Informatie

6.7: Eenvoudige fototrofen - Biologie


Fototrofen zijn organismen die lichtdeeltjes (fotonen) opvangen en hun elektromagnetische energie omzetten in energie die is opgeslagen in onstabiele moleculen, zoals ATP en koolhydraten. Onze atmosfeer laat voornamelijk zichtbaar licht van de zon het aardoppervlak bereiken, maar de meeste biologische moleculen absorberen zichtbaar licht niet of niet goed. De vraag die we moeten beantwoorden is: hoe gebruikt het organisme de elektromagnetische energie die wordt geabsorbeerd?

Een van de eenvoudigste voorbeelden van een fototrofisch systeem, dat wil zeggen een systeem dat de energie van licht direct vangt en omzet in de energie die is opgeslagen in een chemisch systeem, wordt geleverd door de archaea Halobacterium halobium174. Halobacteriën zijn extreem halofiele (zoutminnende) organismen. Ze leven in wateren die tot 5M NaCl bevatten. H. halobium gebruikt het membraaneiwit bacteriorodopsine om licht op te vangen. Bacteriorodopsine bestaat uit twee componenten, een polypeptide, algemeen bekend als een opsin, en een niet-polypeptide prosthetische groep, het pigment retina, een molecuul afgeleid van vitamine A175. Samen vormen de twee, opsin + retina, het functionele bacteriorodopsine-eiwit.

Omdat de elektronen zich bevinden in uitgestrekte moleculaire orbitalen met energiekloven ertussen die van dezelfde orde zijn als de energie van zichtbaar licht, verplaatst het absorberen van een foton van zichtbaar licht een elektron van een moleculaire orbitaal met lagere naar een hogere energie. Dergelijke uitgebreide moleculaire orbitalen worden geassocieerd met moleculaire gebieden die vaak worden getekend als bevattende afwisselend enkele en dubbele bindingen tussen koolstoffen; deze staan ​​bekend als geconjugeerde π orbitale systemen. Geconjugeerde π-systemen zijn verantwoordelijk voor de absorptie van licht door pigmenten zoals chlorofyl en heem (het pigment dat bloed rood maakt). Wanneer een foton van licht wordt geabsorbeerd door de retinale groep, ondergaat het een reactie die leidt tot een verandering in de vorm en samenstelling van het pigmentmolecuul, wat op zijn beurt leidt tot een verandering in de structuur van het polypeptide waaraan de retinale groep is gehecht. Dit wordt een foto-isomerisatiereactie genoemd.

Het bacteriorodopsine-eiwit is ingebed in het plasmamembraan, waar het associeert met andere bacteriorodopsine-eiwitten om stukjes eiwitten te vormen. Deze stukjes membraaneiwit geven de organismen hun paarse kleur en staan ​​bekend als paars membraan. Wanneer een van deze bacteriorodopsine-eiwitten licht absorbeert, veroorzaakt de verandering in de bijbehorende retinale groep een door licht geïnduceerde verandering in de eiwitstructuur die resulteert in de beweging van een H+ ionen van binnen naar buiten de cel. Het eiwit (en het bijbehorende pigment) keert dan terug naar zijn oorspronkelijke lage energietoestand, dat wil zeggen zijn toestand voordat het het foton van licht absorbeerde. Omdat alle bacteriorodopsine-moleculen op dezelfde manier in het membraan zijn georiënteerd, omdat licht wordt geabsorbeerd, worden alle H+ ionen bewegen in dezelfde richting, wat leidt tot de vorming van een H+ concentratiegradiënt over het plasmamembraan met [H+]buiten > [H+]binnenkant. Deze H+ gradiënt is gebaseerd op twee bronnen. Ten eerste is er de gradiënt van H+ ionen. Als licht wordt geabsorbeerd, neemt de concentratie van H+ buiten de cel toe en de concentratie van H+ in de cel af. De vraag is: waar komt deze H+ vandaan? Zoals je (misschien) hebt geleerd in de scheikunde, ondergaat water de reactie (hoewel deze reactie behoorlijk ongunstig is):

[H_2O ightleftharpoons H^+ + OH^–]

(H^+) is altijd aanwezig in water uit de auto-ionisatie (([H^+] = 1 imes 10^{-7}) voor neutraal water op kamertemperatuur) en het zijn deze H+s die bewegen.

Naast de chemische gradiënt die ontstaat wanneer (H^+) ionen uit de cel worden gepompt door de bacteriorodopsine + licht + water reactie, ontstaat er ook een elektrisch veld. Er zijn overtollige positieve ladingen buiten de cel (van H+ daarheen worden verplaatst) en overtollige negatieve ladingen in de cel (van -OH dat achterblijft). Zoals je uit je natuurkunde weet, trekken positieve en negatieve ladingen elkaar aan, maar het membraan zorgt ervoor dat ze niet meer samenkomen. Het resultaat is de accumulatie van positieve ladingen op het buitenoppervlak van het membraan en negatieve ladingen op het binnenoppervlak. Deze ladingsscheiding produceert een elektrisch veld over het membraan. Nu zal een (H^+) ion buiten de cel twee verschillende krachten ervaren, die welke verband houden met het elektrische veld en die welke voortkomen uit de concentratiegradiënt. Als er een weg over het membraan is, zal de ([H^+]) gradiënt leiden tot de beweging van H+ ionen terug de cel in. Evenzo zal het elektrische veld ook de positief geladen (H^+) terug in de cel drijven. De vorming van de [H+] gradiënt genereert in feite een batterij, een energiebron, waarop we onze pomp kunnen aansluiten.

Dus hoe maakt de pomp gebruik van deze batterij? Het antwoord is via een tweede membraaneiwit, een enzym dat bekend staat als het door (H^+) aangedreven ATP-synthase. (H^+) ionen bewegen door het ATP-synthasemolecuul in wat een thermodynamisch gunstige ((Delta G <0)) reactie is. Het ATP-synthase koppelt deze gunstige beweging aan een ongunstige chemische reactie, een condensatiereactie:

[ ext{ATP-synthase} longrightarrow]

[H^+_{outside} + ADP + ext{anorganic phosphate} (P_i) ightleftharpoons ATP + H_2O + H^+_{inside}]

[ longleftarrow ext{ATP-hydrolase (ATP-synthase loopt achteruit)}]

Deze reactie zal doorgaan zolang licht wordt geabsorbeerd. Bacteriorodopsine werkt om een ​​H . te genereren+ gradiënt en de H+ gradiënt blijft. Dat betekent dat zelfs nadat het licht uitgaat (dat wil zeggen, 's nachts) de H+-gradiënt aanhoudt tot H+ ionen zijn door het ATP-synthase gegaan. ATP-synthese gaat door totdat de (H^+) gradiënt niet langer de energie heeft die nodig is om de ATP-synthesereactie aan te sturen. Het netto resultaat is dat de cel licht gebruikt om ATP te genereren, dat wordt opgeslagen voor later gebruik. ATP werkt als een soort chemische batterij, in tegenstelling tot de elektrochemische batterij van de (H^+) gradiënt.

Een interessant kenmerk van het ATP-synthasemolecuul is dat wanneer H+-ionen erdoorheen bewegen (aangedreven door de elektrochemische kracht van de H+-gradiënt), een molecuulgebied roteert. Het roteert in één richting wanneer het de synthese van ATP aandrijft en in de tegenovergestelde richting om ATP-hydrolyse te koppelen aan het pompen van H+-ionen tegen hun concentratiegradiënt in. In deze vorm wordt het beter een ATP-hydrolase genoemd:

[ ext{ATP hydrolyse} longrightarrow]

[ATP + H_2O + H^+_{inside} ightleftharpoons H^+_{outside} + ADP + ext{anorganic phosphate} (P_i)]

[ longleftarrow ext{ATP-synthase (ATP-hydrolase loopt achteruit)}]

Omdat het enzym roteert wanneer het ATP hydrolyseert, is het vrij eenvoudig voor te stellen hoe de energie die vrijkomt bij deze reactie, door het gebruik van een bevestigde propeller of peddelachtige verlenging, kan worden gekoppeld aan cellulaire of vloeistofbeweging.

Vragen om te beantwoorden en over na te denken

  • Waarom doet de H . in een fototrofe+ gradiënt over het membraan verdwijnen als het licht uitgaat? Wat gebeurt er met de snelheid van ATP-productie? Wanneer stopt de ATP-productie en waarom?
  • Wat zou de "grootte" van de H . beperken+ gradiënt die bacteriorodopsine zou kunnen produceren?
  • Wat zou er gebeuren als bacteriorodopsinemoleculen willekeurig in het membraan zouden worden georiënteerd?
  • Wat is foto-isomerisatie? Is dit een omkeerbare of een onomkeerbare reactie?
  • Geef aan hoe ATP hydrolyse of het aanboren van de H+ gradiënt kan leiden tot celbeweging.

Chemoautotroof

Chemoautotrofen zijn cellen die hun eigen energie en biologische materialen creëren uit anorganische chemicaliën.

In de natuur zijn "autotrofen" organismen die niet hoeven te eten omdat ze hun eigen biologische materialen en energie maken. Deze term komt van het Griekse "auto" voor "zelf" en "troph" voor "eten" of "voeden".

Autotrofen vormen de basis voor alle voedselketens: het zijn de organismen die suikers, eiwitten, lipiden en andere materialen voor het leven creëren. Alle andere organismen overleven door het eten van autotrofen, of andere organismen die worden gevoed door de autotrofe voedselketen.

De twee belangrijkste typen autotrofen zijn chemoautotrofen en fotoautotrofen. Fotoautotrofen gebruiken energie uit zonlicht om hun biologische materialen te maken. Deze omvatten groene planten en fotosynthetiserende algen.

Dit stroomschema kan nuttig zijn om te bepalen of een organisme een autotroof is, en zo ja, welke soort het is:

Chemoautotrofen daarentegen halen energie voor hun levensfuncties uit anorganische chemicaliën. Ze voeden zich met chemicaliën die goede elektronendonoren zijn, zoals waterstofsulfide, zwavel of ijzer.

Zoals alle autotrofen zijn chemoautotrofen in staat koolstof te "fixeren". Ze halen koolstofatomen uit anorganische verbindingen, zoals koolstofdioxide, en gebruiken het om organische verbindingen zoals suikers, eiwitten en lipiden te maken.


Voorbeelden van fototropisme

Zonnebloemen

Een voorbeeld van een plant die zeer fototroof is, is de zonnebloem (Helianthus annus).

Zonnebloemen groeien niet alleen naar de zon toe, ze zijn ook zichtbaar om de bewegingen van de zon gedurende de dag van oost naar west te volgen. 'S Nachts gaan de hoofden terug van west naar oost in afwachting van de zonsopgang van de volgende dag.

Wetenschappers hebben ontdekt dat zonnebloemen meer licht nodig hebben voor groei en overleving, maar ook voor vruchtvorming en bloei, dan de meeste andere bloeiende planten. Deze bevinding is een waarschijnlijke reden voor de dagelijkse zonnevolgactiviteit.

Pilobolus Fungi

Schimmels van het geslacht Pilobolus zijn saprobic feeders, wat betekent dat ze zich voeden met niet-levend of rottend organisch materiaal.

In het geval van de soort Pilobolus crystallinus (algemeen bekend als de "hoedenwerper-schimmel"), ze overleven door de uitwerpselen van grazende herbivoren te eten.

Om toegang te krijgen tot uitwerpselen, P.crystallinus maakt gebruik van een explosieve voortstuwingstechniek, waarbij de sporen vanaf de sporangiofoor in de lucht en hechten aan vegetatie. Wanneer grazende dieren de vegetatie opeten, gaan de sporen door het spijsverteringsstelsel van het dier en komen in hun uitwerpselen terecht.

P.crystallinus gebruikt fototropisme zodat hun sporen naar een lichte ruimte worden gericht waar waarschijnlijk een opening in het gras is, zodat ze een betere kans hebben om zich te verspreiden. Dieren eten gewoonlijk niet in de buurt van mest, dus moeten ze hun sporen verspreiden weg van de mest waarop hun mycelium groeiden om hun kansen om te worden geconsumeerd te vergroten.


De afbeelding toont: Pilobolus crystallinus groeien op een stuk mest. De sporangioforen wijzen allemaal in één richting, bepaald door de lichtbron.


Wetenschapstentoonstellingen zijn een geweldige manier om verschillende concepten te leren kennen door veel projecten tegelijk te bekijken en de uitvinders van dat project te ontmoeten. Ze bieden een platform om je experimenten/projecten/uitvindingen met mensen te delen en ook feedback te krijgen.

Leren over wetenschappelijke concepten zal erg saai zijn als we de concepten gewoon leren en ze niet in het echt maken of gebruiken. Je kunt het leren vertienvoudigen door dingen te maken, verschillende materialen te gebruiken, ermee te spelen en de wonderen te zien die je kunt doen.

Hier zijn enkele van de meest populaire experimenten van biologieprojecten die zijn gepubliceerd op de Pakistan Science Club-portal https://paksc.org/pk/science-experiments/biology-experiments/

Best Biology Projects #7 Biobrandstof (biogas, methaan) uit afval

Biogas bestaat voornamelijk uit methaan (CH4) en wordt geproduceerd uit de afbraak van organisch materiaal door bacteriën in afwezigheid van zuurstof, een proces dat anaërobe afbraak wordt genoemd. Bacteriën die zonder zuurstof kunnen overleven, worden anaërobe bacteriën genoemd. Als je de activiteit hebt voltooid, maak je je eigen biobrandstof en heb je deze bestudeerd.

Beste Biologische Projecten # 6. Groeien planten naar het licht toe

Dit project onderzoekt een eigenschap van planten die bekend staat als fototropisme: dat wil zeggen, hun vermogen om naar lichtbronnen toe te groeien, waar ze zich ook bevinden. Je zult er misschien versteld van staan ​​​​hoe slim deze planten kunnen zijn, zelfs zonder hersenen.

Beste Biologische Projecten #5. Osmose: experiment met aardappel

Osmose is het proces waarbij oplossingen met verschillende concentraties over semi-permeabele membranen bewegen van het gebied met een lagere concentratie naar dat met een hogere concentratie. Osmotische druk is de kracht waarmee moleculen bewegen van het gebied met de hogere concentratie naar dat van de lagere concentratie.

Beste biologieprojecten # 4. Wetenschapsproject voor longmodellen

Bouw je eigen longmodel-wetenschappelijk project

In dit longmodel-wetenschappelijk project vertegenwoordigen de rietjes je luchtpijp en bronchiën, de ballonnen je longen, de fles is je borst en het plastic vel is je middenrif - een vel spieren onder je borst. Wanneer u inademt of inademt, trekt uw middenrif samen en beweegt naar beneden, waardoor er meer ruimte in uw borstkas ontstaat voor uw longen om zich met lucht te vullen. Wanneer je uitademt (uitademt), ontspant je middenrif weer. De ruimte in je borst wordt kleiner en dwingt de lucht uit je longen.

Beste biologieprojecten # 3. Hoe maak je een pulsteller?

De ritmische verwijding van slagaders die wordt geproduceerd wanneer bloed naar buiten wordt gepompt door regelmatige samentrekkingen van het hart, vooral bij palpatie aan de pols of in de nek. De pols wordt meestal net binnen de pols onder de duim gevoeld door twee of drie vingers licht op de radiale slagader te plaatsen.

Beste biologieprojecten # 2. Extractie van DNA uit banaan

Net als wij hebben bananenplanten genen en DNA in hun cellen, en net als wij bepaalt hun DNA hun eigenschappen. Met alleen onze ogen konden we geen enkele cel of het DNA erin zien. Als we DNA uit miljoenen cellen verwijderen, kunnen we het echter zonder microscoop bekijken. Dat gaan we vandaag doen!

Beste biologieprojecten # 1. Werkmodel van het hart

Zie ook

Top 10 beste chemieproject van wetenschapstentoonstelling

Op scheikunde gerichte wetenschappelijke tentoonstellingsprojecten zijn manieren voor studenten van elke leeftijd om hun wetenschappelijke kennis te laten zien. Met een tentoonstellingsproject voor scheikundewetenschap leren studenten over en zien ze chemische processen in de echte wereld, terwijl ze ook leren hoe ze de resultaten van experimenten kunnen vastleggen en presenteren aan een publiek.

Top 10 innovatieve natuurkundeprojecten voor wetenschap Tentoonstelling klasse 10 tot 12

Top 10 innovatieve natuurkundeprojecten voor wetenschap Tentoonstelling klasse 10 tot 12: het maken van een natuurkundig werkmodel en projecten voor een wetenschapsbeurs of wetenschapstentoonstelling, de categorie Natuurkunde heeft te veel opties om interessante bekroonde projecten te maken dan biologie en scheikunde

Top 7 werkmodel voor windenergie van Science Fair Project

Top 7 Windenergie "Hernieuwbare Energie" Werkmodel van Science Fair Project: "windturbine" werkmodel en bouwplan voor middelbare en middelbare scholieren. Deze projecten kunnen worden gemaakt door klas 4, 5, 6, 7, 8, 9 klasstudenten.


Fototrofee

Het vermogen om licht te oogsten en om te zetten in chemische energie vertegenwoordigt een van de meest elegante en complexe biologische innovaties tot nu toe - en met name het verbond de biologie rechtstreeks met de primaire energiebron voor de aarde, namelijk de zon (Sleep and Bird, 2008). Fototrofen zetten lichtenergie om in chemische energie met behulp van fotochemische reactiecentra (RC's) die (bacteriën)chlorofylen of rodopsines bevatten. Rhodopsines (retinale bindende eiwitten: bacteriorodopsine, proteorhodopsine en xanthorhodopsine) zijn betrokken bij de omzetting van licht naar energie door directe transductie van fotonen in proton-aandrijfkracht, maar bemiddelen niet bij elektronenoverdrachtsreacties. Tijdens fotosynthese zijn zowel elektronen als ATP nodig. Daarom kunnen organismen die rodopsines bevatten ATP produceren met behulp van licht (fototrofie), maar kunnen ze geen fotosynthese uitvoeren (Bryant en Frigaard, 2006). De genetische capaciteit om rodopsines te produceren is wijdverbreid in mariene milieus (Venter et al., 2004 ) en komt voor in de genomen van diverse prokaryoten en in verschillende meercellige organismen (d.w.z. schimmels, groene algen), hoewel de exacte functies niet altijd bekend zijn (Bryant en Frigaard, 2006). Ongeacht de functie lijkt fototrofie met rodopsines een eigenschap te zijn die gemakkelijk horizontaal kan worden overgedragen omdat het de verwerving van slechts twee genen vereist, bacteriorodopsine en β-caroteen-oxygenase, als een organisme al het algemene pigment β-caroteen kan synthetiseren.

In tegenstelling tot op rodopsine gebaseerde fototrofie, is op chlorofyl gebaseerde fototrofie (chlorofototrofie) waarschijnlijk niet zo promiscue verspreid door horizontale genoverdracht, hoewel er uitstekend bewijs is dat Gemmatimonas aurantiaca T-27 verwierf een intacte fotosynthese-gencluster van een paarse zwavelbacterie (Zeng et al., 2014). Dit is waarschijnlijk gedeeltelijk te wijten aan het aantal genen dat nodig is om de meer complexe maar ook efficiëntere op chlorofyl gebaseerde fotosystemen samen te stellen. Alle chlorofotrofe organismen gebruiken fotochemische RC's die (bacterio)chlorofylen (BChls of Chls) bevatten om zonne-energie op te vangen en om te zetten in chemische energie (Bryant en Frigaard, 2006 Gomez Maqueo Chew en Bryant, 2007). Fotosynthetische prokaryoten worden momenteel gevonden in zeven bacteriële phyla (Acidobacteriën, chloorbi, Chloroflexi, cyanobacteriën, Gemmatimonadetes, Proteobacteriën en Firmicutes) (Figuur 2).

16S rRNA-boom die lijnen met chloorfototrofe leden benadrukt. Groene takken vertegenwoordigen phyla die chlorophototrophs bevatten. Elektronendonoren voor fotosynthetische groei worden aangegeven door gevulde cirkels.


Materialen en methodes

Sampling

Dertien steppemeren in de regio Transbaikal, Oost-Siberië, Rusland (zie tabel 1), werden bemonsterd tijdens een expeditie in augustus en september 2008. De monsters van acht meren in Oezbekistan (Centraal-Azië) en twee meren in de Krim, Oekraïne (zie tabel 1), zijn genomen in augustus en september 2009. De watermonsters zijn verzameld in de volledig oxische planktonzone op ongeveer 0,2 m diepte. De pH werd geregistreerd met behulp van de HANNA draagbare pH-meter en de temperatuur met behulp van een digitale VWR-thermometer. De chemische samenstelling van het water en het zoutgehalte (totale mineralisatie) werd bepaald door anionchromatografie. De totale alkaliteit werd bepaald door titratie met 0,05 N HC1. Monsters voor infraroodmicroscopie werden verzameld in steriele, plastic reageerbuizen, gefixeerd met 2% formaldehyde en bewaard bij 4 ° C. De monsters voor infraroodfluorometrie werden onmiddellijk verwerkt.

Algemene kenmerken van de bestudeerde meren

meer Regio Breedtegraad (N) Lengtegraad (E) Diepte (m) Gebied (km 2 )
Alvakhon Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ <0.5 0.02
Baby Transbaikal 50°18.0′ 116°23.1′ <0.5 0.38
Borzinskoe Transbaikal 50°15.1′ 116°16.8′ <0.5 0.84
Doroninskoe Transbaikal 51°14.4′ 112°14.4′ 6.5 5.10
Gorbunka Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ <0.5 0.01
Chep-Check 2 Transbaikal 51°15.2′ 112°16.3′ 1.25 0.18
Chep-Check 3 Transbaikal 51°14.7′ 112°15.6′ 1.0 0.17
Khilganta Transbaikal 50°42.5′ 115°06.1′ <0.5 0.13
Torom Transbaikal 51°15.6′ 112°16.4′ 1.8 1.75
Tsagan-Nuro Transbaikal 50°13.2′ 116°15.7′ <0.5 1.43
Zanday Transbaikal 50°03.3′ 116°03.4′ <0.5 0.74
Zun-Kholvo Transbaikal 50°43.2′ 115°08.3′ <0.5 0.85
Zun-Torey Transbaikal 50°06.4′ 115°41.6′ 6.5 220
Zuidwest Oezbekistan 44°30.2′ 58°13.9′ 41 ∼3300
Aralmeer
Ashat Oezbekistan 41°18.4′ 60°20.7′ 2 3.25
Atakhara Oezbekistan 41°21.0′ 60°26.7′ 2 0.28
Aydar Oezbekistan 40°51.5′ 66°46.7′ 10 ∼3000
Aydar lagune Oezbekistan 40°51.4′ 66°46.7′ 1.5 0.11
Varken Oezbekistan 41°24.8′ 60°23.3′ 20 1.28
Shor-shor Oezbekistan 41°17.6′ 60°27.1′ 3 0.50
Sudocheskoe Oezbekistan 43°35.2′ 58°32.6′ 5 496
Lagune Krim Krim 45°12.2′ 33°24.6′ 2 1.99
Staroe Krim 45°58.4′ 33°45.9′ ND 6.95
meer Regio Breedtegraad (N) Lengtegraad (E) Diepte (m) Gebied (km 2 )
Alvakhon Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ <0.5 0.02
Baby Transbaikal 50°18.0′ 116°23.1′ <0.5 0.38
Borzinskoe Transbaikal 50°15.1′ 116°16.8′ <0.5 0.84
Doroninskoe Transbaikal 51°14.4′ 112°14.4′ 6.5 5.10
Gorbunka Transbaikal 50°39.6′ 115°04.1′ <0.5 0.01
Chep-Check 2 Transbaikal 51°15.2′ 112°16.3′ 1.25 0.18
Chep-Check 3 Transbaikal 51°14.7′ 112°15.6′ 1.0 0.17
Khilganta Transbaikal 50°42.5′ 115°06.1′ <0.5 0.13
Torom Transbaikal 51°15.6′ 112°16.4′ 1.8 1.75
Tsagan-Nuro Transbaikal 50°13.2′ 116°15.7′ <0.5 1.43
Zanday Transbaikal 50°03.3′ 116°03.4′ <0.5 0.74
Zun-Kholvo Transbaikal 50°43.2′ 115°08.3′ <0.5 0.85
Zun-Torey Transbaikal 50°06.4′ 115°41.6′ 6.5 220
Zuidwest Oezbekistan 44°30.2′ 58°13.9′ 41 ∼3300
Aralmeer
Ashat Oezbekistan 41°18.4′ 60°20.7′ 2 3.25
Atakhara Oezbekistan 41°21.0′ 60°26.7′ 2 0.28
Aydar Oezbekistan 40°51.5′ 66°46.7′ 10 ∼3000
Aydar lagune Oezbekistan 40°51.4′ 66°46.7′ 1.5 0.11
Varken Oezbekistan 41°24.8′ 60°23.3′ 20 1.28
Shor-shor Oezbekistan 41°17.6′ 60°27.1′ 3 0.50
Sudocheskoe Oezbekistan 43°35.2′ 58°32.6′ 5 496
Lagune Krim Krim 45°12.2′ 33°24.6′ 2 1.99
Staroe Krim 45°58.4′ 33°45.9′ ND 6.95

Door de sterke verdamping variëren sommige meren aanzienlijk in diepte en grootte. De gerapporteerde waarden vertegenwoordigen de status van de meren op het moment van de bemonstering in augustus en september 2008 en september 2009.


6.3 Energietransformaties

6.3.1 Oxidatieve fosforylering

Bij oxidatieve fosforylering worden de elektronen die uit organische moleculen worden verwijderd, overgebracht naar zuurstof en de vrijgekomen energie wordt gebruikt om ATP te maken. Dit wordt bij eukaryoten gedaan door een reeks eiwitten in de membranen van mitochondriën, de elektronentransportketen genoemd. In prokaryoten worden deze eiwitten gevonden in het binnenmembraan van de cel. Deze eiwitten gebruiken de energie die vrijkomt bij het doorgeven van elektronen van gereduceerde moleculen zoals NADH op zuurstof om protonen over een membraan te pompen.

Het pompen van protonen uit de mitochondriën creëert een protonconcentratieverschil over het membraan en genereert een elektrochemische gradiënt. Deze kracht drijft protonen terug in het mitochondrion via de basis van een enzym dat ATP-synthase wordt genoemd. De stroom van protonen zorgt ervoor dat de stengelsubeenheid roteert, waardoor de actieve plaats van het synthasedomein van vorm verandert en adenosinedifosfaat fosforyleert - waardoor het in ATP verandert.

6.3.2 Energie uit anorganische verbindingen

Chemolithotrofie is een type metabolisme dat wordt aangetroffen in prokaryoten waar energie wordt verkregen uit de oxidatie van anorganische verbindingen. Deze organismen kunnen waterstof, gereduceerde zwavelverbindingen (zoals sulfide, waterstofsulfide en thiosulfaat), ferro-ijzer (FeII) of ammoniak gebruiken als bronnen van reducerend vermogen en ze halen energie uit de oxidatie van deze verbindingen met elektronenacceptoren zoals zuurstof of nitriet . Deze microbiële processen zijn belangrijk in wereldwijde biogeochemische cycli zoals acetogenese, nitrificatie en denitrificatie en zijn cruciaal voor de bodemvruchtbaarheid.

6.3.3 Energie uit licht

De energie in zonlicht wordt opgevangen door planten, cyanobacteriën, paarse bacteriën, groene zwavelbacteriën en sommige protisten. Dit proces gaat vaak gepaard met de omzetting van koolstofdioxide in organische verbindingen, als onderdeel van de fotosynthese, die hieronder wordt besproken. De systemen voor energieopvang en koolstoffixatie kunnen echter afzonderlijk werken in prokaryoten, aangezien paarse bacteriën en groene zwavelbacteriën zonlicht als energiebron kunnen gebruiken, terwijl ze schakelen tussen koolstoffixatie en de fermentatie van organische verbindingen.

In veel organismen is het opvangen van zonne-energie in principe vergelijkbaar met oxidatieve fosforylering, omdat het de opslag van energie inhoudt als een protonconcentratiegradiënt. Deze proton-aandrijvende kracht drijft vervolgens de ATP-synthese aan. De elektronen die nodig zijn om deze elektronentransportketen aan te drijven, zijn afkomstig van licht-verzamelende eiwitten die fotosynthetische reactiecentra worden genoemd. Reactiecentra worden ingedeeld in twee typen, afhankelijk van de aard van het aanwezige fotosynthetische pigment, waarbij de meeste fotosynthetische bacteriën slechts één type hebben, terwijl planten en cyanobacteriën er twee hebben.

In planten, algen en cyanobacteriën gebruikt fotosysteem II lichtenergie om elektronen uit water te verwijderen, waarbij zuurstof als afvalproduct vrijkomt. De elektronen stromen vervolgens naar het cytochroom b6f-complex, dat hun energie gebruikt om protonen over het thylakoïdemembraan in de chloroplast te pompen. Deze protonen bewegen terug door het membraan terwijl ze het ATP-synthase aandrijven, zoals voorheen. De elektronen stromen vervolgens door fotosysteem I en kunnen vervolgens ofwel worden gebruikt om het co-enzym NADP + .f te reduceren. Dit co-enzym kan worden gebruikt in de Calvin-cyclus, die hieronder wordt besproken, of gerecycled voor verdere ATP-generatie.

6.3.4 Anabolisme

Anabolisme is de reeks constructieve metabolische processen waarbij de energie die vrijkomt door katabolisme wordt gebruikt om complexe moleculen te synthetiseren. Over het algemeen worden de complexe moleculen waaruit cellulaire structuren bestaan, stap voor stap opgebouwd uit kleine en eenvoudige voorlopers. Anabolisme omvat drie basisfasen. Ten eerste de productie van voorlopers zoals aminozuren, monosachariden, isoprenoïden en nucleotiden, ten tweede hun activering tot reactieve vormen met behulp van energie uit ATP, en ten derde de assemblage van deze voorlopers tot complexe moleculen zoals eiwitten, polysachariden, lipiden en nucleïnezuren .

Anabolisme in organismen kan verschillen afhankelijk van de bron van geconstrueerde moleculen in hun cellen. Autotrofen zoals planten kunnen de complexe organische moleculen in cellen zoals polysachariden en eiwitten construeren uit eenvoudige moleculen zoals koolstofdioxide en water. Heterotrofen daarentegen hebben een bron van complexere stoffen nodig, zoals monosachariden en aminozuren, om deze complexe moleculen te produceren. Organismen kunnen verder worden geclassificeerd op basis van hun uiteindelijke energiebron: foto-autotrofen en fotoheterotrofen halen energie uit licht, terwijl chemoautotrofen en chemoheterotrofen energie halen uit anorganische oxidatiereacties.

6.3.5 Koolstoffixatie

Fotosynthese is de synthese van koolhydraten uit zonlicht en koolstofdioxide (CO2). In planten, cyanobacteriën en algen splitst zuurstoffotosynthese water, waarbij zuurstof wordt geproduceerd als afvalproduct. Dit proces gebruikt de ATP en NADPH geproduceerd door de fotosynthetische reactiecentra, zoals hierboven beschreven, om CO2 in glyceraat 3-fosfaat, dat vervolgens kan worden omgezet in glucose. Deze koolstoffixatiereactie wordt uitgevoerd door het enzym RuBisCO als onderdeel van de Calvin-cyclus. Drie soorten fotosynthese komen voor in planten, C3-koolstoffixatie, C4-koolstoffixatie en CAM-fotosynthese. Deze verschillen door de route die koolstofdioxide aflegt naar de Calvin-cyclus, waarbij C3-planten CO . vastleggen2 direct, terwijl C4- en CAM-fotosynthese de CO2 eerst in andere verbindingen, als aanpassingen om met intens zonlicht en droge omstandigheden om te gaan.

Bij fotosynthetische prokaryoten zijn de mechanismen van koolstoffixatie diverser. Hier kan koolstofdioxide worden gefixeerd door de Calvin-cyclus, een omgekeerde citroenzuurcyclus of de carboxylering van acetyl-CoA. Prokaryotische chemoautotrofen fixeren ook CO2 door de Calvin-cyclus, maar gebruik energie van anorganische verbindingen om de reactie aan te drijven.

6.3.6 Koolhydraten en glycanen

Bij koolhydraatanabolisme kunnen eenvoudige organische zuren worden omgezet in monosachariden zoals glucose en vervolgens worden gebruikt om polysachariden zoals zetmeel samen te stellen. Het genereren van glucose uit verbindingen zoals pyruvaat, lactaat, glycerol, glyceraat 3-fosfaat en aminozuren wordt gluconeogenese genoemd. Gluconeogenese zet pyruvaat om in glucose-6-fosfaat via een reeks tussenproducten, waarvan er vele worden gedeeld met glycolyse. Deze route is echter niet eenvoudigweg omgekeerde glycolyse, omdat verschillende stappen worden gekatalyseerd door niet-glycolytische enzymen. Dit is belangrijk omdat het de vorming en afbraak van glucose afzonderlijk regelt en voorkomt dat beide routes tegelijkertijd in een zinloze cyclus lopen.

Hoewel vet een gebruikelijke manier is om energie op te slaan, kunnen bij gewervelde dieren zoals mensen de vetzuren in deze winkels niet worden omgezet in glucose via gluconeogenese, aangezien deze organismen acetyl-CoA niet kunnen omzetten in pyruvaatplanten, maar dieren hebben niet de noodzakelijke enzymatische machines. Dientengevolge moeten gewervelde dieren na langdurige hongersnood ketonlichamen produceren uit vetzuren om glucose te vervangen in weefsels zoals de hersenen die vetzuren niet kunnen metaboliseren. In andere organismen, zoals planten en bacteriën, wordt dit metabolische probleem opgelost met behulp van de glyoxylaatcyclus, die de decarboxyleringsstap in de citroenzuurcyclus omzeilt en de transformatie van acetyl-CoA naar oxaalacetaat mogelijk maakt, waar het kan worden gebruikt voor de productie van glucose . Afgezien van vet wordt glucose in de meeste weefsels opgeslagen als een energiebron die beschikbaar is in het weefsel door middel van glycogenese, die gewoonlijk werd gebruikt om het glucosegehalte in het bloed op peil te houden.

Polysachariden en glycanen worden gemaakt door de opeenvolgende toevoeging van monosachariden door glycosyltransferase van een reactieve suikerfosfaatdonor zoals uridinedifosfaatglucose (UDP-Glc) aan een acceptorhydroxylgroep op het groeiende polysacharide. Aangezien elk van de hydroxylgroepen op de ring van het substraat acceptoren kan zijn, kunnen de geproduceerde polysachariden rechte of vertakte structuren hebben. De geproduceerde polysachariden kunnen zelf structurele of metabole functies hebben, of worden overgebracht naar lipiden en eiwitten door enzymen die oligosaccharyltransferasen worden genoemd.

6.3.7 Vetzuren, isoprenoïden en sterol

Vereenvoudigde versie van de steroïdesyntheseroute met de tussenproducten isopentenylpyrofosfaat (IPP), dimethylallylpyrofosfaat, geranylpyrofosfaat (GPP) en squaleen weergegeven. Voor de duidelijkheid zijn enkele tussenproducten weggelaten. Vetzuren worden gemaakt door vetzuursynthasen die polymeriseren en vervolgens acetyl-CoA-eenheden verminderen. De acylketens in de vetzuren worden verlengd door een cyclus van reacties die de acylgroep toevoegen, reduceren tot een alcohol, dehydrateren tot een alkeengroep en vervolgens weer reduceren tot een alkaangroep. De enzymen van vetzuurbiosynthese zijn verdeeld in twee groepen: bij dieren en schimmels worden al deze vetzuursynthasereacties uitgevoerd door een enkel multifunctioneel type I-eiwit, terwijl in plantenplastiden en bacteriën afzonderlijke type II-enzymen elke stap in de route uitvoeren .

Terpenen en isoprenoïden zijn een grote klasse van lipiden, waaronder de carotenoïden en vormen de grootste klasse van plantaardige natuurlijke producten. Deze verbindingen worden gemaakt door de assemblage en modificatie van isopreeneenheden die zijn gedoneerd uit de reactieve voorlopers isopentenylpyrofosfaat en dimethylallylpyrofosfaat. Deze voorlopers kunnen op verschillende manieren worden gemaakt. Bij dieren en archaea produceert de mevalonaatroute deze verbindingen uit acetyl-CoA, terwijl in planten en bacteriën de niet-mevalonaatroute pyruvaat en glyceraldehyde 3-fosfaat als substraten gebruikt. Een belangrijke reactie waarbij gebruik wordt gemaakt van deze geactiveerde isopreendonoren is de biosynthese van sterolen. Hier worden de isopreeneenheden samengevoegd om squaleen te maken en vervolgens opgevouwen en gevormd tot een set ringen om lanosterol te maken. Lanosterol kan dan worden omgezet in andere sterolen zoals cholesterol en ergosterol.

6.3.8 Eiwitten

Organismen variëren in hun vermogen om de 20 gemeenschappelijke aminozuren te synthetiseren. De meeste bacteriën en planten kunnen ze alle twintig synthetiseren, maar zoogdieren kunnen slechts elf niet-essentiële aminozuren synthetiseren, dus negen essentiële aminozuren moeten uit voedsel worden gehaald. Sommige eenvoudige parasieten, zoals de bacterie Mycoplasma pneumoniae, missen alle aminozuursynthese en nemen hun aminozuren rechtstreeks van hun gastheren op. Alle aminozuren worden gesynthetiseerd uit tussenproducten in glycolyse, de citroenzuurcyclus of de pentosefosfaatroute. Stikstof wordt geleverd door glutamaat en glutamine. Nonessensial amino acid synthesis depends on the formation of the appropriate alpha-keto acid, which is then transaminated to form an amino acid.

Amino acids are made into proteins by being joined together in a chain of peptide bonds. Each different protein has a unique sequence of amino acid residues: this is its primary structure. Just as the letters of the alphabet can be combined to form an almost endless variety of words, amino acids can be linked in varying sequences to form a huge variety of proteins. Proteins are made from amino acids that have been activated by attachment to a transfer RNA molecule through an ester bond. This aminoacyl-tRNA precursor is produced in an ATP-dependent reaction carried out by an aminoacyl tRNA synthetase. This aminoacyl-tRNA is then a substrate for the ribosome, which joins the amino acid onto the elongating protein chain, using the sequence information in a messenger RNA.

6.3.9 Nucleotide Synthesis And Salvage

Nucleotides are made from amino acids, carbon dioxide and formic acid in pathways that require large amounts of metabolic energy. Consequently, most organisms have efficient systems to salvage preformed nucleotides. Purines are synthesized as nucleosides (bases attached to ribose). Both adenine and guanine are made from the precursor nucleoside inosine monophosphate, which is synthesized using atoms from the amino acids glycine, glutamine, and aspartic acid, as well as formate transferred from the coenzyme tetrahydrofolate. Pyrimidines, on the other hand, are synthesized from the base orotate, which is formed from glutamine and aspartate.


Chemotrophs

Whereas photoautotrophs obtain their energy from the sun, chemotrophs do not need the sun and thus obtain their energy from various molecules available in their environment.

Chemotrophs are divided into two groups including chemoorganotrophs (use organic molecules as a source of energy) and chemolithotrophs that use inorganic molecules. Here, we shall focus on chemolithotrophs given that they do not use organic molecules to produce energy.

These organisms are also known as lithotrophs and include various bacteria including the nitrifying bacteria and bacteria found in tube worms in deep sea levels. While these organisms live in environments where there is no sunlight, there is sufficient inorganic material for biosynthesis.

Essentially, biosynthesis involves the oxidation of the inorganic material. Here, chemolithotrophs (cells) take in the electron donor (iron, elemental sulfur and hydrogen sulfide etc) which are then oxidized to produce energy.

For instance, the oxidation of hydrogen sulfide produces electrons that are transported through the electron transport chain for oxidative phospholyration that produces ATP energy. The chemical energy in form of ATP is then used in biosynthesis to fix carbon in order to produce organic compounds.

* This process is different from photosynthesis where autotrophs are able to produce their own energy by using energy from the sun (sunlight). Because chemolithotrophs do not have access to sunlight, they have to rely on inorganic material in their environment.


  • Important concepts are simplified for better understanding
  • Learning made fun with illustrations and diagrams
  • Serve as an assisted learning tool

The Plus Two Arabic Simple Notes & study material will help students in their studies from the beginning of the academic session to last-minute preparation. Also, students need to be consistent with their studies and practice different problems to perform outstandingly in the SCERT exam. Stay tuned to get the latest update on Plus Two Upcoming exams.


Enjoyable Learning of Middle School Subjects

Middle school learning is brought to life with these enjoyable quizzes. Grade 6, Grade 7 and Grade 8 subjects have never been so much fun! Here is why our quizzes are highly regarded by students of your age:

  1. Interactive quizzes are more enjoyable than text books so you will find that you are happy to study for longer periods
  2. The quizzes break-up the school subjects into bite-sized portions so you will learn without confusion
  3. The teachers who write the quizzes understand the problem areas and provide comments after each question to help you remember the key points
  4. In the age of computers, iphones and ipads, the quizzes are the easiest, quickest and most fun way for you to learn a subject.

So Much to Do and so Little Time!

We realize that between the ages of 11 and 14 you have a lot on your plate. When it comes to school, there seems to be no end to the amount of stuff you're expected to understand and - worse - remember! For starters, you are going to need to learn a lot of new words like "homework review", "test prep review" and most dreaded of all "common core state standards"!

Our schoolwork quizzes will help you remember what you are learning at school, since a lot of what we might call the 'quiz-effect' is, by all accounts, automatic. That is to say, take regular quizzes in any subject, even one you dislike, and you'll find yourself remembering facts and formulas, by default. Every quiz you take reinforces your understanding and your memory of the subject, and improves your chances of doing well on subsequent tests and quizzes. This, in turn, increases your confidence until - miraculously - that subject you once hated is now almost tolerable! After all, who can dislike a 10 out of 10 score?

Play just a handful of quizzes a day and you will be amazed at your progress.

Support from Friends and Family

One excellent way to use the quizzes is to organize friendly competitions with your friends and family to see who can get the highest score! Quizzes bring in a fun and exciting element, while also helping you in your educational journey through school. In addition, our middle school subjects will help you with test and exam prep. When you find you are beating Mom and Dad, you’ll know you are doing well!

Professionally Written Material

All our Grade 6,7 and 8 quizzes are designed and written by experienced teachers and all follow the subject guidelines of the Common Core Curriculum, making them teacher, parent and student friendly. Each quiz is accompanied by an introduction and questions are followed by helpful comments, which should serve to clarify points of confusion and help with the recall of correct answers.

Our teachers understand how easy it is to get distracted so you’ll find a few questions/answers that make you laugh, a few that make you think and a few others that seem nearly unbelievable. All of which makes Math, Science and English Language Arts less like a chore and more like a pleasant pastime!

All for $12.50 Per Month

You can subscribe here for a monthly cost of only $12.50 and that will give you access to the entire site. You will be able to quiz yourself on topics you've looked at recently, those you studied some time ago, and even those you've yet to do at school. We record for you the dates you take the quizzes, as well as the scores you achieve each time, making it easy for you to keep track of your progress and to share the signs of improvement with parents and teachers. Each section has a ‘free to play’ quiz so you can try before you buy. In addition, if you do sign up and are not entirely satisfied, you can cancel at any time, even during the first month.


Bekijk de video: Photosynthesis: Light Reaction, Calvin Cycle, and Electron Transport (December 2021).