Test de biologie sur le thème "Biosynthèse des protéines. Biosynthèse des glucides - photosynthèse" (9e année)

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SOLEIL
CHLOROPHYLLE
ATMOSPHÈRE
VIE
PHOTOSYNTHÈSE

BIOSYNTHÈSE DES GLUCIDES - PHOTOSYNTHÈSE

Jan Baptist Van Helmont

M.V. Lomonossov

Joseph Priestley

Jean-Baptiste Boussingault

Klimenty Arkadievich Timiryazev

Conditions de la photosynthèse

Comment se déroule la photosynthèse ?

Adaptation des feuilles à la photosynthèse

Structure chloroplastique

La structure de la molécule de chlorophylle

Toute cellule vivante est capable de synthétiser des protéines, et cette capacité est l’une de ses propriétés les plus importantes et caractéristiques. La biosynthèse des protéines se produit avec une énergie particulière pendant la période de croissance et de développement cellulaire. À ce stade, les protéines sont activement synthétisées pour construire les organites et les membranes cellulaires. Des enzymes et des protéines sont synthétisées. La biosynthèse des protéines se produit de manière intensive chez de nombreux adultes, c'est-à-dire les cellules qui ont achevé la croissance et le développement des cellules, par exemple dans les cellules des glandes digestives qui synthétisent des protéines enzymatiques (pepsine, trypsine) ou dans les cellules de sécrétion interne. glandes qui synthétisent des protéines hormonales (insuline, thyroxine). La capacité de synthétiser des protéines n'est cependant pas inhérente aux cellules en croissance ou sécrétoires : toute cellule synthétise constamment des protéines tout au long de sa vie, car au cours de la vie normale, les molécules de protéines s'usent progressivement, leur structure et leurs fonctions sont perturbées. Ces molécules protéiques devenues inutilisables sont éliminées de la cellule. En contrepartie, de nouvelles molécules à part entière sont synthétisées, la composition et l'activité de la cellule ne sont pas perturbées.

Toute cellule est similaire en apparence et en propriétés à la cellule mère. Puisque les propriétés d’une cellule dépendent de ses protéines, il est clair que la cellule est capable de synthétiser les mêmes protéines que celles synthétisées par la cellule mère. Par conséquent, la capacité de synthétiser des protéines est héritée de cellule en cellule et se maintient tout au long de la vie.

Les questions sur la manière dont une molécule protéique aussi grande et complexe est synthétisée, sur la manière dont les acides aminés nécessaires sont sélectionnés, disposés et combinés dans un ordre certain et strict, représentaient jusqu'à relativement récemment un mystère insoluble. Ces questions sont désormais largement clarifiées et leur solution représente la plus grande réussite de la biologie et de la biochimie du XXe siècle.

Le rôle principal dans la détermination de la structure d'une protéine appartient à l'ADN. Nous savons déjà que les molécules d’ADN sont très grosses. Leur longueur est des dizaines et des centaines de fois supérieure à la longueur des plus grosses molécules protéiques : le long de la chaîne d'ADN, des dizaines, voire des centaines de molécules protéiques pourraient se déposer les unes après les autres. Il est désormais établi que différentes sections d’ADN déterminent la synthèse de différentes protéines. Une molécule d'ADN participe à la synthèse de plusieurs dizaines de protéines.

Chaque section d'ADN qui détermine la synthèse d'une molécule protéique est appelée un gène. Chaque gène est une section d'une double hélice d'ADN qui contient des informations sur la structure d'une protéine particulière.

Pour comprendre comment la structure de l’ADN détermine la structure d’une protéine, donnons un exemple. Beaucoup de gens connaissent le code Morse, utilisé pour transmettre des signaux et des télégrammes. En code Morse, toutes les lettres de l'alphabet sont indiquées par des combinaisons de signaux courts et longs - points et tirets. La lettre A est désignée *--, B - -, etc. Une collection de symboles est appelée un code ou un chiffre. Le code Morse est un exemple de code. Ayant reçu un téléscripteur avec des points et des tirets, quelqu'un qui connaît le code Morse peut facilement déchiffrer (décoder) ce qui est écrit.

Une macromolécule d'ADN, composée de plusieurs milliers de quatre types de nucléotides localisés séquentiellement, est un code qui détermine la structure d'une protéine. Tout comme dans le code Morse, chaque lettre correspond à une certaine combinaison de points et de tirets, de même dans le code ADN, chaque acide aminé correspond à une certaine combinaison de nucléotides liés séquentiellement.

Code ADN

Le code ADN a été presque entièrement déchiffré. L'essence du code ADN est la suivante. Chaque acide aminé correspond à une section de chaîne d'ADN constituée de trois nucléotides adjacents. Par exemple, la section T-T-T correspond à l'acide aminé lysine, la section A-C-A-cystéine, C-A--A-valine, etc.

Supposons que les nucléotides d'un gène soient dans cet ordre :

A--C--A--T--T--T--A--A--C--C--A--A-- G--G.

Après avoir divisé cette série en triplets (triplets), nous pouvons immédiatement déchiffrer quels acides aminés et dans quel ordre apparaissent dans la molécule protéique :

A--C--A T--T--T A--A--C C--A--A G--G--G

Cystéique Lysine Leucine Valine Proline

Il n'y a que deux caractères dans le code Morse. Pour indiquer toutes les lettres, tous les chiffres et signes de ponctuation, vous devez prendre jusqu'à 5 caractères pour certaines lettres ou chiffres. Le code ADN est plus simple. Il existe 4 nucléotides différents. Le nombre de combinaisons possibles de 4 éléments de 3 est de 64. Il n'y a que 20 acides aminés différents. Il y a donc plus qu'assez de triplets de nucléotides différents pour coder tous les acides aminés.

Transcription. Il a été établi que l'ADN lui-même ne participe pas directement à la synthèse des protéines, que l'ADN est situé dans le noyau cellulaire et que la synthèse des protéines se produit dans les ribosomes - les plus petites structures situées dans le cytoplasme. L'ADN contient et stocke uniquement des informations sur la structure des protéines. Pour la synthèse des protéines, des copies exactes de ces informations sont envoyées aux ribosomes. Cela se fait à l'aide de l'ARN, qui est synthétisé sur l'ADN et copie avec précision sa structure. La séquence nucléotidique de l'ARN répète exactement la séquence nucléotidique de l'une des chaînes génétiques. Ainsi, l'information contenue dans la structure de ce gène est en quelque sorte réécrite en ARN. Ce processus est appelé transcription (« transcription » - réécriture, lat.). N'importe quel nombre de copies d'ARN peut être retiré de chaque gène. Ces ARN, qui transportent des informations sur la composition des protéines dans les ribosomes, sont appelés ARN messagers (i-ARN).

Afin de comprendre comment la composition et la séquence des nucléotides d'un gène peuvent être « réécrites » en ARN, rappelons le principe de complémentarité, sur la base duquel est construite la molécule d'ADN double brin. Les nucléotides d'une chaîne déterminent le caractère des nucléotides opposés de l'autre chaîne. Si A est sur une chaîne, alors T est au même niveau que l’autre chaîne et C est toujours opposé à G. Il n’y a pas d’autres combinaisons. Le principe de complémentarité opère également dans la synthèse des ARN messagers. En face de chaque nucléotide d’une des chaînes d’ADN se trouve un nucléotide complémentaire d’ARN messager. Ainsi, contre Gdnk se trouve Tsrnk contre Tsdnk - Grnk, contre Adnk - Urnk, contre Tdnk - Arnk. En conséquence, la chaîne d'ARN résultante, en termes de composition et de séquence de ses nucléotides, est une copie exacte de la composition et de la séquence de nucléotides de l'une des chaînes d'ADN. Les molécules d’ARN messager sont envoyées là où se produit la synthèse des protéines, c’est-à-dire vers les ribosomes. Il existe également un flux de matière provenant du cytoplasme à partir duquel les protéines sont construites, c'est-à-dire les acides aminés. Le cytoplasme des cellules contient toujours des acides aminés formés à la suite de la dégradation des protéines alimentaires.

Transférer des ARN

Les acides aminés ne pénètrent pas indépendamment dans le ribosome, mais sont accompagnés de molécules d'ARN spéciales spécialement adaptées pour transporter les acides aminés vers les ribosomes. On les appelle ARN de transfert (ARNt). Les ARN de transfert sont des chaînes relativement courtes constituées de quelques dizaines de nucléotides seulement. À une extrémité de leur molécule se trouve une structure à laquelle un acide aminé peut se fixer. À l’autre extrémité de l’ARN de transfert se trouve un triplet de nucléotides, qui correspond en code à un acide aminé donné. Par exemple, une molécule d’ARN de transfert pour l’acide aminé lysine a une « plate-forme » pour « l’atterrissage » de la lysine à une extrémité et un triplet de nucléotides à l’autre extrémité : U-U-U. Puisqu’il existe au moins 20 acides aminés différents, il existe évidemment au moins 20 ARN de transfert différents. Chaque acide aminé possède son propre ARN de transfert.

Réaction de synthèse matricielle. Pour ceux qui ont étudié la chimie inorganique et organique, les réactions se produisant dans des solutions dans lesquelles les molécules de substances sont en mouvement chaotique sont familières. Les réactions dans de tels systèmes se produisent à la suite de collisions aléatoires de molécules. Plus la concentration de substances est élevée, plus la probabilité de collision est grande, plus la vitesse de réaction est élevée. Au contraire, lorsque la concentration des substances diminue, la probabilité que les molécules se rencontrent est faible et la vitesse de réaction peut être négligeable.

Dans les systèmes vivants, nous rencontrons un nouveau type de réaction, comme la réaction de réplication de l’ADN décrite ci-dessus ou la réaction de synthèse de l’ARN. De telles réactions sont inconnues dans la nature inanimée. C’est ce qu’on appelle des réactions de synthèse matricielle.

Le terme « matrice » en technologie fait référence à un moule utilisé pour couler des pièces de monnaie, des médailles et des polices typographiques : le métal durci reproduit exactement tous les détails du moule utilisé pour la coulée. La synthèse matricielle est comme le moulage sur une matrice : de nouvelles molécules sont synthétisées conformément au plan établi dans la structure des molécules existantes. Le principe matriciel est à la base des réactions de synthèse les plus importantes de la cellule, comme la synthèse d'acides nucléiques et de protéines. Ces réactions garantissent la séquence exacte et strictement spécifique des unités monomères dans les polymères synthétisés. Ici, une contraction dirigée des monomères se produit vers un endroit spécifique de la cellule - sur des molécules qui servent de matrice, où la réaction a lieu. Si de telles réactions se produisaient par des collisions aléatoires de molécules, elles se dérouleraient infiniment lentement. La synthèse de molécules complexes basée sur le principe du modèle est réalisée de manière rapide et précise.

Le rôle de la matrice dans les réactions matricielles est joué par les macromolécules d'acides nucléiques - ADN ou ARN. Les molécules monomères à partir desquelles le polymère est synthétisé - nucléotides ou acides aminés - sont localisées et fixées sur la matrice selon le principe de complémentarité dans un ordre strictement défini et prédéterminé. Ensuite, les unités monomères sont « réticulées » en une chaîne polymère et le polymère fini est libéré de la matrice. Après cela, la matrice est prête pour l'assemblage d'une nouvelle molécule de polymère. Il est clair que, de même qu'une seule pièce de monnaie, une seule médaille ou une seule lettre peut être coulée sur un moule donné, de même sur une molécule matricielle donnée, un seul polymère peut être « assemblé ».

Type de réaction matricielle- une spécificité de la chimie des systèmes vivants. Ils constituent la base de la propriété fondamentale de tous les êtres vivants : leur capacité à se reproduire.

En dehors de la cellule vivante, les réactions de type matriciel n’ont été trouvées nulle part dans la nature.

Diffuser

Les informations sur la structure de la protéine, enregistrées dans l'i-ARN sous la forme d'une séquence de nucléotides, sont ensuite transférées sous la forme d'une séquence d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique synthétisée. Ce processus est appelé traduction (« traduction » - transfert, traduction, lat.). Afin de comprendre comment se produit la traduction dans les ribosomes, c'est-à-dire la traduction des informations du langage des acides nucléiques vers le langage des protéines. Les ribosomes sont représentés sur la figure sous forme de corps ovoïdes contenant de l'ARNm. Le premier ribosome pénètre dans la molécule filamenteuse d’ARNm par l’extrémité gauche et commence la synthèse des protéines. Au fur et à mesure que la molécule protéique s'assemble, le ribosome rampe le long de l'ARNm (sur la figure de gauche à droite). Lorsque le ribosome avance de 50 à 100 A, un deuxième ribosome pénètre dans l'ARNm par la même extrémité, qui, comme le premier, commence la synthèse et se déplace après le premier ribosome. Puis le troisième ribosome entre dans l'i-ARN, le quatrième, etc. Tous font le même travail : chacun synthétise la même protéine programmée sur cet i-ARN. Plus le ribosome se déplace vers la droite le long de l'ARNm, plus le segment de la molécule protéique est « assemblé » grand. Lorsque le ribosome atteint l’extrémité droite de l’ARNm, la synthèse est terminée et le ribosome, avec son « produit », est rejeté dans l’environnement. Ici, ils divergent : le ribosome - vers n'importe quel ARNm (puisqu'il est capable de synthétiser n'importe quelle protéine ; la nature de la protéine dépend de la matrice), la molécule de protéine - vers le réticulum endoplasmique et se déplace le long de celui-ci jusqu'à cette partie de la cellule où ce type de protéine est nécessaire. Peu de temps après, le deuxième ribosome termine son travail, puis le troisième, etc. Et depuis l'extrémité gauche de l'ARNm, de plus en plus de nouveaux ribosomes y pénètrent et la synthèse protéique se poursuit en continu. Le nombre de ribosomes qui s'adaptent simultanément sur une molécule d'ARNm dépend de la longueur de l'ARNm. Ainsi, par exemple, sur une molécule d'ARNm qui programme la synthèse de la protéine hémoglobine, dont la longueur est d'environ 1 500 A 0, jusqu'à 5 ribosomes sont placés (le diamètre des ribosomes est d'environ 230 A). Un groupe de ribosomes situés simultanément sur une molécule d’ARN est appelé polyribosome, ou polysome en abrégé.

Examinons maintenant de plus près le mécanisme du ribosome. Lors de son déplacement le long de l’ARNm, le ribosome est à un moment donné en contact avec une petite partie de sa molécule. Il est possible que la taille de cette région ne soit qu'un triplet de nucléotides. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm non pas en douceur, mais par intermittence, par « étapes » - triplet par triplet. À une certaine distance du lieu de contact du ribosome avec l'ARNm, il y a un point « d'assemblage » protéique : ici l'enzyme protéine synthétase est placée et travaille, créant une chaîne polypeptidique, c'est-à-dire formant des liaisons peptidiques entre les acides aminés.

Le mécanisme « d'assemblage » d'une molécule protéique dans les ribosomes s'effectue comme suit. Dans chaque ribosome faisant partie du polysome, c'est-à-dire se déplaçant le long de l'i-ARN, les molécules d'ARNt sur lesquelles sont « accrochées » des acides aminés proviennent de l'environnement en un flux continu. Ils passent, touchant avec leur extrémité codée le lieu de contact du ribosome avec l'ARNm, et touchent le triplet de nucléotides de l'ARNm, qui se trouve actuellement dans le ribosome. L’extrémité opposée de l’ARNt (portant l’acide aminé) apparaît proche du point « d’assemblage » de la protéine. Cependant, ce n’est que si le triplet codant l’ARNt s’avère complémentaire du triplet d’ARNm (actuellement situé dans le ribosome) que l’acide aminé délivré par l’ARNt fera partie de la molécule protéique et sera séparé de l’ARNt. Immédiatement, le ribosome fait un « pas » en avant le long de l’ARNm d’un triplet, et l’ARNt libre est libéré du ribosome dans l’environnement. Ici, il capture une nouvelle molécule d'acide aminé et la transporte vers l'un des ribosomes actifs. Ainsi, progressivement, triplet par triplet, le ribosome se déplace le long de l'ARNm et se développe lien par lien - une chaîne polypeptidique. C'est ainsi que fonctionne le ribosome - cet étonnant organite cellulaire, appelé à juste titre « automate moléculaire » de la synthèse des protéines.

Nous avons déjà évoqué la synthèse protéique récemment réalisée par des chimistes en laboratoire. Cette synthèse artificielle a nécessité d’énormes efforts, beaucoup de temps et d’argent. Et dans une cellule vivante, la synthèse d'une molécule protéique s'effectue en 3 à 4 secondes. Voici un exemple de la perfection de l'appareil synthétique d'une cellule vivante.

Le rôle des enzymes dans la biosynthèse des protéines

Il ne faut pas oublier qu’aucune étape du processus de synthèse des protéines ne se déroule sans la participation d’enzymes. Toutes les réactions de synthèse des protéines sont catalysées par des enzymes spéciales. La synthèse de l'ARN messager est réalisée par une enzyme qui « rampe » le long de la molécule d'ADN du début à la fin du gène et laisse derrière elle la molécule d'ARN messager finie. Le gène dans ce processus fournit uniquement le programme de synthèse et le processus lui-même est réalisé par l'enzyme. Sans la participation d'enzymes, la connexion des acides aminés avec l'ARN de transfert ne se produit pas.

Il existe des enzymes spéciales qui assurent la capture et la connexion des acides aminés avec leurs ARN de transfert. Enfin, dans le ribosome, pendant le processus d’assemblage des protéines, une enzyme relie les acides aminés entre eux.

Énergie de biosynthèse des protéines

Un autre aspect très important de la biosynthèse des protéines est son énergie. Nous avons déjà mentionné que tout processus de synthèse est une réaction endothermique et nécessite donc une dépense d'énergie. La biosynthèse des protéines représente une chaîne de réactions de synthèse : 1) synthèse de l'ARNm, 2) combinaison d'acides aminés avec l'ARNt et 3) « assemblage » de protéines. Toutes ces réactions nécessitent de l'énergie. L'énergie nécessaire à la synthèse des protéines est fournie par la réaction de clivage de l'ATP. Chaque maillon de la biosynthèse est toujours associé à la dégradation du 2 ATP.

La cellule échange constamment des substances et de l'énergie avec l'environnement. Métabolisme (métabolisme)- la propriété principale des organismes vivants. Au niveau cellulaire, le métabolisme comprend deux processus : l'assimilation (anabolisme) et la dissimilation (catabolisme). Ces processus se produisent simultanément dans la cellule.

Assimilation(échange plastique) - un ensemble de réactions de synthèse biologique. À partir de substances simples entrant dans la cellule de l'extérieur, se forment des substances caractéristiques d'une cellule donnée. La synthèse des substances dans la cellule se produit en utilisant l'énergie contenue dans les molécules d'ATP.

Dissimilation (métabolisme énergétique)- un ensemble de réactions de dégradation des substances. Lorsque des composés de haut poids moléculaire sont décomposés, l’énergie nécessaire aux réactions de biosynthèse est libérée.

Selon le type d'assimilation, les organismes peuvent être autotrophes, hétérotrophes et mixotrophes.

Photosynthèse et chimiosynthèse- deux formes d'échange plastique. Photosynthèse- le processus de formation de substances organiques à partir de dioxyde de carbone et d'eau à la lumière avec la participation de pigments photosynthétiques.

Chimiosynthèse - une méthode de nutrition autotrophe dans laquelle la source d'énergie pour la synthèse de substances organiques à partir du CO2 est constituée par les réactions d'oxydation de composés inorganiques

Généralement, tous les organismes capables de synthétiser des substances organiques à partir de substances inorganiques, c'est-à-dire Les organismes capables de photosynthèse et de chimiosynthèse sont classés comme autotrophes. Les autotrophes comprennent traditionnellement les plantes et certains micro-organismes.

La principale substance impliquée dans le processus en plusieurs étapes de la photosynthèse est la chlorophylle. C'est elle qui transforme l'énergie solaire en énergie chimique.

Phase lumineuse de la photosynthèse :

(réalisé sur les membranes thylakoïdes)

La lumière frappant une molécule de chlorophylle est absorbée par celle-ci et l'amène dans un état excité - l'électron qui fait partie de la molécule, ayant absorbé l'énergie de la lumière, se déplace vers un niveau d'énergie plus élevé et participe aux processus de synthèse ;

Sous l'influence de la lumière, une division (photolyse) de l'eau se produit également :

les protons (à l'aide d'électrons) sont convertis en atomes d'hydrogène et dépensés pour la synthèse des glucides ;

L'ATP (énergie) est synthétisée

Phase sombre de la photosynthèse(se produit dans le stroma des chloroplastes)

la synthèse proprement dite du glucose et la libération d'oxygène

note: Cette phase est appelée sombre non pas parce qu'elle se produit la nuit - la synthèse du glucose se produit en général 24 heures sur 24, mais la phase sombre ne nécessite plus d'énergie lumineuse.

20. Métabolisme dans la cellule. Le processus de dissimilation. Les principales étapes du métabolisme énergétique.

Dans toutes les cellules des organismes vivants, des processus métaboliques et énergétiques se produisent continuellement - c'est métabolisme. Si nous considérons ce processus plus en détail, alors ce sont des processus constants formation et décomposition substances et absorption et excrétionénergie.

Métabolisme dans la cellule :

Le processus de synthèse des substances = métabolisme plastique = assimilation = anabolisme

Pour construire quelque chose, vous devez dépenser de l'énergie - ce processus se produit avec l'absorption d'énergie.

Processus de clivage = le métabolisme énergétique= dissimilation=catabolisme

Il s'agit d'un processus dans lequel des substances complexes sont décomposées en substances plus simples et de l'énergie est libérée.

Fondamentalement, ce sont des réactions d'oxydation, elles se produisent dans les mitochondries, l'exemple le plus simple est haleine. Pendant la respiration, les substances organiques complexes sont décomposées en substances plus simples, libérant du dioxyde de carbone et de l'énergie. En général, ces deux processus sont interconnectés et se transforment l’un en l’autre. Au total, l'équation du métabolisme - métabolisme dans une cellule - peut s'écrire comme suit :
catabolisme + anabolisme = métabolisme dans la cellule = métabolisme.

Les processus de création se déroulent constamment dans la cellule. Des substances plus complexes sont formées à partir de substances simples et des substances de poids moléculaire élevé sont formées à partir de substances de faible poids moléculaire. Des protéines, des glucides complexes, des graisses et des acides nucléiques sont synthétisés. Les substances synthétisées sont utilisées pour construire différentes parties de la cellule, ses organites, ses sécrétions, ses enzymes et ses substances de réserve. Les réactions de synthèse sont particulièrement intenses dans une cellule en croissance ; des substances sont constamment synthétisées pour remplacer les molécules qui sont épuisées ou détruites lorsqu'elles sont endommagées. Chaque molécule détruite de protéine ou d'une autre substance est remplacée par une nouvelle molécule. De cette façon, la cellule maintient sa forme et sa composition chimique constantes, malgré leur changement continu au cours du processus de vie.

La synthèse de substances qui se produit dans une cellule est appelée synthèse biologique ou biosynthèse pour faire court. Toutes les réactions de biosynthèse impliquent l’absorption d’énergie. L’ensemble des réactions biosynthétiques est appelé échange ou assimilation plastique(latin "similis" - similaire). La signification de ce processus est que les substances alimentaires entrant dans la cellule depuis l'environnement extérieur, qui sont très différentes de la substance cellulaire, deviennent des substances cellulaires à la suite de transformations chimiques.

Réactions de clivage. Les substances complexes se décomposent en substances plus simples et les substances de haut poids moléculaire en substances de faible poids moléculaire. Les protéines se décomposent en acides aminés, l'amidon en glucose. Ces substances sont décomposées en composés de poids moléculaire encore plus faible et, à la fin, des substances très simples et pauvres en énergie se forment - CO 2 et H 2 O. Les réactions de division s'accompagnent dans la plupart des cas d'une libération d'énergie.

La signification biologique de ces réactions est de fournir de l’énergie à la cellule. Toute forme d’activité – mouvement, sécrétion, biosynthèse, etc. – nécessite une dépense énergétique. L’ensemble des réactions de clivage est appelé métabolisme énergétique cellulaire ou dissimilation. La dissimilation est exactement le contraire de l'assimilation : à la suite de la division, les substances perdent leur ressemblance avec les substances cellulaires.

Les échanges plastiques et énergétiques (assimilation et dissimilation) sont inextricablement liés. D'une part, les réactions de biosynthèse nécessitent une dépense d'énergie, qui provient des réactions de clivage. D'autre part, pour réaliser des réactions du métabolisme énergétique, une biosynthèse constante des enzymes servant ces réactions est nécessaire, car pendant le fonctionnement, elles s'usent et sont détruites. Les systèmes complexes de réactions qui composent le processus d'échanges plastiques et énergétiques sont étroitement liés non seulement les uns aux autres, mais également avec l'environnement extérieur.

Les substances alimentaires pénètrent dans la cellule depuis l'environnement extérieur, qui servent de matériau aux réactions d'échange plastique, et lors des réactions de division, elles libèrent l'énergie nécessaire au fonctionnement de la cellule. Les substances qui ne peuvent plus être utilisées par la cellule sont rejetées dans le milieu extérieur. L'ensemble de toutes les réactions enzymatiques de la cellule, c'est-à-dire l'ensemble des échanges plastiques et énergétiques (assimilation et dissimilation), liés entre eux et avec l'extérieur. l'environnement, s'appelle métabolisme et énergie. Ce processus est la condition principale du maintien de la vie de la cellule, source de sa croissance, de son développement et de son fonctionnement.

Le métabolisme énergétique. Le corps a besoin d'énergie pour fonctionner. Les plantes accumulent l’énergie solaire dans la matière organique lors de la photosynthèse. Au cours du métabolisme énergétique, les substances organiques sont décomposées et l'énergie des liaisons chimiques est libérée. En partie, elle est dissipée sous forme de chaleur et en partie stockée dans les molécules d'ATP. Chez les animaux, le métabolisme énergétique se déroule en trois étapes.

La première étape est préparatoire. La nourriture pénètre dans le corps des animaux et des humains sous la forme de composés complexes de haut poids moléculaire. Avant de pénétrer dans les cellules et les tissus, ces substances doivent être décomposées en substances de faible poids moléculaire plus accessibles pour l'absorption cellulaire. Au premier stade, il se produit une dégradation hydrolytique des substances organiques, qui se produit avec la participation de l'eau. Elle se produit sous l'action d'enzymes dans le tube digestif des animaux multicellulaires, dans les vacuoles digestives des animaux unicellulaires et au niveau cellulaire dans les lysosomes. Réactions de l'étape préparatoire :

protéines + H 2 0 -> acides aminés + Q ;

graisses + H 2 0 -> glycérol + acides gras supérieurs + Q ;

polysaccharides -> glucose +Q.

Chez les mammifères et les humains, les protéines sont décomposées en acides aminés dans l'estomac et le duodénum sous l'action d'enzymes - peptides hydrolases (pepsine, trypsine, chimiotrypsine). La dégradation des polysaccharides commence dans la cavité buccale sous l'action de l'enzyme ptyaline, puis se poursuit dans le duodénum sous l'action de l'amylase. Les graisses y sont également décomposées par l'action de la lipase. Toute l’énergie libérée dans ce cas est dissipée sous forme de chaleur. Les substances de faible poids moléculaire qui en résultent pénètrent dans le sang et sont délivrées à tous les organes et cellules. Dans les cellules, ils pénètrent dans le lysosome ou directement dans le cytoplasme. Si le clivage se produit au niveau cellulaire dans les lysosomes, la substance pénètre immédiatement dans le cytoplasme. À ce stade, les substances sont préparées pour la dégradation intracellulaire.

Seconde phase- oxydation sans oxygène. La deuxième étape est réalisée au niveau cellulaire en l'absence d'oxygène. Cela se produit dans le cytoplasme de la cellule. Considérons la dégradation du glucose comme l'une des substances métaboliques clés de la cellule. Toutes les autres substances organiques (acides gras, glycérol, acides aminés) sont entraînées dans les processus de transformation à différentes étapes. La dégradation du glucose sans oxygène est appelée glycolyse. Le glucose subit une série de transformations successives (Fig. 16). Tout d’abord, il est converti en fructose, phosphorylé – activé par deux molécules d’ATP et converti en fructose diphosphate. Ensuite, la molécule de glucides à six carbones se décompose en deux composés à trois carbones : deux molécules de glycérophosphate (triose). Après une série de réactions, ils sont oxydés, perdant chacun deux atomes d'hydrogène et se transforment en deux molécules d'acide pyruvique (PVA). À la suite de ces réactions, quatre molécules d'ATP sont synthétisées. Puisque deux molécules d’ATP ont été initialement dépensées pour activer le glucose, le résultat total est de 2 ATP. Ainsi, l'énergie libérée lors de la dégradation du glucose est en partie stockée dans deux molécules d'ATP, et en partie consommée sous forme de chaleur. Les quatre atomes d'hydrogène éliminés lors de l'oxydation du glycérophosphate se combinent avec le porteur d'hydrogène NAD+ (nicotinamide dinucléotide phosphate). C'est le même transporteur d'hydrogène que le NADP+, mais il est impliqué dans les réactions du métabolisme énergétique.

Schéma généralisé des réactions de glycolyse :

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + - > 2C 3 H 4 0 3 + 2NAD 2H

2ADF - > 2ATP

Les molécules NAD2H réduites pénètrent dans les mitochondries, où elles sont oxydées, libérant de l'hydrogène. Selon le type de cellule, de tissu ou d'organisme, l'acide pyruvique dans un environnement sans oxygène peut être ensuite converti en acide lactique, alcool éthylique, acide butyrique ou autre acide organique. substances. Dans les organismes anaérobies, ces processus sont appelés fermentation.

Fermentation lactique :

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 + 2NAD 2H<=>2C 3 H 6 0 3 + 2NAD +

Glucose PVC acide lactique

Fermentation alcoolique :

C 6 H 12 0 6 + 2NAD + -> 2C 3 H 4 0 3 + 2NAD 2H<=>2C 2 H 5 OH + 2C0 2 + 2NAD +

Glucose PVC alcool éthylique

La troisième étape est l'oxydation biologique, ou respiration. Cette étape se produit uniquement en présence d'oxygène et est autrement appelée oxygène. Cela se produit dans les mitochondries. L'acide pyruvique du cytoplasme pénètre dans les mitochondries, où il perd une molécule de dioxyde de carbone et se transforme en acide acétique, se combinant avec l'activateur et porteur coenzyme-A. L'acétyl-CoA résultant entre ensuite dans une série de réactions cycliques. Les produits de décomposition sans oxygène - acide lactique, alcool éthylique - subissent également des modifications et subissent une oxydation avec l'oxygène. L'acide lactique est transformé en acide pyruvique s'il se forme en raison d'un manque d'oxygène dans les tissus animaux. L'alcool éthylique est oxydé en acide acétique et se lie au CoA. Les réactions cycliques dans lesquelles l'acide acétique est converti sont appelées cycle des acides di- et tricarboxyliques, ou Cycle de Krebs, nommé d'après le scientifique qui a décrit pour la première fois ces réactions. À la suite d'une série de réactions séquentielles, une décarboxylation se produit - l'élimination du dioxyde de carbone et une oxydation - l'élimination de l'hydrogène des substances résultantes. Le dioxyde de carbone, formé lors de la décarboxylation du PVC et dans le cycle de Krebs, est libéré par les mitochondries, puis par la cellule et le corps lors de la respiration. Ainsi, le dioxyde de carbone se forme directement lors de la décarboxylation des substances organiques. Tout l'hydrogène éliminé des substances intermédiaires se combine avec le transporteur NAD + et NAD 2H se forme. Lors de la photosynthèse, le dioxyde de carbone se combine avec des substances intermédiaires et est réduit avec l'hydrogène. Ici, le processus est inversé.

L’équation générale de la décarboxylation et de l’oxydation du PVC est la suivante :

2C 3 H 4 0 3 + 6H 2 0 + 10NAD + -> 6C0 2 + 10NAD N.

Traçons maintenant le parcours des molécules NAD 2H. Ils arrivent aux crêtes des mitochondries, où se situe la chaîne respiratoire des enzymes. Sur cette chaîne, l'hydrogène est extrait du porteur avec l'élimination simultanée des électrons. Chaque molécule de NAD 2H réduit donne deux hydrogènes et deux électrons. L'énergie des électrons retirés est très élevée. Ils entrent dans la chaîne respiratoire des enzymes, constituée de protéines - les cytochromes. En parcourant ce système en cascade, l’électron perd de l’énergie. Grâce à cette énergie, les molécules d'ATP sont synthétisées en présence de l'enzyme ATPase. Simultanément à ces processus, les ions hydrogène sont pompés à travers la membrane vers son côté extérieur. Au cours du processus d'oxydation de 12 molécules de NAD-2H, qui se sont formées lors de la glycolyse (2 molécules) et à la suite de réactions dans le cycle de Krebs (10 molécules), 36 molécules d'ATP sont synthétisées. La synthèse des molécules d'ATP associée au processus d'oxydation de l'hydrogène est appelée la phosphorylation oxydative. Le dernier accepteur d’électrons est la molécule d’oxygène qui pénètre dans les mitochondries pendant la respiration. Les atomes d'oxygène à l'extérieur de la membrane acceptent les électrons et se chargent négativement. Les ions hydrogène positifs se combinent avec l’oxygène chargé négativement pour former des molécules d’eau. Rappelons que l'oxygène atmosphérique se forme à la suite de la photosynthèse lors de la photolyse des molécules d'eau et que l'hydrogène est utilisé pour réduire le dioxyde de carbone. Au cours du processus d’échange d’énergie, l’hydrogène et l’oxygène sont recombinés et convertis en eau.

Réaction généralisée de l’étape d’oxydation à l’oxygène :

2C 3 H 4 0 3 + 4H + 60 2 -> 6C0 2 + 6H 2 0;

36ADP -> 36ATP.

Ainsi, le rendement en molécules d'ATP lors de l'oxydation avec l'oxygène est 18 fois supérieur à celui lors de l'oxydation sans oxygène.

L'équation globale de l'oxydation du glucose en deux étapes :

С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + E->Q(chaud).

38ADP -> 38ATP

Ainsi, lors de la dégradation du glucose en deux étapes, un total de 38 molécules d'ATP se forment, dont la majeure partie - 36 molécules - lors de l'oxydation de l'oxygène. Ce gain d'énergie assurait le développement préférentiel des organismes aérobies par rapport aux organismes anaérobies.

21. Cycle cellulaire mitotique. Caractéristiques des périodes. Mitose, sa signification biologique. Amitose.

Sous cycle (de vie) cellulaire comprendre l'existence d'une cellule à partir du moment où elle apparaît à la suite d'une division jusqu'à une autre division ou jusqu'à la mort de la cellule.

Un concept proche est le cycle mitotique.

Cycle mitotique- c'est l'activité vitale de la cellule de division en division suivante.

Il s'agit d'un complexe de phénomènes interdépendants et coordonnés pendant la division cellulaire, ainsi qu'avant et après celle-ci. Cycle mitotique- il s'agit d'un ensemble de processus se produisant dans une cellule d'une division à l'autre et se terminant par la formation de deux cellules de la génération suivante. De plus, la notion de cycle de vie inclut également la période pendant laquelle la cellule remplit ses fonctions et les périodes de repos. À l’heure actuelle, le devenir cellulaire est incertain : la cellule peut commencer à se diviser (entrer en mitose) ou commencer à se préparer à remplir des fonctions spécifiques.

Principales étapes de la mitose.

1. Reduplication (auto-duplication) de l'information génétique de la cellule mère et sa répartition uniforme entre les cellules filles. Cela s'accompagne de changements dans la structure et la morphologie des chromosomes, dans lesquels sont concentrées plus de 90 % des informations d'une cellule eucaryote.

2. Le cycle mitotique se compose de quatre périodes consécutives : G1 présynthétique (ou postmitotique), S synthétique, G2 postsynthétique (ou prémitotique) et la mitose elle-même. Ils constituent l'interphase autocatalytique (période préparatoire).

Phases du cycle cellulaire :

1) présynthétique (G1) (2n2c, où n est le nombre de chromosomes, c est le nombre de molécules). Se produit immédiatement après la division cellulaire. La synthèse de l'ADN n'a pas encore eu lieu. La cellule croît activement en taille, stockant les substances nécessaires à la division : protéines (histones, protéines structurelles, enzymes), ARN, molécules d'ATP. La division des mitochondries et des chloroplastes (c'est-à-dire les structures capables de s'auto-reproduire) se produit. Les caractéristiques organisationnelles de la cellule d'interphase sont restaurées après la division précédente ;

2) synthétique (S) (2n4c). Le matériel génétique est dupliqué par la réplication de l'ADN. Cela se produit de manière semi-conservatrice, lorsque la double hélice de la molécule d'ADN diverge en deux chaînes et qu'une chaîne complémentaire est synthétisée sur chacune d'elles.

Le résultat est deux doubles hélices d’ADN identiques, chacune constituée d’un nouveau et d’un ancien brin d’ADN. La quantité de matériel héréditaire double. De plus, la synthèse d’ARN et de protéines se poursuit. De plus, une petite partie de l'ADN mitochondrial subit une réplication (la majeure partie est répliquée au cours de la période G2) ;

3) postsynthétique (G2) (2n4c). L'ADN n'est plus synthétisé, mais les défauts constatés lors de sa synthèse en période S sont corrigés (réparation). L'énergie et les nutriments sont également accumulés et la synthèse d'ARN et de protéines (principalement nucléaires) se poursuit.

S et G2 sont directement liés à la mitose, ils sont donc parfois séparés en une période distincte - la préprophase.

Après cela, la mitose proprement dite se produit, qui se compose de quatre phases. Le processus de division comprend plusieurs phases successives et constitue un cycle. Sa durée varie et varie de 10 à 50 heures dans la plupart des cellules. Dans les cellules du corps humain, la durée de la mitose elle-même est de 1 à 1,5 heures, la période d'interphase G2 est de 2 à 3 heures, la période d'interphase S est de 6 à 10 heures. heures .

Étapes de la mitose.

Le processus de mitose est généralement divisé en quatre phases principales : prophase, métaphase, anaphase Et télophase. Comme il est continu, le changement de phase s'effectue en douceur - l'une passe imperceptiblement dans l'autre.

En prophase Le volume du noyau augmente et, en raison de la spiralisation de la chromatine, des chromosomes se forment. À la fin de la prophase, il est clair que chaque chromosome est constitué de deux chromatides. Les nucléoles et la membrane nucléaire se dissolvent progressivement et les chromosomes apparaissent aléatoirement dans le cytoplasme de la cellule. Les centrioles divergent vers les pôles de la cellule. Un fuseau de fission de l'achromatine se forme, dont certains fils vont de pôle en pôle, et d'autres sont attachés aux centromères des chromosomes. Le contenu du matériel génétique de la cellule reste inchangé (2n4c).

En métaphase les chromosomes atteignent leur spiralisation maximale et sont disposés de manière ordonnée à l'équateur de la cellule, ils sont donc comptés et étudiés pendant cette période. Le contenu du matériel génétique ne change pas (2n4c).

En anaphase chaque chromosome se « divise » en deux chromatides, qui sont désormais appelées chromosomes filles. Les brins du fuseau attachés aux centromères se contractent et tirent les chromatides (chromosomes filles) vers les pôles opposés de la cellule. Le contenu du matériel génétique de la cellule à chaque pôle est représenté par un ensemble diploïde de chromosomes, mais chaque chromosome contient une chromatide (4n4c).

En télophase Les chromosomes situés aux pôles déspirent et deviennent peu visibles. Autour des chromosomes à chaque pôle, une membrane nucléaire est formée à partir des structures membranaires du cytoplasme et des nucléoles se forment dans les noyaux. Le fuseau de fission est détruit. En même temps, le cytoplasme se divise. Les cellules filles possèdent un ensemble diploïde de chromosomes, chacun constitué d'une chromatide (2n2c).

Les processus de métabolisme plastique et énergétique sont inextricablement liés. Tous les processus synthétiques (anabolisants) nécessitent de l’énergie fournie par des réactions de dissimilation. Les réactions de dégradation elles-mêmes (catabolisme) ne se produisent qu'avec la participation d'enzymes synthétisées lors du processus d'assimilation.

Le rôle du PTF dans le métabolisme

L'énergie libérée lors de la dégradation de la matière organique n'est pas immédiatement utilisée par la cellule, mais est stockée sous forme de composés à haute énergie, généralement sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). De par sa nature chimique, l'ATP est un mononucléotide.

ATP (acide adénosine triphosphorique)- un mononucléotide constitué d'adénine, de ribose et de trois résidus d'acide phosphorique, reliés entre eux par des liaisons à haute énergie.

Ces liaisons stockent de l’énergie, qui est libérée lorsqu’elles sont rompues :
ATP + H 2 O → ADP + H 3 PO 4 + Q 1
ADP + H 2 O → AMP + H 3 PO 4 + Q 2
AMP + H 2 O → adénine + ribose + H 3 PO 4 + Q 3,
où ATP est l'acide adénosine triphosphorique ; ADP - acide adénosine diphosphorique ; AMP - acide adénosine monophosphorique ; Q 1 = Q 2 = 30,6 kJ ; Q 3 = 13,8 kJ.
L’apport d’ATP dans la cellule est limité et est reconstitué grâce au processus de phosphorylation. Phosphorylation- ajout d'un résidu acide phosphorique à l'ADP (ADP + P → ATP). Cela se produit à des rythmes variables au cours de la respiration, de la fermentation et de la photosynthèse. L'ATP se renouvelle extrêmement rapidement (chez l'homme, la durée de vie d'une molécule d'ATP est inférieure à 1 minute).
L'énergie accumulée dans les molécules d'ATP est utilisée par l'organisme dans des réactions anabolisantes (réactions de biosynthèse). La molécule ATP est un stockeur et un transporteur universel d'énergie pour tous les êtres vivants.

Le métabolisme énergétique

L'énergie nécessaire à la vie est obtenue par la plupart des organismes à la suite de processus d'oxydation de substances organiques, c'est-à-dire de réactions cataboliques. Le composé le plus important qui agit comme carburant est le glucose.
En ce qui concerne l'oxygène libre, les organismes sont divisés en trois groupes.

Classification des organismes par rapport à l'oxygène libre

Chez les aérobies obligatoires et les anaérobies facultatifs, en présence d'oxygène, le catabolisme se déroule en trois étapes : préparatoire, sans oxygène et oxygène. En conséquence, les substances organiques se décomposent en composés inorganiques. Chez les anaérobies obligatoires et les anaérobies facultatifs, en cas de manque d'oxygène, le catabolisme se produit dans les deux premières étapes : préparatoire et sans oxygène. Il en résulte la formation de composés organiques intermédiaires, encore riches en énergie.

Étapes du catabolisme

1. La première étape est préparatoire- consiste en la décomposition enzymatique de composés organiques complexes en composés plus simples. Les protéines sont décomposées en acides aminés, les graisses en glycérol et acides gras, les polysaccharides en monosaccharides, les acides nucléiques en nucléotides. Chez les organismes multicellulaires, cela se produit dans le tractus gastro-intestinal ; chez les organismes unicellulaires, dans les lysosomes sous l'influence d'enzymes hydrolytiques. L’énergie libérée lors de ce processus est dissipée sous forme de chaleur. Les composés organiques résultants subissent une oxydation supplémentaire ou sont utilisés par la cellule pour synthétiser ses propres composés organiques.
2. Deuxième étape - oxydation incomplète (sans oxygène)- consiste en la dégradation ultérieure des substances organiques, réalisée dans le cytoplasme de la cellule sans la participation de l'oxygène. La principale source d’énergie de la cellule est le glucose. L’oxydation incomplète et sans oxygène du glucose est appelée glycolyse. À la suite de la glycolyse d'une molécule de glucose, deux molécules d'acide pyruvique (PVA, pyruvate) CH 3 COCOOH, ATP et eau se forment, ainsi que des atomes d'hydrogène, qui sont liés par la molécule porteuse NAD + et stockés sous la forme du NADH.
La formule totale de la glycolyse est la suivante :
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 O 3 + 2H 2 O + 2ATP + 2NAD H.
Plus loin en l'absence d'oxygène dans l'environnement Les produits de glycolyse (PVC et NADH) sont transformés soit en alcool éthylique - fermentation alcoolique(dans les levures et les cellules végétales en cas de manque d'oxygène)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 FILS + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
ou en acide lactique - fermentation lactique (dans des cellules animales en manque d'oxygène)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
En présence d'oxygène dans l'environnement les produits de la glycolyse subissent une décomposition supplémentaire en produits finaux.
3. La troisième étape est l’oxydation complète (respiration)- consiste en l'oxydation du PVC en dioxyde de carbone et en eau, réalisée dans les mitochondries avec la participation obligatoire d'oxygène.
Il se compose de trois étapes :
A) formation d'acétylcoenzyme A ;
B) oxydation de l'acétylcoenzyme A dans le cycle de Krebs ;
B) phosphorylation oxydative dans la chaîne de transport d'électrons.

A. Au premier stade, le PVC est transféré du cytoplasme aux mitochondries, où il interagit avec les enzymes matricielles et forme 1) du dioxyde de carbone, qui est éliminé de la cellule ; 2) les atomes d'hydrogène, qui sont délivrés par des molécules porteuses à la membrane interne de la mitochondrie ; 3) acétylcoenzyme A (acétyl-CoA).
B. Lors de la deuxième étape, l'acétylcoenzyme A est oxydée dans le cycle de Krebs. Le cycle de Krebs (cycle de l'acide tricarboxylique, cycle de l'acide citrique) est une chaîne de réactions séquentielles au cours desquelles une molécule d'acétyl-CoA produit 1) deux molécules de dioxyde de carbone, 2) une molécule d'ATP et 3) quatre paires d'atomes d'hydrogène transférés à les molécules - transporteurs - NAD et FAD. Ainsi, à la suite de la glycolyse et du cycle de Krebs, la molécule de glucose est divisée en CO 2, et l'énergie libérée dans ce cas est dépensée pour la synthèse de 4 ATP et s'accumule en 10 NADH et 4 FADH 2.
B. Dans la troisième étape, les atomes d'hydrogène avec NADH et FADH 2 sont oxydés par l'oxygène moléculaire O 2 pour former de l'eau. Un NADH est capable de former 3 ATP et un FADH est capable de former 2 à 2 ATP. Ainsi, l'énergie libérée dans ce cas est stockée sous la forme de 34 ATP supplémentaires.
Ce processus se déroule comme suit. Les atomes d'hydrogène sont concentrés près de l'extérieur de la membrane mitochondriale interne. Ils perdent des électrons, qui sont transférés via une chaîne de molécules porteuses (cytochromes) de la chaîne de transport d'électrons (ETC) vers la face interne de la membrane interne, où ils se combinent avec des molécules d'oxygène :
O 2 + e - → O 2 - .
En raison de l'activité des enzymes dans la chaîne de transport d'électrons, la membrane mitochondriale interne est chargée négativement de l'intérieur (en raison de O 2 -) et positivement de l'extérieur (en raison de H +), de sorte qu'une différence de potentiel est créé entre ses surfaces. Les molécules de l'enzyme ATP synthétase, qui possèdent un canal ionique, sont construites dans la membrane interne des mitochondries. Lorsque la différence de potentiel à travers la membrane atteint un niveau critique, les particules H + chargées positivement commencent à être poussées à travers le canal ATPase par la force du champ électrique et, une fois sur la surface interne de la membrane, interagissent avec l'oxygène, formant de l'eau :
1/2O 2 - +2H + → H 2 O.
L'énergie des ions hydrogène H + transportés à travers le canal ionique de la membrane mitochondriale interne est utilisée pour phosphoryler l'ADP en ATP :
ADP + P → ATP.
Cette formation d'ATP dans les mitochondries avec la participation de l'oxygène est appelée phosphorylation oxydative.
L'équation globale de la dégradation du glucose pendant la respiration cellulaire est la suivante :
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38H 3 PO 4 + 38ADP → 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP.
Ainsi, lors de la glycolyse, 2 molécules d'ATP se forment, lors de la respiration cellulaire - 36 autres molécules d'ATP, au total, avec oxydation complète du glucose - 38 molécules d'ATP.

Échange de plastique

Le métabolisme plastique, ou assimilation, est un ensemble de réactions qui assurent la synthèse de composés organiques complexes à partir de composés plus simples (photosynthèse, chimiosynthèse, biosynthèse de protéines, etc.).

Les organismes hétérotrophes construisent leur propre matière organique à partir de composants alimentaires biologiques. L'assimilation hétérotrophe se réduit essentiellement au réarrangement de molécules :
substances alimentaires biologiques (protéines, graisses, glucides) → molécules organiques simples (acides aminés, acides gras, monosaccharides) → macromolécules corporelles (protéines, graisses, glucides).
Les organismes autotrophes sont capables de synthétiser de manière totalement indépendante des substances organiques à partir de molécules inorganiques consommées dans l'environnement extérieur. Au cours du processus de photo- et de chimiosynthèse, des composés organiques simples se forment, à partir desquels des macromolécules sont ensuite synthétisées :
substances inorganiques (CO 2, H 2 O) → molécules organiques simples (acides aminés, acides gras, monosaccharides) → macromolécules de l'organisme (protéines, graisses, glucides).

Photosynthèse

Photosynthèse- synthèse de composés organiques à partir de composés inorganiques en utilisant l'énergie lumineuse. L’équation globale de la photosynthèse est la suivante :

La photosynthèse se produit avec la participation pigments photosynthétiques, qui ont la propriété unique de convertir l’énergie du soleil en énergie de liaison chimique sous forme d’ATP. Les pigments photosynthétiques sont des substances semblables à des protéines. Le pigment le plus important est la chlorophylle. Chez les eucaryotes, les pigments photosynthétiques sont incrustés dans la membrane interne des plastes ; chez les procaryotes, ils sont incrustés dans les invaginations de la membrane cytoplasmique.
La structure du chloroplaste est très similaire à celle de la mitochondrie. La membrane interne des grana thylakoïdes contient des pigments photosynthétiques, ainsi que des protéines de la chaîne de transport d'électrons et des molécules d'enzyme ATP synthétase.
Le processus de photosynthèse se compose de deux phases : claire et sombre.
1. Phase lumineuse de la photosynthèse se produit uniquement à la lumière dans la membrane des grana thylakoïdes.
Cela inclut l’absorption des quanta de lumière par la chlorophylle, la formation d’une molécule d’ATP et la photolyse de l’eau.
Sous l'influence d'un quantum de lumière (hv), la chlorophylle perd des électrons, passant dans un état excité :

Ces électrons sont transférés par des porteurs vers la surface externe de la membrane thylakoïde, c'est-à-dire face à la matrice, où ils s'accumulent.
Parallèlement, la photolyse de l'eau se produit à l'intérieur des thylakoïdes, c'est-à-dire sa décomposition sous l'influence de la lumière :

Les électrons résultants sont transférés par les porteurs aux molécules de chlorophylle et les réduisent. Les molécules de chlorophylle reviennent à un état stable.
Les protons d'hydrogène formés lors de la photolyse de l'eau s'accumulent à l'intérieur du thylakoïde, créant un réservoir H+. En conséquence, la surface interne de la membrane thylakoïde est chargée positivement (en raison de H +) et la surface externe est chargée négativement (en raison de e -). À mesure que les particules de charges opposées s’accumulent des deux côtés de la membrane, la différence de potentiel augmente. Lorsque la différence de potentiel atteint une valeur critique, la force du champ électrique commence à pousser les protons à travers le canal de l'ATP synthétase. L'énergie libérée dans ce cas est utilisée pour phosphoryler les molécules d'ADP :
ADP + P → ATP.

La formation d'ATP lors de la photosynthèse sous l'influence de l'énergie lumineuse est appelée photophosphorylation.
Les ions hydrogène, une fois sur la surface externe de la membrane thylakoïde, y rencontrent des électrons et forment de l'hydrogène atomique, qui se lie à la molécule porteuse d'hydrogène NADP (nicotinamide adénine dinucléotide phosphate) :
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Ainsi, lors de la phase lumineuse de la photosynthèse, trois processus se produisent : la formation d'oxygène due à la décomposition de l'eau, la synthèse d'ATP et la formation d'atomes d'hydrogène sous forme de NADPH 2. L'oxygène se diffuse dans l'atmosphère et l'ATP et le NADPH 2 participent aux processus de la phase sombre.
2. Phase sombre de la photosynthèse se produit dans la matrice chloroplastique à la fois à la lumière et dans l'obscurité et représente une série de transformations séquentielles du CO 2 provenant de l'air dans le cycle de Calvin. Les réactions en phase sombre sont réalisées en utilisant l’énergie de l’ATP. Dans le cycle de Calvin, le CO 2 se combine à l'hydrogène du NADPH 2 pour former du glucose.
Au cours du processus de photosynthèse, en plus des monosaccharides (glucose, etc.), des monomères d'autres composés organiques sont synthétisés - acides aminés, glycérol et acides gras. Ainsi, grâce à la photosynthèse, les plantes se fournissent, ainsi qu'à tous les êtres vivants sur Terre, les substances organiques et l'oxygène nécessaires.
Les caractéristiques comparatives de la photosynthèse et de la respiration des eucaryotes sont présentées dans le tableau.

Caractéristiques comparatives de la photosynthèse et de la respiration des eucaryotes

Les informations génétiques dans tous les organismes sont stockées sous la forme d'une séquence spécifique de nucléotides d'ADN (ou d'ARN dans les virus à ARN). Les procaryotes contiennent des informations génétiques sous la forme d'une seule molécule d'ADN. Dans les cellules eucaryotes, le matériel génétique est distribué en plusieurs molécules d’ADN organisées en chromosomes.
L’ADN est constitué de régions codantes et non codantes. Les régions codantes codent pour l’ARN. Les régions non codantes de l’ADN fonctionnent de construction fonction, permettant à des sections de matériel génétique d'être conditionnées d'une manière particulière, ou réglementaire fonctionner en participant à l’inclusion des gènes qui dirigent la synthèse des protéines.
Les régions codantes de l’ADN sont des gènes. Gène - une section d'une molécule d'ADN codant pour la synthèse d'un ARNm (et, par conséquent, d'un polypeptide), d'un ARNr ou d'un ARNt.
La région du chromosome où se trouve le gène est appelée lieu . L'ensemble des gènes du noyau cellulaire est génotype , un ensemble de gènes d'un ensemble haploïde de chromosomes - génome , un ensemble de gènes d'ADN extranucléaire (mitochondries, plastes, cytoplasme) - plasmon .
La mise en œuvre des informations enregistrées dans les gènes grâce à la synthèse des protéines est appelée expression (manifestation) de gènes. L'information génétique est stockée sous la forme d'une séquence spécifique de nucléotides d'ADN et est réalisée sous la forme d'une séquence d'acides aminés dans une protéine. L'ARN agit comme intermédiaire et porteur d'informations. C'est-à-dire que la mise en œuvre de l'information génétique se produit comme suit :
ADN → ARN → protéine.
Ce processus se déroule en deux étapes :
1) transcriptions ;
2) diffusion.

Transcription(de lat. transcription- réécriture) - synthèse d'ARN en utilisant l'ADN comme matrice. En conséquence, des ARNm, des ARNt et des ARNr se forment. Le processus de transcription nécessite beaucoup d’énergie sous forme d’ATP et est réalisé par l’enzyme ARN polymérase.

Dans le même temps, ce n’est pas la totalité de la molécule d’ADN qui est transcrite, mais seulement ses segments individuels. Un tel segment ( transcription) commence promoteur- une section d'ADN où se fixe l'ARN polymérase et où commence et se termine la transcription terminateur- une coupe d'ADN contenant un signal de fin de transcription. La transcription est un gène du point de vue de la biologie moléculaire.
La transcription, comme la réplication, repose sur la capacité des bases azotées des nucléotides à se lier de manière complémentaire. Lors de la transcription, le double brin d'ADN est rompu et la synthèse de l'ARN s'effectue le long d'un brin d'ADN.

Au cours du processus de transcription, la séquence de nucléotides d'ADN est copiée sur la molécule d'ARNm synthétisée, qui agit comme une matrice dans le processus de biosynthèse des protéines.
Les gènes procaryotes sont constitués uniquement de séquences nucléotidiques codantes.

Les gènes eucaryotes consistent en un codage alterné ( exons) et non codant ( introns) parcelles.

Après la transcription, des parties de l'ARNm correspondant aux introns sont éliminées lors de l'épissage, qui fait partie intégrante du traitement.

Traitement- le processus de formation d'ARNm mature à partir de son précurseur pré-ARNm. Il comprend deux événements principaux. 1. Attacher de courtes séquences de nucléotides aux extrémités de l'ARNm, indiquant le début et la fin de la traduction. Épissage- suppression des séquences d'ARNm non informatives correspondant aux introns d'ADN. À la suite de l'épissage, le poids moléculaire de l'ARNm diminue de 10 fois. Diffuser(de lat. traduction- traduction) - synthèse d'une chaîne polypeptidique utilisant l'ARNm comme matrice.

Les trois types d'ARN sont impliqués dans la traduction : l'ARNm est la matrice d'information ; Les ARNt délivrent des acides aminés et reconnaissent les codons ; L'ARNr et les protéines forment des ribosomes qui contiennent l'ARNm, l'ARNt et les protéines et réalisent la synthèse de la chaîne polypeptidique.

Scènes de diffusion

Réactions de synthèse matricielle. Les réactions de synthèse matricielle comprennent

• auto-duplication de l'ADN (réplication);
• formation d'ARNm, d'ARNt et d'ARNr sur une molécule d'ADN (transcription) ;
• biosynthèse des protéines en ARNm (traduction).

Le point commun de toutes ces réactions est qu’une molécule d’ADN dans un cas ou une molécule d’ARNm dans un autre agit comme une matrice sur laquelle se forment des molécules identiques. Les réactions de synthèse matricielle sont à la base de la capacité des organismes vivants à se reproduire.
Régulation de l'expression des gènes. Le corps d’un organisme multicellulaire est composé de divers types de cellules. Ils diffèrent par leur structure et leur fonction, c'est-à-dire qu'ils sont différenciés. Les différences se manifestent par le fait qu'en plus des protéines nécessaires à toute cellule du corps, les cellules de chaque type synthétisent également des protéines spécialisées : la kératine se forme dans l'épiderme, l'hémoglobine se forme dans les érythrocytes, etc. une modification dans l'ensemble des gènes exprimés et ne s'accompagne d'aucun changement irréversible dans la structure des séquences d'ADN elles-mêmes.

Option 1

1 . Quel est le nom de la première étape de la biosynthèse des protéines ?

1) traduction 2) transcription

3) mutation4) codage

2. Où se produit la formation directe du poly ?chaîne de mesure des protéines ?

1) au cœur2) au centre cellulaire

3) dans le complexe de Golgi4) dans les ribosomes

3 Quel est le nom du produit primaire de la photosynthèse ?
1) amidon2) cellulose
3) glucose 4) saccharose

4. Quel est le processus de photolyse (photooxydeLénia) ?

1) division d'une molécule d'eau lors de la photosynthèse

2) synthèse des molécules d'eau lors de la photosynthèse

3) libération de molécules d'eau lors de la photosynthèse

4) absorption des molécules d'eau lors de la photosynthèse

5.
dans le chloroplaste. Laquelle des substances suivantes correspond au numéro 2 de ce schéma ?

1) glucose

2) l'eau

3) dioxyde de carbone

4) oxygène

6 .La formule de quelle substance doit être écrite dans l’espace vide du diagramme de réaction chimique ?

AVEC 6 N 12 À PROPOS 6 + 6O 2 = … + 6H 2 À PROPOS

1) monoxyde de carbone

2) dioxyde de carbone

3) oxygène

4) chlorophylle

7.

Processus

ARNm

Transfert d'informations vers les ribosomes

1) ARNt

2) ADN

3)ATP

4) SPE

8. Quelle molécule organique peut être considérée comme un analogue de la matrice d'impression d'un livre ?

1) molécule d'hémoglobine

2)ATP

3) ADN

4) molécule d'amidon

9. Les affirmations suivantes concernant la photosynthèse sont-elles correctes ?

UN. La photosynthèse n’est importante que pour les plantes.

B. La photosynthèse est la source de matière organique pour tous les organismes vivants.

2) seul B est correct

3) les deux jugements sont corrects

4) les deux jugements sont incorrects

10 .Quels sont les signes de la biosynthèse des protéines dans une cellule ? Choisissez trois bonnes réponses sur six et notez les numéros sous lesquels elles sont indiquées.

1) L'énergie lumineuse est utilisée pour mener à bien le processus.

2) Le processus se déroule en présence d'enzymes.

3) Le rôle central dans le processus appartient aux molécules d’ARN.

4) Le processus s'accompagne de la synthèse d'ATP.

5) Les acides aminés servent de monomères pour former des molécules.

6) Les molécules de protéines sont assemblées dans les lysosomes.

11. Insérez dans le texte « Phase légère de la photosynthèse » les termes manquants de la liste proposée, en utilisant des notations numériques. Notez les numéros des réponses sélectionnées dans le texte, puis entrez la séquence de chiffres résultante (selon le texte) dans le tableau ci-dessous.

PHASE LÉGÈRE DE LA PHOTOSYNTHÈSE

Il est désormais établi que la photosynthèse se déroule en deux phases : la lumière et __________ (A). Dans la phase lumineuse, grâce à l'énergie solaire, l'excitation des molécules __________ (B) et la synthèse des molécules __________ (C) se produisent. Simultanément à cette réaction, l'eau se décompose sous l'influence de la lumière, libérant du __________ libre (G). Ce processus est appelé photolyse.

ADN

2)

sombre

3)

oxygène

4)

ATP

5)

crépuscule

6)

hémoglobine

7)

chlorophylle

8)

gaz carbonique

12. Associez le champignon à son type de nutrition. Pour ce faire, sélectionnez une position dans la deuxième colonne pour chaque élément de la première colonne. Entrez les numéros des réponses sélectionnées dans le tableau.

B)

pénicillium

DANS)

levure

G)

champignon de l'amadou jaune soufre

D)

champignon de la rouille des céréales

E)

oïdium de la groseille à maquereau

2)

13. Étudiez le graphique de la dépendance de la vitesse d'une réaction chimique dans un organisme vivant à la température (le long de l'axeX la température corporelle est tracée (en °C), et le long de l'axeà – taux relatif de réaction chimique (en unités arbitraires)).

Laquelle des descriptions suivantes caractérise le plus précisément cette dépendance dans la plage de température spécifiée ? La vitesse d'une réaction chimique dans un organisme vivant avec une augmentation de la température comprise entre 39 et 43 ° C

2) diminue fortement tout au long de l'intervalle

3) grandit, atteignant sa valeur maximale

4) fluctue autour des valeurs moyennes

Biosynthèse de protéines dans une cellule vivante. Biosynthèse des glucides - photosynthèse

Option 2

1. Où a lieu la copie des informations génétiques ?La fusion de l'ADN ?

1) dans le cytoplasme2) à l'extérieur de la cage

3) au cœur4) dans la membrane

2 . Comment s’appelle le processus de lecture de la génétique de l’ARNm ?des informations chimiques ?

1) transcription 2) traduction

3) synthèse4) copier

3 . Quelle énergie est utilisée dans les réactions lumineuses ?à la synthèse ?

1) énergie interne de la cellule

2) énergie libérée par la cellule lors du catabolisme

3) énergie aérienne

4) l'énergie du soleil

4. Comment s’appelle l’espace intramembranaire ?Du Roplast, rempli d'une substance gélatineuse ?
1) polysome 3) grana
2) stroma 4) thylakoïde

5. La formule de quelle substance doit être écrite dans l’espace vide du diagramme de réaction chimique ?

6СО 2 + 6H 2 O =… + 6O 2

1) hémoglobine

2) ADN

3) glucose

4) chlorophylle

6. Étudiez le diagramme montrant le processus de photosynthèse en cours
dans le chloroplaste. Laquelle des substances suivantes correspond au chiffre 3 ?
sur ce schéma ?

2) dioxyde de carbone

3) oxygène

4) glucose

7. Une imprimante connectée à un ordinateur peut être considérée comme un analogue de quelle structure cellulaire ?

2) ribosomes

3) mitochondrie

4) Complexe de Golgi

8. Les jugements suivants sur les processus vitaux des plantes sont-ils corrects ?

UN. La fonction principale de la photosynthèse est la production d'oxygène.

DANS. La fonction principale de la respiration cellulaire est l'absorption de l'oxygène.

2) seul B est correct

3) les deux affirmations sont vraies

4) les deux affirmations sont incorrectes

9. Dans le tableau ci-dessous, il existe une relation entre les positions des première et deuxième colonnes.

Processus

ARNt

Transfert d'acides aminés vers le site d'assemblage

ARNm

Quel concept faut-il inscrire dans l'espace vide de ce tableau ?

2) fournir de l’énergie aux cellules

3) formation de ribosomes dans la cellule

4) régulation de la croissance et de la division cellulaire

10. Que se passe-t-il lors du processus de photosynthèse ? Choisissez trois bonnes réponses sur six et notez les numéros sous lesquels elles sont indiquées.

1) division des molécules d'eau

2) formation de glucose

3) absorption de l'énergie lumineuse par les molécules de chlorophylle

4) formation de protéines

5) absorption d'oxygène

6) libération de dioxyde de carbone

11. Insérez les termes manquants de la liste proposée dans le texte « Biosynthèse des protéines », en utilisant des notations numériques. Notez les numéros des réponses sélectionnées dans le texte, puis entrez la séquence de chiffres résultante (selon le texte) dans le tableau ci-dessous.

5)

gène

6)

ribosome

7)

Complexe de Golgi

8)

phénotype

12. Étudiez le graphique montrant la dépendance de la vitesse de réaction catalysée par une enzyme sur la température (le long de l'axeX la température du corps humain est tracée, et sur l'axeà – vitesse de réaction chimique).

À quelle température du corps humain la vitesse d'une réaction chimique sera-t-elle égale à 20 unités conventionnelles ?

1)30 °C

2)33 °C

3)35 °C

4)43 °C

13. Établir une correspondance entre le trait et le type de métabolisme pour lequel ce trait est caractéristique. Pour ce faire, sélectionnez une position dans la deuxième colonne pour chaque élément de la première colonne. Entrez les numéros des réponses sélectionnées dans le tableau.

B)

l'énergie est absorbée lors des réactions

DANS)

Lors des réactions, de l'énergie est libérée

G)

Les ribosomes sont impliqués

D)

les réactions ont lieu dans les mitochondries

E)

l'énergie est stockée dans les molécules d'ATP

2)

énergique