ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Vielmaiņa energija un enzimi

•
•
B
biologija_11klase
1 of 45
Vielmaiņa: enerģija un enzīmi
Augiem ir nepieciešama enerģija? Bet tie taču nespēj skriet!
Enerģija • Ir nepieciešama visiem dzīvajiem organismiem, lai spētu: – Augt; – Vairoties; – Attīstīties; – Lai notiktu vielmaiņa; – U.t.t.
Bet kas ir pati enerģija? • Tā ir spēja veikt darbu! • Tā izpaužas: kinētiskajā un potenciālajā enerģijā • Kinētiskā – kustībā esošajam, potenciālā – uzkrātā ; • Summa starp kinētisko un potenciālo noteiktam ķermenim ir vienmēr vienāda
Dzīvajos organismos svarīgākā ir potenciālā enerģija
Divi termodinamikas likumi • 1. likums jeb enerģijas nezūdamības likums, nosaka, ka enerģiju nevar radīt un iznīcināt, bet tā var pārvērsties no viena veida citā;
• Kas notiek, ja tvaika lokomotīvi kurina ar oglēm? • Vispirms ar ogļu ķīmiskā enerģija pārvēršas siltumenerģijā, bet pēc tam siltumenerģija pārvēršas tvaika dzinēja mehāniskajā enerģija • Šeit ir daudz enerģijas zudumu, kas koncentrējas siltumā; • Arī dzīvajos organismos, barība pārvēršas par ATF ķīmiskajā enerģijā, tad potenciālā enerģija pārvēršas muskuļu kontrakcijas mehāniskajā enerģijā
Divi termodinamikas likumi • 2. likums nosaka, ka enerģija nevar pārvērsties no viena veida citā bez enerģijas zudumiem; • Piemēram, tikai 25% enerģijas no benzīna tiek izmantota automašīnas kustībā, pārējā izdalās siltuma veidā.
Entropija • Sinonīms ir «nekārtība» • Organizētai enerģijai ir maza entropija, bet neorganizētā, mazāk stabila enerģija, piemēram, siltumam ir liela entropija. • Izolēta sistēma tiecas uz entropiju, tā kā Visums ir izolēts, tad tas kļūst nekārtīgāks, taču Zeme nē, jo nav izolēta.
Entropiju varētu attiecināt uz istabu • Sakārtotai istabai ir lielāka tieksme uz nekārtību! • Organisms nav izolēts un tam nepārtraukti ir jāpievada enerģija barības veidā vai arī gaismas veidā!
Vielmaiņas reakcijas un enerģijas pārvērtības
Vielmaiņa • Jeb metabolisms ir šūnas bioķīmisko reakciju kopums. • A un B reakcijā A + B – C+D ir reaģenti, bet C un D ir galaprodukti. • Kā var uzzināt, vai šai reakcijai bija nepieciešama enerģija? • Balstoties uz entropijas koncepciju, reakcija notiek spontāni, ja tā palielina Visuma entropiju (galaproduktiem ir mazāka lietderīgā enerģija nekā šajā reakcijā iesaistītajiem reaģentiem)
Gibsa brīvā enerģija • Apgalvojums par Visuma entropiju dzīvajos organismos nav noderīgs; • Tāpēc ieviest termins brīvā enerģija; • Gibsa brīvā enerģija ir termodinamiskais potenciāls, kas mēra “lietderīgo” vai procesa uzsākšanai nepieciešamo darbu.
Gibsa brīvā enerģija • Reakcijās, kur galaproduktiem ir mazāka lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas reaģentiem, brīvā enerģija būs negatīva un tā būs eksotermiska reakcija, kurās enerģijas atbrīvojas; • Piemēram, ledus kušana, olu cepšana,
Gibsa brīvā enerģija • Reakcijās, kur galaproduktiem ir lielāka lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas reaģentiem, brīvā enerģija būs pozitīva un tā būs endotermiska reakcija, kurā, lai reakcija notiktu nepieciešama enerģija; • Piemēram, ūdens sasaldēšana, dzelzs rūsēšana, proteīnu sintēze, nervu impulsu pārvade, muskuļu kontrakcijas
Saistītās rekcijas • Vai dzīvajos organismos endotermiskas un eksotermiskas rekcijas ir saistītas? • Vai eksotermiskā reakcijā atbrīvoto enerģiju izmantot endotermiskā reakcijā? • Jā, bet ir nepieciešama viena unikāla molekula, kura spētu to darīt bez lieliem enerģijas zudumiem
Vielmaiņa energija un enzimi
Adenozīntrifosfāts – adenozīndifosfāts, adenozīnmonofosfāts • ATF – ADF – AMF • ATF funkcijas: – Ķīmiskais darbs. Piegādā enerģiju makromolekulu sintēzei šūnā; – Transporta darbs. Piegādā enrģiju vielu transportam caur plazmatisko membrānu. – Mehāniskais darbs. Piegādā enerģiju muskuļu kontrakcijām, skropstiņu, viciņu kustībām, hromosomu pārvietošanai u.c.
Adenozīntrifosfāts – adenozīndifosfāts, adenozīnmonofosfāts • Sastāv no: – Adenīna bāzes; Adenozīns – Ribozes – Trīs fosforskābes atlikumiem
Vielmaiņa un enzīmi (fermenti)
Vai organismā notiekošās rekcijas ir saistītas savā starpā? Tas vēl ir maz! Lai tas viss veiksmīgi notiktos ir nepieciešami palīgi – enzīmi (fermenti)
Enzīmi (fermenti) • Vairumā gadījuma tas ir proteīns, kas paātrinot ķīmiskās rekcijas norisi, darbojas kā organisks katalizators. • Enzimātiskās reakcijās reaģentus sauc par noteikta enzīma substrātiem Reaģents, kas reaģē (substrāts)! Galaprodukti Enzīms
Enzīmi pazemina aktivācijas enerģiju • Ja molekulas nav aktivētas, tās nereaģē; • Ja nav enzīma, tad eksperimentāli molekulu aktivāciju var sasniegt sildot molekulas kolbā; • Enerģiju, kas nepieciešama molekulu savstarpējo rekciju uzsākšanai, sauc par aktivācijas enerģiju.
Enzīmi pazemina aktivācijas enerģiju Bez enzīma Enzīma klātbūtnē
Enzīma – substrāta kompleksi Substrāts pievienojas pie aktivācijas centra, atbilsts atslēgas slēdzenes principam
Organismos ir daudz dažādu enzīmu • Katras reakcijas norisei šūnā nepieciešams specifisks enzīms, ar izskaņu – āze apzīmē noteiktā substrāta fermentu;
Enzīma aktivitāti ietekmējošie faktori • Enzimātiskās rekcijas noris diezgan ātri, piemēram ūdeņraža peroksīdu sašķelšanu veicina enzīms katalāze, un šī reakcija notiek 600 000 reizes sekundē. • Ietekmē: – substrāta daudzums; – Temperatūra – pH
Kāpēc līdz ~42 ātrums sasniedz maksimumu un tad strauji samazinās? Kāpēc tieši pie šiem pH lielumiem??
Mērena temperatūra un optimāls pH – piemērotākie apstākļi • Paaugstinoties temperatūrai paaugstinās enzīmu aktivitāte, taču līdz temperatūrai, kad sāk denaturēties enzīms (šeit ir arī bioloģiska jēga, jo ķermeņa temp. Nepārsniedz 43 grādus, tad iestājas nāve)
Mērena temperatūra un optimāls pH – piemērotākie apstākļi • Katram unikālajam enzīmam ir savs substrāts, un atrašanās vide - vieta organismā (attiecīgie audi, šķidrumi), attiecīgais pH. • Pie attiecīgā vides pH arī ir maksimālā enzīma aktivitāte
Enzīmu aktivācija • Fosforilācija • Molekulas, kuras saista membrānas receptori, bieži vien aktivē kināzes, kuras savukārt aktivē enzīmus, fosforilējot tos. • Citi enzīmi, ko sauc par fosfatāzēm, atšķeļ no enzīma molekulām fosfātgrupas. • Šādu procesu novēro, proteīnu sintēzē, šūnu dalīšanās laikā u.c.
Enzīmu inaktivācija • Enzīmu inhibēšana • Konkurējošās inhibēšanas laikā pie enzīma aktīvā centra pievienojas nepareizais substrāts (inhibitors), kas kavē enzīma darbību; • Taču tiek novērota arī nekonkurējošā inhibīcija, kad inhibitors piestiprinās pie allosteriskās vietas
Kofaktoru palīdzība enzīmiem • Daudzu enzīmu pilvērtīgai darbībai nepieciešami neorganiski joni vai organiskas vielas kas nav proteīni, kurus sauc par kofaktoriem, tie palīdz enzīmiem, pievienojot vai atdodot atomus; • Bieži kofermentu sastāvā ir vitamīni, tie ir nepieciešami koenzīmu sintēzei
Kofaktoru palīdzība enzīmiem • Ja organismā kāds no vitamīniem trūkst, tad atbilstošais koferments neveidojas un enzīms nespēj veikt enzimātisko reakciju
Kofaktoru palīdzība enzīmiem
Vielmaiņa un dzīvie organismi
Fotosinēze un aerobā elpošana • Hloroplastos fotosintēzes laikā saules enerģija tiek pārvērsta ogļhidrātu ķīmiskajā enerģijā; • Mitohondrijos aerobajā elpošanā ogļhidrātu enerģija transformējas īslaicīgajā ATF enerģijā; • Šo ATF izmanto dažādu darbu veikšanai, bet galarezultātā tā kļūst par neizmantojamu siltumu, galu galā visa uztvertā saules enerģija pārvēršas siltumā.
Vielmaiņa energija un enzimi
Elektronu transporta sistēma • Gan fotosintēze, gan aerobā elpošana izmanto elektronu transporta sistēmu – ar membrānām saistītu pārnesēju sistēmu, kas pa elektronu ķēdi nodod elektronus no viena pārnesēja uz citu. • Elektroniem ir liela enerģija, tie elektroni kuri pamet ir maza enerģija, katru reizi elektroniem pārejot iegūtā enerģija tiek izmantota ATF sintēzei • Jāatceras red-oks rekcijas
Elektronu transporta sistēma
NADP+ un NAD+ • NADP+ – nikotīnamīdadenozīndinukleodītfosfāts • NAD+ - nikonotīnamīdadenozīndinukleotīds • Ir oksidēšanās/reducēšanās koenzīmi. NADP+ satur fosfātgrupu, kuras nav NAD+ molekulai; • NADPH fotozinēzē atdod H+ un e- , reducējot substrātu. • Mitohodriju elektronu transporta sistēmai elektronus piegādā NAD+ no ogļhidrātu substrātiem. • Sīkāk par šiem procesiem nākamajās tēmās!!
ATF veidošanās • ATF veidošanos sauc par hemiosmozi; • Elektronu transporta sistēma uzkrāj ūdeņraža jonus vienā membrānas pusē. Joniem plūstot elektroķīmiskā gradienta virzienā cauri ATF sintetāzes kompleksam, enzīms izmanto atbrīvoto enerģiju, lai no ADF un P veidotu ATF
Vielmaiņa energija un enzimi
Vielmaiņa energija un enzimi
Vielmaiņa energija un enzimi

More Related Content

Vielmaiņa energija un enzimi

  • 2. Augiem ir nepieciešama enerģija? Bet tie taču nespēj skriet!
  • 3. Enerģija • Ir nepieciešama visiem dzīvajiem organismiem, lai spētu: – Augt; – Vairoties; – Attīstīties; – Lai notiktu vielmaiņa; – U.t.t.
  • 4. Bet kas ir pati enerģija? • Tā ir spēja veikt darbu! • Tā izpaužas: kinētiskajā un potenciālajā enerģijā • Kinētiskā – kustībā esošajam, potenciālā – uzkrātā ; • Summa starp kinētisko un potenciālo noteiktam ķermenim ir vienmēr vienāda
  • 5. Dzīvajos organismos svarīgākā ir potenciālā enerģija
  • 6. Divi termodinamikas likumi • 1. likums jeb enerģijas nezūdamības likums, nosaka, ka enerģiju nevar radīt un iznīcināt, bet tā var pārvērsties no viena veida citā;
  • 7. • Kas notiek, ja tvaika lokomotīvi kurina ar oglēm? • Vispirms ar ogļu ķīmiskā enerģija pārvēršas siltumenerģijā, bet pēc tam siltumenerģija pārvēršas tvaika dzinēja mehāniskajā enerģija • Šeit ir daudz enerģijas zudumu, kas koncentrējas siltumā; • Arī dzīvajos organismos, barība pārvēršas par ATF ķīmiskajā enerģijā, tad potenciālā enerģija pārvēršas muskuļu kontrakcijas mehāniskajā enerģijā
  • 8. Divi termodinamikas likumi • 2. likums nosaka, ka enerģija nevar pārvērsties no viena veida citā bez enerģijas zudumiem; • Piemēram, tikai 25% enerģijas no benzīna tiek izmantota automašīnas kustībā, pārējā izdalās siltuma veidā.
  • 9. Entropija • Sinonīms ir «nekārtība» • Organizētai enerģijai ir maza entropija, bet neorganizētā, mazāk stabila enerģija, piemēram, siltumam ir liela entropija. • Izolēta sistēma tiecas uz entropiju, tā kā Visums ir izolēts, tad tas kļūst nekārtīgāks, taču Zeme nē, jo nav izolēta.
  • 10. Entropiju varētu attiecināt uz istabu • Sakārtotai istabai ir lielāka tieksme uz nekārtību! • Organisms nav izolēts un tam nepārtraukti ir jāpievada enerģija barības veidā vai arī gaismas veidā!
  • 11. Vielmaiņas reakcijas un enerģijas pārvērtības
  • 12. Vielmaiņa • Jeb metabolisms ir šūnas bioķīmisko reakciju kopums. • A un B reakcijā A + B – C+D ir reaģenti, bet C un D ir galaprodukti. • Kā var uzzināt, vai šai reakcijai bija nepieciešama enerģija? • Balstoties uz entropijas koncepciju, reakcija notiek spontāni, ja tā palielina Visuma entropiju (galaproduktiem ir mazāka lietderīgā enerģija nekā šajā reakcijā iesaistītajiem reaģentiem)
  • 13. Gibsa brīvā enerģija • Apgalvojums par Visuma entropiju dzīvajos organismos nav noderīgs; • Tāpēc ieviest termins brīvā enerģija; • Gibsa brīvā enerģija ir termodinamiskais potenciāls, kas mēra “lietderīgo” vai procesa uzsākšanai nepieciešamo darbu.
  • 14. Gibsa brīvā enerģija • Reakcijās, kur galaproduktiem ir mazāka lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas reaģentiem, brīvā enerģija būs negatīva un tā būs eksotermiska reakcija, kurās enerģijas atbrīvojas; • Piemēram, ledus kušana, olu cepšana,
  • 15. Gibsa brīvā enerģija • Reakcijās, kur galaproduktiem ir lielāka lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas reaģentiem, brīvā enerģija būs pozitīva un tā būs endotermiska reakcija, kurā, lai reakcija notiktu nepieciešama enerģija; • Piemēram, ūdens sasaldēšana, dzelzs rūsēšana, proteīnu sintēze, nervu impulsu pārvade, muskuļu kontrakcijas
  • 16. Saistītās rekcijas • Vai dzīvajos organismos endotermiskas un eksotermiskas rekcijas ir saistītas? • Vai eksotermiskā reakcijā atbrīvoto enerģiju izmantot endotermiskā reakcijā? • Jā, bet ir nepieciešama viena unikāla molekula, kura spētu to darīt bez lieliem enerģijas zudumiem
  • 18. Adenozīntrifosfāts – adenozīndifosfāts, adenozīnmonofosfāts • ATF – ADF – AMF • ATF funkcijas: – Ķīmiskais darbs. Piegādā enerģiju makromolekulu sintēzei šūnā; – Transporta darbs. Piegādā enrģiju vielu transportam caur plazmatisko membrānu. – Mehāniskais darbs. Piegādā enerģiju muskuļu kontrakcijām, skropstiņu, viciņu kustībām, hromosomu pārvietošanai u.c.
  • 19. Adenozīntrifosfāts – adenozīndifosfāts, adenozīnmonofosfāts • Sastāv no: – Adenīna bāzes; Adenozīns – Ribozes – Trīs fosforskābes atlikumiem
  • 20. Vielmaiņa un enzīmi (fermenti)
  • 21. Vai organismā notiekošās rekcijas ir saistītas savā starpā? Tas vēl ir maz! Lai tas viss veiksmīgi notiktos ir nepieciešami palīgi – enzīmi (fermenti)
  • 22. Enzīmi (fermenti) • Vairumā gadījuma tas ir proteīns, kas paātrinot ķīmiskās rekcijas norisi, darbojas kā organisks katalizators. • Enzimātiskās reakcijās reaģentus sauc par noteikta enzīma substrātiem Reaģents, kas reaģē (substrāts)! Galaprodukti Enzīms
  • 23. Enzīmi pazemina aktivācijas enerģiju • Ja molekulas nav aktivētas, tās nereaģē; • Ja nav enzīma, tad eksperimentāli molekulu aktivāciju var sasniegt sildot molekulas kolbā; • Enerģiju, kas nepieciešama molekulu savstarpējo rekciju uzsākšanai, sauc par aktivācijas enerģiju.
  • 24. Enzīmi pazemina aktivācijas enerģiju Bez enzīma Enzīma klātbūtnē
  • 25. Enzīma – substrāta kompleksi Substrāts pievienojas pie aktivācijas centra, atbilsts atslēgas slēdzenes principam
  • 26. Organismos ir daudz dažādu enzīmu • Katras reakcijas norisei šūnā nepieciešams specifisks enzīms, ar izskaņu – āze apzīmē noteiktā substrāta fermentu;
  • 27. Enzīma aktivitāti ietekmējošie faktori • Enzimātiskās rekcijas noris diezgan ātri, piemēram ūdeņraža peroksīdu sašķelšanu veicina enzīms katalāze, un šī reakcija notiek 600 000 reizes sekundē. • Ietekmē: – substrāta daudzums; – Temperatūra – pH
  • 28. Kāpēc līdz ~42 ātrums sasniedz maksimumu un tad strauji samazinās? Kāpēc tieši pie šiem pH lielumiem??
  • 29. Mērena temperatūra un optimāls pH – piemērotākie apstākļi • Paaugstinoties temperatūrai paaugstinās enzīmu aktivitāte, taču līdz temperatūrai, kad sāk denaturēties enzīms (šeit ir arī bioloģiska jēga, jo ķermeņa temp. Nepārsniedz 43 grādus, tad iestājas nāve)
  • 30. Mērena temperatūra un optimāls pH – piemērotākie apstākļi • Katram unikālajam enzīmam ir savs substrāts, un atrašanās vide - vieta organismā (attiecīgie audi, šķidrumi), attiecīgais pH. • Pie attiecīgā vides pH arī ir maksimālā enzīma aktivitāte
  • 31. Enzīmu aktivācija • Fosforilācija • Molekulas, kuras saista membrānas receptori, bieži vien aktivē kināzes, kuras savukārt aktivē enzīmus, fosforilējot tos. • Citi enzīmi, ko sauc par fosfatāzēm, atšķeļ no enzīma molekulām fosfātgrupas. • Šādu procesu novēro, proteīnu sintēzē, šūnu dalīšanās laikā u.c.
  • 32. Enzīmu inaktivācija • Enzīmu inhibēšana • Konkurējošās inhibēšanas laikā pie enzīma aktīvā centra pievienojas nepareizais substrāts (inhibitors), kas kavē enzīma darbību; • Taču tiek novērota arī nekonkurējošā inhibīcija, kad inhibitors piestiprinās pie allosteriskās vietas
  • 33. Kofaktoru palīdzība enzīmiem • Daudzu enzīmu pilvērtīgai darbībai nepieciešami neorganiski joni vai organiskas vielas kas nav proteīni, kurus sauc par kofaktoriem, tie palīdz enzīmiem, pievienojot vai atdodot atomus; • Bieži kofermentu sastāvā ir vitamīni, tie ir nepieciešami koenzīmu sintēzei
  • 34. Kofaktoru palīdzība enzīmiem • Ja organismā kāds no vitamīniem trūkst, tad atbilstošais koferments neveidojas un enzīms nespēj veikt enzimātisko reakciju
  • 37. Fotosinēze un aerobā elpošana • Hloroplastos fotosintēzes laikā saules enerģija tiek pārvērsta ogļhidrātu ķīmiskajā enerģijā; • Mitohondrijos aerobajā elpošanā ogļhidrātu enerģija transformējas īslaicīgajā ATF enerģijā; • Šo ATF izmanto dažādu darbu veikšanai, bet galarezultātā tā kļūst par neizmantojamu siltumu, galu galā visa uztvertā saules enerģija pārvēršas siltumā.
  • 39. Elektronu transporta sistēma • Gan fotosintēze, gan aerobā elpošana izmanto elektronu transporta sistēmu – ar membrānām saistītu pārnesēju sistēmu, kas pa elektronu ķēdi nodod elektronus no viena pārnesēja uz citu. • Elektroniem ir liela enerģija, tie elektroni kuri pamet ir maza enerģija, katru reizi elektroniem pārejot iegūtā enerģija tiek izmantota ATF sintēzei • Jāatceras red-oks rekcijas
  • 41. NADP+ un NAD+ • NADP+ – nikotīnamīdadenozīndinukleodītfosfāts • NAD+ - nikonotīnamīdadenozīndinukleotīds • Ir oksidēšanās/reducēšanās koenzīmi. NADP+ satur fosfātgrupu, kuras nav NAD+ molekulai; • NADPH fotozinēzē atdod H+ un e- , reducējot substrātu. • Mitohodriju elektronu transporta sistēmai elektronus piegādā NAD+ no ogļhidrātu substrātiem. • Sīkāk par šiem procesiem nākamajās tēmās!!
  • 42. ATF veidošanās • ATF veidošanos sauc par hemiosmozi; • Elektronu transporta sistēma uzkrāj ūdeņraža jonus vienā membrānas pusē. Joniem plūstot elektroķīmiskā gradienta virzienā cauri ATF sintetāzes kompleksam, enzīms izmanto atbrīvoto enerģiju, lai no ADF un P veidotu ATF