Məlumat

Bioloji reaksiyalardan əmələ gələn elektronlar və protonlar hara gedir?

Bioloji reaksiyalardan əmələ gələn elektronlar və protonlar hara gedir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Disulfid bağının meydana gəlməsi kimi bir reaksiyada protonlar və elektronlar sərbəst buraxılır. Bu hissəciklərin yüksək səviyyədə zərər verdiyi ehtimal edilir. Elektronların və protonların yığılmasının qarşısını almaq üçün hansı sistemlər mövcuddur?


Bağladığınız diaqramı təkrar etdim. Bir disulfid yaratmaq üçün bir cüt tiolun oksidləşməsini göstərir. Bu sxemdə çatışmayan şey müşayiət edən oksidləşdirici maddədir. Beləliklə, məsələn, bu, molekulyar oksigenlə reaksiyada kataliz olmadan həyata keçirilə bilər, bu halda hidrogen peroksid əmələ gəlir. Beləliklə, elektronlar və protonlar oksigenin üzərinə düşdü.

Bioloji sistemdə bu oksidləşmə adətən bir ferment tərəfindən həyata keçirilir, bu halda oksidləşdirici agent FAD (flavin adenin dinukleotid) və ya NAD ola bilər.+(nikotinamid adenin dinukleotid). Bunlar ən çox istifadə edilən redoks kofaktorlarıdır. Tipik bir eukaryotik hüceyrədə bunlar ya (a) ya mitoxondrial elektron daşıma zənciri ilə azalır (bu halda son elektron qəbuledicisi yenidən oksigen olacaq); və ya (b) onlar metabolik reaksiyada azaldıcı vasitə kimi istifadə edildikdə.


Elektronları və protonları hərəkət etdirmək üçün işıqdan istifadə

p-MeOH-ArOH və N-metil-4,4'-bypiridinium ilə fotoelektron proton ötürülməsi. Kredit: Thomas J. Meyer, David W. Thompson

(Phys.org) — Bəzi kimyəvi reaksiyalarda həm elektronlar, həm də protonlar birlikdə hərəkət edir. Köçürdükdə, onlar birgə və ya ayrı-ayrı addımlarla hərəkət edə bilərlər. Bu növ işığın yaratdığı reaksiyalar, bitkilərin suyu oksigenə çevirmək üçün günəşdən gələn fotonlardan istifadə etdiyi Fotosistem II kimi bioloji sistemlərə xüsusilə aiddir.

Şimali Karolina Universiteti, Çinin Şansi Universiteti və Nyufaundlenddəki Memorial Universitetindən bir qrup tədqiqatçı işığın kimyəvi reaksiyada protonların necə ötürülməsinə səbəb ola biləcəyini daha yaxşı başa düşmək üçün yeni təcrübələr ailəsi üzərində adsorbsiya tədqiqatları aparıblar. məhlulda hidrogen bağlı komplekslər arasında protonların köçürülməsi zamanı baş verən keçid. Onlar protonun birbaşa ötürülməsi üçün xarakterik olan yeni optik keçidlər üçün sübutlar təqdim edirlər. Bu hesabat bu yaxınlarda nəşr olundu Milli Elmlər Akademiyasının Materialları.

N-metil-4,4'-bipiridinium kation (MQ +) proton qəbuledicisi kimi xidmət edir, burada proton metillənməmiş piridinium aminə əlavə olunacaq. Əgər proton transferi baş verərsə, MQ+ radikal kation (MQH + •) əmələ gətirəcək ki, onun UV/görünən diapazonda absorbsiya spektrləri N, N'-dimetil-4, 4'-bypiridinium (MV 2+) ilə müqayisə oluna bilər.

Ultra sürətli lazer flaş fotoliz ölçmələrindən istifadə edərək, onlar p-metoksifenil və mehylviologen qəbuledicisi MQ + arasında aşağı enerji udma zolağına birbaşa sübut tapdılar. 360 nm-də və lazer nəbzindən sonra 250 fs-də görünür. Bu xassələrə əsaslanaraq, MeOPhO • —H-MQ + vermək üçün fenoldan proton transferinin məhsuludur.

Tək bir fotonu udduqdan sonra həm elektron, həm də protonun ötürülməsini əhatə edən bu reaksiyanın görünüşü radikal katyonun vibrasiya koherentliyi və onun xarakterik spektral xüsusiyyətləri ilə dəstəklənir. Nəticə olaraq, tez-tez aşağı intensivlikdə olan əlaqəli keçidlər DNT kimi müəyyən bioloji molekulların deqradasiyasında mühüm rol oynaya bilər.

Bu udma zolaqlarının görünüşü nəzəri əhəmiyyətə malik ola bilər. Onlar bu reaksiyaların təbiətdə necə baş verdiyinin intim detallarını araşdırmaq üçün sadə spektroskopik ölçmələrdən istifadə etməyin bir yolunu nümayiş etdirirlər. Bu, geniş bioloji və kimyəvi əhəmiyyət kəsb edə biləcək proseslərə yeni fiziki fikir verir.

mücərrəd
Fenollar 4-metilfenol, 4-metoksifenol və N-asetil-tirozin sulu məhlulda N-metil-4, 4′-bipiridinium kation (MQ+) ilə hidrogenlə bağlı əlavələr əmələ gətirir, bunun sübutu aşağı enerjili, aşağı -UV-görünən spektrlərdə absorbsiya xüsusiyyətləri. Onlar optik induksiya edilmiş, uyğunlaşdırılmış elektron-proton köçürməsinin, fotoEPT-nin məlum nümunələrinə aid edilir. MeOPhO-H—-MQ+ qurğusunda ultrasürətli keçici udma ölçmələrinin nəticələri 0,1 ps-lik ilk müşahidə zamanı keçici spektrlərdə MeOPhO·—-H-MQ+ üçün spektral xüsusiyyətlərin ani görünüşü ilə EPT-yə uyğun gəlir. Keçici tənəzzül 2,5 ps-də MeOPhO-H—-MQ+-a çatır, bu, tənəzzül izlərində ~1 ps periyodu ilə titrəmələrin görünüşü ilə müşayiət olunur, vibrasiya uyğunluğu və daha yüksək υ(NH) vibrasiya səviyyəsindən və ya səviyyələrindən relaksasiyaya uyğundur. geri EPT üçün vaxt miqyasında.


Oksidləşdirici maddələr: Dioksigen

O2, dioksigen, təbiətdə istifadə olunan ən güclü oksidləşdirici maddələrdən biridir.

    Dioksigenin Lyuis quruluşunu çəkin, O2.

Dioksigen oksidləşdirici maddə kimi çıxış edərsə, tamamilə suya çevrilə bilər.

    Dioksigen azaldıqca (elektron verir/elektron qəbul edir). Birini dairə edin.

Bu reaksiya həqiqətən bir elektronla baş verir.

    Aşağıdakı oksigen növləri üçün Lyuis strukturlarını çəkin (superoksid, O2 - peroksid, O2 2- oksid, O 2- ).

Dioksigenin xassələri

Kimyəvi cəhətdən hüceyrə tənəffüsü ekzotermik redoks reaksiyası hesab olunur.

Texniki cəhətdən, hüceyrə tənəffüsü yanma reaksiyasıdır, lakin canlı hüceyrədə meydana gəldiyi zaman birinə bənzəmir.

    Yuxarıdakı reaksiyanı tarazlayın.

Təbiət dioksigenin bu iki xüsusiyyəti ilə məşğul olmalıdır ki, oksigeni karbohidratların və lipidlərin CO2-yə oksidləşməsində və yanmadan istifadə etsin!

    Bir orqanizm qlükozanın oksidləşməsini yanğın olmadan necə tamamlayır?

Oksigen oksidləşdirici agent kimi reaksiya verdikdə, pis, təhlükəli məhsullar (superoksid, peroksid) istehsal etmək üçün azalır.

    Bu növləri istehsal etmək istədiyimiz bir vəziyyəti təsəvvür edə bilərsinizmi?

PUFA radikal oksidləşməsi

Əsas vəziyyət üçlü oksigen bədəndəki müəyyən yağlarla asanlıqla reaksiya verir.

PUFA-ların oksidləşməsinə hidroksil radikalı (HO&bull) kimi sərbəst radikallar vasitəçilik edir. Burada w-3 yağ turşusu olan linolenik turşunun oksidləşməsində təklif olunan ilk addım göstərilir:

Şəkildə göstərilən reaksiya C-14-də hidrogenlərdən birinin mücərrəd olduğunu göstərsə də, bu cür reaksiyaya həssas olan digər hidrogen atomları da var.

    Radikal aralıq üçün rezonans strukturlarını çəkin 1.

Radikal ara 1 molekulyar oksigenlə reaksiya verir:

    Bu mexanizm bu radikal deqradasiya prosesinin yayılmasına necə imkan verir?


Tədqiqatçılar biologiya və elektronikanı birləşdirmək üçün CRISPR texnologiyasından istifadə edirlər

Kredit: CC0 Public Domain

Merilend Universitetinin (UMD) tədqiqatçıları bioloji sistemlərlə əlaqə saxlayan ilk növ mikroelektron cihazları yaratmaq üçün CRISPR texnologiyasından eyni vaxtda bir neçə geni elektron şəkildə “açmaq” və “söndürmək” üçün yeni üsulla istifadə edirlər. Onların texnikası, nəşr Təbiət Əlaqələri, elektron və bioloji dünyalar arasında uçurumu daha da aradan qaldırmaq potensialına malikdir, yeni geyilə bilən və "ağıllı" cihazlara yol açır.

UMD-nin Fişell Biomühəndislik Departamentinin və Bioelm və Biotexnologiya Tədqiqatları İnstitutunun professoru William E. Bentley, "COVID-19 pandemiyası ilə üzləşdiyimiz halda, biz indi "ağıllı" cihazların ümumi əhaliyə necə fayda verə biləcəyini daha dərindən başa düşürük" dedi. IBBR) və Robert E. Fischell Biotibbi Cihazlar İnstitutunun direktoru. "Təsəvvür edin ki, biz cihaz taxıb smartfonumuzda istifadəçinin aktiv virusa sahib olub-olmadığını, toxunulmazlıq yaradıb və ya yoluxmadığını müəyyən edə bilən proqrama daxil ola bilsək, dünya necə olardı. Bizdə bu hələ yoxdur, lakin Bunu reallığa çevirmək üçün biologiya və elektronika arasında məlumatın sürətli ötürülməsinə imkan verən texnologiyalar dəstinin lazım olduğu getdikcə daha aydın olur.

Bentley bildirib ki, belə bir cihazla bu məlumat, məsələn, dinamik və avtonom şəkildə effektiv kontakt axtarışını aparmaq üçün istifadə edilə bilər.

Son 60 ildə mikroelektronika ilk implantasiya edilə bilən kardiostimulyatordan bir-biri ilə əlaqəli hesablama cihazlarının gücündən istifadə edən şəxsi geyilə bilən cihazlara qədər böyük dərəcədə təkamül etdi - daha çox əşyaların İnterneti və ya IoT kimi tanınır. Mikroelektronikanın növbəti böyük dalğası insan sağlamlığını yaxşılaşdırmaq üçün qlükoza, hormonlar və ya DNT kimi molekullara daxil olan və onları idarə edən cihazları əhatə edə bilər. Ancaq böyük bir maneə qalır.

Müasir ağıllı cihazların nə qədər inkişaf etmiş olmasına baxmayaraq, bugünkü mikroelektron cihazlar silikon, qızıl və ya kimyəvi maddələr kimi materiallardan və elektronları təmin edən enerji mənbəyindən istifadə edərək məlumatları emal edir. Ancaq bioloji sistemlərdə sərbəst elektronlar yoxdur. Beləliklə, mikroelektronika ilə bioloji dünya arasında texnologiya boşluğu qalır.

İki ildən çox əvvəl, Bentley, onun IBBR və Fischell İnstitutunun həmkarı, Gregory F,. Payne və onların komandaları kəşf etdikləri boşluqla bağlı araşdırma dərc etdilər.

Bioloji sistemlərdə elektronları daşıya bilən kiçik molekullar sinfi artıq mövcuddur. "Redoks" molekulları kimi tanınan bu molekullar elektronları istənilən yerə daşıya bilir. Bunun üçün redoks molekulları elektronları nəzərdə tutulan hədəfə daşımaq üçün əvvəlcə bir sıra kimyəvi reaksiyalardan - oksidləşmə və ya reduksiya reaksiyalarından keçməlidirlər.

Sintetik biologiya komponentləri olan hüceyrələrin mühəndisliyi ilə Bentley-in tədqiqat qrupu bakterial hüceyrələrdə daha ənənəvi molekulyar siqnallar əvəzinə elektronları tanıyan və CRISPR-ın bioloji cəhətdən proqramlaşdırıla bilən genetik sxemini özündə birləşdirən mürəkkəb sintetik "keçid" sistemi yaratdı. Gen redaktəsi ilə məşhur olan CRISPR nəzarət funksiyaları redoks molekullarına cavab verən və E.coli-də olan tənzimləyici zülal olan SoxR ilə işləmək üçün dəyişdirilib. Genləri redaktə etmək əvəzinə, komanda istənilən funksiyaları yerinə yetirmək üçün hüceyrənin metabolik mexanizmlərini fokuslamaq üçün CRISPR-dən istifadə edir.

Qrup prosesi aşağı tənzimləmə və yuxarı tənzimləmə kimi tanınan şeyi əhatə edir, bunun sayəsində hüceyrə xarici stimula cavab olaraq müəyyən bir komponentin, məsələn, zülalın miqdarını azaldır (aşağı tənzimləmə) və ya artırır (yuxarı tənzimləmə). Komanda müvəffəqiyyətlə nümayiş etdirdi ki, CRISPR-dən istifadə edərək, onlar E.coli-də, eləcə də Salmonellalarda spesifik genlərin yuxarı və aşağı tənzimlənməsini elektriklə proqramlaşdıra bilərlər. Bu yolla, komanda sübut etdi ki, elektriklə proqramlaşdırılmış məlumat rabitə kanalı kimi eyni redoks mühitindən istifadə edərək bir çox bakteriya ştammına və daxilində ötürülə bilər.

Bundan əlavə, qrup elektronika və telekommunikasiya sahəsində siqnal emal imkanlarından istifadə etmək üçün CRISPR texnologiyasını yaratdı və tətbiq etdi. Hüceyrələri geldə immobilizasiya etdilər və CRISPR-ə nəzarət edən hüceyrədənkənar siqnalın dəqiq müəyyən edilmiş kimyəvi qradiyenti yaratmaq üçün elektron siqnallardan istifadə etdilər. Onlar göstərdilər ki, ən yüksək oksidləşmiş piosiyaninə - redoks reaksiyasında iştirak edə bilən bir metabolitə məruz qalan hüceyrələr CRISPR aktivliyinin ən yüksək səviyyəsini nümayiş etdirdi, minimal oksidləşmiş piosiyaninə məruz qalan hüceyrələr isə CRISPR aktivliyinin ən aşağı səviyyəsini nümayiş etdirdi. Bununla da, komanda elektrik siqnallarının CRISPR-ni məkan olaraq idarə etmək üçün istifadə oluna biləcəyi fərziyyələrini effektiv şəkildə dəstəklədi.

CRISPR universal olaraq biologiya üçün çevik alət hesab edilsə də, bu iş CRISPR-nin eyni zamanda seçilmiş genləri elektron şəkildə hədəfə almaq və idarə etmək üçün bioelektronikada necə istifadə oluna biləcəyinin ilk nümayişini təmsil edir.

"Növbəti addımlarımız bioelektronika işlərimizi gücləndirməkdən ibarətdir ki, gələcək nəsil rabitə cihazları həqiqətən yerli olaraq əldə edilən bioloji məlumatları özündə birləşdirə bilsin" dedi Bentley.


Bioloji azotun fiksasiya mexanizmi

Bioloji azot fiksasiyası bəzi bakte&şiriyalar, siyanobakteriyalar və simbiotik bakteriyalar tərəfindən həyata keçirilir. Simbiotik birləşmədə bakteriya sabit azot (NH3) ev sahibinə keçir və karbohidratları və digər qidaları sonuncudan alır.

Bioloji azot fiksasiyası azot fiksasiya edən prokaryotun içərisində olan nitrogenaz fermentinin iştirakı ilə baş verir. Bu fermentə əlavə olaraq reduksiya edən ekvivalentlərin mənbəyi (ferredoksin (Fd) və ya flavodoksin in vivo), ATP və protonlar tələb olunur.

Bioloji azot fiksasiyasının ümumi stoxiometriyası aşağıdakı tənliklə təmsil olunur:

N2 + 8H + + 8e – + 16 ATP → 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi

Nitrogenaz fermenti əslində iki metallo-zülaldan ibarət ferment kompleksidir.

(i) Fe-protein və ya dəmir-zülal komponenti (əvvəllər azoferredoksin adlanırdı) və

(ii) Fe Mo-proteini və ya dəmir-molibden zülal komponenti (əvvəllər molibdoferredoksin adlanırdı). Bu iki komponentdən heç biri tək başına N-in azalmasını kataliz edə bilməz2 NH üçün3.

Nitrogenazanın Fe-protein komponenti digər komponentindən daha kiçikdir və O-ya çox həssas olan Fe-S proteinidir.2 və bununla geri dönməz şəkildə təsirsiz hala gəlir. Bu Fe-S zülalı, hər birinin molekulyar kütləsi 30-72 kDa (mikroorqanizmdən asılı olaraq) olan iki oxşar peptid zəncirinin dimeridir. Bu dimerdə dörd Fe atomu və dörd S atomu var (bunlar labil və 12 titrlənən tiol qrupudur).

Nitrogenazanın MoFe-protein komponenti iki komponentdən daha böyükdür və qarışıq (α) kimi birləşən iki müxtəlif peptid zəncirindən ibarətdir.2β2 ) ümumi molekulyar kütləsi 180 – 235 k Dalton olan tetramer (mikroorqanizmdən asılı olaraq). Bu tetramerdə iki Mo atomu, təxminən 24 Fe atomu, təxminən 24 labil S atomu və ehtimal ki, üç 24 Fe şəklində olan 30 titrlənən tiol qrupu var.4 – S4 klasterlər. Bu komponent də O-ya həssasdır2.

i. Çünki nitrogenaza ferment kompleksi O-ya həssasdır2, bioloji azot fiksasiyası anaerob şərait tələb edir. Azot fiksasiya edən orqanizm anaerobdursa, belə bir problem yoxdur. Lakin orqanizm aerob olduqda belə, azot fiksasiyası yalnız O-nun çox aşağı səviyyəsini saxlamaq üçün şərait yaradıldıqda baş verir.2 ya da onların daxilində nitrogenaz fermenti ətrafında demək olar ki, anaerob şərait hökm sürür.

ii. N-dən başqa2, nitrogenase fermenti N kimi bir sıra digər substratları azalda bilər2O (azot oksidi), N3 – (azide), C2H2 (asetilen), protonlar (2H + ) və ATP hidrolizini katalizləyir.

iii. Azot fiksasiyasının birbaşa ölçülməsi kütləvi spektroskopiya ilə həyata keçirilir. Bununla belə, müqayisəli tədqiqatlar üçün asetilenin azaldılması qaz xromatoqrafiyası üsulu ilə kifayət qədər asan ölçülə bilər.

Elektronlar azalmış ferredoksin və ya flavodoksin və ya digər təsirli reduksiyaedici maddələrdən azalan Fe-protein komponentinə keçir. Azaldılmış Fe-zülaldan elek&şitronlar MoFe-zülal komponentinə verilir, bu da öz növbəsində azalır və ATP-nin ADP və qeyri-üzvi fosfata (Pi) hidrolizi ilə müşayiət olunur. Bu proses zamanı ötürülən elektron üçün iki Mg++ və 2 ATP molekulu tələb olunur.

2 ATP-nin azalmış Fe-zülalına bağlanması və 2 ATP-nin 2 ADP + 2 Pi-yə sonrakı hidrolizi, redoks (reduksiya-oksidləşmə) reaksiyalarını asanlaşdıran Fe-proteinin konformativ dəyişikliyinə səbəb olduğuna inanılır. Azaldılmış MoFe-zülaldan elektronlar nəhayət molekulyar azota (N) köçürülür.2) və 8 protondan ibarət olur ki, iki ammonyak və bir hidrogen molekulu əmələ gəlir (bax: bərabərlik və Şəkil 9.4).

iv. İlk baxışdan, bir N-ni azaltmaq və azaltmaq üçün altı elektron və altı proton tələb oluna bilər.2 molekuldan iki ammonyak molekuluna çevrilir. Lakin, N.-nin azalması2 bir H əmələ gətirmək üçün iki protonun azaldılması ilə məcburi şəkildə əlaqələndirilir2 molekul da. Bunun aktiv sahədə azotun bağlanması üçün lazım olduğuna inanılır.

v. Azaldılmış elektron donorlarının (ferredoksin, flavodoksin və s.) bərpası üçün elektronlar hüceyrə mübadiləsi, məsələn, piruvat oksidləşməsi ilə təmin edilir.

H. əmələ gəlməsi zamanı mikroorqanizmlər tərəfindən əhəmiyyətli miqdarda enerji itirilir2 azot fiksasiyası zamanı mol­ecule. Bununla belə, bəzi rizobiyalarda H-ni parçalayan hidrogenaza fermenti tapılır2 elektronlara və protonlara (H2 → 2H + + 2e – ). Bu elektronlar daha sonra azotun azaldılmasında yenidən istifadə oluna bilər və bununla da azot fiksasiyasının səmərəliliyi artır.

Elm adamları bioloji azotun fiksasiyası mexanizmini izah etməyə çalışsalar da, bioloji azot fiksasiyası zamanı elektron ötürülməsinin dəqiq yolu, substrata daxil olma və məhsulun buraxılması və protonların mənbəyi hələ tam aydınlaşdırılmamışdır.

Paxlalı bitkilərdə kök düyünlərinin əmələ gəlməsi:

Rhizobia, kök düyünləri yaratmaq üçün xüsusi və utancaq ev sahibi bitkilərə yoluxmadan əvvəl torpaqda sərbəst yaşayan orqanizmlər kimi meydana gəlir. Rizobiya və paxlalı ev sahibi bitki arasında simbioz həmişə məcburi deyil. Bununla belə, torpaqda azotun məhdud tədarükü şəraitində simbiotik əlaqənin inkişafı üçün iki simbiont arasında mürəkkəb siqnal mübadiləsi aparılır.

vi. Düyün meydana gəlməsində iştirak edən ayrı-ayrı hosta xas genlər və rizobial spesifik genlər var. Ev sahibi bitki genləri nodulin və ya nod genləri, rizobial genlər isə nodulyasiya və ya nod genləri adlanır. Rhizobia tərəfindən istehsal olunan bəzi Nod faktorları simbioz üçün siqnal kimi çıxış edir.

Rizobiya, flavonoidlər və betainlər kimi ser­tain kimyəvi maddələrin köklər tərəfindən ifraz olunmasına cavab olaraq paxlalı bitkinin köklərinə yaxın torpaqda miqrasiya edir və toplanır. Paxlalı bitkilərin kök tükləri lektinlər adlanan xüsusi şəkər bağlayan zülallar istehsal edir. Bu lektinlər rizobiyanın kök tüklərinə bağlanmasını asanlaşdırmaq üçün Nod faktorları tərəfindən aktivləşdirilir, onların ucları öz növbəsində əyri olur (Şəkil 9.5 A).

Rhizobia indi kök tüklərinə daxil olmaq üçün kök tüklərinin hüceyrə divarlarını parçalayan fermentlər ifraz edir. Kök tüklərindən rizobiya infeksiya sapları vasitəsilə korteksin daxili təbəqələrinin hüceyrələrinə daxil olur (Qolgi mənşəli membran veziküllərinin birləşməsi ilə əmələ gələn qatlanmış plazma membranının boruvari uzantıları).

Rizobiya infeksiya sapının içərisində çoxalmağa davam edir və çoxlu sayda kortikal hüceyrələrə buraxılır, burada kortikal hüceyrələrin çoxalmasına səbəb olur və nəticədə köklərin yuxarı səthində düyünlərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir (Şəkil 9.5 A & B). Kortikal hüceyrələrə buraxıldıqdan sonra rizobiya bölünməyi dayandırır və böyüyür.

Elektron mikroskopik tədqiqatlar, ev sahibi hüceyrə plazma membranından yaranan tək membranlarla əhatə olunmuş rizobiya qruplarını göstərdi. Membranların içindəki genişlənmiş və hərəkətsiz bakteriya qruplarına bakterioid, onları əhatə edən membrana isə peribakterioid membran deyilir.

Bakteroidlərlə peribakteroid membran arasındakı boşluğa peribakteroid boşluq deyilir. Bu bakterioidlər aerobdur və onların içərisində nitrogenaza fermenti olur. Bakteroidlərin möhkəm divarı yoxdur və osmotik cəhətdən labildir. Glycine max-ın kök düyün hüceyrələrində çox vaxt 4 – 6 bakterioid qrupları peribakteroid membranların içərisində və kənarında yerləşir (Şəkil 9.5 C).

Rizobiya ilə yoluxmuş kortikal hüceyrələrdə sonradan düyünlərə çevrilən xromosomların sayı paxlalı bitkilərin digər somatik hüceyrələrindəki xromosomların sayından ikiqat çoxdur (yəni tetraploiddir) və düyün əmələ gəlməsi üçün ilkin şərt kimi görünür. Düyündə tetraploid olan yoluxmuş hüceyrələrdən başqa bəzi unifeksiya edilməmiş diploid hüceyrələrə də rast gəlinir. Düyün sabit azotun, yəni NH-nin ötürülməsini asanlaşdırmaq üçün kökün damar sistemi ilə əlaqəli öz damar sisteminə malikdir.3 ev sahibinə və karbohidratlara və digər qida maddələrinə sahibdən bakterioidlərə.

Paxlalı bitkilərin kök düyünlərində qırmızı qan cisimciklərinin hemoglobinə çox oxşar olan qırmızı piqment - oksigen bağlayan hem zülal tapılır. Bu piqment ayaq-hemoqlobin adlanır və yoluxmuş düyün hüceyrələrinin sitozolunda olur. Ayaq-hemoqlobin düyünlərə çəhrayı-qırmızı rəng verir. Bu piqmentin globin hissəsi bakterial infeksiyaya cavab olaraq ev sahibi bitki genomunda sintez olunur, onun heme hissəsi isə bakte və şirial genom tərəfindən sintez olunur.

Hemoqlobinin konsentrasiyası ilə azot fiksasiya sürəti arasında korrelyasiya tapılsa da, bu piqment azot fiksasiyasında birbaşa rol oynamır. O, (i) bakterioidlərin daxilindəki nitrogenazanı oksigenin zərərli təsirindən qoruyur və (ii) bakterioidlərə oksigenin adekvat tədarükünü təmin edir, beləliklə, tənəffüs yolu ilə azotun fiksasiyası üçün tələb olunan ATP-lər əmələ gəlməyə davam edir.

Bakteroidlərin içərisində əmələ gəldikdən sonra ammonyak (və ya NH4 + ) yoluxmuş nod və şyule hüceyrələrinin sitozoluna buraxılır, burada amidlərə (əsasən asparagin və qlutamin) və ya ureidlərə (əsasən allantoik turşu, allantoin və sitrulin) çevrilir. Bu amidlər və ya ureidlər daha sonra ksilem vasitəsilə ev sahibi bitkinin tumurcuqlarına köçürülür və burada sürətlə NH-yə katabolizasiya olunur.4 + ammonium assimilyasiyasının əsas axınına daxil olmaq üçün.


Tələbələr və Müəllimlər üçün

Yalnız Müəllimlər Üçün

DAVAMLI ANLAMA
ENE-1
Canlı sistemlərin olduqca mürəkkəb təşkili daimi enerji daxil edilməsini və makromolekulların mübadiləsini tələb edir.

TƏLİM MƏQSƏDİ
ENE-1.I
Orqanizmlərə enerji tutmağa və saxlamağa imkan verən fotosintetik prosesləri təsvir edin.

ENE-1.J
Hüceyrələrin işıqdan enerjini necə tutduğunu və saxlama və istifadə üçün bioloji molekullara necə köçürdüyünü izah edin.

ƏSAS BİLİK
ENE-1.I.1
Orqanizmlər enerjini bioloji proseslərdə istifadə etmək üçün tutur və saxlayır–

  1. Fotosintez günəşdən enerji alır və şəkər əmələ gətirir.
    1. Fotosintez ilk dəfə prokaryotik orqanizmlərdə inkişaf etmişdir.
    2. Elmi dəlillər prokaryotik (siyanobakterial) fotosintezin oksigenli atmosferin yaranmasından məsul olduğu iddiasını dəstəkləyir.
    3. Prokaryotik fotosintez yolları eukaryotik fotosintezin əsasını təşkil edirdi.

    ENE-1.I.2
    Eukariotlarda fotosintezin işıqdan asılı reaksiyaları üzvi molekulların istehsalını gücləndirən ATP və NADPH əldə etmək üçün işıqda mövcud olan enerjini tutan bir sıra əlaqələndirilmiş reaksiya yollarını əhatə edir.

    ENE-1.J.1
    Fotosintez zamanı xlorofillər işıqdan enerji udur, elektronları I və II fotosistemlərdə daha yüksək enerji səviyyəsinə yüksəldir.

    ENE-1.J.2
    I və II fotosistemlər xloroplastların daxili membranlarına yerləşdirilir və elektron daşıma zənciri (ETC) vasitəsilə daha yüksək enerjili elektronların ötürülməsi ilə bağlanır.

    ENE-1.J.3
    Elektronlar ETC-dən keçərkən molekullar arasında reaksiya ardıcıllığı ilə ötürüldükdə daxili membranda protonların (hidrogen ionlarının) elektrokimyəvi qradiyenti yaranır.

    ENE-1.J.4
    Proton qradiyentin formalaşması ATP sintaza vasitəsilə ADP və qeyri-üzvi fosfatdan ATP sintezi ilə əlaqələndirilir.

    ENE-1.J.5
    İşıq reaksiyalarında tutulan və ATP və NADPH-ə ötürülən enerji, xloroplastın stromasında meydana gələn Kalvin dövründə karbon dioksiddən karbohidratların istehsalını gücləndirir.

    İSTİSNA BƏYANATI

    Kalvin dövründəki mərhələlərin, molekulların quruluşunun və fermentlərin adlarının (ATP sintaza istisna olmaqla) yadda saxlanması kursun və AP İmtahanının əhatə dairəsindən kənardadır.


    Biologiyanın Kimyası: Kimyəvi Reaksiyalar: İon, Kovalent və Qütb Kovalent Bağlar

    Biologiya Kimyası

    Kimyəvi reaksiyalar biologiyanın bütün səviyyələri üçün vacibdir. Ən sadə dillə desək, reaksiya reaktivlər və məhsullar tələb edir. Reaktivlər dəyişikliklə əlaqəli atomlar və ya molekullardır və məhsullar nəticədə dəyişmiş atomlar və ya molekullardır. Əksər bioloji reaksiyalarda fermentlər davranmaq katalizatorlar reaksiya sürətini artırmaq üçün. Kimyəvi reaksiya, ilkin reaktivlərdən fərqli kimyəvi xüsusiyyətlərə malik məhsul yaratmaq üçün reaktivlər birləşdikdə baş verir. Bu, həmişə enerji dəyişikliyini və orijinal atomlar ətrafında elektron konfiqurasiyasının dəyişməsini əhatə edir. Elektronlar orbitallarını iki və ya daha çox atom nüvəsini daxil etmək üçün yenidən bölüşdürdükdə, a-da olduğu kimi kovalent elektronları bağlayın və ya bağışlayın və ya qəbul edin ion bağ, kimyəvi reaksiya meydana gəldi. Kimyəvi reaksiyalar zamanı iki ümumi əlaqə növü yaranır: ion və kovalent.

    İonik bağlar atomun ən xarici və ya valent elektronları ikinci atomla birlikdə verildikdə və ya qəbul edildikdə yaranır. Elektronlar indi orijinal atomunun deyil, qəbuledici atomun ətrafında fırlandığı üçün qəbul edən atomda indi proton və elektronların sayı arasında disbalans yaranır və mənfi yüklü ion halına gəlir. Bağışlayan atom da proton-elektron balanssızlığına malikdir və mənfi yüklü elektronu itirdiyinə və protonlarının sayı eyni qaldığına görə müsbət yüklü iona çevrilir. Yaranan molekul orijinal atomlardan fərqli xüsusiyyətlərə malikdir. Yadda saxlamaq lazımdır ki, reaksiya verən atomlar ətrafında elektronların qeyri-bərabər paylanması səbəbindən yaranan ion birləşmələri qismən yüklərə malikdir. Bu əhəmiyyət İxtisaslaşdırılmış Hüceyrə Quruluşunda və Funksiyasında daha ətraflı şəkildə işlənmişdir, lakin suyun üzərində qismən yükü olan istənilən maddəni həll edə bilməsi faktını izah edir. İon bağı üçün tipik bir nümunə, bir elektron verən bir natrium atomunun, elektronu qəbul edən bir xlor atomuna qoşularaq, natrium xloridi meydana gətirməkdir ki, bu da süfrə duzudur.

    Kovalent Bağlar iki və ya daha çox atom elektronlarını paylaşdıqda meydana gəlir. Bunun əvəzinə elektronlar bağışlanmır/qəbul edilmir, onlar bütün iştirakçı atomların ətrafında elektron buludu yaratmaq üçün öz orbitallarını birləşdirirlər. Elektronlar bütün reaksiya verən nüvələr ətrafında bərabər şəkildə bölüşdürüldükdə, karbonun özü ilə kovalent əlaqədə olduğu kimi, yaranan molekulda qismən yük olmur. Bununla belə, bəzi hallarda elektronlar bərabər şəkildə bölüşdürülmür və qütb kovalent bağlarda olduğu kimi qismən yüklər meydana gəlir.

    Əslində, bir çox bağlar əslində ion və kovalentin hibridləşməsidir və hər iki növün xüsusiyyətlərinə malikdir. İlə atomlar qütb kovalent bağlar elektronlarını (kovalent xarakteristikası) qeyri-bərabər (ion xarakteristikası) bölüşür, molekulun bir ucuna cüzi müsbət (+) yük, digər ucuna isə bir qədər mənfi (-) yük verir. Su qütblü kovalent molekuldur, çünki elektronlar daha çox vaxtlarını oksigen atomunun ətrafında keçirirlər, çünki oksigen atomunda elektron maqnit kimi fəaliyyət göstərən daha çox proton var. Elektronların bu qeyri-bərabər paylanması səbəbindən molekulun oksigen ucu bir qədər mənfi yükə malikdir və hidrogen ucu qismən müsbət yükə malikdir, çünki elektronlar oksigen atomu ətrafında orbitə daha çox vaxt sərf edirlər. Ümumi molekulun qismən müsbət və qismən mənfi bir sonu var. Nəticədə, su molekulları bir molekulun müsbət ucu digər molekulun mənfi ucu ilə eyniləşir (əkslər cəlb edir).

    İon modelində də diqqət yetirin ki, elektronlar göndərən atomdan çəkilir və qəbul edən atom tərəfindən qəbul edilir. Kovalent model elektronların bütün atomlar ətrafında bərabər paylandığını, qütb kovalenti isə elektronların qeyri-bərabər paylanmasını göstərir.

    Bütün hallarda hər hansı kimyəvi reaksiyanın hərəkətverici qüvvəsi atomların daha sabitliyinə doğru hərəkətdir. Sabitliyi artırmaq üçün atomlar reaksiya verməyə meyllidirlər ki, enerjilərini azaldıb, güclərini artırırlar entropiya (təsadüfilik və ya təşkilatsızlıq). Kimyəvi baxımdan bu o deməkdir ki, onlar ən kənar orbitallarında sabit sayda elektrona sahib olmağa çalışırlar. Sabit rəqəm ən xarici enerji səviyyəsinin ya tamamilə dolu, ya da tamamilə boş olduğunu bildirir. Kimyaçılar bunu belə adlandırırlar v çünki sabitliyə çatmaq üçün çox vaxt səkkiz valent elektron tələb olunur. Atomlar bu elektron konfiqurasiyasına nail olmaq üçün elektronları (ionik) bağışlayaraq/qəbul edərək və ya paylaşaraq (kovalent) reaksiya verirlər. Biomolekullar üzvi hesab olunur, çünki tərkibində karbon elementi var və kovalent bağlanır.


    İçindəkilər

    PSII-nin nüvəsi iki homoloji zülal D1 və D2-nin psevdosimmetrik heterodimerindən ibarətdir. [2] İlkin fotoinduksiya edilmiş yük ayrılmasına məruz qalan xlorofil dimerində oturan müsbət yükün iki monomer tərəfindən bərabər şəkildə paylaşıldığı bütün digər fotosistemlərin reaksiya mərkəzlərindən fərqli olaraq, bütöv PSII-də yük əsasən bir xlorofil mərkəzində lokallaşdırılmışdır (70). −80%). [3] Buna görə P680 + yüksək oksidləşdiricidir və suyun parçalanmasında iştirak edə bilər. [2]

    Fotosistem II (siyanobakteriyalar və yaşıl bitkilər) təxminən 20 alt bölmədən (orqanizmdən asılı olaraq) və digər köməkçi, işıq yığan zülallardan ibarətdir. Hər bir fotosistem II ən azı 99 kofaktordan ibarətdir: 35 xlorofil a, 12 beta-karoten, iki feofitin, iki plastokinon, iki hem, bir bikarbonat, 20 lipid, Mn.
    4 CaO
    5 klaster (iki xlorid ionu daxil olmaqla), bir hem olmayan Fe 2+
    və iki ehtimal olunan Ca 2+
    monomer başına ionlar. [4] Fotosistem II-nin bir neçə kristal quruluşu var. [5] Bu protein üçün PDB qoşulma kodları 3WU2, 3BZ1, 3BZ2 (3BZ1 və 3BZ2 Fotosistem II dimerinin monomer strukturlarıdır), [4] 2AXT, 1S5L, 1W5C, 1ILX, 1FE1, 1IZL-dir.

    Oksigen təkamül edən kompleks suyun oksidləşmə yeridir. Dörd manqan ionundan (+3 ilə +4 arasında dəyişən oksidləşmə vəziyyətlərində) [6] və bir ikivalentli kalsium ionundan ibarət metallo-okso klasteridir. Suyu oksidləşdirərək, oksigen qazı və protonlar istehsal etdikdə, o, ardıcıl olaraq dörd elektronu sudan tirozin (D1-Y161) yan zəncirinə, sonra isə P680-in özünə çatdırır. O, üç protein alt bölməsindən ibarətdir, OEE1 (PsbO), OEE2 (PsbP) və OEE3 (PsbQ) dördüncü PsbR peptidi yaxınlıqda əlaqələndirilir.

    Oksigen təkamül edən kompleksin ilk struktur modeli 2001-ci ildə 3,8Å rezolyusiyaya malik dondurulmuş zülal kristallarından rentgen kristalloqrafiyasından istifadə etməklə həll edildi. [7] Sonrakı illərdə modelin ayırdetmə qabiliyyəti tədricən 2,9Å-a qədər artırıldı. [8] [9] [10] Bu strukturları əldə etmək özlüyündə böyük bir şücaət olsa da, oksigen təkamül edən kompleksi tam təfərrüatı ilə göstərməmişdir. 2011-ci ildə PSII OEC 1.9Å səviyyəsinə həll edildi və beş metal atomunu və Mn4CaO5 klasterinə bağlı dörd su molekulunu birləşdirən okso körpü rolunu oynayan beş oksigen atomunu aşkar etdi, hər bir fotosistem II monomerində 1300-dən çox su molekulu tapıldı. protonlar, su və ya oksigen molekulları üçün kanal rolunu oynaya bilən geniş hidrogen bağlayıcı şəbəkələr yaradır. [11] Bu mərhələdə, rentgen kristalloqrafiyası ilə əldə edilən strukturların qərəzli olması təklif edilir, çünki manqan atomlarının istifadə olunan yüksək intensivlikli rentgen şüaları ilə azaldılması və müşahidə olunan OEC strukturunu dəyişdirdiyinə dair sübutlar var. Bu, tədqiqatçıları kristallarını ABŞ-dakı SLAC kimi X-şüasız Elektron Lazerlər adlanan fərqli rentgen qurğularına aparmağa həvəsləndirdi. 2011-ci ildə müşahidə edilən struktur 2014-cü ildə təsdiqlənib. [12] Photosystem II-nin strukturunu bilmək onun tam olaraq necə işlədiyini açıqlamaq üçün kifayət etmədi. Beləliklə, indi yarış Photosystem II-nin strukturunu mexaniki dövrün müxtəlif mərhələlərində həll etməyə başladı (aşağıda müzakirə ediləcək). Currently structures of the S1 state and the S3 state's have been published almost simultaneously from two different groups, showing the addition of an oxygen molecule designated O6 between Mn1 and Mn4, [13] [14] suggesting that this may be the site on the oxygen evolving complex, where oxygen is produced.

    Photosynthetic water splitting (or oxygen evolution) is one of the most important reactions on the planet, since it is the source of nearly all the atmosphere's oxygen. Moreover, artificial photosynthetic water-splitting may contribute to the effective use of sunlight as an alternative energy-source.

    The mechanism of water oxidation is understood in substantial detail. [15] [16] [17] The oxidation of water to molecular oxygen requires extraction of four electrons and four protons from two molecules of water. The experimental evidence that oxygen is released through cyclic reaction of oxygen evolving complex (OEC) within one PSII was provided by Pierre Joliot et al. [18] They have shown that, if dark-adapted photosynthetic material (higher plants, algae, and cyanobacteria) is exposed to a series of single turnover flashes, oxygen evolution is detected with typical period-four damped oscillation with maxima on the third and the seventh flash and with minima on the first and the fifth flash (for review, see [19] ). Based on this experiment, Bessel Kok and co-workers [20] introduced a cycle of five flash-induced transitions of the so-called S-states, describing the four redox states of OEC: When four oxidizing equivalents have been stored (at the S4-state), OEC returns to its basic S0-state. In the absence of light, the OEC will "relax" to the S1 state the S1 state is often described as being "dark-stable". S1 state is largely considered to consist of manganese ions with oxidation states of Mn 3+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Mn 4+ . [21] Finally, the intermediate S-states [22] were proposed by Jablonsky and Lazar as a regulatory mechanism and link between S-states and tyrosine Z.

    In 2012, Renger expressed the idea of internal changes of water molecules into typical oxides in different S-states during water splitting. [23]

    Inhibitors of PSII are used as herbicides. There are two main chemical families, the triazines derived from cyanuric chloride [24] of which atrazine and simazine are the most commonly used and the aryl ureas which include chlortoluron and diuron (DCMU). [25] [26]


    Additional Science Textbook Solutions

    Human Heredity: Principles and Issues (MindTap Course List)

    Biology: The Unity and Diversity of Life (MindTap Course List)

    Biology (MindTap Course List)

    Human Biology (MindTap Course List)

    Chemistry & Chemical Reactivity

    Nutrition Through The Life Cycle

    Cardiopulmonary Anatomy & Physiology

    General Chemistry - Standalone book (MindTap Course List)

    An Introduction to Physical Science

    Introductory Chemistry: A Foundation

    Introduction to General, Organic and Biochemistry

    Chemistry: An Atoms First Approach

    Nutrition: Concepts and Controversies - Standalone book (MindTap Course List)

    Horizons: Exploring the Universe (MindTap Course List)

    Chemistry for Engineering Students

    Understanding Nutrition (MindTap Course List)

    Fundamentals of Physical Geography

    Chemistry for Engineering Students

    Chemistry: Principles and Reactions

    Chemistry for Today: General, Organic, and Biochemistry

    Nutrition Through the Life Cycle (MindTap Course List)

    General, Organic, and Biological Chemistry

    Organic And Biological Chemistry

    Environmental Science (MindTap Course List)

    Physics for Scientists and Engineers

    Environmental Science (MindTap Course List)

    Biology: The Unity and Diversity of Life (MindTap Course List)

    Physics for Scientists and Engineers, Technology Update (No access codes included)


    Bölmənin xülasəsi

    Materiya məkanı tutan və kütləsi olan hər şeydir. O, müxtəlif elementlərin atomlarından ibarətdir. All of the 92 elements that occur naturally have unique qualities that allow them to combine in various ways to create compounds or molecules. Protonlar, neytronlar və elektronlardan ibarət olan atomlar, elementin bütün xüsusiyyətlərini saxlayan ən kiçik elementlərdir. Electrons can be donated or shared between atoms to create bonds, including ionic, covalent, and hydrogen bonds, as well as van der Waals interactions.

    Məşqlər

    Lüğət

    anion: a negative ion formed by gaining electrons

    atomic number: the number of protons in an atom

    cation: a positive ion formed by losing electrons

    chemical bond: an interaction between two or more of the same or different elements that results in the formation of molecules

    covalent bond: a type of strong bond between two or more of the same or different elements forms when electrons are shared between elements

    electron: a negatively charged particle that resides outside of the nucleus in the electron orbital lacks functional mass and has a charge of –1

    electron transfer: the movement of electrons from one element to another

    element: one of 118 unique substances that cannot be broken down into smaller substances and retain the characteristic of that substance each element has a specified number of protons and unique properties

    hydrogen bond: a weak bond between partially positively charged hydrogen atoms and partially negatively charged elements or molecules

    ion: an atom or compound that does not contain equal numbers of protons and electrons, and therefore has a net charge

    ionic bond: a chemical bond that forms between ions of opposite charges

    isotope: one or more forms of an element that have different numbers of neutrons

    mass number: the number of protons plus neutrons in an atom

    matter: anything that has mass and occupies space

    neutron: a particle with no charge that resides in the nucleus of an atom has a mass of 1

    nonpolar covalent bond: a type of covalent bond that forms between atoms when electrons are shared equally between atoms, resulting in no regions with partial charges as in polar covalent bonds

    nucleus: (chemistry) the dense center of an atom made up of protons and (except in the case of a hydrogen atom) neutrons

    octet rule: states that the outermost shell of an element with a low atomic number can hold eight electrons

    periodic table of elements: an organizational chart of elements, indicating the atomic number and mass number of each element also provides key information about the properties of elements

    polar covalent bond:a type of covalent bond in which electrons are pulled toward one atom and away from another, resulting in slightly positive and slightly negative charged regions of the molecule

    proton: a positively charged particle that resides in the nucleus of an atom has a mass of 1 and a charge of +1

    radioactive isotope: an isotope that spontaneously emits particles or energy to form a more stable element

    van der Waals interaction: a weak attraction or interaction between molecules caused by slightly positively charged or slightly negatively charged atoms


    Videoya baxın: Planetimizin enerjisi üzrə bələdçi - Coşua (Oktyabr 2022).