Məlumat

S2019_Mühazirə_16_Oxu - Biologiya

S2019_Mühazirə_16_Oxu - Biologiya


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.

ETC-nin necə inkişaf etdiyinə dair bir fərziyyə

SLP/fermentasiya və ETC-lərin təkamülü arasında təklif olunan əlaqə:

Enerji mübadiləsinin əvvəlki müzakirəsində biz substrat səviyyəsində fosforlaşmanı (SLP) və fermentasiya reaksiyalarını araşdırdıq. Suallardan biri müzakirə nöqtələri Bu müzakirə üçün belə idi: SLP-nin ətraf mühitə qısa və uzunmüddətli nəticələri nələrdir? F-nin təkamülünə səbəb olan sitozoldan (hüceyrənin daxili hissəsi) protonları çıxarmaq üçün hüceyrələrin necə birgə təkamül mexanizmləri lazım olduğunu müzakirə etdik.0F1-Aşağıdakı ilk şəkildə göstərildiyi kimi, ATP-ni hidroliz edərək protonları hüceyrənin içindən hüceyrənin xaricinə köçürən çoxalt birlikli ferment ATPaz. Bu tənzimləmə kiçik azaldılmış üzvi molekulların sərbəst mövcud olduğu müddətcə işləyir və SLP və fermentasiyanı sərfəli edir. Lakin bu bioloji proseslər davam etdikcə kiçik azalmış üzvi molekullar tükənməyə başlayır və onların konsentrasiyası azalır; bu, hüceyrələrin daha səmərəli olmasını tələb edir.

Potensial "ATP tullantılarının" bir mənbəyi hüceyrənin sitozolundan protonların çıxarılmasıdır; ATP-ni qoruyub saxlayaraq, toplanan protonları xaric etmək üçün başqa mexanizmlər tapa bilən orqanizmlər seçici üstünlüklərə malik ola bilər. Bu selektiv təkamül təzyiqinin potensial olaraq toplanan protonları vurmaq üçün enerji mənbəyi kimi qırmızı/öküz reaksiyalarından istifadə edən ilk membrana bağlı zülalların təkamülünə səbəb olduğu güman edilir (ikinci şəkildə təsvir edilmişdir). Bu xüsusiyyətlərə malik fermentlər və ferment kompleksləri bu gün Kompleks I, NADH dehidrogenaz kimi elektron daşıma kompleksləri şəklində mövcuddur.

Şəkil 1. ATP-dən asılı proton translokatorunun təklif olunan təkamülü

Şəkil 2. Kiçik azaldılmış üzvi molekullar məhdudlaşdıqca, sitozoldan protonları çıxarmaq üçün alternativ mexanizmlər tapa bilən orqanizmlər üstünlük əldə edə bilər. ATP hidrolizindən daha çox qırmızı/öküz reaksiyalarından istifadə edən proton translokatorunun təkamülü ATPazı əvəz edə bilər.

Bu məntiq xətti ilə davam etsək, əgər indi protonları membrana köçürmək üçün qırmızı/öküz reaksiyalarından istifadə edə bilən orqanizmlər təkamül edərsə, hər iki yükü ayıran elektrokimyəvi qradiyent yaradacaqlar (xarici müsbət və daxili mənfi; elektrik potensialı) və pH (xaricidə aşağı pH, içəridə daha yüksək pH). Hüceyrə membranının kənarında artıq protonlarla və F0F1-ATPaz artıq protonları köçürmək üçün ATP istehlak etmir, belə bir fərziyyə var ki, elektrokimyəvi qradiyent daha sonra F-ni gücləndirmək üçün istifadə edilə bilər.0F1-ATPase "geriyə" - yəni qırmızı/öküz nasosları tərəfindən qurulan yük/pH qradiyentlərindəki enerjidən istifadə edərək ATP yaratmaq və ya istehsal etmək (aşağıda göstərildiyi kimi). Bu tənzimləmə an adlanır elektron nəqliyyat zənciri (ETC).

Şəkil 3. ETC-nin təkamülü; Qırmızı/öküzlə idarə olunan proton translokatorlarının birləşməsi, F tərəfindən ATP istehsalı ilə əlaqələndirilir0F1-ATPase.

QEYD: Elektron nəqli zəncirlərinin təkamülü haqqında geniş oxu

Əgər elektron daşıma zəncirlərinin təkamül hekayəsi ilə maraqlanırsınızsa, NCBI-də mövzunun bu daha dərin müzakirəsinə baxın.

İşıq Enerjisi və Piqmentlər

İşıq Enerjisi

Günəş geniş bir sahəni əhatə edən çox miqdarda elektromaqnit şüalanması (günəş enerjisi) yayır. elektromaqnit spektri, bütün mümkün radiasiya tezliklərinin diapazonu. Günəş radiasiyası Yerə çatdıqda, bu enerjinin bir hissəsi planetdəki maddə ilə qarşılıqlı əlaqədə olur və ona ötürülə bilər. Bu enerji ötürülməsi, hava şəraitinə təsir etməkdən, saysız -hesabsız bioloji proseslərin aparılmasına qədər müxtəlif hadisələrlə nəticələnir. BIS2A-da biz əsasən sonuncu ilə maraqlanırıq və aşağıda işıq və onun biologiya ilə qarşılıqlı əlaqəsi ilə bağlı bəzi əsas anlayışları müzakirə edirik.

Əvvəlcə işığın bir neçə əsas xüsusiyyətini yeniləməliyik:

  1. Vakuumdakı işıq 299.792.458 m/s sabit bir sürətlə hərəkət edir. İşığın sürətini çox vaxt "c" dəyişəni ilə qısaldırıq.
  2. İşıq dalğaların xüsusiyyətlərinə malikdir. İşığın xüsusi "rəngi" xarakterik bir dalğa uzunluğuna malikdir.

Dalğadakı zirvələr arasındakı məsafəyə dalğa uzunluğu deyilir və yunan hərfi lambda (Ⲗ) ilə qısaldılır. Attribution: Marc T. Facciotti (orijinal əsər)

Tezlik və dalğa uzunluğunun tərs mütənasibliyi. Dalğa 1, 2 dalğanın dalğa uzunluğunun 2 qatına bərabərdir (Ⲗ1> Ⲗ2). İki dalğa eyni sürətlə hərəkət edirsə (c)Təsəvvür edin ki, çəkilmiş bütün xətlərin hər ikisi eyni şaquli xəttin yanından sürüklənir sonra dalğa zirvəsinin sabit bir nöqtədən keçmə sayı 2 dalğa üçün 1 dalğadan daha böyükdür (f2> f1). Facciotti (orijinal iş)

3. Nəhayət, işığın hər bir tezliyi (və ya dalğa uzunluğu) müəyyən bir enerji ilə əlaqələndirilir. Enerjiyə "E" deyəcəyik. Tezlik və enerji arasındakı əlaqə:

[E = h dəfə f ]

burada h Plank sabiti (~ 6.626x10-34 Joule • tezlik saniyədə dövrə ilə ifadə edildikdə ikinci). Tezlik və dalğa uzunluğu arasındakı əlaqəni nəzərə alaraq E = h*c/Ⲗ də yaza bilərsiniz. Buna görə də, tezlik nə qədər böyükdürsə (və ya dalğa uzunluğu daha qısadır), daha çox enerji xüsusi bir "rəng" ilə əlaqələndirilir. Yuxarıdakı şəkildə 2 -ci dalğa 1 -ci dalğadan daha böyük enerji ilə əlaqələndirilir.

Günəş enerjisini elektromaqnit şüalanması şəklində yayır. Görünən işıq da daxil olmaqla bütün elektromaqnit şüalanması dalğa uzunluğu ilə xarakterizə olunur. Dalğa uzunluğu nə qədər uzun olsa, o qədər az enerji daşıyır. Dalğa uzunluğu nə qədər qısa olarsa, o qədər çox enerji elektromaqnit spektrinin zolağı ilə əlaqələndirilir.

Gördüyümüz İşıq

İnsanların ağ işıq kimi gördüyü görünən işıq, hər biri xarakterik bir dalğa uzunluğuna malik olan göy qurşağından ibarətdir. Prizma və ya bir damla su kimi bəzi obyektlər ağ işığı yayaraq rəngləri insan gözünə açır. Görünən spektrdə bənövşəyi və mavi işığın daha qısa (daha yüksək enerji), narıncı və qırmızı işığın isə daha uzun (aşağı enerji) dalğa uzunluğu var.

Görünən işığın rəngləri eyni miqdarda enerji daşımır. Bənövşəyi ən qısa dalğa uzunluğuna malikdir və buna görə də ən çox enerji daşıyır, qırmızı isə ən uzun dalğa uzunluğuna malikdir və ən az enerji daşıyır. Kredit: NASA tərəfindən işin dəyişdirilməsi

Piqmentlər tərəfindən udulma

İşıq və bioloji sistemlər arasındakı qarşılıqlı təsir, hüceyrə fiziologiyası və ya biofiziki kimya üzrə yuxarı bölmə kurslarında öyrənə biləcəyiniz bir neçə fərqli mexanizm vasitəsilə baş verir. BIS2A -da əsasən işıq və bioloji piqmentlərin qarşılıqlı əlaqəsi ilə maraqlanırıq. Bu qarşılıqlı təsirlər, iki funksional kateqoriyaya bölünən müxtəlif işığa bağlı bioloji prosesləri başlata bilər: hüceyrə siqnalizasiyası və enerji yığımı. Siqnal qarşılıqlı təsirləri əsasən ətraf mühitdəki dəyişiklikləri qavramaqdan məsuldur (bu halda işığın dəyişməsi). İşıq və gözdə ifadə olunan piqmentlər arasındakı qarşılıqlı əlaqə siqnal qarşılıqlı təsirinə misal ola bilər. Bunun əksinə olaraq, enerji yığımında iştirak edən işıq/piqment qarşılıqlı təsirləri - təəccüblü deyil - işığın enerjisini tutmaq və bioloji prosesləri yanacaq üçün hüceyrəyə ötürmək üçün istifadə olunur. Tezliklə haqqında daha çox öyrənəcəyimiz fotosintez, enerji yığan qarşılıqlı əlaqənin bir nümunəsidir.

İşıqla bioloji qarşılıqlı təsirlərin mərkəzində üzvi piqmentlər dediyimiz molekul qrupları dayanır. İnsan retinasında, xloroplast tilakoidində və ya mikrob membranında olsun, üzvi piqmentlər tez -tez qəbul edə biləcəkləri müəyyən enerjiyə və ya dalğa uzunluğuna malikdir. Bu molekulların işığın müxtəlif dalğa uzunluqlarına həssaslığı onların unikal kimyəvi tərkibi və strukturları ilə bağlıdır. Bəzi əsas bioloji piqmentlərin həssaslığı səbəbindən bir sıra elektromaqnit spektrinə bir neçə xüsusi ad verilir: Gözlərimizdəki retina piqmenti, bir opsin sensoru zülalı ilə birləşdikdə, əsasən dalğa uzunluqları arasında işığı "görür" (udur). 700 nm və 400 nm. Bu diapazon, əslində gözümüzlə görə biləcəyimiz elektromaqnit spektrinin fiziki sərhədlərini təyin etdiyinə görə, bu dalğa uzunluğuna "görünən diapazon" kimi istinad edirik. Bənzər səbəblərdən, bitkilərin piqment molekulları əsasən 700 nm və 400 nm arasında olan dalğa uzunluqlarını işlətdikləri üçün bitki fizioloqları bu dalğa uzunluğuna "fotosintetik olaraq aktiv şüalanma" kimi istinad edirlər.

BIS2A-da müzakirə etdiyimiz üç əsas piqment növü

Xlorofillər

Xlorofillər (bakterioklorofillər də daxil olmaqla) böyük bir piqment molekulu ailəsinin bir hissəsidir. Beş əsas xlorofil piqmenti var: a, b, c, d, və f. Xlorofil a adlı bakteriyalarda tapılan daha qədim molekulların bir sinfinə aiddir bakterioxlorofillər. Xlorofillər struktur olaraq metal ionunu əlaqələndirən halqa bənzər porfirin qrupu ilə xarakterizə olunur. Bu halqa quruluşu, kimyəvi cəhətdən bir metal koordinasiya edən və bir çox orqanizmdə oksigen bağlama və/və ya nəqldə iştirak edən heme birləşmələrinin quruluşu ilə əlaqədardır. Fərqli xlorofillər bir-birindən porfirin halqasında müxtəlif “bəzəklər”/kimyəvi qruplarla fərqlənir.

Hem və xlorofil molekullarının quruluşu. Ümumi porfirin halqası qırmızı rəngdədir. Facciotti (orijinal iş)

Karotenoidlər

Karotenoidlər təbiətdə olan qırmızı/narıncı/sarı piqmentlərdir. Onlar meyvələrdə - pomidorun qırmızısında (likopen), qarğıdalı toxumunun sarısında (zeaksantin) və ya portağal qabığının portağalında (β-karotin) olur - bunlar toxum dispersatorlarını (heyvanları) cəlb etmək üçün bioloji "reklam" kimi istifadə olunur. və ya başqa yerə toxum daşıya bilən həşəratlar). Fotosintezdə karotenoidlər fotosintetik piqmentlər kimi fəaliyyət göstərir. Bundan əlavə, bir yarpaq tam günəşə məruz qaldıqda, o səthin çox böyük miqdarda enerji emal etməsi tələb olunur; bu enerji düzgün idarə edilməzsə, əhəmiyyətli zərər verə bilər. Buna görə də, bir çox karotenoidlər artıq enerjini işıqda udmağa kömək edir və bu enerjini istilik olaraq təhlükəsiz şəkildə yaymağa kömək edir.

Flavonoidlər

Flavonoidlər bitkilərdə çox müxtəlif olan birləşmələrin çox geniş bir sinifidir. Bu molekullar bir çox formada olur, lakin hamısı aşağıda göstərilən ümumi əsas quruluşa malikdir. Flavonoidlərin müxtəlifliyi, əsas flavonu "bəzəyə" bilən funksional qrupların bir çox fərqli birləşməsindən qaynaqlanır.

Flavanların əsas halqa quruluşu.

Hər bir piqment növü, görünən işıqdan udduğu xüsusi dalğa uzunluqları ilə müəyyən edilə bilər. Bu xüsusiyyət piqment kimi tanınır udma spektri. Aşağıdakı şəkildəki qrafik xlorofilin udma spektrini göstərir a, xlorofil bvə β-karoten adlı bir növ karotenoid piqment (mavi və yaşıl işığı udur). Diqqət yetirin ki, hər bir piqmentin yüksək spesifik udulma nümunəsini ortaya çıxaran fərqli zirvələr və çökəkliklər dəsti var. Absorbsiyadakı bu fərqlər kimyəvi quruluşdakı fərqlərlə bağlıdır (bəziləri şəkildə vurğulanır). Xlorofil a dalğa uzunluqlarını görünən spektrin hər iki ucundan (mavi və qırmızı) udur, amma yaşıl deyil. Yaşıl əks olunduğundan və ya ötürüldüyündən xlorofil yaşıl görünür. Karotenoidlər qısa dalğalı mavi bölgədə udulur və daha uzun sarı, qırmızı və narıncı dalğa uzunluqlarını əks etdirir.

(a) Xlorofil a, (b) xlorofil b və (c) β-karoten, tilakoid membranında olan hidrofob üzvi piqmentlərdir. Qırmızı qutuda göstərilən hissədən başqa eyni olan xlorofil a və b yarpaqların yaşıl rənginə cavabdehdir. Fərqli xlorofillər arasındakı kimyəvi tərkibdəki az fərqin fərqli absorbsiya spektrlərinə səbəb olmasına diqqət yetirin. β-karotin yerköküdəki narıncı rəngdən məsuldur. Hər bir piqment özünəməxsus absorbsiya spektrinə malikdir (d).

Çox fərqli piqmentlərin olmasının əhəmiyyəti

Bütün fotosintetik orqanizmlərin günəş işığına tam çıxışı yoxdur. Bəzi orqanizmlər suyun altında böyüyür, burada işığın intensivliyi və mövcud dalğa uzunluqları müvafiq olaraq azalır və dərinliyə görə dəyişir. Digər orqanizmlər işıq uğrunda mübarizə aparır. Məsələn, yağışlı meşələrdəki bitkilər hər hansı bir işığı udur, çünki hündür ağaclar günəş işığının çox hissəsini udur və qalan günəş radiasiyasını yayır. Bu dəyişkən işıq şəraitini nəzərə almaq üçün, bir çox fotosintetik orqanizmdə, tək bir piqmentlə mümkün olandan daha geniş dalğa uzunluqlarından enerjini udmaq qabiliyyətini yaxşılaşdırmaq üçün ifadələri tənzimlənən piqmentlər qarışığı vardır.