ХЕТЕРОТРОФИЈА ХЕТЕРОТРОФИЈА И АУТОТРОФИЈАИ АУТОТРОФИЈА

Примарни извор енергије за готово Примарни извор енергије за готово целокупан живот на планети Земљи целокупан живот на планети Земљи је Сунце. је Сунце.

Сунчева енергија доспева у биосферу Сунчева енергија доспева у биосферу захваљујући процесу познатом као захваљујући процесу познатом као фотосинтеза коју врше фотосинтеза коју врше фотосинтетички организми више фотосинтетички организми више биљке, алге и цианобактерије биљке, алге и цианобактерије (модрозелене алге). (модрозелене алге).

Живот на планети одржава се Живот на планети одржава се сталним кружењем материје и сталним кружењем материје и протицањем енергије у оквиру протицањем енергије у оквиру биолошких циклуса чији су чланови биолошких циклуса чији су чланови сви живи организми.сви живи организми.

Становници планете Земље се разликују по Становници планете Земље се разликују по начину на који обезбеђују енергију и материју начину на који обезбеђују енергију и материју за своје животне процесе те их можемо за своје животне процесе те их можемо поделити на:поделити на:

Аутотрофне организме:Аутотрофне организме: ФотоатотрофиФотоатотрофи Хемоаутотрофи Хемоаутотрофи

Хетеротрофне организмеХетеротрофне организме ХербивориХербивори КарнивориКарнивори ОмнивориОмнивори СапротрофиСапротрофи ПаразитиПаразити Декомпозитори Декомпозитори

АУТОТРОФИАУТОТРОФИ

Организми који самостално Организми који самостално производе органске производе органске материје. Према извору материје. Према извору енергије коју користе деле енергије коју користе деле се на:се на:

ФотоатотрофеФотоатотрофе ХемоаутотрофеХемоаутотрофе

ФОТОАУТОТРОФИФОТОАУТОТРОФИ енергију Сунчевог зрачења енергију Сунчевог зрачења у процесу фотосинтезе у процесу фотосинтезе преводе у хемијску енергију преводе у хемијску енергију органских молекулаорганских молекулаЗелене биљкеЗелене биљкеАлге Алге Цианобактерије Цианобактерије ((CyanobacteriaCyanobacteria))

ХЕМОАУТОТРОФИХЕМОАУТОТРОФИ енергију производе оксидацијом енергију производе оксидацијом

неорганске материје, а продукција неорганске материје, а продукција органске материје одвија се као у органске материје одвија се као у фотосинтези. То су одређене врсте фотосинтези. То су одређене врсте бактерија тзв. бактерија тзв. хемосинтетичне хемосинтетичне бактерије бактерије и према супстрату који и према супстрату који оксидују могу бити:оксидују могу бити:нитрификационенитрификационесумпорнесумпорневодоничневодоничнегвожђевитегвожђевитеметанскеметанске

ХЕТЕРОТРОФИХЕТЕРОТРОФИКористе готову органску Користе готову органску материју (животиње, гљиве, материју (животиње, гљиве, већина бактерија)већина бактерија)

• Хербивори -биљоједиХербивори -биљоједи• Карнивори - месоједиКарнивори - месоједи• Омнивори – сваштоједи Омнивори – сваштоједи • Сапротрофи – хране се угинулим деловима Сапротрофи – хране се угинулим деловима

биљака и животиња (гљиве)биљака и животиња (гљиве)• Паразити – живе на рачун живих организама Паразити – живе на рачун живих организама

(бактерије и гљиве)(бактерије и гљиве)• Декомпозитори – разлагачи (бактерије и гљиве)Декомпозитори – разлагачи (бактерије и гљиве)

ЛИСТЛИСТКАО ФОТОСИНТЕТИЧКИ КАО ФОТОСИНТЕТИЧКИ

ОРГАНОРГАН

Грађа листа је на Грађа листа је на свим нивоима у свим нивоима у потпуности потпуности прилагођена прилагођена функцији функцији фотосинтезе. фотосинтезе.

СПОЉАШЊА ГРАЂАСПОЉАШЊА ГРАЂА Облик је прилагођен примању Облик је прилагођен примању

што веће количине светлости. што веће количине светлости. Лист већине биљака је има Лист већине биљака је има

велику површину.велику површину. У зависности од услова У зависности од услова

средине јављају се одређене средине јављају се одређене адаптацијеадаптације

Биљке сушних или хладних Биљке сушних или хладних станишта смањују површину станишта смањују површину али повећавају број листоваали повећавају број листова

УНУТРАШЊА ГРАЂАУНУТРАШЊА ГРАЂА

Прилагођена Прилагођена фотосинтетичкој функцији фотосинтетичкој функцији диференцирањем диференцирањем специјализованих ткивспецијализованих ткивa:a:

Стомин апаратСтомин апарат Палисадни паренхимПалисадни паренхим Сунђерасти паренхимСунђерасти паренхим Спроводни снопићиСпроводни снопићи

Размена гасова се Размена гасова се обавља обавља контролисано контролисано кроз кроз стомин стомин апаратапарат. .

Испод епидермиса лица Испод епидермиса лица листа налази се слој листа налази се слој палисадног ткивапалисадног ткива, главног , главног фотосинтетичког ткива. фотосинтетичког ткива. Ћелије палисадног ткива Ћелије палисадног ткива су издужене, постављене су издужене, постављене управо на површину листа управо на површину листа и густо збијене. Ћелије су и густо збијене. Ћелије су испуњене великим бројем испуњене великим бројем хлоропласта.хлоропласта.

Ближе епидермису Ближе епидермису наличја листа налази се наличја листа налази се ткиво ткиво сунђерастог сунђерастог паренхимапаренхима грађено од грађено од ћелија неправилног ћелија неправилног облика. Мноштво облика. Мноштво интерцелулара указује да интерцелулара указује да је главна функција овог је главна функција овог ткива размена гасова са ткива размена гасова са спољашњом средином.спољашњом средином.

Завршеци спроводних Завршеци спроводних снопићаснопића имају улогу имају улогу да доносе воду и да доносе воду и минералне материје минералне материје до палисадног ткива до палисадног ткива и да одводе органске и да одводе органске материје произведене материје произведене у палисадном ткиву.у палисадном ткиву.

ХЛОРОПЛАСХЛОРОПЛАСТИТИ

Хлоропласти су Хлоропласти су високо високо специјализоване специјализоване органеле биљних органеле биљних ћелија у којима се ћелија у којима се врши фотосинтеза. врши фотосинтеза.

ПОРЕКЛО ХЛОРОПЛАСТАПОРЕКЛО ХЛОРОПЛАСТА Сматра се да хлоропласти воде порекло од Сматра се да хлоропласти воде порекло од

фотосинтетичких бактерија које су ушле у фотосинтетичких бактерија које су ушле у симбиотски однос са прахетеротрофима. симбиотски однос са прахетеротрофима. Докази овог тумачења су што ове Докази овог тумачења су што ове

органеле садрже своје ДНК, РНК и органеле садрже своје ДНК, РНК и рибозоме и способне су да самостално рибозоме и способне су да самостално синтетишу протеине. Оне садрже и синтетишу протеине. Оне садрже и двоструку мембрану при чему је двоструку мембрану при чему је спољашња слична ћелијској, а спољашња слична ћелијској, а унутрашња бактеријској.унутрашња бактеријској.

Најпримитивнији фотосинтетички Најпримитивнији фотосинтетички организми (организми (Cyanophyta)Cyanophyta) немају немају организоване хлоропласте већ се организоване хлоропласте већ се ламеле са тилакоидима налазе у ламеле са тилакоидима налазе у периферном делу цитоплазме, тзв. периферном делу цитоплазме, тзв. хроматоплазми. хроматоплазми.

БРОЈ ХЛОРОПЛАСТАБРОЈ ХЛОРОПЛАСТА палисадне ћелије пасуља палисадне ћелије пасуља ((Phaseolus Phaseolus

vulgarisvulgaris)) 4545 палисадне ћелије спанаћапалисадне ћелије спанаћа ( (Spinacia Spinacia

oleraceaoleracea)) 300-400 300-400 ОБЛИК ХЛОРОПЛАСТАОБЛИК ХЛОРОПЛАСТА

Хлоропласти виших биљака су Хлоропласти виших биљака су сочивастог облика, пречника 3-10μсочивастог облика, пречника 3-10μmm и дебљине 1-2μи дебљине 1-2μmm..

Код алги, хлоропласти имају Код алги, хлоропласти имају различиту форму, број и величину. различиту форму, број и величину. Код већине је то један крупан Код већине је то један крупан хлоропласт назван хлоропласт назван хроматофорхроматофор. . Хроматофори могу имати различит Хроматофори могу имати различит облик:облик:

SpirogyrSpirogyra sp.a sp. спирално увијен хроматофорспирално увијен хроматофор

Mougeotia sp.Mougeotia sp. Плочаст хроматофорПлочаст хроматофор

ChlamydomonasChlamydomonas sp.sp. Пехараст хроматофорПехараст хроматофор

UlotrixUlotrix sp. sp. прстенаст хроматофорпрстенаст хроматофор

ZygnemaZygnema звездаст хроматофорзвездаст хроматофор

CharaChara sp. sp. сочиваст хроматофорсочиваст хроматофор

УНУТРАШЊА ГРАЂАУНУТРАШЊА ГРАЂА Двојна мембранаДвојна мембрана

Спољашња мембрана је слична Спољашња мембрана је слична плазмамембрани, док унутрашња плазмамембрани, док унутрашња формира сложен мембрански систем формира сложен мембрански систем увлачећи се у унутрашњост хлоропласта. увлачећи се у унутрашњост хлоропласта. Унуташњи мембрански систем у својој Унуташњи мембрански систем у својој липопротеинској структури садржи липопротеинској структури садржи фотосинтетичке пигменте и ензиме фотосинтетичке пигменте и ензиме електрон-транспортног ланца.електрон-транспортног ланца.

СтромаСтрома Садржи ензиме тамне фазе фотосинтезе Садржи ензиме тамне фазе фотосинтезе

и продукте фотосинтезе од којих се и продукте фотосинтезе од којих се скроб запажа у облику гранула.скроб запажа у облику гранула.

МЕМБРАНСКИ СИСТЕМ МЕМБРАНСКИ СИСТЕМ ХЛОРОПЛАСТАХЛОРОПЛАСТА

ТилакоидиТилакоиди - систем спљоштених - систем спљоштених кесица које се пружају паралелно са кесица које се пружају паралелно са дужом осом хлоропласта.дужом осом хлоропласта.

ГранГранaa ( (jed granum, mn granae) – jed granum, mn granae) – скупина тилакоида густо наслаганих скупина тилакоида густо наслаганих једних на друге у облику стубића.једних на друге у облику стубића.

Строма ламелеСтрома ламеле – издужене – издужене кесице које се пружају дуж строме и кесице које се пружају дуж строме и повезују гранеповезују гране

ФОТОСИНТЕТИЧФОТОСИНТЕТИЧКИ ПИГМЕНТИКИ ПИГМЕНТИ

У фотосинтези У фотосинтези учествују три групе учествују три групе пигмената:пигмената:хлорофили, хлорофили, каротеноиди и каротеноиди и фикобилини.фикобилини.

Пигменти су једињења Пигменти су једињења цикличне грађе са цикличне грађе са наизменичним системом наизменичним системом једногубих и двогубих једногубих и двогубих веза које омогућавају веза које омогућавају апсорпцију одређених апсорпцију одређених таласних дужина таласних дужина видљивог дела спектра видљивог дела спектра између 380 и 760 између 380 и 760 nmnm..

ХЛОРОФИЛИХЛОРОФИЛИ Постоје више врста хлорофила:Постоје више врста хлорофила:

Хлорофил аХлорофил а – – код свих код свих фотосинтетичких организамафотосинтетичких организама

Хлорофил Хлорофил bb – више биљке, више – више биљке, више алге, маховинеалге, маховине

Хлорофил Хлорофил cc – мрке алге, – мрке алге, силикатне алгесиликатне алге

Хлорофил Хлорофил dd – црвене алге – црвене алге БактериохлорофилиБактериохлорофили – –

фотосинтетичке бактеријефотосинтетичке бактерије

ХЛОРОФИЛХЛОРОФИЛСложен молекул који се Сложен молекул који се састоји од:састоји од:Порфиринског прстена Порфиринског прстена са атомом са атомом MgMg у центру у центру

Алкохола метанолаАлкохола метанолаФитола Фитола

Порфирински прстен Порфирински прстен хлорофилахлорофила

Молекул хлорофилаМолекул хлорофила

КАРОТЕНОИДИКАРОТЕНОИДИ

Помоћни пигментиПомоћни пигментиКаротениКаротени–деривати –деривати витамина Авитамина А

КсантофилиКсантофили

ββ- каротен- каротен

ФИКОБИЛИНИФИКОБИЛИНИПомоћни фотосинтетички Помоћни фотосинтетички пигменти неких алги:пигменти неких алги:ФикоцијанинФикоцијанин - - цианобактерије цианобактерије ((CyanoCyanobacteriabacteria) )

ФикоеритринФикоеритрин – црвене алге – црвене алге ((RodophytaRodophyta))

АПСОРПЦИОНИ АПСОРПЦИОНИ СПЕКТАРСПЕКТАР

Пигменти имају боју одбијене Пигменти имају боју одбијене или пропуштене светлости. или пропуштене светлости. Зато су хлорофили зелене а Зато су хлорофили зелене а каротеноиди наранџасто-каротеноиди наранџасто-црвене боје. Скуп свих црвене боје. Скуп свих таласних дужина које таласних дужина које апсорбују пигменти чине апсорбују пигменти чине њихов њихов апсорпциони спектар. апсорпциони спектар.

Хлорофили апсорбују у Хлорофили апсорбују у плавомплавом и и црвеномцрвеном делу делу спектра, а зелену светлост спектра, а зелену светлост не пропуштајуне пропуштају

Каротеноиди апсорбују у Каротеноиди апсорбују у љубичастомљубичастом и и плавомплавом делу делу спектраспектра

Фикобилини апсорбују Фикобилини апсорбују зеленузелену, жуту и , жуту и наранџастунаранџасту светлостсветлост

АКЦИОНИАКЦИОНИ СПЕКТАР СПЕКТАР

ФОТОСИНТЕЗЕФОТОСИНТЕЗЕ Скуп таласних дужина које Скуп таласних дужина које су активне у фотосинтези су активне у фотосинтези чини чини акциони спектар акциони спектар фотосинтезефотосинтезе. Он се поклапа . Он се поклапа са апсорпционим спектром са апсорпционим спектром хлорофила и каротеноида. хлорофила и каротеноида.

ATPATPаденозин-трифосфатаденозин-трифосфат

Или КАКО ЋЕЛИЈА Или КАКО ЋЕЛИЈА ОБЕЗБЕЂУЈЕ ЕНЕРГИЈУОБЕЗБЕЂУЈЕ ЕНЕРГИЈУ

ATP (ATP (аденозин-трифосфат) је аденозин-трифосфат) је главни носилац енергије у главни носилац енергије у ћелијићелији

Настаје у следећим процесима:Настаје у следећим процесима:Фотосинтетичкој Фотосинтетичкој фосфорилацији (биљке, фосфорилацији (биљке, хлоропласти)хлоропласти)

Оксидативној фосфорилацији Оксидативној фосфорилацији (сви организми, (сви организми, митохондрије)митохондрије)

Енергија ослобођена у Енергија ослобођена у току светле фазе току светле фазе фотосинтезе или у фотосинтезе или у процесу ћелијског дисања процесу ћелијског дисања омогућава везивање омогућава везивање неорганског фосфата неорганског фосфата PiPi за молекул за молекул ADP – aADP – a који се који се при томе фосфорилује и при томе фосфорилује и претвара у претвара у ATPATP

Везе између Везе између фосфорних група су фосфорних група су богате енергијом и богате енергијом и служе као депо служе као депо енергије у ћелијиенергије у ћелији

Њиховим раскидањем Њиховим раскидањем се ослобађа енергија се ослобађа енергија која се користи за која се користи за обављање неког рада обављање неког рада (формирање хемијских (формирање хемијских веза, животне веза, животне активности...)активности...)

ОКСИДО-ОКСИДО-РЕДУКЦИОНИ РЕДУКЦИОНИ

ПРОЦЕСИПРОЦЕСИЕлектрон транспортни Електрон транспортни

ланацланац

Оксидо-редукциони процеси су Оксидо-редукциони процеси су главни пут за добијање главни пут за добијање енергије у ћелијиенергије у ћелији

Оксидо-редукција – хемијска Оксидо-редукција – хемијска реакција преноса електрона са реакција преноса електрона са молекула молекула донорадонора на молекул на молекул акцептораакцептора Молекул који губи еМолекул који губи е-- је је

оксидованоксидован, а молекул који , а молекул који прима еприма е-- је је редукованредукован

Оксидована и редукована Оксидована и редукована форма молекула назива се форма молекула назива се редокс парредокс пар

ЕЛЕКТРОН-ЕЛЕКТРОН-ТАРНСПОРТНИ ТАРНСПОРТНИ

ЛАНЦИЛАНЦИ

Саставни делови Саставни делови биолошких мембранабиолошких мембрана::Тилакоиди хлоропластаТилакоиди хлоропластаКристе митохондријаКристе митохондријаЋелијска мембрана Ћелијска мембрана прокариотапрокариота

Серија једињења која лако Серија једињења која лако одају и примају електронеодају и примају електроне

Једињења електрон-Једињења електрон-транспортног ланца су транспортног ланца су уграђена у мембрану уграђена у мембрану по специфичном по специфичном распоредураспореду

На почетку ланца су На почетку ланца су једињења са вишим једињења са вишим негативним редокс негативним редокс потенцијалом, а на крају потенцијалом, а на крају једињења са мање једињења са мање негативним или негативним или електропозитивним електропозитивним редокс потенцијаломредокс потенцијалом

Електрони се крећу низ Електрони се крећу низ градијент електрохемијског градијент електрохемијског потенцијалапотенцијала

Приликом протицања еПриликом протицања е- - низ низ градијент електрохемијског градијент електрохемијског потенцијала долази до потенцијала долази до ослобађања енергијеослобађања енергије

Део ове енергије користи се у Део ове енергије користи се у синтези синтези ATP-aATP-a

Постепеним ослобађањем Постепеним ослобађањем енергије кроз серију преносица енергије кроз серију преносица ћелија енергију користи ћелија енергију користи ефикаснијеефикасније

Оксидо-редукције током Оксидо-редукције током којих долази до одузимања којих долази до одузимања два електрона и два два електрона и два протона (два водоникова протона (два водоникова атома)атома)

ДЕХИДРОГЕНАЦИЈЕДЕХИДРОГЕНАЦИЈЕ

Ензими: дехидрогеназеЕнзими: дехидрогеназе Коензими:Коензими:

Никотинамид-аденин-Никотинамид-аденин-динуклеотид (динуклеотид (NADNAD))

Никотинамид-аденин-Никотинамид-аденин-динуклеотид фосфат (динуклеотид фосфат (NADNADР)Р)

Флавин-аденин-динуклеотид Флавин-аденин-динуклеотид (FAD)(FAD)

Преношењем протона Преношењем протона кроз мембрану ствара кроз мембрану ствара се разлика у се разлика у наелектрисању и наелектрисању и разлика у разлика у концентрацији протона концентрацији протона с једне и друге стране с једне и друге стране мембране тј. мембране тј. електрохемијски електрохемијски градијентградијент

Успостављање разлике Успостављање разлике у наелектрисању тј. у наелектрисању тј. тежња да се изједначе тежња да се изједначе концентрације протона концентрације протона даје енергију за даје енергију за синтезу синтезу ATP-aATP-a