Biologijos testas tema "Baltymų biosintezė. Angliavandenių biosintezė - fotosintezė" (9 kl.)

Sukurkite ir užrašykite istoriją iš 23 sakinių
SAULE
CHLOROFILAS
ATMOSFERA
GYVENIMAS
FOTOSINTEZĖ

ANGLIAVANDENIŲ BIOSINTEZĖ – FOTOSINTEZĖ

Janas Baptistas Van Helmontas

M.V. Lomonosovas

Džozefas Priestlis

Jeanas Baptiste'as Boussingault

Klimentijus Arkadjevičius Timiriazevas

Fotosintezės sąlygos

Kaip vyksta fotosintezė?

Lapų prisitaikymas prie fotosintezės

Chloroplasto struktūra

Chlorofilo molekulės struktūra

Bet kuri gyva ląstelė yra pajėgi sintetinti baltymus, ir šis gebėjimas yra viena svarbiausių ir būdingiausių jos savybių. Baltymų biosintezė vyksta su ypatinga energija ląstelių augimo ir vystymosi laikotarpiu. Šiuo metu baltymai aktyviai sintetinami, kad būtų sukurtos ląstelių organelės ir membranos. Sintetinami fermentai ir baltymai. Baltymų biosintezė intensyviai vyksta daugelyje suaugusiųjų, t.y. ląstelėse, kurios baigė augti ir vystytis, pavyzdžiui, virškinimo liaukų ląstelėse, kurios sintetina fermentinius baltymus (pepsiną, tripsiną) arba vidinės sekrecijos ląstelėse. liaukos, kurios sintetina hormonų baltymus (insuliną, tiroksiną). Tačiau gebėjimas sintetinti baltymus būdingas ne tik augančioms ar sekrecinėms ląstelėms: bet kuri ląstelė visą savo gyvenimą nuolat sintetina baltymus, nes normaliai gyvenant baltymų molekulės palaipsniui susidėvi, sutrinka jų struktūra ir funkcijos. Tokios baltymų molekulės, kurios tapo netinkamos naudoti, pašalinamos iš ląstelės. Už tai sintetinamos naujos pilnavertės molekulės, nesutrikdoma ląstelės sudėtis ir veikla.

Bet kuri ląstelė savo išvaizda ir savybėmis yra panaši į motininę ląstelę. Kadangi ląstelės savybės priklauso nuo jos baltymų, akivaizdu, kad ląstelė geba sintetinti baltymus taip pat, kaip ir motininės ląstelės. Vadinasi, gebėjimas sintetinti baltymus yra paveldimas iš ląstelės į ląstelę ir išlaikomas visą gyvenimą.

Klausimai apie tai, kaip sintetinama tokia didelė ir sudėtinga baltymo molekulė, kaip tam tikra ir griežta tvarka parenkamos, išdėstomos ir derinamos reikalingos aminorūgštys, dar palyginti neseniai reiškė netirpią paslaptį. Šie klausimai jau iš esmės išsiaiškinti, o jų sprendimas yra didžiausias XX amžiaus biologijos ir biochemijos pasiekimas.

Pagrindinis vaidmuo nustatant baltymo struktūrą priklauso DNR. Jau žinome, kad DNR molekulės yra labai didelės. Jų ilgis yra dešimtis ir šimtus kartų didesnis už didžiausių baltymų molekulių ilgį: DNR grandinės ilgyje viena po kitos galėtų būti išdėstytos dešimtys ar net šimtai baltymų molekulių. Dabar nustatyta, kad skirtingos DNR sekcijos lemia skirtingų baltymų sintezę. Viena DNR molekulė dalyvauja kelių dešimčių baltymų sintezėje.

Kiekviena DNR dalis, lemianti vienos baltymo molekulės sintezę, vadinama genu. Kiekvienas genas yra DNR dvigubos spiralės dalis, kurioje yra informacijos apie konkretaus baltymo struktūrą.

Norėdami suprasti, kaip DNR struktūra lemia baltymo struktūrą, pateiksime pavyzdį. Daugelis žmonių žino apie Morzės kodą, kuris naudojamas signalams ir telegramoms perduoti. Morzės abėcėlėje visos abėcėlės raidės žymimos trumpų ir ilgų signalų deriniais – taškais ir brūkšneliais. Raidė A žymima *--, B - - ir tt Simbolių rinkinys vadinamas kodu arba šifru. Morzės kodas yra kodo pavyzdys. Žmogus, išmanantis Morzės abėcėlę, gavęs žymėjimo juostą su taškais ir brūkšneliais gali lengvai iššifruoti (iškoduoti), kas parašyta.

DNR makromolekulė, susidedanti iš kelių tūkstančių paeiliui išsidėsčiusių keturių tipų nukleotidų, yra kodas, nustatantis baltymo struktūrą. Kaip Morzės kode kiekviena raidė atitinka tam tikrą taškų ir brūkšnių derinį, taip ir DNR kode kiekviena aminorūgštis atitinka tam tikrą nuosekliai susietų nukleotidų derinį.

DNR kodas

DNR kodas buvo beveik visiškai iššifruotas. DNR kodo esmė yra tokia. Kiekviena aminorūgštis atitinka DNR grandinės atkarpą, susidedančią iš trijų gretimų nukleotidų. Pavyzdžiui, skyrius T--T--T atitinka aminorūgštį lizinas, skyrius A--C--A--cisteinas, C--A--A - valinas ir kt.

Tarkime, kad geno nukleotidai yra tokia tvarka:

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

Padalinę šią seriją į tripletus (tripletus), galime iš karto iššifruoti, kurios aminorūgštys ir kokia tvarka yra baltymo molekulėje:

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

Cisteinis Lizinas Leucinas Valinas Prolinas

Morzės abėcėlėje yra tik du simboliai. Jei norite nurodyti visas raides, visus skaičius ir skyrybos ženklus, kai kurioms raidėms ar skaičiams turite sudaryti iki 5 simbolių. DNR kodas yra paprastesnis. Yra 4 skirtingi nukleotidai. Galimų 4 elementų derinių skaičius yra 64. Yra tik 20 skirtingų aminorūgščių.

Transkripcija. Nustatyta, kad pati DNR tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje, DNR yra ląstelės branduolyje, o baltymų sintezė vyksta ribosomose – mažiausiose citoplazmoje esančiose struktūrose. DNR turi ir saugo tik informaciją apie baltymų struktūrą. Baltymų sintezei tikslios šios informacijos kopijos siunčiamos į ribosomas. Tai atliekama naudojant RNR, kuri sintezuojama ant DNR ir tiksliai kopijuoja jos struktūrą. RNR nukleotidų seka tiksliai pakartoja nukleotidų seką vienoje iš genų grandinių. Taigi šio geno struktūroje esanti informacija tarsi perrašoma į RNR. Šis procesas vadinamas transkripcija ("transkripcija" - perrašymas, lot.). Iš kiekvieno geno galima pašalinti bet kokį RNR kopijų skaičių. Šios RNR, pernešančios informaciją apie baltymų sudėtį į ribosomas, vadinamos pasiuntinio RNR (i-RNR).

Kad suprastume, kaip geno nukleotidų sudėtį ir seką galima „perrašyti“ į RNR, prisiminkime komplementarumo principą, kurio pagrindu kuriama dvigrandė DNR molekulė. Vienos grandinės nukleotidai lemia kitos grandinės priešingų nukleotidų pobūdį. Jei A yra vienoje grandinėje, tai T yra tame pačiame kitos grandinės lygyje, o C visada yra priešais G. Kitų kombinacijų nėra. Komplementarumo principas veikia ir pasiuntinio RNR sintezėje. Priešais kiekvieną vienos iš DNR grandinių nukleotidą stovi komplementarus pasiuntinio RNR nukleotidas. Taigi prieš Gdnk stovi Tsrnk prieš Tsdnk - Grnk, prieš Adnk - Urnk, prieš Tdnk - Arnk. Dėl to gauta RNR grandinė, atsižvelgiant į jos nukleotidų sudėtį ir seką, yra tiksli vienos iš DNR grandinių nukleotidų sudėties ir sekos kopija. Messenger RNR molekulės siunčiamos į vietą, kur vyksta baltymų sintezė, t.y., į ribosomas. Taip pat yra medžiagų srautas iš citoplazmos, iš kurio susidaro baltymai, ty aminorūgštys. Ląstelių citoplazmoje visada yra aminorūgščių, susidarančių skaidant maisto baltymus.

Perkelkite RNR

Aminorūgštys į ribosomą nepatenka savarankiškai, o kartu su specialiomis RNR molekulėmis, specialiai pritaikytomis aminorūgštims transportuoti į ribosomas. Jie vadinami perdavimo RNR (tRNR). Pernešimo RNR yra palyginti trumpos grandinės, susidedančios tik iš kelių dešimčių nukleotidų. Viename jų molekulės gale yra struktūra, prie kurios gali prisijungti aminorūgštis. Kitame pernešimo RNR gale yra nukleotidų tripletas, kuris pagal kodą atitinka tam tikrą aminorūgštį. Pavyzdžiui, aminorūgšties lizino pernešimo RNR molekulės viename gale yra „platforma“, skirta lizinui „nusileisti“, o kitame – nukleotidų tripletas: U-U-U. Kadangi yra mažiausiai 20 skirtingų aminorūgščių, akivaizdu, kad yra mažiausiai 20 skirtingų perdavimo RNR. Kiekviena aminorūgštis turi savo perdavimo RNR.

Matricos sintezės reakcija. Tiems, kurie studijavo neorganinę ir organinę chemiją, yra žinomos reakcijos, vykstančios tirpaluose, kuriuose medžiagų molekulės juda chaotiškai. Reakcijos tokiose sistemose atsiranda dėl atsitiktinių molekulių susidūrimų. Kuo didesnė medžiagų koncentracija, tuo didesnė susidūrimo tikimybė, tuo didesnis reakcijos greitis. Priešingai, mažėjant medžiagų koncentracijai, molekulių susitikimo tikimybė yra maža, o reakcijos greitis gali būti nereikšmingas.

Gyvose sistemose susiduriame su naujo tipo reakcija, tokia kaip aukščiau aprašyta DNR replikacijos reakcija arba RNR sintezės reakcija. Tokios reakcijos negyvojoje gamtoje nežinomos. Tai vadinamos matricos sintezės reakcijomis.

Terminas „matrica“ technologijoje reiškia liejimo formą, naudojamą monetoms, medaliams ir tipografiniams šriftams lieti: grūdintas metalas tiksliai atkartoja visas liejant naudojamos formos detales. Matricos sintezė yra tarsi liejimas ant matricos: naujos molekulės sintetinamos tiksliai pagal planą, numatytą esamų molekulių struktūroje. Matricos principu grindžiamos svarbiausios ląstelės sintetinės reakcijos, tokios kaip nukleorūgščių ir baltymų sintezė. Šios reakcijos užtikrina tikslią, griežtai specifinę monomero vienetų seką sintezuojamuose polimeruose. Čia nukreiptas monomerų susitraukimas vyksta į konkrečią ląstelės vietą – į molekules, kurios tarnauja kaip matrica, kur vyksta reakcija. Jei tokios reakcijos įvyktų per atsitiktinius molekulių susidūrimus, jos vyktų be galo lėtai. Sudėtingų molekulių sintezė šablono principu atliekama greitai ir tiksliai.

Matricos vaidmenį matricos reakcijose atlieka nukleorūgščių makromolekulės – DNR arba RNR. Monomerinės molekulės, iš kurių sintetinamas polimeras – nukleotidai arba aminorūgštys – yra išsidėsčiusios ir fiksuojamos ant matricos pagal komplementarumo principą griežtai apibrėžta, iš anksto nustatyta tvarka. Tada monomeriniai vienetai „sujungiami“ į polimero grandinę, o gatavas polimeras išleidžiamas iš matricos. Po to matrica yra paruošta naujos polimero molekulės surinkimui. Akivaizdu, kad kaip ant tam tikros formos gali būti išlieta tik viena moneta, medalis ar viena raidė, taip ant tam tikros matricos molekulės gali būti „surinktas“ tik vienas polimeras.

Matricos reakcijos tipas- specifinis gyvųjų sistemų chemijos bruožas. Jie yra pagrindinės visų gyvų būtybių savybės – jos gebėjimo daugintis – pagrindas.

Išskyrus gyvą ląstelę, gamtoje niekur nerasta matricos tipo reakcijų.

Transliacija

Informacija apie baltymo struktūrą, įrašyta i-RNR nukleotidų sekos pavidalu, toliau perduodama aminorūgščių sekos pavidalu susintetintoje polipeptidinėje grandinėje. Šis procesas vadinamas vertimu („vertimas“ – perdavimas, vertimas, lot.). Norint suprasti, kaip ribosomose vyksta vertimas, tai yra, informacijos vertimas iš nukleorūgščių kalbos į baltymų kalbą. Ribosomos parodytos paveikslėlyje kaip kiaušiniški kūnai, kuriuose yra mRNR. Pirmoji ribosoma iš kairiojo galo patenka į siūlinę mRNR molekulę ir pradeda baltymų sintezę. Kai baltymo molekulė surenkama, ribosoma nuskaito palei mRNR (paveiksle iš kairės į dešinę). Kai ribosoma pasislenka į priekį 50-100 A, iš to paties galo į iRNR patenka antroji ribosoma, kuri, kaip ir pirmoji, pradeda sintezę ir juda po pirmosios ribosomos. Tada trečioji ribosoma patenka į i-RNR, ketvirta ir tt Visos jos atlieka tą patį darbą: kiekviena sintetina tą patį baltymą, užprogramuotą šioje i-RNR. Kuo toliau į dešinę ribosoma juda išilgai mRNR, tuo didesnis baltymo molekulės segmentas yra „surenkamas“. Kai ribosoma pasiekia dešinįjį mRNR galą, sintezė baigiasi ir ribosoma kartu su jos „produktu“ patenka į aplinką. Čia jie išsiskiria: ribosoma - į bet kurią mRNR (nes ji gali sintetinti bet kokį baltymą; baltymo pobūdis priklauso nuo matricos), baltymo molekulė - į endoplazminį tinklą ir juda juo į tą ląstelės dalį, kurioje šio tipo baltymai reikalingi. Po trumpo laiko savo darbą baigia antroji ribosoma, po to trečia ir tt O iš kairiojo iRNR galo į ją patenka vis daugiau naujų ribosomų, o baltymų sintezė tęsiasi nenutrūkstamai. Ribosomų, kurios vienu metu telpa ant mRNR molekulės, skaičius priklauso nuo mRNR ilgio. Pavyzdžiui, ant hemoglobino baltymo sintezę programuojančios mRNR molekulės, kurios ilgis yra apie 1500 A 0, dedama iki 5 ribosomų (ribosomų skersmuo apytiksliai 230 A). Grupė ribosomų, esančių vienu metu vienoje RNR molekulėje, vadinama poliribosoma arba sutrumpintai polisoma.

Dabar atidžiau pažvelkime į ribosomos mechanizmą. Judant išilgai mRNR, ribosoma bet kuriuo momentu liečiasi su nedidele savo molekulės dalimi. Gali būti, kad šios srities dydis yra tik vienas nukleotidų tripletas. Ribosoma juda išilgai mRNR ne sklandžiai, o su pertraukomis, „žingsniais“ - tripletas po tripleto. Tam tikru atstumu nuo ribosomos kontakto su mRNR vietos yra baltymų „surinkimo“ taškas: čia patalpinamas ir veikia baltymo sintetazės fermentas, sukurdamas polipeptidinę grandinę, t.y. formuodamas peptidinius ryšius tarp aminorūgščių.

Baltymų molekulės „surinkimo“ ribosomose mechanizmas atliekamas taip. Kiekvienoje ribosomoje, kuri yra polisomos dalis, t.y. judėdamos išilgai i-RNR, t-RNR molekulės su „pakabintomis“ aminorūgštimis iš aplinkos ateina nuolatine srove. Jie praeina, paliesdami savo kodu baigia ribosomos kontakto su mRNR vietą ir paliečia mRNR nukleotidų tripletą, kuris šiuo metu yra ribosomoje. Priešingas tRNR galas (nešantis aminorūgštį) atrodo arti baltymų „surinkimo“ taško. Tačiau tik tuo atveju, jei pasirodys, kad t-RNR kodo tripletas yra komplementarus mRNR tripletui (šiuo metu yra ribosomoje), t-RNR tiekiama aminorūgštis taps baltymo molekulės dalimi ir bus atskirta nuo t. -RNR. Iš karto ribosoma žengia „žingsnį“ į priekį palei mRNR vienu tripletu ir laisva tRNR išsiskiria iš ribosomos į aplinką. Čia jis užfiksuoja naują aminorūgšties molekulę ir nuneša ją į bet kurią iš veikiančių ribosomų. Taigi palaipsniui, tripletas po tripleto, ribosoma juda išilgai mRNR ir auga grandis po grandies – polipeptidinė grandinė. Taip veikia ribosoma – ši nuostabi ląstelės organelė, pagrįstai vadinama baltymų sintezės „molekuliniu automatu“.

Jau minėjome neseniai laboratorijoje chemikų atliktą baltymų sintezę. Ši dirbtinė sintezė pareikalavo milžiniškų pastangų, daug laiko ir pinigų. O gyvoje ląstelėje vienos baltymo molekulės sintezė baigiama per 3-4 sekundes. Štai pavyzdys, kaip daug tobuliau veikia gyvos ląstelės sintetinis aparatas.

Fermentų vaidmuo baltymų biosintezėje

Neturėtume pamiršti, kad nė vienas baltymų sintezės proceso etapas nevyksta be fermentų dalyvavimo. Visas baltymų sintezės reakcijas katalizuoja specialūs fermentai. Pasiuntinio RNR sintezę vykdo fermentas, kuris „nuskaito“ palei DNR molekulę nuo geno pradžios iki jos pabaigos ir palieka gatavą pasiuntinio RNR molekulę. Šiame procese esantis genas suteikia tik sintezės programą, o patį procesą vykdo fermentas. Nedalyvaujant fermentams, aminorūgščių ryšys su perdavimo RNR nevyksta.

Yra specialūs fermentai, užtikrinantys aminorūgščių paėmimą ir sujungimą su jų perdavimo RNR. Galiausiai ribosomoje baltymų surinkimo proceso metu veikia fermentas, kuris sujungia aminorūgštis.

Baltymų biosintezės energija

Kitas labai svarbus baltymų biosintezės aspektas yra jo energija. Jau minėjome, kad bet koks sintetinis procesas yra endoterminė reakcija ir todėl reikalauja energijos sąnaudų. Baltymų biosintezė yra sintetinių reakcijų grandinė: 1) mRNR sintezė, 2) aminorūgščių derinys su tRNR ir 3) baltymų „surinkimas“. Visoms šioms reakcijoms reikia energijos. Energija baltymų sintezei tiekiama vykstant ATP skilimo reakcijai. Kiekviena biosintezės grandis visada yra susijusi su 2 ATP skilimu.

Ląstelė nuolat keičiasi medžiagomis ir energija su aplinka. Metabolizmas (metabolizmas)- pagrindinė gyvų organizmų savybė. Ląstelių lygmenyje medžiagų apykaita apima du procesus: asimiliaciją (anabolizmą) ir disimiliaciją (katabolizmą). Šie procesai ląstelėje vyksta vienu metu.

Asimiliacija(plastiniai mainai) – biologinės sintezės reakcijų visuma. Iš paprastų medžiagų, patekusių į ląstelę iš išorės, susidaro tam tikrai ląstelei būdingos medžiagos. Medžiagų sintezė ląstelėje vyksta naudojant ATP molekulėse esančią energiją.

Disimiliacija (energijos apykaita)- medžiagų skilimo reakcijų rinkinys. Skilstant didelės molekulinės masės junginiams, išsiskiria energija, reikalinga biosintezės reakcijoms.

Pagal asimiliacijos tipą organizmai gali būti autotrofiniai, heterotrofiniai ir miksotrofiniai.

Fotosintezė ir chemosintezė- dvi plastiko mainų formos. Fotosintezė- organinių medžiagų susidarymo iš anglies dioksido ir vandens procesas šviesoje, dalyvaujant fotosintetiniams pigmentams.

Chemosintezė - autotrofinės mitybos metodas, kai energijos šaltinis organinių medžiagų sintezei iš CO2 yra neorganinių junginių oksidacijos reakcijos

Paprastai visi organizmai, galintys sintetinti organines medžiagas iš neorganinių medžiagų, t.y. Fotosintezei ir chemosintezei galintys organizmai priskiriami autotrofams. Autotrofai tradiciškai apima augalus ir kai kuriuos mikroorganizmus.

Pagrindinė medžiaga, dalyvaujanti daugiapakopiame fotosintezės procese, yra chlorofilas. Būtent tai saulės energiją paverčia chemine energija.

Šviesioji fotosintezės fazė:

(atliekama ant tilakoidinių membranų)

Šviesa, atsitrenkusi į chlorofilo molekulę, ją sugeria ir perkelia į sužadinimo būseną – molekulės dalis esantis elektronas, sugėręs šviesos energiją, pereina į aukštesnį energijos lygį ir dalyvauja sintezės procesuose;

Šviesos įtakoje taip pat vyksta vandens skilimas (fotolizė):

protonai (elektronų pagalba) paverčiami vandenilio atomais ir išleidžiami angliavandenių sintezei;

Sintetinamas ATP (energija).

Tamsioji fotosintezės fazė(atsiranda chloroplastų stromoje)

tikroji gliukozės sintezė ir deguonies išsiskyrimas

Atkreipkite dėmesį: Ši fazė vadinama tamsiąja ne todėl, kad ji vyksta naktį – gliukozės sintezė vyksta, apskritai, visą parą, tačiau tamsioji fazė nebereikalauja šviesos energijos.

20. Metabolizmas ląstelėje. Disimiliacijos procesas. Pagrindiniai energijos apykaitos etapai.

Visose gyvų organizmų ląstelėse nuolat vyksta medžiagų apykaitos ir energijos procesai – tai yra medžiagų apykaitą. Jei apsvarstysime šį procesą išsamiau, tai yra nuolatiniai procesai formavimasis ir irimas medžiagos ir absorbcija ir išskyrimas energijos.

Metabolizmas ląstelėje:

Medžiagų sintezės procesas = plastinė apykaita = asimiliacija = anabolizmas

Norint ką nors pastatyti, reikia eikvoti energiją – šis procesas vyksta įsisavinant energiją.

Skilimo procesas = energijos apykaitą= disimiliacija=katabolizmas

Tai procesas, kurio metu sudėtingos medžiagos suskaidomos į paprastesnes ir išsiskiria energija.

Iš esmės tai yra oksidacijos reakcijos, jos vyksta mitochondrijose, paprasčiausias pavyzdys yra kvėpavimas. Kvėpavimo metu sudėtingos organinės medžiagos suskaidomos į paprastesnes, išskirdamos anglies dvideginį ir energiją. Apskritai šie du procesai yra tarpusavyje susiję ir virsta vienas kitu. Iš viso medžiagų apykaitos lygtis - metabolizmas ląstelėje - gali būti parašytas taip:
katabolizmas + anabolizmas = metabolizmas ląstelėje = medžiagų apykaitą.

Ląstelėje nuolat vyksta kūrimo procesai. Iš paprastų medžiagų susidaro sudėtingesnės medžiagos, o iš mažos molekulinės masės – didelės molekulinės masės medžiagos. Sintetinami baltymai, kompleksiniai angliavandeniai, riebalai ir nukleorūgštys. Susintetintos medžiagos naudojamos skirtingoms ląstelės dalims, jos organelėms, sekretams, fermentams ir rezervinėms medžiagoms statyti. Augančioje ląstelėje sintetinės reakcijos yra ypač intensyvios, kad pakeistų molekules, kurios sunaudojamos arba sunaikinamos. Kiekviena sunaikinta baltymo ar kokios nors kitos medžiagos molekulė pakeičiama nauja molekule. Tokiu būdu ląstelė išlaiko savo formą ir cheminę sudėtį pastovią, nepaisant nuolatinio gyvenimo proceso kaitos.

Medžiagų sintezė, kuri vyksta ląstelėje, vadinama biologinė sintezė arba trumpiau biosintezė. Visos biosintezės reakcijos apima energijos įsisavinimą. Biosintetinių reakcijų visuma vadinama plastiko mainai arba asimiliacija(lot. „similis“ – panašus). Šio proceso prasmė ta, kad iš išorinės aplinkos į ląstelę patenkančios maistinės medžiagos, kurios smarkiai skiriasi nuo ląstelės medžiagos, cheminių virsmų rezultatu tampa ląstelės medžiagomis.

Skilimo reakcijos. Sudėtingos medžiagos skyla į paprastesnes, o didelės molekulinės – į mažamolekules. Baltymai skyla į aminorūgštis, krakmolas – į gliukozę. Šios medžiagos suskaidomos į dar mažesnės molekulinės masės junginius ir galiausiai susidaro labai paprastos, neturtingos energijos medžiagos – CO 2 ir H 2 O. Skilimo reakcijas dažniausiai lydi energijos išsiskyrimas.

Šių reakcijų biologinė reikšmė yra aprūpinti ląstelę energija. Bet kuri veikla – judėjimas, sekrecija, biosintezė ir kt. – reikalauja energijos sąnaudų. Skilimo reakcijų aibė vadinama ląstelių energijos apykaita arba disimiliacija. Disimiliacija yra visiškai priešinga asimiliacijai: dėl skilimo medžiagos praranda panašumą į ląstelių medžiagas.

Plastikos ir energijos mainai (asimiliacija ir disimiliacija) yra neatsiejamai susiję. Viena vertus, biosintezės reakcijos reikalauja energijos, kuri gaunama iš skilimo reakcijų, sąnaudų. Kita vertus, norint vykdyti energijos apykaitos reakcijas, būtina nuolatinė šias reakcijas aptarnaujančių fermentų biosintezė, nes eksploatacijos metu jie susidėvi ir sunaikinami. Sudėtingos reakcijų sistemos, sudarančios plastiko ir energijos mainų procesą, yra glaudžiai susijusios ne tik viena su kita, bet ir su išorine aplinka.

Iš išorinės aplinkos į ląstelę patenka maisto medžiagos, kurios pasitarnauja kaip medžiaga plastinių mainų reakcijoms, o skaidymosi reakcijose išskiria ląstelės funkcionavimui reikalingą energiją. Medžiagos, kurių ląstelė nebegali naudoti, išskiriama į išorinę aplinką Visų ląstelės fermentinių reakcijų visuma, t.y. plastinių ir energijos mainų (asimiliacijos ir disimiliacijos), susietų tarpusavyje ir su išorine, visuma. aplinka, vadinama medžiagų apykaitą ir energiją.Šis procesas yra pagrindinė ląstelės gyvybės palaikymo sąlyga, jos augimo, vystymosi ir funkcionavimo šaltinis.

Energijos mainai. Kad organizmas veiktų, reikia energijos. Augalai fotosintezės metu kaupia saulės energiją organinėse medžiagose. Energijos apykaitos procese suyra organinės medžiagos ir išsiskiria cheminių jungčių energija. Iš dalies jis išsisklaido šilumos pavidalu, o iš dalies saugomas ATP molekulėse. Gyvūnams energijos apykaita vyksta trimis etapais.

Pirmasis etapas yra paruošiamasis. Maistas patenka į gyvūnų ir žmonių organizmą sudėtingų didelės molekulinės masės junginių pavidalu. Prieš patenkant į ląsteles ir audinius, šios medžiagos turi būti suskaidytos į mažos molekulinės masės medžiagas, kurios yra labiau prieinamos ląstelių absorbcijai. Pirmajame etape vyksta hidrolizinis organinių medžiagų skilimas, kuris vyksta dalyvaujant vandeniui. Jis atsiranda veikiant fermentams daugialąsčių gyvūnų virškinamajame trakte, vienaląsčių gyvūnų virškinimo vakuolėse ir ląstelių lygiu lizosomose. Paruošiamojo etapo reakcijos:

baltymai + H 2 0 -> aminorūgštys + Q;

riebalai + H 2 0 -> glicerolis + aukštesnės riebalų rūgštys + Q;

polisacharidai -> gliukozė + Q.

Žinduolių ir žmonių organizme baltymai suskaidomi į aminorūgštis skrandyje ir dvylikapirštėje žarnoje, veikiant fermentams – peptidų hidrolazėms (pepsinui, tripsinui, chemotripsinui). Polisacharidų skilimas prasideda burnos ertmėje, veikiant fermentui ptialinas, o vėliau tęsiasi dvylikapirštėje žarnoje, veikiant amilazei. Riebalai ten taip pat skaidomi veikiant lipazei. Visa šiuo atveju išsiskirianti energija išsisklaido šilumos pavidalu. Susidariusios mažos molekulinės masės medžiagos patenka į kraują ir patenka į visus organus bei ląsteles. Ląstelėse jie patenka į lizosomą arba tiesiai į citoplazmą. Jei lizosomose skilimas vyksta ląstelių lygiu, medžiaga iš karto patenka į citoplazmą. Šiame etape medžiagos paruošiamos tarpląsteliniam skaidymui.

Antrasis etapas- oksidacija be deguonies. Antrasis etapas atliekamas ląstelių lygiu, kai nėra deguonies. Jis atsiranda ląstelės citoplazmoje. Gliukozės skaidymą laikykime viena iš pagrindinių medžiagų apykaitos medžiagų ląstelėje. Visos kitos organinės medžiagos (riebalų rūgštys, glicerolis, aminorūgštys) įvairiuose etapuose įtraukiamos į jo virsmo procesus. Gliukozės skaidymas be deguonies vadinamas glikolizė. Gliukozė patiria eilę nuoseklių transformacijų (16 pav.). Pirma, jis paverčiamas fruktoze, fosforilinamas – aktyvuojamas dviejų ATP molekulių ir paverčiamas fruktozės difosfatu. Toliau šešių angliavandenių molekulė skyla į du trijų anglies junginius – dvi glicerofosfato (triozės) molekules. Po kelių reakcijų jie oksiduojasi, netenka po du vandenilio atomus ir paverčiami dviem piruvo rūgšties (PVA) molekulėmis. Dėl šių reakcijų susintetina keturios ATP molekulės. Kadangi iš pradžių gliukozei aktyvuoti buvo išleistos dvi ATP molekulės, bendras rezultatas yra 2 ATP. Taigi energija, išsiskirianti skaidant gliukozę, iš dalies kaupiama dviejose ATP molekulėse, o iš dalies sunaudojama šilumos pavidalu. Keturi vandenilio atomai, kurie buvo pašalinti oksiduojant glicerofosfatą, susijungia su vandenilio nešikliu NAD+ (nikotinamido dinukleotido fosfatu). Tai yra tas pats vandenilio nešiklis kaip NADP +, bet dalyvauja energijos apykaitos reakcijose.

Apibendrinta glikolizės reakcijų schema:

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

2ADF - > 2ATP

Sumažėjusios NAD2H molekulės patenka į mitochondrijas, kur jos oksiduojasi, išskirdamos vandenilį Priklausomai nuo ląstelės, audinio ar organizmo tipo, piruvo rūgštis be deguonies aplinkoje gali būti toliau paverčiama pieno rūgštimi, etilo alkoholiu, sviesto rūgštimi ar kita organine rūgštimi. medžiagų. Anaerobiniuose organizmuose šie procesai vadinami fermentacija.

Pieno rūgšties fermentacija:

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

Gliukozės PVC pieno rūgštis

Alkoholinė fermentacija:

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

Gliukozės PVC etilo alkoholis

Trečias etapas – biologinė oksidacija arba kvėpavimas.Ši stadija vyksta tik esant deguoniui ir kitaip vadinama deguonies. Atsiranda mitochondrijose. Piruvo rūgštis iš citoplazmos patenka į mitochondrijas, kur praranda anglies dioksido molekulę ir virsta acto rūgštimi, susijungdama su aktyvatoriumi ir nešikliu kofermentu-A. Tada susidaręs acetil-CoA patenka į ciklinių reakcijų seriją. Be deguonies skilimo produktai - pieno rūgštis, etilo alkoholis - taip pat toliau keičiasi ir oksiduojasi deguonimi. Pieno rūgštis virsta piruvo rūgštimi, jei ji susidaro dėl deguonies trūkumo gyvūnų audiniuose. Etilo alkoholis oksiduojamas iki acto rūgšties ir prisijungia prie CoA. Vadinamos ciklinės reakcijos, kurių metu virsta acto rūgštis di- ir trikarboksirūgščių ciklas, arba Krebso ciklas, pavadintas mokslininko, kuris pirmasis aprašė šias reakcijas, vardu. Dėl kelių nuoseklių reakcijų vyksta dekarboksilinimas - anglies dioksido pašalinimas ir oksidacija - vandenilio pašalinimas iš susidariusių medžiagų. Anglies dioksidas, susidaręs PVC dekarboksilinimo ir Krebso ciklo metu, išsiskiria iš mitochondrijų, o vėliau iš ląstelės ir kūno kvėpavimo metu. Taigi anglies dioksidas susidaro tiesiogiai organinių medžiagų dekarboksilinimo metu. Visas vandenilis, kuris pašalinamas iš tarpinių medžiagų, susijungia su NAD + transporteriu ir susidaro NAD 2H. Fotosintezės metu anglies dioksidas susijungia su tarpinėmis medžiagomis ir redukuojamas vandeniliu. Čia procesas yra atvirkštinis.

Bendroji PVC dekarboksilinimo ir oksidacijos lygtis yra tokia:

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

Dabar atsekime NAD 2H molekulių kelią. Jie patenka į mitochondrijų kriaušes, kur yra fermentų kvėpavimo grandinė. Šioje grandinėje vandenilis paimamas iš nešiklio, kartu pašalinant elektronus. Kiekviena redukuoto NAD 2H molekulė atiduoda du vandenilius ir du elektronus. Pašalintų elektronų energija yra labai didelė. Jie patenka į kvėpavimo fermentų grandinę, kurią sudaro baltymai – citochromai. Judėdamas per šią sistemą kaskadomis, elektronas praranda energiją. Dėl šios energijos ATP molekulės sintetinamos dalyvaujant fermentui ATPazei. Kartu su šiais procesais vandenilio jonai pumpuojami per membraną į jos išorinę pusę. Oksiduojant 12 NAD-2H molekulių, kurios susidarė glikolizės metu (2 molekulės) ir dėl Krebso ciklo reakcijų (10 molekulių), susintetina 36 ATP molekulės. ATP molekulių sintezė, susijusi su vandenilio oksidacijos procesu, vadinama oksidacinis fosforilinimas. Galutinis elektronų akceptorius yra deguonies molekulė, kuri kvėpavimo metu patenka į mitochondrijas. Deguonies atomai membranos išorėje priima elektronus ir tampa neigiamai įkrauti. Teigiami vandenilio jonai susijungia su neigiamai įkrautu deguonimi ir sudaro vandens molekules. Prisiminkime, kad vykstant fotosintezei vandens molekulėms fotolizės metu susidaro atmosferos deguonis, o anglies dioksidui redukuoti naudojamas vandenilis. Energijos mainų procese vandenilis ir deguonis rekombinuojami ir paverčiami vandeniu.

Apibendrinta oksidacijos deguonies stadijos reakcija:

2C3H403 + 4H + 602 -> 6C02 + 6H20;

36ADP -> 36ATP.

Taigi ATP molekulių išeiga deguonies oksidacijos metu yra 18 kartų didesnė nei oksidacijos be deguonies metu.

Bendra gliukozės oksidacijos lygtis dviem etapais:

С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + E->K(šiltas).

38ADP -> 38ATP

Taigi, gliukozei skaidant dviem etapais, iš viso susidaro 38 ATP molekulės, kurių pagrindinė dalis – 36 molekulės – oksiduojantis deguoniui. Šis energijos prieaugis užtikrino pirmenybę aerobiniams organizmams, palyginti su anaerobiniais.

21. Mitozinių ląstelių ciklas. Laikotarpių charakteristikos. Mitozė, jos biologinė reikšmė. Amitozė.

Pagal ląstelės (gyvybės) ciklas suprasti ląstelės egzistavimą nuo to momento, kai ji atsiranda kaip dalijimosi rezultatas, iki kito dalijimosi arba iki ląstelės mirties.

Jai artima sąvoka yra mitozinis ciklas.

Mitozinis ciklas– tai gyvybinė ląstelės veikla nuo dalijimosi iki kito dalijimosi.

Tai tarpusavyje susijusių ir suderintų reiškinių kompleksas ląstelių dalijimosi metu, taip pat prieš ir po jo. Mitozinis ciklas- tai procesų rinkinys, vykstantis ląstelėje nuo vieno dalijimosi iki kito ir baigiasi dviejų naujos kartos ląstelių susidarymu. Be to, gyvavimo ciklo sąvoka apima ir laikotarpį, per kurį ląstelė atlieka savo funkcijas, ir poilsio laikotarpius. Šiuo metu tolimesnis ląstelės likimas neaiškus: ląstelė gali pradėti dalytis (įeiti į mitozę) arba pradėti ruoštis atlikti specifines funkcijas.

Pagrindiniai mitozės etapai.

1. Motinos ląstelės genetinės informacijos reduplikacija (savidubliacija) ir tolygus jos pasiskirstymas tarp dukterinių ląstelių. Tai lydi chromosomų struktūros ir morfologijos pokyčiai, kuriuose sutelkta daugiau nei 90% eukariotinės ląstelės informacijos.

2. Mitozinis ciklas susideda iš keturių iš eilės einančių periodų: presintetinis (arba postmitozinis) G1, sintetinis S, postsintetinis (arba premitozinis) G2 ir pati mitozė. Jie sudaro autokatalizinę tarpfazę (parengiamasis laikotarpis).

Ląstelių ciklo fazės:

1) presintetinis (G1) (2n2c, kur n – chromosomų skaičius, c – molekulių skaičius). Atsiranda iškart po ląstelių dalijimosi. DNR sintezė dar neįvyko. Ląstelė aktyviai auga, kaupia dalijimuisi reikalingas medžiagas: baltymus (histonus, struktūrinius baltymus, fermentus), RNR, ATP molekules. Atsiranda mitochondrijų ir chloroplastų (t.y. struktūrų, galinčių savaime daugintis) dalijimasis. Tarpfazinės ląstelės organizacinės ypatybės atkuriamos po ankstesnio padalijimo;

2) sintetinis (S) (2n4c). Genetinė medžiaga yra dubliuojama per DNR replikaciją. Tai vyksta pusiau konservatyviu būdu, kai dviguba DNR molekulės spiralė išsiskiria į dvi grandines ir kiekvienoje iš jų susintetinama papildoma grandinė.

Rezultatas yra dvi identiškos DNR dvigubos spiralės, kurių kiekviena susideda iš vienos naujos ir vienos senos DNR grandinės. Paveldimos medžiagos kiekis padvigubėja. Be to, RNR ir baltymų sintezė tęsiasi. Taip pat nedidelė dalis mitochondrijų DNR replikuojasi (pagrindinė dalis replikuojasi G2 periode);

3) postsintetinis (G2) (2n4c). DNR nebesintetinama, bet jos sintezės metu S periode atsiradę defektai koreguojami (remontuojami). Taip pat kaupiama energija ir maistinės medžiagos, toliau vyksta RNR ir baltymų (daugiausia branduolinių) sintezė.

S ir G2 yra tiesiogiai susiję su mitoze, todėl kartais išskiriami į atskirą periodą – preprofazę.

Po to įvyksta mitozė, kurią sudaro keturios fazės. Padalijimo procesas apima keletą nuoseklių etapų ir yra ciklas. Jo trukmė kinta ir svyruoja nuo 10 iki 50 valandų daugumoje ląstelių Žmogaus kūno ląstelėse pati mitozė trunka 1-1,5 val., G2 tarpfazės periodas – 2-3 val., S tarpfazės periodas – 6-10. valandos .

Mitozės stadijos.

Mitozės procesas paprastai skirstomas į keturias pagrindines fazes: profazė, metafazė, anafazė Ir telofazė. Kadangi jis yra nuolatinis, fazių kaita vyksta sklandžiai - viena nepastebimai pereina į kitą.

Profazėje Branduolio tūris didėja, o dėl chromatino spiralizacijos susidaro chromosomos. Profazės pabaigoje aišku, kad kiekviena chromosoma susideda iš dviejų chromatidžių. Branduolys ir branduolio membrana palaipsniui ištirpsta, o chromosomos atsiranda atsitiktinai išsidėsčiusios ląstelės citoplazmoje. Centrioliai nukrypsta link ląstelės polių. Susidaro achromatino dalijimosi verpstė, kurios dalis sriegių eina nuo poliaus iki poliaus, o dalis prisitvirtina prie chromosomų centromerų. Genetinės medžiagos kiekis ląstelėje išlieka nepakitęs (2n4c).

Metafazėje chromosomos pasiekia maksimalią spiralizaciją ir yra tvarkingai išsidėsčiusios ties ląstelės pusiauju, todėl šiuo laikotarpiu jos skaičiuojamos ir tiriamos. Genetinės medžiagos kiekis nekinta (2n4c).

Anafazėje kiekviena chromosoma "suskyla" į dvi chromatides, kurios nuo to laiko vadinamos dukterinėmis chromosomomis. Prie centromerų pritvirtintos verpstės gijos susitraukia ir traukia chromatides (dukterines chromosomas) link priešingų ląstelės polių. Genetinės medžiagos kiekis ląstelėje kiekviename poliuje yra vaizduojamas diploidiniu chromosomų rinkiniu, tačiau kiekvienoje chromosomoje yra viena chromatidė (4n4c).

Telofazėje Chromosomos, esančios ties ašigaliais, nukrypsta ir tampa blogai matomos. Aplink kiekvieno poliaus chromosomas iš citoplazmos membraninių struktūrų susidaro branduolinė membrana, o branduoliuose – branduoliai. Skilimo velenas sunaikinamas. Tuo pačiu metu citoplazma dalijasi. Dukterinės ląstelės turi diploidinį chromosomų rinkinį, kurių kiekviena susideda iš vienos chromatidės (2n2c).

Plastikos ir energijos apykaitos procesai yra neatsiejamai susiję. Visiems sintetiniams (anaboliniams) procesams reikalinga energija, tiekiama per disimiliacijos reakcijas. Pačios skilimo reakcijos (katabolizmas) vyksta tik dalyvaujant asimiliacijos proceso metu susintetintiems fermentams.

PTF vaidmuo metabolizme

Energija, išsiskirianti skaidant organines medžiagas, ląstelė iš karto nepanaudojama, o kaupiama didelės energijos junginių pavidalu, dažniausiai adenozino trifosfato (ATP) pavidalu. Pagal savo cheminę prigimtį ATP yra mononukleotidas.

ATP (adenozino trifosforo rūgštis)- mononukleotidas, susidedantis iš adenino, ribozės ir trijų fosforo rūgšties liekanų, tarpusavyje sujungtų didelės energijos ryšiais.

Šie ryšiai kaupia energiją, kuri išsiskiria, kai jos nutrūksta:
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 → adeninas + ribozė + H 3 PO 4 + Q 3,
kur ATP yra adenozino trifosforo rūgštis; ADP - adenozino difosforo rūgštis; AMP - adenozino monofosforo rūgštis; Q 1 = Q 2 = 30,6 kJ; Q 3 = 13,8 kJ.
ATP tiekimas ląstelėje yra ribotas ir papildomas fosforilinimo proceso metu. Fosforilinimas- fosforo rūgšties liekanos pridėjimas prie ADP (ADP + P → ATP). Kvėpavimo, fermentacijos ir fotosintezės metu jis vyksta įvairiu greičiu. ATP atsinaujina itin greitai (žmogaus organizme vienos ATP molekulės gyvenimo trukmė yra mažesnė nei 1 minutė).
ATP molekulėse sukauptą energiją organizmas panaudoja anabolinėse reakcijose (biosintezės reakcijose). ATP molekulė yra universalus energijos kaupiklis ir nešėjas visoms gyvoms būtybėms.

Energijos mainai

Gyvybei reikalingą energiją dauguma organizmų gauna dėl organinių medžiagų oksidacijos procesų, tai yra, dėl katabolinių reakcijų. Svarbiausias junginys, kuris veikia kaip kuras, yra gliukozė.
Kalbant apie laisvą deguonį, organizmai skirstomi į tris grupes.

Organizmų klasifikacija pagal laisvąjį deguonį

Privalomuosiuose aerobuose ir fakultatyviniuose anaerobuose, esant deguoniui, katabolizmas vyksta trimis etapais: parengiamuoju, be deguonies ir deguonies. Dėl to organinės medžiagos skyla į neorganinius junginius. Privalomuosiuose anaerobuose ir fakultatyviniuose anaerobuose, kai trūksta deguonies, katabolizmas vyksta pirmaisiais dviem etapais: parengiamuoju ir be deguonies. Dėl to susidaro tarpiniai organiniai junginiai, vis dar turtingi energijos.

Katabolizmo etapai

1. Pirmasis etapas yra paruošiamasis- susideda iš sudėtingų organinių junginių fermentinio skaidymo į paprastesnius. Baltymai skaidomi į aminorūgštis, riebalai į glicerolį ir riebalų rūgštis, polisacharidai į monosacharidus, nukleorūgštys į nukleotidus. Daugialąsčiuose organizmuose tai vyksta virškinimo trakte, vienaląsčiuose organizmuose, lizosomose veikiant hidroliziniams fermentams. Šiame procese išsiskirianti energija išsisklaido šilumos pavidalu. Gauti organiniai junginiai arba toliau oksiduojami, arba ląstelė juos naudoja savo organiniams junginiams sintetinti.
2. Antras etapas – nepilna oksidacija (be deguonies)- susideda iš tolesnio organinių medžiagų skaidymo, atliekamo ląstelės citoplazmoje nedalyvaujant deguoniui. Pagrindinis energijos šaltinis ląstelėje yra gliukozė. Be deguonies, nepilna gliukozės oksidacija vadinama glikolize. Dėl vienos gliukozės molekulės glikolizės susidaro dvi piruvo rūgšties (PVA, piruvato) CH 3 COCOOH, ATP ir vandens molekulės, taip pat vandenilio atomai, kurie yra surišti NAD + nešiklio molekule ir saugomi formoje. iš NADH.
Bendra glikolizės formulė yra tokia:
C6H12O6 + 2H3PO4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C3H4O3 + 2H2O + 2ATP + 2NAD N.
Kitas kai aplinkoje nėra deguonies Glikolizės produktai (PVC ir NADH) yra perdirbami į etilo alkoholį. alkoholinė fermentacija(mielėse ir augalų ląstelėse, kai trūksta deguonies)
CH 3 COCOOH → CO 2 + CH 3 COH
CH 3 SON + 2NAD H → C 2 H 5 OH + 2NAD + ,
arba į pieno rūgštį - pieno rūgšties fermentacija (gyvūnų ląstelėse, kuriose trūksta deguonies)
CH 3 COCOOH + 2NAD H → C 3 H 6 O 3 + 2NAD + .
Esant deguoniui aplinkoje glikolizės produktai toliau skaidomi iki galutinių produktų.
3. Trečias etapas – visiška oksidacija (kvėpavimas)- susideda iš PVC oksidacijos į anglies dioksidą ir vandenį, atliekamą mitochondrijose, privalomai dalyvaujant deguoniui.
Jį sudaro trys etapai:
A) acetilkofermento A susidarymas;
B) acetilkofermento A oksidacija Krebso cikle;
B) oksidacinis fosforilinimas elektronų transportavimo grandinėje.

A. Pirmajame etape PVC iš citoplazmos perkeliamas į mitochondrijas, kur sąveikauja su matricos fermentais ir sudaro 1) anglies dioksidą, kuris pašalinamas iš ląstelės; 2) vandenilio atomai, kuriuos nešančiosios molekulės pristato į vidinę mitochondrijos membraną; 3) acetilkofermentas A (acetil-CoA).
B. Antrajame etape acetilkofermentas A oksiduojamas Krebso cikle. Krebso ciklas (trikarboksirūgšties ciklas, citrinos rūgšties ciklas) yra nuoseklių reakcijų grandinė, kurios metu viena acetil-CoA molekulė gamina 1) dvi anglies dioksido molekules, 2) ATP molekulę ir 3) keturias poras vandenilio atomų. molekulės – transporteriai – NAD ir FAD. Taigi dėl glikolizės ir Krebso ciklo gliukozės molekulė suskaidoma į CO 2, o šiuo atveju išsiskirianti energija išleidžiama 4 ATP sintezei ir kaupiasi 10 NADH ir 4 FADH 2.
B. Trečiajame etape vandenilio atomai su NADH ir FADH 2 oksiduojami molekuliniu deguonimi O 2, kad susidarytų vanduo. Vienas NADH gali sudaryti 3 ATP, o vienas FADH – 2–2 ATP. Taigi šiuo atveju išsiskirianti energija yra saugoma dar 34 ATP pavidalu.
Šis procesas vyksta taip. Vandenilio atomai yra sutelkti šalia vidinės mitochondrijų membranos išorės. Jie praranda elektronus, kurie per elektronų transportavimo grandinės (ETC) nešiklio molekulių (citochromų) grandinę yra pernešami į vidinę membranos pusę, kur susijungia su deguonies molekulėmis:
O 2 + e - → O 2 - .
Dėl fermentų aktyvumo elektronų transportavimo grandinėje vidinė mitochondrijų membrana iš vidaus įkraunama neigiamai (dėl O 2 -), o iš išorės – teigiamai (dėl H +), todėl susidaro potencialų skirtumas. susidaro tarp jo paviršių. Fermento ATP sintetazės molekulės, turinčios jonų kanalą, yra įmontuotos į vidinę mitochondrijų membraną. Kai potencialų skirtumas per membraną pasiekia kritinį lygį, teigiamai įkrautos H + dalelės pradeda stumti per ATPazės kanalą elektrinio lauko jėga ir, patekusios į vidinį membranos paviršių, sąveikauja su deguonimi, sudarydamos vandenį:
1/2O2 - +2H+ → H2O.
Vandenilio jonų H + energija, pernešama per vidinės mitochondrijų membranos jonų kanalą, naudojama ADP fosforilinti į ATP:
ADP + P → ATP.
Toks ATP susidarymas mitochondrijose dalyvaujant deguoniui vadinamas oksidaciniu fosforilinimu.
Bendra gliukozės skilimo ląstelių kvėpavimo metu lygtis yra tokia:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 38H 3 PO 4 + 38ADP → 6CO 2 + 44H 2 O + 38ATP.
Taigi glikolizės metu susidaro 2 ATP molekulės, ląstelinio kvėpavimo metu - dar 36 ATP molekulės, iš viso, visiškai oksiduojant gliukozę - 38 ATP molekulės.

Plastikiniai mainai

Plastinė apykaita, arba asimiliacija, – tai visuma reakcijų, užtikrinančių sudėtingų organinių junginių sintezę iš paprastesnių (fotosintezė, chemosintezė, baltymų biosintezė ir kt.).

Heterotrofiniai organizmai patys sukuria organines medžiagas iš ekologiškų maisto komponentų. Heterotrofinė asimiliacija iš esmės sumažinama iki molekulių persitvarkymo:
organinės maisto medžiagos (baltymai, riebalai, angliavandeniai) → paprastos organinės molekulės (aminorūgštys, riebalų rūgštys, monosacharidai) → organizmo makromolekulės (baltymai, riebalai, angliavandeniai).
Autotrofiniai organizmai gali visiškai savarankiškai sintetinti organines medžiagas iš neorganinių molekulių, suvartojamų iš išorinės aplinkos. Foto- ir chemosintezės procese susidaro paprasti organiniai junginiai, iš kurių vėliau sintetinamos makromolekulės:
neorganinės medžiagos (CO 2, H 2 O) → paprastos organinės molekulės (aminorūgštys, riebalų rūgštys, monosacharidai) → organizmo makromolekulės (baltymai, riebalai, angliavandeniai).

Fotosintezė

Fotosintezė- organinių junginių sintezė iš neorganinių naudojant šviesos energiją. Bendra fotosintezės lygtis yra tokia:

Fotosintezė vyksta dalyvaujant fotosintetiniai pigmentai, kurios turi unikalią savybę paversti saulės šviesos energiją cheminių ryšių energija ATP pavidalu. Fotosintetiniai pigmentai yra į baltymus panašios medžiagos. Svarbiausias pigmentas yra chlorofilas. Eukariotuose fotosintezės pigmentai yra įterpti į vidinę plastidų membraną, prokariotuose, jie yra įterpti į citoplazminės membranos invaginacijas.
Chloroplasto struktūra labai panaši į mitochondrijos struktūrą. Grana tilakoidų vidinėje membranoje yra fotosintetinių pigmentų, taip pat elektronų transportavimo grandinės baltymų ir ATP sintetazės fermentų molekulių.
Fotosintezės procesas susideda iš dviejų fazių: šviesios ir tamsios.
1. Šviesioji fotosintezės fazė atsiranda tik šviesoje grana tilakoidų membranoje.
Tai apima šviesos kvantų absorbciją chlorofilu, ATP molekulės susidarymą ir vandens fotolizę.
Veikiamas šviesos kvanto (hv), chlorofilas praranda elektronus ir pereina į sužadinimo būseną:

Šiuos elektronus nešikliai perkelia į išorinį tilakoidinės membranos paviršių, tai yra, nukreiptą į matricą, kur jie kaupiasi.
Tuo pačiu metu tilakoidų viduje vyksta vandens fotolizė, tai yra, jo skilimas veikiant šviesai:

Susidarę elektronai nešikliais perkeliami į chlorofilo molekules ir jas redukuoja. Chlorofilo molekulės grįžta į stabilią būseną.
Vandenilio protonai, susidarę vandens fotolizės metu, kaupiasi tilakoido viduje, sukurdami H + rezervuarą. Dėl to tilakoidinės membranos vidinis paviršius įkraunamas teigiamai (dėl H +), o išorinis – neigiamai (dėl e -). Kadangi priešingai įkrautos dalelės kaupiasi abiejose membranos pusėse, potencialų skirtumas didėja. Kai potencialų skirtumas pasiekia kritinę vertę, elektrinio lauko jėga pradeda stumti protonus per ATP sintetazės kanalą. Šiuo atveju išsiskirianti energija naudojama ADP molekulėms fosforilinti:
ADP + P → ATP.

ATP susidarymas fotosintezės metu, veikiant šviesos energijai, vadinamas fotofosforilinimas.
Vandenilio jonai, patekę į išorinį tilakoidinės membranos paviršių, ten susitinka elektronus ir sudaro atominį vandenilį, kuris jungiasi prie vandenilio nešiklio molekulės NADP (nikotinamido adenino dinukleotido fosfatas):
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Taigi šviesos fotosintezės fazės metu vyksta trys procesai: deguonies susidarymas dėl vandens skilimo, ATP sintezė ir vandenilio atomų susidarymas NADPH 2 pavidalu. Deguonis difunduoja į atmosferą, o ATP ir NADPH 2 dalyvauja tamsiosios fazės procesuose.
2. Tamsioji fotosintezės fazė atsiranda chloroplastų matricoje tiek šviesoje, tiek tamsoje ir atspindi nuoseklias CO 2 transformacijas, gaunamas iš oro Kalvino cikle. Tamsiosios fazės reakcijos vykdomos naudojant ATP energiją. Kalvino cikle CO 2 susijungia su vandeniliu iš NADPH 2 ir susidaro gliukozė.
Fotosintezės procese, be monosacharidų (gliukozės ir kt.), sintetinami ir kitų organinių junginių monomerai – aminorūgštys, glicerolis ir riebalų rūgštys. Taigi fotosintezės dėka augalai aprūpina save ir visus gyvius Žemėje reikalingomis organinėmis medžiagomis ir deguonimi.
Lyginamosios eukariotų fotosintezės ir kvėpavimo charakteristikos pateiktos lentelėje.

Lyginamosios eukariotų fotosintezės ir kvėpavimo charakteristikos

Genetinė informacija visuose organizmuose saugoma tam tikros DNR nukleotidų sekos (arba RNR virusuose RNR) forma. Prokariotai turi genetinę informaciją vienos DNR molekulės pavidalu. Eukariotinėse ląstelėse genetinė medžiaga pasiskirsto keliose DNR molekulėse, suskirstytose į chromosomas.
DNR susideda iš koduojančių ir nekoduojančių sričių. Kodavimo sritys koduoja RNR. Nekoduojantys DNR regionai atlieka struktūrinės funkcija, leidžianti tam tikru būdu supakuoti genetinės medžiagos dalis, arba reguliavimo funkcija dalyvaujant įtraukiant genus, kurie nukreipia baltymų sintezę.
DNR koduojančios sritys yra genai. Gene - DNR molekulės dalis, koduojanti vienos mRNR (ir atitinkamai polipeptido), rRNR arba tRNR sintezę.
Chromosomos sritis, kurioje yra genas, vadinama lokusas . Genų rinkinys ląstelės branduolyje yra genotipas , haploidinio chromosomų rinkinio genų rinkinys - genomo , ekstranuklearinių DNR genų rinkinys (mitochondrijos, plastidai, citoplazma) - plazmonas .
Genuose įrašytos informacijos įgyvendinimas baltymų sintezės būdu vadinamas išraiška (apsireiškimas) genų. Genetinė informacija saugoma kaip specifinė DNR nukleotidų seka ir įgyvendinama kaip aminorūgščių seka baltyme. RNR veikia kaip informacijos tarpininkai ir nešėjai. Tai yra, genetinės informacijos įgyvendinimas vyksta taip:
DNR → RNR → baltymas.
Šis procesas atliekamas dviem etapais:
1) transkripcija;
2) transliuoti.

Transkripcija(nuo lat. transkripcija- perrašymas) - RNR sintezė naudojant DNR kaip šabloną. Dėl to susidaro mRNR, tRNR ir rRNR. Transkripcijos procesui reikia daug energijos ATP pavidalu ir jį vykdo fermentas RNR polimerazė.

Tuo pačiu metu transkribuojama ne visa DNR molekulė, o tik atskiri jos segmentai. Toks segmentas ( transkripcija) prasideda propaguotojas- DNR dalis, kurioje prisitvirtina RNR polimerazė ir kur prasideda bei baigiasi transkripcija terminatorius- DNR dalis, kurioje yra transkripcijos pabaigos signalas. Molekulinės biologijos požiūriu transkriptonas yra genas.
Transkripcija, kaip ir replikacija, yra pagrįsta nukleotidų azotinių bazių gebėjimu jungtis komplementariai. Transkripcijos metu nutrūksta dviguba DNR grandinė, o vienoje DNR grandinėje vyksta RNR sintezė.

Transkripcijos proceso metu DNR nukleotidų seka nukopijuojama ant susintetintos mRNR molekulės, kuri veikia kaip šablonas baltymų biosintezės procese.
Prokariotiniai genai susideda tik iš koduojančių nukleotidų sekų.

Eukariotų genai susideda iš kintamo kodavimo ( egzonai) ir nekoduoti ( intronai) sklypai.

Po transkripcijos iRNR dalys, atitinkančios intronus, pašalinamos sujungimo metu, o tai yra neatsiejama apdorojimo dalis.

Apdorojimas- brandžios mRNR susidarymo iš pirmtako pre-mRNR procesas. Tai apima du pagrindinius įvykius. 1. Prie mRNR galų pritvirtinamos trumpos nukleotidų sekos, nurodančios transliacijos pradžią ir pabaigą. Sujungimas- neinformatyvių mRNR sekų, atitinkančių DNR intronus, pašalinimas. Dėl splaisingo mRNR molekulinė masė sumažėja 10 kartų. Transliacija(nuo lat. vertimas- vertimas) - polipeptidinės grandinės sintezė naudojant mRNR kaip šabloną.

Transliacijoje dalyvauja visi trys RNR tipai: mRNR yra informacinė matrica; tRNR tiekia aminorūgštis ir atpažįsta kodonus; rRNR kartu su baltymais sudaro ribosomas, kuriose yra mRNR, tRNR ir baltymai bei atliekama polipeptidinės grandinės sintezė.

Transliacijos etapai

Matricos sintezės reakcijos. Matricos sintezės reakcijos apima

• savaiminis DNR dubliavimasis (replikacija);
• iRNR, tRNR ir rRNR susidarymas ant DNR molekulės (transkripcija);
• baltymų biosintezė į mRNR (transliacija).

Visoms šioms reakcijoms bendra yra tai, kad DNR molekulė vienu atveju arba mRNR molekulė kitu atveju veikia kaip matrica, ant kurios susidaro identiškos molekulės. Matricos sintezės reakcijos yra gyvų organizmų gebėjimo daugintis savo rūšims pagrindas.
Genų ekspresijos reguliavimas. Daugialąsčio organizmo kūnas susideda iš įvairių tipų ląstelių. Jie skiriasi struktūra ir funkcijomis, tai yra, jie skiriasi. Skirtumai pasireiškia tuo, kad, be bet kuriai organizmo ląstelei būtinų baltymų, kiekvieno tipo ląstelės sintezuoja ir specializuotus baltymus: epidermyje susidaro keratinas, eritrocituose – hemoglobinas ir kt. Ląstelių diferenciaciją sukelia išreikštų genų rinkinio pasikeitimas ir nėra lydimas jokių negrįžtamų pačių DNR sekų struktūros pokyčių.

1 variantas

1 . Kaip vadinasi pirmasis baltymų biosintezės etapas?

1) vertimas 2) transkripcija

3) mutacija4) kodavimas

2. Kur tiesiogiai susidaro poli?baltymų grandinės matavimas?

1) šerdyje2) ląstelės centre

3) Golgi komplekse4) ribosomose

3 Kaip vadinasi pirminis fotosintezės produktas?
1) krakmolas2) celiuliozė
3) gliukozė 4) sacharozė

4. Kas yra fotolizės procesas (fotooksidaslenija)?

1) vandens molekulės skilimas fotosintezės metu

2) vandens molekulių sintezė fotosintezės metu

3) vandens molekulių išsiskyrimas fotosintezės metu

4) vandens molekulių absorbcija fotosintezės metu

5.
chloroplaste. Kuri iš šių medžiagų atitinka skaičių 2 šioje diagramoje?

1) gliukozė

2) vanduo

3) anglies dioksidas

4) deguonis

6 .Kurios medžiagos formulę reikia įrašyti į tuščią vietą cheminės reakcijos diagramoje?

SU 6 N 12 APIE 6 + 6O 2 = … + 6H 2 APIE

1) anglies monoksidas

2) anglies dioksidas

3) deguonis

4) chlorofilas

7.

Procesas

mRNR

Informacijos perdavimas į ribosomas

1) tRNR

2) DNR

3) ATP

4) EPS

8. Kurią organinę molekulę galima laikyti knygos spausdinimo matricos analogu?

1) hemoglobino molekulė

2) ATP

3) DNR

4) krakmolo molekulė

9. Ar teisingi šie teiginiai apie fotosintezę?

A. Fotosintezė svarbi tik augalams.

B. Fotosintezė yra visų gyvų organizmų organinių medžiagų šaltinis.

2) teisingas tik B

3) abu sprendimai yra teisingi

4) abu sprendimai yra neteisingi

10 .Kokie yra baltymų biosintezės ląstelėje požymiai? Pasirinkite tris teisingus atsakymus iš šešių ir užrašykite skaičius, po kuriais jie pažymėti.

1) Procesui atlikti naudojama šviesos energija.

2) Procesas vyksta dalyvaujant fermentams.

3) Pagrindinis vaidmuo procese tenka RNR molekulėms.

4) Procesą lydi ATP sintezė.

5) Aminorūgštys tarnauja kaip monomerai, formuojantys molekules.

6) Baltymų molekulės surenkamos lizosomose.

11. Į tekstą „Šviesioji fotosintezės fazė“ įterpkite trūkstamus terminus iš siūlomo sąrašo, naudodami skaitinius žymėjimus. Tekste užsirašykite pasirinktų atsakymų skaičius, o gautą skaičių seką (pagal tekstą) įveskite žemiau esančioje lentelėje.

ŠVIESA FOTOSINTEZĖS FAZĖ

Dabar nustatyta, kad fotosintezė vyksta dviem fazėmis: šviesos ir __________ (A). Šviesos fazėje dėl saulės energijos vyksta molekulių __________ (B) sužadinimas ir molekulių __________ (C) sintezė. Kartu su šia reakcija vanduo suyra veikiamas šviesos, išskirdamas laisvą __________ (G). Šis procesas vadinamas fotolize.

DNR

2)

tamsus

3)

deguonies

4)

ATP

5)

prieblanda

6)

hemoglobino

7)

chlorofilas

8)

anglies dvideginio

12. Suderinkite grybą su jo mitybos rūšimi. Norėdami tai padaryti, pasirinkite kiekvieno pirmojo stulpelio elemento poziciją iš antrojo stulpelio. Lentelėje įveskite pasirinktų atsakymų skaičius.

B)

penicillium

IN)

mielės

G)

sieros-gelsvos spalvos grybelis

D)

javų rūdžių grybelis

E)

agrastų miltligė

2)

13. Ištirkite gyvame organizme vykstančios cheminės reakcijos greičio priklausomybės nuo temperatūros grafiką (išilgai ašiesX kūno temperatūra brėžiama (°C) ir išilgai ašiesadresu – santykinis cheminės reakcijos greitis (savavališkais vienetais)).

Kuris iš šių apibūdinimų tiksliausiai apibūdina šią priklausomybę nurodytame temperatūros diapazone? Cheminės reakcijos greitis gyvame organizme, kai temperatūra pakyla nuo 39 iki 43 ° C

2) staigiai mažėja per visą intervalą

3) auga, pasiekdamas didžiausią vertę

4) svyruoja apie vidutines vertes

Baltymų biosintezė gyvoje ląstelėje. Angliavandenių biosintezė – fotosintezė

2 variantas

1. Kur vyksta genetinės informacijos kopijavimas?DNR matacija?

1) citoplazmoje2) už narvo

3) šerdyje4) membranoje

2 . Kaip vadinamas skaitymo iš mRNR genetikos procesas?Cheminė informacija?

1) transkripcija 2) vertimas

3) sintezė4) kopijavimas

3 . Kokia energija naudojama šviesos reakcijose?sintezuoti?

1) vidinė ląstelės energija

2) katabolizmo metu ląstelės išskiriama energija

3) oro energija

4) saulės šviesos energija

4. Kaip vadinama intramembraninė erdvė?Roplastas, užpildytas želatine medžiaga?
1) polisoma 3) grana
2) stroma 4) tilakoidas

5. Kokios medžiagos formulę reikia įrašyti į tuščią vietą cheminės reakcijos diagramoje?

6СО 2 + 6H 2 O =… + 6O 2

1) hemoglobinas

2) DNR

3) gliukozė

4) chlorofilas

6. Išstudijuokite diagramą, vaizduojančią vykstantį fotosintezės procesą
chloroplaste. Kuri iš šių medžiagų atitinka skaičių 3?
šioje diagramoje?

2) anglies dioksidas

3) deguonis

4) gliukozė

7. Kokios korinio struktūros analogu galima laikyti spausdintuvą, prijungtą prie kompiuterio?

2) ribosoma

3) mitochondrija

4) Golgi kompleksas

8. Ar teisingi šie sprendimai apie augalų gyvenimo procesus?

A. Pagrindinė fotosintezės funkcija yra deguonies gamyba.

IN. Pagrindinė ląstelių kvėpavimo funkcija yra deguonies absorbcija.

2) teisingas tik B

3) abu teiginiai yra teisingi

4) abu teiginiai yra neteisingi

9. Žemiau esančioje lentelėje yra ryšys tarp pozicijų pirmajame ir antrame stulpelyje.

Procesas

tRNR

Aminorūgščių perkėlimas į surinkimo vietą

mRNR

Kokią sąvoką šioje lentelėje reikia įrašyti į tuščią laukelį?

2) aprūpinti ląsteles energija

3) ribosomų susidarymas ląstelėje

4) ląstelių augimo ir dalijimosi reguliavimas

10. Kas vyksta fotosintezės procese? Pasirinkite tris teisingus atsakymus iš šešių ir užrašykite skaičius, po kuriais jie pažymėti.

1) vandens molekulių skilimas

2) gliukozės susidarymas

3) šviesos energijos sugėrimas chlorofilo molekulėmis

4) baltymų susidarymas

5) deguonies absorbcija

6) anglies dioksido išsiskyrimas

11. Į tekstą „Baltymų biosintezė“ įrašykite trūkstamus terminus iš siūlomo sąrašo, naudodami skaitinius žymėjimus. Tekste užsirašykite pasirinktų atsakymų skaičius, o gautą skaičių seką (pagal tekstą) įveskite žemiau esančioje lentelėje.

5)

genas

6)

ribosomos

7)

Golgi kompleksas

8)

fenotipas

12. Ištirkite grafiką, rodantį fermento katalizuojamos reakcijos greičio priklausomybę nuo temperatūros (išilgai ašiesX vaizduojama žmogaus kūno temperatūra, o ašyjeadresu – cheminės reakcijos greitis).

Kokioje žmogaus kūno temperatūroje cheminės reakcijos greitis bus lygus 20 sutartinių vienetų?

1) 30 °C

2) 33 °C

3) 35 °C

4)43 °C

13. Nustatykite požymio ir metabolizmo tipo, kuriam šis požymis būdingas, atitiktį. Norėdami tai padaryti, pasirinkite kiekvieno pirmojo stulpelio elemento poziciją iš antrojo stulpelio. Lentelėje įveskite pasirinktų atsakymų skaičius.

B)

Reakcijų metu energija absorbuojama

IN)

Reakcijų metu išsiskiria energija

G)

Ribosomos dalyvauja

D)

reakcijos vyksta mitochondrijose

E)

energija kaupiama ATP molekulėse

2)

energingas