ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
РАЗДЕЛ II. КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ
Тема 3. Клетка как целостная система
Обмен веществ и энергии
Обмен веществ
Обмен веществ (метаболизм) - поступление в организм питательных веществ из окружающей среды, их превращение и выведение из организма продуктов жизнедеятельности.
Типы организмов по источнику энергии и веществ
Этапы энергетического обмена
Цикл Кребса
Электронно-транспортную цепь митохондрий (дыхательная цепь)
Образования АТФ во время транспорта электронов в электронно-транспортной цепи (хеміосмотична гипотеза Митчелла)
Для образования АТФ ферментная система АТФ-синтетаза использует разницу электрических потенциалов и концентрации ионов Водорода с разных сторон мембраны, перераспределяя поток Н+: с внешней поверхности мембраны переносит ионы Н+ на внутреннюю. Во время переноса электронов от НАДН к О2 выделяется энергия, необходимая для синтеза трех молекул АТФ.
Свойства генетического кода и биосинтез белка
Генетический код - свойственная всем живым организмам единая система сохранения наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов.
Генетический код |
1) Триплетний - каждой амінокислоті соответствует тройка нуклеотидов ДНК (РНК) - кодон; |
2) однозначный - один триплет кодирует только одну аминокислоту; |
3) вырожденный - одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов; |
4) универсальный - единый для всех организмов, которые существуют на Земле; |
5) не перекрывается - кодоны считываются один за одним, с одной определенной точки в одном направлении (один нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов); |
6) между генами существуют «разделительные знаки» - участки, которые не несут генетической информации, а лишь отделяют одни гены от других. их называют спейсерами |
Стоп-кодоны УАА, УАГ, УГА означают прекращение синтеза одной полипептидной цепи, триплет АУГ определяет место начала синтеза следующего.
|
|
Генетический код |
|
Третий нуклеотид |
Первый нуклеотид |
|
Второй нуклеотид |
|
|
В |
Ц |
А |
Г |
|
|
УУУ |
Фен |
УЦУ |
|
УАУ |
Тир |
УГУ |
Цис |
В |
|
УУЦ |
УЦЦ |
Сэр |
УАЦ |
УГЦ |
Ц |
В |
УУА |
Лей |
УЦА |
УАА |
Стоп* |
УГА |
Стоп* |
А |
|
УУГ |
УЦГ |
|
УАГ |
Стоп* |
УГГ |
Трт |
Г |
|
ЦУУ |
|
ЦЦУ |
|
ЦАУ |
Гис |
ЦГУ |
|
В |
Ц |
ЦУЦ |
Лей |
ЦЦЦ |
О |
ЦАЦ |
ЦГЦ |
Apr |
ц |
ЦУА |
ЦЦА |
ЦАА |
Глн |
ЦГА |
А |
|
ЦУГ |
|
ЦЦГ |
|
ЦАГ |
ЦГГ |
|
Г |
|
АУУ |
|
АЦУ |
|
ААУ |
Асн |
АГУ |
Сэр |
В |
|
АУЦ |
Ілей |
АЦЦ |
Тре |
ААЦ |
АГЦ |
ц |
А |
АУА |
|
АЦА |
ААА |
Лиз |
АГА |
Apr |
А |
|
АУГ |
Мет |
АЦГ |
|
ААГ |
АГГ |
г |
|
ГУУ |
|
ГЦУ |
|
ГАУ |
Асп |
ГГУ |
|
В |
|
ГУЦ |
Вал |
ГЦЦ |
Ала |
ГАЦ |
ГГЦ |
Гли |
ц |
Г |
ГУА |
ГЦА |
ГАА |
Глу |
ОГА |
А |
|
ГУГ |
|
ГЦГ |
|
ГАГ |
ГГГ |
|
г |
Этапы биосинтеза белка
Этап |
Место |
Процессы |
Транскрипция |
Каріоплазма |
Фермент РНК-полимераза расщепляет двойную цепь ДНК и на одном из цепей по принципу комплементарности синтезирует молекулу о-іРНК. С помощью специальных ферментов про-іРНК превращается в активную форму ІРНК, которая поступает из ядра к цитоплазмы клетки |
Активация аминокислот |
Цитоплазма |
Присоединение аминокислот с помощью ковалентной связи к определенной тРНК. тРНК транспортирует аминокислоты к месту синтеза белка |
Трансляция |
Рибосомы |
Во время синтеза белка рибосома надвигается на ниткоподібну молекулу ІРНК таким образом, что ІРНК оказывается между ее двумя субъединицами. В рибосоме есть особый участок - функциональный центр. Его размеры соответствуют длине двух триплетов, поэтому в нем одновременно находятся два соседние триплеты ІРНК. В одной части функционального центра антикодон тРНК узнает кодон ІРНК, а в другой - аминокислота освобождается от тРНК. Когда рибосома достигает стоп-кодону, синтез белковой молекулы завершается |
Образование естественной структуры белка |
Эндоплазматическая
сетка |
Белок приобретает определенной пространственной конфигурации. С участием ферментов происходит отщепление лишних аминокислотных остатков, введение фосфатных, карбоксильных и других групп и т.д. После этих процессов белок становится функционально активным |
Структура тРНК
Схема биосинтеза белка
Полірибосомальний комплекс (полісома)
На одной молекуле ІРНК одновременно могут синтезироваться несколько полипептидов с участием многих рибосом. Комплекс, который при этом образуется, называется полірибосомальним.
Фотосинтез
Фотосинтез - процесс образования органических соединений из неорганических благодаря преобразованию световой энергии в энергию химических связей. Осуществляется в клетках зеленых растений с участием пигментов хлоропластов-хлорофиллов а и b (зеленые), каротиноидов (желтые), фікобілінів (синие и красные).
Световая фаза фотосинтеза
Темновая фаза фотосинтеза (цикл Кальвина)
Во время биохимических реакций цикла Кальвина происходит фиксация атома Углерода С02 для строения глюкозы. Для синтеза и молекулы глюкозы нужны 12 молекул НАДФН и 18 молекул АТФ, которые образуются при фотохимических реакций фотосинтеза
Глюкоза образуется в цикле Кальвина, потом может расщепляться до пирувата и поступать в цикл Кребса.
Хемосинтез
Хемосинтез - процесс образования органических веществ живыми организмами из углекислого газа и других неорганических веществ без участия света. Осуществляется за счет энергии, выделяющейся при окислении неорганических веществ. Свойственный определенным видам бактерий.
Хемосинтезуючі микроорганизмы имеют за энергетические ресурсы сероводород, серу, аммиак, нитритного кислоту и т.д. Хемосинтез играет в природе большую роль, благодаря ему происходят такие важные процессы, как нитрификация, окисления сероводорода в морях, преобразования соединений железа.