Сукупність реакцій біохімічного синтезу, в результаті яких із речовин, що потрапили до клітини, синтезуються необхідні для не сполуки, називають пластичним обміном.
До основних процесів пластичного обміну належать біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез і хемосинтез.
незамінні амінокислоти;
вищих тварин і людини надходять у кров з тонкого кишечнику після перетравлення білків харчових продуктів
Синтез кожної з двадцяти основних амінокислот — це складний багатоступеневий процес, який каталізують багато ферментів.
Генетичний код
- властива всім живим організмам єдина система збереження спадкової інформації в молекулах нуклеїновим кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Ця послідовність визначає порядок введення амінокислотних залишків у поліпептидний ланцюг під час його синтезу.
Встановлено, що кожний амінокислотний залишок у поліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю з трьох нуклеотидів - триплетом.
Логічно це можна пояснити так. Якщо до складу білків входить двадцять основних амінокислот, то до складу нуклеїнових кислот - лише чотири типи нуклеотидів. Якби один амінокислотний залишок кодувався одним нуклеотидом, то до складу білків входило б усього чотири типи амінокислот. Комбінацією з двох нуклеотидів можна закодувати шістнадцять амінокислот (42
= 16), тоді як комбінація з трьох нуклеотидів дає змогу кодувати 64 типи амінокислот (43
= 64). тим більш 20 основних.
З'ясовано також, що генетичний код не
перекривається,
тобто генетична інформація може зчитуватися лише одним способом.
Між генами існують «розділові знаки»
— ділянки, які не несуть генетичної інформації і лише відокремлюють одні гени від інших спейсерами
(від англ. стгейс—простір).
У генетичному коді є три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожен з яких означає припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга (так звані стоп-кодони),
а триплет АУГ визначає місце початку синтезу наступного.
Етапи біосинтезу білків
.
Перший етап — транскрипція
(від лат. транскрипціє -
переписування) — синтез попередника ІРНК (про-іРНК), Спочатку фермент РНК-полімераза
розщеплює подвійний ланцюг ДНК і на одному з ланцюгів за принципом комплементарності синтезує молекулу про-іРНК, яка таким чином повторює послідовність нуклеотидів певної ділянки молекули ДНК. Після цього за допомогою спеціальних ферментів про-іРНК перетворюється в активну
форлгу ІРНК
(з
неї видаляються ділянки, позбавлені генетичної інформації), яка із ядра надходить до цитоплазми клітини.
Другий - трансляція
(від лат. транслятіо
— передача) - переклад послідовності нуклеотидів у молекулі ІРНК у послідовність амінокислотних залишків молекули білка. Розгляньмо цей процес детальніше. Насамперед у цитоплазмі кожна з 20 амінокислот за допомогою ковалентного зв'язку приєднується до певної тРНК, на що витрачається енергія, яка вивільнюється при розщепленні АТФ.
Потім ІРНК зв'язується з рибосомою, а згодом — із амінокислотним залишком, прикріпленим до певної тРНК. Транспортна РНК, Що переносить амінокислоту, за принципом комплементарності взаємодіє з особливим триплетом (кодонолг)
ІРНК, який дає сигнал про початок синтезу поліпептидного ланцюга. Внаслідок цього процесу виникає ініціативний
комплекс,
який складається з триплету ірнк, рибосоми та певної тРНК.
Далі поліпептидний ланцюг подовжується Кожна з амінокислот транспортується до рибосоми і розміщується на ланцюзі за допомогою певної тРНК, яка створює комплементарні пари з відповідним Їй триплетом в ірнк (мал.ЗЗ).
. В одній частині функціонального центру антиикодон тРНК впізнає кодон ірнк, а в іншій — амінокислота звільняєтьсяяється від тРНК. Коли рибосома просунеться по ІРНК, то на її надходить друга, яка теж починає просуватись по цій молекулі. надходить третя, четверта і так далі. кулу ірнк з нанизаними на неї рибосомами називають полісомою(полірибосомою).
Для здійснення процесу синтезу необхідні иві білки та енергія, яка вивільнюється при розщепленні АТФ. ли рибосома досягає стоп-кодону, синтез білкової молекули •шуеться, і рибосома разом з нею залишає ірнк. Потім рибосо-гграпляє на будь-яку іншу молекулу ІРНК, а мвілекула білка -.оплазматичну сітку, по якій вона транспортується у певну ді-у клітини. На ІРНК з ЇЇ лівого кінця насуваються нові рибосо-біосинтез білкових молекул триває далі. ї
останньому етапі білок набуває своєї природної структури, рюючи певну просторову конфігурацію. До чи після цього за гю ферментів відбувається відщеплення зайвих амінокислот-залишків, введення фосфатних, карбоксильних та інших груп, єднання вуглеводів тощо. Після цих процесів молекула білка стає кціонально активною.
Хемосинтезуючі організми (хелготрофи)
для син-у
органічних сполук використовують енергію, яка вивільнюєть-іід час перетворення неорганічних сполук. До цих організмів на-сать деякі групи бактерій: нітрифікуючі, безбарвні сіркобактерії, ізобактерії тощо.
Нітрифікуючі бактерії
•сать зелені рослини (вищі рослини, водорості), деякі тварини (рос-іні джгутикові), а також деякі прокаріоти - ціанобактерії, пурпу-і та зелені сіркобактерії. Основними з фотосинтезуючих пігментів є хлорофіли.
Більшість фотосинтезуючих організмів має різні хлорофіли: хлорофіл а
В основі фотосинтезу лежить окиснювально-відновний процес, пов'язаний із перенесенням електронів від сполук постачальників електронів (донорів)
У процесі фотосинтезу у зелених рослин і ціанобактерій беруть участь дві фотосистелги - перша
Процес фотосинтезу відбувається в дві фази — світлову та темно-ву. У світлову
У фотосистемі
Подібні процеси відбуваються й у фотосистеліі II.
Енергія, вивільнена при поверненні електронів із зовнішньої поверхні мембрани тилакоїдів на попередній енергетичний рівень, запасається у вигляді хімічних зв'язків молекул АТФ, які синтезуються під час реакцій в обох фотосистемах. Деяка її частина витрачається на випаровування води^ Таким чином, під час світлової фази фотосинтезу утворюються багаті на енергію (яка запасається у вигляді хімічних зв'язків) сполуки: синтезується АТФ і відновлюється НАДФ. Як продукт фотолізу води в атмосферу виділяється молекулярний кисень. Реакції темпової фази
Сполукою, яка сприймає атмосферний СО^, є рибульозобіфос-фат
Підсумкове рівняння процесу фотосинтезу у зелених рослин має
послідовно окиснюють аміак до нітритів (солі НМО^), а потім - до нітратів (солі НЗ^О^). Залізобактерії
одержують енергію за рахунок окиснення сполук двовалент-о заліза до тривалентного. Вони беруть участь в утворенні покладів залізних руд. Безбарвні сіркобактерії
окиснюють сірководень нші сполуки сірки до сірчаної кислоти (Н^80 ). Іроцес хемосинтезу відкрив у 1887 році видатний російський робіолог С.М.Виноградський. Хемосинтезуючі мікроорганізми ві-зають виняткову роль у процесах перетворення хімічних елемен-у біогеохімічних циклах. Біогеохімічні цикли (біогеохіміч-'л колообіг речовин)
-
це обмін речовинами та забезпечення оку енергії між різними компонентами біосфери, внаслідок жит-іяльності різноманітних організмів, що має циклічний характер. ^отосинтез. Фатотрофи використовують для синтезу органічних лук енергію світла. Процес утворення органічних сполук із неор-ічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних ізків називають фотосинтезом.
До фототрофних організмів на-
За своєю уктурою вони нагадують гем гемоглобіну, але в цих сполуках іість заліза присутній магній. Залізо потрібне рослинним орга-мам для забезпечення синтезу молекул хлорофілу (якщо в рос-іу залізо не надходить, то в неї утворюються безбарвні листки, датні до фотосинтезу).
(обов'язковий}, хлорофіл Ь
(у зелених рослин), хлорофіл с
(у діатомових і бурих водоростей), хлорофіл а
(у червоних водоростей). Зелені й пурпурові бактерії містять особливі бактеріохлорофіле.
до сполук, які їх сприймають (акцепторів),
з утворенням вуглеводів і виділенням в атмосферу молекулярного кисню. Світлова енергія перетворюється на енергію синтезованих органічних сполук (вуглеводів) в особливих структурах -реакційних центрах,
що містять хлорофіл а.
(І)
та друга (II),
які мають різні реакційні центри та пов'язані між собою через систему перенесення електронів.
фазу,
реакції якої перебігають у мембранах особливих структур хлоропластів - тилакоїдів
за наявності світла (мал.36),
фотосинтезуючі пігменти вловлюють кванти світла (фотони).
Поглинання фотонів приводить до «збудження» одного з електронів молекули хлорофілу, який за допомогою молекул - переносників електронів переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів, набуваючи певної потенційної енергії.
І цей електрон може повертатись на свій енергетичний рівень і відновлювати її, а може передаватись такій сполуці, як НАДФ
(нїкотинамідаденіндинуклеотидфосфат). Електрони, взаємодіючи з іонами водню, які є в навколишньому середовищі, відновлюють цю сполуку:Нагадаймо, що коли певна сполука віддає електрон - вона окис-нюеться,
а коли приєднує - відновлюється.
Відновлений НАДФ (НАДФ - Н) згодом постачає водень, потрібний для відновлення атмосферного СО^ до глюкози (тобто сполуки, в якій запасається енергія).
Збуджені електрони, повертаючись на свій енергетичний рівень, можуть передаватись фотосистемі І і таким чином її відновлювати. Фотосисте-ма II відновлюється за рахунок електронів, які постачають молекули води. Під дією світла за участю ферментів молекули води розщеплюються (фотоліз води)
на протони водню та молекулярний кисень, який виділяється в атмосферу, а електрони використовуються на відновлення фотосистеми II:
фотосинтезу перебігають у внутрішньому середовищі (лгатриксі)
хлоропластів як на світлі, так і за його відсутності. Як згадувалося раніше, в ході реакцій темнової фази С0„ відновлюється до глюкози завдяки енергії, що вивільнюється при розщепленні АТФ, та за рахунок відновленого НАДФ.
(п'ятивуглецевий цукор, сполучений із двома залишками фосфорної кислоти). Процес приєднання СОд каталізує фермент кар-боксилаза.
Внаслідок складних і багатоступеневих хімічних реакцій, кожну з яких каталізує свій специфічний фермент, утворюється кінцевий продукт фотосинтезу - глюкоза,
а також відновлюється акцептор СО^ - рибу льозобіфос фат.
З
глюкози в клітинах рослин можуть синтезуватися полісахариди — крохмаль, целюлоза тощо.
такий вигляд:
Название реферата: Біосинтез та пластичний обмін
| Слов: | 1355 |
| Символов: | 11515 |
| Размер: | 22.49 Кб. |