"Proteinlerin biyosentezi. Karbonhidratların biyosentezi - fotosentez" konulu biyoloji testi (9. sınıf)

23 cümleden oluşan bir hikaye oluşturun ve yazın
GÜNEŞ
KLOROFİL
ATMOSFER
HAYAT
FOTOSENTEZ

KARBONHİDRATLARIN BİYOSENTEZİ - FOTOSENTEZ

Jan Baptist Van Helmont

M.V. Lomonosov

Joseph Priestley

Jean Baptiste Boussingault

Klimenti Arkadyeviç Timiryazev

Fotosentez koşulları

Fotosentez nasıl gerçekleştirilir?

Yaprakların fotosenteze adaptasyonu

Kloroplast yapısı

Klorofil molekülünün yapısı

Her canlı hücre protein sentezleme yeteneğine sahiptir ve bu yetenek onun en önemli ve karakteristik özelliklerinden biridir. Protein biyosentezi, hücre büyümesi ve gelişmesi döneminde özel enerji ile gerçekleşir. Şu anda, hücresel organelleri ve zarları oluşturmak için proteinler aktif olarak sentezlenmektedir. Enzimler ve proteinler sentezlenir. Protein biyosentezi birçok yetişkinde, yani büyüme ve gelişmeyi tamamlamış hücrelerde, örneğin enzim proteinlerini (pepsin, trypsin) sentezleyen sindirim bezlerinin hücrelerinde veya sindirim bezlerinin hücrelerinde bulunan iç salgı bezlerinin hücrelerinde yoğun olarak meydana gelir. hormon proteinlerini sentezler (insülin, tiroksin). Bununla birlikte, proteinleri sentezleme yeteneği yalnızca büyüyen veya salgılayan hücrelerde doğal değildir: herhangi bir hücre, yaşamı boyunca sürekli olarak proteinleri sentezler, çünkü normal yaşam boyunca protein molekülleri yavaş yavaş yıpranır, yapıları ve işlevleri bozulur. Kullanılamaz hale gelen bu protein molekülleri hücreden uzaklaştırılır. Karşılığında yeni tam teşekküllü moleküller sentezlenir, hücrenin bileşimi ve aktivitesi bozulmaz.

Herhangi bir hücre görünüm ve özellik bakımından ana hücreye benzer. Bir hücrenin özellikleri proteinlerine bağlı olduğundan, hücrenin, ana hücrenin sentezlediği proteinlerin aynısını sentezleyebildiği açıktır. Sonuç olarak, protein sentezleme yeteneği hücreden hücreye aktarılır ve yaşam boyunca korunur.

Bu kadar büyük ve kompleks bir protein molekülünün nasıl sentezlendiği, gerekli amino asitlerin nasıl seçildiği, düzenlendiği ve belirli ve kesin bir düzen içinde bir araya getirildiği soruları, yakın zamana kadar çözülemeyen bir gizemdi. Bu sorular artık büyük ölçüde açıklığa kavuşturuldu ve bunların çözümü, 20. yüzyılın biyoloji ve biyokimyasının en büyük başarısını temsil ediyor.

Bir proteinin yapısının belirlenmesindeki ana rol DNA'ya aittir. DNA moleküllerinin çok büyük olduğunu zaten biliyoruz. Uzunlukları, en büyük protein moleküllerinin uzunluğundan onlarca ve yüzlerce kat daha fazladır: DNA zincirinin uzunluğu boyunca onlarca, hatta yüzlerce protein molekülü birbiri ardına yerleştirilebilir. Artık DNA'nın farklı bölümlerinin farklı proteinlerin sentezini belirlediği tespit edilmiştir. Bir DNA molekülü birkaç düzine proteinin sentezinde rol oynar.

Bir protein molekülünün sentezini belirleyen DNA'nın her bir bölümüne gen denir. Her gen, belirli bir proteinin yapısı hakkında bilgi içeren DNA çift sarmalının bir bölümüdür.

DNA yapısının proteinin yapısını nasıl belirlediğini anlamak için bir örnek verelim. Birçok kişi, sinyalleri ve telgrafları iletmek için kullanılan Mors kodunu biliyor. Mors alfabesinde, alfabenin tüm harfleri kısa ve uzun sinyallerin (noktalar ve çizgiler) kombinasyonlarıyla gösterilir. A harfi *--, B - - vb. olarak gösterilir. Sembollerden oluşan bir koleksiyona kod veya şifre denir. Mors kodu örnek bir koddur. Noktalar ve çizgiler içeren bir şerit şeridi alan Mors kodunu bilen biri, yazılanları kolayca çözebilir (kodunu çözebilir).

Birkaç bin ardışık olarak yerleştirilmiş dört tip nükleotitten oluşan bir DNA makromolekülü, bir proteinin yapısını belirleyen bir koddur. Tıpkı Mors alfabesinde her harfin belirli bir nokta ve çizgi kombinasyonuna karşılık gelmesi gibi, DNA kodunda da her amino asit, sırayla bağlanan nükleotidlerin belirli bir kombinasyonuna karşılık gelir.

DNA kodu

DNA kodu neredeyse tamamen çözüldü. DNA kodunun özü aşağıdaki gibidir. Her amino asit, üç bitişik nükleotidden oluşan DNA zincirinin bir bölümüne karşılık gelir. Örneğin, T--T--T bölümü, lizin amino asidine, A--C--A-sistein bölümüne, C--A--A - valin vb.'ye karşılık gelir.

Bir gendeki nükleotidlerin şu sırayla olduğunu varsayalım:

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

Bu seriyi üçlülere (üçlülere) bölerek, protein molekülünde hangi amino asitlerin ve hangi sırayla göründüğünü hemen çözebiliriz:

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

Sisteik Lizin Lösin Valin Prolin

Mors alfabesinde yalnızca iki karakter vardır. Tüm harfleri, tüm sayıları ve noktalama işaretlerini belirtmek için bazı harf veya sayılar için en fazla 5 karakter almanız gerekir. DNA kodu daha basittir. 4 farklı nükleotid vardır. 3'lü 4 elementin olası kombinasyonlarının sayısı 64'tür. Yalnızca 20 farklı amino asit vardır. Dolayısıyla, tüm amino asitleri kodlamak için fazlasıyla farklı nükleotid üçlüsü vardır.

Transkripsiyon. DNA'nın kendisinin doğrudan protein sentezine katılmadığı, DNA'nın hücre çekirdeğinde yer aldığı ve protein sentezinin sitoplazmada bulunan en küçük yapılar olan ribozomlarda meydana geldiği tespit edilmiştir. DNA yalnızca proteinlerin yapısına ilişkin bilgileri içerir ve saklar. Protein sentezi için bu bilginin tam kopyaları ribozomlara gönderilir. Bu, DNA üzerinde sentezlenen ve yapısını doğru bir şekilde kopyalayan RNA'nın yardımıyla yapılır. RNA nükleotidlerinin dizisi, gen zincirlerinden birindeki nükleotid dizisini tam olarak tekrarlar. Böylece bu genin yapısında yer alan bilgiler adeta RNA'ya yeniden yazılır. Bu işleme transkripsiyon denir (“transkripsiyon” - yeniden yazma, enlem.). Her genden istenilen sayıda RNA kopyası çıkarılabilir. Proteinlerin bileşimi hakkındaki bilgileri ribozomlara taşıyan bu RNA'lara haberci RNA'lar (i-RNA) adı verilir.

Bir gendeki nükleotidlerin bileşiminin ve dizisinin RNA'ya nasıl "yeniden yazılabileceğini" anlamak için, çift sarmallı DNA molekülünün temelini oluşturan tamamlayıcılık ilkesini hatırlayalım. Bir zincirin nükleotidleri, diğer zincirin karşıt nükleotidlerinin karakterini belirler. Eğer A bir zincirdeyse, T diğer zincirle aynı seviyededir ve C her zaman G'nin karşısındadır. Başka kombinasyon yoktur. Tamamlayıcılık ilkesi haberci RNA'nın sentezinde de işler. DNA zincirlerinden birinin her nükleotidinin karşısında haberci RNA'nın tamamlayıcı bir nükleotidi bulunur. Dolayısıyla Gdnk'ye karşı Tsrnk, Tsdnk - Grnk'e karşı, Adnk - Urnk'a karşı, Tdnk - Arnk'a karşı duruyor. Sonuç olarak, ortaya çıkan RNA zinciri, nükleotidlerinin bileşimi ve dizisi açısından, DNA zincirlerinden birinin nükleotidlerinin bileşiminin ve dizisinin tam bir kopyasıdır. Haberci RNA molekülleri protein sentezinin gerçekleştiği yere yani ribozomlara gönderilir. Ayrıca proteinin oluşturulduğu sitoplazmadan, yani amino asitlerden bir malzeme akışı da vardır. Hücrelerin sitoplazması her zaman gıda proteinlerinin parçalanması sonucu oluşan amino asitleri içerir.

Transfer RNA'ları

Amino asitler ribozoma bağımsız olarak girmezler, ancak amino asitlerin ribozomlara taşınması için özel olarak uyarlanmış özel RNA molekülleri eşlik eder. Bunlara transfer RNA'ları (tRNA'lar) denir. Transfer RNA'ları yalnızca birkaç düzine nükleotitten oluşan nispeten kısa zincirlerdir. Moleküllerinin bir ucunda amino asitlerin bağlanabileceği bir yapı bulunur. Transfer RNA'nın diğer ucunda, kod olarak belirli bir amino asite karşılık gelen üçlü bir nükleotid bulunur. Örneğin, lizin amino asidi için bir transfer RNA molekülünün bir ucunda lizinin "inişi" için bir "platform", diğer ucunda ise üçlü bir nükleotid bulunur: U-U-U. En az 20 farklı amino asit bulunduğundan, en az 20 farklı transfer RNA'sının da olduğu açıktır. Her amino asidin kendine ait transfer RNA'sı vardır.

Matris sentez reaksiyonu. İnorganik ve organik kimya üzerine çalışmış olanlar için, madde moleküllerinin kaotik hareket halinde olduğu çözeltilerde meydana gelen reaksiyonlar tanıdıktır. Bu tür sistemlerde reaksiyonlar moleküllerin rastgele çarpışmaları sonucu meydana gelir. Maddelerin konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, çarpışma olasılığı o kadar yüksek olur ve reaksiyon hızı da o kadar yüksek olur. Tam tersine, maddelerin konsantrasyonu azaldığında moleküllerin karşılaşma olasılığı azdır ve reaksiyon hızı ihmal edilebilir düzeyde olabilir.

Canlı sistemlerde, yukarıda anlatılan DNA replikasyon reaksiyonu veya RNA sentezi reaksiyonu gibi yeni bir reaksiyon türüyle karşılaşıyoruz. Bu tür reaksiyonlar cansız doğada bilinmemektedir. Bunlara matris sentezi reaksiyonları denir.

Teknolojide "matris" terimi, madeni para, madalya ve tipografik yazı tiplerinin dökümü için kullanılan bir kalıbı ifade eder: sertleştirilmiş metal, döküm için kullanılan kalıbın tüm ayrıntılarını tam olarak yeniden üretir. Matris sentezi, bir matris üzerine döküm yapmaya benzer: Yeni moleküller, mevcut moleküllerin yapısında ortaya konan plana tam olarak uygun olarak sentezlenir. Matris prensibi, nükleik asitlerin ve proteinlerin sentezi gibi hücrenin en önemli sentetik reaksiyonlarının temelini oluşturur. Bu reaksiyonlar, sentezlenen polimerlerdeki monomer birimlerinin kesin ve spesifik dizilimini sağlar. Burada monomerlerin yönlendirilmiş bir kasılması, hücrenin belirli bir yerine, yani reaksiyonun gerçekleştiği matris görevi gören moleküllere doğru yönlendirilir. Eğer bu tür reaksiyonlar moleküllerin rastgele çarpışmalarıyla meydana gelseydi, sonsuz yavaşlıkta ilerleyeceklerdi. Karmaşık moleküllerin şablon prensibine dayalı sentezi hızlı ve doğru bir şekilde gerçekleştirilir.

Matris reaksiyonlarında matrisin rolü, nükleik asitlerin makromolekülleri - DNA veya RNA tarafından oynanır. Polimerin sentezlendiği monomerik moleküller - nükleotidler veya amino asitler - tamamlayıcılık ilkesine uygun olarak matris üzerinde kesin olarak tanımlanmış, önceden belirlenmiş bir sırayla yerleştirilir ve sabitlenir. Daha sonra monomer birimleri bir polimer zincirine "çapraz bağlanır" ve bitmiş polimer matristen salınır. Bundan sonra matris, yeni bir polimer molekülünün birleşmesi için hazırdır. Belirli bir kalıba yalnızca bir madeni para, madalya veya tek bir harf dökülebildiği gibi, belirli bir matris molekülünde de yalnızca tek bir polimerin "bir araya getirilebileceği" açıktır.

Matris reaksiyon tipi- canlı sistemlerin kimyasının belirli bir özelliği. Bunlar, tüm canlıların temel özelliği olan kendi türünü yeniden üretme yeteneğinin temelidir.

Canlı hücre dışında matriks tipi reaksiyonlara doğada hiçbir yerde rastlanmamıştır.

Yayın

İ-RNA'da bir nükleotid dizisi biçiminde kaydedilen proteinin yapısı hakkındaki bilgi, sentezlenen polipeptit zincirindeki bir amino asit dizisi biçiminde daha da aktarılır. Bu sürece çeviri denir (“çeviri” - aktarım, çeviri, enlem.). Ribozomlarda çevirinin nasıl gerçekleştiğini, yani bilginin nükleik asitlerin dilinden proteinlerin diline çevrilmesini anlamak için. Şekilde ribozomlar mRNA içeren oval gövdeler olarak gösterilmiştir. Birinci ribozom filamentli mRNA molekülünün sol ucundan girer ve protein sentezini başlatır. Protein molekülü bir araya geldikçe ribozom mRNA boyunca ilerler (şekilde soldan sağa). Ribozom 50-100 A ileri doğru hareket ettiğinde mRNA'ya aynı uçtan ikinci bir ribozom girer ve bu da birincisi gibi senteze başlar ve birinci ribozomun ardından hareket eder. Daha sonra üçüncü ribozom i-RNA'ya girer, dördüncüsü vb. Hepsi aynı işi yapar: her biri bu i-RNA'da programlanan aynı proteini sentezler. Ribozom mRNA boyunca ne kadar sağa doğru hareket ederse, protein molekülünün segmenti o kadar büyük "bir araya gelir". Ribozom mRNA'nın sağ ucuna ulaştığında sentez tamamlanır ve ribozom "ürünü" ile birlikte çevreye atılır. Burada ayrılırlar: ribozom - herhangi bir mRNA'ya (herhangi bir proteini sentezleyebildiği için; proteinin doğası matrise bağlıdır), protein molekülü - endoplazmik retikuluma ve onun boyunca hücrenin o kısmına doğru hareket eder. bu tür protein gereklidir. Kısa bir süre sonra ikinci ribozom işini bitirir, sonra üçüncüsü vb. Ve mRNA'nın sol ucundan giderek daha fazla ribozom girer ve protein sentezi sürekli olarak devam eder. Bir mRNA molekülüne aynı anda uyan ribozomların sayısı, mRNA'nın uzunluğuna bağlıdır. Örneğin uzunluğu yaklaşık 1500 A 0 olan hemoglobin proteininin sentezini programlayan bir mRNA molekülü üzerine 5'e kadar ribozom yerleştirilir (ribozom çapı yaklaşık 230 A'dır). Bir mRNA molekülü üzerinde aynı anda bulunan bir grup ribozoma poliribozom veya kısaca polisom adı verilir.

Şimdi ribozomun mekanizmasına daha yakından bakalım. Ribozom, mRNA boyunca hareketi sırasında herhangi bir anda molekülünün küçük bir kısmı ile temas halindedir. Bu bölgenin boyutunun yalnızca bir nükleotid üçlüsü olması mümkündür. Ribozom, mRNA boyunca düzgün bir şekilde değil, aralıklı olarak "adımlarla" - üçlü üçlü - hareket eder. Ribozomun mRNA ile temas ettiği yerden belirli bir mesafede bir protein "birleşme" noktası vardır: burada protein sentetaz enzimi yerleştirilir ve çalışır, bir polipeptit zinciri oluşturur, yani amino asitler arasında peptit bağları oluşturur.

Bir protein molekülünün ribozomlarda "birleşme" mekanizması aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Polisomun parçası olan her ribozomda, yani. i-RNA boyunca hareket eden, üzerlerinde "asılı" amino asitlerin bulunduğu t-RNA molekülleri sürekli bir akış halinde çevreden gelir. Ribozomun mRNA ile temas ettiği yere kodlarının ucuyla dokunarak geçerler ve şu anda ribozomda bulunan mRNA nükleotidlerinin üçlüsüne dokunurlar. TRNA'nın (amino asidi taşıyan) karşı ucu, protein "birleşme" noktasına yakın görünür. Bununla birlikte, ancak t-RNA kod üçlüsünün (şu anda ribozomda bulunan) mRNA üçlüsüne tamamlayıcı olduğu ortaya çıkarsa, t-RNA tarafından iletilen amino asit, protein molekülünün bir parçası haline gelecek ve t-RNA'dan ayrılacaktır. -RNA. Ribozom hemen mRNA boyunca bir üçlü ileri doğru bir "adım" atar ve serbest tRNA, ribozomdan çevreye salınır. Burada yeni bir amino asit molekülünü yakalar ve onu çalışan ribozomlardan herhangi birine taşır. Böylece yavaş yavaş, üçlü üçlü, ribozom mRNA boyunca hareket eder ve bir polipeptit zinciri olan bağlantı bağlantı büyür. Ribozom bu şekilde çalışır - haklı olarak protein sentezinin "moleküler otomatonu" olarak adlandırılan bu muhteşem hücre organeli.

Son zamanlarda kimyagerlerin laboratuvarda gerçekleştirdiği protein sentezinden daha önce bahsetmiştik. Bu yapay sentez, çok büyük çabalar, çok fazla zaman ve para gerektiriyordu. Canlı bir hücrede ise bir protein molekülünün sentezi 3-4 saniyede tamamlanır. İşte canlı hücresindeki sentetik düzeneğin ne kadar mükemmel çalıştığının bir örneği.

Protein biyosentezinde enzimlerin rolü

Enzimlerin katılımı olmadan protein sentezi sürecinde tek bir adımın bile gerçekleşmediğini unutmamalıyız. Tüm protein sentezi reaksiyonları özel enzimler tarafından katalize edilir. Haberci RNA'nın sentezi, genin başlangıcından sonuna kadar DNA molekülü boyunca "sürünen" ve bitmiş haberci RNA molekülünü geride bırakan bir enzim tarafından gerçekleştirilir. Bu süreçteki gen yalnızca sentez programını sağlar ve işlemin kendisi enzim tarafından yürütülür. Enzimlerin katılımı olmadan amino asitlerin transfer RNA ile bağlantısı gerçekleşmez.

Amino asitlerin yakalanmasını ve transfer RNA'ları ile bağlanmasını sağlayan özel enzimler vardır. Son olarak ribozomda proteinlerin bir araya gelmesi sırasında amino asitleri birbirine bağlayan bir enzim çalışır.

Protein biyosentezinin enerjisi

Protein biyosentezinin bir diğer önemli yönü de enerjisidir. Herhangi bir sentetik sürecin endotermik bir reaksiyon olduğunu ve bu nedenle enerji harcaması gerektirdiğini daha önce belirtmiştik. Protein biyosentezi bir sentetik reaksiyonlar zincirini temsil eder: 1) mRNA'nın sentezi, 2) amino asitlerin tRNA ile kombinasyonu ve 3) proteinin "birleştirilmesi". Bütün bu reaksiyonlar enerji gerektirir. Protein sentezi için gerekli enerji, ATP'nin parçalanma reaksiyonuyla sağlanır. Her biyosentez bağlantısı her zaman 2 ATP'nin parçalanmasıyla ilişkilidir.

Hücre çevreyle sürekli madde ve enerji alışverişi yapar. Metabolizma (metabolizma)- canlı organizmaların temel özelliği. Hücresel düzeyde metabolizma iki süreci içerir: asimilasyon (anabolizma) ve disimilasyon (katabolizma). Bu işlemler hücrede eş zamanlı olarak gerçekleşir.

Asimilasyon(plastik değişim) - biyolojik sentezin bir dizi reaksiyonu. Hücreye dışarıdan giren basit maddelerden belirli bir hücrenin karakteristik maddeleri oluşur. Hücredeki maddelerin sentezi ATP moleküllerinde bulunan enerji kullanılarak gerçekleşir.

Disimilasyon (enerji metabolizması)- maddelerin parçalanmasının bir dizi reaksiyonu. Yüksek moleküllü bileşikler parçalandığında biyosentez reaksiyonları için gerekli enerji açığa çıkar.

Asimilasyon türüne göre organizmalar ototrofik, heterotrofik ve miksotrofik olabilir.

Fotosentez ve kemosentez- iki tür plastik değişim. Fotosentez- fotosentetik pigmentlerin katılımıyla ışıkta karbondioksit ve sudan organik maddelerin oluşma süreci.

Kemosentez - CO2'den organik maddelerin sentezi için enerji kaynağının inorganik bileşiklerin oksidasyon reaksiyonları olduğu bir ototrofik beslenme yöntemi

Tipik olarak inorganik maddelerden organik maddeleri sentezleyebilen tüm organizmalar; Fotosentez ve kemosentez yapabilen organizmalar ototroflar olarak sınıflandırılır. Ototroflar geleneksel olarak bitkileri ve bazı mikroorganizmaları içerir.

Çok aşamalı fotosentez sürecinde yer alan ana madde klorofildir. Güneş enerjisini kimyasal enerjiye dönüştüren de budur.

Fotosentezin ışık aşaması:

(tilakoid membranlarda gerçekleştirilir)

Bir klorofil molekülüne çarpan ışık, onun tarafından emilir ve onu uyarılmış bir duruma getirir - molekülün bir parçası olan, ışığın enerjisini emen elektron, daha yüksek bir enerji seviyesine hareket eder ve sentez işlemlerine katılır;

Işığın etkisi altında suyun bölünmesi (fotoliz) de meydana gelir:

protonlar (elektronların yardımıyla) hidrojen atomlarına dönüştürülür ve karbonhidratların sentezine harcanır;

ATP (enerji) sentezlenir

Fotosentezin karanlık aşaması(kloroplastların stromasında meydana gelir)

glikozun gerçek sentezi ve oksijenin salınması

Not: Bu aşamaya karanlık denmesinin nedeni geceleri meydana gelmesi değildir - genel olarak günün her saatinde glikoz sentezi meydana gelir, ancak karanlık aşama artık ışık enerjisine ihtiyaç duymaz.

20. Hücredeki metabolizma. Disimilasyon süreci. Enerji metabolizmasının ana aşamaları.

Canlı organizmaların tüm hücrelerinde metabolik ve enerji süreçleri sürekli olarak meydana gelir - bu metabolizma. Bu süreci daha detaylı ele alırsak bunlar sürekli süreçlerdir oluşumu ve çürüme maddeler ve emilim ve atılım enerji.

Hücredeki metabolizma:

Maddelerin sentez süreci = plastik metabolizma = asimilasyon = anabolizma

Bir şey inşa etmek için enerji harcamanız gerekir - bu süreç enerjinin emilmesiyle gerçekleşir.

Bölünme süreci = enerji metabolizması= benzeşme=katabolizma

Bu, karmaşık maddelerin daha basit maddelere ayrıştırıldığı ve enerjinin açığa çıktığı bir süreçtir.

Temel olarak bunlar oksidasyon reaksiyonlarıdır, mitokondride meydana gelirler, en basit örnek nefes. Solunum sırasında karmaşık organik maddeler daha basit maddelere parçalanarak karbondioksit ve enerji açığa çıkar. Genel olarak bu iki süreç birbirine bağlıdır ve birbirine dönüşür. Toplamda metabolizmanın (hücredeki metabolizma) denklemi şu şekilde yazılabilir:
katabolizma + anabolizma = hücredeki metabolizma = metabolizma.

Hücrede yaratılış süreçleri sürekli devam etmektedir. Basit maddelerden daha karmaşık maddeler, düşük moleküllü olanlardan ise yüksek molekül ağırlıklı maddeler oluşur. Proteinler, kompleks karbonhidratlar, yağlar ve nükleik asitler sentezlenir. Sentezlenen maddeler hücrenin farklı kısımlarını, organellerini, salgılarını, enzimlerini ve rezerv maddelerini oluşturmak için kullanılır. Sentetik reaksiyonlar özellikle büyüyen bir hücrede yoğundur; hasar gördüğünde tükenen veya yok edilen moleküllerin yerini alacak maddeler sürekli olarak sentezlenir. Yok edilen her protein molekülü veya başka bir maddenin yerini yeni bir molekül alır. Böylece hücre, yaşam sürecindeki sürekli değişime rağmen şeklini ve kimyasal bileşimini sabit tutar.

Hücrede oluşan maddelerin sentezine denir biyolojik sentez veya kısaca biyosentez. Tüm biyosentez reaksiyonları enerjinin emilimini içerir. Biyosentetik reaksiyonların kümesine denir plastik değişimi veya asimilasyon(Latince "similis" - benzer). Bu sürecin anlamı, dış ortamdan hücreye giren, hücre maddesinden çok farklı olan besin maddelerinin, kimyasal dönüşümler sonucu hücre maddesi haline gelmesidir.

Bölünme reaksiyonları. Karmaşık maddeler daha basit olanlara, yüksek moleküllü maddeler ise düşük moleküllü olanlara ayrılır. Proteinler amino asitlere, nişasta ise glikoza parçalanır. Bu maddeler daha da düşük moleküler ağırlıklı bileşiklere parçalanır ve sonunda çok basit, enerji açısından zayıf maddeler oluşur - CO2 ve H2O. Bölünme reaksiyonlarına çoğu durumda enerji salınımı eşlik eder.

Bu reaksiyonların biyolojik önemi hücreye enerji sağlamaktır. Her türlü aktivite (hareket, salgı, biyosentez vb.) enerji harcamasını gerektirir. Bölünme reaksiyonları kümesine denir hücre enerji metabolizması veya disimilasyonu. Disimilasyon, asimilasyonun tam tersidir: Bölünme sonucunda maddeler hücre maddelerine benzerliklerini kaybederler.

Plastik ve enerji alışverişi (asimilasyon ve disimilasyon) ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bir yandan biyosentez reaksiyonları, bölünme reaksiyonlarından elde edilen enerjinin harcanmasını gerektirir. Öte yandan, enerji metabolizması reaksiyonlarını gerçekleştirmek için, bu reaksiyonlara hizmet eden enzimlerin sürekli biyosentezi gereklidir, çünkü çalışma sırasında yıpranırlar ve yok edilirler. Plastik ve enerji alışverişi sürecini oluşturan karmaşık reaksiyon sistemleri yalnızca birbirleriyle değil aynı zamanda dış çevreyle de yakından bağlantılıdır.

Gıda maddeleri, plastik değişim reaksiyonları için malzeme görevi gören dış ortamdan hücreye girer ve bölünme reaksiyonlarında hücrenin çalışması için gerekli enerjiyi serbest bırakır. Hücre tarafından artık kullanılamayan maddeler dış ortama salınır. Hücrenin tüm enzimatik reaksiyonlarının toplamı, yani birbiriyle ve dış ortamla bağlantılı plastik ve enerji alışverişlerinin toplamı (asimilasyon ve disimilasyon). çevre denir Metabolizma ve enerji. Bu süreç, büyümesinin, gelişmesinin ve işleyişinin kaynağı olan hücrenin yaşamını sürdürmesinin temel koşuludur.

Enerji metabolizması. Vücudun çalışması için enerjiye ihtiyacı vardır. Bitkiler fotosentez sırasında güneş enerjisini organik maddede biriktirir. Enerji metabolizması sürecinde organik maddeler parçalanır ve kimyasal bağların enerjisi açığa çıkar. Kısmen ısı şeklinde dağılır ve kısmen ATP moleküllerinde depolanır. Hayvanlarda enerji metabolizması üç aşamada gerçekleşir.

İlk aşama hazırlıktır. Gıda, hayvanların ve insanların vücuduna karmaşık yüksek moleküler bileşikler formunda girer. Hücrelere ve dokulara girmeden önce bu maddelerin, hücresel emilim için daha erişilebilir olan düşük moleküllü maddelere parçalanması gerekir. İlk aşamada suyun katılımıyla ortaya çıkan organik maddelerin hidrolitik parçalanması meydana gelir. Çok hücreli hayvanların sindirim sisteminde, tek hücreli hayvanların sindirim boşluklarında ve lizozomlarda hücresel düzeyde enzimlerin etkisi altında meydana gelir. Hazırlık aşaması reaksiyonları:

proteinler + H 2 0 -> amino asitler + Q;

yağlar + H 2 0 -> gliserol + yüksek yağ asitleri + Q;

polisakkaritler -> glikoz +S.

Memelilerde ve insanlarda proteinler, peptit hidrolazların (pepsin, trypsin, kemotripsin) enzimlerin etkisi altında mide ve duodenumda amino asitlere parçalanır. Polisakkaritlerin parçalanması, ptyalin enziminin etkisi altında ağız boşluğunda başlar ve daha sonra amilazın etkisi altında duodenumda devam eder. Yağlar da lipazın etkisiyle burada parçalanır. Bu durumda açığa çıkan enerjinin tamamı ısı şeklinde dağılır. Ortaya çıkan düşük molekül ağırlıklı maddeler kana karışarak tüm organ ve hücrelere ulaşır. Hücrelerde lizozoma veya doğrudan sitoplazmaya girerler. Lizozomlarda hücresel düzeyde bölünme meydana gelirse, madde hemen sitoplazmaya girer. Bu aşamada maddeler hücre içi parçalanmaya hazırlanır.

İkinci aşama- oksijensiz oksidasyon.İkinci aşama oksijen yokluğunda hücresel düzeyde gerçekleştirilir. Hücrenin sitoplazmasında meydana gelir. Hücredeki temel metabolik maddelerden biri olarak glikozun parçalanmasını ele alalım. Diğer tüm organik maddeler (yağ asitleri, gliserol, amino asitler) farklı aşamalarda dönüşüm süreçlerine çekilir. Glikozun oksijensiz parçalanmasına denir glikoliz. Glikoz bir dizi ardışık dönüşüme uğrar (Şekil 16). İlk önce fruktoza dönüştürülür, fosforile edilir, iki ATP molekülü tarafından aktive edilir ve fruktoz difosfata dönüştürülür. Daha sonra, altı karbonlu karbonhidrat molekülü iki üç karbonlu bileşiğe, iki molekül gliserofosfata (trioz) ayrılır. Bir dizi reaksiyondan sonra oksitlenirler, her biri iki hidrojen atomu kaybederler ve iki molekül piruvik asit (PVA) haline dönüştürülürler. Bu reaksiyonlar sonucunda dört ATP molekülü sentezlenir. Başlangıçta glikozun aktive edilmesi için iki ATP molekülü harcandığından toplam sonuç 2 ATP olur. Böylece glikozun parçalanması sırasında açığa çıkan enerjinin bir kısmı iki ATP molekülünde depolanır, bir kısmı da ısı şeklinde tüketilir. Gliserofosfatın oksidasyonu sırasında uzaklaştırılan dört hidrojen atomu, hidrojen taşıyıcısı NAD+ (nikotinamid dinükleotid fosfat) ile birleşir. Bu, NADP + ile aynı hidrojen taşıyıcısıdır, ancak enerji metabolizması reaksiyonlarında rol oynar.

Glikoliz reaksiyonlarının genelleştirilmiş şeması:

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

2ADF - > 2ATP

İndirgenmiş NAD2H molekülleri mitokondriye girer ve burada oksitlenir ve hidrojen açığa çıkar. Hücre, doku veya organizmanın türüne bağlı olarak piruvik asit, oksijensiz bir ortamda ayrıca laktik asit, etil alkol, bütirik asit veya diğer organik maddelere dönüştürülebilir. maddeler. Anaerobik organizmalarda bu işlemlere denir. Fermantasyon.

Laktik asit fermantasyonu:

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

Glikoz PVC laktik asit

Alkol fermantasyonu:

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

Glikoz PVC etil alkol

Üçüncü aşama biyolojik oksidasyon veya solunumdur. Bu aşama yalnızca oksijen varlığında meydana gelir ve başka şekilde adlandırılır. oksijen. Mitokondride meydana gelir. Sitoplazmadan gelen piruvik asit mitokondriye girer, burada bir karbon dioksit molekülünü kaybeder ve aktivatör ve taşıyıcı koenzim-A ile birleşerek asetik asite dönüşür. Ortaya çıkan asetil-CoA daha sonra bir dizi döngüsel reaksiyona girer. Oksijensiz ayrışma ürünleri - laktik asit, etil alkol - ayrıca değişikliklere uğrar ve oksijenle oksidasyona uğrar. Laktik asit, hayvan dokularında oksijen eksikliği nedeniyle oluşması durumunda pirüvik asite dönüştürülür. Etil alkol asetik asite oksitlenir ve CoA'ya bağlanır. Asetik asidin dönüştürüldüğü döngüsel reaksiyonlara denir di- ve trikarboksilik asitlerin döngüsü, veya Krebs döngüsü, Bu reaksiyonları ilk kez tanımlayan bilim adamının adını almıştır. Bir dizi ardışık reaksiyonun bir sonucu olarak, dekarboksilasyon meydana gelir - karbondioksitin uzaklaştırılması ve oksidasyon - elde edilen maddelerden hidrojenin uzaklaştırılması. PVC'nin dekarboksilasyonu sırasında ve Krebs döngüsünde oluşan karbondioksit, solunum sırasında mitokondriden, ardından hücreden ve vücuttan salınır. Böylece organik maddelerin dekarboksilasyonu sırasında doğrudan karbondioksit oluşur. Ara maddelerden uzaklaştırılan hidrojenin tamamı NAD+ taşıyıcı ile birleşerek NAD 2H oluşur. Fotosentez sırasında karbondioksit ara maddelerle birleşir ve hidrojen ile indirgenir. Burada süreç tersine işliyor.

PVC'nin dekarboksilasyonu ve oksidasyonu için genel denklem şöyledir:

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

Şimdi NAD 2H moleküllerinin yolunu izleyelim. Solunum enzim zincirinin bulunduğu mitokondri kristasına ulaşırlar. Bu zincirde, elektronların eşzamanlı olarak uzaklaştırılmasıyla hidrojen taşıyıcıdan çıkarılır. İndirgenmiş NAD 2H'nin her molekülü iki hidrojen ve iki elektron bağışlar. Çıkarılan elektronların enerjisi çok yüksektir. Proteinlerden - sitokromlardan oluşan solunum enzimleri zincirine girerler. Bu sistem içerisinde kademeli olarak hareket eden elektron enerji kaybeder. Bu enerji nedeniyle ATP molekülleri ATPaz enzimi varlığında sentezlenir. Bu işlemlerle eş zamanlı olarak hidrojen iyonları membrandan dış tarafa pompalanır. Glikoliz sırasında oluşan 12 molekül NAD-2H'nin (2 molekül) ve Krebs döngüsündeki reaksiyonlar sonucunda (10 molekül) oksidasyonu sürecinde 36 ATP molekülü sentezlenir. Hidrojen oksidasyon süreciyle ilişkili ATP moleküllerinin sentezine denir. oksidatif fosforilasyon. Son elektron alıcısı, solunum sırasında mitokondriye giren oksijen molekülüdür. Membranın dışındaki oksijen atomları elektronları kabul eder ve negatif yüklenir. Pozitif hidrojen iyonları negatif yüklü oksijenle birleşerek su moleküllerini oluşturur. Su moleküllerinin fotolizi sırasında fotosentez sonucu atmosferik oksijenin oluştuğunu, karbondioksiti azaltmak için hidrojenin kullanıldığını hatırlayalım. Enerji değişimi sürecinde hidrojen ve oksijen yeniden birleşerek suya dönüştürülür.

Oksidasyonun oksijen aşamasının genelleştirilmiş reaksiyonu:

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

36ADP -> 36ATP.

Dolayısıyla, oksijen oksidasyonu sırasında ATP moleküllerinin verimi, oksijensiz oksidasyona göre 18 kat daha fazladır.

İki aşamada glikoz oksidasyonunun genel denklemi:

С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + e->Q(ılık).

38ADP -> 38ATP

Böylece, glikozun iki aşamada parçalanması sırasında, oksijen oksidasyonu sırasında ana kısım - 36 molekül - olmak üzere toplam 38 ATP molekülü oluşur. Bu enerji kazanımı, aerobik organizmaların anaerobik olanlara göre tercihli gelişimini sağlamıştır.

21. Mitotik hücre döngüsü. Dönemlerin özellikleri. Mitoz, biyolojik önemi. Amitoz.

Altında hücre (yaşam) döngüsü Bir hücrenin varlığını, bölünme sonucu ortaya çıktığı andan itibaren, başka bir bölünmeye veya hücrenin ölümüne kadar anlarız.

Buna yakın bir kavram da mitotik döngüdür.

Mitotik döngü- bu, hücrenin bölünmeden bir sonraki bölünmeye kadar hayati aktivitesidir.

Hücre bölünmesi sırasında, öncesinde ve sonrasında birbiriyle ilişkili ve koordineli olayların bir kompleksidir. Mitotik döngü- bu, bir hücrede bir bölünmeden diğerine meydana gelen ve sonraki neslin iki hücresinin oluşumuyla biten bir dizi süreçtir. Ayrıca yaşam döngüsü kavramı, hücrenin işlevlerini yerine getirdiği süreyi ve dinlenme sürelerini de kapsar. Şu anda hücresel akıbet belirsizdir: Hücre bölünmeye başlayabilir (mitoza girebilir) veya belirli işlevleri yerine getirmek için hazırlanmaya başlayabilir.

Mitozun ana aşamaları.

1. Ana hücrenin genetik bilgisinin çoğaltılması (kendi kendini kopyalaması) ve yavru hücreler arasında eşit dağılımı. Buna, ökaryotik bir hücrenin bilgisinin %90'ından fazlasının yoğunlaştığı kromozomların yapısı ve morfolojisindeki değişiklikler eşlik eder.

2. Mitotik döngü ardışık dört dönemden oluşur: presentetik (veya postmitotik) G1, sentetik S, postsentetik (veya premitotik) G2 ve mitozun kendisi. Otokatalitik ara fazı (hazırlık dönemi) oluştururlar.

Hücre döngüsü aşamaları:

1) presentetik (G1) (2n2c, burada n kromozom sayısı, c molekül sayısıdır). Hücre bölünmesinden hemen sonra meydana gelir. DNA sentezi henüz gerçekleşmemiştir. Hücre aktif olarak boyut olarak büyüyor ve bölünme için gerekli maddeleri depoluyor: proteinler (histonlar, yapısal proteinler, enzimler), RNA, ATP molekülleri. Mitokondri ve kloroplastların (yani kendi kendini çoğaltabilen yapılar) bölünmesi meydana gelir. Fazlar arası hücrenin organizasyonel özellikleri önceki bölünmeden sonra geri yüklenir;

2) sentetik (S) (2n4c). Genetik materyal, DNA replikasyonu yoluyla kopyalanır. DNA molekülünün çift sarmalının iki zincire ayrılması ve her birinde tamamlayıcı bir zincirin sentezlenmesiyle yarı koruyucu bir şekilde meydana gelir.

Sonuç, her biri bir yeni ve bir eski DNA zincirinden oluşan iki özdeş DNA çift sarmalıdır. Kalıtsal materyalin miktarı iki katına çıkar. Ayrıca RNA ve proteinlerin sentezi devam etmektedir. Ayrıca mitokondriyal DNA'nın küçük bir kısmı replikasyona uğrar (ana kısım G2 döneminde replike edilir);

3) postsentetik (G2) (2n4c). Artık DNA sentezlenmiyor ancak S dönemindeki sentezi sırasında oluşan kusurlar düzeltiliyor (onarım). Enerji ve besinler de birikir ve RNA ve proteinlerin (çoğunlukla nükleer) sentezi devam eder.

S ve G2 mitozla doğrudan ilişkilidir, bu nedenle bazen ayrı bir döneme (ön-faz) ayrılırlar.

Bundan sonra dört aşamadan oluşan mitoz gerçekleşir. Bölme işlemi birbirini takip eden birkaç aşamadan oluşur ve bir döngüdür. Süresi çoğu hücrede 10 ila 50 saat arasında değişir. İnsan vücut hücrelerinde mitozun süresi 1-1.5 saat, G2 interfaz süresi 2-3 saat, S interfaz süresi 6-10 saattir. saat .

Mitozun aşamaları.

Mitoz süreci genellikle dört ana aşamaya ayrılır: profaz, metafaz, anafaz Ve telofaz. Sürekli olduğu için faz değişimi sorunsuz bir şekilde gerçekleştirilir - biri fark edilmeden diğerine geçer.

ProfazdaÇekirdeğin hacmi artar ve kromatinin spiralleşmesi nedeniyle kromozomlar oluşur. Profazın sonunda her kromozomun iki kromatitten oluştuğu açıktır. Nükleol ve nükleer membran yavaş yavaş çözülür ve kromozomlar hücrenin sitoplazmasında rastgele yerleşmiş olarak görünür. Sentriyoller hücrenin kutuplarına doğru birbirinden ayrılır. İpliklerinden bazıları kutuptan direğe giden ve bazıları kromozomların sentromerlerine bağlanan bir akromatin fisyon mili oluşur. Hücredeki genetik materyalin içeriği değişmeden kalır (2n4c).

Metafazda Kromozomlar maksimum spiralleşmeye ulaşarak hücrenin ekvatorunda düzenli bir şekilde dizilirler ve bu dönemde sayılırlar ve incelenirler. Genetik materyalin içeriği değişmez (2n4c).

anafazda her bir kromozom, bu noktadan sonra yavru kromozomlar olarak adlandırılan iki kromatite "ayrılır". Sentromerlere bağlanan iğ iplikleri kasılır ve kromatidleri (yavru kromozomlar) hücrenin zıt kutuplarına doğru çeker. Her kutuptaki hücredeki genetik materyalin içeriği diploid bir kromozom seti ile temsil edilir, ancak her kromozom bir kromatid (4n4c) içerir.

Telofazda Kutuplarda bulunan kromozomlar söner ve zor görünür hale gelir. Her kutuptaki kromozomların çevresinde sitoplazmanın membran yapılarından bir nükleer membran oluşur ve çekirdeklerde nükleoller oluşur. Fisyon mili yok edilir. Aynı zamanda sitoplazma da bölünüyor. Yavru hücreler, her biri bir kromatitten (2n2c) oluşan diploid bir kromozom setine sahiptir.

Plastik ve enerji metabolizması süreçleri ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Tüm sentetik (anabolik) işlemler, disimilasyon reaksiyonları yoluyla sağlanan enerjiye ihtiyaç duyar. Parçalanma reaksiyonlarının kendisi (katabolizma) yalnızca asimilasyon işlemi sırasında sentezlenen enzimlerin katılımıyla gerçekleşir.

PTF'nin metabolizmadaki rolü

Organik maddenin parçalanması sırasında açığa çıkan enerji hücre tarafından hemen kullanılmaz, genellikle adenozin trifosfat (ATP) şeklinde yüksek enerjili bileşikler halinde depolanır. ATP, kimyasal yapısı gereği bir mononükleotiddir.

ATP (adenosin trifosforik asit)- yüksek enerjili bağlarla birbirine bağlanan adenin, riboz ve üç fosforik asit kalıntısından oluşan bir mononükleotit.

Bu bağlar, kırıldıklarında açığa çıkan enerjiyi depolar:
ATP + H2O → ADP + H3PO4 + Q1
ADP + H2O → AMP + H3PO4 + Q2
AMP + H2O → adenin + riboz + H3PO4 + Q3,
burada ATP, adenosin trifosforik asittir; ADP - adenosin difosforik asit; AMP - adenosin monofosforik asit; Q1 = Q2 = 30,6 kJ; Q3 = 13,8 kJ.
Hücredeki ATP arzı sınırlıdır ve fosforilasyon süreci yoluyla yenilenir. Fosforilasyon- ADP'ye bir fosforik asit kalıntısının eklenmesi (ADP + P → ATP). Solunum, fermantasyon ve fotosentez sırasında değişen oranlarda meydana gelir. ATP son derece hızlı bir şekilde yenilenir (insanlarda bir ATP molekülünün ömrü 1 dakikadan azdır).
ATP moleküllerinde biriken enerji vücut tarafından anabolik reaksiyonlarda (biyosentez reaksiyonları) kullanılır. ATP molekülü tüm canlılar için evrensel bir enerji deposu ve taşıyıcısıdır.

Enerji metabolizması

Yaşam için gerekli olan enerji çoğu organizma tarafından organik maddelerin oksidasyon işlemleri, yani katabolik reaksiyonlar sonucunda elde edilir. Yakıt görevi gören en önemli bileşik glikozdur.
Serbest oksijenle ilgili olarak organizmalar üç gruba ayrılır.

Organizmaların serbest oksijene göre sınıflandırılması

Zorunlu aeroblarda ve fakültatif anaeroblarda, oksijen varlığında katabolizma üç aşamada gerçekleşir: hazırlık, oksijensiz ve oksijen. Sonuç olarak organik maddeler inorganik bileşiklere ayrışır. Zorunlu anaeroblarda ve fakültatif anaeroblarda, oksijen eksikliği olduğunda katabolizma ilk iki aşamada meydana gelir: hazırlık ve oksijensiz. Sonuç olarak, hala enerji açısından zengin olan ara organik bileşikler oluşur.

Katabolizmanın aşamaları

1. İlk aşama hazırlıktır- karmaşık organik bileşiklerin daha basit bileşiklere enzimatik olarak parçalanmasından oluşur. Proteinler amino asitlere, yağlar gliserol ve yağ asitlerine, polisakkaritler monosakkaritlere, nükleik asitler nükleotitlere parçalanır. Çok hücreli organizmalarda bu durum gastrointestinal sistemde, tek hücreli organizmalarda ise hidrolitik enzimlerin etkisi altındaki lizozomlarda meydana gelir. Bu süreçte açığa çıkan enerji ısı şeklinde dağılır. Ortaya çıkan organik bileşikler ya daha fazla oksidasyona uğrar ya da hücre tarafından kendi organik bileşiklerini sentezlemek için kullanılır.
2. İkinci aşama - eksik oksidasyon (oksijensiz)- Hücrenin sitoplazmasında oksijenin katılımı olmadan gerçekleştirilen organik maddelerin daha fazla parçalanmasından oluşur. Hücredeki ana enerji kaynağı glikozdur. Glikozun oksijensiz, tamamlanmamış oksidasyonuna glikoliz denir. Bir glikoz molekülünün glikolizi sonucunda iki molekül piruvik asit (PVA, piruvat) CH3COCOOH, ATP ve suyun yanı sıra NAD + taşıyıcı moleküle bağlanan ve formda depolanan hidrojen atomları oluşur. NADH'den.
Glikolizin toplam formülü aşağıdaki gibidir:
C 6 H 12 Ö 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP + 2NAD+ → 2C 3 H 4 Ö 3 + 2H 2 Ö + 2ATP + 2NAD H.
Daha öte ortamda oksijen bulunmadığında Glikoliz ürünleri (PVC ve NADH) ya etil alkole işlenir - alkollü fermantasyon(maya ve bitki hücrelerinde oksijen eksikliği olduğunda)
CH3COCOOH → CO2 + CH3COH
CH3SON + 2NADH → C2H5OH + 2NAD +,
veya laktik asit - laktik asit fermantasyonu (oksijen eksikliği olan hayvan hücrelerinde)
CH3COCOOH + 2NADH → C3H603+2NAD+ .
Ortamda oksijen bulunması durumunda glikoliz ürünleri nihai ürünlere daha fazla parçalanır.
3. Üçüncü aşama tam oksidasyondur (solunum)- PVC'nin, oksijenin zorunlu katılımıyla mitokondride gerçekleştirilen karbondioksit ve suya oksidasyonundan oluşur.
Üç aşamadan oluşur:
A) asetil koenzim A'nın oluşumu;
B) Krebs döngüsünde asetil koenzim A'nın oksidasyonu;
B) elektron taşıma zincirinde oksidatif fosforilasyon.

A. İlk aşamada, PVC sitoplazmadan mitokondriye aktarılır, burada matris enzimleriyle etkileşime girer ve 1) hücreden uzaklaştırılan karbondioksiti oluşturur; 2) taşıyıcı moleküller tarafından mitokondrinin iç zarına iletilen hidrojen atomları; 3) asetil koenzim A (asetil-CoA).
B. İkinci aşamada asetil koenzim A Krebs döngüsünde oksitlenir. Krebs döngüsü (trikarboksilik asit döngüsü, sitrik asit döngüsü), bir asetil-CoA molekülünün 1) iki molekül karbon dioksit, 2) bir ATP molekülü ve 3) dört çift hidrojen atomunun üretildiği sıralı reaksiyonlar zinciridir. moleküller - taşıyıcılar - NAD ve FAD. Böylece glikoliz ve Krebs döngüsü sonucunda glikoz molekülü C02'ye bölünür ve bu durumda açığa çıkan enerji 4 ATP'nin sentezine harcanır ve 10 NADH ve 4 FADH2'de birikir.
B. Üçüncü aşamada, NADH ve FADH2'li hidrojen atomları, su oluşturmak üzere moleküler oksijen O2 ile oksitlenir. Bir NADH 3 ATP oluşturabilir ve bir FADH 2-2 ATP oluşturabilir. Böylece bu durumda açığa çıkan enerji başka bir 34 ATP formunda depolanır.
Bu süreç şu şekilde ilerlemektedir. Hidrojen atomları iç mitokondri zarının dışına yakın bir yerde yoğunlaşmıştır. Elektron taşıma zincirinin (ETC) bir taşıyıcı molekül zinciri (sitokromlar) aracılığıyla oksijen molekülleriyle birleştikleri iç zarın iç tarafına aktarılan elektronları kaybederler:
Ö2 + e - → Ö2 - .
Elektron taşıma zincirindeki enzimlerin aktivitesinin bir sonucu olarak, mitokondri iç zarı içeriden negatif olarak (O 2 - nedeniyle) ve dışarıdan pozitif olarak (H + nedeniyle) yüklenir, böylece potansiyel bir fark oluşur. yüzeyleri arasında oluşturulur. Bir iyon kanalına sahip olan ATP sentetaz enziminin molekülleri, mitokondrinin iç zarına yerleştirilmiştir. Membran arasındaki potansiyel fark kritik bir seviyeye ulaştığında, pozitif yüklü H+ parçacıkları elektrik alanının kuvvetiyle ATPaz kanalı boyunca itilmeye başlar ve zarın iç yüzeyine vardıklarında oksijenle etkileşime girerek su oluşturur:
1/2O 2 - +2H + → H 2 O.
İç mitokondriyal zarın iyon kanalı yoluyla taşınan hidrojen iyonları H +'nın enerjisi, ADP'yi ATP'ye fosforile etmek için kullanılır:
ADP + P → ATP.
Mitokondride oksijenin katılımıyla bu ATP oluşumuna oksidatif fosforilasyon denir.
Hücresel solunum sırasında glikozun parçalanmasının genel denklemi şöyledir:
C6H12O6 + 6O2 + 38H3PO4 + 38ADP → 6CO2 + 44H2O + 38ATP.
Böylece, glikoliz sırasında, hücresel solunum sırasında 2 ATP molekülü oluşur - glikozun tamamen oksidasyonu ile toplamda 36 ATP molekülü daha - 38 ATP molekülü.

Plastik değişimi

Plastik metabolizma veya asimilasyon, karmaşık organik bileşiklerin daha basit olanlardan (fotosentez, kemosentez, protein biyosentezi vb.) sentezini sağlayan bir dizi reaksiyondur.

Heterotrofik organizmalar kendi organik maddelerini organik gıda bileşenlerinden oluştururlar. Heterotrofik asimilasyon esas olarak moleküllerin yeniden düzenlenmesine indirgenir:
organik gıda maddeleri (proteinler, yağlar, karbonhidratlar) → basit organik moleküller (amino asitler, yağ asitleri, monosakaritler) → vücut makromolekülleri (proteinler, yağlar, karbonhidratlar).
Ototrofik organizmalar, organik maddeleri dış ortamdan tüketilen inorganik moleküllerden tamamen bağımsız olarak sentezleme yeteneğine sahiptir. Foto ve kemosentez sürecinde, daha sonra makromoleküllerin sentezlendiği basit organik bileşikler oluşur:
inorganik maddeler (CO2, H2O) → basit organik moleküller (amino asitler, yağ asitleri, monosakaritler) → vücudun makromolekülleri (proteinler, yağlar, karbonhidratlar).

Fotosentez

Fotosentez- ışık enerjisi kullanılarak inorganik olanlardan organik bileşiklerin sentezi. Fotosentezin genel denklemi:

Fotosentez katılımla gerçekleşir fotosentetik pigmentler Güneş ışığının enerjisini ATP formundaki kimyasal bağ enerjisine dönüştürme konusunda eşsiz bir özelliğe sahip olan. Fotosentetik pigmentler protein benzeri maddelerdir. En önemli pigment klorofildir. Ökaryotlarda fotosentetik pigmentler plastidlerin iç zarına gömülüdür; prokaryotlarda ise sitoplazmik zarın girintilerine gömülüdür.
Kloroplastın yapısı mitokondrinin yapısına çok benzer. Grana tilakoidlerin iç zarı, fotosentetik pigmentlerin yanı sıra elektron taşıma zinciri proteinleri ve ATP sentetaz enzim moleküllerini içerir.
Fotosentez süreci iki aşamadan oluşur: aydınlık ve karanlık.
1. Fotosentezin ışık aşaması yalnızca grana tilakoidlerin zarındaki ışıkta oluşur.
Bu, ışık kuantumunun klorofil tarafından emilmesini, bir ATP molekülünün oluşumunu ve suyun fotolizini içerir.
Hafif bir kuantumun (hv) etkisi altında, klorofil elektronları kaybederek uyarılmış bir duruma geçer:

Bu elektronlar taşıyıcılar tarafından tilakoid zarın dış yüzeyine, yani matrise bakacak şekilde birikecekleri yere aktarılır.
Aynı zamanda tilakoidlerin içinde suyun fotolizi, yani ışığın etkisi altında ayrışması meydana gelir:

Ortaya çıkan elektronlar taşıyıcılar tarafından klorofil moleküllerine aktarılır ve indirgenir. Klorofil molekülleri kararlı duruma döner.
Suyun fotolizi sırasında oluşan hidrojen protonları tilakoid içinde birikerek bir H + rezervuarı oluşturur. Sonuç olarak, tilakoid zarın iç yüzeyi pozitif olarak (H + nedeniyle) yüklenir ve dış yüzeyi negatif olarak yüklenir (e - nedeniyle). Zıt yüklü parçacıklar zarın her iki tarafında biriktiğinde potansiyel fark artar. Potansiyel fark kritik bir değere ulaştığında, elektrik alan kuvveti protonları ATP sentetaz kanalı boyunca itmeye başlar. Bu durumda açığa çıkan enerji ADP moleküllerini fosforile etmek için kullanılır:
ADP + P → ATP.

Işık enerjisinin etkisi altında fotosentez sırasında ATP oluşumuna denir. fotofosforilasyon.
Hidrojen iyonları, tilakoid zarın dış yüzeyinde elektronlarla buluşur ve hidrojen taşıyıcı molekül NADP'ye (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) bağlanan atomik hidrojeni oluşturur:
2Н + + 4е – + NADP + → NADPH 2 .
Böylece, fotosentezin hafif aşamasında üç süreç meydana gelir: suyun ayrışması nedeniyle oksijen oluşumu, ATP sentezi ve NADPH2 formunda hidrojen atomlarının oluşumu. Oksijen atmosfere yayılır ve ATP ve NADPH2 karanlık fazın süreçlerine katılır.
2. Fotosentezin karanlık aşaması Kloroplast matrisinde hem aydınlıkta hem de karanlıkta meydana gelir ve Calvin döngüsünde havadan gelen CO2'nin bir dizi ardışık dönüşümünü temsil eder. Karanlık faz reaksiyonları ATP enerjisi kullanılarak gerçekleştirilir. Calvin döngüsünde CO2, NADPH2'den gelen hidrojenle birleşerek glikozu oluşturur.
Fotosentez sürecinde, monosakkaritlere (glikoz vb.) Ek olarak, diğer organik bileşiklerin monomerleri de sentezlenir - amino asitler, gliserol ve yağ asitleri. Böylece bitkiler fotosentez sayesinde kendilerine ve yeryüzündeki tüm canlılara gerekli organik maddeleri ve oksijeni sağlarlar.
Ökaryotların fotosentez ve solunumunun karşılaştırmalı özellikleri tabloda sunulmaktadır.

Ökaryotların fotosentez ve solunumunun karşılaştırmalı özellikleri

Tüm organizmalardaki genetik bilgi, spesifik bir DNA nükleotid dizisi (veya RNA virüslerindeki RNA) formunda depolanır. Prokaryotlar, tek bir DNA molekülü formunda genetik bilgi içerir. Ökaryotik hücrelerde genetik materyal, kromozomlar halinde organize edilmiş çeşitli DNA moleküllerine dağıtılır.
DNA kodlayıcı ve kodlayıcı olmayan bölgelerden oluşur. Kodlama bölgeleri RNA'yı kodlar. DNA'nın kodlamayan bölgeleri performans gösterir yapısal genetik materyal bölümlerinin belirli bir şekilde paketlenmesine izin veren işlev veya düzenleyici protein sentezini yönlendiren genlerin dahil edilmesine katılarak işlev görür.
DNA'nın kodlayıcı bölgeleri genlerdir. Gen - bir mRNA'nın (ve buna göre bir polipeptit), rRNA'nın veya tRNA'nın sentezini kodlayan bir DNA molekülünün bir bölümü.
Kromozomda genin bulunduğu bölgeye denir yer . Hücre çekirdeğindeki gen dizisi genotip , haploid bir kromozom setinin bir gen seti - genetik şifre , bir dizi nükleer olmayan DNA geni (mitokondri, plastidler, sitoplazma) - plazmon .
Genlerde kayıtlı bilgilerin protein sentezi yoluyla hayata geçirilmesine denir. ifade Genlerin (tezahürü). Genetik bilgi, spesifik bir DNA nükleotid dizisi olarak depolanır ve bir proteindeki amino asit dizisi olarak uygulanır. RNA aracı ve bilgi taşıyıcısı olarak görev yapar. Yani genetik bilginin uygulanması şu şekilde gerçekleşir:
DNA → RNA → protein.
Bu süreç iki aşamada gerçekleştirilir:
1) transkripsiyon;
2) yayın.

Transkripsiyon(lat. transkripsiyon- yeniden yazma) - DNA'yı şablon olarak kullanarak RNA'nın sentezi. Bunun sonucunda mRNA, tRNA ve rRNA oluşur. Transkripsiyon işlemi ATP formunda çok fazla enerji gerektirir ve RNA polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir.

Aynı zamanda, DNA molekülünün tamamı değil, yalnızca tek tek bölümleri kopyalanır. Böyle bir bölüm ( transkripsiyon) başlar destekçi- RNA polimerazın bağlandığı ve transkripsiyonun başlayıp bittiği DNA bölümü sonlandırıcı- transkripsiyonun sonu için bir sinyal içeren DNA'nın bir bölümü. Transkripton, moleküler biyoloji açısından bir gendir.
Transkripsiyon, replikasyon gibi, nükleotidlerin azotlu bazlarının tamamlayıcı olarak bağlanma yeteneğine dayanmaktadır. Transkripsiyon sırasında DNA'nın çift zinciri kırılır ve bir DNA zinciri boyunca RNA sentezi gerçekleştirilir.

Transkripsiyon işlemi sırasında, DNA nükleotidlerinin dizisi, protein biyosentezi sürecinde şablon görevi gören sentezlenen mRNA molekülüne kopyalanır.
Prokaryotik genler yalnızca kodlayan nükleotid dizilerinden oluşur.

Ökaryotik genler alternatif kodlamadan oluşur ( ekzonlar) ve kodlamayan ( intronlar) araziler.

Transkripsiyondan sonra mRNA'nın intronlara karşılık gelen kısımları, işlemenin ayrılmaz bir parçası olan birleştirme sırasında çıkarılır.

İşleme- öncül ön mRNA'sından olgun mRNA'nın oluşma süreci. İki ana olayı içerir. 1. Translasyonun başlangıcını ve sonunu gösterecek şekilde mRNA'nın uçlarına kısa nükleotid dizilerinin eklenmesi. Ekleme- DNA intronlarına karşılık gelen bilgilendirici olmayan mRNA dizilerinin çıkarılması. Ekleme sonucunda mRNA'nın moleküler ağırlığı 10 kat azalır. Yayın(lat. tercüme- çeviri) - mRNA'yı şablon olarak kullanan bir polipeptit zincirinin sentezi.

Her üç RNA tipi de çeviriye dahil olur: mRNA bilgi matrisidir; tRNA'lar amino asitleri iletir ve kodonları tanır; rRNA, proteinlerle birlikte mRNA, tRNA ve proteini tutan ve polipeptit zincirinin sentezini gerçekleştiren ribozomları oluşturur.

Yayın aşamaları

Matris sentezi reaksiyonları. Matris sentezi reaksiyonları şunları içerir:

• DNA'nın kendi kendine kopyalanması (çoğaltma);
• bir DNA molekülü üzerinde mRNA, tRNA ve rRNA'nın oluşumu (transkripsiyon);
• mRNA'ya protein biyosentezi (çeviri).

Tüm bu reaksiyonların ortak noktası, bir durumda bir DNA molekülünün, diğerinde ise bir mRNA molekülünün, üzerinde aynı moleküllerin oluştuğu bir matris görevi görmesidir. Matris sentezi reaksiyonları, canlı organizmaların kendi türlerini yeniden üretme yeteneğinin temelidir.
Gen ifadesinin düzenlenmesi. Çok hücreli bir organizmanın vücudu çeşitli hücre tiplerinden oluşur. Yapı ve işlev bakımından farklılık gösterirler, yani farklılaşırlar. Farklılıklar, vücudun herhangi bir hücresi için gerekli olan proteinlere ek olarak, her tipteki hücrelerin de özel proteinler sentezlemesi gerçeğinde ortaya çıkar: epidermiste keratin oluşur, eritrositlerde hemoglobin oluşur, vb. Hücresel farklılaşmaya şunlar neden olur: ifade edilen gen kümesindeki bir değişikliktir ve buna DNA dizilerinin yapısında geri dönüşü olmayan herhangi bir değişiklik eşlik etmez.

seçenek 1

1 . Protein biyosentezinin ilk aşamasının adı nedir?

1) çeviri 2) transkripsiyon

3) mutasyon4) kodlama

2. Doğrudan poli oluşumu nerede meydana gelir?protein zincirini ölçmek?

1) çekirdekte2) hücre merkezinde

3) Golgi kompleksinde4) ribozomlarda

3 Fotosentezin birincil ürününün adı nedir?
1) nişasta2) selüloz
3) glikoz 4) sakaroz

4. Fotoliz süreci nedir (fotooksitLenia)?

1) fotosentez sırasında bir su molekülünün bölünmesi

2) fotosentez sırasında su moleküllerinin sentezi

3) fotosentez sırasında su moleküllerinin salınması

4) fotosentez sırasında su moleküllerinin emilimi

5.
kloroplastta. Bu diyagramda 2 numaraya aşağıdaki maddelerden hangisi karşılık gelir?

1) glikoz

2) su

3) karbondioksit

4) oksijen

6 .Kimyasal reaksiyon diyagramında boş bırakılan yere hangi maddenin formülü yazılmalıdır?

İLE 6 N 12 HAKKINDA 6 + 6O 2 = … + 6H 2 HAKKINDA

1) karbon monoksit

2) karbondioksit

3) oksijen

4) klorofil

7.

İşlem

mRNA

Bilginin ribozomlara aktarılması

1)tRNA

2)DNA

3)ATP

4) EPS

8. Bir kitabın basımı için hangi organik molekül matrisin analoğu olarak düşünülebilir?

1) hemoglobin molekülü

2)ATP

3)DNA

4) nişasta molekülü

9. Fotosentezle ilgili aşağıdaki ifadeler doğru mudur?

A. Fotosentez sadece bitkiler için önemlidir.

B. Fotosentez tüm canlı organizmalar için organik maddenin kaynağıdır.

2) yalnızca B doğrudur

3) her iki karar da doğrudur

4) her iki karar da yanlış

10 .Hücrede protein biyosentezinin belirtileri nelerdir? Altıdan üç doğru cevabı seçin ve bunların altında belirtildikleri sayıları yazın.

1) İşlemi gerçekleştirmek için ışık enerjisi kullanılır.

2) İşlem enzimlerin varlığında gerçekleşir.

3) Süreçteki merkezi rol RNA moleküllerine aittir.

4) Sürece ATP sentezi eşlik ediyor.

5) Amino asitler molekülleri oluşturmak için monomer görevi görür.

6) Protein molekülleri lizozomlarda toplanır.

11. Sayısal gösterimleri kullanarak önerilen listedeki eksik terimleri “Fotosentezin ışık aşaması” metnine ekleyin. Seçilen cevapların numaralarını metne yazın ve ardından ortaya çıkan sayı dizisini (metne göre) aşağıdaki tabloya girin.

FOTOSENTEZİN IŞIK FAZI

Artık fotosentezin iki aşamada gerçekleştiği tespit edilmiştir: ışık ve __________ (A). Işık fazında güneş enerjisi nedeniyle __________ (B) moleküllerinin uyarılması ve __________ (C) moleküllerinin sentezi meydana gelir. Bu reaksiyonla eşzamanlı olarak su, ışığın etkisi altında ayrışır ve serbest __________ (G)'yi açığa çıkarır. Bu sürece fotoliz denir.

DNA

2)

karanlık

3)

oksijen

4)

ATP

5)

alacakaranlık

6)

hemoglobin

7)

klorofil

8)

karbon dioksit

12. Mantarı beslenme türüyle eşleştirin. Bunu yapmak için, birinci sütunun her bir öğesi için ikinci sütundan bir konum seçin. Seçilen cevapların numaralarını tabloya girin.

B)

penisilyum

İÇİNDE)

maya

G)

kükürt sarısı kav mantarı

D)

tahıl pas mantarı

e)

bektaşi üzümü külleme

2)

13. Canlı bir organizmadaki kimyasal reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığının grafiğini inceleyin (eksen boyunca)X vücut sıcaklığı (°C cinsinden) ve eksen boyunca çiziliren – kimyasal reaksiyonun bağıl hızı (isteğe bağlı birimler halinde)).

Aşağıdaki tanımlardan hangisi belirtilen sıcaklık aralığında bu bağımlılığı en doğru şekilde karakterize eder? Canlı bir organizmada sıcaklığın 39 ila 43 ° C arasında artmasıyla kimyasal reaksiyonun hızı

2) tüm aralık boyunca keskin bir şekilde azalır

3) büyür, maksimum değerine ulaşır

4) ortalama değerler etrafında dalgalanır

Canlı bir hücrede proteinlerin biyosentezi. Karbonhidratların biyosentezi - fotosentez

seçenek 2

1. Genetik bilgi kopyalama nerede gerçekleşir?DNA eşleşmesi mi?

1) sitoplazmada2) kafesin dışında

3) çekirdekte4) membranda

2 . mRNA genetiğinden okuma işlemine ne denir?kimyasal bilgi?

1) transkripsiyon 2) çeviri

3) sentez4) kopyalama

3 . Işık reaksiyonlarında hangi enerji kullanılır?sentez mi?

1) hücrenin iç enerjisi

2) katabolizma sırasında hücre tarafından salınan enerji

3) hava enerjisi

4) güneş ışığı enerjisi

4. Zar içi boşluğa ne denir?Jelatinimsi bir maddeyle doldurulmuş Roplast mı?
1) polisom 3) grana
2) stroma 4) tilakoid

5. Kimyasal reaksiyon diyagramında boş bırakılan yere hangi maddenin formülü yazılmalıdır?

6СО 2 + 6 saat 2 Ö =… + 6O 2

1) hemoglobin

2)DNA

3) glikoz

4) klorofil

6. Gerçekleşen fotosentez sürecini gösteren diyagramı inceleyin
kloroplastta. Aşağıdaki maddelerden hangisi 3 sayısına karşılık gelir?
bu diyagramda?

2) karbondioksit

3) oksijen

4) glikoz

7. Bilgisayara bağlı bir yazıcı hangi hücresel yapının benzeri olarak düşünülebilir?

2) ribozom

3)mitokondri

4) Golgi kompleksi

8. Bitkilerin yaşam süreçlerine ilişkin aşağıdaki yargılar doğru mudur?

A. Fotosentezin ana işlevi oksijen üretimidir.

İÇİNDE. Hücresel solunumun ana işlevi oksijenin emilmesidir.

2) yalnızca B doğrudur

3) her iki ifade de doğrudur

4) her iki ifade de yanlış

9. Aşağıdaki tabloda birinci ve ikinci sütundaki konumlar arasında bir ilişki bulunmaktadır.

İşlem

tRNA

Amino asitlerin toplanma alanına transferi

mRNA

Bu tabloda boş bırakılan yere hangi kavram girilmelidir?

2) hücrelere enerji sağlamak

3) hücrede ribozom oluşumu

4) hücre büyümesinin ve bölünmesinin düzenlenmesi

10. Fotosentez sürecinde ne olur? Altıdan üç doğru cevabı seçin ve bunların altında belirtildikleri sayıları yazın.

1) su moleküllerinin bölünmesi

2) glikoz oluşumu

3) ışık enerjisinin klorofil molekülleri tarafından emilmesi

4) protein oluşumu

5)oksijen emilimi

6) karbondioksit salınımı

11. Önerilen listedeki eksik terimleri sayısal gösterimleri kullanarak “Protein Biyosentezi” metnine ekleyin. Seçilen cevapların numaralarını metne yazın ve ardından ortaya çıkan sayı dizisini (metne göre) aşağıdaki tabloya girin.

5)

gen

6)

ribozom

7)

Golgi kompleksi

8)

fenotip

12. Bir enzim tarafından katalize edilen reaksiyon hızının sıcaklığa bağımlılığını gösteren grafiği inceleyin (eksen boyunca)X insan vücudunun sıcaklığı çizilir ve eksen üzerindeen – kimyasal reaksiyon hızı).

İnsan vücudunun hangi sıcaklığında kimyasal reaksiyonun hızı 20 geleneksel birime eşit olacaktır?

1)30°C

2)33°C

3)35°C

4)43°C

13. Özellik ile bu özelliğin karakteristik olduğu metabolizma türü arasında bir yazışma kurun. Bunu yapmak için, birinci sütunun her bir öğesi için ikinci sütundan bir konum seçin. Seçilen cevapların numaralarını tabloya girin.

B)

Reaksiyonlar sırasında enerji emilir

İÇİNDE)

Reaksiyonlar sırasında enerji açığa çıkar

G)

Ribozomlar rol oynar

D)

reaksiyonlar mitokondride gerçekleşir

e)

enerji ATP moleküllerinde depolanır

2)

enerjik