Онлайн-урок №21 "Пластичний обмін"

Метаболизм

Метаболизм – совокупность реакций обмена веществ, протекающих в организме; одно из свойств живой материи. Включает реакции ассимиляции (пластического обмена, анаболизма) и диссимиляции (энергетического обмена, катаболизма). Эти группы реакций взаимосвязаны: реакции биосинтеза невозможны без энергии, которая выделяется в реакциях энергетического обмена, реакции диссимиляции не идут без ферментов, образующихся в реакциях пластического обмена.
Ассимиляция – совокупность реакций биосинтеза, протекающих в клетке.
Диссимиляция – совокупность реакций распада и окисления высокомолекулярных веществ, идущих с выделением энергии.
Автотрофы – организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических и использующие для этого синтеза или солнечную энергию, или энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ.
Гетеротрофы – организмы, использующие для своей жизнедеятельности органические вещества, синтезированные другими организмами. В качестве источника углерода автотрофы используют неорганические вещества (СО2), а гетеротрофы – экзогенные органические.
Миксотрофы – организмы, которые в зависимости от условий ведут себя как авто- либо как гетеротрофы (например, эвглена зеленая).

Биосинтез белков

Центральная догма молекулярной биологии отражает направление условного течения генетической информации: ДНК → РНК → белок. Согласно этой догме, способность клетки синтезировать определенные белки закреплена наследственно, информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК.
В процессе биосинтеза белка выделяют два основных этапа: транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК (гена) – и трансляция – синтез полипептидной цепи.
Ген – участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка или функциональной РНК (рРНК, тРНК, мяРНК и др.).
Генетический код – система записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде последовательностью нуклеотидов ДНК или РНК.
Свойства генетического кода:

1. триплетность;

2. непрерывность;

3. однозначность (специфичность);

4. вырожденность (избыточность);

5. универсальность;

6. неперекрываемость;

7. помехоустойчивость.
Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий первичную последовательность аминокислот в полипептиде или последовательность нуклеотидов в молекулах транспортных и рибосомных РНК. ДНК одной хромосомы может содержать несколько тысяч генов, которые располагаются в линейном порядке.
Локус – место гена в определенном участке хромосомы. Особенностями строения гена эукариот являются:

1. наличие достаточно большого количества регуляторных блоков,

2. мозаичность (чередование кодирующих участков с некодирующими).
Экзоны – участки гена, несущие информацию о строении полипептида.
Интроны – участки гена, не несущие информацию о строении полипептида.
Промотор – участок гена, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, представляет собой особое сочетание нуклеотидов.
Регуляторные элементы – последовательности, стоящие перед единицей транскрипции, после нее или в интронах. Энхансеры ускоряют транскрипцию, сайленсеры тормозят ее.
Терминатор – содержит СТОП-кодон.
Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК. Осуществляется ферментом РНК-полимеразой из рибонуклеозидтрифосфатов (АТФ, УТФ, ГТФ, ЦТФ). РНК-полимераза может присоединиться только к промотору, который находится на 3'-конце матричной цепи ДНК, и двигаться только от 3'- к 5'-концу этой матричной цепи ДНК.
Процессинг или созревание – стадия постсинтетической модификации «незрелой» иРНК (про-иРНК). Включает в себя: 1) КЭПирование 5'-конца, 2) полиаденилирование 3'-конца (присоединение нескольких десятков адениловых нуклеотидов), 3) сплайсинг (вырезание интронов и сшивание экзонов).
Трансляция – синтез полипептидной цепи на матрице иРНК рибосомами. Может происходить в цитоплазме, на шероховатой ЭПС, в митохондриях и пластидах. Малая субъединица рибосомы отвечает за генетические, декодирующие функции; большая – за ферментативные.

В трансляции можно выделить три стадии:

  а. инициации (образование иницаторного комплекса),

  б. элонгации (непосредственно «конвейер», соединение аминокислот друг с другом),

  в. терминации (образование терминирующего комплекса).
  Синтез полипептида идет от N-конца к С-концу, то есть пептидная связь образуется между карбоксильной группой первой и аминогруппой второй аминокислот.
  Затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы, и в А-участок поступает вторая тРНК, чей антикодон комплементарно спаривается с кодоном иРНК, находящимся в А-участке.
Транспортные РНК служат для транспорта аминокислот к рибосомам. Их длина 75-95 нуклеотидных остатков, имеют третичную структуру, по форме напоминающую лист клевера.

Схема биосинтеза белка

Фотосинтез

Фотосинтез – синтез органических веществ из углекислого газа и воды с обязательным использованием энергии света:

6СО2 + 6Н2О + Qсвета → С6Н12О6 + 6О2.
  У высших растений органом фотосинтеза является лист, органоидами фотосинтеза – хлоропласты. В мембраны тилакоидов хлоропластов встроены фотосинтетические пигменты: хлорофиллы и каротиноиды. Существует несколько разных типов хлорофилла (a, b, c, d), главным является хлорофилл a. Хлорофиллы поглощают красный и сине-фиолетовый свет, отражают зеленый и поэтому придают растениям характерную зеленую окраску. Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы. У растений и синезеленых водорослей имеются фотосистема-1 и фотосистема-2, у фотосинтезирующих бактерий – фотосистема-1. Только фотосистема-2 может разлагать воду с выделением кислорода и отбирать электроны у водорода воды.
Световая фаза происходит только в присутствии света в мембранах тилакоидов при участии хлорофилла, белков-переносчиков электронов и фермента – АТФ-синтетазы.

  В световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами:

1. синтезом АТФ;

2. образованием НАДФ•Н2;

3. образованием кислорода. Кислород диффундирует в атмосферу, АТФ и НАДФ•Н2 транспортируются в строму хлоропласта и участвуют в процессах темновой фазы.
Темновая фаза протекает в строме хлоропласта. Для ее реакций не нужна энергия света, поэтому они происходят не только на свету, но и в темноте. Представляет собой цепочку последовательных преобразований углекислого газа (из воздуха) в глюкозу и другие органические вещества. Также образуются другие мономеры сложных органических соединений: аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды. В настоящее время различают два типа фотосинтеза: С3- и С4-фотосинтез.
Значение фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу, ежегодно из атмосферы поглощаются миллиарды тонн углекислого газа, выделяются миллиарды тонн кислорода; фотосинтез является основным источником образования органических веществ. Из кислорода образуется озоновый слой, защищающий живые организмы от коротковолновой ультрафиолетовой радиации.