загрузка...
Конспект з Біології: Пластичний обмін. Біосинтез білків. PDF Печать E-mail

Конспект з Біології: Пластичний обмін.  Біосинтез білків.

1. Загальгі відомості про обмін речовин

2. Генетичний код.  Біосинтез білків

3. Біосинтез ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот


Основні терміни: Обмін речовин, біосинтез білків, дисиміляція, асиміляція анаболізм, метаболізм, генетичний код.


1. Загальгі відомості про обмін речовин
Обмін речовин – сукупність хімічних перетворювань, які відбуваються в живих організмах, забезпечують їх ріст, життєдіяльність, розмноження, постійний контакт і обмін з навколишнім середовищем.
Завдяки обміну речовин проходить розщеплення і синтез молекул, які входять до складу клітин, створення, розщеплення та відновлення клітинних структур та міжклітинної речовини. Наприклад, у людини половина всіх тканинних білків розщеплюється і будується заново в середньому протягом 80 діб, білки печінки та сироватки крові наполовину відновлюються кожні 10 діб, а білки м‘язів – 180 діб, окремі ферменти печінки – кожні 2-4 год.
Біологічні процеси, які вивчаються на рівні тканин і клітин, охоплюють хімічні перетворення і видозміни структур білків, жирів та вуглеводів, що надходять у організм у вигляді їжі.
Обмін речовин невід‘ємний від процесів перетворення енергії: потенціальна енергія хім. зв‘язків складних органічних молекул в результаті хімічних перетворень переходить в інші види енергії, яка використовується на синтез нових сполук, для підтримання структури і функції клітин, температури тіла, для здійснення роботи. Всі ці реакції протікають за участю біокаталізаторів – ферментів.
Біосинтез проходить одночасно із процесом розкладання складних речовин і сполук у клітині.
Біосинтез – усі біохімічні процеси, які відбуваються в живих організмах з утворенням із простих низькомолекулярних речовин складних високомолекулярних сполук (нуклеїнових кислот, білків, полісахараридів). Основні хім. сполуки (нуклеотиди, амінокислоти) синтезуються в клітині із глюкози та аміаку в результаті кількох сотень послідовних хімічних реакцій, причому кожен етап цієї реакції здійснюється специфічним ферментом.
Глюкоза – це джерело енергії в клітині, основна хім. сполука для синтезу найважливіших органічних речовин. Процеси розпаду та синтезу в клітині узгоджені таким чином, що близько половини вуглецевих атомів входить у різні хім. сполуки, а решта окислюється до СО2 та Н2О.
Сукупність всіх реакцій біосинтезу – асиміляція (анаболізм) або пластичний обмін. Усі реакції пластичного обміну відбуваються з поглинанням енергії – ендотермічні.
Протилежний процес – розщеплення і окислення клітиною органічних сполук –дисиміляція (катаболізм) або енергетичний обмін. Всі  реакції цього процесу відбуваються з виділенням енергії.
Гормони виконують в клітинах і тканинах контролюючі функції або безпосередньо діють на ферменти чи на їх синтез, або впливають на проникливість клітинних мембран, функції і стан клітинних органоїдів.
Обмін речовин і енергії в клітині (сукупність пластичного та енергетичного обмінів) – це основна умова підтримання життя клітини, основа її функціонування та розвитку.
Етапи енергетичного обміну
Для життєдіяльності клі­тини, її функціонування, росту, синтезу органічних сполук необхідна енергія. Основним джерелом для отримання енергії клітиною є глюкоза. Якщо у клітину потрапляє не глюкоза, а інший вуглевод, то він перетворюється на глюкозу або на одну із проміжних сполук, які утворюють­ся в процесі розщеплення глюкози, а далі ці речовини розщеплюються подібно до глюкози.
У цьому процесі високомолекулярні органічні сполуки перетворюються на прості органічні і неорганічні. Процес цей дуже складний. Схематично він може бути зведений до трьох етапів.
Перший етап енергетичного обміну (підготовчий) про­ходить, як правило, поза клітиною в процесі травлення, коли складні органічні сполуки розщеплюються на більш прості: жири — на гліцерин і жирні кислоти, полісахари­ди — на моносахариди, білки — на амінокислоти. Цей процес супроводжується виділенням порівняно невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді тепла.
На другому етапі речовини, які утворилися під час підготовчого етапу, включаються в подальший процес розщеплення без участі кисню. Це складний, багатосту­пінчастий процес, який відбувається на внутрішньоклітин­них мембранах, де розташовані відповідні ферменти. Ре­човини переміщуються по ряду ферментів, як по конвеє­ру. Розглянемо це на прикладі розщеплення глюкози, яке має спеціальну назву — гліколіз. У процесі гліколізу ки­сень не бере участі, тому його називають безкисневим розщепленням. Реакція гліколізу в клітині відбувається за участю фосфорної кислоти і АДФ. Сумарне рівняння має такий вигляд:   С 6H 12O 6  2 Н 3 РО 4  +  2 АДФ  - 2 С 3  Н 6  О 3  + 2 АТФ+ 2 Н 2 О     +  200 кДж.
↓¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯↓   
80 кДж (акумулюється в АТФ)   120 кДж ( розсіюються у вигляді тепла)
Як видно з рівняння, в процесі гліколізу в АТФ акумулюється близько 40 % енергії (80 кДж із 200). Процес гліколізу відбувається у клітинах тварин, молоч­нокислих бактерій, а також у деяких грибів. У більшості рослин безкисневе розщеплення відбувається шляхом спиртового бродіння. Багато стадій процесу аналогічні гліколізу, але кінцевими продуктами його замість молочної кислоти є вуглекислий газ і етиловий спирт (С2Н6ОН).
Третій етап — повне, або кисневе, розщеплення. Ос­новною умовою етапу є надходження в клітину достатньої кількості кисню. Як і гліколіз, кисневе розщеплення — це ряд послідовних реакцій, кожна з яких каталізується певним ферментом. Усі ці процеси відбуваються на мемб­ранах мітохондрій. Проміжні реакції розщеплення молочної кислоти до кінцевих продуктів (СО2 і Н2О) відбуваються з виділенням енергії. Поступовість киснево­го розщеплення і виділення енергії надзвичайно важлива для акумулювання енергії в АТФ. У цьому процесі також беруть участь фосфорна кислота і АДФ.
Сумарне рівняння кисневого розщеплення можна за­писати так:2 С 3 Н 6О  + 36 Н 3 РО 4   + 6 О 2  + 36 АДФ →6 СО2   + 42 Н2 О  +  36 АТФ   +   2600 кДж ↓↓¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯↓
40 х 36 = 1440 кДж (акумулюється в АТФ)   1160 кДж (виділяє­ться у вигляді тепла)
Таким чином, на третьому етапі енергетичного обміну в АТФ акумулюється близько 55 % виділеної енергії (1440 кДж із 2600).
При порівнянні безкисневого і кисневого етапів можна вичити, що останній значно ефективніший. Кількість виділеної і акумульованої енергії значно більша, ніж при безкисневому розщепленні. В сумі обидва процеси розщеплення приводять до акумуляції 1520 кДж енергії, яка зосереджується в 38 молекулах АТФ.Синтезована в мітохондріях (або хлоропластах) АТФ по каналах ендоплазматичної сітки надходить у рибосоми та інші ділянки клітини. Там АТФ перетворюється на АДФ, віддаючи акумульовану енергію на синтез білків, ліпідів, вуглеводів, ДНК,  для скорочення м'язів, поділу клітини та інших   потреб організму. Цим АТФ здійснює  функцію транспорту енергії в організмі. енергії її орпмпімі. Цей процес можна проілюструвати такою схемою:  С 6H 12O 6  + 6 О2   → 6СО 2 6Н 2О + Енергія  ↓¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯   АДФ + Ф + Енергія → АТФ
↓¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ 
АТФ → АДФ + Енергія + Ф
↓ ↓   ↓   Тепло   ↓ → Робота клітин: хімічна (біосинтез), механіч­на (рух, поділ), електрична, світлова (світіння)

2. Генетичний код.  Біосинтез білків.


Характер біосинтезу, який відбувається у клітині, визначається спадковою інформацією, що закодована у її генетичному апараті (генетичний код). реалізація генетичного коду в живих клітинах, тобто синтез білка, який кодується геном, відбувається при допомозі двох матричних процесів: транскрипції і трансляції.
Загальні властивості генетичного коду:
Генетичний код-словник кодонів (триплетів іРНК), які кодують ті чи інші антикодони і знаки пунктуації процесу білкового синтезу.

1. Триплетність – загальна властивість генетичного коду.

2. Неперекриття – кодони  одного гена не перекриваються.

3. Виродженість – численні амінокислотні залишки кодуються декількома кодонами.

4. Однозначність – кожний окремий кодон кодує тільки один амінокислотний залишок.

5. Компактність – між кодонами в іРНК немає нуклеотидів, які не входять в послідовність даного гена.

6. Універсальність – генетичний код однаковий для всіх організмів, хоч відомо, що трохи змінені генетичні коди функціонують в мітохондріях.

7. Зчитування – починається в конкретній точці – початок визначає кодон-ініціатор та перебігає в одному напрямку в межах одного гена.

Кожна амінокислота кодується трьома (розташованими поряд) нуклеотидами молекули ДНК або відповідними (комплементарними) нуклеотидами інформаційної РНК (іРНК).
Триплети (трійки, кодони). Чотири різних нуклеотиди А,Ц,Т,Г молекули ДНК або А,Ц,Ц,Г молекули РНК можуть утворювати 64 різних триплети. Основні групи, до яких входять 20 амінокислот :
1. аланін, валін, гліцин, ізолейцин, лейцин, метионін, серін, тірозін, треонін, фенілаланін, цистеїн – одоноосновні амінокислот;
2. аспарагінова, глутамінова – двохосновні амінокислоти;
3. аргінін, лізін – одноосновні диамінокислоти;
4. аспарагін, глутамін – амінокислоти, які містять амідну групу.
5. гістідін, пролін, тріптофан – амінокислоти, які містять гетероциклічні (п‘ятигранні) кільця.
Всі триплети (за винятком трьох УАА, УАГ, УГА) відповідають 20 амінокислотам. Деякі амінокислоти, наприклад, триптофан, кодується лише одним триплетом, інші – двома (фенілаланін – УУУ, УУЦ; цистеїн – УГУ, УГЦ), трьома (ізолейцин – АУУ, АУЦ, АУА), чотирма (гліцин – ГГУ, ГГЦ, ГГА, ГГГ; пролін – ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ) і шістьма (серин – УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ) триплетами. При кодуванні триплети відрізняються лише 3-ю літерою. у випадку 6-ти триплетів – 4 з них відрізняються лише 3-ю літерою (у серина).
1. Так, на довгому ланцюзі молекули ДНК закодована інформація про безпосередню структуру різноманітних білків.
2. Подібний код універсальний для всіх організмів (від вірусу до людини).
Структурний ген  - ділянка ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру певного білка. Ген може проявлятися в кількох формах – алелях.іРНК – сполучна  ланка між ДНК ядра та рибосомами, де відбувається біосинтез білка. Синтез іРНК відбувається на молекулі ДНК за принципом комплементарності (транскрипція).
Трансляція (від лат. translatio –передача) синтез поліпептидних ланцюгів білків  на матриці іРНК згідно генетичному коду, це другий етап реалізації генетичної інформації в живих клітинах.
3. Сама ДНК безпосередньої участі в синтезі білків не бере, бо вона знаходиться в ядрі, а основним місцем синтезу білка є рибосоми на ендоплазматичній сітці цитоплазми.  3. Біосинтез ліпідів, вуглеводів, нуклеїнових кислот
Окислення жирних кислот каталізується набором ферментів, локалізованих в мітохондріях, синтез жирних кислот із ацетил КоА відбувається за допомогою інших ферментів, локалізованих в цитоплазмі.
Ацетил-КоА – проміжний продукт, який бере участь і всіх процесах органічного розпаду (часто окислюється до СО2 та Н2О. З ацетил КоА починається синтез жирних кислот, холестерину, ряду азотмістких сполук.
Біосинтез проходить в процесі анаболічних процесів. Біосинтез складних молекул із простих молекул-попередників.
Автотрофи – зелені рослини і деякі бактерії можуть здійснювати первинний синтез органічних сполук із СО2 з використанням енергії сонця (фотосинтез) або енергії неорганічних речовин.
Гетеротрофи – початковими продуктами біосинтезу служить невелика кількість сполук – ацетил КоА, сукценил КоА, рибоза, піровиноградна кислота, гліцерин, гліцин, амінокислоти.
- Синтез глікогена із молочної кислоти включає 9 ферментних етапів:

- Гліколіз – речовини локалізуються в розчинній фракції цитоплазми.

- Ліпіди – синтезуються в ендоплазматичній сітці.

- Гідролітичні ферменти – синтезуються в лізосомах.
Принцип комплементарності, який визначає будову подвійного ланцюга ДНК лежить і в основі матричного біосинтезу білка.

 

Шановні відвідувачі цього сайту! Окремі структурні частини тексту (формули, таблиці, малюнки тощо) можуть бути відсутні в його електронній версії. Для отримання повної версії тексту, що Вас зацікавив, звертайтеся, будь ласка, за: ICQ: 604-606-238, e-mail: Apgrate9@meta.ua

Загрузка...
>