Главная » Просмотр файлов » B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis и др. - Molecular Biology of The Cell (6th edition)

B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis и др. - Molecular Biology of The Cell (6th edition) (1120996), страница 26

Файл №1120996 B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis и др. - Molecular Biology of The Cell (6th edition) (B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis и др. - Molecular Biology of The Cell (6th edition)) 26 страницаB. Alberts, A. Johnson, J. Lewis и др. - Molecular Biology of The Cell (6th edition) (1120996) страница 262019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

The control is exerted throughspecialized biological catalysts. These are almost always proteins called enzymes,although RNA catalysts also exist, called ribozymes. Each enzyme accelerates, orcatalyzes, just one of the many possible kinds of reactions that a particular molecule might undergo. Enzyme-catalyzed reactions are connected in series, sothat the product of one reaction becomes the starting material, or substrate, forthe next (Figure 2–13). Long linear reaction pathways are in turn linked to oneanother, forming a maze of interconnected reactions that enable the cell to survive, grow, and reproduce.Two opposing streams of chemical reactions occur in cells: (1) the catabolicpathways break down foodstuffs into smaller molecules, thereby generating botha useful form of energy for the cell and some of the small molecules that the cellneeds as building blocks, and (2) the anabolic, or biosynthetic, pathways use the(A)20 nm(B)50 nm(C)10 µm(D)0.5 mm(E)20 mmFigure 2–12 Biological structures are highly ordered.

Well-defined, ornate, and beautiful spatial patterns can be found at every level oforganization in living organisms. In order of increasing size: (A) protein molecules in the coat of a virus (a parasite that, although not technically alive,contains the same types of molecules as those found in living cells); (B) the regular array of microtubules seen in a cross section of a sperm tail;(C) surface contours of a pollen grain (a single cell); (D) cross section of a fern stem, showing the patterned arrangement of cells; and (E) a spiralarrangement of leaves in a succulent plant. (A, courtesy of Robert Grant, Stéphane Crainic, and James M.

Hogle; B, courtesy of Lewis Tilney;C, courtesy of Colin MacFarlane and Chris Jeffree; D, courtesy of Jim Haseloff.)MBoC6 e3.03/2.12Chapter 2: Cell Chemistry and Bioenergetics52moleculemoleculemoleculemoleculemoleculemoleculeABCDEFcatalysis byenzyme 1catalysis byenzyme 2catalysis byenzyme 3catalysis byenzyme 4catalysis byenzyme 5ABBREVIATED ASFigure 2–13 How a set of enzyme-catalyzed reactions generates a metabolic pathway.

Each enzyme catalyzes a particularchemical reaction, leaving the enzyme unchanged. In this example, a set of enzymes acting in series converts molecule A tomolecule F, forming a metabolic pathway. (For a diagram of many of the reactions in a human cell, abbreviated as shown, seeFigure 2–63.)MBoC6 m2.34/2.13small molecules and the energy harnessed by catabolism to drive the synthesis ofthe many other molecules that form the cell. Together these two sets of reactionsconstitute the metabolism of the cell (Figure 2–14).The details of cell metabolism form the traditional subject of biochemistry andmost of them need not concern us here.

But the general principles by which cellsobtain energy from their environment and use it to create order are central to cellbiology. We begin with a discussion of why a constant input of energy is neededto sustain all living things.Biological Order Is Made Possible by the Release of Heat Energyfrom CellsThe universal tendency of things to become disordered is a fundamental law ofphysics—the second law of thermodynamics—which states that in the universe, orin any isolated system (a collection of matter that is completely isolated from therest of the universe), the degree of disorder always increases.

This law has suchprofound implications for life that we will restate it in several ways.For example, we can present the second law in terms of probability by statingthat systems will change spontaneously toward those arrangements that have thegreatest probability. If we consider a box of 100 coins all lying heads up, a seriesof accidents that disturbs the box will tend to move the arrangement toward amixture of 50 heads and 50 tails. The reason is simple: there is a huge numberof possible arrangements of the individual coins in the mixture that can achievethe 50–50 result, but only one possible arrangement that keeps all of the coinsoriented heads up. Because the 50–50 mixture is therefore the most probable, wesay that it is more “disordered.” For the same reason, it is a common experiencethat one’s living space will become increasingly disordered without intentionaleffort: the movement toward disorder is a spontaneous process, requiring a periodic effort to reverse it (Figure 2–15).The amount of disorder in a system can be quantified and expressed as theentropy of the system: the greater the disorder, the greater the entropy.

Thus,another way to express the second law of thermodynamics is to say that systemswill change spontaneously toward arrangements with greater entropy.Living cells—by surviving, growing, and forming complex organisms—aregenerating order and thus might appear to defy the second law of thermodynamics.

How is this possible? The answer is that a cell is not an isolated system: it takesin energy from its environment in the form of food, or as photons from the sun (oreven, as in some chemosynthetic bacteria, from inorganic molecules alone). Itthen uses this energy to generate order within itself. In the course of the chemicalreactions that generate order, the cell converts part of the energy it uses into heat.The heat is discharged into the cell’s environment and disorders the surroundings.As a result, the total entropy—that of the cell plus its surroundings—increases, asdemanded by the second law of thermodynamics.To understand the principles governing these energy conversions, thinkof a cell surrounded by a sea of matter representing the rest of the universe.

Asthe cell lives and grows, it creates internal order. But it constantly releases heatenergy as it synthesizes molecules and assembles them into cell structures. Heatis energy in its most disordered form—the random jostling of molecules. WhenfoodmoleculesCATABOLICPATHWAYSthe many moleculesthat form the cellusefulforms ofenergy+ANABOLICPATHWAYSlostheatthe many building blocksfor biosynthesisFigure 2–14 Schematic representation ofthe relationship between catabolic andanabolic pathways in metabolism. Assuggested in this diagram, a major portionof the energy stored in the chemical bondsof food molecules is dissipated as heat. Inaddition, the mass of food required by anyMBoC6 e3.02/2.14organism that derives all of its energy fromcatabolism is much greater than the massof the molecules that it can produce byanabolism.CATALYSIS AND THE USE OF ENERGY BY CELLS53Figure 2–15 An everyday illustration ofthe spontaneous drive toward disorder.Reversing this tendency toward disorderrequires an intentional effort and an input ofenergy: it is not spontaneous.

In fact, fromthe second law of thermodynamics, wecan be certain that the human interventionrequired will release enough heat to theenvironment to more than compensate forthe reordering of the items in this room.“SPONTANEOUS“ REACTIONas time elapsesORGANIZED EFFORT REQUIRING ENERGY INPUTthe cell releases heat to the sea, it increases the intensity of molecular motionsthere (thermal motion)—thereby increasing the randomness, or disorder, of thesea.

The second law of thermodynamics is satisfied because the increase in theamount of order inside the cell is always more than compensated for by an evenMBoC6 m2.37/2.15greater decrease in order (increasein entropy) in the surrounding sea of matter(Figure 2–16).Where does the heat that the cell releases come from? Here we encounter another important law of thermodynamics. The first law of thermodynamicsstates that energy can be converted from one form to another, but that it cannotbe created or destroyed. Figure 2–17 illustrates some interconversions betweendifferent forms of energy.

The amount of energy in different forms will changeas a result of the chemical reactions inside the cell, but the first law tells us thatthe total amount of energy must always be the same. For example, an animal celltakes in foodstuffs and converts some of the energy present in the chemical bondsbetween the atoms of these food molecules (chemical-bond energy) into the random thermal motion of molecules (heat energy).The cell cannot derive any benefit from the heat energy it releases unless theheat-generating reactions inside the cell are directly linked to the processes thatgenerate molecular order.

It is the tight coupling of heat production to an increasesea of mattercellHEATincreased disorderincreased orderFigure 2–16 A simple thermodynamicanalysis of a living cell. In the diagram onthe left, the molecules of both the cell andthe rest of the universe (the sea of matter)are depicted in a relatively disorderedstate. In the diagram on the right, the cellhas taken in energy from food moleculesand released heat through reactions thatorder the molecules the cell contains.

Theheat released increases the disorder in theenvironment around the cell (depicted byjagged arrows and distorted molecules,indicating increased molecular motionscaused by heat). As a result, the secondlaw of thermodynamics—which statesthat the amount of disorder in the universemust always increase—is satisfied asthe cell grows and divides.

For a detaileddiscussion, see Panel 2–7 (pp. 102–103).54Chapter 2: Cell Chemistry and Bioenergeticsfalling brick haskinetic energyraised brickhas potentialenergy dueto pull ofgravity1heat is releasedwhen brick hitsthe floorpotential energy due to positionkinetic energyheat energy+two hydrogengas molecules2oxygen gasmoleculerapid vibrations androtations of two newlyformed water moleculesrapid molecularmotions in H2Ochemical-bond energy in H2 and O2battery–heat dispersed tosurroundingsheat energyfanmotor–++wiresfan3chemical-bond energysunlight4electromagnetic (light) energyelectrical energychlorophyllmoleculechlorophyll moleculein excited statehigh-energy electronskinetic energyphotosynthesischemical-bond energyin order that distinguishes the metabolism of a cell from the wasteful burning offuel in a fire. Later, we illustrate how this coupling occurs.

For now, it is sufficientto recognize that a direct linkage of the “controlled burning” of food molecules tothe generation of biological order is required for cells to create and maintain anisland of order in a universe tending toward chaos.Cells Obtain Energy by the Oxidation of Organic MoleculesMBoC6 m2.39/2.17All animal and plant cells are powered by energy stored in the chemical bondsof organic molecules, whether they are sugars that a plant has photosynthesizedas food for itself or the mixture of large and small molecules that an animal haseaten.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
102,35 Mb
Тип материала
Предмет
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6418
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее