Сравнить фотосинтез клеточное дыхание и биосинтез белка. Тест по биологии на тему "Биосинтез белков

Главная

Времена года

Составить и записать рассказ из 23 предложений
СОЛНЦЕ
ХЛОРОФИЛЛ
АТМОСФЕРА
ЖИЗНЬ
ФОТОСИНТЕЗ

БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ - ФОТОСИНТЕЗ

БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ ФОТОСИНТЕЗ
9 класс. Урок №11
Составила: учитель биологии
Христенко Е.А.

Ян Баптист Ван Гельмонт

1630 год -растение само
образует органические
вещества.

М.В. Ломоносов

1752 год - был
первым, кто начал
понимать роль
зеленого растения
на нашей планете,
но не успел
экспериментально
проверить свои
мысли.

Джозеф Пристли

В 1771 году собрал газ, который выделяют
растения и доказал, что этот газ
поддерживает жизнь.

Жан Батист Буссенго

В 1840 г. установил,
что СО2 в растение
попадает через
устьица.

Климентий Аркадьевич Тимирязев

в 60-х гг. 19 века
доказал, что
решающую роль в
этом процессе играют
молекулы
хлорофилла.

Фотосинтез
ГДЕ?
КАК?
ДЛЯ ЧЕГО?

Фотосинтез – процесс образования
органических веществ из неорганических
при участии солнечного света
«ФОТО» - свет
«СИНТЕЗ» - образование

Автотрофы – организмы, способные сами
синтезировать органические вещества из
неорганических
«АВТО» - сам
«ТРОФЕ» - питание, пища

Обратите внимание на стихотворение, прочитав его, вы
найдёте условия, которые необходимы для фотосинтеза.
Вода, по стеблям поднимаясь
Идет к зеленому листу
И с СО2 соединяясь
Дает нам сахар на свету.
Вот так творение природы Полезный, добрый хлорофилл
Способен прокормит народы
Хотя уж к вечеру без сил.

Условия фотосинтеза

СВЕТ
ХЛОРОФИЛЛ
ВОДА
УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ

Как осуществляется фотосинтез?

Приспособление листа к фотосинтезу

- прозрачная кожица (эпидермис),
- столбчатая паренхима с большим количеством
хлоропластов,
- устьица для газообмена,
- жилка для проведения воды и минеральных солей,
- плоская форма листа для увеличения площади
поглощения солнечного света,
- листовая мозаика,
- поворот листа на черешке к солнцу (фототаксис).

Строение хлоропласта

Строение молекулы хлорофилла

Находится в мембранах
тилакоидов гран, из-за
чего хлоропласты
приобретают зелёный
цвет.
"хлорос" - зеленый
"филон" - лист

Общее уравнение фотосинтеза.

Место УравнениеИсточник Итог. Суть
Фаза
реакции энергии фазы
фотосинт
еза

место
Фаза
Фотосинте
за
Световая
Темновая
Уравнение Источник
реакции
Энергии
Граны
2 Н2О ->
хлоропла 4Н *+ О2
стов
фотолиз
Итог
Суть
фазы
(hυ), квант Выделени
света
е О2
Образован
ие
АТФ(т.ф.)
Накоплени
е Н(т.ф.)
АТФ
Стромы
Цикл
Образован
хлоропла Кальвина,
ие
стов
13 реакций,
глюкозы
Поглощен
ие СО2

Тип урока: комбинированный

Цель: сформировать знания о сущности процесса биосинтеза углеводов - фотосинтезе.

Задачи: 1) сформировать у учащихся представление о световой и темновой фазах фотосинтеза;

2) развивать умения выделять главное, сравнивать, применять знания для решения биологических задач;

3) осуществлять патриотическое воспитание учащихся.

Оборудование: электронная презентация «Фотосинтез», ПК, мультимедиа-проектор, экран, таблицы с изображениями растительной клетки, световой и темновой фаз фотосинтеза.

Ход урока

I . Актуализация знаний.

1. Объясните, какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка.

2. Охарактеризуйте роль различных видов РНК в биосинтезе.

3. Почему процесс биосинтеза молекул белков может осуществляться только в живой клетке?

II . Изучение нового материала.

17 век. - Ван Гельмонт (масса вербы за 5 лет увеличилась на74,4 кг, а масса грунта убыла на 57г).

1771г. - Джозеф Пристли (растения исправляют воздух).

1778г. – Я. Ингенхауз (растения это делают только на свету). Почему?

1903г. – К.А. Тимирязев открыл процесс фотосинтеза «…это процесс создания органических веществ из углекислого газа и воды в зеленых частях растений под действием солнечного света».

2. Понятие фотосинтеза.

При биосинтезе белка полимерная молекула строится из готовых мономеров - аминокислот, уже имеющихся в клетке. Этот процесс осуществляется за счет внутренней энергии клетки - АТФ.

Биосинтез углеводов идет иначе, В клетках растений мономеры углеводов - моносахариды - образуются из неорганических веществ (углекислого газа и воды). Осуществляется этот процесс с помощью энергии света, поступающей в клетку из внешней среды. Этот процесс называется фотосинтезом.

Созданные в клетке моносахариды (глюкоза, фруктоза) как первичные продукты фотосинтеза используются затем для биосинтеза различных полисахаридов, сложных белковых соединений, жирных кислот, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений.

Фотосинтез - процесс, важный для всего живого населения планеты. Он происходит в клетках зеленых растений с помощью пигментов (хлорофилла и других), находящихся в пластидах.

Хлоропласты - органоиды, которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет.

Фотосинтез - сложный многоступенчатый процесс. Начало ему задает свет. Фотосинтез включает в себя две стадии: световую и темновую.

Под действием энергии света молекулы хлорофилла возбуждаются и теряют электроны. Часть электронов, захваченных ферментами, способствует образованию АТФ путем присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ. Другая часть электронов принимает участие в расщеплении воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны.

Образовавшийся при расщеплении воды ион водорода с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать его в пределах хлоропласта. Таким веществом является сложное органическое соединение из группы ферментов НАДФ. Присоединив водород, НАДФ восстанавливается до НАДФ Н. В такой химической связи запасается энергия, и этим заканчивается первая стадия фотосинтеза.

Кислород, образующийся на первой стадии фотосинтеза как побочный продукт расщепления воды, выводится наружу или используется клеткой для дыхания.

Таким образом, световые реакции фотосинтеза помимо молекулярного кислорода дают два богатых энергией соединения - АТФ и НАДФ Н.

Здесь используются продукты, образовавшиеся в световой фазе. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы - моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО 2 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы С6Н12О6, из которых путем полимеризации создаются полисаха-риды - целлюлоза, крахмал. Поскольку эти реакции идут без участия света, их называют темновой фазой.

Световая фаза проходит на внутренней мембране хлоропласта - в тилакоидах, а темновая - в строме хлоропласта.

На скорость фотосинтеза влияют внешние условия среды: интенсивность освещения, концентрация углекислого газа и температура. Если эти параметры достигают оптимальных величин, происходит усиление фотосинтеза. Благодаря фотосинтезу 1-1,5 % энергии Солнца, получаемой зелеными растениями, запасается в органических молекулах.

5. Значение фотосинтеза.

Самостоятельная работа с учебником.

Задание: в чем заключается космическая роль зеленых растений?

III . Закрепление знаний.

Заполнение таблицы «Фотосинтез» в рабочей тетради.

Домашнее задание: § 11.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема. БИОСИНТЕЗ УГЛЕВОДОВ – ФОТОСИНТЕЗ

Тип урока: комбинированный

Цель: сформировать знания о сущности процесса биосинтеза углеводов - фотосинтезе.

Задачи: 1) сформировать у учащихся представление о световой и темновой фазах фотосинтеза;

2) развивать умения выделять главное, сравнивать, применять знания для решения биологических задач;

3) осуществлять патриотическое воспитание учащихся.

Оборудование: электронная презентация «Фотосинтез», ПК, мультимедиа-проектор, экран, таблицы с изображениями растительной клетки, световой и темновой фаз фотосинтеза.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

1. Объясните, какова роль цитоплазмы в биосинтезе белка.

2. Охарактеризуйте роль различных видов РНК в биосинтезе.

3. Почему процесс биосинтеза молекул белков может осуществляться только в живой кл етке?

II. Изучение нового материала.

1.История открытия фотосинтеза.

17 век. - Ван Гельмонт (масса вербы за 5 лет увеличилась на74,4 кг, а масса грунта убыла на 57г).

1771г. - Джозеф Пристли (растения исправляют воздух).

1778г. – Я. Ингенхауз (растения это делают только на свету). Почему?

2. Понятие фотосинтеза.

Хлоропласты - органоиды, которые благодаря пигменту хлорофиллу окрашены в зеленый цвет.

3. Световая фаза фотосинтеза.

Участие света здесь является обязательным условием. Поэтому данную стадию и называют световой.

4. Темновая фаза фотосинтеза.

Здесь используются продукты, образовавшиеся в световой фазе. С их помощью происходит преобразование углекислого газа в простые углеводы - моносахариды. Их создание идет путем большого количества реакций восстановления СО 2 за счет энергии АТФ и восстановительной возможности НАДФ Н. В результате этих реакций образуются молекулы глюкозы С 6 Н 12 О 6 , из которых путем полимеризации создаются полисаха-риды - целлюлоза, крахмал. Поскольку эти реакции идут без участия света, их называют темновой фазой.

Световая фаза проходит на внутренней мембране хлоропласта - в тилакоидах, а темновая - в строме хлоропласта.

5. Значение фотосинтеза.

Самостоятельная работа с учебником.

Задание: в чем заключается космическая роль зеленых растений?

III. Закрепление знаний.

Заполнение таблицы «Фотосинтез» в рабочей тетради.

Домашнее задание: § 11.

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него:

В клетке постоянно происходит обмен веществ и энергии с окружающей средой. Обмен веществ (метаболизм) - основное свойство живых организмов. На клеточном уровне метаболизм включает два процесса: ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Эти процессы происходят в клетке одновременно.

Ассимиляция (пластический обмен) - совокупность реакций биологического синтеза. Из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества, характерные для данной клетки. Синтез веществ в клетке происходит с использованием энергии, заключенной в молекулах АТФ.

Диссимиляция (энергетический обмен) - совокупность реакций расщепления веществ. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.

По типу ассимиляции организмы могут быть автотрофными, гетеротрофными и миксотрофными.

Фотосинтез и хемосинтез - две формы пластического обмена. Фотосинтез - процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.

Хемосинтез - способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений

Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам. К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.

Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза -хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.

Световая фаза фотосинтеза:

(осуществляется на мембранах тилакойдов)

Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние - электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;

Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:

протоны (с помощью электронов) превращаются в атомы водорода и расходуются на синтез углеводов;

синтезируется АТФ (энергия)

Темновая фаза фотосинтеза (протекает в стромах хлоропластов)

собственно синтез глюкозы и выделение кислорода

Обратите внимание : темновой эта фаза называется не потому что идет ночью - синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия.

20. Обмен веществ в клетке. Процесс диссимиляции. Основные этапы энергетического обмена.

Во всех клетках живых организмов непрерывно идут процессы обмена веществ и энергии - это метаболизм. Если рассмотреть этот процесс более детально, то это постоянные процессы образования и распада веществ и поглощения и выделения энергии.

Обмен веществ в клетке:

Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм

Чтобы что-то построить, надо затратить энергию - этот процесс идет с поглощением энергии.

Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция =катаболизм

Это процесс, при котором сложные вещества разлагаются на простые, энергия при этом выделяется.

В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример -дыхание . При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия. Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма - обмена веществ в клетке - можно записать так:
катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке = метаболизм.

В клетке постоянно идут процессы созидания. Из простых веществ образуются более сложные, из низкомолекулярных - высокомолекулярные. Синтезируются белки, сложные углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты. Синтезированные вещества используются для построения разных частей клетки, ее органоидов, секретов, ферментов, запасных веществ. Синтетические реакции особенно интенсивно идут в растущей клетке, постоянно происходит синтез веществ для замены молекул, израсходованных или разрушенных при повреждении. На место каждой разрушенной молекулы белка или какого-нибудь другого вещества встает новая молекула. Таким путем клетка сохраняет постоянными свою форму и химический состав, несмотря на непрерывное их изменение в процессе жизнедеятельности.

Синтез веществ, идущий в клетке, называют биологическим синтезом или сокращенно биосинтезом. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии. Совокупность реакций биосинтеза называют пластическим обменом или ассимиляцией (лат. "симилис" - сходный). Смысл этого процесса состоит в том, что поступающие в клетку из внешней среды пищевые вещества, резко отличающиеся от вещества клетки, в результате химических превращений становятся веществами клетки.

Реакции расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные - на низкомолекулярные. Белки распадаются на аминокислоты, крахмал - на глюкозу. Эти вещества расщепляются на еще более низкомолекулярные соединения, и в конце концов образуется совсем простые, бедные энергией вещества - СО 2 и Н 2 О. Реакции расщепления в большинстве случаев сопровождаются выделением энергии.

Биологическое значение этих реакций состоит в обеспечении клетки энергией. Любая форма активности - движение, секреция, биосинтез и др. - нуждается в затрате энергии. Совокупность реакции расщепления называют энергетическим обменом клетки или диссимиляцией. Диссимиляция прямо противоположна ассимиляции: в результате расщепления вещества утрачивают сходство с веществами клетки.

Пластический и энергетический обмены (ассимиляция и диссимиляция) находятся между собой в неразрывной связи. С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как в процессе работы они изнашиваются и разрушаются. Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой.

Из внешней среды в клетку поступают пищевые вещества, которые служат материалом для реакций пластического обмена, а в реакциях расщепления из них освобождается энергия, необходимая для функционирования клетки. Во внешнюю среду выделяются вещества, которые клеткой больше не могут быть использованы.Совокупность всех ферментативных реакций клетки, т. е. совокупность пластического и энергетического обменов (ассимиляции и диссимиляции), связанных между собой и с внешней средой, называют обменом веществ и энергии. Этот процесс является основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.

Энергетический обмен . Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Растения аккумулируют солнечную энергию в органических веществах при фотосинтезе. В процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и энергия химических связей освобождается. Частично она рассеивается в виде тепла, а частично запасается в молекулах АТФ. У животных энергетический обмен протекает в три этапа.

Первый этап - подготовительный. Пища поступает в организм животных и человека в виде сложных высокомолекулярных соединений. Прежде чем поступить в клетки и ткани, эти вещества должны разрушиться до низкомолекулярных, более доступных для клеточного усвоения веществ. На первом этапе происходит гидролитическое расщепление органических веществ, идущее при участии воды. Оно протекает под действием ферментов в пищеварительном тракте многоклеточных животных, в пищеварительных вакуолях одноклеточных, а на клеточном уровне - в лизосомах. Реакции подготовительного этапа:

белки + Н 2 0 -> аминокислоты + Q;

жиры + Н 2 0 -> глицерин + высшие жирные кислоты + Q;

полисахариды -> глюкоза + Q.

У млекопитающих и человека белки расщепляются до аминокислот в желудке и в двенадцатиперстной кишке под действием ферментов - пептидгидролаз (пепсина, трипсина, хемотрипсина). Расщепление полисахаридов начинается в ротовой полости под действием фермента птиалина, а далее продолжается в двенадцатиперстной кишке под действием амилазы. Там же расщепляются и жиры под действием липазы. Вся энергия, выделяющаяся при этом, рассеивается в виде тепла. Образующиеся низкомолекулярные вещества поступают в кровь и доставляются ко всем органам и клеткам. В клетках они поступают в лизосому или непосредственно в цитоплазму. Если расщепление происходит на клеточном уровне в лизосомах, то вещество сразу же поступает в цитоплазму. На этом этапе происходит подготовка веществ к внутриклеточному расщеплению.

Второй этап - бескислородное окисление. Второй этап осуществляется на клеточном уровне при отсутствии кислорода. Он протекает в цитоплазме клетки. Рассмотрим расщепление глюкозы, как одного из ключевых веществ обмена в клетке. Все остальные органические вещества (жирные кислоты, глицерин, аминокислоты) на разных этапах втягиваются в процессы ее превращения. Бескислородное расщепление глюкозы называется гликолизом. Глюкоза претерпевает ряд последовательных превращений (рис. 16). Вначале она преобразуется во фруктозу, фосфорилируется - активируется двумя молекулами АТФ и превращается во фруктозо-дифосфат. Далее молекула шестиатомного углевода распадается на два трехуглеродных соединения - две молекулы глицерофосфата (триозы). После ряда реакций они окисляются, теряя по два атома водорода, и превращаются в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). В результате этих реакций синтезируются четыре молекулы АТФ. Так как первоначально на активацию глюкозы было затрачено две молекулы АТФ, то общий итог составляет 2АТФ. Таким образом, выделяющаяся при расщеплении глюкозы энергия частично запасается в двух молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Четыре атома водорода, которые были сняты при окислении глицерофосфата, соединяются с переносчиком водорода НАД + (никотинамид-динуклеотидфосфат). Это такой же переносчик водорода, как и НАДФ + , но участвует в реакциях энергетического обмена.

Обобщенная схема реакций гликолиза:

С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + - > 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2H

2АДФ - > 2АТФ

Восстановленные молекулы НАД 2Н поступают в митохондрии, где окисляются, отдавая водород.В зависимости от типа клеток, ткани или организмов пировиноградная кислота в бескислородной среде может превращаться далее в молочную кислоту, этиловый спирт, масляную кислоту или другие органические вещества. У анаэробных организмов эти процессы называются брожением.

Молочнокислое брожение:

С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + -> 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2Н <=> 2С 3 Н 6 0 3 + 2НАД +

Глюкоза ПВК молочная кислота

Спиртовое брожение:

С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + -> 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2Н <=> 2С 2 Н 5 ОН + 2С0 2 + 2НАД +

Глюкоза ПВК этиловый спирт

Третий этап - биологическое окисление, или дыхание. Этот этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется кислородным. Он протекает в митохондриях. Пировиноградная кислота из цитоплазмы поступает в митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в уксусную кислоту, соединяясь с активатором и переносчиком коэнзимом-А. Образующийся ацетил-КоА далее вступает в серию циклических реакций. Продукты бескислородного расщепления - молочная кислота, этиловый спирт - также далее претерпевают изменения и подвергаются окислению кислородом. В пировиноградную кислоту превращается молочная кислота, если она образовалась при недостатке кислорода в тканях животных. Этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты и связывается с КоА. Циклические реакции, в которых происходит преобразование уксусной кислоты, носят название цикла ди- и трикарбоновых кислот, или цикла Кребса, по имени ученого, впервые описавшего эти реакции. В результате ряда последовательных реакций происходит декарбоксилирование - отщепление углекислого газа и окисление - снятие водорода с образующихся веществ. Углекислый газ, образующийся при декарбоксилировании ПВК и в цикле Кребса, выделяется из митохондрий, а далее из клетки и организма в процессе дыхания. Таким образом, углекислый газ образуется непосредственно в процессе декарбоксилирования органических веществ. Весь водород, который снимается с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД + , и образуется НАД 2Н. При фотосинтезе углекислый газ соединяется с промежуточными веществами и восстанавливается водородом. Здесь идет обратный процесс.

Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК:

2С 3 Н 4 0 3 + 6Н 2 0 + 10НАД + -> 6С0 2 + 10НАД Н.

Проследим теперь путь молекул НАД 2Н. Они поступают на кристы митохондрий, где расположена дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД 2Н отдает два водорода и два электрона. Энергия снятых электронов очень велика. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков - цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную ее сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД-2Н, которые образовались при гликолизе (2 молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ. Синтез молекул АТФ, сопряженный с процессом окисления водорода, называетсяокислительным фосфорилированием. Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды. Вспомним, что кислород атмосферы образуется в результате фотосинтеза при фотолизе молекул воды, а водород идет на восстановление углекислого газа. В процессе энергетического обмена водород и кислород вновь соединяются и превращаются в воду.

Обобщенная реакция кислородного этапа окисления:

2С 3 Н 4 0 3 + 4Н + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0;

36АДФ -> 36АТФ.

Итак, выход молекул АТФ при кислородном окислении в 18 раз больше, чем при бескислородном.

Суммарное уравнение окисления глюкозы на двух этапах:

С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + Е -> Q (тепло).

38АДФ -> 38АТФ

Таким образом, при расщеплении глюкозы на двух этапах образуется суммарно 38 молекул АТФ, причем основная часть - 36 молекул - при кислородном окислении. Такой выигрыш энергии обеспечил преимущественное развитие аэробных организмов по сравнению с анаэробными.

21. Митотический цикл клетки. Характеристика периодов. Митоз, его биологическое значение. Амитоз.

Под клеточным (жизненным) циклом понимают существование клетки от момента ее появления в результате деления до другого деления или до гибели клетки.

Близкое к нему понятие - митотический цикл.

Митотический цикл - это жизнедеятельность клетки от деления до следующего деления.

Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл - это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.

Основные стадии митоза.

1.Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.

2.Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).

Фазы клеточного цикла:

1) пресинтетическая (G1) (2n2c, где n-число хромосом, c- число молекул). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;

2) синтетическая (S) (2n4c). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.

В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);

3) постсинтетическая (G2) (2n4c). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).

S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период - препрофазу.

После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1-1,5 ч, G2-периода интерфазы - 2-3 ч, S-периода интерфазы - 6-10 ч.

Стадии митоза.

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу . Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно - одна незаметно переходит в другую.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть - прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4c).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n4c).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).

Фотосинтез - процесс образования органических соединений с неорганических за счет световой энергии. Это очень сложный процесс, включающий длинную последовательность биохимических реакций. Основными условиями прохождения фотосинтеза является наличие хлорофилла, энергии света, углекислого газа и воды.

6СO 2 + 6Н 2 O → С 6 Н 12 O 6 + 6O 2

Фотосинтез происходит у растений, многих бактерий, некоторых архей и простейших, то есть у организмов, известных как фотоавтотрофы. Фотосинтез у растений осуществляется в хлоропластах, расположенных в клетках слоевища (водоросли) или органов - плодов, стеблей, почек, листьев (у высших растений). Свет для фотосинтеза улавливается хлорофиллом, вода доставляется через поверхность тела или из корня развитой сетью сосудов, углекислый газ поступает через устьица и через покровы путем диффузии. Цианобактерии и другие фотосинтезирующие прокариоты для осуществления фотосинтеза имеют в своих клетках различные складчатые структуры с фотосинтезирующими пигментами, как внутренние впячивания мембран, фотомембраны. В основе фотосинтеза лежит окислительно-восстановительный процесс переноса электронов от соединений-доноров к соединениям-акцепторов.

Исследовать процесс фотосинтеза начали еще во второй половине XVIII века. Ряд важных открытий в этом вопросе сделано во второй половине XIX века.

Краткая история изучения фотосинтеза


	Дж. Пристли	провел первые опыты по фотосинтезу, благодаря которым открыто выделение растениями 02, который необходим для дыхания и горения
	П. Пельтье, Ж. Каванту	дали название "хлорофилл" спиртовом экстракта из зеленых листьев растений
		показал фотосинтетическое происхождения крахмала
	В. Пфеффер	назвал процесс преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей фотосинтезом
	К. А. Тимирязева	изучил спектры поглощения света и установил роль растений в космическом круговороте энергии
	М. С. Цвет	предложил хроматографический метод и открыл хлорофилл а и b
	0 П. Виноградов	доказал, что источником кислорода при фотосинтезе является вода, а не С02-
	М. Кальвин	открыл последовательность преобразований С02 в темновой фазе

Основными из фотосинтезирующих пигментов является хлорофилл. Хлорофилл (от греч. "Хлорос" - зеленый и "Филон" - листок ) - зеленые пигменты растений, с участием которых происходит фотосинтез. По своей структуре они напоминают гем гемогло-

бину, но в этих соединениях вместо железа присутствует магний. Железо необходимо растительным организмам для обеспечения синтеза молекул хлорофилла (если в растение железо не поступает, то у нее образуются бесцветные листья, не способные к фотосинтезу). Хлорофилл поглощает преимущественно синий и, частично, красный свет из солнечного спектра и превращает его в химическую энергию органических веществ. Кроме хлорофиллов, у многих растений имеются вспомогательные каротиноиды, у цианобактерий и красных водорослей - фикобилины. Зеленые и пурпурные бактерии содержат бактериохлорофилла.

Фотосинтезирующие пигменты, их распространение и значение

Название пигментов	Организмы, которые содержат эти пигменты	значение пигментов
хлорофилл а	Во всех фотосинтезирующих организмов	Поглощают красные, синие и фиолетовые лучи
хлорофилл b	Мхи, сосудистые растения, зеленые и евгленови водоросли
хлорофилл с	Диатомовые и бурые водоросли
хлорофилл d	красные водоросли
Бактериохлорофилл a, b, с, d	Пурпурные и зеленые сиркобактерии
Каротиноиды (каротин, ксантофиллы )	В хлоропластах растений и цианобактерий	Поглощают синие и фиолетовые лучи
фикобилины (Фикоэритрин, фикоцианин )	Цианобактерии и красные водоросли	Поглощают зеленые (фикоэритрин) и желтые (фикоцианин) лучи

Более 90% всего хлорофилла хлоропластов входит в состав светособирающих комплексов, выполняющих роль антенны, передающей энергию к реакционному центру фотосистем. В процессе фотосинтеза участвуют две фотосистемы - ФС И и ФС II , которые имеют различные реакционные центры и связанные между собой из-за переноса электронов.

Сравнительная характеристика фотосистем (у высших растений)

В процессе фотосинтеза выделяют световую и темновую фазы.

Световая фаза - совокупность процессов, обеспечивающих образование молекулярного кислорода, атомарного водорода и А ТФ за счет световой энергии. Световая стадия фотосинтеза происходит на Тилакоиды хлоропластов с участием света. Эта стадия начинается с момента поглощения квантов света молекулой хлорофилла. При этом электроны атома магния в молекуле хлорофилла переходят на более высокий энергетический уровень, накапливая потенциальную энергию. Часть электронов сразу же возвращается на свое прежнее место, а энергия, выделяющаяся при этом, излучается в виде тепла. Но значительная часть возбужденных электронов с высоким уровнем энергии передает ее другим химическим соединениям для фотохимической работы, которая осуществляется по нескольким основным направлениям: а) преобразование энергии электронов на энергию АТФ, называется фотофосфорилирование; б) восстановление универсального биологического переносчика водорода НАДФ + до НАДФ Н2. Под непосредственным воздействием света происходит процесс разложения воды - фотолиз. При этом образуются электроны (e-), протоны (Н +) и, как побочный продукт, молекулярный кислород. Протоны водорода Н +, присоединяя электроны с высоким энергетическим уровнем, превращаются в атомарный водород, который используется в реакциях восстановления НАДФ.

Итак, основными реакциями световой фазы являются: 1 ) фотолиз воды (расщепление воды с участием света ) ; 2 ) восстановление НАДФ (присоединение к соединения- переносчика молекул водорода ) ; 3 ) фотофосфорилирование (присоединения остатка фосфорной кислоты к АДФ за счет энергии света ) . В результате реакций световой фазы образуются такие продукты, как атомарный водород, молекулярный кислород и А ТФ.

Темновую фаза - совокупность процессов, обеспечивающих восстановление СO 2 к глюкозе благодаря энергии АТФ и за счет водорода от НАДФ. Основой данных преобразований является циклические реакции (цикл фиксации углекислого газа). Этот процесс впервые изучил американский биохимик М. Кальвин, именем которого и назван это явление - цикл Кальвина. Цикл Кальвина, или С3-фотосинтез, включает три стадии: карбоксилирования, восстановление и регенерацию.

I. Карбоксилирование - это совокупность реакций, обеспечивающих присоединение углекислого газа в пентоз. Реакция происходит при участии ферментов-карбоксилаз:

До пентоз (рибулозобифосфатив ) присоединяется СО. с образованием неустойчивых гексоз;

Гексозы сразу расщепляются на две триозы (фосфоглицерат, или фосфоглицеринови кислоты ) : С5 → С6 → 2С3.

II. Восстановление триозы - это совокупность реакций, обеспечивающих удаление кислорода (или присоединения водорода, то есть восстановление ) из продуктов карбоксилирования при участии НАДФ Н 2 и энергии АТФ:

Каждая из триозы присоединяет по одной фосфатной группе 2АТФ, что обогащает молекулы энергией (образуются дифосфоглицерата)

Обогащенные энергией триозы присоединяют по одному атому водорода от НАДФ Н2 (образуются глицеральдегид, или фосфоглицеринови альдегиды).

III. Регенерация акцепторов - это совокупность реакций, обеспечивающих восстановление рибулозобифосфатив, которые являются акцепторами молекул углекислого газа:

Часть триозы (фосфоглицеринового альдегидов) сочетается, образуя углеводы гексозы, а затем и другие органические вещества (аминокислоты, нуклеотиды, органические кислоты и др.);

Другая часть образует пентозы (рибульозобифосфаты ), вновь включаются в цикл Кальвина.

Итак, в темновой фазе из углекислого газа воздуха, водорода от НАДФ за счет энергии АТФ образуются глюкоза и другие органические соединения.

Любая живая клетка способна синтезировать белки, и эта способность представляет одно из наиболее важных и характерных ее свойств. С особенной энергией идет биосинтез белков в период роста и развития клеток. В это время активно синтезируются белки для построения клеточных органоидов, мембран. Синтезируются ферменты и белки. Биосинтез белков идет интенсивно и у многих взрослых, т. е. закончивших рост и развитие клеток, например у клеток пищеварительных желез, синтезирующих белки-ферменты (пепсин, трипсин) или у клеток желез с внутренней секрецией, синтезирующих белки-гормоны (инсулин, тироксин). Способность к синтезу белков присуща, впрочем, не только растущим или секреторным клеткам: любая клетка в течение всей жизни постоянно синтезирует белки, так как в ходе нормальной жизнедеятельности молекулы белков постепенно изнашиваются, структура и функции их нарушаются. Такие пришедшие в негодность молекулы белков удаляются из клетки. Взамен синтезируются новые полноценные молекулы, состав и деятельность клетки не нарушаются.

Любая клетка по внешнему виду и по свойствам похожа на материнскую. Так как свойства клетки зависят от ее белков, то ясно, что клетка способна синтезировать белки такие же, какие синтезировала материнская клетка. Следовательно, способность к синтезу белка передается по наследству от клетки к клетке и сохраняется ею в течение всей жизни.

Вопросы о том, как происходит синтез столь большой и сложной молекулы белка, как отбираются нужные аминокислоты, расставляются и соединяются в определенном и строгом порядке, еще сравнительно недавно представляли неразрешимую загадку. Эти вопросы в настоящее время в основном выяснены, и решение их представляет величайшее достижение биологии и биохимии XX в.

Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК. Мы уже знаем, что молекулы ДНК очень велики. Их длина в десятки и сотни раз превышает длину самых крупных молекул белков: по длине цепочки ДНК можно было бы уложить одну за другой десятки, а то и сотни молекул белков. В настоящее время установлено, что разные участки ДНК определяют синтез различных белков. Одна молекула ДНК участвует в синтезе нескольких десятков белков.

Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка, называется геном. Каждый ген -- участок двойной спирали ДНК, на котором содержится информация о структуре какого-то одного белка.

Чтобы разобраться в том, каким образом структура ДНК определяет структуру белка, приведем такой пример. Многие знают об азбуке Морзе, при помощи которой передают сигналы и телеграммы. По азбуке Морзе все буквы алфавита обозначены сочетаниями коротких и длинных сигналов -- точками и тире. Буква А обозначается *--, Б - -и т. д. Собрание условных обозначений называется кодом или шифром. Азбука Морзе представляет собой пример кода. Получив телеграфную ленту с точками и тире, знающий код Морзе легко расшифрует (раскодирует) написанное.

Макромолекула ДНК, состоящая из нескольких тысяч последовательно расположенных четырех видов нуклеотидов, представляет собой код, определяющий структуру белка. Так же как в коде Морзе каждой букве соответствует определенное сочетание точек и тире, так в коде ДНК каждой аминокислоте соответствует определенное сочетание последовательно связанных нуклеотидов.

Код ДНК

Код ДНК удалось расшифровать почти полностью. Сущность кода ДНК состоит в следующем. Каждой аминокислоте соответствует участок, цепи ДНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Например, участок Т--Т--Т соответствует аминокислоте лизину, отрезок А--Ц--А--цистеину, Ц--А--А -- валину и т. д.

Допустим, что в гене нуклеотиды следуют в таком порядке:

А--Ц--А--Т--Т--Т--А--А--Ц--Ц--А--А-- Г-- Г.

Разбив этот ряд на тройки (триплеты), мы сразу же расшифруем, какие аминокислоты и в каком порядке следуют в молекуле белка:

А--Ц--А Т--Т--Т А--А--Ц Ц--А--А Г--Г--Г

Цистеиц Лизин Лейцин Валин Пролин

В коде Морзе всего два знака. Для обозначения всех букв, всех цифр и знаков препинания приходится брать на некоторые буквы или цифры до 5 знаков. В коде ДНК проще. Разных нуклеотидов 4. Число возможных комбинаций из 4 элементов по 3 равно 64. Разных же аминокислот всего 20. Таким образом, различных триплетов нуклеотидов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот.

Транскрипция. Установлено, что сами ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимают, ДНК находятся в ядре клетки, а синтез белка происходит в рибосомах -- мельчайших структурах, находящихся в цитоплазме. В ДНК только содержится и хранится информация о структуре белков. Для синтеза белка в рибосомы направляются точные копии этой информации. Это осуществляется с помощью РНК, которые синтезируются на ДНК и точно копируют ее структуру. Последовательность нуклеотидов РНК точно повторяет последовательность нуклеотидов в одной из цепей гена. Таким образом, информация, содержащаяся в структуре данного гена, как бы переписывается на РНК. Этот процесс называется транскрипцией («транскрипциа» -- переписывание, лат.). С каждого гена можно снять любое число копий РНК. Эти РНК, несущие в рибосомы информацию о составе белков, называются информационными (и - РНК).

Для того, чтобы понять, каким образом состав и последовательность расположения нуклеотидов в гене могут быть «переписаны» на РНК, вспомним принцип комплементарности, на основании которого построена двуспиральная молекула ДНК. Нуклеотиды одной цепи обусловливают характер противолежащих нуклеотидов другой цепи. Если на одной цепи находится А, то на том же уровне другой цепи стоит Т, а против Г всегда находится Ц. Других комбинаций не бывает. Принцип комплементарности действует и при синтезе информационной РНК. Против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный к нему нуклеотид информационной РНК. Таким образом, против Гднк встает Црнк против Цднк -- Грнк, против Аднк -- Урнк, против Тднк -- Арнк. В результате образующаяся цепочка РНК по составу и последовательности своих нуклеотидов представляет собой точную копию состава и последовательности нуклеотидов одной из цепей ДНК. Молекулы информационной РНК направляются к месту, где происходит синтез белка, т. е. к рибосомам. Туда же идет из цитоплазмы поток материала, из которого строится белок, т. е. аминокислоты. В цитоплазме клеток всегда имеются аминокислоты, образующиеся в результате расщепления белков пищи.

Транспортные РНК

Аминокислоты попадают в рибосому не самостоятельно, а в сопровождении особых молекул РНК, специально приспособленных для транспорта аминокислот к рибосомам. Они так и называются: транспортные РНК (т - РНК). Транспортные РНК -- это сравнительно короткие цепочки, состоящие всего из нескольких десятков нуклеотидов. На одном конце их молекулы имеется структура, к которой может присоединиться аминокислота. На другом конце транспортной РНК находится триплет нуклеотидов, который соответствует по коду данной аминокислоте. Например, молекула транспортной РНК для аминокислоты лизина на одном конце имеет «площадку» для «посадки» лизина, а на другом конце -- триплет нуклеотидов: У--У--У. Так как существует не менее 20 различных аминокислот, то, очевидно, существует не менее 20 различных транспортных РНК. На каждую аминокислоту имеется своя транспортная РНК.

Реакция матричного синтеза. Для изучавшего неорганическую и органическую химию привычны, реакции, протекающие в растворах, в которых молекулы веществ находятся в хаотическом движении. Реакции в таких системах осуществляются в результате случайного столкновения молекул. Чем концентрация веществ выше, тем больше вероятность столкновения, тем выше скорость реакции. Напротив, при понижении концентрации веществ вероятность встречи молекул невелика и скорость реакции может быть ничтожной.

В живых системах мы встречаемся с новым типом реакций, наподобие описанной выше реакции редупликации ДНК или реакции синтеза РНК. Такие реакции неизвестны в неживой природе. Они называются реакциями матричного синтеза.

Термином «матрица» в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул. Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, таких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах. Здесь происходит направленное стягивание мономеров в определенное место клетки -- на молекулы, служащие матрицей, где реакция и осуществляется. Если бы такие реакции происходили путем случайного столкновения молекул, они протекали бы бесконечно медленно. Синтез сложных молекул на основе матричного принципа осуществляется быстро и точно.

Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот -- ДНК или РНК. Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, -- нуклеотиды или аминокислоты - соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, наперед заданном порядке. Затем происходит «сшивание» мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы. После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что, как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, или медали, или какой-то одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти «сборка» только какого-то одного полимера.

Матричный тип реакций -- специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого -- его способности к воспроизведению себе подобного.

Кроме живой клетки, матричный тип реакций нигде в природе обнаружен не был.

Трансляция

Информация о структуре белка, записанная в и - РНК в виде последовательности нуклеотидов, переносится далее в виде последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи. Этот процесс называется трансляцией («трансляциа»-- перенесение, перевод, лат.). Для того чтобы разобраться в том, как в рибосомах происходит трансляция, т. е. перевод информации с языка нуклеиновых кислот на язык белков. Рибосомы на рисунке изображены в виде яйцевидных тел, унизывающих и-РНК. Первая рибосома вступает на нитевидную молекулу и-РНК с левого конца и начинает синтез белка. По мере сборки белковой молекулы рибосома ползет по и-РНК (на рисунке слева направо). Когда рибосома продвинется вперед на 50--100 А, с того же конца на и-РНК входит вторая рибосома, которая, как и первая, начинает синтез и движется вслед за первой рибосомой. Затем на и-РНК вступает третья рибосома, четвертая и т. д. Все они выполняют одну и ту же работу: каждая синтезирует один и тот же белок, запрограммированный на данной и-РНК. Чем дальше вправо продвинулась рибосома по и-РНК, тем больший отрезок белковой молекулы «собран». Когда рибосома достигает правого конца и-РНК, синтез окончен и рибосома вместе со своим «изделием» сваливается в окружающую среду. Здесь они расходятся: рибосома -- на любую и-РНК (так как она способна к синтезу любого белка; характер белка зависит от матрицы), белковая молекула -- в эндоплазматическую сеть и по ней перемещается в тот участок клетки, где требуется данный вид белка. Через короткое время заканчивает работу вторая рибосома, затем третья и т. д. А с левого конца и-РНК на нее вступают все новые и новые рибосомы, и синтез белка идет непрерывно. Число рибосом, умещающихся одновременно на молекуле и-РНК, зависит от длины и-РНК. Так, например, на молекуле и-РНК, программирующей синтез белка-гемоглобина, длина которой около 1500 А 0 , помещается до 5 рибосом (диаметр рибосомы приблизительно 230 А). Группа рибосом, помещающихся одновременно на одной молекуле и-РНК, называется полирибосомой или, сокращенно, полисомой.

Теперь остановимся подробнее на механизме работы рибосомы. Рибосома во время своего движения по и-РНК в каждый данный момент находится в контакте с небольшим участком ее молекулы. Возможно, что размер этого участка составляет всего один триплет нуклеотидов. Рибосома передвигается по и-РНК не плавно, а прерывисто, «шажками» -- триплет за триплетом. На некотором, расстоянии от места контакта рибосомы с и-РНК находится пункт «сборки» белка: здесь помещается и работает фермент белок-синтетаза, создающий полипептидную цепь, т. е. образующий пептидные связи между аминокислотами.

Сам механизм «сборки» белковой молекулы в рибосомах осуществляется следующим образом. В каждую рибосому, входящую в состав полисомы, т.е. движущуюся по и-РНК, из окружающей среды непрерывным потоком идут молекулы т-РНК с «навешанными» на них аминокислотами. Они проходят, задевая своим кодовым концом место контакта рибосомы с и-РНК, дотрагиваются до триплета нуклеотидов и-РНК, который в данный момент находится в рибосоме. Противоположный конец т-РНК (несущий аминокислоту) оказывается при этом вблизи пункта «сборки» белка. Однако только в том случае, если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным к триплету и-РНК (находящемуся в данный момент в рибосоме), аминокислота, доставленная т-РНК, попадет в состав молекулы белка и отделится от т-РНК. Тотчас же рибосома делает «шаг» вперед по и-РНК на один триплет, а свободная т-РНК выбрасывается из рибосомы в окружающую среду. Здесь она захватывает новую молекулу аминокислоты и несет ее в любую из работающих рибосом. Так постепенно, триплет за триплетом, движется по и-РНК рибосома и растет звено за звеном -- полипептидная цепь. Так работает рибосома -- этот удивительный органоид клетки, который с полным правом называют «молекулярным автоматом» синтеза белка.

Мы уже упоминали о синтезе белка, недавно осуществленном химиками в лабораторных условиях. Этот искусственный синтез потребовал огромных усилий, много времени и средств. А в живой клетке синтез одной молекулы белка завершается в 3--4 секунды. Вот пример, насколько совершеннее работает синтетический аппарат живой клетки.

Роль ферментов в биосинтезе белка

Не следует забывать, что ни один шаг в процессе синтеза белка не идет без участия ферментов. Все реакции белкового синтеза катализируются специальными ферментами. Синтез информационной РНК ведет фермент, который «ползет» вдоль молекулы ДНК от начала гена до его конца и оставляет позади себя готовую молекулу информационной РНК. Ген в этом процессе дает только программу для синтеза, а сам процесс осуществляет фермент. Без участия ферментов не происходит и соединения аминокислот с транспортной РНК.

Существуют особые ферменты, обеспечивающие захват и соединение аминокислот с их транспортными РНК. Наконец, в рибосоме в процессе сборки белка работает фермент, сцепляющий аминокислоты между собой.

Энергетика биосинтеза белка

Еще одной очень важной стороной биосинтеза белка является его энергетика. Мы уже упоминали, что любой синтетический процесс представляет собой эндотермическую реакцию и, следовательно, нуждается в затрате энергии. Биосинтез белка представляет цепь синтетических реакций: 1) синтез и-РНК, 2) соединение аминокислот с т-РНК и 3) «сборку» белка. Все эти реакции требуют энергетических затрат. Энергия для синтеза белка доставляется реакцией расщепления АТФ. Каждое звено биосинтеза всегда сопряжено с распадом 2 АТФ.

Разделы