přenašeče elektronů, enzymy a další látky

Pigmenty = fotosyntetická barviva

Zachycují světelné záření v rozsahu (400 -750 nm)
Dostávají se ionizovaného stavu – ze své molekuly uvolní energeticky bohatý elektron
Chlorofyl a, b, c, d, fykocyanin, fykoerytrin, xantofyl, karotenoidy

– Absorbovat dopadající foton může jenom chlorofyl typu a – ostatní jen foton předávají

Přenašeče

Zachycují uvolněný elektron z chlorofylu a postupně si ho předávají

= střídavě se oxidují a redukují = systém redoxní reakce

Při reakcích se uvolňuje energie k syntéze ATP = fosforylace

6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O (za přítomnosti chlorofylu a světla)

Průběh

1. Primární procesy = světelná fáze

– Za přítomnosti světla = fotochemické procesy

– Probíhají v granech chloroplastů

– Zahrnují

a) Fotolýzu vody = Hillova reakce

Energie fotonů se použije ke štěpení vody
H₂O → ½ O₂ + 2H + 2e^–

– H se použije do dalších fází fotosyntézy

– O₂ se uvolňuje do ovzduší

– 2e^– doplní chybějící e v necyklické fosforylaci

b) Fotosyntetická fosforylace

Cyklická

Dopadající světlo excituje 2 molekuly chlorofylu a fotosystému I
- Ty odevzdají 2 energeticky bohaté e^– přenašečů, které je dovedou zpět do chlorofylu
- Uvolněná energie – pro vznik ATP

Necyklická

2e^– uvolněné z chlorofylu a fotosystému II předány na koenzym NADP⁺ (nikotinamidadenindinukleotid fosfát)
- Tím se redukuje a váže H⁺ uvolněné při fotolýze vody
- Mění se na NADPH + H⁺

Fotosystém I = chlorofyl absorbuje nejvíce záření a vlnové délce 700nm

Fotosystém II = chlorofyl absorbuje nejvíce záření a vlnové délce 680nm

2. Sekundární procesy = temnostní fáze

– Spojeny s přeměnou látek = biochemické procesy

– Využívá se energie vázaná v ATP (vznikla v primárních procesech)

– Probíhá ve stromatu (matrix) chloroplastu

– Dochází k redukci CO₂ vodíkem z NADPH + H⁺ na cukry

– Redukovaná může být jen molekula CO₂, která se stane součástí molekuly organické látky

– Cukr je přeměněn na asimiláty (škrob, bílkoviny, tuky …) (glukosa není asimilát fotosyntézy)

2 způsoby

1. Calvinův cyklus

– CO₂ se váže na pětiuhlíkatý cukr = ribulózobisfosfát

– Ze 6 molekul pentózy a 6 molekul CO₂ vznikne 6 molekul hexózy

1 molekula je „čistý zisk“, 5 molekul se mění na 6 pentóz

– Tento způsob se označuje jako C₃ cesta (převažují tříuhlíkaté sloučeniny)

Rostliny využívající tento způsob = C₃ – rostliny (většina kulturních rostlin – obilniny, řepa, slunečnice)
Nevýhody – více než 50% vyrobených produktů rostlin souběžně spotřebovávají
- Dalších 50% ukládají do zásob

2. Hatch-Slackův cyklus

– CO₂ se váže na fosfoenolpyruvát

– Meziprodukty jsou čtyřuhlíkaté = C₄ cesta

Rostliny využívají tento způsob = C₄ – rostliny
- Cukrová třtina, kukuřice
Mají efektivnější metabolismus – většinu látek ukládají do zásob

Faktory, které ovlivňují fotosyntézu

Vnitřní faktory

Stáří listů
Množství chlorofylu

Vnější faktory

Světlo (380-760nm vlnová délka)
Koncentrace CO₂
Teplota (15-20°C)
Voda

Dýchání

= respirace

– Opačný děj fotosyntézy

– Nejdůležitější katabolický proces

– Umožňuje organismům využívat organické látky uložené v těle jako zdroj energie k životu

Průběh

Anaerobní fáze = glykolýza

Probíhá bez kyslíku
V cytoplazmě buněk
Z glukosy (6C) se odštěpí H⁺ + e^– → navazují se na koenzymy
Vznikne kyselina pyrohroznová (3C) + 2 molekuly ATP
- Vstupuje do procesu kvašení = fermentace
  - Př. octové, mléčné, alkoholové kvašení
  - Energeticky nevýhodné

Aerobní fáze

Probíhá za přítomnosti kyslíku
Probíhá v mitochondriích
Produkty anaerobní fáze vstupují do Krebsova cyklu = cyklus kyseliny citrónové
Kyselina pyrohroznová je odbourávána na 2C sloučeninu = kyselina octová → na její aktivní formu = acetyl koenzym A (AcCoA) – jediný schopný zahájit Krebsův cyklus
Odštěpení CO₂ = dekarboxylace
Odštěpení H₂ = dehydrogenace
Koenzym + H⁺ vstupuje do dýchacího řetězce → oxidace O₂ → vzniká H₂O + 36 molekul ATP

Rovnice aerobního dýchání:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energie

Do mitochondrie vstupuje:
- Kyslík
- Glukosa (2 molekuly kyseliny pyrohroznové)
- Voda
- AMP (adenozin mono fosfát)
- ATP
  - Adenin + ribóza + P-P-P
  - mezi P – makroerbní vazby = vazby bohaté na energii
  - odštěpením fosfátového zbytku získáme energii 50kJ → ADP → AMP
Z mitochondrie vystupuje
- CO₂
- Voda
- Energie ve formě ATP

Faktory ovlivňující dýchání

Vnitřní faktory

Fyziologický stav
Stáří rostliny (nejintenzivněji mladé rostoucí rostliny, klíčící semena)

Vnější faktory

Teplota
Obsah kyslíku v prostředí

Srovnání Fotosyntézy a Dýchání

Fotosyntéza

– Anabolismus

– Energie – se spotřebovává

– Zásobní látky – se hromadí – rostlina roste

– O₂ – se uvolňuje

– Probíhá – v buňkách s fotosyntetickými barvivy

– CO₂ – do reakce vstupuje

Dýchání

– Katabolismu

– Energie – se uvolňuje

– Zásobní látky – se odbourávají – hmotnost rostliny se snižuje

– O₂ – se spotřebovává

– Probíhá – ve všech buňkách

– CO₂ – se z reakce uvolňuje

Spotřeba energie

1. Biosyntézy

Náročné na energii
Probíhají trvale na všech aktivních buňkách
Velmi intenzivní u buněk, které se rozmnožují

2. Transport

… látek přes membrány

3. Pohyb

Organel, svalových buněk, rozestup chromozomů

4. Světélkování = bioluminiscence

5. Elektrická energie

6. Teplo

Enzymová katalýza

– Všechny chemické reakce jsou urychlovány katalyzátory = enzymy

– Složení:

a) Část bílkovinná = apoenzym

b) Část nebílkovinná = kofaktor (kovové ionty)

– enzymová katalýza je specifická

Funkční specifita – určitý enzym katalyzuje pouze určitý typ reakce
Substrátová specifita – enzym katalyzuje určitou chemickou reakci pouze na určitém substrátu