Introducción a algunos conocimientos básicos de biología en la escuela secundaria

Observando las células vegetales al microscopio óptico, podemos ver que su estructura se divide en las siguientes cuatro partes.

1. Pared celular

Es la capa más externa de las células vegetales y es una pared fina y transparente. Compuesto principalmente de celulosa y pectina, los poros son grandes y las moléculas del material pueden penetrar libremente. Las paredes celulares sostienen y protegen a las células.

2. Membrana celular

El interior de la pared celular está firmemente adherido a una membrana muy delgada llamada membrana celular. Esta membrana, compuesta por moléculas de proteínas y una bicapa de fosfolípidos, permite que moléculas pequeñas como el agua y el oxígeno pasen libremente, pero algunos iones y moléculas grandes no pueden pasar libremente. Por lo tanto, no solo protege el interior de las células, sino que también controla la entrada y salida de sustancias: no permite que sustancias útiles se escapen de las células a voluntad y no permite que sustancias nocivas entren fácilmente en las células.

Las membranas celulares son difíciles de distinguir bajo un microscopio óptico. Observando con un microscopio electrónico, podemos saber que la membrana celular está compuesta principalmente por moléculas de proteínas y moléculas de lípidos. En el medio de la membrana celular hay una bicapa de fosfolípidos, que es el esqueleto básico de la membrana celular. En el exterior y en el interior de la bicapa de fosfolípidos, hay muchas moléculas de proteínas globulares incrustadas a diferentes profundidades en la bicapa de fosfolípidos o que cubren la superficie de la bicapa de fosfolípidos. La mayoría de estas moléculas de fosfolípidos y moléculas de proteínas son fluidas, por lo que se puede decir que la membrana celular tiene cierto grado de fluidez. Esta característica estructural de la membrana celular es muy importante para que ésta complete diversas funciones fisiológicas.

3. Citoplasma

La sustancia espesa y transparente envuelta en la membrana celular se llama citoplasma. Algunos gránulos refractivos también son visibles en el citoplasma. La mayoría de estas partículas tienen ciertas estructuras y funciones similares a varios órganos de los organismos, por eso se llaman orgánulos. Por ejemplo, en las células del mesófilo de las plantas verdes, se pueden ver muchas partículas verdes, que son orgánulos llamados cloroplastos. La fotosíntesis de las plantas verdes se lleva a cabo en los cloroplastos. En el citoplasma se pueden observar a menudo una o varias vacuolas, que están llenas de un líquido llamado citosol. En las células vegetales maduras, las vacuolas se fusionan en una vacuola central que representa más de la mitad de toda la célula.

El citoplasma no está congelado ni estacionario, sino que se mueve lentamente. En las células con una sola vacuola central, el citoplasma suele circular alrededor de la vacuola, facilitando el transporte de materiales intracelulares y fortaleciendo las interconexiones entre orgánulos. El movimiento citoplasmático es un fenómeno de la vida que consume energía. Cuanto más vigorosas son las actividades vitales de la célula, más rápido fluye el citoplasma y viceversa. Después de la muerte celular, se detiene el flujo de citoplasma.

Además de los cloroplastos, en las células vegetales también hay algunos orgánulos que tienen diferentes estructuras y diferentes funciones que * * * completan las actividades vitales de la célula. La estructura de estos orgánulos debe observarse con un microscopio electrónico. Las estructuras celulares observadas al microscopio electrónico se denominan estructuras submicroscópicas.

① Mitocondrias

Es lineal y granular, de ahí su nombre. En las mitocondrias hay muchos tipos de partículas relacionadas con la respiración, es decir, muchos tipos de enzimas respiratorias. Es el lugar donde las células respiran, a través del cual la materia orgánica se oxida y se descompone para liberar energía para las actividades vitales de la célula. Por eso, algunas personas llaman a las mitocondrias la "central eléctrica" ​​o "fábrica de energía" de la célula.

②Cloroplasto

El cloroplasto es un orgánulo importante en las células de las plantas verdes, y su función principal es la fotosíntesis. Los cloroplastos están compuestos por dobles membranas, tilacoides y estroma. El tilacoide es una estructura tilacoide pequeña y plana. En la membrana tilacoide se encuentran pigmentos y enzimas necesarios para la fotosíntesis. Muchos tilacoides se acumulan para formar gránulos. Las partículas están llenas de una matriz que contiene enzimas relacionadas con la fotosíntesis. La matriz también contiene ADN.

③Retículo endoplásmico

El retículo endoplásmico es una red de conductos compuestos por membranas en el citoplasma, que se encuentra ampliamente distribuido en la matriz citoplasmática. Está conectado a la membrana celular y juega un papel importante en la síntesis y transporte de proteínas y otras sustancias dentro de la célula.

Hay dos tipos de retículo endoplasmático: uno con una superficie lisa; el otro con muchas partículas pequeñas adheridas. El retículo endoplásmico aumenta el área de la membrana dentro de la célula y muchas enzimas están unidas a la membrana, lo que proporciona condiciones favorables para las reacciones químicas normales en la célula.

④Aparato de Golgi

El aparato de Golgi se encuentra comúnmente en células vegetales y animales.

Generalmente se cree que el aparato de Golgi en las células está relacionado con la formación de secreciones celulares. El aparato de Golgi en sí no tiene la función de sintetizar proteínas, pero puede procesarlas y transportarlas. El aparato de Golgi participa en la formación de las paredes celulares durante la división de las células vegetales.

5 Ribosomas

Los ribosomas son gránulos ovalados, algunos están adheridos a la superficie externa de la membrana del retículo endoplásmico y otros se encuentran libres en la matriz citoplasmática.

⑥Centrosoma

El centrosoma existe en las células animales y en algunas células vegetales inferiores. Se llama centrosoma porque está situado cerca del núcleo. Cada centrosoma consta de dos centríolos dispuestos perpendicularmente entre sí y con el material circundante. El centrosoma de las células animales está estrechamente relacionado con la mitosis.

⑦ Vacuola

La vacuola es una estructura similar a una burbuja en las células vegetales. Las vacuolas de las células vegetales maduras son muy grandes y representan el 90% del volumen celular total. Hay una membrana tonoplasta en la superficie de la vacuola. En la vacuola hay líquido celular que contiene azúcar, sales inorgánicas, pigmentos, proteínas y otras sustancias, y la concentración puede llegar a ser muy alta. Por tanto, regula el entorno en el que se encuentran las células, permitiendo que las células mantengan una determinada presión osmótica y mantengan la expansión.

8 Lisosomas

Los lisosomas son orgánulos con estructura vesicular de membrana única en las células. Contiene una variedad de hidrolasas que pueden descomponer una variedad de sustancias.

4. Núcleo

El citoplasma contiene un núcleo aproximadamente esférico, que está compuesto por un material más viscoso. El núcleo suele estar situado en el centro de la célula. El núcleo de las células vegetales maduras a menudo es empujado hacia el borde de la célula por la vacuola central. Hay una sustancia en el núcleo celular que se tiñe fácilmente de oscuro con tintes básicos como el magenta y la hematoxilina. Esta sustancia se llama cromatina. El material que utilizan los organismos para transmitir semillas y generaciones, conocido como material genético, está en la cromatina. Cuando las células sufren mitosis, la cromatina se convierte en cromosomas.

Está compuesto por protoplasma y un núcleo celular (o pseudonúcleo) rodeado por una membrana. Es la unidad básica de la estructura y función de los organismos y la unidad básica de las actividades vitales. Las células pueden proliferar mediante división, y la división es la base de la ontogenia y la filogenia biológicas. Las células son unidades vivas independientes, o células múltiples que forman un grupo celular o tejido, u órganos y organismos, las células también pueden dividirse y reproducirse; las células son la unidad básica de herencia y tienen totipotencia genética (plantas), al igual que los núcleos de las células animales.

La mayoría de las células tienen un solo núcleo, y algunas células contienen dos o más núcleos, como las células musculares y las células hepáticas. El núcleo celular se puede dividir en cuatro partes: membrana nuclear, cromatina, líquido nuclear y nucléolo. La membrana nuclear está conectada al retículo endoplásmico y la cromatina se encuentra entre la membrana nuclear y el nucléolo. La cromatina está compuesta principalmente de proteínas y ADN. El ADN es una macromolécula orgánica, también llamada ácido desoxirribonucleico, que es el material genético de los seres vivos. Durante la mitosis, los cromosomas se copian y el ADN también se copia en dos partes, que se distribuyen uniformemente entre las dos células hijas, de modo que el número de cromosomas en las células descendientes es constante, asegurando así la estabilidad de las características genéticas de la descendencia. También está el ARN, que es una única hebra de ADN que se replica y que suministra proteínas, llamadas ADN mensajeros.

Uso del microscopio

1. Sujete el brazo del espejo con la mano derecha y la base del espejo con la mano izquierda.

2.Coloque el microscopio en la plataforma experimental, ligeramente hacia la izquierda (el microscopio se coloca a unos 7 cm del borde de la plataforma experimental)

). lentes objetivos.

Segundo, luz

3. Gire el convertidor para alinear la lente del objetivo de bajo aumento con la apertura (mantenga 2 cm entre el extremo frontal de la lente del objetivo y la platina)

metros de distancia).

4. Apunta la apertura más grande al orificio de luz. Mire por el ocular con el ojo izquierdo (abra el ojo derecho para mayor comodidad)

Haga dibujos al mismo tiempo). Gire el reflector para que la luz se refleje en el cilindro de la lente a través del orificio de transmisión de luz. A través del ocular, puedes

ver un campo de visión blanco.

Tercero, observación

5. Colocar la muestra del portaobjetos a observar (también puede ser de papel de seda con la palabra "6" impresa)

En el escenario, presiónelo con una abrazadera plana y la muestra debe mirar hacia el centro del orificio de la luz.

6. Gire el tornillo de enfoque aproximado y baje lentamente el cilindro de la lente hasta que la lente del objetivo esté cerca de la muestra del portaobjetos (ojos).

Mantenga los ojos fijos en la lente del objetivo para evitarlo. tocando la muestra del portaobjetos

7. Mire por el ocular con el ojo izquierdo y gire el tornillo de enfoque aproximado en la dirección opuesta para levantar lentamente el cilindro de la lente

hasta que pueda ver la muestra. Imagen clara. Gire el tornillo de ajuste para hacer que la imagen del objeto sea más clara.

Las plantas y las algas usan su clorofila para convertir la luz visible en energía (incluidas reacciones luminosas y reacciones oscuras) para impulsar el dióxido de carbono y el agua. materia orgánica y libera oxígeno. Es un proceso de reacción bioquímica del que depende el mundo vivo para sobrevivir, y también es un medio importante para el ciclo del carbono y el oxígeno de la Tierra.

[Editar este párrafo]Concepto básico.

Fórmula de fotosíntesis

Dióxido de carbono agua-luz/cloroplasto→materia orgánica (principalmente almidón) oxígeno

6 CO2 6H2O--luz/cloroplasto→C6H12O6 6O2

Explicación china

La fotosíntesis es un proceso bioquímico en el que las plantas y las algas utilizan la clorofila y algunas bacterias utilizan sus propias células para convertir el dióxido de carbono y el agua (las bacterias son sulfuro de hidrógeno y agua) en materia orgánica y liberan oxígeno (las bacterias liberan hidrógeno) bajo la irradiación de luz visible. Las plantas se llaman productoras en la cadena alimentaria porque pueden utilizar materia inorgánica para producir materia orgánica y almacenar energía a través de la fotosíntesis. la energía almacenada por plantas y bacterias, con una eficiencia de aproximadamente 10 a 20 para casi todos los seres vivos. Para los seres vivos, este proceso es fundamental para su supervivencia. La fotosíntesis es lo que las plantas verdes producen a partir del sol. La energía se convierte en energía química (azúcar) El "combustible" del ecosistema es la energía del sol, que es capturada por las plantas verdes durante la fotosíntesis y almacenada como energía química en moléculas de carbohidratos. Cuando los carnívoros comen herbívoros, la energía se transfiere de una especie a otra en el ecosistema.

Mecanismo detallado

Las plantas utilizan la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono en almidón, que se utiliza. como fuente de alimento para animales y plantas. Los cloroplastos son el lugar donde las plantas realizan la fotosíntesis, por lo que se puede decir que los cloroplastos son el medio a través del cual la luz solar transmite la vida.

(1) Principio

A diferencia de los animales, las plantas no tienen un sistema digestivo y deben depender de otras formas de absorber nutrientes. En el caso de las plantas verdes, utilizan la energía de la luz solar para la fotosíntesis, los nutrientes necesarios para el desarrollo. en este proceso están los cloroplastos internos, que convierten el dióxido de carbono que ingresa a las hojas a través de los estomas y el agua absorbida por las raíces en almidón bajo la influencia de la luz solar, al tiempo que liberan oxígeno

(2) Notas

El agua en ambos lados del signo igual en la fórmula anterior no puede anularse, aunque la fórmula es muy especial en química. La razón es que el agua de la izquierda es absorbida por las plantas y utilizada para crear oxígeno y proporcionar electrones e iones de hidrógeno. Los átomos de oxígeno de la molécula de agua de la derecha provienen del dióxido de carbono. Para expresar más claramente el proceso inicial de este producto de materia prima, la gente está más acostumbrada a escribir moléculas de agua en los lados izquierdo y derecho del signo igual, o agregar un asterisco en la esquina superior derecha de la molécula de agua a la derecha. .

(3) Reacción a la luz y reacción a la oscuridad (llamada reacción oscura en los libros de texto de biología de la escuela secundaria, y también llamada reacción de carbono en algunos lugares)

La fotosíntesis se puede dividir en dos pasos: luz Reacción y reacción oscura.

(4) Fotorreacción

Condiciones: luz, pigmento, enzima fotorreactiva

Localización: sobre la membrana de la estructura quística.

Factores que influyen: intensidad de la luz y dos picos de absorción del agua de la fotosíntesis de las plantas.

El proceso de pico de absorción de la clorofila a y la clorofila b: dos conjuntos de sistemas fotosintéticos en la membrana del cloroplasto: sistema fotosintético I y sistema fotosintético II. (El sistema fotosintético I es más primitivo que el sistema fotosintético II, pero la transferencia de electrones comienza primero.

) Bajo iluminación, se absorben fotones con longitudes de onda de 680 nm y 700 nm respectivamente, y los electrones obtenidos de la trayectoria de la luz de fotólisis de las moléculas de agua se transfieren continuamente como energía. (Sólo se pueden transferir unos pocos estados especiales de clorofila. Debido a la diferencia de concentración, los iones de hidrógeno obtenidos por fotólisis del agua se mueven hacia afuera desde el tilacoide hacia la matriz a través del complejo proteico en la membrana del tilacoide. La energía potencial entre los dos Reducido, utilizado para sintetizar ATP en la reacción oscura. En este momento, el portador de hidrógeno NADP elimina los iones de hidrógeno con energía potencial reducida. Este ion NADPH H actúa como agente reductor en la reacción oscura. >Significado: 1: La fotólisis del agua (también conocida como fotólisis del agua) produce oxígeno 2. Convierte la energía luminosa en energía química para generar ATP, que proporciona energía para la reacción oscura. de iones de hidrógeno. Los iones de hidrógeno son el producto de la fotólisis del agua y proporcionan el agente reductor H (hidrógeno reducido) para la reacción oscura.

(5) Reacción oscura (reacción del carbono)

La esencia es una serie de reacciones enzimáticas

Condiciones: Las enzimas de reacción oscura también son aceptables en ausencia de luz (pero ya no se llaman reacciones oscuras, porque solo pueden continuar ocurriendo reacciones luminosas)

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Medio ambiente: matriz de cloroplasto

Factores que influyen: temperatura, concentración de dióxido de carbono

Proceso: diferentes plantas tienen diferentes procesos de reacción oscura y las estructuras anatómicas de las hojas también son diferentes. Esta es la adaptación de las plantas. El resultado del medio ambiente. Las reacciones oscuras se pueden dividir en tres tipos: C3, C4 y CAM. Estos tres tipos se dividen según los diferentes procesos de fijación de dióxido de carbono. Tipo de reacción: las plantas absorben dióxido de carbono del exterior a través de los estomas. El CO2 ingresa a la célula mediante difusión libre. El cloroplasto contiene C5. Desempeña un papel en la fijación del dióxido de carbono en C3. para formar azúcar (CHO) y el C5 reducido continúa participando en el proceso de oscurecimiento

(6) Ecuación química de la reacción de luz y oscuridad

H20→2H 1/2O2. (fotólisis del agua)

NADP 2e- H → NADPH (Transferencia de hidrógeno)

ADP Pi→ATP (transferencia de energía)

CO2 Compuesto C5 → Compuesto C3 (dióxido de carbono fijado)

Compuesto C3→(CH2O)Compuestos C5 (formación de materia orgánica o reducción de C3)

ATP→ADP PI (consumo de energía)

Proceso de conversión de energía: energía luminosa → energía química inestable (energía almacenada en la alta energía del enlace fosfato ATP) → energía química estable (síntesis de azúcar o almidón)

Nota: La reacción luminosa solo puede ser se lleva a cabo en condiciones de luz, y la reacción oscura se puede llevar a cabo siempre que se cumplan las condiciones de reacción oscura. Las reacciones oscuras no necesariamente tienen que realizarse en la oscuridad. Puntos clave de la fotosíntesis

(1) Pigmentos fotosintéticos y componentes de la cadena de transporte de electrones

1.Pigmentos fotosintéticos

Hay dos pigmentos en los tilacoides: clorofila y carotenoides de naranja. Por lo general, la proporción de clorofila a carotenoides es de aproximadamente 3: 1, y la proporción de chla a chlb es de aproximadamente 3. : L, en muchas algas, además de la clorofila A y B, también hay clorofila C y D y ficobiliproteínas como esta. como ficoeritrina y ficocianina. Las bacterias fotosintéticas incluyen la bacterioclorofila, etc.

La clorofila A, B y la bacterioclorofila están compuestas por un anillo de porfirina complejado con magnesio y un alcohol de cadena larga, y sólo existe una pequeña diferencia entre ellas. Los carotenoides son tetraterpenos compuestos por unidades isopenténicas, la ficobiliproteína es una proteína pigmentaria cuyo cromóforo es una cadena compuesta por anillos de pirrol y no contiene metal, mientras que el pigmento tiene múltiples dobles enlaces de yugo * * *. Toda la clorofila y casi todos los carotenoides están incrustados en la membrana tilacoide, que está unida a las proteínas mediante enlaces no valentes. Una cadena peptídica puede combinar varias moléculas de pigmento, y la distancia y orientación entre las moléculas de pigmento son fijas, lo que favorece la transferencia de energía. Los carotenoides y la luteína tienen cierto efecto protector sobre la clorofila a y la clorofila b. Los espectros de absorción de varios pigmentos son diferentes.

La clorofila ab absorbe la luz roja, naranja, azul y violeta, los carotenoides absorben la luz azul y violeta y la tasa de absorción más baja es la luz verde. En particular, los espectros de absorción de la ficoeritrina y la ficocianina son bastante diferentes de los de la clorofila, que tiene importancia ecológica para que las algas que viven en el océano se adapten a diferentes condiciones de calidad de la luz.

2. Complejo captador de luz

Está formado por unas 200 moléculas de clorofila y algunas cadenas peptídicas. La mayoría de las moléculas de pigmento capturan la energía luminosa y la transfieren al pigmento en el centro de reacción mediante vibraciones inducidas. Por eso estos pigmentos se denominan pigmentos de contacto. Toda la clorofila b y la mayor parte de la clorofila a en los cloroplastos son pigmentos de contacto. Además, los carotenoides y las moléculas de luteína también pueden capturar la energía luminosa y se denominan pigmentos accesorios.

3. Sistema óptico ⅱ (PS ⅱ)

El pico de absorción se sitúa en una longitud de onda de 680 nanómetros, también llamada P680. Contiene al menos 12 cadenas polipeptídicas. La grana se sitúa en la zona de la membrana tilacoide que no está en contacto con la matriz. Incluye un LHC II ligero, un centro de reacción y un complejo de evolución de oxígeno que contiene átomos de manganeso. D1 y D2 son dos cadenas peptídicas centrales que combinan el pigmento central P680, feofitina y plastoquinona.

4. Complejo citocromo b6/f

Puede existir como un dímero, conteniendo cada monómero cuatro subunidades diferentes. Citocromo b6 (b563), citocromo F, ferritina y subunidad IV (considerada la proteína de unión de la plastoquinona).

5. Sistema Óptico I (PSI)

Puede ser excitado por luz con una longitud de onda de 700 nanómetros, también llamada P700. Consta de múltiples cadenas peptídicas ubicadas en la membrana tilacoide en el área de contacto entre la partícula basal y la matriz y en la matriz. Está compuesto por el Complejo de Acopio de Luz I y el Centro de Operaciones. Combinadas con aproximadamente 100 moléculas de clorofila, todas las clorofilas son pigmentos de contacto, excepto algunas clorofilas especiales como pigmentos centrales. Los tres portadores de electrones son A0 (una molécula de chla), A1 (vitamina K1) y tres 4Fe-4S diferentes.

(2) Fotorreacción y transferencia de electrones

Después de recibir energía, P680 cambia del estado fundamental al estado excitado (P680*) y luego transfiere los electrones a feofitina (electrón primario). cuerpo aceptor). P680* está cargado positivamente y se reduce adquiriendo electrones del donante primario de electrones Z (una cadena lateral de tirosina en la proteína en el centro de reacción D1). Luego, Z obtiene electrones del complejo que desprende oxígeno; el complejo que desprende oxígeno oxidado obtiene electrones del agua y fotoliza el agua.

2H 2O→O2 22H 4e-

En la otra dirección, la feofitina transfiere electrones a QA unido a D2, y QA transfiere rápidamente electrones a QB en D1. La plastoquinona reducida se disocia del complejo del fotosistema II y otra plastoquinona oxidada la reemplaza para formar un nuevo QB. La plastoquinona transfiere electrones al complejo citocromo b6/f y protones desde la matriz a la luz del tilacoide. Luego, los electrones se transfieren a Cu2 en la proteína feromonocianina (PC) que contiene cobre ubicada en un lado de la cavidad tilacoide, y luego se transfieren al fotosistema II.

Los electrones de alta energía liberados por P700 después de ser excitados por la energía luminosa se transfieren desde el lado de la luz del tilacoide a la ferredoxina (FD) en el lado estromal del tilacoide a lo largo de la línea A0 → A1 → 4Fe-. Dirección 4S. Finalmente, bajo la acción de la ferredoxina-NADP reductasa, los electrones se transfieren al NADP para formar NADPH. P700, que perdió electrones, obtiene electrones de la PC y los restaura.

El proceso de transferencia de electrones en forma de Z se denomina fotofosforilación no cíclica. Cuando las plantas carecen de NADP, los electrones fluyen en el fotosistema I y solo se sintetiza ATP sin NADPH. Esto se llama fotofosforilación cíclica.

(3) Fosforilación fotosintética

Se transfiere un par de electrones de P680 a NADP a través de P700, añadiendo cuatro H en la cavidad del tilacoide, dos de los cuales provienen de la fotólisis del H2O. dos son transferidos desde la matriz por PQ, y un H fuera de la matriz se usa para reducir NADP, por lo que hay un H alto (pH≈5, pH de la matriz≈8) en la cavidad del tilacoide, formando un impulso de protón, y H se convierte en ATP sintasa.

La ATP sintasa, el factor de acoplamiento CF1-F0, es estructuralmente similar a la ATP sintasa mitocondrial. CF1 también está compuesto por cinco subunidades, con una estructura de α3β3γδε. El CF0 está incrustado en la membrana, consta de cuatro subunidades y es un canal para que los protones atraviesen la membrana tilacoide.

Reacción oscura

Vía C3: también conocida como ciclo de Calvin. El receptor de CO2 es RuBP y el producto inicial es 3-fosfoglicerato (PGA).

Vía C4: También conocida como vía Hatch-Slake, el receptor de CO2 es PEP y el producto inicial es el oxaloacetato (OAA).

Vía del metabolismo del ácido crasuláceo (vía CAM): fija CO2 para producir ácidos orgánicos por la noche, y descarboxila para liberar CO2 para fijar CO2 durante el día.

La respiración celular se refiere a la descomposición oxidativa de sustancias intracelulares, que se caracteriza específicamente por el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, agua y trifosfato de adenosina (ATP). Su finalidad fundamental es proporcionar al organismo energía utilizable. La respiración celular se puede dividir en tres etapas. En la etapa 1, diversas sustancias energéticas se convierten en acetil-CoA a través de diferentes vías catabólicas. En la segunda etapa, el grupo dicarbonilo del acetil-CoA (acetil-CoA) se convierte en átomos de CO2 y de hidrógeno a través del ciclo del ácido tricarboxílico. En la tercera etapa, los átomos de hidrógeno ingresan a la cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) y finalmente son transferidos al oxígeno para formar agua al mismo tiempo, se producen moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa, acompañada de la transferencia de electrones; Los organismos producen principalmente CO2 mediante descarboxilación, es decir, los productos metabólicos se convierten primero en ácidos carboxílicos que contienen grupos carboxilo (-COOH) y luego el CO2 se elimina de los grupos carboxilo mediante catálisis de enzimas descarboxilasas específicas. La reacción de oxidación en la batería se puede realizar mediante diversos métodos como la deshidrogenación, la adición de oxígeno o la pérdida de electrones, entre los cuales la deshidrogenación es el más común e importante. Hay algunas reacciones de descarboxilación y oxidación en la fase 1 de la respiración celular, pero más se concentran en el ciclo del ácido tricarboxílico. El ciclo del ácido tricarboxílico es una secuencia de reacción cíclica ubicua en organismos aeróbicos. Este ciclo consta de reacciones enzimáticas continuas. La sustancia intermedia en la reacción es el ácido tricarboxílico que contiene tres grupos carboxilo o el ácido dicarboxílico que contiene dos grupos carboxílicos, por lo que se denomina ciclo del ácido tricarboxílico. Debido a que el ácido cítrico es una sustancia cíclica, también se le llama ciclo del ácido cítrico. También puede denominarse ciclo de Krebs en honor a su descubridor. Al comienzo del ciclo, el grupo acetilo se condensa en forma de acetil-CoA con una molécula del compuesto de cuatro carbonos oxalacetato para formar el ácido cítrico, compuesto de ácido tricarboxílico de seis carbonos. Luego, el ácido cítrico se convierte en isocitrato, otro ácido hexatricarboxílico. El isocitrato se deshidrogena y pierde CO2 para formar α-cetoglutarato. Este último elimina 65.438 0 CO2 y genera ácido tetracarboxílico y ácido succínico. Finalmente, el ácido succínico se convierte en oxalacetato mediante una reacción de tres pasos y elimina 2 pares de hidrógenos. El oxaloacetato regenerado puede reaccionar con otra molécula de acetil-CoA, iniciando otro ciclo. Cada ciclo consume una molécula de acetilo (dióxido de carbono) y produce dos moléculas de CO2 y cuatro pares de gas hidrógeno. El oxalacetato participa en la reacción de reciclaje pero no tiene consumo neto. Si no existe otra reacción para eliminar el oxalacetato, una molécula de oxalacetato puede teóricamente provocar la oxidación de grupos acetilo ilimitados. Los compuestos de ácido carboxílico del anillo tienen un efecto catalítico y pueden favorecer la circulación en pequeñas cantidades. Cualquier sustancia que pueda convertirse en acetil-CoA o cualquier catalizador en el ciclo de Krebs puede participar en este ciclo y oxidarse. Entonces este ciclo es el mismo mecanismo para la oxidación de varias sustancias, y también es el mecanismo para el metabolismo de varias sustancias. El ciclo del ácido tricarboxílico debe realizarse en presencia de oxígeno. El hidrógeno liberado del anillo ingresa a la cadena respiratoria y finalmente se combina con el oxígeno para formar agua, produciendo ATP, que es la principal fuente de energía en los organismos vivos. La cadena respiratoria consta de una serie de proteínas de unión dispuestas en un orden específico. Cada miembro de la cadena acepta hidrógeno o electrones del miembro anterior, los pasa al siguiente miembro y finalmente los pasa al oxígeno. Durante el proceso de transferencia de electrones, la energía libre se libera gradualmente y la mayor parte de su energía se almacena en moléculas de ATP mediante la fosforilación oxidativa. Diferentes organismos, e incluso diferentes tejidos del mismo organismo, pueden tener diferentes cadenas respiratorias. Algunas cadenas respiratorias contienen solo una enzima, mientras que otras contienen múltiples enzimas. Sin embargo, la mayor parte de la cadena respiratoria consta de los siguientes componentes: nicotinamida deshidrogenasa, flavoproteínas, proteínas hierro-azufre, coenzima Q y citocromos.

Estos grupos auxiliares (o coenzimas) unidos a proteínas se oxidan y reducen continuamente en la cadena respiratoria, desempeñando el papel de transferir hidrógeno (donante de hidrógeno) o electrones (donante de electrones). La porción proteica determina la especificidad de la enzima. Para simplificar, la porción proteica de la cadena respiratoria suele omitirse en la escritura. La imagen de arriba muestra la cadena respiratoria NADH más extensa y otra cadena respiratoria FADH2. En el diagrama, MH2 representa cualquier metabolito reducido, como el malato. Bajo la catálisis de la nicotinamida deshidrogenasa (malato deshidrogenasa), se pueden eliminar un par de hidrógenos para convertirse en el producto de oxidación M (oxalacetato). Esta deshidrogenasa utiliza NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) o NADP (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato) como coenzima. Ambas coenzimas contienen nicotinamida (vitamina PP). En la reacción de deshidrogenación, la coenzima puede aceptar 1 hidrógeno y 1 electrón para convertirse en una coenzima reducida, y el 1 H restante permanece en el medio líquido.

NADP 2H(2H 2e)

NADP 2H(2H 2e)

La flavoxina es una proteína basada en flavina adenina dinucleótido (FAD) o flavina mononucleótido (FMN ) es una deshidrogenasa con un grupo auxiliar y su grupo auxiliar contiene riboflavina (vitamina B2). La NADH deshidrogenasa es una flavoproteína que puede agregar el átomo de hidrógeno de NADH al grupo auxiliar FMN y desempeña el papel de donador de hidrógeno en la cadena respiratoria de NADH. La succinato deshidrogenasa también es una flavoproteína que puede agregar directamente un par de átomos de hidrógeno de succinato al FAD para oxidarlo a fumarato. FADH2 continúa pasando H al siguiente miembro de la cadena respiratoria FADH2, por lo que la cadena respiratoria FADH2 es más corta que la cadena respiratoria NADH y la cadena respiratoria produce un poco menos de ATP. El sitio activo de la proteína hierro-azufre contiene azufre y hierro no porfirina, por lo que se llama centro hierro-azufre. Su función es transferir electrones mediante el cambio de valencia del hierro: Fe3 eFe2. Este tipo de proteína a menudo se combina con la flavin deshidrogenasa o el citocromo para formar un complejo en la membrana mitocondrial interna. En la cadena respiratoria desde NADH hasta oxígeno, hay muchos centros diferentes de hierro y azufre, algunos en la NADH deshidrogenasa y otros relacionados con el citocromo B y c1. La coenzima Q es un compuesto de quinona liposoluble, también conocido como ubiquinona porque existe ampliamente en biología. La estructura de la benzoquinona en su molécula puede hidrogenarse de forma reversible y reducirse a derivados de hidroquinona, que desempeñan el papel de transmisor intermedio en la cadena respiratoria. El citocromo es una proteína de color rojo o marrón con porfirina férrica (estructura similar al hemo) como grupo auxiliar. Transfiere electrones en la cadena respiratoria mediante cambios en la valencia del hierro: Fe3 eFe2. Son muchos los tipos de citocromos descubiertos hasta el momento, como B, C, c1, aa3, etc. Estos citocromos difieren en la estructura de la proteína, la estructura de los grupos auxiliares y la forma en que los grupos auxiliares se unen al resto proteico. En una cadena respiratoria típica, la secuencia es b→c1→c→aa3→O2. En la actualidad, A y a3 no se pueden separar. Solo aa3 puede oxidarse directamente con oxígeno molecular, por lo que escribir A y a3 juntos se llama citocromo oxidasa. La diferencia entre las distintas cadenas respiratorias en el mundo biológico radica principalmente en la diferencia de composición, o la falta de algunos transmisores intermedios, o la composición de los transmisores intermedios es diferente. Un ejemplo es el uso de vitamina K en lugar de coenzima Q en micobacterias; otro ejemplo es que muchas bacterias no tienen un sistema de citocromo completo. Aunque existen muchas diferencias en la composición de la cadena respiratoria, la secuencia de transferencia de electrones es básicamente la misma. Cuanto más avanzada es la evolución biológica, más perfecta es la cadena respiratoria. La generación de ATP acoplado a la cadena respiratoria se denomina fosforilación oxidativa. La cadena respiratoria NADH transfiere un par de átomos de hidrógeno al oxígeno para producir 3 moléculas de ATP. La cadena respiratoria FADH2 produce sólo dos moléculas de ATP.

Resumen:

1. El concepto de respiración celular:

La respiración celular se refiere a la diferenciación de las células de las moléculas de los alimentos (principalmente glucosa) en condiciones energéticas aeróbicas. proceso.

La materia orgánica azucarada, lipídica y proteica se oxida y descompone en CO2 y agua o productos de oxidación incompleta en las células vivas, acompañada de liberación de energía.

2. Características de la respiración celular:

Bajo la catálisis de enzimas, la materia orgánica se oxida y descompone en condiciones suaves, y la energía se libera gradualmente sin fuertes emisiones ni calor.

3. La esencia de la respiración celular:

La descomposición oxidativa de la materia orgánica libera energía.

4. La importancia de la respiración celular

Proporciona energía para las actividades vitales de los organismos; proporciona materia prima para la síntesis de otros compuestos en el cuerpo.

5. Respiración aeróbica:

1) Concepto: se refiere a la descomposición completa de la materia orgánica como la glucosa para producir dióxido de carbono y agua por parte de las células con la participación del oxígeno y a través de la catálisis de varias enzimas. El proceso de liberación de energía y producción de grandes cantidades de ATP.

2) Proceso: Primera etapa: Se descompone 1 molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato, y al mismo tiempo se eliminan 4 (H), liberando una pequeña cantidad de energía para sintetizar 2 ATP, y el resto se disipa en forma de energía térmica, localizada en la matriz del medio celular.

La segunda etapa: 2 moléculas de piruvato y 6 moléculas de hidrógeno eliminan los 20 (H) del agua, generan 6 moléculas de dióxido de carbono y liberan una pequeña cantidad de energía para sintetizar 2 ATP y el El calor restante desaparece para formar la matriz de las mitocondrias.

La tercera etapa: El 24 (H) eliminado en las dos primeras etapas se combina con 6 moléculas de oxígeno para formar agua, y libera una gran cantidad de energía para sintetizar 34 ATP, que se encuentra en la matriz de las mitocondrias (¡en la membrana interna de las mitocondrias!)

Clasificación de la respiración celular

Las células se pueden dividir en tres tipos: fermentación, respiración aeróbica y respiración anaeróbica (basada en diferentes clasificaciones métodos del aceptor final de electrones). La elaboración de levadura, la fermentación homoláctica y la fermentación heteroláctica pertenecen a la categoría de fermentación y no pertenecen a la respiración anaeróbica. La respiración anaeróbica significa que el ciclo del ácido tricarboxílico aún continúa y las coenzimas reducidas aún pasan a través de la cadena respiratoria oxidativa, pero el aceptor final de electrones no es el oxígeno, sino el nitrato, etc. Otros procesos son casi los mismos que la respiración aeróbica y la productividad final es menor que la respiración aeróbica. En pocas palabras, se trata de oxidación sin el uso de oxígeno molecular o respiración anaeróbica.