Metabolizm
Łańcuch oddechowy i chemiosmoza
Błona komórkowa i transport substancji
Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
Dyfuzja prosta i wspomagana zachodzą zgodnie z gradientem elektrochemicznym i nie wymagają bezpośredniego nakładu ATP. Transport aktywny przenosi substancję wbrew gradientowi, wykorzystując energię ATP lub energię gradientu innego jonu.
Osmoza jest ruchem wody przez błonę półprzepuszczalną do roztworu o niższym potencjale wody. W komórce roślinnej napływ wody zwiększa turgor, a w roztworze hipertonicznym utrata wody może wywołać plazmolizę.
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Endocytoza wprowadza duże cząstki lub płyn w pęcherzykach.
- Egzocytoza umożliwia wydzielanie hormonów, enzymów i neuroprzekaźników.
Schemat: Błona komórkowa i transport substancji
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: III.5.4
Organizacja komórki i funkcje organelli
Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
Mitochondria i chloroplasty mają podwójną błonę, koliste DNA, rybosomy podobne do bakteryjnych i dzielą się przez przewężenie. Cechy te wspierają teorię ich endosymbiotycznego pochodzenia.
Lizosomy zawierają hydrolazy działające w kwaśnym środowisku, peroksysomy utleniają wybrane substraty i rozkładają H₂O₂, a wakuola roślinna magazynuje substancje i utrzymuje turgor.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- RER jest szczególnie rozwinięte w komórkach intensywnie wydzielających białka.
- SER uczestniczy w syntezie lipidów, detoksykacji i magazynowaniu Ca²⁺.
Schemat: Organizacja komórki i funkcje organelli
Najważniejsze elementy budowy i ich funkcje.
Podstawa programowa: III.5.6
Metabolizm, ATP i regulacja enzymów
Metabolizm obejmuje szlaki kataboliczne, które rozkładają związki i uwalniają energię, oraz anaboliczne, które zużywają energię do syntezy. ATP sprzęga procesy egzoergiczne z endoergicznymi przez przenoszenie grupy fosforanowej.
Enzym stabilizuje stan przejściowy i obniża energię aktywacji, nie zmieniając ΔG ani położenia równowagi. Swoistość wynika z przestrzennego i chemicznego dopasowania centrum aktywnego do substratu.
Aktywność enzymu zależy od temperatury, pH, stężenia substratu i inhibitorów. Inhibitor kompetycyjny konkuruje o centrum aktywne, a niekompetycyjny obniża aktywność przez związanie w innym miejscu.
- Fosforylacja może zmienić aktywność białka lub energię substratu.
- Przy wysokim stężeniu substratu enzym osiąga nasycenie.
- Sprzężenie zwrotne ujemne hamuje wcześniejszy etap szlaku przez produkt końcowy.
- Koenzymy i grupy prostetyczne są niebiałkowymi składnikami części enzymów.
Schemat: Metabolizm, ATP i regulacja enzymów
Zależność między zmiennymi i jej interpretacja.
Podstawa programowa: III.5.4
Najczęstsze błędy
„Osmoza jest ruchem substancji rozpuszczonej”
Poprawnie: W osmozie przemieszcza się rozpuszczalnik, najczęściej woda, przez błonę półprzepuszczalną.
„Każda komórka eukariotyczna ma jądro”
Poprawnie: Dojrzałe erytrocyty ssaków i człony rurek sitowych są przykładami wyspecjalizowanych komórek bez jądra.
„Enzym zwiększa ilość produktu w stanie równowagi”
Poprawnie: Enzym przyspiesza reakcję w obu kierunkach i skraca czas osiągnięcia równowagi, ale nie przesuwa jej położenia.
„Tlen jest substratem glikolizy”
Poprawnie: Tlen jest końcowym akceptorem elektronów w łańcuchu oddechowym, a glikoliza może zachodzić bez niego.
Zadania z odpowiedziami
1. Plazmoliza komórki roślinnej
Wyjaśnij zmiany w komórce skórki cebuli umieszczonej w stężonym roztworze sacharozy.
- 1.Określ toniczność roztworu względem soku komórkowego.
- 2.Wskaż kierunek ruchu wody.
- 3.Opisz zmianę objętości wakuoli i położenia protoplastu.
Odpowiedź
Roztwór jest hipertoniczny, dlatego woda wypływa z komórki. Wakuola i protoplast kurczą się, a błona komórkowa odstaje od ściany — zachodzi plazmoliza.
2. Doświadczenie z aktywnością enzymu
Zaplanuj badanie wpływu pH na aktywność amylazy.
- 1.Przygotuj identyczne mieszaniny skrobi i amylazy.
- 2.Zastosuj bufory o różnych pH, utrzymując stałą temperaturę i czas.
- 3.Oceń pozostałą skrobię płynem Lugola.
Odpowiedź
Zmienną niezależną jest pH, zależną — ilość rozłożonej skrobi. Najsłabsze zabarwienie po jodynie wskazuje najwyższą aktywność amylazy.
3. Grubość ściany lewej komory
Wyjaśnij, dlaczego lewa komora ma grubszą warstwę mięśnia niż prawa.
- 1.Porównaj opór krążenia dużego i płucnego.
- 2.Wskaż wymagane ciśnienie.
- 3.Połącz z siłą skurczu i masą mięśnia.
Odpowiedź
Lewa komora tłoczy krew przez całe ciało i musi pokonać większy opór, dlatego wytwarza wyższe ciśnienie i ma grubszą ścianę mięśniową.
Podsumowanie
- Kanał tworzy hydrofilową drogę przez błonę, a przenośnik zmienia konformację.
- Pompa Na⁺/K⁺ transportuje 3 Na⁺ na zewnątrz i 2 K⁺ do komórki na 1 ATP.
- Dwuwarstwa fosfolipidowa stanowi barierę dla jonów i większości cząsteczek polarnych, ale przepuszcza małe cząsteczki niepolarne. Białka błonowe pełnią funkcję kanałów, przenośników, pomp, receptorów i enzymów.
- Otoczka jądrowa jest ciągła z siateczką śródplazmatyczną.
- Rybosomy 80S występują w cytozolu eukariontów, a 70S m.in. u bakterii i w organellach półautonomicznych.
- Kompartmentacja rozdziela reakcje w przestrzeni i pozwala utrzymywać odmienne warunki w organellach. Jądro przechowuje DNA, rybosomy syntetyzują białka, RER modyfikuje białka wydzielnicze i błonowe, a aparat Golgiego je sortuje.
- Fosforylacja może zmienić aktywność białka lub energię substratu.
Słownik pojęć
- Gradient elektrochemiczny
- Łączny wpływ różnicy stężeń i potencjału elektrycznego na ruch jonu.
- Plazmoliza
- Odstawanie protoplastu od ściany wskutek utraty wody.
- Organelle półautonomiczne
- Mitochondria i chloroplasty mające część własnego aparatu genetycznego.
- Energia aktywacji
- Minimalna energia potrzebna do osiągnięcia stanu przejściowego.
- Sprzężenie zwrotne
- Regulacja, w której produkt procesu wpływa na wcześniejsze etapy.
- Chemiosmoza
- Wykorzystanie przepływu protonów przez syntazę ATP.
- Ciśnienie parcjalne
- Udział danego gazu w całkowitym ciśnieniu mieszaniny.
- Automatyzm serca
- Zdolność serca do samodzielnego generowania pobudzeń.