Metabolisme sel

• Produk

Metabolisme sel

Metabolisme adalah seperangkat proses biosintesis dan pemisahan zat organik kompleks dalam sel dan tubuh.

Anabolisme - metabolisme plastik, asimilasi, biosintesis zat organik (zat organik disintesis - protein, lemak, karbohidrat), energi dikeluarkan (ATP dikonsumsi), fotosintesis, kemosintesis, biosintesis protein.

Katabolisme - metabolisme energi, disimilasi, dekomposisi zat organik (zat organik dipecah menjadi CO2 dan H2O, energi dilepaskan dan disimpan dalam bentuk ATP, respirasi sel (metabolisme energi dalam sel)).

Jenis-jenis nutrisi (metode untuk memperoleh energi ATP)

Autotrophs - mampu membuat zat organik dari anorganik.

Ada fototrof (gunakan energi matahari untuk biosintesis, tanaman dan ganggang biru-hijau - cyanobacteria) dan kemotrof (gunakan energi ikatan kimia untuk biosintesis, bakteri belerang, bakteri besi, pengikat nitrogen, nitrifikasi, dan bakteri hidrogen).

Heterotrof - gunakan zat organik siap pakai.

Ada saprotrof (menggunakan zat organik dari mayat atau produk limbah organisme hidup, bakteri saprotrofik, hewan (saprofagi) dan jamur) dan parasit (hidup dengan mengorbankan organisme hidup lainnya, memakan jus, tisu atau makanan yang dicerna, berulang kali tanpa membunuh, secara permanen atau sementara gunakan organisme inang sebagai habitat; bakteri, jamur, tanaman, hewan, dan virus).

Kirilenko A. A. Biologi. Ujian Negara Bersatu. Bagian "Biologi Molekuler". Teori, tugas pelatihan. 2017

Metabolisme (metabolisme) - serangkaian reaksi kimia yang terjadi pada organisme hidup untuk fungsi normalnya.

Metabolisme terdiri dari pemecahan zat (metabolisme energi) dan perakitan zat (metabolisme plastik).

Metabolisme plastik (anabolisme, asimilasi) adalah kombinasi reaksi sintesis yang terjadi dengan konsumsi energi ATP.

Hasil: dari nutrisi yang masuk ke dalam sel, protein, lemak, karbohidrat, yang digunakan untuk membuat sel-sel baru, organ-organ mereka, dan zat antar sel, adalah karakteristik tubuh.

Metabolisme energi (katabolisme, disimilasi) - serangkaian reaksi pembusukan, biasanya terjadi dengan pelepasan energi dalam bentuk panas dan dalam bentuk ATP.

Hasil: zat kompleks terurai menjadi lebih sederhana (diferensiasi) atau oksidasi suatu zat.

Metabolisme ditujukan untuk pelestarian dan reproduksi sistem biologis diri.

Ini termasuk masuknya zat ke dalam tubuh dalam proses nutrisi dan respirasi, metabolisme intraseluler dan pelepasan produk akhir metabolisme.

Metabolisme terkait erat dengan transformasi dari beberapa jenis energi menjadi yang lain. Misalnya, dalam proses fotosintesis, energi cahaya disimpan dalam bentuk ikatan kimiawi molekul organik kompleks, dan dalam proses respirasi, ia dilepaskan dan dikeluarkan untuk sintesis molekul baru, kerja mekanis dan osmotik, dihamburkan dalam bentuk panas, dll.

Enzim adalah katalis biologis yang bersifat protein yang mengendalikan reaksi kimia pada organisme hidup.

Enzim mengurangi energi aktivasi reaksi kimia, secara signifikan mempercepat terjadinya atau membuatnya secara fundamental memungkinkan.

Enzim dapat berupa protein sederhana atau kompleks, yang, di samping bagian protein, termasuk non-protein - kofaktor atau koenzim.

Enzim berbeda dari katalis non-protein dengan spesifisitas aksi yang tinggi: masing-masing enzim mengkatalisasi transformasi spesifik dari jenis substrat tertentu.

Aktivitas enzim dalam organisme hidup diatur oleh beberapa mekanisme:

- dengan berinteraksi dengan protein pengatur, regulator dan ion dengan berat molekul rendah

- dengan mengubah kondisi reaksi, seperti pH kompartemen

Tahapan metabolisme energi

1. Persiapan

Ini dilakukan oleh enzim dari saluran pencernaan, enzim lisosom. Energi yang dilepaskan dihamburkan sebagai panas. Hasil: pemisahan makromolekul menjadi monomer: lemak menjadi asam lemak dan gliserin, karbohidrat menjadi glukosa, protein menjadi asam amino, asam nukleat menjadi nukleotida.

2. Tahap anaerob (anoksik), atau glikolisis (paling sering substrat reaksi adalah glukosa)

Tempatnya tentu saja: sitoplasma sel.

Hasilnya: pembelahan monomer menjadi produk setengah jadi. Glukosa kehilangan empat atom hidrogen, yaitu teroksidasi, dengan pembentukan dua molekul asam piruvat, dua molekul ATP dan dua molekul NADH + H + yang diperbarui.

Dengan kekurangan oksigen, asam piruvat yang terbentuk diubah menjadi asam laktat.

3. Tahap aerobik (oksigen), atau respirasi jaringan (seluler)

Oksidasi senyawa antara menjadi produk akhir (CO2 dan H2O) dengan melepaskan sejumlah besar energi.

Siklus Krebs: esensi transformasi terdiri dari dekarboksilasi bertahap dan dehidrogenasi asam piruvat, di mana ATP, NADH dan FADH2 terbentuk. Dalam reaksi selanjutnya, NADH dan FADH2 yang kaya energi mentransfer elektronnya ke rantai transpor elektron, yang merupakan kompleks multienzim pada permukaan bagian dalam membran mitokondria. Karena pergerakan elektron di sepanjang rantai pembawa, ATP terbentuk. 2С3 H6 O3 + 6O2 + 36F + 36 ADP → 6CO2 + 42H2 O + 36ATF

Asam piruvat (laktat) bereaksi dengan asam oksaloasetat (oksaloasetat) untuk membentuk asam sitrat (sitrat), yang mengalami serangkaian reaksi berurutan, diubah menjadi asam lain. Sebagai hasil dari transformasi ini, asam oksaloasetat (oksaloasetat) terbentuk, yang kembali bereaksi dengan asam piruvat. Hidrogen bebas bergabung dengan NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) untuk membentuk senyawa NADH.

Sumber: "Biologi dalam skema, istilah, tabel" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Sumber: Biologi. 100 topik paling penting dari V.Yu. Jameev 2016

Informasi genetik dalam sel

Biosintesis protein dan asam nukleat

Genome - satu set bahan keturunan yang terkandung dalam sel tubuh.

Informasi genetik (herediter) dikodekan sebagai urutan nukleotida DNA, dan pada beberapa virus - RNA.

Genom eukariotik terlokalisasi dalam nukleus, mitokondria, dan pada tanaman bahkan pada plastid.

Mitokondria dan plastid relatif otonom, namun, bagian dari protein mitokondria dan plastid dikodekan oleh genom nuklir.

Gen adalah unit elementer dari informasi genetik. Gen adalah wilayah DNA yang mengkodekan urutan protein (polipeptida) atau RNA fungsional.

Properti kode genetik

Kode genetik

1) triplet - masing-masing asam amino sesuai dengan tiga nukleotida DNA (RNA) - kodon; 2) tidak ambigu - satu triplet mengkodekan hanya satu asam amino;

3) berdegenerasi - beberapa kembar tiga yang berbeda dapat menyandikan satu asam amino;

4) universal - satu untuk semua organisme yang ada di Bumi;

5) tidak tumpang tindih - kodon dibaca satu demi satu, dari satu titik tertentu dalam satu arah (satu nukleotida tidak dapat menjadi bagian dari dua kembar tiga yang berdekatan pada saat yang sama);

6) di antara gen-gen tersebut terdapat "tanda-tanda pemisah" - area yang tidak membawa informasi genetik, tetapi hanya memisahkan beberapa gen dari gen lainnya. Mereka disebut spacer.

Stop kodon dari UAAA, UAG, UGA menunjukkan penghentian sintesis satu rantai polipeptida, triplet AUG menentukan tempat timbulnya sintesis berikutnya.

Sumber: Biologi dari 100 topik paling penting dari V.Yu. Jameev 2016

"Biologi dalam skema, istilah, tabel" M.V. Zheleznyak, G.N. Deripasco, Ed. "Phoenix"

Referensi visual. Biologi Kelas 10-11. Krasilnikova

Apa itu metabolisme?

Tidak pernah memikirkan mengapa beberapa orang memakan segalanya (tidak melupakan roti dan kue kering), sementara mereka terlihat seperti mereka belum makan selama beberapa hari, sementara yang lain, sebaliknya, terus-menerus menghitung kalori, duduk di diet, berolahraga aula dan masih tidak bisa mengatasi pound ekstra itu. Jadi apa rahasianya? Ternyata semuanya adalah tentang metabolisme!

Jadi apa itu metabolisme? Dan mengapa orang yang memiliki tingkat reaksi metabolisme tinggi, tidak pernah menderita obesitas atau kegemukan? Berbicara tentang metabolisme, penting untuk dicatat hal berikut: ini adalah metabolisme yang terjadi dalam tubuh dan semua perubahan kimia, mulai dari saat nutrisi masuk ke dalam tubuh, hingga dikeluarkan dari tubuh ke lingkungan eksternal. Proses metabolisme adalah semua reaksi yang terjadi di dalam tubuh, berkat unsur-unsur struktural jaringan, sel-sel dibangun, serta semua proses di mana tubuh menerima energi yang dibutuhkannya untuk pemeliharaan normal.

Metabolisme memainkan peran besar dalam kehidupan kita, karena, berkat semua reaksi dan perubahan kimia ini, kita mendapatkan semua yang kita butuhkan dari produk makanan: lemak, karbohidrat, protein, serta vitamin, mineral, asam amino, serat sehat, asam organik, dll. d.

Menurut sifat-sifatnya, metabolisme dapat dibagi menjadi dua bagian utama - anabolisme dan katabolisme, yaitu, proses yang berkontribusi pada penciptaan semua zat organik yang diperlukan dan proses destruktif. Artinya, proses anabolik berkontribusi pada "transformasi" molekul sederhana menjadi yang lebih kompleks. Dan semua proses data ini terkait dengan biaya energi. Proses katabolik, di sisi lain, melepaskan tubuh dari produk akhir penguraian, seperti karbon dioksida, urea, air dan amonia, yang mengarah pada pelepasan dari energi, yaitu, secara kasar kita dapat mengatakan bahwa metabolisme urin terjadi.

Apa itu metabolisme sel?

Apa itu metabolisme sel atau metabolisme sel hidup? Diketahui bahwa setiap sel hidup dalam tubuh kita adalah sistem yang terkoordinasi dan terorganisasi dengan baik. Sel mengandung berbagai struktur, makromolekul besar, yang membantunya hancur akibat hidrolisis (yaitu, membelah sel di bawah pengaruh air) menjadi komponen terkecil.

Selain itu, sel-selnya mengandung sejumlah besar kalium dan natrium yang cukup banyak, meskipun faktanya lingkungan sel mengandung banyak natrium, dan sebaliknya, kalium jauh lebih sedikit. Selain itu, membran sel dirancang sedemikian rupa sehingga membantu penetrasi natrium dan kalium. Sayangnya, berbagai struktur dan enzim dapat menghancurkan struktur ramping ini.

Dan sel itu sendiri jauh dari rasio kalium dan natrium. "Keharmonisan" semacam itu dicapai hanya setelah kematian seseorang dalam proses autolisis fana, yaitu pencernaan atau penguraian organisme di bawah pengaruh enzimnya sendiri.

Apa energi untuk sel?

Pertama-tama, energi sel sangat diperlukan untuk mendukung kerja sistem, yang jauh dari keseimbangan. Karena itu, agar sebuah sel berada dalam keadaan normal untuknya, bahkan jika jauh dari keseimbangan, ia harus, tanpa gagal, menerima energi yang diperlukan untuknya. Dan aturan ini adalah kondisi yang sangat diperlukan untuk berfungsinya seluler normal. Bersamaan dengan ini, ada juga pekerjaan lain yang bertujuan berinteraksi dengan lingkungan.

Misalnya, jika ada pengurangan sel otot, atau sel ginjal, dan bahkan urin mulai terbentuk, atau impuls saraf muncul di sel saraf, dan dalam sel yang bertanggung jawab untuk saluran pencernaan, sekresi enzim pencernaan telah dimulai, atau sekresi hormon telah dimulai dalam sel kelenjar endokrin? Atau, misalnya, sel-sel glowworm mulai bersinar, dan di dalam sel-sel ikan, misalnya, ada muatan listrik? Untuk semua ini tidak, untuk ini dan butuh energi.

Apa sumber energinya?

Dalam contoh di atas kita lihat. Bahwa sel menggunakan untuk kerjanya energi yang diperoleh karena struktur adenosine triphosphate atau (ATP). Berkat dia, selnya dipenuhi dengan energi, yang pelepasannya dapat terjadi di antara gugus fosfat dan melayani pekerjaan lebih lanjut. Tetapi, pada saat yang sama, dengan pemecahan hidrolitik ikatan fosfat (ATP) yang sederhana, energi yang dihasilkan tidak akan tersedia bagi sel, dalam hal ini, energi akan terbuang sebagai panas.

Proses ini terdiri dari dua tahap berturut-turut. Dalam setiap tahap tersebut, produk perantara terlibat, yang ditunjuk sebagai HF. Dalam persamaan berikut, X dan Y menunjukkan dua zat organik yang sangat berbeda, huruf F berarti fosfat, dan singkatan ADP mengacu pada adenosin difosfat.

Normalisasi metabolisme - istilah ini sekarang mapan dalam hidup kita, apalagi itu telah menjadi indikator berat badan normal, karena gangguan proses metabolisme dalam tubuh atau metabolisme sering dikaitkan dengan kenaikan berat badan, kelebihan berat badan, obesitas atau kekurangannya. Identifikasi laju proses metabolisme dalam tubuh dapat disebabkan oleh tes atas dasar pertukaran.

Apa pertukaran utamanya? Ini merupakan indikator intensitas produksi energi tubuh. Tes ini dilakukan pada pagi hari dengan perut kosong, selama kepasifan, yaitu saat istirahat. Seorang teknisi yang memenuhi syarat mengukur (O2) pengambilan oksigen serta ekskresi oleh tubuh (CO2). Saat membandingkan data, cari tahu berapa persen tubuh membakar nutrisi yang masuk.

Juga, sistem hormonal, kelenjar tiroid dan endokrin mempengaruhi aktivitas proses metabolisme, oleh karena itu, ketika mendeteksi pengobatan penyakit metabolik, dokter juga mencoba mengidentifikasi dan memperhitungkan tingkat kerja hormon-hormon ini dalam darah dan penyakit yang tersedia pada sistem ini.

Metode utama mempelajari proses metabolisme

Mempelajari metabolisme dari satu (setiap) nutrisi, semua perubahannya (terjadi dengannya) diamati dari satu bentuk memasuki tubuh ke kondisi akhir, di mana ia dikeluarkan dari tubuh.

Metode penelitian metabolisme saat ini sangat beragam. Selain itu, untuk tujuan ini, sejumlah metode biokimia digunakan. Salah satu metode mempelajari metabolisme adalah metode menggunakan hewan atau organ.

Hewan yang diuji disuntik dengan zat khusus, dan kemudian, melalui urin dan kotorannya, kemungkinan produk dari perubahan (metabolit) zat terdeteksi. Informasi yang paling akurat dapat dikumpulkan dengan memeriksa proses metabolisme organ tertentu, misalnya, otak, hati, atau jantung. Untuk melakukan ini, zat ini disuntikkan ke dalam darah, setelah itu, metabolit membantu mengidentifikasinya dalam darah yang berasal dari organ ini.

Prosedur ini sangat kompleks dan penuh risiko, karena seringkali dengan metode penelitian seperti itu mereka menggunakan metode cubitan tipis atau membuat bagian-bagian organ ini. Bagian-bagian tersebut ditempatkan dalam inkubator khusus, di mana mereka disimpan pada suhu (mirip dengan suhu tubuh) dalam zat larut khusus dengan penambahan zat yang metabolisme sedang dipelajari.

Dengan metode penelitian ini, sel-sel tidak rusak, karena kenyataan bahwa bagian-bagiannya sangat tipis sehingga zat itu dengan mudah dan bebas menembus ke dalam sel dan kemudian meninggalkannya. Itu terjadi bahwa ada kesulitan yang disebabkan oleh melambatnya suatu zat khusus melalui membran sel.

Dalam hal ini, untuk menghancurkan membran, jaringan biasanya dihancurkan, sehingga zat khusus menginkubasi pulpa sel. Eksperimen semacam itu membuktikan bahwa semua sel hidup tubuh mampu mengoksidasi glukosa menjadi karbon dioksida dan air, dan hanya sel-sel jaringan hati yang dapat mensintesis urea.

Gunakan sel?!

Menurut strukturnya, sel-sel mewakili sistem terorganisir yang sangat kompleks. Sudah diketahui bahwa sel terdiri dari nukleus, sitoplasma, dan di sitoplasma sekitarnya ada benda kecil yang disebut organel. Mereka berbeda dalam ukuran dan tekstur.

Berkat teknik khusus, dimungkinkan untuk menghomogenkan jaringan sel, dan kemudian, menjalani pemisahan khusus (sentrifugasi diferensial), sehingga memperoleh obat yang hanya akan mengandung mitokondria, hanya mikrosom, serta plasma atau cairan bening. Obat-obatan ini diinkubasi secara terpisah dengan senyawa yang metabolismenya sedang diteliti, untuk menentukan dengan tepat struktur subseluler mana yang terlibat dalam perubahan berturut-turut.

Ada kasus ketika reaksi awal dimulai dalam sitoplasma, dan produknya mengalami perubahan dalam mikrosom, dan setelah itu, perubahan dengan reaksi lain dengan mitokondria diamati. Inkubasi zat yang diteliti dengan homogenat jaringan atau sel-sel hidup paling sering tidak mengungkapkan tahap terpisah yang berkaitan dengan metabolisme. Yang berikut setelah percobaan lain di mana satu atau struktur subselular lainnya digunakan untuk inkubasi membantu untuk memahami seluruh rantai peristiwa ini.

Cara menggunakan isotop radioaktif

Untuk mempelajari ini atau proses metabolisme suatu zat diperlukan:

• gunakan metode analitis untuk menentukan substansi ini dan metabolitnya;
• Penting untuk menggunakan metode yang akan membantu membedakan zat yang dimasukkan dari zat yang sama, tetapi sudah ada dalam sediaan ini.

Kepatuhan terhadap persyaratan ini adalah hambatan utama selama studi proses metabolisme dalam tubuh, sampai saat itu sampai isotop radioaktif ditemukan, dan 14C, karbohidrat radioaktif. Dan setelah munculnya 14C dan instrumen yang memungkinkan pengukuran bahkan radioaktivitas yang lemah, semua kesulitan di atas berakhir. Setelah itu, kasus dengan pengukuran proses metabolisme pergi, seperti yang mereka katakan, naik ke bukit.

Sekarang, ketika asam lemak berlabel 14C berlabel ditambahkan ke sediaan biologis khusus (misalnya, suspensi mitokondria), maka setelah ini, tidak diperlukan analisis khusus untuk menentukan produk yang mempengaruhi transformasi. Dan untuk mengetahui tingkat penggunaan, kini menjadi mungkin untuk hanya mengukur radioaktivitas fraksi mitokondria yang diperoleh secara berurutan.

Teknik ini membantu tidak hanya untuk memahami cara menormalkan metabolisme, tetapi juga karena itu orang dapat dengan mudah membedakan molekul asam lemak radioaktif yang diperkenalkan secara eksperimental, dari molekul asam lemak yang sudah ada dalam mitokondria pada awal percobaan.

Elektroforesis dan. kromatografi

Untuk memahami apa dan bagaimana menormalkan metabolisme, yaitu, bagaimana metabolisme dinormalisasi, juga diperlukan untuk menggunakan metode-metode yang akan membantu memisahkan campuran, yang meliputi zat-zat organik dalam jumlah kecil. Salah satu metode yang paling penting, yang didasarkan pada fenomena adsorpsi, dianggap sebagai metode kromatografi. Berkat metode ini, pemisahan campuran komponen terjadi.

Ketika ini terjadi, pemisahan komponen campuran, yang dilakukan baik dengan adsorpsi pada sorben, atau, berkat kertas. Dalam pemisahan dengan adsorpsi pada sorben, yaitu, ketika mereka mulai mengisi tabung gelas khusus (kolom), dengan elusi bertahap dan selanjutnya, yaitu, dengan pencucian selanjutnya dari masing-masing komponen yang tersedia.

Metode pemisahan elektroforesis secara langsung tergantung pada keberadaan tanda-tanda, serta jumlah muatan terionisasi dari molekul. Elektroforesis juga dilakukan pada salah satu pembawa yang tidak aktif, seperti selulosa, karet, pati atau, akhirnya, di atas kertas.

Salah satu metode yang paling sensitif dan efektif untuk memisahkan campuran adalah kromatografi gas. Metode pemisahan ini digunakan hanya jika zat-zat yang diperlukan untuk pemisahan berada dalam keadaan gas atau, misalnya, setiap saat dapat memasuki keadaan ini.

Bagaimana pelepasan enzim?

Untuk mengetahui bagaimana enzim dilepaskan, perlu dipahami bahwa ini adalah tempat terakhir dalam seri ini: hewan, lalu organ, lalu bagian jaringan, dan kemudian sebagian kecil organel seluler dan homogenat yang mengambil enzim yang dikatalisis oleh reaksi kimia tertentu. Mengisolasi enzim dalam bentuk murni telah menjadi arah penting dalam studi proses metabolisme.

Menggabungkan dan menggabungkan metode di atas memungkinkan jalur metabolisme utama di sebagian besar organisme yang menghuni planet kita, termasuk manusia. Selain itu, metode-metode ini membantu membangun jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana proses metabolisme dalam tubuh berlangsung dan juga membantu memperjelas konsistensi tahap-tahap utama jalur metabolisme ini. Saat ini, ada lebih dari seribu dari semua jenis reaksi biokimia yang telah dipelajari, dan juga mempelajari enzim yang terlibat dalam reaksi ini.

Karena penampakan setiap manifestasi dalam sel-sel kehidupan membutuhkan ATP, tidak mengherankan bahwa laju proses metabolisme sel-sel lemak terutama ditujukan untuk mensintesis ATP. Untuk mencapai ini, beragam kompleksitas, reaksi berurutan digunakan. Reaksi semacam itu terutama menggunakan energi potensial kimia, yang terkandung dalam molekul lemak (lemak) dan karbohidrat.

Proses metabolisme antara karbohidrat dan lipid

Proses metabolisme antara karbohidrat dan lipid, dengan cara yang berbeda, disebut sintesis ATP, metabolisme anaerob (karenanya, tanpa oksigen).

Peran utama lipid dan karbohidrat adalah bahwa itu adalah sintesis ATP yang menyediakan senyawa yang lebih sederhana, terlepas dari kenyataan bahwa proses yang sama terjadi pada sel yang paling primitif. Hanya di atmosfer tanpa oksigen, oksidasi lemak dan karbohidrat menjadi karbon dioksida menjadi mustahil.

Bahkan sel-sel primitif ini menggunakan proses dan mekanisme yang sama dengan mana restrukturisasi struktur molekul glukosa itu sendiri, yang mensintesis sejumlah kecil ATP, terjadi. Dengan kata lain, proses seperti itu dalam mikroorganisme disebut fermentasi. Saat ini, "fermentasi" glukosa menjadi etil alkohol dan karbon dioksida dalam ragi telah dipelajari dengan baik.

Untuk menyelesaikan semua perubahan ini dan membentuk sejumlah produk antara, perlu untuk melakukan sebelas reaksi berurutan, yang, pada akhirnya, disajikan di parlemen produk antara (fosfat), yaitu ester asam fosfat. Kelompok fosfat ini dipindahkan ke adenosin difosfat (ADP) dan juga dengan pembentukan ATP. Hanya dua molekul yang merupakan hasil bersih ATP (untuk masing-masing molekul glukosa yang diperoleh sebagai hasil dari proses fermentasi). Proses serupa juga diamati di semua sel hidup tubuh, karena mereka memasok energi yang diperlukan untuk fungsi normal. Proses seperti ini sering disebut respirasi sel anaerob, walaupun ini tidak sepenuhnya benar.

Baik pada mamalia maupun manusia, proses ini disebut glikolisis, dan produk akhirnya adalah asam laktat, bukan CO2 (karbon dioksida) dan bukan alkohol. Dengan pengecualian pada dua tahap terakhir, seluruh rangkaian reaksi glikolisis dianggap hampir identik dengan proses yang terjadi dalam sel ragi.

Metabolisme aerob, berarti menggunakan oksigen

Tentunya, dengan munculnya oksigen di atmosfer, berkat fotosintesis tanaman, berkat Ibu Alam, muncul mekanisme yang memungkinkan oksidasi lengkap glukosa menjadi air dan CO2. Proses aerobik yang demikian memungkinkan hasil murni ATP (dari tiga puluh delapan molekul, berdasarkan pada masing-masing molekul glukosa, hanya teroksidasi).

Proses penggunaan oksigen oleh sel seperti itu, untuk penampilan senyawa dengan energi, sekarang dikenal sebagai aerobik, respirasi sel. Pernafasan seperti itu dilakukan oleh enzim sitoplasmik (yang bertentangan dengan anaerob), dan proses oksidatif terjadi di mitokondria.

Di sini, asam piruvat, yang merupakan produk setengah jadi, setelah dibentuk dalam fase anaerob, dioksidasi menjadi keadaan CO2 karena enam reaksi berurutan, di mana dalam setiap reaksi sepasang elektron mereka ditransfer ke akseptor, coenzyme nicotinamide adenine dinucleotide, disingkat NAD. Urutan reaksi ini disebut siklus asam trikarboksilat, serta siklus asam sitrat atau siklus Krebs, yang mengarah pada fakta bahwa setiap molekul glukosa membentuk dua molekul asam piruvat. Selama reaksi ini, dua belas pasang elektron berangkat dari molekul glukosa untuk oksidasi lebih lanjut.

Dalam perjalanan sumber energi berbicara. lipid

Ternyata asam lemak juga bisa bertindak sebagai sumber energi, juga karbohidrat. Oksidasi asam lemak terjadi karena urutan pembelahan dari asam lemak (atau lebih tepatnya molekulnya) dari fragmen dua karbon dengan penampilan asetil koenzim A, (jika tidak, asetil-KoA) dan transfer dua pasangan elektron secara simultan ke rantai transfernya.

Jadi, asetil KoA yang diperoleh adalah komponen yang sama dari siklus asam trikarboksilat, yang nasibnya tidak jauh berbeda dengan asetil KoA, yang dipasok melalui metabolisme karbohidrat. Ini berarti bahwa mekanisme yang mensintesis ATP selama oksidasi metabolit glukosa dan asam lemak hampir identik.

Jika energi yang masuk ke dalam tubuh diperoleh hampir karena hanya satu proses oksidasi asam lemak (misalnya, selama puasa, dengan penyakit seperti diatesis gula, dll.), Maka dalam hal ini, intensitas asetil-KoA akan melebihi intensitas oksidasi dalam siklus asam trikarboksilat. Dalam hal ini, molekul asetil KoA (yang redundan) akan mulai bereaksi satu sama lain. Melalui proses ini, asam acetoacetic dan b-hydroxybutyric akan muncul. Akumulasi seperti itu dapat menyebabkan ketosis, itu adalah salah satu jenis asidosis, yang dapat menyebabkan diabetes parah dan bahkan kematian.

Mengapa menyimpan energi ?!

Agar dapat memperoleh cadangan energi tambahan, misalnya, untuk hewan yang secara tidak teratur dan tidak memakannya secara sistematis, perlu untuk menyimpan energi yang diperlukan. Cadangan energi semacam itu dihasilkan oleh cadangan makanan, yang mencakup semua lemak dan karbohidrat yang sama.

Ternyata asam lemak dapat pergi ke cadangan dalam bentuk lemak netral, yang terkandung dalam jaringan adiposa dan di hati. Dan karbohidrat, ketika dicerna dalam jumlah besar di saluran pencernaan, mulai terhidrolisis menjadi glukosa dan gula lain, yang, ketika dilepaskan ke hati, disintesis menjadi glukosa. Dan di sana, polimer raksasa mulai disintesis dari glukosa dengan menggabungkan residu glukosa dan juga dengan memisahkan molekul air.

Kadang-kadang jumlah residu glukosa dalam molekul glikogen mencapai 30.000. Dan jika ada kebutuhan energi, maka glikogen mulai terurai kembali menjadi glukosa selama reaksi kimia, produk yang terakhir adalah glukosa fosfat. Glukosa fosfat ini berada di jalur proses glikolisis, yang merupakan bagian dari jalur yang bertanggung jawab untuk oksidasi glukosa. Glukosa fosfat juga dapat mengalami reaksi hidrolisis di hati itu sendiri, dan glukosa yang terbentuk dengan cara ini dikirim ke sel-sel tubuh bersama dengan darah.

Bagaimana sintesis karbohidrat dalam lemak?

Apakah Anda suka makanan karbohidrat? Ternyata jika jumlah karbohidrat yang diterima dari makanan pada satu waktu melebihi tingkat yang diizinkan, dalam hal ini, karbohidrat ditransfer ke "stok" dalam bentuk glikogen, yaitu, makanan berlebih karbohidrat diubah menjadi lemak. Pada awalnya, asetil CoA terbentuk dari glukosa, dan kemudian mulai disintesis dalam sitoplasma sel untuk asam lemak rantai panjang.

Proses "transformasi" ini dapat digambarkan sebagai proses oksidatif normal sel-sel lemak. Setelah itu, asam lemak mulai diendapkan dalam bentuk trigliserida, yaitu lemak netral yang disimpan (terutama daerah bermasalah), di berbagai bagian tubuh.

Jika tubuh sangat membutuhkan energi, maka lemak netral menjalani hidrolisis, dan asam lemak mulai mengalir ke dalam darah. Di sini mereka jenuh dengan molekul albumin dan globulin, yaitu protein plasma, dan kemudian mulai diserap oleh sel-sel lain yang sangat berbeda. Hewan tidak memiliki mekanisme yang dapat melakukan sintesis glukosa dan asam lemak, tetapi tumbuhan memilikinya.

Sintesis senyawa nitrogen

Pada hewan, asam amino digunakan tidak hanya sebagai biosintesis protein, tetapi juga sebagai bahan awal yang siap untuk sintesis senyawa yang mengandung nitrogen tertentu. Asam amino seperti tyrosine menjadi prekursor hormon seperti norepinefrin dan adrenalin. Dan gliserin (asam amino paling sederhana) adalah bahan keluar untuk biosintesis purin, yang merupakan bagian dari asam nukleat, serta porfirin dan sitokrom.

Prekursor pirimidin dari asam nukleat adalah asam aspartat, dan kelompok metionin mulai ditransmisikan selama sintesis kreatin, sarkosin, dan kolin. Prekursor asam nikotinat adalah triptofan, dan dari valin (yang terbentuk dalam tanaman) vitamin seperti asam pantotenat dapat disintesis. Dan ini hanya beberapa contoh penggunaan sintesis senyawa nitrogen.

Bagaimana metabolisme lipidnya

Biasanya, lemak masuk ke tubuh sebagai trigliserida asam lemak. Begitu berada di usus di bawah pengaruh enzim yang diproduksi oleh pankreas, mereka mulai menjalani hidrolisis. Di sini mereka disintesis lagi sebagai lemak netral, setelah itu mereka masuk ke hati atau ke dalam darah, dan juga dapat disimpan sebagai cadangan dalam jaringan adiposa.

Kami telah mengatakan bahwa asam lemak juga dapat disintesis ulang dari prekursor karbohidrat sebelumnya. Juga harus dicatat bahwa, terlepas dari kenyataan bahwa dalam sel-sel hewan, dimasukkannya satu ikatan rangkap secara simultan dalam molekul asam lemak rantai panjang dapat diamati. Sel-sel ini tidak dapat memasukkan koneksi ganda kedua dan bahkan ketiga.

Dan karena asam lemak dengan ikatan rangkap tiga dan dua memainkan peran penting dalam proses metabolisme hewan (termasuk manusia), pada dasarnya mereka adalah nutrisi penting, bisa dikatakan, vitamin. Itulah sebabnya linolenat (C18: 3) dan linoleat (C18: 2) juga disebut asam lemak esensial. Juga ditemukan bahwa dalam sel-sel dalam asam linolenat, ikatan rangkap empat juga mungkin terlibat. Karena perpanjangan rantai karbon, peserta penting lainnya dalam reaksi metabolik asam arakidonat (C20: 4) dapat muncul.

Selama sintesis lipid, residu asam lemak dapat diamati, yang berhubungan dengan koenzim A. Berkat sintesis, residu ini ditransfer ke ester gliserol fosfat gliserol dan asam fosfat. Sebagai hasil dari reaksi ini, senyawa asam fosfatidat terbentuk, di mana salah satu senyawanya adalah gliserol yang diesterifikasi dengan asam fosfat, dan dua lainnya adalah asam lemak.

Ketika lemak netral muncul, asam fosfat akan dihilangkan dengan hidrolisis, dan sebagai gantinya akan menjadi asam lemak yang dihasilkan dari reaksi kimia dengan asil-KoA. Koenzim A sendiri dapat muncul karena salah satu vitamin asam pantotenat. Molekul ini mengandung gugus sulfhidril yang bereaksi terhadap asam dengan munculnya tioester. Pada gilirannya, asam fosfatidat fosfolipid bereaksi terhadap basa nitrogen, seperti serin, kolin, dan etanolamin.

Dengan demikian, semua steroid yang ditemukan pada mamalia (kecuali vitamin D) dapat disintesis secara independen oleh organisme itu sendiri.

Bagaimana metabolisme protein terjadi?

Terbukti bahwa protein yang ada di semua sel hidup terdiri dari dua puluh satu jenis asam amino, yang terhubung dalam urutan yang berbeda. Asam amino ini disintesis oleh organisme. Sintesis semacam itu biasanya mengarah pada munculnya asam α-keto. Yaitu, asam a-keto atau asam a-ketoglutaric dan berpartisipasi dalam sintesis nitrogen.

Tubuh manusia, seperti tubuh banyak hewan, telah berhasil mempertahankan kemampuan untuk mensintesis semua asam amino yang tersedia (dengan pengecualian beberapa asam amino esensial), yang tentunya harus berasal dari makanan.

Bagaimana sintesis protein

Proses ini biasanya berlangsung sebagai berikut. Setiap asam amino dalam sitoplasma sel bereaksi dengan ATP dan kemudian bergabung dengan kelompok terakhir dari molekul asam ribonukleat, yang khusus untuk asam amino ini. Kemudian molekul rumit dihubungkan ke ribosom, yang ditentukan pada posisi molekul asam ribonukleat yang lebih panjang, yang terhubung ke ribosom.

Setelah semua molekul kompleks berbaris, ada celah antara asam amino dan asam ribonukleat, asam amino tetangga mulai disintesis dan dengan demikian protein diperoleh. Normalisasi metabolisme terjadi karena sintesis yang harmonis dari proses metabolisme protein-karbohidrat-lemak.

Jadi apa metabolisme bahan organik?

Untuk lebih memahami dan memahami proses metabolisme, serta memulihkan kesehatan dan meningkatkan metabolisme, Anda harus mematuhi rekomendasi berikut mengenai normalisasi dan pemulihan metabolisme.

• Penting untuk dipahami bahwa proses metabolisme tidak dapat dibalik. Penguraian zat tidak pernah terjadi di sepanjang jalur sederhana dari reaksi sintesis. Enzim lain, serta beberapa produk setengah jadi, harus terlibat dalam peluruhan ini. Sangat sering, proses yang diarahkan ke arah yang berbeda mulai mengalir di kompartemen sel yang berbeda. Misalnya, asam lemak dapat disintesis dalam sitoplasma sel ketika terpapar pada satu set enzim tertentu, dan proses oksidasi dalam mitokondria dapat terjadi dengan set yang sama sekali berbeda.
• Sejumlah enzim diamati dalam sel-sel hidup tubuh untuk mempercepat proses reaksi metabolik, tetapi meskipun proses metabolisme ini tidak selalu berjalan cepat, dengan demikian, ini menunjukkan adanya beberapa mekanisme pengaturan dalam sel kita yang mempengaruhi proses metabolisme. Sampai saat ini, beberapa jenis mekanisme semacam itu telah ditemukan.
• Salah satu faktor yang mempengaruhi penurunan laju proses metabolisme suatu zat adalah asupan zat yang diberikan dalam sel itu sendiri. Karena itu, pengaturan proses metabolisme dapat diarahkan ke faktor ini. Sebagai contoh, jika kita menggunakan insulin, fungsinya, seperti yang kita ketahui, dikaitkan dengan fasilitasi penetrasi glukosa ke semua sel. Tingkat "transformasi" glukosa, dalam hal ini, akan tergantung pada kecepatannya. Jika kita mempertimbangkan kalsium dan zat besi, ketika mereka memasukkan darah dari usus, maka laju reaksi metabolisme, dalam hal ini, akan tergantung pada banyak hal, termasuk proses pengaturan.
• Sayangnya, tidak semua zat dapat bergerak secara bebas dari satu kompartemen sel ke yang lain. Ada juga asumsi bahwa transfer intraseluler terus-menerus dipantau oleh hormon steroid tertentu.
• Para ilmuwan telah mengidentifikasi dua jenis servomekanisme yang bertanggung jawab dalam proses metabolisme untuk umpan balik negatif.
• Bahkan bakteri dicatat sebagai contoh yang membuktikan adanya reaksi berurutan. Sebagai contoh, biosintesis salah satu enzim, menghambat asam amino, sehingga perlu untuk mendapatkan asam amino ini.
• Mempelajari masing-masing kasus reaksi metabolik, terungkap bahwa enzim, yang biosintesisnya terpengaruh, bertanggung jawab atas tahap utama jalur metabolisme yang mengarah pada sintesis asam amino.
• Penting untuk dipahami bahwa sejumlah kecil bahan penyusun terlibat dalam proses metabolisme dan biosintesis, yang masing-masing mulai digunakan untuk sintesis banyak senyawa. Senyawa tersebut meliputi: asetil koenzim A, glisin, gliserofosfat, karbamil fosfat, dan lainnya. Dari komponen-komponen kecil ini dibangun kemudian senyawa kompleks dan beragam yang dapat diamati pada organisme hidup.
• Sangat jarang senyawa organik sederhana yang terlibat langsung dalam proses metabolisme. Senyawa tersebut untuk menunjukkan aktivitasnya harus bergabung dengan sejumlah senyawa yang aktif terlibat dalam proses metabolisme. Sebagai contoh, glukosa dapat memulai proses oksidatif hanya setelah terpapar dengan eterifikasi asam fosfat, dan untuk perubahan selanjutnya yang lain ia harus diesterifikasi dengan uridin difosfat.
• Jika kita mempertimbangkan asam lemak, mereka juga tidak dapat mengambil bagian dalam perubahan metabolisme selama mereka membentuk ester dengan koenzim A. Pada saat yang sama, aktivator apapun terkait dengan salah satu nukleotida yang merupakan bagian dari asam ribonukleat atau terbentuk dari vitamin sesuatu. Karena itu, menjadi jelas mengapa kita membutuhkan vitamin hanya dalam jumlah kecil. Mereka dikonsumsi oleh koenzim, dengan setiap molekul koenzim digunakan beberapa kali sepanjang hidupnya, tidak seperti nutrisi yang molekulnya digunakan sekali (misalnya, molekul glukosa).

Dan yang terakhir! Mengakhiri topik ini, saya ingin mengatakan bahwa istilah "metabolisme" itu sendiri berarti sintesis protein, karbohidrat, dan lemak dalam tubuh, tetapi sekarang digunakan sebagai sebutan beberapa ribu reaksi enzimatik yang dapat mewakili jaringan besar jalur metabolisme yang saling berhubungan.

Metabolisme sel. Metabolisme energi dan fotosintesis. Reaksi sintesis matriks.

Konsep metabolisme

Metabolisme adalah totalitas dari semua reaksi kimia yang terjadi pada organisme hidup. Nilai metabolisme terdiri dari menciptakan zat-zat yang diperlukan untuk tubuh dan menyediakannya dengan energi.

Ada dua komponen metabolisme - katabolisme dan anabolisme.

Komponen metabolisme

Proses metabolisme plastik dan energi terkait erat. Semua proses sintetik (anabolik) membutuhkan energi yang disuplai selama reaksi disimilasi. Reaksi pembelahan sendiri (katabolisme) hanya terjadi dengan partisipasi enzim yang disintesis dalam proses asimilasi.

Peran FTF dalam metabolisme

Energi yang dilepaskan selama dekomposisi zat organik tidak langsung digunakan oleh sel, tetapi disimpan dalam bentuk senyawa berenergi tinggi, biasanya dalam bentuk adenosin trifosfat (ATP). Berdasarkan sifat kimianya, ATP mengacu pada mononukleotida.

ATP (asam adenosin trifosfat) adalah mononukleotida yang terdiri dari adenin, ribosa, dan tiga residu asam fosfat yang dihubungkan bersama oleh ikatan makroergik.

Dalam koneksi ini, energi tersimpan yang dilepaskan ketika mereka putus:
ATP + H₂O → ADP + H₃PO₄ + Q₁
ADP + H₂O → AMP + H₃PO₄ + Q₂
AMF + H₂O → Adenine + Ribose + H₃PO₄ + Q₃,
di mana ATP adalah adenosin trifosfat; ADP - asam adenosin difosfat; AMP - asam adenosin monofosfat; Q₁ = Q₂ = 30,6 kJ; Q₃ = 13,8 kJ.
Stok ATP dalam sel terbatas dan diisi ulang karena proses fosforilasi. Fosforilasi adalah penambahan residu asam fosfat ke ADP (ADP + F → ATP). Ini terjadi dengan intensitas yang berbeda selama respirasi, fermentasi dan fotosintesis. ATP diperbarui dengan sangat cepat (pada manusia, masa hidup molekul ATP tunggal kurang dari 1 menit)
Energi yang disimpan dalam molekul ATP digunakan oleh tubuh dalam reaksi anabolik (reaksi biosintesis). Molekul ATP adalah penjaga universal dan pembawa energi untuk semua makhluk hidup.

Pertukaran energi

Energi yang diperlukan untuk kehidupan, sebagian besar organisme diperoleh sebagai hasil dari oksidasi zat organik, yaitu, sebagai hasil dari reaksi katabolik. Senyawa terpenting yang bertindak sebagai bahan bakar adalah glukosa.
Sehubungan dengan oksigen bebas, organisme dibagi menjadi tiga kelompok.

Klasifikasi organisme dalam kaitannya dengan oksigen bebas

Dalam aerob obligat dan anaerob fakultatif di hadapan oksigen, katabolisme berlangsung dalam tiga tahap: persiapan, bebas oksigen, dan oksigen. Akibatnya, bahan organik meluruh menjadi senyawa anorganik. Pada anaerob obligat dan anaerob fakultatif dengan kekurangan oksigen, katabolisme berlangsung dalam dua tahap pertama: persiapan dan bebas oksigen. Akibatnya, senyawa organik antara, masih kaya energi, terbentuk.

Tahapan katabolisme

1. Tahap pertama - persiapan - terdiri dari pembelahan enzimatik dari senyawa organik kompleks menjadi yang lebih sederhana. Protein dipecah menjadi asam amino, lemak menjadi gliserol dan asam lemak, polisakarida menjadi monosakarida, asam nukleat menjadi nukleotida. Pada organisme multiseluler, ini terjadi pada saluran pencernaan, pada organisme uniseluler - pada lisosom di bawah aksi enzim hidrolitik. Energi yang dilepaskan dihamburkan dalam bentuk panas. Senyawa organik yang dihasilkan dioksidasi lebih lanjut atau digunakan oleh sel untuk mensintesis senyawa organik mereka sendiri.
2. Tahap kedua - oksidasi tidak lengkap (bebas oksigen) - adalah pemisahan lebih lanjut dari bahan organik, dilakukan dalam sitoplasma sel tanpa partisipasi oksigen. Sumber energi utama dalam sel adalah glukosa. Oksidasi glukosa yang tidak lengkap dan anoksik disebut glikolisis. Sebagai hasil glikolisis dari satu molekul glukosa, dua molekul asam piruvat (PVC, piruvat) CH terbentuk.₃COCOOH, ATP dan air, serta atom hidrogen, yang terikat oleh molekul pembawa NAD + dan disimpan sebagai NAD · H.
Rumus glikolisis total adalah sebagai berikut:
C₆H₁₂O₆ + 2 jam₃PO₄ + 2ADF + 2 NAD + → 2C₃H₄O₃ + 2 jam₂O + 2ATP + 2NAD · H.
Kemudian, dengan tidak adanya oksigen di lingkungan, produk-produk glikolisis (PVK dan NAD · H) dapat diproses menjadi etil alkohol - fermentasi alkohol (dalam ragi dan sel tanaman dengan kekurangan oksigen)
CH₃COCOOH → CO₂ + CH₃MIMPI
CH₃MIMPI + 2NAD · N → C₂H₅HE + 2NAD +,
baik dalam asam laktat - fermentasi laktat (dalam sel-sel hewan dengan kekurangan oksigen)
CH₃COCOOH + 2NAD · N → C₃H₆O₃ + 2nad +.
Dengan adanya oksigen di lingkungan, produk glikolisis mengalami pemisahan lebih lanjut menjadi produk akhir.
3. Tahap ketiga - oksidasi lengkap (respirasi) - adalah oksidasi PVC menjadi karbon dioksida dan air, dilakukan di mitokondria dengan partisipasi wajib oksigen.
Ini terdiri dari tiga tahap:
A) pembentukan asetil koenzim A;
B) oksidasi koenzim asetil A dalam siklus Krebs;
B) fosforilasi oksidatif dalam rantai transpor elektron.

A. Pada tahap pertama, PVC ditransfer dari sitoplasma ke mitokondria, di mana ia berinteraksi dengan enzim dari matriks dan membentuk 1) karbon dioksida, yang dikeluarkan dari sel; 2) atom hidrogen, yang diangkut oleh molekul pembawa ke membran bagian dalam mitokondria; 3) asetil koenzim A (asetil KoA).
B. Pada tahap kedua, asetil koenzim A dioksidasi dalam siklus Krebs. Siklus Krebs (siklus asam trikarboksilat, siklus asam sitrat) adalah rantai reaksi berurutan di mana satu molekul asetil-KoA membentuk 1) dua molekul karbon dioksida, 2) molekul ATP, dan 3) empat pasang atom hidrogen yang ditransfer ke molekul operator - NAD dan FAD. Jadi, sebagai hasil dari glikolisis dan siklus Krebs, molekul glukosa terbagi menjadi CO₂, dan energi yang dilepaskan selama proses ini dihabiskan untuk sintesis 4 ATP dan terakumulasi dalam 10 NAD · H dan 4 FAD · H₂.
B. Pada tahap ketiga, atom hidrogen dengan NAD · H dan FAD · H₂ dioksidasi oleh oksigen molekuler O₂ dengan pembentukan air. Satu NAD · N mampu membentuk 3 ATP, dan satu FAD · H₂–2 ATP. Dengan demikian, energi yang dilepaskan dalam kasus ini disimpan dalam bentuk 34 ATP lainnya.
Proses ini berlangsung sebagai berikut. Atom hidrogen berkonsentrasi di sekitar sisi luar membran bagian dalam mitokondria. Mereka kehilangan elektron yang ditransfer sepanjang rantai molekul pembawa (sitokrom) dari rantai transpor elektron (ETC) ke sisi dalam membran bagian dalam, di mana mereka bergabung dengan molekul oksigen:
Oh₂ + e - → o₂ -.
Sebagai hasil dari aktivitas enzim dari rantai transfer elektron, membran dalam mitokondria bermuatan negatif dari dalam (karena₂ - ), dan luar - positif (karena H +), sehingga perbedaan potensial dibuat antara permukaannya. Di membran dalam mitokondria adalah molekul yang tertanam dari enzim ATP sintetase, yang memiliki saluran ion. Ketika perbedaan potensial melintasi membran mencapai tingkat kritis, partikel H + yang bermuatan positif dengan gaya medan listrik mendorong melalui saluran ATPase dan, begitu berada di permukaan bagian dalam membran, berinteraksi dengan oksigen untuk membentuk air:
1 / 2O₂ - +2H + → H₂O.
Energi ion hidrogen H +, yang diangkut melalui saluran ion membran dalam mitokondria, digunakan untuk fosforilasi ADP ke ATP:
ADP + F → ATP.
Pembentukan ATP dalam mitokondria dengan partisipasi oksigen disebut fosforilasi oksidatif.
Persamaan pemecahan glukosa total dalam proses respirasi seluler:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38H₃PO₄ + 38ADF → 6CO₂ + 44j₂O + 38ATP.
Jadi, selama glikolisis, 2 molekul ATP terbentuk, selama respirasi sel, 36 molekul ATP lainnya, secara umum, dengan oksidasi penuh glukosa, 38 molekul ATP.

Pertukaran plastik

Pertukaran plastik, atau asimilasi, adalah serangkaian reaksi yang memberikan sintesis senyawa organik kompleks dari yang lebih sederhana (fotosintesis, kemosintesis, biosintesis protein, dll.).

Organisme heterotrofik membangun bahan organik mereka sendiri dari komponen makanan organik. Asimilasi heterotrofik pada dasarnya bermuara pada penataan ulang molekul:
bahan organik makanan (protein, lemak, karbohidrat) → molekul organik sederhana (asam amino, asam lemak, monosakarida) → makromolekul tubuh (protein, lemak, karbohidrat).
Organisme autotrof dapat sepenuhnya mensintesis bahan organik dari molekul anorganik yang dikonsumsi dari lingkungan eksternal. Dalam proses foto dan kemosintesis, pembentukan senyawa organik sederhana terjadi, dari mana makromolekul selanjutnya disintesis:
zat anorganik (CO₂, H₂O) → molekul organik sederhana (asam amino, asam lemak, monosakarida) → makromolekul tubuh (protein, lemak, karbohidrat).

Fotosintesis

Fotosintesis - sintesis senyawa organik dari anorganik karena energi cahaya. Persamaan total fotosintesis:

Fotosintesis dimulai dengan partisipasi pigmen fotosintesis, yang memiliki sifat unik untuk mengubah energi sinar matahari menjadi energi ikatan kimia dalam bentuk ATP. Pigmen fotosintetik adalah zat protein. Pigmen yang paling penting adalah klorofil. Pada eukariota, pigmen fotosintesis tertanam dalam membran dalam plastid, pada prokariota - dalam invaginasi membran sitoplasma.
Struktur kloroplas sangat mirip dengan struktur mitokondria. Membran bagian dalam gran tylakoid mengandung pigmen fotosintesis, serta protein dari rantai transfer elektron dan molekul enzim ATP-synthetase.
Proses fotosintesis terdiri dari dua fase: terang dan gelap.
1. Fase cahaya fotosintesis hanya terjadi dalam cahaya di membran granula tylakoids.
Ini termasuk penyerapan klorofil kuanta cahaya, pembentukan molekul ATP, dan fotolisis air.
Di bawah aksi kuantum cahaya (hv), klorofil kehilangan elektron, beralih ke keadaan tereksitasi:

Elektron-elektron ini ditransfer oleh pembawa ke bagian luar, yaitu permukaan membran tilakoid yang menghadap matriks, tempat ia terakumulasi.
Pada saat yang sama, fotolisis air terjadi di dalam tylakoids, yaitu dekomposisi di bawah aksi cahaya:

Elektron yang dihasilkan ditransfer oleh pembawa ke molekul klorofil dan mengembalikannya. Molekul klorofil kembali ke keadaan stabil.
Proton hidrogen yang terbentuk selama fotolisis air terakumulasi di dalam tilakoid, menciptakan reservoir H +. Akibatnya, permukaan bagian dalam membran tilakoid bermuatan positif (oleh H +), dan permukaan luar negatif (oleh e -). Dengan akumulasi partikel bermuatan berlawanan di kedua sisi membran, perbedaan potensial meningkat. Ketika perbedaan potensial tercapai, gaya medan listrik mulai mendorong proton melalui saluran ATP synthetase. Energi yang dilepaskan selama proses ini digunakan untuk memfosforilasi molekul ADP:
ADP + F → ATP.

Pembentukan ATP selama fotosintesis di bawah aksi energi cahaya disebut fotofosforilasi.
Ion hidrogen, yang muncul di permukaan luar membran tilakoid, bertemu di sana dengan elektron dan membentuk atom hidrogen, yang berikatan dengan molekul pembawa hidrogen NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate):
2H + + 4e - + NADF + → NADF · N₂.
Jadi, selama fase cahaya fotosintesis, tiga proses terjadi: pembentukan oksigen karena penguraian air, sintesis ATP dan pembentukan atom hidrogen dalam bentuk NADPH₂. Oksigen berdifusi ke atmosfer, dan ATP dan NADF · H₂ berpartisipasi dalam proses fase gelap.
2. Fase gelap fotosintesis berlangsung dalam matriks kloroplas baik dalam cahaya maupun dalam gelap dan mewakili serangkaian transformasi CO berturut-turut₂, datang dari udara, dalam siklus Calvin. Reaksi fase gelap akibat energi ATP dilakukan. Dalam siklus Calvin CO₂ mengikat hidrogen dari NADPH₂ dengan pembentukan glukosa.
Dalam proses fotosintesis, selain monosakarida (glukosa, dll), monomer senyawa organik lainnya disintesis - asam amino, gliserol dan asam lemak. Dengan demikian, berkat fotosintesis, tanaman memberikan diri mereka dan semua kehidupan di Bumi dengan zat organik penting dan oksigen.
Karakteristik komparatif dari fotosintesis dan respirasi eukariota disajikan pada tabel.