Основні уявлення про пластичний обмін. Біосинтез білків та його етапи. Пластичний обмін (анаболізм, асимиляція) – сукупність біохімічних ферментативних процесів синтезу біоорганічних сполук: -
Поживні речовини (білки, ліпіди і вуглеводи), які поступають з їжею, не
схожі на відповідні високомолекулярні сполуки даного організму. -
У процесі травлення ці сполуки розпадаються до мономерів, які
використовуються в процесі біосинтезу специфічних високомолекулярних
речовин. До основних процесів пластичного обміну належить
біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також
фотосинтез і хемосинтез. Організми розрізняються між собою
специфічними білками. Білки складаються з амінокислот.
Взаєморозташування амінокислот визначає специфічні властивості білка. Біосинтез
білків відбувається у цитоплазмі клітини на спеціальних органелах –
рибосомах. Кожна рибосома має велику і малу субодиниці, які відіграють
важливу роль на різних етапах біосинтезу білків. Найважливішу роль у
процесі біосинтезу білка відіграють нуклеїнові кислоти – ДНК, РНК. На
ДНК записана інформація про білки. Ген – ділянка ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру білка. Біосинтез білка проходить у 4 етапи: І
етап. Транспірація – передача інформації про структуру білка з молекули
ДНК на і-РНК. Цей процес здійснюється з участю спеціальних ферментів і
відбувається так: подвійний ланцюг на певному відрізку роз’єднується і
вздовж одного з ланцюгів ДНК починається синтез молекули і-РНК за
принципом комплементарності. Певна ділянка ДНК (ген) є матрицею для
відповідної і-РНК. і-РНК після транскрипції зазнають процесу сплайсінгу
– з новоутвореної і-РНК вирізаються неінформаційні фрагменти – інтрони
і зшиваються інформаційні ділянки – інтрони. Екзони –
послідовність нуклеотидів у генах, що кодують синтез білка
(інформативна ділянка). Інтрони – послідовність нуклеотидів ДНК, що не
кодують синтез білка (неінформативна ділянка). Спейсери – частина ДНК,
що взагалі не несе генетичної інформації. Синтезовані молекули і-РНК переходять із ядра в цитоплазму, а ДНК відновлює свою структуру. ІІ
етап. Активація амінокислот. Цей процес відбувається в цитоплазмі.
Активовані молекули амінокислот з’єднуються з молекулами транспортних
РНК, кожній з 20 амінокислот відповідає певна т-РНК. У молекулі т-РНК є
дві важливі ділянки: до однієї з них прикріплюється відповідна
амінокислота, а інша містить триплет нуклеотидів, який відповідає коду
даної амінокислоти в молекулі і-РНК. Активовані амінокислоти, сполучені
з т-РНК надходять до рибосом. ІІІ етап. Трансляція – синтез
поліпептидних ланцюгів. Відбувається так: молекула і-РНК рухається між
двома субодиницями рибосом і до неї послідовно приєднуються молекули
т-РНК з амінокислотами. При цьому за принципом комплементарності кодони
і-РНК вступають у зв’язок з антикодонами т-РНК. Послідовність
розташування амінокислот при цьому визначається порядком чергування
триплетів у молекулі і-РНК. Амінокислоти утворюють пептидні зв’язки за
рахунок енергії АТФ і в результаті з рибосоми сходить поліпептидний
ланцюг. ІV етап. Термінація – утворення вторинної і третинної
структур білкової молекули. Цей етап здійснюється в цитоплазмі шляхом
скручування, згортання поліпептидного ланцюга. Для синтезу білка необхідно: 1) енергія (у вигляді АТФ у мітохондріях). 2) відповідні ферменти. 3) інформація про структуру білка (у ДНК, а потім в і-РНК). 4) амінокислоти і відповідні їм т-РНК. 5) рибосоми. Молекули білка синтезуються у клітині впродовж 1-2 с. Синтез білків у клітині відбувається в інтерфазі – період між її поділом. Загальні уявлення про фотосинтез. Основні реакції світлової та темнової фаз фотосинтезу в хлоропластах. Значення фотосинтезу для існування біосфери. Процес
синтезу органічних речовин з неорганічних, який відбувається з
використанням світлової енергії і за участю хлорофілу, називають
фотосинтезом. Процес фотосинтезу виражається таким сумарним рівнянням: 6СО2 + 6Н2О + Е →хлорофіл С6Н12О6 + 6О2 Фотосинтез – це складний, багатоступінчастий процес, який відбувається протягом двох фаз: світлової і темнової. Світлова
стадія фотосинтезу відбувається на тилакоїдах хлоропластів. Ця стадія
розпочинається з моменту поглинання квантів світла молекулою хлорофілу;
при цьому електрони атома магнію у молекулі хлорофілу переходять на
більш високий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію;
частина електронів зразу ж повертається на своє попереднє місце, а
енергія, що виділяється при цьому, випромінюється у вигляді тепла;
значна частина електронів з високим рівнем енергії передає її іншим
хімічним сполукам для фотохімічної роботи, яка здійснюється за кількома
основними напрямками: 1.Перетворення енергії електронів на енергію АТФ, що відбувається таким чином: АДФ + Ф + Енергія → АТФ; оскільки
приєднання залишків фосфорної кислоти здійснюється за рахунок енергії
(в даному разі енергії світла), цей процес називається фосфорилюванням. 2.Відбувається
процес розкладу (фотоліз) води; при цьому утворюються електрони (е-),
протони (Н+); як побічний продукт – молекулярний кисень; рівняння
розкладу води: 4H2O→4H+ + 4OH-- 4 OH- → 2H2O+O2+4e-- 4H+ +4e-- → 4H протоки
водню Н+ приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем,
перетворюються на атомарний водень, який використовується у наступних
реакціях фотосинтезу; Відновлення універсального біологічного
переносника водню НАДФ+ до НАДФ-Н. Таким чином. У результаті світлової
фази фотосинтезу утворюються АТФ з АДФ; НАДФ+ відновлюється і
утворюється НАДФ-Н; виділяється молекулярний кисень; АТФ і НАДФ-Н
використовуються у темновій фазі фотосинтезу. Темнова фаза
фотосинтезу або цикл Кальвіна (Нобелівська премія) – ряд послідовних
реакцій, що супроводжуються поглинанням вуглекислого газу і утворенням
вуглеводів, відбувається в основній речовині хлоропласта. Ці реакції
можуть відбуватися і на світлі, і в темряві. СО2, який надходить із
зовнішнього середовища, вловлюється п’ятивуглецевими органічними
сполуками, що містяться у хлоропластах рослин; при цьому утворюється
нестійка шестивуглецева сполука, що швидко розщеплюється на дві
тривуглецеві молекули. У результаті семи послідовних
ферментативних реакцій з використанням енергії АТФ і НАДФ-Н утворюється
шестивуглецева молекула глюкози. Для синтезу однієї молекули глюкози необхідно 6 молекул СО2, 18 молекул АТФ і 12 молекул НАДФ-Н. Сумарне рівняння реакції темнової фази: 6СО2 + 18АТФ + 12Н2О + 12НАДФ-Н + 12Н+ → С6Н12О6 + 18АДФ + 18Ф + 12НАДФ+, де Ф – залишок фосфорної кислоти. Отже,
у темновій фазі фотосинтезу як результат ряду ферментативних реакцій
відбувається відновлення вуглекислого газу до глюкози. Значення фотосинтезу: -
Завдяки фотосинтезу на Землі щорічно утворюється 150 млрд т органічної
речовини та виділяються близько 200 млрд т вільного кисню. -
Фотосинтез підтримує баланс газів в атмосфері, необхідний для життя на
Землі, перешкоджає збільшенню концентрації СО2, попереджає надмірне
нагрівання Землі. - Виділення кисню в процесі фотосинтезу
сприяло формуванню озонового екрану, який захищає все живе від згубного
впливу короткохвильової ультрафіолетової радіації. - При всій
грандіозності масштабів природний фотосинтез – повільний і
малоєфективний процес: рослинами використовується лише 1% всієї
сонячної енергії. - Поняття про космічну роль земних рослин сформулював академік К.А.Тімірязев.
|