3. Enerģija
• Ir nepieciešama visiem dzīvajiem
organismiem, lai spētu:
– Augt;
– Vairoties;
– Attīstīties;
– Lai notiktu vielmaiņa;
– U.t.t.
4. Bet kas ir pati enerģija?
• Tā ir spēja veikt darbu!
• Tā izpaužas: kinētiskajā un potenciālajā enerģijā
• Kinētiskā – kustībā esošajam, potenciālā –
uzkrātā ;
• Summa starp kinētisko un potenciālo noteiktam
ķermenim ir vienmēr vienāda
6. Divi termodinamikas likumi
• 1. likums jeb enerģijas nezūdamības likums,
nosaka, ka enerģiju nevar radīt un iznīcināt,
bet tā var pārvērsties no viena veida citā;
7. • Kas notiek, ja tvaika lokomotīvi kurina ar oglēm?
• Vispirms ar ogļu ķīmiskā enerģija pārvēršas
siltumenerģijā, bet pēc tam siltumenerģija
pārvēršas tvaika dzinēja mehāniskajā enerģija
• Šeit ir daudz enerģijas zudumu, kas koncentrējas
siltumā;
• Arī dzīvajos organismos, barība pārvēršas par
ATF ķīmiskajā enerģijā, tad potenciālā enerģija
pārvēršas muskuļu kontrakcijas mehāniskajā
enerģijā
8. Divi termodinamikas likumi
• 2. likums nosaka, ka enerģija nevar pārvērsties no
viena veida citā bez enerģijas zudumiem;
• Piemēram, tikai 25% enerģijas no benzīna tiek
izmantota automašīnas kustībā, pārējā izdalās
siltuma veidā.
9. Entropija
• Sinonīms ir «nekārtība»
• Organizētai enerģijai ir maza entropija, bet
neorganizētā, mazāk stabila enerģija, piemēram,
siltumam ir liela entropija.
• Izolēta sistēma tiecas uz entropiju, tā kā Visums
ir izolēts, tad tas kļūst nekārtīgāks, taču Zeme
nē, jo nav izolēta.
10. Entropiju varētu attiecināt uz istabu
• Sakārtotai istabai ir lielāka tieksme uz
nekārtību!
• Organisms nav izolēts un tam nepārtraukti ir
jāpievada enerģija barības veidā vai arī
gaismas veidā!
12. Vielmaiņa
• Jeb metabolisms ir šūnas bioķīmisko reakciju
kopums.
• A un B reakcijā A + B – C+D ir reaģenti, bet C un
D ir galaprodukti.
• Kā var uzzināt, vai šai reakcijai bija nepieciešama
enerģija?
• Balstoties uz entropijas koncepciju, reakcija
notiek spontāni, ja tā palielina Visuma entropiju
(galaproduktiem ir mazāka lietderīgā enerģija
nekā šajā reakcijā iesaistītajiem reaģentiem)
13. Gibsa brīvā enerģija
• Apgalvojums par Visuma entropiju dzīvajos
organismos nav noderīgs;
• Tāpēc ieviest termins brīvā enerģija;
• Gibsa brīvā enerģija ir termodinamiskais
potenciāls, kas mēra “lietderīgo” vai procesa
uzsākšanai nepieciešamo darbu.
14. Gibsa brīvā enerģija
• Reakcijās, kur galaproduktiem ir mazāka
lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas reaģentiem,
brīvā enerģija būs negatīva un tā būs
eksotermiska reakcija, kurās enerģijas
atbrīvojas;
• Piemēram, ledus kušana, olu cepšana,
15. Gibsa brīvā enerģija
• Reakcijās, kur galaproduktiem ir lielāka
lietderīgā enerģija nekā šīs reakcijas
reaģentiem, brīvā enerģija būs pozitīva un tā
būs endotermiska reakcija, kurā, lai reakcija
notiktu nepieciešama enerģija;
• Piemēram, ūdens sasaldēšana, dzelzs rūsēšana,
proteīnu sintēze, nervu impulsu pārvade,
muskuļu kontrakcijas
16. Saistītās rekcijas
• Vai dzīvajos organismos endotermiskas un
eksotermiskas rekcijas ir saistītas?
• Vai eksotermiskā reakcijā atbrīvoto enerģiju
izmantot endotermiskā reakcijā?
• Jā, bet ir nepieciešama viena unikāla molekula,
kura spētu to darīt bez lieliem enerģijas
zudumiem
17.
18. Adenozīntrifosfāts – adenozīndifosfāts,
adenozīnmonofosfāts
• ATF – ADF – AMF
• ATF funkcijas:
– Ķīmiskais darbs. Piegādā enerģiju makromolekulu
sintēzei šūnā;
– Transporta darbs. Piegādā enrģiju vielu transportam
caur plazmatisko membrānu.
– Mehāniskais darbs. Piegādā enerģiju muskuļu
kontrakcijām, skropstiņu, viciņu kustībām,
hromosomu pārvietošanai u.c.
21. Vai organismā notiekošās rekcijas ir
saistītas savā starpā?
Tas vēl ir maz!
Lai tas viss veiksmīgi notiktos ir nepieciešami palīgi – enzīmi (fermenti)
22. Enzīmi (fermenti)
• Vairumā gadījuma tas ir proteīns, kas paātrinot
ķīmiskās rekcijas norisi, darbojas kā organisks
katalizators.
• Enzimātiskās reakcijās reaģentus sauc par
noteikta enzīma substrātiem
Reaģents, kas reaģē (substrāts)!
Galaprodukti
Enzīms
23. Enzīmi pazemina aktivācijas enerģiju
• Ja molekulas nav aktivētas, tās nereaģē;
• Ja nav enzīma, tad eksperimentāli molekulu
aktivāciju var sasniegt sildot molekulas kolbā;
• Enerģiju, kas nepieciešama molekulu
savstarpējo rekciju uzsākšanai, sauc par
aktivācijas enerģiju.
25. Enzīma – substrāta kompleksi
Substrāts pievienojas pie aktivācijas centra, atbilsts atslēgas slēdzenes principam
26. Organismos ir daudz dažādu enzīmu
• Katras reakcijas norisei šūnā nepieciešams
specifisks enzīms, ar izskaņu – āze apzīmē
noteiktā substrāta fermentu;
27. Enzīma aktivitāti ietekmējošie faktori
• Enzimātiskās rekcijas noris diezgan ātri,
piemēram ūdeņraža peroksīdu sašķelšanu
veicina enzīms katalāze, un šī reakcija notiek
600 000 reizes sekundē.
• Ietekmē:
– substrāta daudzums;
– Temperatūra
– pH
28. Kāpēc līdz ~42 ātrums
sasniedz maksimumu un
tad strauji samazinās?
Kāpēc tieši pie šiem pH lielumiem??
29. Mērena temperatūra un optimāls pH –
piemērotākie apstākļi
• Paaugstinoties temperatūrai paaugstinās
enzīmu aktivitāte, taču līdz temperatūrai, kad
sāk denaturēties enzīms (šeit ir arī bioloģiska
jēga, jo ķermeņa temp. Nepārsniedz 43 grādus,
tad iestājas nāve)
30. Mērena temperatūra un optimāls pH –
piemērotākie apstākļi
• Katram unikālajam enzīmam ir savs substrāts,
un atrašanās vide - vieta organismā (attiecīgie
audi, šķidrumi), attiecīgais pH.
• Pie attiecīgā vides pH arī ir maksimālā enzīma
aktivitāte
31. Enzīmu aktivācija
• Fosforilācija
• Molekulas, kuras saista membrānas receptori,
bieži vien aktivē kināzes, kuras savukārt aktivē
enzīmus, fosforilējot tos.
• Citi enzīmi, ko sauc par fosfatāzēm, atšķeļ no
enzīma molekulām fosfātgrupas.
• Šādu procesu novēro, proteīnu sintēzē, šūnu
dalīšanās laikā u.c.
32. Enzīmu inaktivācija
• Enzīmu inhibēšana
• Konkurējošās inhibēšanas laikā pie enzīma aktīvā
centra pievienojas nepareizais substrāts
(inhibitors), kas kavē enzīma darbību;
• Taču tiek novērota arī nekonkurējošā inhibīcija,
kad inhibitors piestiprinās pie allosteriskās vietas
33. Kofaktoru palīdzība enzīmiem
• Daudzu enzīmu pilvērtīgai darbībai
nepieciešami neorganiski joni vai organiskas
vielas kas nav proteīni, kurus sauc par
kofaktoriem, tie palīdz enzīmiem, pievienojot
vai atdodot atomus;
• Bieži kofermentu sastāvā ir vitamīni, tie ir
nepieciešami koenzīmu sintēzei
34. Kofaktoru palīdzība enzīmiem
• Ja organismā kāds no vitamīniem trūkst, tad
atbilstošais koferments neveidojas un enzīms
nespēj veikt enzimātisko reakciju
37. Fotosinēze un aerobā elpošana
• Hloroplastos fotosintēzes laikā saules enerģija
tiek pārvērsta ogļhidrātu ķīmiskajā enerģijā;
• Mitohondrijos aerobajā elpošanā ogļhidrātu
enerģija transformējas īslaicīgajā ATF enerģijā;
• Šo ATF izmanto dažādu darbu veikšanai, bet
galarezultātā tā kļūst par neizmantojamu
siltumu, galu galā visa uztvertā saules enerģija
pārvēršas siltumā.
38.
39. Elektronu transporta sistēma
• Gan fotosintēze, gan aerobā elpošana izmanto
elektronu transporta sistēmu – ar membrānām
saistītu pārnesēju sistēmu, kas pa elektronu
ķēdi nodod elektronus no viena pārnesēja uz
citu.
• Elektroniem ir liela enerģija, tie elektroni kuri
pamet ir maza enerģija, katru reizi elektroniem
pārejot iegūtā enerģija tiek izmantota ATF
sintēzei
• Jāatceras red-oks rekcijas
41. NADP+ un NAD+
• NADP+ – nikotīnamīdadenozīndinukleodītfosfāts
• NAD+ - nikonotīnamīdadenozīndinukleotīds
• Ir oksidēšanās/reducēšanās koenzīmi. NADP+ satur
fosfātgrupu, kuras nav NAD+ molekulai;
• NADPH fotozinēzē atdod H+ un e- , reducējot substrātu.
• Mitohodriju elektronu transporta sistēmai elektronus
piegādā NAD+ no ogļhidrātu substrātiem.
• Sīkāk par šiem procesiem nākamajās tēmās!!
42. ATF veidošanās
• ATF veidošanos sauc par hemiosmozi;
• Elektronu transporta sistēma uzkrāj ūdeņraža jonus
vienā membrānas pusē. Joniem plūstot
elektroķīmiskā gradienta virzienā cauri ATF
sintetāzes kompleksam, enzīms izmanto atbrīvoto
enerģiju, lai no ADF un P veidotu ATF
