Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Биосинтез белкаПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. История открытия фотосинтеза В 1630 г. Ян ван Гельмонт показал, что растения способны сами образовывать органические вещества, а не получать их из почвы. Так было положено начало изучению фотосинтеза. В 1772 г. Джозеф Пристли установил, что растения «исправляют» воздух, «испорченный» горящей свечой. Спустя семь лет Ян Ингенхауз обнаружил, что растения могут «исправлять» плохой воздух только на свету. В 1883 г. Энгельман открыл пурпурные бактерии, для которых характерен фотосинтез без выделения кислорода. В 1887 г. С. Н. Виноградский открыл хемосинтезирующие бактерии, превращающие углекислоту в органические соединения в темноте. Фотосинтез - многоступенчатый процесс. Важнейшая роль в нем принадлежит хлорофиллу, преобразующему энергию солнечного света в энергию химических связей. Молекулы хлорофилла состоят из атомов углерода и азота, соединенных в сложное кольцо. Они встроены в мембранные структуры хлоропласта - граны -и окружены молекулами белков, липидов и других веществ. Процесс фотосинтеза состоит из двух фаз - световой и темновой. Световая фаза. Световая фаза – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в химическую энергию АТФ и НАДФН2. Осуществляется на свету, в мембранах гран (в мембране тилакоидов) при участии белков – переносчиков и АТФ – синтетазы. Фотон (квант видимого света) попадает в молекулу хлорофилла и приводит ее в возбужденное состояние. При этом электроны сходят со своих орбит и с помощью переносчиков переправляется на другую сторону мембраны, создавая отрицательно заряженное электрическое поле. Молекула хлорофилла восстанавливает потерю электрона, отбирая его от молекулы воды: (Фотолиз воды) Н2О ↔ Н+ + ОН; ОН- - ё →ОН Гидроксилы ОН-, став радикалами ОН, объединяются, образуя воду и кислород, диффундирующий через мембрану в атмосферу. Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, не проникают через мембрану тилакоида граны и накапливаются внутри, образуя положительно заряженное электрическое поле. Таким образом, по обе стороны мембраны находятся два разноименных электрических поля. Когда разность потенциалов достигает критического уровня, активизируется фермент АТФ-синтетаза. Внутри АТФ-синтетазы имеется канал, через который проходят протоны Н+, а освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ. Образовавшаяся АТФ используется в дальнейшем на синтез углеводов. Протоны, оказавшиеся на другой стороне мембраны, встречаются с электронами, доставленными молекулами-переносчиками, образуя атомарный Н, идущий на восстановление переносчика НАДФ+ → НАДФ • Н или (НАДФН2 ) Продукты фотосинтеза световой фазы: Кислород, АТФ, НАДФН2 Темновая фаза осуществляется в строме хлоропласта. Здесь используются атомы водорода, связанные с молекулами- переносчиками, для связывания углекислого газа и использовния его атомов углерода для синтеза глюкозы. Энергию дают молекулы АТФ. При участии ферментов углекислота включается в процесс синтеза углеводов - цикл Кальвина. (М. Кальвин - американский биохимик, изучивший процесс темновой фазы фотосинтеза.) СО2 из воздуха поступает в строму хлоропласта и вступает в соединение с пентозой (рибулозой-5-фосфатом), находящейся в клетке. Предварительно этот сахар фосфорилируется с образованием рибулозодифосфата, который карбоксилируется путем присоединения СО2. Образуется нестойкое шестиуглеродное соединение, в результате гидролиза распадающееся на две трехуглеродные молекулы фосфоглицериновой кислоты. Эти молекулы восстанавливаются в присутствии НАДФ • Н и АТФ с образованием трехуглеродного сахара - триозы. В результате конденсации двух таких триоз образуется молекула гексозы, которая может включаться в молекулу крахмала и т. о. откладывается в запас. Суммарное уравнение реакций фотосинтеза: хлорофилл 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2 энергия света Значение фотосинтеза: 1)Фотосинтез - основной поставщик органических соединений и свободного кислорода на Земле. 2)Фотосинтез препятствует увеличению концентрации углекислого газа в атмосфере, предотвращая перегрев Земли, а созданный им озоновый слой защищает все живое от губительного УФ-излучения. 3)Растения вовлекают в круговорот миллиарды тонн азота, фосфора, серы, магния, кальция, калия. Хемосинтез. Открыт русским ученым С. Н. Виноградским в 1887 г. Хемосинтез — образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно - восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций: • окисление аммиака до азотистой и азотной кислот нитрифицирующими бактериями: NH3 → HNO2 → HNO3 +Q • превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями: Fе2+ → Fе3++ Q; • окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями: Н2S + О2 = 2Н20 + 2S + Q Н2S + О2 = 2Н2SО4 + Q Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ. Роль хемосинтеза: бактерии-хемосинтетики разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.
Биосинтез белка Любая живая клетка способна синтезировать белки. Дочерняя клетка синтезирует такие же белки, какие синтезировала материнская клетка. Отсюда можно сделать вывод, что способность к синтезу белка передается по наследству от клетки к клетке и сохраняется в течение всей жизни. Основная роль в определении структуры белка принадлежит ДНК, разные участки которой определяют синтез различных белков. Следовательно, одна молекула ДНК участвует в синтезе нескольких десятков белков. Каждый участок ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка, называется геном. Можно сделать вывод: каждый ген заключает информацию о структуре одного белка. Молекулы ДНК в клетках растений и животных содержатся в хромосомах ядра. А биосинтез белка осуществляется на рибосомах, находящихся в цитоплазме клетки. Наследственная информация о первичной структуре белка передается к месту синтеза белка с помощью и-РНК. РНК разных видов в литературе имеют ряд синонимов: и-РНК еще имеет название матричной РНК (м-РНК); транспортную РНК (т-РНК) называют еще адапторной. Для того чтобы синтезировать белки с заданными свойствами, к месту их построения поступает информация о порядке включения аминокислот в пептидную цепь. Эта информация заключена в нуклеотидной последовательности и-РНК, синтезируемых на соответствующих участках ДНК. Процесс списывания (считывания), или синтез и-РНК, называется транскрипцией (переписывание). Процесс транскрипции вместе с реакцией самоудвоения ДНК относится к реакциям матричного синтеза, то есть реакциям, которые идут с использованием матрицы. (Матрица - это готовая структура, в соответствии с которой осуществляется построение новой структуры.) При синтезе и-РНК в качестве матрицы используется одна из нитей ДНК. Таким образом, в результате реакций матричного синтеза образуются структуры, построенные по строго определенному плану. Реакции матричного синтеза характерны лишь для живой природы, в результате их осуществления становится возможной передача информации от одного поколения живых существ к другому, а также синтез белков в соответствии с информацией, заложенной в генетическом материале. Синтез и-РНК начинается с: 1. Обнаружения РНК-полимеразой (фермент) особого участка в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции - промотора. 2. Присоединение к промотору РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. Две цепи ДНК в этом месте расходятся, и на одной из них фермент осуществляет синтез и-РНК. 3. Сборка рибонуклеотидов в цепь происходит с соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК, то есть антипараллельно по отношению к матричной цепи ДНК. Цепь ДНК, с которой происходит списывание информации, носит название кодогенной. 4. Продвигаясь вдоль кодогенной цепи ДНК, РНК - полимераза осуществляет постепенное точное переписывание информации до тех пор, пока она не встречает специфическую нуклеотидную последовательность - терминатор транскрипции. 5. В этом участке РНК-полимераза отделяется как от матрицы ДНК, так и от вновь синтезированной и-РНК. Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции -транскриптон. В процессе синтеза, по мере продвижения РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, пройденные ею одноцепочечные участки ДНК вновь объединяются в двойную спираль. Образуемая в ходе транскрипции и-РНК содержит точную копию информации, записанной в соответствующем участке ДНК. Тройки рядом стоящих нуклеотидов и-РНК, шифрующие определенные аминокислоты, называют кодонами. Последовательность кодонов и-РНК шифрует последовательность аминокислот в пептидной цепи. Сочетания из трех нуклеотидов, кодирующие определенные аминокислоты, называются кодом ДНК, или генетическим кодом. Свойства генетического кода. 1. Код триплетен. Каждой аминокислоте соответствует участок цепи ДНК, и соответственно, и-РНК из трех рядом стоящих нуклеотидов. Например, участок и-РНК Г-Ц-У соответствует аминокислоте аланину, Ц-Г-У - аргинину, Г-У-У - валину и т. д. 2. Код избыточен. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (за исключением метионина и триптофана). ДНК состоит из 4 разных видов нуклеотидов, а Как полагают, это свойство генетического кода повышает надежность хранения и передачи наследственной информации. 3. Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. 4. Между генами имеются «знаки препинания». Из 64 триплетов три - У-А-А, У-А-Г, У-Г-А – не кодируют аминокислоты. Эти триплеты (их называют стоп-триплетами) - сигналы окончания синтеза полипептидной цепи. Необходимость в наличии стоп-триплетов объясняется тем, что в ряде случаев на и-РНК осуществляется синтез нескольких полипептидных цепей, и для отделения их друг от друга используются эти триплеты. 5. Внутри гена нет «знаков препинания». 6. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ. Синтез полипептидной цепи на рибосоме. Регуляция транскрипции и трансляции. Важная роль в биосинтезе белка принадлежит т-РНК, которые доставляют аминокислоты к месту синтеза пептидных цепей. Молекула т-РНК состоит из 75-95 нуклеотидов и имеет вид клеверного листа. В ней выделяют две важные части: акцепторный конец - к нему присоединяется транспортируемая аминокислота с помощью фермента кодолазы; три ветви, состоящие из комплементарно спаренных нуклеотидов. Средняя ветвь - антикодоновая - заканчивается петлей, в центре которой расположен антикодон, состоящий из трех нуклеотидов, которые комплементарны одному из кодонов и-РНК. Между этими ветвями располагаются две боковые ветви, заканчивающиеся петлями. Синтез полипептидной цепи на матрице и-РНК носит название трансляции. Во время трансляции происходит перевод информации из последовательности кодонов и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи. Трансляция • фаза инициации - образование функционального центра рибосомы • фаза элонгации - удлинение белковой цепи • фаза терминации - окончание синтеза Механизм трансляции начинается с образования функционального центра рибосомы (ФЦР). ФЦР состоит из и-РНК, малой и большой субъединиц рибосомы. Малая субъединица рибосомы отвечает за генетические и декодирующие функции, а большая - за биохимические и ферментативные. и-РНК нанизывает на себя рибосому с левого конца и начинает синтез белка. При этом в ФЦР всегда находятся шесть нуклеотидов - 2 триплета и-РНК, которые образуют два активных центра: аминокислотный (аминоциальныи) - центр узнавания аминокислоты, и пептидный (пептидильный) - центр присоединения аминокислоты к пептидной цепочке. Когда т-РНК поступает на рибосому, антикодон узнает «свой» кодон и-РНК. Сначала т-РНК с аминокислотой поступает в аминоциальныи участок и присоединяется к своему кодону, затем аминокислота присоединяет к себе растущую цепь белка с образованием пептидной связи. После этого т-РНК перемещается с кодоном и-РНК в пептидильный участок рибосомы, а на ее место в аминоциальныи участок поступает новая т-РНК. Отдав аминокислоту, т-РНК покидает рибосому и присоединяет к себе следующую аминокислоту. Рибосома с образовавшимся белком сходит с и-РНК. Далее рибосома нанизывается на любую другую и-РНК, так как она может синтезировать любой белок (строение белка зависит от матрицы и-РНК), а белковая молекула поступает в эндоплазматическую сеть, где приобретает свою окончательную структуру. Сборка пептидной цепи осуществляется с большой скоростью - за 1/5-1/6 с полипептидная цепь удлиняется на одно звено. • Ферменты ускоряют реакции биосинтеза и обеспечивают их согласованность. • Для биосинтеза необходима энергия, источником которой служит энергия АТФ; молекуля АТФ синтезируются в процессе энергетического обмена.
|