Məlumat

6.5: Enerji - Biologiya

6.5: Enerji - 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.

Enerji bütün elmlərdə mərkəzi anlayışdır. Sinifdə bir çox müzakirələr kontekstdə baş verəcək Enerji Hekayəsi rubrikası, buna görə də biz transformasiya reaksiyasını nəzərdən keçirərkən, sözügedən sistemi dəqiq müəyyənləşdirməkdə və sistem daxilində baş verən bütün müxtəlif enerji köçürmələrini hesablamağa çalışmaqda maraqlı olacağıq, bu şərtə əməl etdiyimizə əmin olacağıq. Enerjinin Saxlanılması Qanunu.

Gündəlik həyatımızda prosesləri təsvir etmək üçün enerji anlayışından istifadə etdiyimiz bir çox nümunə var. Velosipedçi sinif üçün kampusa getmək üçün velosiped sürə bilər. Özünü və velosipedini A nöqtəsindən B nöqtəsinə köçürmə hərəkəti baş verən enerjinin ötürülməsini tədqiq etməklə müəyyən dərəcədə izah edilə bilər. Biz bu nümunəyə müxtəlif linzalar vasitəsilə baxa bilərik, lakin bioloqlar olaraq, biz çox güman ki, enerjinin qida molekullarından velosipedçinin əyilən əzələsindəki biomolekulların koordinasiyalı fəaliyyətinə necə ötürüldüyünü izah edən hadisələr silsiləsini anlamaq istəyirik. , və nəhayət, velosipedin A nöqtəsindən B nöqtəsinə hərəkətinə. Bunu etmək üçün sistemin hissələri arasında enerjinin ötürülməsinin müxtəlif yolları və onun saxlandığı və ya köçürüldüyü yerlər haqqında danışa bilməliyik. sistemin. Növbəti bölmədə biz bu enerjinin sistemin və onun ətrafının çoxlu mikrostatları (molekulyar vəziyyətləri) arasında necə paylandığını da nəzərdən keçirəcəyik.

Enerjinin konseptuallaşdırılmasına necə yanaşacağıq

BIS2A-da biz bir "əşya" ilə enerji haqqında düşünəcəyik metafora. Ancaq nəzərə alın ki, enerjidir YOX bir maddə, daha doğrusu a əmlak bir sistemin. Ancaq biz bunu müəyyən mənada fiziki sistemin bir hissəsində saxlanıla bilən və bir saxlama yerindən digərinə köçürülə və ya "köçürülə" bilən əmlak kimi düşünəcəyik. İdeya, enerjinin ötürüldükdə öz şəxsiyyətini qoruduğu konsepsiyasını gücləndirməkdir - o, özlüyündə formaları dəyişmir. Bu da öz növbəsində bizi enerjinin həmişə evə malik olduğuna və transformasiyadan əvvəl və sonra sistemdəki bütün enerjini hesabladığımızdan əmin olmağa təşviq edir; o, sadəcə olaraq “yaratmaq” və ya “itmək” deyil (bu ideyaların hər ikisi Enerjinin Saxlanılması Qanununa ziddir). Enerji ötürüldükdə, biz onun haradan gəldiyini və hara getdiyini müəyyən etməliyik - bütün bunları! Yenə deyirəm, biz sadəcə itirə bilmərik. Enerji ötürüldükdə, bu köçürmə ilə əlaqəli hansısa mexanizm olmalıdır. Bizi maraqlandıran bəzi hadisələri izah etməyə kömək etmək üçün bu barədə düşünək. Bu mexanizm bizim çox vaxt anlamaqda maraqlı olduğumuz “necə”nin bir hissəsidir. Nəhayət, köçürmə haqqında danışsaq, hər iki komponentin, yəni fiziki sistemin enerjidən imtina edən hissəsi və sistemin həmin enerjini alan hissəsi ilkin vəziyyətlərindən dəyişdiyini dərk etməliyik. Bir çevrilməni araşdırarkən enerjidəki dəyişikliklər üçün sistemin bütün komponentlərinə baxdığımızdan əmin olmalıyıq.

Enerji mənbələri

Nəhayət, Yer səthində baş verən bir çox proseslər üçün enerji mənbəyi günəş radiasiyasından gəlir. Ancaq görəcəyimiz kimi, biologiya canlıları qurmaq və saxlamaq üçün müxtəlif enerji formalarından istifadə etməkdə çox ağıllı olmuşdur. Bu kursu keçərkən biz müxtəlif enerji mənbələrini və bu yanacaqlardan enerji ötürmək üçün biologiyanın yaratdığı yolları araşdıracağıq.


Enerjidən fərqli olaraq, maddə bir ekosistemdən keçərkən itmir. Əvəzində maddə, o cümlədən su təkrar emal olunur. Bu təkrar emal bir ekosistemdə biotik və abiotik amillər arasında xüsusi qarşılıqlı əlaqəni əhatə edir. Çox güman ki, bu səhər içdiyiniz su milyonlarla ildir və ya daha çoxdur.

Orqanizmlərin ehtiyac duyduğu kimyəvi elementlər və su ekosistemlərdə davamlı olaraq təkrar dövr edir. Onlar biosferin biotik və abiotik komponentlərindən keçir. Ona görə də onların dövrləri adlanır biogeokimyəvi dövrlər. Məsələn, kimyəvi maddə orqanizmlərdən hərəkət edə bilər (bio) atmosferə və ya okeana (geo) və yenidən orqanizmlərə qayıdır. Elementlər və ya su dövrün müxtəlif hissələrində müxtəlif müddətlər ərzində saxlanıla bilər.

  • Bir elementi və ya suyu qısa müddətə saxlayan dövrənin bir hissəsi adlanır mübadilə hovuzu. Məsələn, atmosfer su mübadiləsi hovuzudur. Adətən suyu (su buxarı şəklində) cəmi bir neçə gün saxlayır.
  • Elementi və ya suyu uzun müddət saxlayan dövrün bir hissəsi adlanır su anbarı. Okean su üçün bir anbardır. Dərin okean minlərlə il su saxlaya bilər.

Yerdəki suyun milyardlarla yaşı var. Bununla belə, fərdi su molekulları su dövranı boyunca hərəkət etməyə davam edir. The su dövranı qlobal dövrədir. Şəkildə göstərildiyi kimi Yerin səthində, yuxarısında və altında baş verir Şəkil aşağıda.

Digər biogeokimyəvi dövrələr kimi, su dövranının başlanğıcı və sonu yoxdur. Sadəcə təkrarlanır.

Su dövranı zamanı su üç müxtəlif vəziyyətdə olur: qaz (su buxarı), maye (su) və bərk (buz). Su dövranında suyun vəziyyəti dəyişdikcə bir çox proseslər iştirak edir.

Buxarlanma, Sublimasiya və Transpirasiya

Su üç fərqli proseslə qaza çevrilir:

  1. Buxarlanma səthdəki suyun su buxarına çevrildiyi zaman baş verir. Günəş suyu qızdırır və su molekullarına atmosferə qaçmaq üçün kifayət qədər enerji verir.
  2. Sublimasiya buz və qar birbaşa su buxarına çevrildikdə baş verir. Bu da günəşdən gələn istilik səbəbindən baş verir.
  3. Transpirasiya bitkilər stomata adlanan yarpaq məsamələri vasitəsilə su buxarını buraxdıqda baş verir (bax Şəkil aşağıda).

Kondensasiya və Yağıntı

Yüksələn hava axınları su buxarını atmosferə aparır. Atmosferdə su buxarı qalxdıqca soyuyur və qatılaşır. Kondensasiya su buxarının maye suyun kiçik damcılarına çevrildiyi prosesdir. Su damlaları buludlar əmələ gətirə bilər. Damcılar kifayət qədər böyük olarsa, onlar kimi düşürlər yağıntı&mdashrain, qar, sulu qar, dolu və ya şaxtalı yağış. Ən çox yağıntı okeana düşür. Nəhayət, bu su yenidən buxarlanır və su dövranını təkrarlayır. Bəzi donmuş yağıntılar buzlaqların və buzlaqların bir hissəsinə çevrilir. Bu buz kütlələri donmuş suyu yüz illər və ya daha uzun müddət saxlaya bilir.

Qrunt suları və axıntı

Quruya düşən yağıntılar yerin səthindən keçə bilər. Bu su adlanır axıntı. Nəhayət, bir su hövzəsinə axa bilər. Quruya düşən bəzi yağıntılar torpağa hoparaq, çevrilə bilər yeraltı sular. Qrunt suları yerdən bulaqda və ya okean kimi su hövzəsinə sıza bilər. Yeraltı suların bir hissəsi bitki kökləri tərəfindən götürülə bilər. Bəziləri yerin altından daha dərindən axa bilər sulu qat. Bu, bəzən min illərlə su saxlayan yeraltı qaya təbəqəsidir.

Elm Cümə: Ərimənin proqnozlaşdırılması: Hava Qar Rəsədxanası

Cənubi Kaliforniyanın su təchizatının 75%-i Sierra Nevada dağ silsiləsindəki qar yığınından gəlir. Science Friday tərəfindən hazırlanan bu video NASA-nın suyun tərkibini diqqətlə ölçmək üçün xüsusi cihazlardan istifadə edən Hava Qar Rəsədxanasından necə istifadə etdiyini izah edir.


6.5: Enerji - Biologiya

Bu bölmədə siz aşağıdakı sualları araşdıracaqsınız:

  • Metabolik yollarda fermentlərin rolu nədir?
  • Fermentlər molekulyar katalizator kimi necə fəaliyyət göstərir?

AP ® Kursları üçün əlaqə

Hüceyrələrdəki bir çox kimyəvi reaksiyalar özbaşına baş verir, lakin hüceyrənin ehtiyaclarını ödəmək üçün çox yavaş baş verir. Məsələn, bir stəkan buzlu çayda bir çay qaşığı saxaroza (süfrə şəkəri), disakaridin iki monosaxarid, qlükoza və fruktoza parçalanması vaxt aparacaq, lakin çaya az miqdarda saxaroza fermenti əlavə etsəniz, saxaroza demək olar ki, dərhal parçalanır. Saxaroza bir ferment, bir növ bioloji katalizator nümunəsidir. Fermentlər aktivləşmə enerjisi maneələrini azaldaraq kimyəvi reaksiyaları sürətləndirən makromolekullardır - əksər hallarda zülallardır. Fermentlər kataliz etdikləri reaksiyalar üçün çox spesifikdir, çünki onlar polipeptidlərdir, fermentlər amin turşusu R-qrupları arasındakı qarşılıqlı təsirlərə aid müxtəlif formalara malik ola bilər. Fermentin bir hissəsi, aktiv sahə, qarşılıqlı təsirin induksiya edilmiş uyğun modeli vasitəsilə substratla qarşılıqlı əlaqə qurur. Substratın bağlanması, substratları optimal oriyentasiyada bir araya gətirmək də daxil olmaqla, kimyəvi reaksiyanı bir neçə fərqli yolla asanlaşdırmaq üçün fermentin formasını dəyişir. Reaksiya başa çatdıqdan sonra məhsul(lar) sərbəst buraxılır və aktiv sahə orijinal formasına qayıdır.

Fermentin fəaliyyəti və beləliklə, fermentlə katalizləşən reaksiyanın sürəti ətraf mühit şəraiti, o cümlədən substratın miqdarı, temperatur, pH və koenzimlərin, kofaktorların, aktivatorların və inhibitorların mövcudluğu ilə tənzimlənir. İnhibitorlar, koenzimlər və kofaktorlar fermentin aktiv sahəsinə bağlanaraq rəqabətli və ya fermentin allosterik sahəsinə bağlanaraq rəqabətsiz fəaliyyət göstərə bilərlər. Allosterik sahə fermentin substrat olmayan molekullara bağlana bilən alternativ hissəsidir. Fermentlər fermentə xas olan optimal şəraitdə ən səmərəli işləyir. Məsələn, insanın nazik bağırsağındakı bir ferment olan tripsin pH 8-də ən effektiv işləyir, mədədəki pepsin isə turşulu şəraitdə ən yaxşı işləyir. Bəzən ətraf mühit faktorları, xüsusilə aşağı pH və yüksək temperatur, formanı bərpa etmək mümkün olmadıqda, ferment denatürasiya olunarsa, aktiv sahənin formasını dəyişir. Metabolik yollarda fermentlərin tənzimlənməsinin ən çox yayılmış üsulu əks əlaqənin inhibə edilməsidir.

Əks əlaqənin qarşısının alınması kimi müxtəlif amillər ferment fəaliyyətini necə tənzimləyə bilər?

Təqdim olunan məlumat və bölmədə vurğulanan nümunələr AP ® Biologiya Kurikulum Çərçivəsinin Böyük İdeya 4-də qeyd olunan konsepsiyaları və Təlim Məqsədlərini dəstəkləyir. Kurikulum Çərçivəsində sadalanan təlim məqsədləri AP ® Biologiya kursu, sorğuya əsaslanan laboratoriya təcrübəsi, təlimat fəaliyyətləri və AP ® İmtahan sualları üçün şəffaf təməl təmin edir. Öyrənmə Məqsədi tələb olunan məzmunu yeddi elm praktikasından biri və ya daha çoxu ilə birləşdirir.

Böyük İdeya 4 Bioloji sistemlər qarşılıqlı təsir göstərir və bu sistemlər və onların qarşılıqlı təsiri mürəkkəb xüsusiyyətlərə malikdir.
Davamlı Anlaşma 4.B Rəqabət və əməkdaşlıq bioloji sistemlərin mühüm aspektləridir.
Əsas Bilik 4.B.1 Molekullar arasındakı qarşılıqlı təsir onların quruluşuna və funksiyasına təsir göstərir.
Elm Təcrübəsi 5.1 Şagird nümunələri və ya əlaqələri müəyyən etmək üçün məlumatları təhlil edə bilər.
Öyrənmə Məqsədi 4.17 Şagird molekulyar qarşılıqlı təsirlərin struktur və funksiyaya necə təsir etdiyini müəyyən etmək üçün məlumatları təhlil edə bilir.

Elm Təcrübəsi Çağırış Sualları bu bölmə üçün AP imtahanına hazırlaşmağınıza kömək edəcək əlavə test suallarını ehtiva edir. Bu suallar aşağıdakı standartlara cavab verir:
[APLO 2.15][APLO 4.8][APLO 2.16]

Kimyəvi reaksiyanın baş verməsinə kömək edən maddə katalizatordur və biokimyəvi reaksiyaları kataliz edən xüsusi molekullara fermentlər deyilir. Demək olar ki, bütün fermentlər amin turşuları zəncirlərindən ibarət olan zülallardır və hüceyrə daxilində kimyəvi reaksiyaların aktivləşmə enerjilərini azaltmaq kimi mühüm vəzifəni yerinə yetirirlər. Fermentlər bunu reaksiyaya girən molekullara bağlayaraq və onları kimyəvi bağ qırma və bağ əmələ gətirmə proseslərini daha asan həyata keçirəcək şəkildə saxlayırlar. Fermentlərin reaksiyanın ∆G-ni dəyişdirmədiyini xatırlamaq vacibdir. Başqa sözlə, onlar reaksiyanın ekzerqonik (kortəbii) və ya enderqonik olmasını dəyişmir. Bunun səbəbi reaktivlərin və ya məhsulların sərbəst enerjisini dəyişdirməməsidir. Onlar yalnız keçid vəziyyətinə çatmaq üçün tələb olunan aktivləşdirmə enerjisini azaldırlar (Şəkil 6.15).

Fermentin aktiv yeri və substratın spesifikliyi

Bir fermentin bağlandığı kimyəvi reaktivlər fermentin substratlarıdır. Xüsusi kimyəvi reaksiyadan asılı olaraq bir və ya bir neçə substrat ola bilər. Bəzi reaksiyalarda tək reaktiv substrat bir neçə məhsula parçalanır. Digərlərində daha böyük molekul yaratmaq üçün iki substrat birləşə bilər. İki reaktiv də reaksiyaya girə bilər, hər ikisi dəyişdirilə bilər və reaksiyanı iki məhsul kimi tərk edə bilər. Substratın bağlandığı ferment daxilində yer fermentin aktiv yeri adlanır. Aktiv sayt, belə demək mümkünsə, “fəaliyyətin” baş verdiyi yerdir. Fermentlər zülal olduğundan, aktiv bölgədə amin turşusu qalıqlarının (yan zəncirlər və ya R qrupları da deyilir) unikal birləşməsi mövcuddur. Hər bir qalıq müxtəlif xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur. Qalıqlar böyük və ya kiçik, zəif turşu və ya əsas, hidrofilik və ya hidrofobik, müsbət və ya mənfi yüklü və ya neytral ola bilər. Amin turşusu qalıqlarının, onların mövqelərinin, ardıcıllığının, strukturlarının və xassələrinin unikal birləşməsi aktiv sahə daxilində çox xüsusi kimyəvi mühit yaradır. Bu xüsusi mühit, qısa müddətə olsa da, müəyyən bir kimyəvi substrata (və ya substratlara) bağlanmaq üçün uyğundur. Ferment və onun substratları (keçid vəziyyəti və aktiv sahə arasında ən yaxşı uyğunluğu tapmaq üçün uyğunlaşır) arasında tapmacaya bənzər bu uyğunluq sayəsində fermentlər öz spesifikliyi ilə tanınır. "Ən yaxşı uyğunluq" forma və amin turşusu funksional qrupunun substrata cəlb edilməsi ilə nəticələnir. Hər bir substrat üçün xüsusi uyğunlaşdırılmış ferment var və buna görə də hər kimyəvi reaksiya üçün elastiklik də var.

Fəal ərazilərin xüsusi ekoloji şəraiti təmin etmək üçün mükəmməl uyğunlaşması faktı həm də onların yerli mühitin təsirinə məruz qalması deməkdir. Doğrudur, ətraf mühitin temperaturunun artırılması ümumiyyətlə ferment katalizli və ya başqa şəkildə reaksiya sürətlərini artırır. Bununla belə, optimal diapazondan kənarda temperaturun artırılması və ya azalması aktiv sahə daxilində kimyəvi bağlara elə təsir göstərə bilər ki, onlar substratları bağlamaq üçün daha az uyğundur. Yüksək temperatur nəticədə digər bioloji molekullar kimi fermentlərin denatürasiyasına səbəb olacaq, bu proses maddənin təbii xüsusiyyətlərini dəyişdirəcəkdir. Eynilə, yerli mühitin pH da ferment funksiyasına təsir edə bilər. Aktiv sahənin amin turşusu qalıqları kataliz üçün optimal olan öz turşu və ya əsas xüsusiyyətlərinə malikdir. Bu qalıqlar pH-dakı dəyişikliklərə həssasdır ki, bu da substrat molekullarının bağlanma üsulunu poza bilər. Fermentlər müəyyən bir pH diapazonunda ən yaxşı şəkildə işləmək üçün uyğundur və temperaturda olduğu kimi, ətraf mühitin həddindən artıq pH dəyərləri (turşu və ya əsas) fermentlərin denatürasiyasına səbəb ola bilər.

İnduksiya edilmiş uyğunlaşma və ferment funksiyası

Elm adamları uzun illərdir ki, ferment-substrat bağlanmasının sadə “kilit-açar” üsulu ilə baş verdiyini düşünürdülər. Bu model fermentin və substratın bir ani addımda mükəmməl uyğunlaşdığını iddia edirdi. Bununla belə, cari tədqiqat induksiya edilmiş uyğunluq adlanan daha dəqiqləşdirilmiş baxışı dəstəkləyir (Şəkil 6.16). İnduksiya edilmiş uyğunluq modeli, ferment və substrat arasında daha dinamik qarşılıqlı əlaqəni təsvir edərək kilid və açar modelini genişləndirir. Ferment və substrat bir araya gəldikdə, onların qarşılıqlı təsiri fermentin strukturunda cüzi bir dəyişikliyə səbəb olur ki, bu da ferment və substratın keçid vəziyyəti arasında ideal bağlayıcı quruluşu təsdiqləyir. Bu ideal bağlanma fermentin reaksiyasını kataliz etmək qabiliyyətini artırır.

ÖYRƏNMƏYƏ LİNK

Bu veb-saytda induksiya edilmiş uyğunlaşma animasiyasına baxın.

  1. Glikoliz yolu ilə enerji istehsalı baş verəcək, skelet əzələləri düzgün işləyəcək
  2. Glikolizlə enerji istehsalı baş verməyəcək, skelet əzələləri düzgün işləyəcək
  3. Glikoliz yolu ilə enerji istehsalı baş verəcək, skelet əzələləri düzgün işləməyəcək
  4. Enerji istehsalı baş verməyəcək, skelet əzələləri düzgün işləməyəcək

Ferment öz substratını bağladıqda ferment-substrat kompleksi əmələ gəlir. Bu kompleks reaksiyanın aktivləşmə enerjisini aşağı salır və bir çox yollardan birində onun sürətlə irəliləməsinə kömək edir. Əsas səviyyədə fermentlər substratları optimal oriyentasiyada bir araya gətirərək birdən çox substratı əhatə edən kimyəvi reaksiyaları təşviq edir. Bir molekulun müvafiq bölgəsi (atomlar və bağlar) reaksiya verməli olduğu digər molekulun müvafiq bölgəsi ilə yanaşı qoyulur. Fermentlərin substratlarının reaksiyasını təşviq etməsinin başqa bir yolu, reaksiyanın baş verməsi üçün aktiv ərazidə optimal mühit yaratmaqdır. Müəyyən kimyəvi reaksiyalar bir az asidik və ya qeyri-qütblü mühitdə ən yaxşı şəkildə davam edə bilər. Aktiv sahə daxilində amin turşusu qalıqlarının xüsusi düzülüşündən yaranan kimyəvi xüsusiyyətlər fermentin spesifik substratlarının reaksiya verməsi üçün mükəmməl mühit yaradır.

Siz öyrəndiniz ki, bir çox reaksiyalar üçün tələb olunan aktivləşdirmə enerjisinə kimyəvi bağların manipulyasiyasında və ya bir az əyriliyində iştirak edən enerji daxildir ki, onlar asanlıqla qıra bilsinlər və başqalarının islahat etməyə imkan verə bilsinlər. Enzimatik fəaliyyət bu prosesə kömək edə bilər. Ferment-substrat kompleksi, keçid vəziyyətinə çatmağa kömək edərək, bağın qırılmasını asanlaşdıracaq şəkildə substrat molekullarını əyərək aktivləşdirmə enerjisini azalda bilər. Nəhayət, fermentlər kimyəvi reaksiyanın özündə iştirak edərək aktivləşdirmə enerjilərini də azalda bilər. Amin turşusu qalıqları, reaksiya prosesinin zəruri addımı kimi faktiki olaraq substrat molekulları ilə kovalent bağlar yaradan müəyyən ionları və ya kimyəvi qrupları təmin edə bilər. Bu hallarda, reaksiyanın sonunda fermentin həmişə orijinal vəziyyətinə qayıdacağını xatırlamaq lazımdır. Fermentlərin fərqləndirici xüsusiyyətlərindən biri də katalizlədikləri reaksiyalarla nəticədə dəyişməz qalmalarıdır. Bir ferment reaksiyanı katalizlədikdən sonra məhsul(lar)ını buraxır.

AP® KURSLARI ÜÇÜN ELM TƏCRÜBƏSİ ƏLAQƏSİ

BUNU DÜŞÜNÜN

AP Biologiya Tədqiqatı 13: Ferment Fəaliyyəti. Bu araşdırma temperatur və pH kimi ətraf mühit dəyişənlərinin fermentativ reaksiyaların sürətlərinə təsirini araşdırmaq üçün eksperimentlər hazırlamağa və aparmağa imkan verir.

Fermentlərin tənzimlənməsi ilə maddələr mübadiləsinə nəzarət

Orqanizmin genomunda kodlanan bütün fermentlərin bol miqdarda mövcud olduğu və bütün hüceyrə şəraitində, bütün hüceyrələrdə, hər zaman optimal şəkildə fəaliyyət göstərdiyi bir ssenariyə sahib olmaq ideal görünür. Əslində, bu, vəziyyətdən uzaqdır. Müxtəlif mexanizmlər bunun baş verməməsini təmin edir. Hüceyrə ehtiyacları və şərtləri hüceyrədən hüceyrəyə dəyişir və zamanla fərdi hüceyrələrdə dəyişir. Mədə hüceyrələrinin tələb olunan fermentləri və enerji tələbləri yağ saxlama hüceyrələri, dəri hüceyrələri, qan hüceyrələri və sinir hüceyrələrindən fərqlidir. Bundan əlavə, bir həzm hüceyrəsi yeməkdən bir neçə saat sonra yeməkdən sonra qida maddələrini emal etmək və parçalamaq üçün daha çox işləyir. Bu hüceyrə tələbləri və şərtləri fərqli olduğundan, müxtəlif fermentlərin miqdarı və funksionallığı da dəyişir.

Biokimyəvi reaksiyaların sürətləri aktivləşmə enerjisi ilə idarə olunduğundan və fermentlər kimyəvi reaksiyalar üçün aktivləşdirmə enerjilərini aşağı salıb müəyyən etdiyindən, hüceyrə daxilindəki fermentlərin müxtəlifliyinin nisbi miqdarı və işləməsi son nəticədə hansı reaksiyaların hansı sürətlə və hansı sürətlə davam edəcəyini müəyyən edir. Bu qərara ciddi nəzarət edilir. Müəyyən hüceyrə mühitlərində ferment fəaliyyəti qismən pH və temperatur kimi ətraf mühit amilləri ilə idarə olunur. Hüceyrələrin fermentlərin fəaliyyətini idarə etdiyi və müxtəlif biokimyəvi reaksiyaların baş vermə sürətini təyin etdiyi başqa mexanizmlər də var.

Molekullar tərəfindən fermentlərin tənzimlənməsi

Fermentlər onların fəaliyyətini təşviq edən və ya azaldan yollarla tənzimlənə bilər. Ferment funksiyasını maneə törədən və ya təşviq edən bir çox müxtəlif növ molekullar var və bunun üçün müxtəlif mexanizmlər mövcuddur. Ferment inhibəsinin bəzi hallarda, məsələn, inhibitor molekulu substrata kifayət qədər oxşardır ki, o, aktiv sahəyə bağlana bilər və sadəcə olaraq substratın bağlanmasını maneə törədir. Bu baş verdikdə, ferment rəqabətli inhibə yolu ilə inhibə edilir, çünki inhibitor molekulu aktiv sahənin bağlanması üçün substratla rəqabət aparır (Şəkil 6.17). Digər tərəfdən, rəqabətsiz inhibisyonda, bir inhibitor molekulu fermentə allosterik ərazidən başqa bir yerdə bağlanır və hələ də substratın aktiv sahəyə bağlanmasını maneə törədir.

Bəzi inhibitor molekullar fermentlərə elə bir yerdə bağlanır ki, onların bağlanması fermentin substratına olan yaxınlığını azaldan konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur. Bu cür inhibəyə allosterik inhibə deyilir (Şəkil 6.18). Allosterik olaraq tənzimlənən fermentlərin əksəriyyəti birdən çox polipeptiddən ibarətdir, yəni onların birdən çox protein alt bölməsi var. Allosterik inhibitor bir fermentə bağlandıqda, zülal alt bölmələrindəki bütün aktiv yerlər bir qədər dəyişdirilir ki, onlar substratlarını daha az effektivliklə bağlayırlar. Allosterik aktivatorlar və inhibitorlar var. Allosterik aktivatorlar fermentin aktiv yerindən uzaqda yerləşən yerlərinə bağlanaraq, onun substrat(lar)ına fermentin aktiv yer(lər)inin yaxınlığını artıran konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur.

HƏR GÜNLÜK ƏLAQƏ

Xüsusi yollarda əsas fermentlərin inhibitorlarını axtararaq narkotik vasitələrin kəşfi

Fermentlər metabolik yolların əsas komponentləridir. Fermentlərin necə işlədiyini və onların necə tənzimlənə biləcəyini başa düşmək bu gün bazarda olan bir çox əczaçılıq dərmanlarının (Şəkil 6.19) inkişafının əsas prinsipidir. Bu sahədə çalışan bioloqlar dərman hazırlamaq üçün digər elm adamları, adətən kimyaçılarla əməkdaşlıq edirlər.

Məsələn, statinləri nəzərdən keçirək - bu, xolesterol səviyyəsini azaldan dərmanlar sinfinə verilən addır. Bu birləşmələr əsasən HMG-CoA reduktaza fermentinin inhibitorlarıdır. HMG-CoA reduktaza bədəndəki lipidlərdən xolesterolu sintez edən fermentdir. Bu fermenti maneə törətməklə, bədəndə sintez edilən xolesterinin səviyyəsini azaltmaq olar. Eynilə, asetaminofen siklooksigenaz fermentinin inhibitorudur. Qızdırma və iltihabı (ağrı) aradan qaldırmaqda təsirli olsa da, onun təsir mexanizmi hələ də tam başa düşülməyib.

Dərmanlar necə hazırlanır? Dərmanların hazırlanmasında ilk problemlərdən biri dərmanın hədəflənməsi üçün nəzərdə tutulan xüsusi molekulun müəyyən edilməsidir. Statinlər vəziyyətində, HMG-CoA reduktaza dərmanın hədəfidir. Dərman hədəfləri laboratoriyada zəhmətli tədqiqatlar nəticəsində müəyyən edilir. Təkcə hədəfi müəyyən etmək kifayət deyil, elm adamları hədəfin hüceyrə daxilində necə hərəkət etdiyini və xəstəlik halında hansı reaksiyaların yanlış getdiyini də bilməlidirlər. Hədəf və yol müəyyən edildikdən sonra dərman dizaynının faktiki prosesi başlayır. Bu mərhələdə kimyaçılar və bioloqlar müəyyən bir reaksiyanı blok edə və ya aktivləşdirə bilən molekulları layihələndirmək və sintez etmək üçün birlikdə işləyirlər. Bununla belə, bu yalnız başlanğıcdır: həm dərman prototipi öz funksiyasını yerinə yetirməkdə müvəffəq olarsa, həm də o zaman bir çox sınaqlardan keçməlidir. in vitro bazarda olmaq üçün FDA təsdiqini almadan əvvəl klinik sınaqlara qədər təcrübələr.

  1. HMG-CoA reduktaza səviyyəsini artıran bir dərman
  2. siklooksigenaz səviyyəsini azaldan bir dərman
  3. bədəndə lipid səviyyəsini azaldan bir dərman
  4. asetaminofenin təsirini maneə törədən bir dərman

Bir çox ferment, müvəqqəti olaraq ion və ya hidrogen bağları vasitəsilə və ya daha güclü kovalent bağlar vasitəsilə daimi olaraq digər xüsusi qeyri-zülal köməkçi molekullara bağlanmasa, optimal və ya ümumiyyətlə işləmir. Köməkçi molekulların iki növü kofaktorlar və koenzimlərdir. Bu molekullara bağlanma onların müvafiq fermentləri üçün optimal konformasiya və funksiyanı təşviq edir. Kofaktorlar dəmir (Fe++) və maqnezium (Mg++) kimi qeyri-üzvi ionlardır. Kofaktor kimi metal ionunu tələb edən fermentə nümunələrdən biri DNT molekullarını yaradan ferment, DNT polimerazdır ki, onun işləməsi üçün bağlı sink ionu (Zn++) tələb olunur. Koenzimlər, fermentlərin fəaliyyəti üçün tələb olunan karbon və hidrogendən ibarət əsas atom quruluşuna malik üzvi köməkçi molekullardır. Koenzimlərin ən çox yayılmış mənbələri pəhriz vitaminləridir (Şəkil 6.20). Bəzi vitaminlər koenzimlərin prekursorlarıdır, digərləri isə birbaşa koenzim kimi fəaliyyət göstərir. Vitamin C vacib birləşdirici toxuma komponenti olan kollagenin qurulmasında iştirak edən çoxlu fermentlər üçün koenzimdir. Enerji əldə etmək üçün qlükozanın parçalanmasında mühüm addım piruvat dehidrogenaz adlı çox ferment kompleksi tərəfindən katalizdir. Piruvat dehidrogenaz bir neçə fermentdən ibarət kompleksdir ki, onun xüsusi kimyəvi reaksiyasını kataliz etmək üçün əslində bir kofaktor (maqnezium ionu) və beş müxtəlif üzvi koenzim lazımdır. Buna görə də, ferment funksiyası, əsasən, əksər orqanizmlərin qidası ilə təmin olunan müxtəlif kofaktorların və koenzimlərin bolluğu ilə qismən tənzimlənir.

Fermentlərin bölmələşdirilməsi

Eukaryotik hüceyrələrdə fermentlər kimi molekullar adətən müxtəlif orqanoidlərə bölünür. Bu, ferment fəaliyyətinin başqa səviyyədə tənzimlənməsinə imkan verir. Yalnız müəyyən hüceyrə prosesləri üçün tələb olunan fermentlər, substratları ilə birlikdə ayrı-ayrılıqda yerləşdirilə bilər ki, bu da daha səmərəli kimyəvi reaksiyalara imkan verir. Yerə və yaxınlığa əsaslanan fermentlərin bu cür tənzimlənməsinə misal olaraq hüceyrə tənəffüsünün son mərhələlərində iştirak edən, yalnız mitoxondriyada iştirak edən fermentləri və lizosomlarda yerləşən hüceyrə zibilinin və yad materialların həzmində iştirak edən fermentləri göstərmək olar.

Metabolik yollarda əks əlaqənin qarşısının alınması

Molekullar ferment funksiyasını bir çox yolla tənzimləyə bilər. Ancaq əsas sual qalır: Bu molekullar nədir və haradan gəlirlər? Bəziləri, öyrəndiyiniz kimi, kofaktorlar və koenzimlər, ionlar və üzvi molekullardır. Hüceyrədəki başqa hansı molekullar allosterik modulyasiya və rəqabətli və qeyri-rəqabətli inhibə kimi fermentativ tənzimləməni təmin edir? Cavab budur ki, müxtəlif molekullar bu rolları yerinə yetirə bilər. Bu molekullardan bəzilərinə əczaçılıq və qeyri-dərman dərmanları, toksinlər və ətraf mühitdən gələn zəhərlər daxildir. Hüceyrə metabolizmi ilə əlaqədar ferment tənzimləyici molekulların bəlkə də ən uyğun mənbələri hüceyrə metabolik reaksiyalarının məhsullarıdır. Hüceyrələr ən səmərəli və zərif bir şəkildə ferment fəaliyyətinin əks əlaqəsini maneə törətmək üçün öz reaksiyalarının məhsullarından istifadə etmək üçün təkamülə keçdilər. Geribildirim inhibisyonu özünün sonrakı istehsalını tənzimləmək üçün reaksiya məhsulunun istifadəsini nəzərdə tutur (Şəkil 6.21). Hüceyrə anabolik və ya katabolik reaksiyalar zamanı istehsalı yavaşlatmaqla xüsusi məhsulların bolluğuna cavab verir. Bu cür reaksiya məhsulları yuxarıda təsvir edilən mexanizmlər vasitəsilə onların istehsalını kataliz edən fermentləri maneə törədə bilər.

Həm amin turşularının, həm də nukleotidlərin istehsalı əks əlaqənin qarşısının alınması ilə idarə olunur. Bundan əlavə, ATP şəkərin katabolik parçalanmasında iştirak edən bəzi fermentlərin allosterik tənzimləyicisidir, ATP istehsal edən prosesdir. Beləliklə, ATP çox olduqda, hüceyrə onun sonrakı istehsalının qarşısını ala bilər. Unutmayın ki, ATP kortəbii olaraq ADP-yə parçalana bilən qeyri-sabit bir molekuldur. Hüceyrədə çoxlu ATP olsaydı, onun çoxu boşa gedərdi. Digər tərəfdən, ADP ATP tərəfindən inhibə edilən eyni fermentlərin bəziləri üçün müsbət allosterik tənzimləyici (allosterik aktivator) rolunu oynayır. Beləliklə, ADP-nin nisbi səviyyələri ATP ilə müqayisədə yüksək olduqda, hüceyrə şəkərin katabolizmi vasitəsilə daha çox ATP istehsal etməyə başlayır.


Videoya baxın: 8-ci sinif biologiya DİM testi. C,D,E variantı Biologiya və insan orqanizmi (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Pendaran

    Üzr istəyirəm, amma səhv etdiyinizi düşünürəm. Bunu sübut edə bilərəm. PM-də mənə yaz.

  2. Kigasar

    başa düşülən cavab

  3. Mitilar

    Məncə, səhv edirsən. PM-də mənə e-poçt göndərin, danışacağıq.

  4. Raymil

    sevindi, müəllifə hörmət))))))))

  5. Maskini

    Riposte, ruhun əlaməti :)

  6. Bradd

    And all the same it turns - Galileo



Mesaj yazmaq