Échange d'énergie(catabolisme, dissimilation) - un ensemble de réactions de décomposition de substances organiques, accompagnées d'une libération d'énergie. L'énergie libérée lors de la décomposition des substances organiques n'est pas immédiatement utilisée par la cellule, mais est stockée sous forme d'ATP et d'autres composés à haute énergie. L'ATP est une source universelle d'approvisionnement énergétique pour la cellule. La synthèse d'ATP se produit dans les cellules de tous les organismes en cours de phosphorylation - l'ajout de phosphate inorganique à l'ADP.
Ont aérobique les organismes (vivant dans un environnement oxygéné) distinguent trois étapes du métabolisme énergétique: l'oxydation préparatoire sans oxygène et l'oxydation de l'oxygène; à anaérobie organismes (vivant dans un environnement sans oxygène) et organismes aérobies manquant d'oxygène - deux étapes: oxydation préparatoire sans oxygène.
Étape préparatoire
Il consiste en le clivage enzymatique de substances organiques complexes en substances simples : molécules de protéines - en acides aminés, graisses - en glycérol et acides carboxyliques, glucides - en glucose, acides nucléiques - en nucléotides. La dégradation des composés organiques de haut poids moléculaire est effectuée soit par des enzymes du tractus gastro-intestinal, soit par des enzymes de lysosomes. Toute l'énergie libérée dans ce cas est dissipée sous forme de chaleur. Les petites molécules organiques résultantes peuvent être utilisées comme « matériau de construction » ou peuvent subir une dégradation supplémentaire.
Oxydation sans oxygène ou glycolyse
Cette étape consiste en la séparation supplémentaire des substances organiques formées au cours de la phase préparatoire, a lieu dans le cytoplasme de la cellule et ne nécessite pas la présence d'oxygène. La principale source d'énergie de la cellule est le glucose. Le processus de dégradation incomplète anoxique du glucose - glycolyse.
La perte d'électrons est appelée oxydation, l'acquisition est appelée réduction, tandis que le donneur d'électrons est oxydé, l'accepteur est réduit.
Il convient de noter que l'oxydation biologique dans les cellules peut se produire avec la participation de l'oxygène :
A + O 2 → AO 2,
et sans sa participation, en raison du transfert d'atomes d'hydrogène d'une substance à une autre. Par exemple, la substance "A" est oxydée à cause de la substance "B":
AH 2 + B → A + BH 2
ou du fait du transfert d'électrons, par exemple, le fer ferreux est oxydé en trivalent :
Fe 2+ → Fe 3+ + e -.
La glycolyse est un processus complexe en plusieurs étapes qui comprend dix réactions. Au cours de ce processus, le glucose est déshydrogéné, la coenzyme NAD+ (nicotinamide adénine dinucléotide) sert d'accepteur d'hydrogène. À la suite d'une chaîne de réactions enzymatiques, le glucose est converti en deux molécules d'acide pyruvique (PVA), tandis qu'un total de 2 molécules d'ATP et la forme réduite du transporteur d'hydrogène NADH 2 sont formés :
C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2H 3 PO 4 + 2NAD + → 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 2H 2 O + 2NAD · H 2.
Le sort ultérieur du PVC dépend de la présence d'oxygène dans la cellule. S'il n'y a pas d'oxygène, la fermentation alcoolique se produit dans les levures et les plantes, dans laquelle d'abord la formation d'acétaldéhyde, puis d'alcool éthylique :
- 3 4 О 3 → СО 2 + СН 3 СОН,
- CH 3 SON + NAD · H 2 → C 2 H 5 OH + NAD +.
Chez les animaux et certaines bactéries, en manque d'oxygène, la fermentation lactique se produit avec formation d'acide lactique :
3 4 3 + NAD · Н 2 → С 3 Н 6 О 3 + NAD +.
À la suite de la glycolyse d'une molécule de glucose, 200 kJ sont libérés, dont 120 kJ sont dissipés sous forme de chaleur et 80 % sont stockés dans des liaisons ATP.
Oxydation de l'oxygène ou respiration
Il consiste en le clivage complet de l'acide pyruvique, se produit dans les mitochondries et avec la présence obligatoire d'oxygène.
L'acide pyruvique est transporté vers les mitochondries (structure et fonction des mitochondries - cours 7). Ici, la déshydrogénation (élimination de l'hydrogène) et la décarboxylation (élimination du dioxyde de carbone) du PVC ont lieu avec la formation d'un groupe acétyle à deux carbones, qui entre dans un cycle de réactions appelé les réactions du cycle de Krebs. Une oxydation supplémentaire a lieu, associée à une déshydrogénation et une décarboxylation. En conséquence, trois molécules de CO 2 sont retirées des mitochondries pour chaque molécule de PVC détruite ; cinq paires d'atomes d'hydrogène associés à des porteurs (4NAD · H 2, FAD · H 2) sont formées, ainsi qu'une molécule d'ATP.
La réaction totale de glycolyse et de destruction du PVC dans les mitochondries en hydrogène et dioxyde de carbone est la suivante :
C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O → 6CO 2 + 4ATF + 12H 2.
Deux molécules d'ATP sont formées à la suite de la glycolyse, deux - dans le cycle de Krebs; deux paires d'atomes d'hydrogène (2NADCHH2) se sont formées à la suite de la glycolyse, dix paires - dans le cycle de Krebs.
La dernière étape est l'oxydation de paires d'atomes d'hydrogène avec la participation d'oxygène à l'eau avec phosphorylation simultanée d'ADP en ATP. L'hydrogène est transféré à trois grands complexes enzymatiques (flavoprotéines, coenzymes Q, cytochromes) de la chaîne respiratoire situés dans la membrane mitochondriale interne. Les électrons sont extraits de l'hydrogène, qui se combine finalement avec l'oxygène dans la matrice mitochondriale :
2 + e - → 2 -.
Les protons sont pompés dans l'espace intermembranaire des mitochondries, dans le "réservoir de protons". La membrane interne est imperméable aux ions hydrogène, d'une part elle est chargée négativement (due à O 2 -), d'autre part - positivement (due à H +). Lorsque la différence de potentiel à travers la membrane interne atteint 200 mV, les protons traversent le canal de l'enzyme ATP synthétase, l'ATP se forme et la cytochrome oxydase catalyse la réduction de l'oxygène en eau. Ainsi, à la suite de l'oxydation de douze paires d'atomes d'hydrogène, 34 molécules d'ATP sont formées.
1. Quelle est la nature chimique de l'ATP ?
Réponse. L'adénosine triphosphate (ATP) est un nucléotide constitué de la base purique de l'adénine, du ribose monosaccharide et de 3 résidus d'acide phosphorique. Dans tous les organismes vivants, il agit comme un accumulateur universel et un vecteur d'énergie. Sous l'action d'enzymes spéciales, les groupes phosphate terminaux sont séparés avec la libération d'énergie, qui est dépensée pour la contraction musculaire, la synthèse et d'autres processus vitaux.
2. Quelles liaisons chimiques sont dites macroergiques ?
Réponse. Les liaisons entre les résidus d'acide phosphorique sont dites macroergiques, car lorsqu'elles se rompent, une grande quantité d'énergie est libérée (quatre fois plus que lorsque d'autres liaisons chimiques sont clivées).
3. Quelles cellules ont le plus d'ATP ?
Réponse. La teneur en ATP la plus élevée se trouve dans les cellules dans lesquelles la dépense énergétique est élevée. Ce sont des cellules du foie et des muscles striés.
Questions après §22
1. Dans les cellules de quels organismes se déroule la fermentation alcoolique ?
Réponse. Dans la plupart des cellules végétales, ainsi que dans les cellules de certains champignons (par exemple, la levure), la fermentation alcoolique se produit à la place de la glycolyse : une molécule de glucose dans des conditions anaérobies est convertie en alcool éthylique et CO2 :
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATF + 2H2O.
2. D'où vient l'énergie pour la synthèse d'ATP à partir d'ADP ?
Réponse. La synthèse d'ATP s'effectue selon les étapes suivantes. Au stade de la glycolyse, une molécule de glucose contenant six atomes de carbone (C6H12O6) est clivée en deux molécules d'acide pyruvique à trois carbones, ou PVC (C3H4O3). Les réactions de glycolyse sont catalysées par de nombreuses enzymes et se déroulent dans le cytoplasme des cellules. Au cours de la glycolyse, lorsque 1 M de glucose est décomposé, 200 kJ d'énergie sont libérés, mais 60 % de celle-ci est dissipée sous forme de chaleur. Les 40 % restants de l'énergie sont suffisants pour la synthèse de deux molécules d'ATP à partir de deux molécules d'ADP.
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP → 2C3H6O3 + 2ATF + 2H2O
Dans les organismes aérobies, après la glycolyse (ou fermentation alcoolique), la dernière étape du métabolisme énergétique suit - la dégradation complète de l'oxygène ou la respiration cellulaire. Au cours de cette troisième étape, les substances organiques formées lors de la deuxième étape lors de la décomposition anoxique et contenant de grandes réserves d'énergie chimique sont oxydées en produits finaux de CO2 et H2O. Ce processus, comme la glycolyse, est en plusieurs étapes, mais il ne se déroule pas dans le cytoplasme, mais dans les mitochondries. Suite à la respiration cellulaire, lors de la décomposition de deux molécules d'acide lactique, 36 molécules d'ATP sont synthétisées :
2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 → 6CO2 + 42H2O + 36ATF.
Ainsi, le métabolisme énergétique total de la cellule en cas de dégradation du glucose peut être représenté comme suit :
C6H12O6 + 6O2 + 38ADP + 38H3PO4 → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.
3. Quelles étapes sont distinguées dans le métabolisme énergétique ?
Réponse. Étape I, préparatoire
Les composés organiques complexes se décomposent en simples sous l'action d'enzymes digestives, alors que seule l'énergie thermique est libérée.
Protéines → acides aminés
Graisses → glycérine et acides gras
Amidon → glucose
Stade II, glycolyse (sans oxygène)
Elle est réalisée dans le cytoplasme, elle n'est pas associée aux membranes. Des enzymes y sont impliquées; le glucose subit un clivage. 60% de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur et 40% est utilisé pour la synthèse d'ATP. L'oxygène n'est pas impliqué.
Stade III, respiration cellulaire (oxygène)
Elle est réalisée dans les mitochondries, elle est associée à la matrice mitochondriale et à la membrane interne. Il implique des enzymes et de l'oxygène. L'acide lactique subit une scission. Le CO2 est libéré des mitochondries dans l'environnement. L'atome d'hydrogène est inclus dans une chaîne de réactions dont le résultat final est la synthèse d'ATP.
Réponse. Toutes les manifestations de la vie aérobie nécessitent une dépense d'énergie, dont la reconstitution se produit par la respiration cellulaire - un processus complexe dans lequel de nombreux systèmes enzymatiques sont impliqués.
Pendant ce temps, il peut être représenté comme une série de réactions d'oxydoréduction successives, dans lesquelles des électrons sont détachés d'une molécule d'un nutriment et sont transférés d'abord à l'accepteur primaire, puis au secondaire, puis au final. Dans ce cas, l'énergie du flux d'électrons est accumulée dans des liaisons chimiques à haute énergie (principalement des liaisons phosphate de la source d'énergie universelle - ATP). Pour la plupart des organismes, l'accepteur d'électrons ultime est l'oxygène, qui réagit avec les électrons et les ions hydrogène pour former une molécule d'eau. Seuls les anaérobies se passent d'oxygène, couvrant leurs besoins énergétiques grâce à la fermentation. Les anaérobies comprennent de nombreuses bactéries, des ciliés ciliés, des vers et plusieurs types de mollusques. Ces organismes utilisent l'alcool éthylique ou butylique, la glycérine, etc. comme accepteur d'électrons final.
L'avantage de l'oxygène, c'est-à-dire du métabolisme énergétique de type aérobie par rapport à l'anaérobie, est évident : la quantité d'énergie libérée lors de l'oxydation d'un nutriment avec de l'oxygène est plusieurs fois plus élevée que lors de son oxydation, par exemple, avec de l'acide pyruvique (se produit avec de tels un type courant de fermentation comme la glycolyse). Ainsi, en raison de la capacité oxydante élevée de l'oxygène, les aérobies utilisent les nutriments consommés plus efficacement que les anaérobies. Dans le même temps, les organismes aérobies ne peuvent exister que dans un environnement contenant de l'oxygène moléculaire libre. Sinon, ils meurent.
La fermentation est basée sur la décomposition glycolytique des glucides. Distinguer : acide lactique homofermentaire (GFM), alcool, propionique, acide butyrique, acétone butyle.La fermentation est le moyen évolutif le plus ancien et le plus primitif d'obtenir de l'énergie par une cellule bactérienne. L'ATP est formé à la suite de l'oxydation d'un substrat organique par le mécanisme de phosphorylation du substrat. La fermentation se déroule dans des conditions anaérobies. La primitivité de la fermentation s'explique par le fait qu'au cours de la fermentation le substrat n'est pas complètement décomposé et que les substances formées au cours de la fermentation (alcools, acides organiques, etc.) contiennent des réserves d'énergie internes.
La quantité d'énergie libérée lors de la fermentation est insignifiante, 1 g/mol de glucose équivaut à 2 à 4 molécules d'ATP. Les microorganismes de type fermentant sont contraints de fermenter plus intensément le substrat afin de se fournir en énergie. Le problème principal de la fermentation est la solution des liaisons donneur-accepteur. Les donneurs d'électrons sont des substrats organiques, et l'accepteur d'électrons, qui détermine le devenir de la fermentation, est la tâche principale. Le produit final de la fermentation donne le nom au type de ce processus.
Chimie fermentaire
Dans le processus de fermentation dans des conditions d'anaérobiose, le problème de la production d'énergie lors de la dégradation des glucides est au centre. Le mécanisme principal est la voie de dégradation glycolytique (Embden-Meyerhoff-Parnassus, voie hexose-diphosphate). Cette voie est la plus courante, il existe 2 voies glycolytiques moins courantes : la voie oxydative des pentoses-phosphates (Warburg-Dickens-Horeker), la voie Entner-Dudarov (voie CDPG).Il est à noter que tous ces mécanismes ne peuvent être considérés comme de la fermentation, puisqu'ils sous-tendent la respiration. La fermentation commence lorsque le proton ou l'électron détaché du substrat est utilisé et attaché à l'accepteur.
GLYCOLYSE
Le glucose sous l'action de l'hexaminase est phosphorylé en position 6 - il se transforme en glucose-6-phosphate, une forme métaboliquement plus active du glucose. Le donneur de phosphate est la molécule d'ATP.Le glucose-6-phosphate est isomérisé en fructose-6-phosphate. La réaction est réversible, le niveau de présence de 2 substances dans la zone réactionnelle est le même.Le fructose-6-phosphate attache un groupement phosphate au premier atome de C et se transforme en fructose-1,6-diphosphate. La réaction a lieu avec la dépense d'énergie ATP et est catalysée par la fructose-1,6-diphosphate aldolase (la principale enzyme régulatrice de la glycolyse).
Le fructose-1,6-diphosphate est clivé en 2 phosphotrioses par la triose phosphate isomérase. En conséquence, 2 trioses sont formées : la phosphodioxyacétone et le 3-phosglycéraldéhyde (3-PHA). Ces 2 trioses peuvent être isomérisées l'une dans l'autre et subir une transformation en pyruvate par le même mécanisme. C'est l'étape de récupération (accompagnée de la production d'énergie).
Glycolyse
Hexokinase
Glucose-6-phosphate isomérase
6-Phosphofructokinase
Aldolase
Triose phosphate isomérase
Glycéraldéhyde phosphate déshydrogénase
Phosphoglycérate kinase
Phosphoglycéromutase
Enolase
Pyruvate kinase
La formation de 3-FGK a eu lieu. Nous pouvons maintenant résumer certains des résultats. A ce stade, la cellule « restitue » ses dépenses énergétiques : 2 molécules d'ATP ont été dépensées et 2 molécules d'ATP ont été synthétisées pour 1 molécule de glucose. Au même stade, la première phosphorylation du substrat a lieu dans la réaction d'oxydation du 3-PHA en 1,3-PHA et la formation d'ATP. L'énergie est libérée et stockée dans les liaisons phosphate à haute énergie de l'ATP lors de la restructuration du substrat fermentescible avec la participation d'enzymes. La phosphorylation du premier substrat est également appelée phosphorylation au niveau 3-PHA. Après la formation de 3-FHA, le groupe phosphate est transféré de la troisième position à la seconde. En outre, le clivage d'une molécule d'eau des deuxième et troisième atomes de carbone de la 2-FHA se produit, catalysé par l'enzyme énolase, et de l'acide phosphoénolpyruvique est formé. À la suite de la déshydratation de la molécule de 2-FHA, l'état d'oxydation de son deuxième atome de carbone augmente et le troisième diminue. La déshydratation de la molécule de 2-FHA, conduisant à la formation de PEP, s'accompagne d'une redistribution de l'énergie au sein de la molécule, à la suite de laquelle la liaison phosphate au niveau du deuxième atome de carbone à partir d'une liaison de faible énergie dans la 2-FHA molécule est convertie en une liaison à haute énergie dans la molécule PEP. La molécule PEP devient un donneur d'un groupe phosphate riche en énergie, qui est transféré à l'ADP par l'enzyme pyruvate kinase. Ainsi, lors du processus de conversion du 2-FHA en acide pyruvique, de l'énergie est libérée et stockée dans la molécule d'ATP. C'est la deuxième phosphorylation du substrat. À la suite du processus redox intramoléculaire, une molécule donne et accepte des électrons. Au cours du processus de phosphorylation du second substrat, une autre molécule d'ATP est formée ; En conséquence, le gain énergétique total du processus est de 2 molécules d'ATP pour 1 molécule de glucose. C'est le côté énergétique du processus de fermentation lactique homofermentaire. Bilan énergétique du procédé : C6 + 2ATP = 2C3 + 4 ATP + 2NADP ∙ H2
FERMENTATION D'ACIDE LACTIQUE HOMO-ENZYMATIF
Elle est réalisée par des bactéries lactiques. Qui décomposent les glucides le long de la voie glycolytique avec la dernière formation d'acide lactique à partir du pyruvate. Chez les bactéries HPMC, le problème de la liaison donneur-accepteur est résolu de la manière la plus simple - ce type de fermentation est considéré comme le mécanisme évolutif le plus ancien.Au cours de la fermentation, l'acide pyruvique est réduit par le H + détaché du glucose. H2 avec NADP H2 est déchargé sur pyruvate. En conséquence, de l'acide lactique est formé. Le rendement énergétique est de 2 molécules d'ATP.
La fermentation lactique est réalisée par des bactéries du genre : Streptococcus, Lactobacillus, Leuconostoc.. Toutes sont G+ (sont des bâtonnets ou des coques) non sporulantes (Sporolactobacillus forment des spores). Par rapport à l'oxygène, les bactéries lactiques sont aérotolérantes, ce sont des anaérobies stricts, mais elles sont capables d'exister dans une atmosphère d'oxygène. Ils possèdent un certain nombre d'enzymes qui neutralisent les effets toxiques de l'oxygène (enzymes flavines, catalase non hémique, superoxyde dismutase). L'ICD ne peut pas assurer la respiration, car il n'y a pas de chaîne respiratoire. En raison du fait que la nature des LAB est riche en facteurs de croissance, au cours du processus d'évolution, ils sont devenus des invalides métaboliques et ont perdu la capacité de synthétiser des facteurs de croissance en quantités suffisantes. Par conséquent, au cours du processus de culture, ils
 |
| Fermentation lactique homofenzymatique : F1 - hexokinase ; F2 - glucose phosphate isomérase ; F3 - phosphofructokinase ; F4 - fructose-1,6-diphosphataldolase ; F5 - triose phosphate isomérase ; F6 - 3-PHA-déshydrogénase phosphate-phosphate ; Phéhydrogénase 9 - phosphogénase - énolase ; F10 - pyruvate kinase ; F11 - lactate déshydrogénase (d'après Dagley, Nicholson, 1973) |
besoin de l'ajout de vitamines, d'acides aminés (extraits végétaux, végétaux).
Les LAB peuvent utiliser du lactose, qui est clivé en D-glucose et D-galactose sous l'action de la -galactosidase en présence de molécules d'eau. Par la suite, le D-galactose est phosphorylé et transformé en glucose-6-phosphate.
MCB - mésophylles avec une température de culture optimale de 37 - 40 ° C. La plupart d'entre eux ne poussent pas à 15°C.
La capacité d'antagonisme est due au fait que dans le processus de métabolisme, l'acide lactique et d'autres produits s'accumulent, ce qui inhibe la croissance d'autres micro-organismes. De plus, l'accumulation d'acide lactique dans le liquide de culture entraîne une forte diminution du pH, ce qui inhibe la croissance des micro-organismes putréfiants, et les LAB elles-mêmes peuvent supporter un pH jusqu'à 2.
Les KSD sont insensibles à de nombreux antibiotiques. Cela a permis de les utiliser comme producteurs de médicaments probiotiques pouvant être utilisés comme médicaments accompagnant l'antibiothérapie (ils aident à restaurer la microflore intestinale, opprimée par les antibiotiques).
Ecologie de la CIM. Dans la nature, on les trouve là où il y a beaucoup de glucides : le lait, la surface des plantes, le tractus alimentaire des humains et des animaux. Il n'y a pas de formes pathogènes.
FERMENTATION ALCOOLIQUE
Il est basé sur la voie glycolytique. En fermentation alcoolique, la solution de la liaison donneur-accepteur se complique. Premièrement, le pyruvate est décarboxylé en acétaldéhyde et CO2 à l'aide de pyruvate décarboxylase, une enzyme clé de la fermentation alcoolique :CH3-CO-COOH ® CH3-COH + CO2.
La particularité de la réaction réside dans son irréversibilité totale. L'acétaldéhyde résultant est réduit en éthanol avec la participation de l'alcool déshydrogénase NAD + -dépendante :
CH3-COH + OVER-H2 ® CH3-CH2OH + OVER +
Le donneur d'hydrogène est le 3-PHA (comme dans le cas de la fermentation lactique).
Le processus de fermentation alcoolique peut être résumé par l'équation suivante :
C6H12O6 + 2FH + 2ADP ® 2CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP + 2H2O.
La fermentation alcoolique est un processus répandu d'obtention d'énergie chez les Pro et les Eucaryotes. Chez les Procaryotes, on le trouve à la fois en G+ et en G-. Le microorganisme Zymomonas mobilies (pulque de jus d'agave) est d'importance industrielle, mais la fermentation n'est pas basée sur la glycolyse, mais sur la voie Entner-Dudorov ou la voie CDPG.
Les principaux producteurs d'alcool sont les levures (brassage, vinification, préparations enzymatiques, vitamines B, acides nucléiques, concentrés protéino-vitaminés, préparations probiotiques).
FERMENTATION PROPIONIQUE
Dans la fermentation de l'acide propionique, nous avons affaire à la réalisation de la troisième possibilité de la transformation du pyruvate - sa carboxylation, conduisant à l'émergence d'un nouvel accepteur d'hydrogène - l'AAC. La réduction de l'acide pyruvique en acide propionique dans les bactéries de l'acide propionique se déroule comme suit. L'acide pyruvique est carboxylé dans une réaction catalysée par une enzyme dépendante de la biotine, dans laquelle la biotine agit comme un transporteur de CO2. Le donneur du groupe CO2 est le méthylmalonil-CoA. À la suite de la réaction de transcarboxylation, de l'ANA et du propionyl-CoA sont formés. À la suite de trois étapes enzymatiques (analogues aux réactions 6, 7, 8 du cycle de l'acide tricarboxylique, le PAA est converti en acide succinique.La réaction suivante consiste en le transfert du groupe CoA du propionyl-CoA à l'acide succinique (succinate), à la suite de quoi le succinyl-CoA et l'acide propionique se forment.
L'acide propionique résultant est éliminé du processus et s'accumule à l'extérieur de la cellule. Le succinyl-CoA est converti en méthylmalonyl-CoA.
La coenzyme méthylmalonyl-CoA mutase contient de la vitamine B12.
Bilan énergétique pour 1 molécule de glucose, 2 molécules d'acide propionique et 4 molécules d'ATP sont formées.
Les bactéries du genre Propionibacterium sont des bâtonnets G+, non sporulants, immobiles, se multipliant par fission binaire, sont des microorganismes aérotolérants. Ils ont un mécanisme de défense contre les effets toxiques de l'oxygène, certains peuvent respirer.
Écologie : présent dans le lait, les intestins des ruminants. Intérêt industriel : producteurs de B12 et d'acide propionique.
FERMENTATION DE L'HUILE
Au cours de la fermentation butyrique, le pyruvate est décarboxylé et attaché au CoA - de l'acétyl-CoA est formé. Une condensation supplémentaire se produit : 2 molécules d'acétyl-CoA se condensent pour former le composé C4 acéto-acétyl-CoA, qui agit comme un accepteur de la production de H2.
 |
| Voies de conversion du pyruvate en fermentation acide butyrique réalisée par Clostridium butyricum : F1 - pyruvate : ferredoxine oxydoréductase ; F2 - acétyl-CoA-transférase (thiolase) ; F3 - (3-hydroxybutyryl-CoA-déshydrogénase ; F4 - crotonase ; F5 CoA déshydrogénase ; F6 - CoA transférase ; F7 - phosphotransacétylase ; F8 - acétate kinase ; F9 - hydrogénase ; Fdoc - oxydé ; Fd-H2 - ferredoxine réduite ; FN - phosphate inorganique |
De plus, le composé C4 subit une série de transformations successives pour former de l'acide butyrique. Cette voie de récupération n'est pas associée à la génération d'énergie et est conçue exclusivement pour l'élimination de l'agent réducteur. En parallèle, il existe une deuxième branche oxydative, qui conduit à la formation d'acide acétique à partir du pyruvate, et la phosphorylation du substrat a lieu dans cette zone, ce qui provoque la synthèse d'ATP.
Il est difficile de calculer le bilan énergétique, car la direction des réactions est déterminée par des facteurs externes, ainsi que par le milieu nutritif :
1 mole glucose → 3,3 ATP
La fermentation de l'acide butyrique est réalisée par des bactéries du genre Clostridium - ce sont des bâtonnets G +, mobiles, sporulés (endospores d> dcl), sont des cultures exclusivement anaérobies. Le mouvement est effectué en raison des flagelles situés en position périchiale. À mesure que les cellules vieillissent, elles perdent des flagelles et accumulent de la granulose (une substance semblable à l'amidon). Selon la capacité à fermenter le substrat, ils sont divisés en 2 types :
saccharolytique (dégrader les sucres, les polysaccharides, l'amidon, la chitine);
protéolytique (avoir un puissant complexe d'enzymes protéolytiques, décomposer les protéines).
Les clostridies effectuent non seulement la fermentation de l'acide butyrique, mais également le butyle de l'acétone. Les produits de ce type de fermentation, avec l'acide butyrique et l'acétate, peuvent être : l'éthanol, l'acétone, l'alcool butylique, l'alcool isopropylique.
FERMENTATION ACÉTONE BUTYLE
Avec la fermentation acétone-butyle, les producteurs à un jeune âge (phase de croissance logarithmique) effectuent la fermentation comme l'acide butyrique. Lorsque le pH diminue et que les produits acides s'accumulent, la synthèse enzymatique est induite, conduisant à l'accumulation de produits neutres (acétone, alcools isopropyliques, butyliques, éthyliques). En étudiant le processus de fermentation acétone-butyle, le scientifique russe Shaposhnikov a montré qu'il passe par 2 phases et que le lien entre métabolisme constructif et énergétique est au cœur du processus en 2 phases. La première phase est caractérisée par une croissance active de la culture et un métabolisme constructif intensif ; par conséquent, pendant cette période, il y a une sortie du réducteur NAD ∙ H2 pour les besoins biosynthétiques. Avec l'atténuation de la croissance de la culture et son passage à la deuxième phase, le besoin de processus constructifs diminue, ce qui conduit à la formation de formes plus réductibles - les alcools.
Application pratique de Clostridium :
production d'acide butyrique;
production d'acétone;
fabrication de butanol.
Les bactéries jouent un rôle énorme dans la nature : elles effectuent la décomposition, la décomposition anaérobie de la cellulose et de la chitine (certaines décomposent les fibres de pectine). Parmi les Clostridium, il existe des agents pathogènes (agents responsables du botulisme - émettent une exotoxine extrêmement dangereuse ; agents responsables de la gangrène gazeuse ; tétanos).
Prof :
L'école:
Quartier:
Chose: la biologie
Classer: 10
Type de cours : La leçon est un jeu de rôle avec l'utilisation des TIC.
Le but de la leçon :
Approfondir les connaissances des étudiants sur les formes de vie non cellulaires;
et l'infection par le virus du SIDA.
Objectifs de la leçon:
Offrir des opportunités aux étudiants de s'unir par intérêts, proposer une variété d'activités basées sur les rôles ; étendre la capacité de travailler avec de la littérature supplémentaire et du matériel Internet ; favoriser un sens du collectivisme; la formation d'une compétence sursujet.
Durée : 1h
Téléphone : 72-1-16
Équipement: ordinateur, projecteur, écran, matériel didactique.
Phase préparatoire :
Une semaine avant le cours, les élèves de la classe forment des groupes de rôles de « biologistes », « historiens », « spécialistes des maladies infectieuses » et proposent de trouver le matériel approprié sur les formes de vie non cellulaires pour les groupes à rapporter. L'enseignant met à leur disposition la littérature et les outils Internet nécessaires.
Pendant les cours :
Moment d'organisation (1 min)
Vérification d / z - travail testé à plusieurs niveaux
Essai numéro 1
1) La glycolyse est un processus de clivageJe suis :
A) des protéines pour les acides aminés ;
B) des lipides pour les acides carboxyliques supérieurs et la glycérine ;
2) La fermentation est un processus:
A) Dégradation de la matière organique en conditions anaérobies ;
B) Oxydation du glucose ;
C) synthèse d'ATP dans les mitochondries ;
D) Conversion du glucose en glycogène.
3) L'assimilation est :
A) Formation de substances utilisant de l'énergie;
B) La décomposition des substances avec libération d'énergie.
4) Disposer les étapes du métabolisme énergétique des glucides dans l'ordre :
A - respiration cellulaire;
B - glycolyse;
B-préparatoire.
5) Qu'est-ce que la phosphorylation ?
A) formation d'ATP ;
B) Formation de molécules d'acide lactique ;
C) La décomposition des molécules d'acide lactique.
Essai numéro 2
1) Où se déroulent les première et deuxième étapes du clivage des composés de haut poids moléculaire : A) le cytoplasme ; B) mitochondries : C) lysosomes D) complexe de Golgi.
2) Dans les cellules desquelles se produit la fermentation alcoolique:
A) les animaux et les plantes ; B) les plantes et les champignons.
3) L'effet énergétique de la glycolyse est la formation
2 molécules :
A) acide lactique; B) acide pyruvique; C) ATP ;
D) alcool éthylique.
4) Pourquoi la dissimilation est-elle appelée échange d'énergie ?
A) l'énergie est absorbée ; B) L'énergie est libérée.
5) Qu'est-ce qui est inclus dans les ribosomes ?
A) ADN ; B) lipides C) ARN; D) protéines.
Essai numéro 3
1) Quelle est la différence entre le métabolisme énergétique des aérobies et des anaérobies ?
A) - pas d'étape préparatoire ; B) l'absence de clivage anoxique ; c) l'absence d'étage cellulaire.
2) Laquelle des étapes du métabolisme énergétique se produit dans les mitochondries ?
A - préparatoire B - glycolyse; Respiration des cellules B
3) quelles substances organiques sont rarement consommées pour obtenir de l'énergie dans la cellule :
A protéines; graisses B ;
4) Dans quels organites de la cellule se produit la désintégration des substances organiques :
A-ribosomes B-lysosomes ; noyau B.
5) D'où vient l'énergie pour la synthèse d'ATP à partir d'ADP ?
A) - en cours d'assimilation ; B) - en cours de dissimilation.
Maîtrise de soi. Diapositive numéro 2
Mise à jour des connaissances.
Que savons-nous des formes de vie sur terre ?
Que savons-nous des formes de vie non cellulaires ?
Pourquoi avons-nous besoin de cette connaissance ?
4. Présentation du plan et des objectifs des travaux.
Glisser # 3,4
5. Opérationnel et exécutif.
Travail des Groupes Semences
a) Discours de gr. "Historiens" avec des informations sur la découverte
virus. Diapositive numéro 5
b) Discours de gr, "biologistes" avec des informations sur la structure de la particule virale, sur la division des virus en ARN et ADN, sur la structure du bactériophage. Diapositives №6,7,13
c) Explication par l'enseignant de la façon dont les virus se reproduisent, les élèves travaillent avec un cahier. Diapositive numéro 11
d) Discours de gr. "Spécialistes des maladies infectieuses" avec un rapport sur les maladies infectieuses des humains, des animaux et des plantes causées par des virus. Diapositives numéro 8,9,10
e) l'histoire de l'enseignant sur le danger de contracter le virus du SIDA. Diapositive numéro 12.14
Travail de groupe secondaire
Les gars forment des groupes d'une nouvelle composition. Et chaque groupe
à la recherche d'une réponse à une question ou à un problème qui lui est proposé. Par exemple : Trouver la différence entre les virus et la matière inanimée ? Trouver la différence entre les virus et la matière vivante ?
Dans quel but les antibiotiques sont-ils prescrits lors d'une maladie virale ?
6. Réflexif-évaluatif.
Vérification du travail des groupes; Diapositive numéro 15
Exécution des tests ;
Testez-vous
1 Virus de bactéries ____________
2 L'enzyme révertase est présente dans le virus ________
3 Enveloppe du virus ______________
4 Forme libre du virus _____________
5 La quantité d'acides nucléiques dans les cellules du virus _
6 Virus dont les organismes ne sont pas décrits __________
7 Maladies virales ____________________________
Contrôle mutuel.
7. Résumé de la leçon
8 devoirs créatifs
- faire une grille de mots croisés;
Compilation d'un cluster sur ce sujet.
Sources d'information
N.V. Chebyshev Biology le dernier ouvrage de référence, M-2007.
http // schols .keldysh .ru / scyooll 11413 / bio / viltgzh / str 2.htm
Par.22 Dans les cellules de quels organismes se déroule la fermentation alcoolique ? Dans la plupart des cellules végétales, ainsi que dans les cellules de certains champignons (par exemple, la levure), la fermentation alcoolique se produit au lieu de la glycolyse ; la molécule de glucose dans des conditions anaérobies est convertie en alcool éthylique et CO2. D'où vient l'énergie pour la synthèse d'ATP à partir d'ADP ? Il est libéré lors du processus de dissimilation, c'est-à-dire lors des réactions de division des substances organiques dans la cellule. Selon la spécificité de l'organisme et les conditions de son habitat, la dissimilation peut s'effectuer en deux ou trois étapes. Quelles étapes sont distinguées dans le métabolisme énergétique? 1 - préparatoire ; concluant à la décomposition de grosses molécules organiques en plus simples : polysach.-monos., Lipides-glyc.. Et graisse. acides, protéines-a.k. Le clivage se produit dans le PS. Peu d'énergie est libérée, alors qu'elle est dissipée sous forme de chaleur. Les composés résultants (monosac, acides gras, a.c., etc.) peuvent être utilisés par la cellule dans les réactions d'échange plastique, ainsi que pour une expansion ultérieure afin d'obtenir de l'énergie. 2- sans oxygène = glycolyse (processus enzymatique de dégradation séquentielle du glucose dans les cellules, accompagné de la synthèse d'ATP ; en conditions aérobies conduit à la formation d'acide pyruvique, en conditions anaérobies conduit à la formation d'acide lactique) ; C6H12O6 + 2H3P04 + 2ADP --- 2C3H6O3 + 2ATF + 2H2O. consiste en une décomposition enzymatique de choses organiques, qui ont été obtenues lors de la phase de préparation. О2 ne participe pas aux réactions de cette étape. Les réactions de glycolyse sont catalysées par de nombreuses enzymes et se produisent dans le cytoplasme des cellules. 40% de l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP, 60% est dissipée sous forme de chaleur. Le glucose ne se décompose pas en produits finis (CO2 et H2O), mais en composés encore riches en énergie et, s'oxydant davantage, peuvent le donner en grande quantité (acide lactique, alcool éthylique, etc.). 3 - oxygène (respiration cellulaire); les substances organiques, formées au cours de l'étape 2 et contenant d'importantes réserves d'énergie chimique, sont oxydées en produits finaux de CO2 et H2O. Ce processus se déroule dans les mitochondries. Suite à la respiration cellulaire, lors de la décomposition de deux molécules d'acide lactique, 36 molécules d'ATP sont synthétisées : 2C3H6O3 + 6O2 + 36ADP + 36H3PO4 - 6CO2 + 42H2O + Z6ATP. Une grande quantité d'énergie est libérée, 55% de la réserve est sous forme d'ATP, 45% est dissipée sous forme de chaleur. Quelle est la différence entre le métabolisme énergétique des aérobies et des anaérobies ? La plupart des créatures vivantes vivant sur Terre sont des aérobies, c'est-à-dire des aérobies. utilisé dans les processus de О2 О2 de l'environnement. Chez les aérobies, l'échange d'énergie se déroule en 3 étapes : préparation, sans oxygène et oxygène. En conséquence, les organes se désintègrent en des composés inorganiques les plus simples. Chez les organismes qui vivent dans un environnement sans oxygène et n'ont pas besoin d'oxygène - les anaérobies, ainsi que chez les aérobies en manque d'oxygène, l'assimilation se déroule en deux étapes: préparatoire et anoxique. Dans la version à deux étages de l'échange d'énergie, l'énergie est beaucoup moins stockée que dans la version à trois étages. TERMES : La phosphorylation est l'ajout d'un résidu d'acide phosphorique à une molécule d'ADP. La glycolyse est un processus enzymatique de dégradation séquentielle du glucose dans les cellules, accompagné de la synthèse d'ATP ; dans des conditions aérobies conduit à la formation d'acide pyruvique dans des conditions anaérobies. conditions conduit à la formation d'acide lactique. La fermentation alcoolique est une réaction chimique de fermentation à la suite de laquelle une molécule de glucose dans des conditions anaérobies est convertie en alcool éthylique et en vapeur de CO2.23 Quels organismes sont hétérotrophes ? Les hétérotrophes sont des organismes qui ne sont pas capables de synthétiser des substances organiques à partir d'inorganiques (vivants, champignons, nombreuses bactéries, cellules végétales, incapables de photosynthèse) Quels organismes sur Terre ne dépendent pratiquement pas de l'énergie de la lumière du soleil ? Chimiotrophes - utilisent l'énergie libérée lors des transformations chimiques de composés inorganiques pour la synthèse de substances organiques. TERMES : La nutrition est un ensemble de processus qui incluent l'entrée dans le corps, la digestion, l'absorption et l'assimilation des nutriments. Au cours du processus d'alimentation, les organismes reçoivent des composés chimiques qu'ils utilisent pour tous les processus de la vie. Les autotrophes sont des organismes qui synthétisent des composés organiques à partir de composés inorganiques, recevant du carbone de l'environnement sous forme de CO2, d'eau et de sels minéraux. Hétérotrophes - organismes qui ne sont pas capables de synthétiser de la matière organique à partir d'inorganiques (vivants, champignons, de nombreuses bactéries, cellules végétales, pas un moyen de photosynthèse)