Основні уявлення про пластичний обмін, біосинтез білків, фотосинтез.
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.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
