Transcript פעולות צורכות אנרגיה בתא מטבוליזם : כלל תהליכי הפירוק והבנייה בתא גרעין מהו מקור האנרגיה של התא? איזו מולקולה מכילה יותר אנרגיה כימית ומדוע? גלוקוז! כי יש.

‫פעולות צורכות אנרגיה בתא‬
‫מטבוליזם‪:‬‬
‫כלל תהליכי הפירוק‬
‫והבנייה בתא‬
‫גרעין‬
‫מהו מקור האנרגיה של התא?‬
‫איזו מולקולה מכילה יותר אנרגיה כימית ומדוע?‬
‫גלוקוז! כי יש בו יותר קשרים כימיים!‬
‫פד"ח חומצה פירובית גלוקוז‬
‫אנרגיה כימית ‪-‬‬
‫מצויה בחומרים‬
‫אורגניים‪:‬‬
‫בקשרים הכימיים במולקולה!‬
‫ככל שמולקולה מכילה יותר קשרים‬
‫כימיים יש בה אנרגיה כימית רבה יותר!‬
‫‪OH‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪H‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪C‬‬
‫‪O‬‬
‫‪O‬‬
‫‪C OH‬‬
‫‪C O‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪HO‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫מי מייצר את החומרים האורגניים בטבע?‬
‫יצורים אוטוטרופים ‪ -‬מייצרים תרכובות אורגניות‬
‫מתרכובות אנאורגניות פשוטות‪.‬‬
‫(אוטו‪ :‬עצמי ; טרופוס‪ :‬מזון)‬
‫כל הצמחים הירוקים הם אוטוטרופים‪:‬‬
‫מייצרים תרכובות אורגניות‬
‫בתהליך הפוטוסינתיזה‬
‫לכן הם מכונים יצרנים!‬
‫יצורים הטרוטרופים ‪ -‬מקבלים תרכובות‬
‫אורגניות מהמזון‬
‫(הטרו‪ :‬שונה)‬
‫בע"ח הם הטרוטרופים‪.‬‬
‫לכן הם מכונים צרכנים!‬
‫האם בע"ח יכולים לייצר חומרים אורגניים?‬
‫כן! מחומרים אורגניים אחרים!‬
‫בתא מתבצעים תהליכים משחררי אנרגיה‬
‫ותהליכים צורכי אנרגיה מי מתווך ביניהם?‬
‫מולקולות אורגניות‬
‫מורכבות‬
‫תהליכי‬
‫בנייה‬
‫אנדרוגניים‬
‫(צורכי אנרגיה)‬
‫מולקולות פשוטות‬
‫(מים‪ ,‬פד"ח ‪)...‬‬
‫מולקולות אורגניות‬
‫מורכבות‬
‫תהליכי‬
‫פירוק‬
‫אקסרוגניים‬
‫(משחררי אנרגיה)‬
‫מולקולות פשוטות‬
‫(מים‪ ,‬פד"ח ‪)...‬‬
‫קשרים כימיים‬
‫אדנין ‪ +‬ריבוז‬
‫‪P‬‬
‫‪P‬‬
‫‪P‬‬
‫אדנוזין‬
‫‪P‬‬
‫‪P‬‬
‫אדנוזין‬
‫שחרור‬
‫אנרגיה‬
‫השקעת‬
‫אנרגיה‬
‫מולקולת ‪ ATP‬נפוצה בטבע משתי סיבות‪:‬‬
‫‪ ‬נוטה להתפרק בקלות ולשחרר אנרגיה!‬
‫‪ ‬צימוד בין תהליכים אקסרוגניים ואנדרוגניים!‬
‫‪A‬‬
‫‪C‬‬
‫תהליך‬
‫אנדרוגני‬
‫‪D‬‬
‫פירוק בניית‬
‫‪ATP ATP‬‬
‫תהליך‬
‫אקסרוגני‬
‫‪B‬‬
‫כמות האנרגיה המשתחררת מפירוק‬
‫מולקולות ‪ ATP‬מתאימה לכמות‬
‫האנרגיה הנצרכת בתגובות רבות בתא‪.‬‬
‫לכן מולקולות ‪ ATP‬מכונות "מטבעות אנרגיה"‬
‫האם בתאים ישנם מאגרי ‪?ATP‬‬
‫לא! כי מולקולות ‪ ATP‬נוצרות‬
‫ומתפרקות בתא כל הזמן!‬
‫מקור האנרגיה העיקרי של התאים הוא גלוקוז‬
‫המתחמצן (מתפרק) ומשחרר אנרגיה!‬
‫אנרגיה ‪ +‬מים ‪ +‬פד"ח‬
‫גלוקוז ‪ +‬חמצן‬
‫שחרור האנרגיה בתאים אינו מתבצע בבת אחת‬
‫כי אם בשלבים רבים‪.‬‬
‫בכל פעם שבו משתחררת אנרגיה בכמות העולה‬
‫על ‪ 7‬קל"ק‪ ,‬נבנה ‪ ,ATP‬ויתר האנרגיה נפלטת כחום‪.‬‬
‫‪ 7‬קל"ק‬
‫התוצאות‪ :‬א ‪ -‬נבנות מולקולות ‪ ATP‬רבות‬
‫ב ‪ -‬התא אינו מתחמם מדי‬
‫השוואה בין שריפת גלוקוז באוויר לבין חמצונה (פירוקה) בתאי הגוף‬
‫חמצון בתאים‬
‫בשלבים‬
‫בניית ‪ATP‬‬
‫(‪ 263‬קל"ק)‬
‫שחרור‬
‫אנרגיה‬
‫גלוקוז ‪ +‬חמצן‬
‫הניצולת האנרגטית של חמצון‬
‫גלוקוז בתאים היא גבוהה מאד!‬
‫כ ‪ 30% -‬מהאנרגיה המשתחררת‬
‫מנוצלת לבניית ‪ATP‬‬
‫חום‬
‫(‪ 423‬קל"ק)‬
‫חמצון באוויר‬
‫בבת אחת‬
‫שחרור‬
‫אנרגיה‬
‫חום‬
‫מים ‪ +‬פד"ח‬
‫(‪ 686‬קל"ק)‬
‫שחרור אנרגיה מפירוק תרכובות אורגניות בתא‬
‫מבחינים בשני סוגים של נשימה תאית‬
‫אירובית‬
‫(אווירנית)‬
‫אנאירובית‬
‫(אלאווירנית)‬
‫(עם חמצן)‬
‫(ללא חמצן)‬
‫שלב ‪ - I‬גליקוליזה ‪( -‬פירוק גלוקוז)‬
‫השלב המשותף לנשימה האירובית והאנאירובית‬
‫‪C-C-C-C-C-C‬‬
‫‪2ATP‬‬
‫גלוקוז (‪)6C‬‬
‫גליקוליזה ‪ -‬פירוק חלקי של‬
‫גלוקוז לשתי חומצות פירוביות‪,‬‬
‫המתבצע בציטופלסמה במספר‬
‫תגובות‪ ,‬תוך שחרור אנרגיה‬
‫מועטה המנוצלת לבניית‬
‫‪OH‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪H‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪ 2‬מולקולות ‪ ATP‬בלבד!‬
‫‪ 2‬מולקולות של חומצה פירובית‬
‫‪O‬‬
‫‪C-C-C‬‬
‫‪) 2X3C( C-C-C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪O‬‬
‫‪C OH‬‬
‫‪C O‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪HO‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫שלב ‪ - II‬נשימה תאית אירובית‬
‫‪ 2‬מולקולות של חומצה פירובית ‪CH3COCOOH‬‬
‫‪36 ATP‬‬
‫מולקולות החומצה הפירובית‬
‫עוברות בדיפוזיה למיטוכונדריה‪.‬‬
‫כל חומצה פירובית מתפרקת‬
‫למולקולת פד"ח ולאטומי מימן‪.‬‬
‫אטומי המימן מתרכבים עם חמצן‬
‫ונוצרות מולקולות מים‪.‬‬
‫מולקולות אטומי מימן ‪ + H -‬חמצן ‪O -‬‬
‫פד"ח ‪CO2 -‬‬
‫מים ‪H2O -‬‬
‫שלב ‪ - II‬נשימה תאית אירובית‬
‫‪ 2‬מולקולות של חומצה פירובית ‪CH3COCOOH‬‬
‫‪36 ATP‬‬
‫שלב זה מכונה אירובי כיוון‬
‫שמשתתף בו חמצן שמקורו‬
‫מהאוויר‪.‬‬
‫מפירוק שתי חומצות פירוביות‬
‫למים ולפד"ח משתחררת‬
‫אנרגיה רבה המנוצלת‬
‫לבניית ‪ 36‬מולקולות ‪ATP‬‬
‫מולקולות אטומי מימן ‪ + H-‬חמצן ‪O -‬‬
‫פד"ח ‪CO2 -‬‬
‫מים ‪H2O -‬‬
‫הנשימה התאית האירובית מתרחשת במדורים שונים במיטוכונדריון‬
‫בחלל הפנימי פירוק מולקולות החומצה הפירובית‬
‫יצירת מולקולות מים‬
‫בקרום הפנימי‬
‫בניית מולקולות ‪ATP‬‬
‫קרום פנימי‬
‫חלל פנימי‬
‫במיטוכונדריה מתרחשים תהליכי פירוק‬
‫המספקים אנרגיה לבניית מולקולות ‪ATP‬‬
‫נשימה אנאירובית‬
‫תהליכי תסיסה‬
‫תסיסה כוהלית‬
‫תסיסה כוהלית‬
‫תסיסת חומצת חלב‬
‫מתבצעת בשמרים ‪ -‬פטריות חד תאיות‬
‫בגליקוליזה לשתי מולקולות‬
‫של חומצה פירובית‪.‬‬
‫מתפרקת‬
‫פירובית‬
‫חומצה‬
‫כל‬
‫‪2ATP‬‬
‫לכוהל תוך שחרור פד"ח!‬
‫‪CO2‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C-C‬‬
‫‪C-C-C‬‬
‫גליקוליזה‬
‫‪C-C-C-C-C-C‬‬
‫תסיסה כוהלית‬
‫גלוקוז‬
‫מולקולות גלוקוז מתפרקות‬
‫‪O‬‬
‫‪C OH‬‬
‫‪C O‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C-C-C‬‬
‫כוהל (אלכוהול) ‪ 2‬מולקולות של חומצה פירובית‬
‫שימושי התסיסה הכוהלית‬
‫תעשיית הלחם‬
‫הפד"ח מתפיח‬
‫את הבצק‬
‫תעשיית היין והבירה‬
‫ככל שנוצר יותר כוהל‬
‫היין יותר חזק!‬
‫תסיסה חומצת חלב‬
‫‪C-C-C-C-C-C‬‬
‫‪OH‬‬
‫‪C O‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C-C-C‬‬
‫חומצת חלב‬
‫‪C-C-C‬‬
‫גליקוליזה‬
‫מולקולות גלוקוז מתפרקות‬
‫בגליקוליזה לשתי מולקולות‬
‫של חומצה פירובית‪.‬‬
‫הופכת‬
‫פירובית‬
‫חומצה‬
‫כל‬
‫‪2ATP‬‬
‫לחומצת חלב‪.‬‬
‫‪O‬‬
‫‪C OH‬‬
‫‪C O‬‬
‫‪H C H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C-C-C‬‬
‫‪ 2‬מולקולות של חומצה פירובית‬
‫תסיסה חומצת חלב מתבצעת בחיידקים מסוימים‬
‫וגם בתאי שריר של יונקים בתנאים אנאירוביים‪.‬‬
‫שימושי חומצת החלב‬
‫מוצרי חלב‬
‫החמצת ושימור ירקות‬
‫החיידקים מייצרים חומצת מלפפונים כרוב ועוד‪.‬‬
‫חלב המנוצלת להכנת‬
‫החומציות מונעת‬
‫גבינות‪ ,‬יוגורט ועוד‪.‬‬
‫התרבות חיידקי ריקבון!‬
‫גלוקוז‬
‫‪2ATP‬‬
‫מים ופד"ח‬
‫‪36ATP‬‬
‫גליקוליזה‬
‫סיכום‬
‫הנשימה‬
‫התאית‬
‫‪ 2‬מולקולות של‬
‫חומצה פירובית‬
‫פד"ח‬
‫כוהל‬
‫חומצת חלב‬
‫השוואה בין נשימה אירובית לנשימה אנאירובית‬
‫נשימה‬
‫אירובית‬
‫נשימה‬
‫אנאירובית‬
‫חומר המוצא‬
‫גלוקוז‬
‫גלוקוז‬
‫נוכחות חמצן‬
‫כן‬
‫לא‬
‫תוצרים סופיים‬
‫מים ופד"ח חומצת חלב‬
‫וכוהל‬
‫כמות האנרגיה‬
‫‪38ATP‬‬
‫המשתחררת מכל גלוקוז‬
‫‪2ATP‬‬
‫(הרכבה בעזרת האור)‬
‫תהליך הפוטוסינתיזה‬
‫אנרגיית אור השמש‬
‫חמצן‬
‫‪+‬‬
‫מים‬
‫כלורופיל פד"ח‬
‫גלוקוז‬
‫‪+‬‬
‫מהאוויר מהקרקע‬
‫סוכרים חלבונים‬
‫שומנים ויטמינים‬
‫חומרים אורגניים שונים‬
‫חשיבות הפוטוסינתיזה בטבע‬
‫אנרגיית אור השמש‬
‫מים‬
‫כלורופיל פד"ח‬
‫חמצן‬
‫גלוקוז‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫מהאוויר מהקרקע‬
‫מכיל אנרגיה כימית‬
‫‪ ‬המרת אנרגיית אור לאנרגיה כימית‬
‫האגורה בתרכובות אורגניות‬
‫‪ ‬יצירת חמצן‬
‫‪ ‬קליטת פד"ח (גז רעיל לבע"ח)‬
‫באילו אברונים מתבצע תהליך הפוטוסיתיזה?‬
‫בכלורופלסטים‪ ,‬המצויים בתאי צמחים ירוקים‪.‬‬
‫תאי הלודיאה‬
‫תא עם‬
‫כלורופלסטים‬
‫מבנה כלורופלסט‬
‫תילקואידים‪ :‬קרומים שטוחים‬
‫קרומים בהיקף‬
‫הכלורופלסט‬
‫תילקואידים‬
‫סטרומה‬
‫נוזל‬
‫כל ערימת תילקואידים‬
‫מכונה גרנום‬
‫(ברבים גראנה)‬
‫מהו כלורופיל‪,‬‬
‫היכן הוא מצוי‬
‫ומה תפקידו?‬
‫כל תילקואיד‬
‫מכיל מליוני‬
‫מולקולות של‬
‫כלורופיל‬
‫(פיגמנט ירוק)‬
‫צילום‬
‫במיקרוסקופ‬
‫אלקטרונים‬
‫תילקואידים‬
‫בודדים‬
‫חמצן ‪ +‬גלוקוז‬
‫‪6O2‬‬
‫‪C6H12O6‬‬
‫פד"ח‬
‫‪6CO2‬‬
‫‪+‬‬
‫מים‬
‫‪6H2O‬‬
‫שלב האור‬
‫שלב החושך‬
‫שלב‬
‫החושך‬
‫‪C6H12O6‬‬
‫שלב‬
‫האור‬
‫אור השמש‬
‫אנרגיית אור השמש‬
‫בניית‬
‫‪ATP‬‬
‫‪C6H12O6‬‬
‫שלב‬
‫החושך‬
‫אטומי‬
‫‪H‬‬
‫‪H2O‬‬
‫שלב‬
‫האור‬
‫‪O2‬‬
‫‪CO2‬‬
‫‪CO2‬‬
‫שלב האור‬
‫מתרחש בתילקואידים שבגרנום‬
‫ובו שני תהליכים עיקריים‪:‬‬
‫‪ )1‬אנרגיית האור הנקלטת במולקולות‬
‫הכלורופיל מומרת לאנרגיה כימית‬
‫האגורה במולקולות ‪.ATP‬‬
‫‪ )2‬פירוק מולקולות מים לאטומי‬
‫מימן וחמצן‪.‬‬
‫שלב החושך‬
‫מתרחש בסטרומה‪.‬‬
‫מולקולות הפד"ח נכנסות לתא‬
‫בדיפוזיה ונקשרות לאטומי המימן‬
‫שהשתחררו משלב האור‪,‬‬
‫ובעזרת אנרגייה שמקורה במולקולות‬
‫‪ ATP‬נבנות מולקולות גלוקוז‪.‬‬
‫ מים‬+ ‫פד"ח‬
O
O
H H
H H
H H
H H
O
H H
C
O
O
C
O
O
O
C
O
C
O
O
C
O
C
‫אנרגיית‬
‫אור השמש‬
ATP ‫בניית‬
H
H
H
HO
H
H
H
C
C
C
C
C
C
O
O
H H
‫ גלוקוז‬+ ‫חמצן‬
O O
OH
OH
OH
H
OH
O O
O O
O O
O O
O O
O
O
O
O
O
‫חמצן ‪ +‬גלוקוז‬
‫פד"ח ‪ +‬מים‬
‫נקלט‬
‫חמצן‬
‫נפלט‬
‫פד"ח‬
‫נהרסות‬
‫פחמימות‬
‫מנוצלת (‪)ATP‬‬
‫אנרגיה‬
‫ביום ובלילה‬
‫מתי?‬
‫באילו אברונים? מיטוכונדריה‬
‫נפלט‬
‫נקלט‬
‫נבנות‬
‫נקלטת (אור)‬
‫ביום (אור)‬
‫כלורופלסטים‬
Chloroplast
Sunlight ‫בכלורופלסט‬
‫פוטוסינתיזה‬
CO2 ; H2O
O
;
Glucose
2
‫נשימה במיטוכונדריון‬
Mitochondrion
ATP
Heat
‫נשימת בע"ח‬
‫כל הזמן‬
‫נשימת צמחים‬
‫חמצן‬
‫פד"ח פד"ח‬
‫רק ביום‬
‫פוטוסינתיזה‬
‫בצמחים‬
‫השוואה בין עוצמת הפוטוסינתיזה לבין עצמת‬
‫הנשימה של צמח ביממה ביום אביבי נעים‬
‫בצהריים‪ ,‬עוצמת‬
‫הפוטוסינתיזה‬
‫גדולה פי עשרות‬
‫מעוצמת‬
‫הנשימה!‬
‫עוצמה יחסית‬
‫של התהליך‬
‫נשימה‬
‫‪1800‬‬
‫‪2400‬‬
‫שעות היממה‬
‫‪1200‬‬
‫‪600‬‬
‫‪2400‬‬
‫בטא בשני עקומים את השתנות ריכוז החמצן‬
‫והפד"ח באוויר מעל שדה של צמחים ביממה בקייץ‬
‫עוצמת הנשימה שווה‬
‫לעוצמת הפוטוסינתיזה‬
‫ריכוז הגז‬
‫חמצן‬
‫?‬
‫?‬
‫פד"ח‬
‫‪1800‬‬
‫‪2400‬‬
‫שעות היממה‬
‫‪1200‬‬
‫‪600‬‬
‫‪2400‬‬
‫מעברי החומרים והאנרגיה בעולם החי‬
‫אנרגיית אור השמש‬
‫מים‬
‫פוטוסינתיזה בצמחים‬
‫חמצן‬
‫אנרגיה‬
‫גלוקוז כימית‬
‫נשימה בצמחים ובע"ח‬
‫חום‬
‫אנרגיה )‪ (ATP‬לביצוע‬
‫כל פעולות החיים‬
‫פד"ח‬