Informație

6.7: Fototrofe simple - Biologie


Fototrofele sunt organisme care captează particule de lumină (fotoni) și își transformă energia electromagnetică în energie stocată în molecule instabile, precum ATP și carbohidrați. Atmosfera noastră permite în principal luminii vizibile de la soare să ajungă la suprafața pământului, dar majoritatea moleculelor biologice nu absorb lumina vizibilă foarte eficient, dacă este deloc. Întrebarea la care trebuie să răspundem este: cum folosește organismul energia electromagnetică care este absorbită?

Unul dintre cele mai simple exemple de sistem fototrofic, adică un sistem care captează direct energia luminii și o transformă în energia stocată într-un sistem chimic, este furnizat de archaea Halobacterium halobium174. Halobacteriile sunt organisme halofile extreme (iubitoare de sare). Locuiesc în ape care conțin până la 5M NaCl. H. halobium folosește proteina membranară bacteriorodopsină pentru a capta lumina. Bacteriorodopsina constă din două componente, o polipeptidă, cunoscută generic sub numele de opsină, și o grupă protetică non-polipeptidică, pigmentul retinal, o moleculă derivată din vitamina A175. Împreună, cele două, opsin + retinal, formează proteina funcțională bacteriorodopsină.

Deoarece electronii săi sunt localizați pe orbitalele moleculare extinse, cu spații de energie între ele, care sunt de același ordin cu energia luminii vizibile, absorbția unui foton de lumină vizibilă mută un electron de la un orbital molecular cu energie inferioară la unul mai mare. Astfel de orbitali moleculari extinși sunt asociați cu regiuni moleculare care sunt deseori trasate ca conținând legături alternative simple și duble între carboni; acestea sunt cunoscute sub numele de sisteme orbitale π conjugate. Sistemele π conjugate sunt responsabile de absorbția luminii de către pigmenți precum clorofila și hemul (pigmentul care face sângele roșu). Când un foton de lumină este absorbit de grupul retinian, acesta suferă o reacție care duce la o schimbare a formei și compoziției moleculei de pigment, care la rândul său duce la o schimbare a structurii polipeptidei de care este atașat grupul retinian. Aceasta se numește reacție de fotoizomerizare.

Proteina bacteriorodopsină este încorporată în membrana plasmatică, unde se asociază cu alte proteine ​​bacteriorodopsinei pentru a forma pete de proteine. Aceste pete de proteine ​​de membrană conferă organismelor culoarea violetă și sunt cunoscute sub numele de membrană violet. Când una dintre aceste proteine ​​bacteriorodopsină absoarbe lumina, schimbarea grupului retinal asociat produce o schimbare indusă de lumină în structura proteinelor care are ca rezultat mișcarea unui H+ ion din interior spre exteriorul celulei. Proteina (și pigmentul său asociat) revin apoi la starea inițială de energie scăzută, adică la starea sa înainte de a absorbi fotonul luminii. Deoarece toate moleculele bacteriorodopsinei sunt orientate în același mod în membrană, deoarece lumina este absorbită tot H+ ionii se deplasează în aceeași direcție, ducând la formarea unui H+ gradient de concentrație pe membrana plasmatică cu [H+]in afara > [H+]interior. Acest H+ gradientul se bazează pe două surse. Mai întâi este gradientul lui H+ ioni. Pe măsură ce lumina este absorbită, concentrația de H + în afara celulei crește și concentrația de H + în interiorul celulei scade. Întrebarea este - de unde vine acest H +? După cum ați învățat (poate) în chimie, apa suferă reacția (deși această reacție este destul de nefavorabilă):

[H_2O rightleftharpoons H ^ + + OH ^ - ]

(H ^ + ) este întotdeauna prezent în apă de la autoionizare ( ([H ^ +] = 1 ori 10 ^ {- 7} ) pentru apă neutră la temperatura camerei) și sunt aceste H+care se mișcă.

În plus față de gradientul chimic care se formează atunci când ionii (H ^ + ) sunt pompați din celulă de reacția bacteriorodopsină + lumină + apă, se stabilește și un câmp electric. Există exces de sarcini pozitive în afara celulei (de la H+ fiind mutat acolo) și sarcini negative în exces în interiorul celulei (de la –OH fiind lăsat în urmă). După cum știți din fizica voastră, sarcinile pozitive și negative atrag, dar membrana îi împiedică să se reunească. Rezultatul este acumularea de sarcini pozitive pe suprafața exterioară a membranei și sarcini negative pe suprafața interioară. Această separare a sarcinii produce un câmp electric peste membrană. Acum, un ion (H ^ + ) în afara celulei va experimenta două forțe distincte, cele asociate câmpului electric și cele care decurg din gradientul de concentrație. Dacă există o cale prin membrană, gradientul ([H ^ +] ) va duce la mișcarea lui H+ ioni înapoi în celulă. În mod similar, câmpul electric va conduce, de asemenea, încărcatul pozitiv (H ^ + ) înapoi în celulă. Formarea [H+] gradientul generează practic o baterie, o sursă de energie, în care ne putem conecta pompa.

Deci, cum intră pompa în această baterie? Răspunsul este printr-o a doua proteină membranară, o enzimă cunoscută sub numele de ATP sintază condusă de (H ^ + ). Ionii (H ^ + ) se mișcă prin molecula ATP sintază în ceea ce este o reacție favorabilă termodinamic ( ( Delta G <0 )). ATP sintaza cuplează această mișcare favorabilă cu o reacție chimică nefavorabilă, o reacție de condensare:

[ text {ATP synthase} longrightarrow ]

[H ^ + _ {outside} + ADP + text {fosfat anorganic} (P_i) rightleftharpoons ATP + H_2O + H ^ + _ {inside} ]

[ longleftarrow text {ATP hidrolaza (ATP sintază rulează înapoi)} ]

Această reacție va continua atâta timp cât lumina este absorbită. Bacteriorodopsina acționează pentru a genera un H+ gradient și H+ gradientul persistă. Asta înseamnă că chiar și după ce lumina se stinge (adică noaptea) gradientul H + persistă până la H+ ionii s-au deplasat prin sintaza ATP. Sinteza ATP continuă până când gradientul (H ^ + ) nu mai are energia necesară pentru a conduce reacția de sinteză ATP. Rezultatul net este că celula folosește lumina pentru a genera ATP, care este stocată pentru o utilizare ulterioară. ATP acționează ca un tip de baterie chimică, spre deosebire de bateria electrochimică a gradientului (H ^ + ).

O caracteristică interesantă a moleculei ATP sintază este că, pe măsură ce ionii H + se mișcă prin ea (conduși de puterea electrochimică a gradientului H +), o regiune a moleculei se rotește. Se rotește într-o direcție când conduce sinteza ATP și în direcția opusă pentru a cupla hidroliza ATP la pomparea ionilor H + împotriva gradientului lor de concentrație. În această formă, este mai bine numit ATP hidrolază:

[ text {ATP hydrolyse} longrightarrow ]

[ATP + H_2O + H ^ + _ {inside} rightleftharpoons H ^ + _ {outside} + ADP + text {anorganic phosphate} (P_i) ]

[ longleftarrow text {ATP sintază (ATP hidrolaza rulează înapoi)} ]

Deoarece enzima se rotește atunci când hidrolizează ATP, este destul de ușor să ne imaginăm cum energia eliberată prin această reacție ar putea fi cuplată, prin utilizarea unei elice atașate sau a unei extensii asemănătoare unei palete, la mișcarea celulară sau fluidă.

Întrebări de răspuns și de meditat

  • Într-un fototrof, de ce H+ gradientul peste membrană se disipează atunci când lumina se stinge? Ce se întâmplă cu rata producției de ATP? Când se oprește producția de ATP și de ce?
  • Ce ar limita „dimensiunea” H+ gradient pe care l-ar putea produce bacteriorodopsina?
  • Ce s-ar întâmpla dacă moleculele de bacteriorodopsină ar fi orientate aleatoriu în interiorul membranei?
  • Ce este fotoizomerizarea? Este aceasta o reacție reversibilă sau ireversibilă?
  • Indicați modul în care hidroliza ATP sau atingerea H+ gradientul ar putea duce la mișcarea celulelor.

Chemoautotrof

Chemoautotrofele sunt celule care își creează propria energie și materiale biologice din substanțe chimice anorganice.

În natură, „autotrofii” sunt organisme care nu au nevoie să mănânce, deoarece își produc propriile lor materiale biologice și energie. Acest termen provine din grecescul „auto” pentru „sine” și „trof” pentru „a mânca” sau „a hrăni”.

Autotrofele formează baza tuturor lanțurilor alimentare: sunt organismele care creează zaharuri, proteine, lipide și alte materiale pentru viață. Toate celelalte organisme supraviețuiesc consumând autotrofe sau alte organisme care sunt hrănite de lanțul trofic al autotrofelor.

Cele două tipuri majore de autotrofe sunt chemoautotrofele și fotoautotrofele. Fotoautotrofii folosesc energia din lumina soarelui pentru a-și produce materialele biologice. Acestea includ plante verzi și alge fotosintetizante.

Această diagramă poate fi utilă pentru a determina dacă un organism este un autotrof și, dacă da, de ce fel este:

Chimioautotrofele, pe de altă parte, obțin energie pentru funcțiile lor de viață din substanțe chimice anorganice. Se hrănesc cu substanțe chimice care sunt buni donatori de electroni, precum hidrogen sulfurat, sulf sau fier.

La fel ca toți autotrofii, chemoautotrofii sunt capabili să „fixeze” carbonul. Aceștia iau atomi de carbon din compuși anorganici, cum ar fi dioxidul de carbon, și îl utilizează pentru a produce compuși organici precum zaharuri, proteine ​​și lipide.


Exemple de fototropism

Floarea-soarelui

Un exemplu de plantă care este foarte fototrofă este floarea-soarelui (Helianthus annus).

Nu numai că floarea-soarelui crește spre soare, dar poate fi văzută vizibil să urmărească mișcările soarelui de la est la vest pe tot parcursul zilei. Noaptea, capetele se întorc din vest în est în așteptarea răsăritului de a doua zi.

Oamenii de știință au descoperit că floarea-soarelui are nevoie de mai multă lumină pentru creștere și supraviețuire, precum și fructificare și înflorire, decât majoritatea celorlalte plante cu flori. Această constatare este un motiv probabil al activității zilnice de urmărire solară.

Ciuperci Pilobolus

Ciupercile din genul Pilobolus sunt saprobic hranitoare, adică se hrănesc din materiale organice nevii sau în descompunere.

În cazul speciei Pilobolus crystallinus (cunoscută în mod obișnuit ca „ciuperca aruncătorului de pălării”), supraviețuiesc mâncând fecalele erbivorelor care pășesc.

Pentru a avea acces la fecale, P.crystallinus folosește o tehnică de propulsie explozivă, prin care sporii sunt împușcați din sporangiofor în aer și atașați-vă de vegetație. Când animalele care pasc mănâncă vegetația, sporii trec prin sistemul digestiv al animalului și ajung în fecale.

P.crystallinus folosește fototropismul astfel încât sporii lor să fie direcționați către un spațiu luminos în care este posibil să existe un decalaj în iarbă, astfel încât să aibă șanse mai mari de dispersare. Animalele nu mănâncă de obicei lângă balegă, așa că trebuie să-și împrăștie sporii departe de balega pe care se află miceliu au crescut pentru a le crește șansele de a fi consumați.


Imaginea arată Pilobolus crystallinus crescând pe o bucată de balegă. Sporangioforii indică toți într-o singură direcție, determinată de sursa de lumină.


Expozițiile științifice sunt o modalitate excelentă de a învăța diferite concepte vizionând multe proiecte la un moment dat și se pot întâlni cu inventatorii acelui proiect. Acestea oferă o platformă pentru a împărtăși experimentelor / proiectelor / invențiilor cu oamenii și, de asemenea, pentru a primi feedback.

Învățarea despre conceptele științifice va fi foarte plictisitoare dacă învățăm doar conceptele și nu le realizăm sau le folosim în realitate. Se poate crește de zece ori învățarea făcând lucruri, folosind diferite materiale, jucându-se cu ele și văzând minunile pe care le puteți face.

Iată câteva dintre cele mai populare experimente de proiecte de biologie care sunt publicate pe portalul Pakistan Science Club https://paksc.org/pk/science-experiments/biology-experiments/

Cele mai bune proiecte de biologie # 7 Biocombustibil (biogaz, metan) din deșeuri

Biogazul este compus în principal din metan (CH4), este produs din descompunerea materiei organice de către bacterii în absența oxigenului, un proces numit descompunere anaerobă. Bacteriile care pot supraviețui fără oxigen se numesc bacterii anaerobe. Când finalizați activitatea, veți produce propriul biocombustibil și îl veți studia.

Cele mai bune proiecte de biologie # 6. Plantele cresc spre lumină

Acest proiect investighează o proprietate a plantelor cunoscută sub numele de fototropism: adică capacitatea lor de a crește către surse de lumină oriunde s-ar afla. S-ar putea să fiți surprinși de cât de inteligente pot fi aceste plante, chiar și fără creier.

Cele mai bune proiecte de biologie # 5. Osmoză: experiment cu cartofi

Osmoza este procesul prin care soluțiile de diferite concentrații se deplasează pe membranele semipermeabile din regiunea de concentrație mai mică în cea de concentrație mai mare. Presiunea osmotică este forța cu care moleculele se deplasează din zona concentrației sale mai mari în cea a concentrației sale inferioare.

Cele mai bune proiecte de biologie # 4. Proiectul științei modelului pulmonar

Construiți-vă propriul proiect științific al modelului pulmonar

În acest proiect științific al modelului pulmonar, paiele reprezintă traheea și tuburile bronșice, baloanele reprezintă plămânii, sticla este pieptul dvs., iar foaia de plastic este diafragma - o foaie de mușchi sub piept. Când inspirați sau inspirați, diafragma se contractă și se deplasează în jos, creând mai mult spațiu în piept pentru ca plămânii să se umple cu aer. Când expiri (expiră), diafragma se relaxează înapoi. Spațiul din piept se micșorează, forțând aerul să iasă din plămâni.

Cele mai bune proiecte de biologie # 3. Cum se face contorul de impulsuri

Dilatarea ritmică a arterelor produsă atunci când sângele este pompat spre exterior prin contracții regulate ale inimii, mai ales ca palpate la încheietura mâinii sau la gât. Pulsul este de obicei simțit chiar în interiorul încheieturii mâinii sub degetul mare, plasând ușor două sau trei degete pe artera radială.

Cele mai bune proiecte de biologie # 2. Extracția ADN-ului din banane

La fel ca noi, plantele de banane au gene și ADN în celulele lor și, la fel ca noi, ADN-ul lor determină trăsăturile lor. Folosind doar ochii noștri, nu am putut vedea o singură celulă sau ADN-ul din interior. Cu toate acestea, dacă eliminăm ADN-ul din milioane de celule, îl vom putea vizualiza fără microscop. Asta vom face astăzi!

Cele mai bune proiecte de biologie # 1. Model de lucru al inimii

Vezi si

Expoziția Top 10 cele mai bune proiecte chimice de știință

Proiectele de expoziții științifice axate pe chimie sunt modalități prin care elevii de orice vârstă își pot prezenta învățarea științifică. Cu un proiect de expoziție știință chimică, elevii învață și văd procesele chimice din lumea reală, în timp ce învață, de asemenea, cum să înregistreze rezultatele experimentelor și să le prezinte publicului.

Top 10 proiecte inovatoare de fizică pentru știință Expoziția clasa 10-12

Top 10 proiecte inovatoare de fizică pentru științe Expoziția clasa 10-12: Realizarea modelului de lucru pentru fizică și proiecte pentru târgul științific sau expoziția științifică, categoria Fizică are prea multe opțiuni pentru a face proiecte interesante premiate decât biologia și chimia

Top 7 Modelul de lucru al energiei eoliene al proiectului Fair Science

Top 7 Modelul de lucru al energiei eoliene „Energie regenerabilă” al proiectului Târgului de Știință: Modelul de lucru „turbina eoliană” și planul de construcție pentru elevii de liceu și gimnaziu. Aceste proiecte pot fi realizate de elevii claselor 4, 5, 6, 7, 8, 9.


Fototrofie

Abilitatea de a recolta lumina și de a o transforma în energie chimică reprezintă una dintre cele mai elegante și complexe inovații biologice de până acum - și în special a conectat biologia direct la sursa primară de energie pentru Pământ, și anume soarele (Sleep and Bird, 2008). Fototrofii convertesc energia luminii în energie chimică folosind fie centre de reacție fotochimice (RC) care conțin (bacterio) clorofile, fie rodopsine. Rodopsinele (proteine ​​care leagă retina: bacteriorodopsină, proteorodopsină și xanthorodopsină) sunt implicate în conversia luminii-energie prin transducția directă a fotonilor în forța motrice a protonului, dar nu mediază reacțiile de transfer al electronilor. În timpul fotosintezei, sunt necesari atât electroni, cât și ATP. Prin urmare, organismele care conțin rodopsine pot produce ATP folosind lumina (fototrofie), dar nu pot efectua fotosinteza (Bryant și Frigaard, 2006). Capacitatea genetică de a produce rodopsine este larg răspândită în mediile marine (Venter și colab., 2004) și apare în genomurile diverselor procariote, precum și în mai multe organisme multicelulare (adică ciuperci, alge verzi), deși funcțiile exacte nu sunt întotdeauna cunoscute (Bryant și Frigaard, 2006). Indiferent de funcție, fototrofia care folosește rodopsine pare a fi o trăsătură care poate fi ușor transferată orizontal, deoarece necesită achiziționarea a doar două gene, bacteriorodopsină și β-caroten oxigenază, dacă un organism poate sintetiza deja pigmentul comun β-caroten.

Spre deosebire de fototrofia pe bază de rodopsină, fototrofia pe bază de clorofilă (clorofototrofia) probabil nu a fost răspândită la fel de promiscu prin transferul de gene orizontal, deși există dovezi excelente că Gemmatimonas aurantiaca T-27 a dobândit un grup de gene de fotosinteză intactă de la o bacterie purpurie de sulf (Zeng și colab., 2014). Acest lucru se datorează probabil parțial numărului de gene necesare pentru asamblarea fotosistemelor mai complexe, dar și mai eficiente pe bază de clorofilă. Toate organismele clorofotrofe folosesc RC fotochimice care conțin (bacterio) clorofile (BChls sau Chls) pentru a capta energia solară și a o transforma în energie chimică (Bryant și Frigaard, 2006 Gomez Maqueo Chew și Bryant, 2007). Procariotele fotosintetice se găsesc în prezent în șapte filuri bacteriene (Acidobacterii, Chlorobi, Cloroflexi, Cianobacterii, Gemmatimonadetes, Proteobacterii și Firmicute) (Fig. 2).

Arborele ARNr 16S care evidențiază linii cu membri clorofotrofici. Ramurile verzi reprezintă filuri care conțin clorofototrofe. Donatorii de electroni pentru creșterea fotosintetică sunt indicați prin cercuri umplute.


Materiale și metode

Prelevarea de probe

Treisprezece lacuri de stepă din regiunea Transbaikal, Siberia de Est, Rusia (vezi Tabelul 1), au fost prelevate în timpul unei expediții în august și septembrie 2008. Probele din opt lacuri din Uzbekistan (Asia Centrală) și două lacuri din Crimeea, Ucraina (vezi Tabelul 1) 1), au fost prelevate în august și septembrie 2009. Probele de apă au fost colectate din zona planctonică complet oxică la aproximativ 0,2 m adâncime. PH-ul a fost înregistrat folosind pH-metrul portabil HANNA și temperatura utilizând un termometru digital VWR. Compoziția chimică a apei și salinitatea (mineralizarea totală) a fost determinată prin cromatografie anionică. Alcalinitatea totală a fost determinată prin titrare cu 0,05 N HCI. Probele pentru microscopie în infraroșu au fost colectate în eprubete sterile din plastic, fixate cu 2% formaldehidă și depozitate la 4 ° C. Probele pentru fluorometrie în infraroșu au fost prelucrate imediat.

Caracteristicile generale ale lacurilor studiate

Lac Regiune Latitudine (N) Longitudine (E) Adâncime (m) Suprafață (km 2)
Alvakhon Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ & lt0.5 0.02
Babye Transbaikal 50°18.0′ 116°23.1′ & lt0.5 0.38
Borzinskoe Transbaikal 50°15.1′ 116°16.8′ & lt0.5 0.84
Doroninskoe Transbaikal 51°14.4′ 112°14.4′ 6.5 5.10
Gorbunka Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ & lt0.5 0.01
Chep-Check 2 Transbaikal 51°15.2′ 112°16.3′ 1.25 0.18
Chep-Check 3 Transbaikal 51°14.7′ 112°15.6′ 1.0 0.17
Khilganta Transbaikal 50°42.5′ 115°06.1′ & lt0.5 0.13
Torom Transbaikal 51°15.6′ 112°16.4′ 1.8 1.75
Tsagan-Nur Transbaikal 50°13.2′ 116°15.7′ & lt0.5 1.43
Zanday Transbaikal 50°03.3′ 116°03.4′ & lt0.5 0.74
Zun-Kholvo Transbaikal 50°43.2′ 115°08.3′ & lt0.5 0.85
Zun-Torey Transbaikal 50°06.4′ 115°41.6′ 6.5 220
Sud-Vest Uzbekistan 44°30.2′ 58°13.9′ 41 ∼3300
Marea Aral
Ashat Uzbekistan 41°18.4′ 60°20.7′ 2 3.25
Atakhara Uzbekistan 41°21.0′ 60°26.7′ 2 0.28
Aydar Uzbekistan 40°51.5′ 66°46.7′ 10 ∼3000
Laguna Aydar Uzbekistan 40°51.4′ 66°46.7′ 1.5 0.11
Porc Uzbekistan 41°24.8′ 60°23.3′ 20 1.28
Shor-shor Uzbekistan 41°17.6′ 60°27.1′ 3 0.50
Sudocheskoe Uzbekistan 43°35.2′ 58°32.6′ 5 496
Laguna Crimeea Crimeea 45°12.2′ 33°24.6′ 2 1.99
Staroe Crimeea 45°58.4′ 33°45.9′ ND 6.95
Lac Regiune Latitudine (N) Longitudine (E) Adâncime (m) Suprafață (km 2)
Alvakhon Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ & lt0.5 0.02
Babye Transbaikal 50°18.0′ 116°23.1′ & lt0.5 0.38
Borzinskoe Transbaikal 50°15.1′ 116°16.8′ & lt0.5 0.84
Doroninskoe Transbaikal 51°14.4′ 112°14.4′ 6.5 5.10
Gorbunka Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ & lt0.5 0.01
Chep-Check 2 Transbaikal 51°15.2′ 112°16.3′ 1.25 0.18
Chep-Check 3 Transbaikal 51°14.7′ 112°15.6′ 1.0 0.17
Khilganta Transbaikal 50°42.5′ 115°06.1′ & lt0.5 0.13
Torom Transbaikal 51°15.6′ 112°16.4′ 1.8 1.75
Tsagan-Nur Transbaikal 50°13.2′ 116°15.7′ & lt0.5 1.43
Zanday Transbaikal 50°03.3′ 116°03.4′ & lt0.5 0.74
Zun-Kholvo Transbaikal 50°43.2′ 115°08.3′ & lt0.5 0.85
Zun-Torey Transbaikal 50°06.4′ 115°41.6′ 6.5 220
Sud-Vest Uzbekistan 44°30.2′ 58°13.9′ 41 ∼3300
Marea Aral
Ashat Uzbekistan 41°18.4′ 60°20.7′ 2 3.25
Atakhara Uzbekistan 41°21.0′ 60°26.7′ 2 0.28
Aydar Uzbekistan 40°51.5′ 66°46.7′ 10 ∼3000
Laguna Aydar Uzbekistan 40°51.4′ 66°46.7′ 1.5 0.11
Porc Uzbekistan 41°24.8′ 60°23.3′ 20 1.28
Shor-shor Uzbekistan 41°17.6′ 60°27.1′ 3 0.50
Sudocheskoe Uzbekistan 43°35.2′ 58°32.6′ 5 496
Laguna Crimeea Crimeea 45°12.2′ 33°24.6′ 2 1.99
Staroe Crimeea 45°58.4′ 33°45.9′ ND 6.95

Din cauza evaporării puternice, unele lacuri variază considerabil ca adâncime și dimensiune. Valorile raportate reprezintă starea lacurilor la momentul eșantionării în august și septembrie 2008 și septembrie 2009.


6.3 Transformări de energie

6.3.1 Fosforilarea oxidativă

În fosforilarea oxidativă, electronii eliminați din moleculele organice sunt transferați în oxigen și energia eliberată este utilizată pentru a produce ATP. Acest lucru se face în eucariote de o serie de proteine ​​din membranele mitocondriilor numite lanț de transport al electronilor. În procariote, aceste proteine ​​se găsesc în membrana interioară a celulei. Aceste proteine ​​folosesc energia eliberată de electronii care trec de la molecule reduse precum NADH pe oxigen pentru a pompa protoni peste o membrană.

Pomparea protonilor din mitocondrii creează o diferență de concentrație a protonilor pe membrană și generează un gradient electrochimic. Această forță conduce protonii înapoi în mitocondriune prin baza unei enzime numită ATP sintază. Fluxul de protoni face ca subunitatea tulpinii să se rotească, determinând schimbarea formei site-ului activ al domeniului sintazei și fosforilarea adenozin difosfatului - transformându-l în ATP.

6.3.2 Energia din compuși anorganici

Chimiolitotrofia este un tip de metabolism care se găsește în procariote în care energia este obținută din oxidarea compușilor anorganici. Aceste organisme pot folosi hidrogen, compuși cu sulf redus (cum ar fi sulfura, hidrogenul sulfurat și tiosulfatul), fierul feros (FeII) sau amoniacul ca surse de putere reducătoare și câștigă energie din oxidarea acestor compuși cu acceptori de electroni precum oxigenul sau nitritul . Aceste procese microbiene sunt importante în ciclurile biogeochimice globale, cum ar fi acetogeneza, nitrificarea și denitrificarea și sunt critice pentru fertilitatea solului.

6.3.3 Energia din lumină

Energia din lumina soarelui este capturată de plante, cianobacterii, bacterii purpurii, bacterii cu sulf verde și unii protiști. Acest proces este adesea cuplat cu conversia dioxidului de carbon în compuși organici, ca parte a fotosintezei, care este discutată mai jos. Sistemele de captare a energiei și de fixare a carbonului pot funcționa însă separat în procariote, deoarece bacteriile purpurii și bacteriile cu sulf verde pot folosi lumina soarelui ca sursă de energie, în timp ce comută între fixarea carbonului și fermentarea compușilor organici.

În multe organisme, captarea energiei solare este similară în principiu cu fosforilarea oxidativă, deoarece implică stocarea energiei ca gradient de concentrație a protonilor. Această forță motivantă a protonului conduce apoi la sinteza ATP Electronii necesari pentru a conduce acest lanț de transport de electroni provin din proteine ​​de colectare a luminii numite centre de reacție fotosintetice. Centrele de reacție sunt clasificate în două tipuri, în funcție de natura pigmentului fotosintetic prezent, majoritatea bacteriilor fotosintetice având un singur tip, în timp ce plantele și cianobacteriile au două.

La plante, alge și cianobacterii, fotosistemul II folosește energia luminii pentru a îndepărta electronii din apă, eliberând oxigenul ca produs rezidual. Electronii curg apoi către complexul citocrom b6f, care își folosește energia pentru a pompa protoni peste membrana tilacoidă din cloroplast. Acești protoni se mișcă înapoi prin membrană în timp ce conduc ATP-sintaza, ca înainte. Electronii curg apoi prin fotosistemul I și pot fi folosiți pentru a reduce coenzima NADP +. Aceste cooenzime pot fi utilizate în ciclul Calvin, care este discutat mai jos, sau reciclate pentru o generație ulterioară de ATP.

6.3.4 Anabolism

Anabolismul este ansamblul proceselor metabolice constructive în care energia eliberată de catabolism este utilizată pentru a sintetiza molecule complexe. În general, moleculele complexe care alcătuiesc structurile celulare sunt construite pas cu pas din precursori mici și simpli. Anabolismul implică trei etape de bază. În primul rând, producerea de precursori precum aminoacizi, monozaharide, izoprenoizi și nucleotide, în al doilea rând, activarea lor în forme reactive folosind energia din ATP și, în al treilea rând, asamblarea acestor precursori în molecule complexe, cum ar fi proteine, polizaharide, lipide și acizi nucleici. .

Anabolismul din organisme poate fi diferit în funcție de sursa moleculelor construite din celulele lor. Autotrofele, cum ar fi plantele, pot construi moleculele organice complexe din celule, cum ar fi polizaharidele și proteinele, din molecule simple, cum ar fi dioxidul de carbon și apa. Heterotrofii, pe de altă parte, necesită o sursă de substanțe mai complexe, cum ar fi monozaharidele și aminoacizii, pentru a produce aceste molecule complexe. Organismele pot fi clasificate în continuare în funcție de sursa finală a energiei lor: fotoautotrofii și fotoheterotrofii obțin energie din lumină, în timp ce chemoautotrofii și chemoheterotrofii obțin energie din reacțiile de oxidare anorganică.

6.3.5 Fixarea carbonului

Fotosinteza este sinteza glucidelor din lumina soarelui și a dioxidului de carbon (CO2). La plante, cianobacterii și alge, fotosinteza oxigenică împarte apa, oxigenul fiind produs ca deșeu. Acest proces folosește ATP și NADPH produse de centrele de reacție fotosintetice, așa cum este descris mai sus, pentru a converti CO2 în glicerat 3-fosfat, care poate fi apoi transformat în glucoză. Această reacție de fixare a carbonului este efectuată de enzima RuBisCO ca parte a ciclului Calvin. Trei tipuri de fotosinteză apar la plante, fixarea carbonului C3, fixarea carbonului C4 și fotosinteza CAM. Acestea diferă prin calea pe care dioxidul de carbon o ia ciclului Calvin, plantele C3 fixând CO2 direct, în timp ce fotosinteza C4 și CAM încorporează CO2 mai întâi în alți compuși, ca adaptări pentru a face față razelor solare intense și condițiilor uscate.

În procariotele fotosintetice mecanismele de fixare a carbonului sunt mai diverse. Aici, dioxidul de carbon poate fi fixat prin ciclul Calvin, un ciclu inversat al acidului citric sau carboxilarea acetil-CoA. Chimiautotrofele procariote fixează, de asemenea, CO2 prin ciclul Calvin, dar folosiți energia din compuși anorganici pentru a conduce reacția.

6.3.6 Carbohidrați și glicani

În anabolismul glucidic, acizii organici simpli pot fi transformați în monozaharide, cum ar fi glucoza, și apoi utilizați pentru asamblarea polizaharidelor, cum ar fi amidonul. Generarea de glucoză din compuși precum piruvat, lactat, glicerol, glicerat 3-fosfat și aminoacizi se numește gluconeogeneză. Gluconeogeneza transformă piruvatul în glucoză-6-fosfat printr-o serie de intermediari, dintre care mulți sunt împărțiți cu glicoliza. Cu toate acestea, această cale nu este pur și simplu glicoliză inversă, deoarece mai multe etape sunt catalizate de enzimele non-glicolitice. Acest lucru este important deoarece permite formarea și descompunerea glucozei să fie reglate separat și împiedică ambele căi să ruleze simultan într-un ciclu inutil.

Deși grăsimea este un mod obișnuit de stocare a energiei, la vertebrate, cum ar fi oamenii, acizii grași din aceste depozite nu pot fi transformați în glucoză prin gluconeogeneză, deoarece aceste organisme nu pot converti acetil-CoA în plante piruvate, dar animalele nu au enzimaticele necesare. utilaje. Drept urmare, după înfometarea pe termen lung, vertebratele trebuie să producă corpuri cetonice din acizi grași pentru a înlocui glucoza din țesuturi precum creierul care nu poate metaboliza acizii grași. În alte organisme, cum ar fi plantele și bacteriile, această problemă metabolică este rezolvată utilizând ciclul glioxilat, care ocolește etapa de decarboxilare în ciclul acidului citric și permite transformarea acetil-CoA în oxaloacetat, unde poate fi utilizat pentru producerea de glucoză . În afară de grăsimi, glucoza este stocată în majoritatea țesuturilor, ca resursă energetică disponibilă în țesut prin glicogeneză, care a fost de obicei folosită pentru menținerea nivelului de glucoză în sânge.

Polizaharidele și glicanii sunt obținuți prin adăugarea secvențială a monozaharidelor prin glicoziltransferază de la un donator reactiv de zahăr-fosfat, cum ar fi uridina difosfat glucoză (UDP-Glc), la o grupare hidroxil acceptor pe polizaharida în creștere. Deoarece oricare dintre grupările hidroxil de pe inelul substratului pot fi acceptori, polizaharidele produse pot avea structuri drepte sau ramificate. Polizaharidele produse pot avea ele însele funcții structurale sau metabolice sau pot fi transferate în lipide și proteine ​​de către enzime numite oligozahariltransferaze.

6.3.7 Acizi grași, izoprenoizi și sterol

S-a prezentat o versiune simplificată a căii de sinteză a steroizilor cu intermediari izopentenil pirofosfat (IPP), dimetilalil pirofosfat, geranil pirofosfat (GPP) și squalen. Unii intermediari sunt omiși pentru claritate. Acizii grași sunt produși de sintaze de acizi grași care polimerizează și apoi reduc unitățile de acetil-CoA. Lanțurile acilice din acizii grași sunt extinse printr-un ciclu de reacții care adaugă gruparea acil, o reduc la alcool, o deshidratează la o grupare alchenă și apoi o reduc din nou la o grupare alcanică. Enzimele biosintezei acizilor grași sunt împărțite în două grupe: la animale și ciuperci, toate aceste reacții ale sintazei acizilor grași sunt efectuate de o singură proteină multifuncțională de tip I, în timp ce în plante plastidele și bacteriile enzimele de tip II separate efectuează fiecare etapă a căii .

Terpenele și izoprenoizii sunt o clasă mare de lipide care includ carotenoizii și formează cea mai mare clasă de produse naturale vegetale. Acești compuși sunt realizați prin asamblarea și modificarea unităților de izopren donate din precursorii reactivi izopentenil pirofosfat și dimetilalil pirofosfat. Acești precursori pot fi realizați în moduri diferite. La animale și arhee, calea mevalonatului produce acești compuși din acetil-CoA, în timp ce la plante și bacterii calea non-mevalonat folosește piruvat și gliceraldehidă 3-fosfat ca substraturi. O reacție importantă care utilizează acești donatori de izopren activă este biosinteza sterolului. Aici, unitățile de izopren sunt unite împreună pentru a face squalen și apoi pliate și formate într-un set de inele pentru a face lanosterol. Lanosterolul poate fi apoi transformat în alt sterol, cum ar fi colesterolul și ergosterolul.

6.3.8 Proteine

Organismele variază prin capacitatea lor de a sintetiza cei 20 de aminoacizi comuni. Majoritatea bacteriilor și plantelor pot sintetiza pe toți cei douăzeci, dar mamiferele pot sintetiza doar unsprezece aminoacizi neesențiali, astfel încât nouă aminoacizi esențiali trebuie să fie obținuți din alimente. Unii paraziți simpli, cum ar fi bacteriile Mycoplasma pneumoniae, nu au toată sinteza aminoacizilor și își iau aminoacizii direct de la gazde. Toți aminoacizii sunt sintetizați din intermediari în glicoliză, ciclul acidului citric sau calea pentozei fosfat. Azotul este furnizat de glutamat și glutamină. Nonessensial amino acid synthesis depends on the formation of the appropriate alpha-keto acid, which is then transaminated to form an amino acid.

Amino acids are made into proteins by being joined together in a chain of peptide bonds. Each different protein has a unique sequence of amino acid residues: this is its primary structure. Just as the letters of the alphabet can be combined to form an almost endless variety of words, amino acids can be linked in varying sequences to form a huge variety of proteins. Proteins are made from amino acids that have been activated by attachment to a transfer RNA molecule through an ester bond. This aminoacyl-tRNA precursor is produced in an ATP-dependent reaction carried out by an aminoacyl tRNA synthetase. This aminoacyl-tRNA is then a substrate for the ribosome, which joins the amino acid onto the elongating protein chain, using the sequence information in a messenger RNA.

6.3.9 Nucleotide Synthesis And Salvage

Nucleotides are made from amino acids, carbon dioxide and formic acid in pathways that require large amounts of metabolic energy. Consequently, most organisms have efficient systems to salvage preformed nucleotides. Purines are synthesized as nucleosides (bases attached to ribose). Both adenine and guanine are made from the precursor nucleoside inosine monophosphate, which is synthesized using atoms from the amino acids glycine, glutamine, and aspartic acid, as well as formate transferred from the coenzyme tetrahydrofolate. Pyrimidines, on the other hand, are synthesized from the base orotate, which is formed from glutamine and aspartate.


Chemotrophs

Whereas photoautotrophs obtain their energy from the sun, chemotrophs do not need the sun and thus obtain their energy from various molecules available in their environment.

Chemotrophs are divided into two groups including chemoorganotrophs (use organic molecules as a source of energy) and chemolithotrophs that use inorganic molecules. Here, we shall focus on chemolithotrophs given that they do not use organic molecules to produce energy.

These organisms are also known as lithotrophs and include various bacteria including the nitrifying bacteria and bacteria found in tube worms in deep sea levels. While these organisms live in environments where there is no sunlight, there is sufficient inorganic material for biosynthesis.

Essentially, biosynthesis involves the oxidation of the inorganic material. Here, chemolithotrophs (cells) take in the electron donor (iron, elemental sulfur and hydrogen sulfide etc) which are then oxidized to produce energy.

For instance, the oxidation of hydrogen sulfide produces electrons that are transported through the electron transport chain for oxidative phospholyration that produces ATP energy. The chemical energy in form of ATP is then used in biosynthesis to fix carbon in order to produce organic compounds.

* This process is different from photosynthesis where autotrophs are able to produce their own energy by using energy from the sun (sunlight). Because chemolithotrophs do not have access to sunlight, they have to rely on inorganic material in their environment.


  • Important concepts are simplified for better understanding
  • Learning made fun with illustrations and diagrams
  • Serve as an assisted learning tool

The Plus Two Arabic Simple Notes & study material will help students in their studies from the beginning of the academic session to last-minute preparation. Also, students need to be consistent with their studies and practice different problems to perform outstandingly in the SCERT exam. Stay tuned to get the latest update on Plus Two Upcoming exams.


Enjoyable Learning of Middle School Subjects

Middle school learning is brought to life with these enjoyable quizzes. Grade 6, Grade 7 and Grade 8 subjects have never been so much fun! Here is why our quizzes are highly regarded by students of your age:

  1. Interactive quizzes are more enjoyable than text books so you will find that you are happy to study for longer periods
  2. The quizzes break-up the school subjects into bite-sized portions so you will learn without confusion
  3. The teachers who write the quizzes understand the problem areas and provide comments after each question to help you remember the key points
  4. In the age of computers, iphones and ipads, the quizzes are the easiest, quickest and most fun way for you to learn a subject.

So Much to Do and so Little Time!

We realize that between the ages of 11 and 14 you have a lot on your plate. When it comes to school, there seems to be no end to the amount of stuff you're expected to understand and - worse - remember! For starters, you are going to need to learn a lot of new words like "homework review", "test prep review" and most dreaded of all "common core state standards"!

Our schoolwork quizzes will help you remember what you are learning at school, since a lot of what we might call the 'quiz-effect' is, by all accounts, automatic. That is to say, take regular quizzes in any subject, even one you dislike, and you'll find yourself remembering facts and formulas, by default. Every quiz you take reinforces your understanding and your memory of the subject, and improves your chances of doing well on subsequent tests and quizzes. This, in turn, increases your confidence until - miraculously - that subject you once hated is now almost tolerable! After all, who can dislike a 10 out of 10 score?

Play just a handful of quizzes a day and you will be amazed at your progress.

Support from Friends and Family

One excellent way to use the quizzes is to organize friendly competitions with your friends and family to see who can get the highest score! Quizzes bring in a fun and exciting element, while also helping you in your educational journey through school. In addition, our middle school subjects will help you with test and exam prep. When you find you are beating Mom and Dad, you’ll know you are doing well!

Professionally Written Material

All our Grade 6,7 and 8 quizzes are designed and written by experienced teachers and all follow the subject guidelines of the Common Core Curriculum, making them teacher, parent and student friendly. Each quiz is accompanied by an introduction and questions are followed by helpful comments, which should serve to clarify points of confusion and help with the recall of correct answers.

Our teachers understand how easy it is to get distracted so you’ll find a few questions/answers that make you laugh, a few that make you think and a few others that seem nearly unbelievable. All of which makes Math, Science and English Language Arts less like a chore and more like a pleasant pastime!

All for $12.50 Per Month

You can subscribe here for a monthly cost of only $12.50 and that will give you access to the entire site. You will be able to quiz yourself on topics you've looked at recently, those you studied some time ago, and even those you've yet to do at school. We record for you the dates you take the quizzes, as well as the scores you achieve each time, making it easy for you to keep track of your progress and to share the signs of improvement with parents and teachers. Each section has a ‘free to play’ quiz so you can try before you buy. In addition, if you do sign up and are not entirely satisfied, you can cancel at any time, even during the first month.