Fotosynteza

Metabolizm – całokształt przemiany materii, której towarzyszy przemiana energii zachodząca na poziomie komórki i organizmu wielokomórkowego. Przemiany metaboliczne dzielimy na anabolizm i katabolizm.
Reakcje anaboliczne są to reakcje syntezy z niskoener- getycznych substratów powstaje wysokoenergetyczny produkt. Reakcje te wymagają układu energii. Do reakcji anabolicznych zaliczamy fotosyntezę, syntezę białek, lipidów, wielocukrów. W wyniku tych reakcji powstają zw budulcowe, zapasowe i zw, które służą jako źródło energii.
Reakcje kataboliczne – są to reakcje rozpadu.Wysokoenergetyczny substrat zostaje rozłożony na niskoenergetyczne produkty i wydziela się energia niezbędna dla reakcji syntez i do wykonywania przez organizm każdego rodzaju prac. Reakcje katab i anab zachodzą jednocześnie, aczkolwiek w różnych organellach kom, np oddychanie zachodzi w mitocho- ndriach, fotosynteza w chloroplastach. Dla organizmów samożyw bezpośrednim źródłem energii jest ener świetlna. Dla organizmów cudzożywnych ener chem zgromadzona jest w zw organicznych. Energia, która powstaje w reakcjach katabolicznych, jest zgromadzona w ATP. ATP jest to zw wysokoenerg przenośnik energii, zbudowany z zasady azotowej, adeliny, cukru pięciowę- glowego – rybozy, 3 reszt kw fosf. Pomiędzy resztami kw fosf występują wiązania wysokoenerg ATP uwalnia energię odłączając resztę fosforową. ATP powstaje w każdej komórce i nie zachodzi wymiana ATP pomiędzy komórkami. ATP powst przede wszystkim podczas oddychania w reakcji fosforylacji oksydacyjnej. ATP może powst również u roślin zielonych w wyniku fosforelacji fotosyntetycznej. Trzecim źródłem post ATP jest fosforelacja substratowa. Organizm jest ukł termody namicznym, otwartym, tzn, że wymienia ze swym otocze niem materię i energię w różnych postaciach. Procesy metaboliczne podlegają ciągłej kontroli i są regulowane w organizmie przez ukł nerwowy i hormonalny. Ukł te umożliwiają więc utrzymanie równowagi wewn, czyli homeostazy.
ENZYMY są to biologiczne katalizatory powst one w organizmach żywych, ale mogą działać również poza nimi. Umożliwiają szybkie zachodzenie procesów chem. Pod wzgl chem są białkami. Mogą to być białka proste, bądź białka złożone. Białka proste zbudowane są tylko z aminokwasów. W białkach złoż znajduje się również grupa niebiałkowa. Jeżeli grupa ta związana jest trwale z częścią białkową, nosi nazwę gr proscetycznej. Jeżeli zaś nietrwale połączona z białkiem – koenzymu. Koenzymami są przede wszystkim witami ny. Koenzym określa kierunek przemiany substra tu, natomiast część białkowa wykazuje powinowa ctwo do substratu. Istotną rolę w reakcji enzymatycznej spełnia tzw centrum aktywne. Jest to miejsce dopasowane do substratu, zawierające dużą liczbę wolnych grup funkcyj nych.
Kataliza enzymatyczna przebiega etapami. W I etapie następuje przestrzenne dopasowanie centrum aktywnego i substratu. W dalszym etapie tworzy się nietrwały kompleks enzym – substrat, co obniża energię aktywacji, umożliwia i przyspiesza zajście procesu. W ostatnim etapie następuje oddzielenie enzymu od produk tu. Enzymy nie zużywają się. Mogą być wielokro tnie wykorzystywane. Na szybkość działania enzymu wpływa wiele czynników, np. temp, ph, obecność różnych jonów, stęż enzymu, substratu. Niektóre enzymy działają na ściś le określony zw, np. ureaza rozkł mocz. Są enzymy, które działają na ściśle określony typ wiązania chem. Lipazy działają na wiązania estrowe, proteazy na wiąza nia peptydowe. Znamy substancje, które przyłączając się do enzymu powodują zmianę struktury przestrzennej. Są to inhibitory działania enzymów.Niektóre enzymy wydzielane są w organizmie w postaci nieczynnej. Do swojego uczynnienia potrzebują aktywatorów np. jonów, które powodują zmianę kształtu cząsteczki enzymu. Przykładami takich enzymów są: pepsyna, krypsyna. Enzymy dzielimy na 6 klas: hydrolazy, desydoreduktazy, transferazy, liazy, ligazy, izomerazy. Pokarmem nazywamy każdą substancję budulcową i energetyczna dostarczoną do organizmu z zewnątrz. Ze względu na sposób uzyskiwania związków organicznych wyróżniamy 2 grupy oragnizmów: autotrofy i heterotro fy.Autotrofy pobierają jako pokarm zw nieorganiczne i przetwarzają je na zw organiczne. Wyróżniamy wśród nich fotoautotrofy i chemoautotrofy. Fotoautotrofy przeprowadzają fotosynezę. Są to więc rośliny zielone oraz bakterie purpurowe i zielone i sinice. Pobierają one CO 2, H20, sole mineralne i przy pomocy energii świetlnej i barwników asymilacyjnych, przede wszystkim chlorofilu wytwarzają wszystkie związki organiczne.Chemoautotrofy to bakterie siarkowe, żelaziste, wodorowe, nittryfikacyjne. Wytwarzaj one związki organiczne z CO2 , H20 i soli mineralnych. Źródłem energii nie jest energia świetlna, a energia chemiczna uzyskana z utleniania zw mineralnych.6CO2 + 6 H20 C6H1206 + 602 Heterotrofy pobierają pokarm w postaci związków organicznych. Zapotrzebowania pokarmowe autotrofów to:C02, H20, sole mineralne Zapotrzebowania pokarmowe heterotrofów to: Węglowodany, tłuszcze, białka, woda, sole mineralne, witaminy Pokarm heterotrofów wykazuje złożoność budowy chemicznej, ponadto zawiera niemożliwe do wykorzystania substancje np. chitynę, celulozę. Subst te musza być usunięte z organizmu.Subst pokarm pobrane przez heterotrofy nie mogą być bezpośrednio przyswojo ne przez komórki. Dlatego musza ulec strawieniu do rozpuszczalnych w H20 monomerów.
Trawienie pobranych pokarmów może odbywać się wewnątrz komórek w wodniczkach pokarm np. pierwotniaki lub pozakomórkowo w przewodach pokarm. Mówimy wtedy o trawieniu jelitowym charakterystycznym dla większo ści zwierząt. Albo pozajelitowym np. pająki oraz saprofity (grzyby).Organizmy jednokomórkowe pobiera ją pokarm drogą fagocytozy, pinocytozy i wchłaniania. Zależy to od rodzaju cząstek pokarm. Fagocytoza pobie rany jest pokarm wieloskładnikowy. Mogą to być całe organizmy lub ich części. Pobrany pokarm znajduje się w wodniczce pokarmowej i trawiony jest przy użyciu enzymów pochodzących z lizosomów.Niestrawione resztki pokarmu wydalane są przez tę samą wodniczkę. Pinocytoza polega na pobieraniu pokarmu w postaci wielkocząsteczkowych związków organicznych np. białek, węglowodanów.
Fotosynteza jest najważniejszą reakcją anaboliczna. Zależy od niej życie na ziemi, ponieważ wytworzona w procesie fotosyntezy materia organiczna jest źródłem pokarmu dla heterotrofów. Istota fotosyntezy polega na przekształceniu energii świetlnej w energię chemiczną, która wykorzystywana jest do asymilacji CO2 do zw. organicznego. U bakterii purpuro wych i zielonych proces fotosyntezy przebiega w ciał kach hromatoforowych. U glonów chloroplasty zwane hromatoforami odznaczają się różnorodnością kształtów i obecnością różnych barwników asymilacyjnych Oprócz chlorofilu występują np. fikocjanina, fikoerytryna, fukoksantyna, lutejna. U roślin organowych występują chloroplasty, mające najczęściej kształt owalny. Chloro plasty wyst przede wszystkim w miękiszu asymilacyj nym, który znajduje się w liściach. Chloroplasty wyst również w komórkach zielonych łodygą. Fotosynteza składa się z 2 etapów. I etap nazywamy jasnym, przebie ga on w granach chloroplastów i polega na wytwarzaniu siły asymilacyjnej
czyli ATP i NADPH2. Etap ciemny przebiega w stromie chloroplastu, zwany jest cyklem Calvina i polega na asymilacji CO2 do zw. organicz nego. Faza jasna: w chloroplastach funkcjonują z ukł. barwników PSI (chlorofil a i karoteny) PSII (chlorofil a, chlorofil b i ksantofile). Fotony światła padając na chloro fil powodują wybicie z niego elektronu. Chlorofil prze chodzi w stan wzbudzenia, a wybite elektrony, które mają zapas energii z pochłoniętych kwantów światła przechodzą przez układ przenośników, tracąc energię, która gromadzona jest w ATP (fosforylacja fotosyntety czna). W zależności od losu wybitych elektronów i ukł przenośników wyróżniamy 2 typy fosforylacji: cykliczną i niecykliczną. W czasie fazy jasnej zachodzi rozkład wody, wydziela się tlen, powstaje zredukowany NADPH2 (schemat).
Faza ciemna: czyli cykl Calvina jest to kołowy cykl przemian, w którym wyróżniamy etap asymilacji, redukcji i regeneracji. W etapie asymilacji CO2 pobrany przez roślinę do fotosyntezy jest przyłączony do 5-węglowego cukru rybulozo 1,5 bis fosforanu. W wyniku tego połączenia, czyli karboksy lacji powstaje trój węglowy zw – kwas trzyfosfoglicery nowy. Rozpoczyna się następny etap, czyli redukcji. Przy użyciu siły asymilacyjnej ATP i NADPH2 kwas zostaje zredukowany do aldehydu trzyfosfoglicerynowego. Aldehyd stanowi zw wyjściowy do syntez cukrów oraz innych zw organicznych, Z 6 wytworzonych w jednym cyklu cząsteczek aldehydu, jedna tylko jest zużywana do dalszych syntez, natomiast 5 pozostałych do 3 etapu cyklu Calvina, czyli regeneracji. Z nich odtworzony zostaje 1,5 bis fosforan.