Лекція №15 обмін речовин в клітині
Обмін речовин (метаболізм) - сукупність протікають в живих організмах хімічних перетворень, що забезпечують їх ріст, життєдіяльність, відтворення, постійний контакт і обмін з навколишнім середовищем. За субстрату, що підлягає обміну, розрізняють білковий жирової. вуглеводний обмін, обмін води і хв ?? еральних речовин.
В обміні речовин розрізняють дві сторони: асиміляцію і дисиміляцію.
Асиміляція - (пластичний обмін, анаболізм) - ендотермічний процес уподібнення речовин, що надходять в клітину, специфічним речовинам самої клітини. Йде в цитоплазмі клітини.
Дисиміляція - (енергетичний обмін, катаболізм - екзотермічний процес розпаду речовин клітини до простих неспецифічних з'єдн ?? ень. Починається в цитоплазмі, закінчується в мітохондріях з утворенням енергії.
Етапи енергетичного обміну:
I. Підготовчий. Великі полімери (білки, жири, вуглеводи) розпадаються на мономери (гліцерин, вищі жирні кислоти, амінокислоти, глюкозу) в реакціях гідролізу. У одноклітинних тварин йде в травних вакуолях, в клітинах тканин в - лізосомах. У багатоклітинних в шлунково - кишковому тракті виділяється 1% енергії у вигляді тепла, вона розсіюється.
II. Безкисневий - відбувається гліколіз або молочно - кисле бродіння - розщеплення глюкози в цитоплазмі клітин до молочної кислоти. Звільнена енергія (30%) витрачається на синтез 2 молекул АТФ. У деяких мікроорганізмів. а так само іноді в клітинах тварин глюкоза може розщеплюватися до етанолу. Інша енергія розсіюється у вигляді тепла.
Амінокислоти, вищі жирні кислоти, гліцерин здатні розщеплюватися до молочної кислоти і, іноді, спірта͵ із звільненням енергії (до 30% сумарної енергії процесу).
III. Кисневий - універсальний етап, він однаковий для розпаду амінокислот, глюкози, вищих жирних кислот. Розщеплення нд ?? ех типів органічних речовин закінчується утворенням CO2 і H2 O. Зокрема при розщеплення 2 молекул молочної кислоти вивільняється енергія і синтезується 36 молекул АТФ. Відбувається в мітохондріях, де є ферменти і атомарний кисень. Весь процес окислення органічних з'єдн ?? ень в присутності О2 прийнято називати тканинним диханням (або біологічним окисленням). Енергія виділяється дискретно (порціями), йде на синтез АТФ і частково розсіюється у вигляді тепла. За типом дисиміляції виділяють аеробів (здійснюють дихання) і анаеробів (здійснюють бродіння).
Етапи пластичного обміну.
I. З простих речовин (CO2. H2 O, NH3) і безлічі проміжних з'єдн ?? ень (молочна кіслота͵ гліцерин і ін.) Синтезується необхідні для організму амінокислоти, вищі жирні кислоти, моносахара, азотні підстави.
II. Відбувається збірка з мономерів складних високомолекурних з'єдн ?? ень. білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот. Ці реакції протікають на мембранах ЕРС і комплексу Гольджі в рибосомах.
За типом асиміляції виділяють 3 групи організмів:
Умови, що забезпечують більш інтенсивний обмін речовин.
1. Кожна клітина сама синтезує собі білки, ліпіди, полісахариди, нуклеїнові кислоти.
2. Кожна реакція, яка відбувається в клітці, каталізується окремим ферментом.
3.Ферментние процеси можливі завдяки особливому фізичному стану цитоплазми, яка представляє собою колоїдний розчин білків.
Ферменти, їх групи. Fermentum - закваска (ензим). Відомо близько 2 х тисяч ферментів.
Всі хімічні реакції в клітці йдуть за участю біологічних каталізаторів - ферментів. Всі ферменти - білки, але не вс ?? е білки - ферменти. У структурі білків - ферментів виділяють активний центр.
Виділяють кілька груп ферментів: ліпази, амілази, нуклеази, протеази, трансферази, оксидоредуктаз і ін.
Умови для дії ферментів.
2. Визначити ?? енная температура (до 50 0 С).
4. Оптимальна іонна сила.
5. Гидратная оболонка - підтримує структуру ферменту і його активного центру.
6. Наявність коферментів - речовин небілкової природи (іони важких металів, амінокислоти, вітаміни), що входять до складу активного центру фермента͵ стійкі до температури. Коферменти підсилюють активність ферменту.
Ферменти діють на:
1. одна речовина (лактази тільки на лактозу)
2. хімічний зв'язок (ліпаза - на жири)
Нуклеїнові кислоти були відкриті в 1870 році швейцарським біохіміком Ф.Мішером. Він виділив з ядра клітини речовина, що містить азот і фосфор, і назвав його нуклєїнах (nucleus - ядро). Пізніше виявили в ньому кілька видів нуклеїнових кислот.
Нуклеїнові кислоти - ϶ᴛᴏ природні високомолекулярні з'єдн ?? ення, що забезпечують зберігання, передачу і реалізацію спадкової інформації в живих організмах.
Види нуклеїнових кислот:
I. ДНК - дезоксирибонуклеїнової кислоти
II. РНК - рибонуклеїнова кислота
ДНК: 1) двоспіральної полімер, що складається з мономерів - нуклеотидів.
2) Будова нуклеотиду:
а) одне з 4-х азотистих основ
пуринові А - аденін
піримідинові Т - тіміін
Нуклеотидний склад кількісно проаналізував американський біохімік Едвін Чаргафф (1902 г) і зробив висновок:''чісло пуринових підстав нд ?? егда дорівнює числу піримідинових; кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а гуаніну - цитозин (правило Чаргаффа).
Компліментарні пари азотистих основ - А = Т, ГºЦ
б) вуглевод - дезоксирибоза
в) один залишок фосфорної кислоти
3). Локалізація в клітині - в хромосомах органелах цитоплазми (мітохондріях, пластидах, Центросоми).
4. Функції: а) зберігання спадкової інформації
б) передача спадкової інформації
в) реалізація спадкової інформації в ході біосинтезу білка
РНК. 1. Одно-ланцюговий полімер, мономером є нуклеотид.
2. Будова нуклеотиду:
а) одне з чотирьох азотистих основ:
б) вуглевод - рибоза
в) один залишок фосфорної кислоти
3. Локалізація в клітині - ядерце, рибосоми, цитоплазма.
1. і-РНК (5% від вс ?? їй РНК клітини) - містить інформацію про будову білка і складається з 300 - 3000 нуклеотидів.
Існує в 2 х формах:
а) незріла і-РНК (і-РНК - попередниця, про-І-РНК). Синтезується на молекулі ДНК. У еукаріот включає в себе Екзони (кодують ділянки) і інтрони (некодуючі ділянки). При переході з ядра в цитоплазму зазнає процесинг (дозрівання). У прокаріотів в процесі дозрівання відбувається вкорочення молекули незрілої і-РНК за рахунок''отрезанія'' її кінцевих ділянок. У еукаріот дозрівання відбувається за рахунок вирізання інтронів і''сшіванія'' залишилися екзонів. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в результаті процесингу утворюється друга форма - б) зріла і-РНК. яка несе інформациюї порядку розташування амінокислот в молекулі білка.
2. т-РНК (10% від вс ?? їй РНК клітини) - транспортує амінокислоти до рибосом. Складається з 70 - 100 нуклеотидів. Виділяють 61 вид. Синтезується в полісом.
3.р-РНК (85% від вс ?? їй РНК клітини) - є структурним компонентом рибосом, контролює початок і закінчення синтезу білкової молекули. Синтезується в полісом, містить 3 - 5 тисяч нуклеотидів.
Генетичний код - ϶ᴛᴏ схема розташування трьох нуклеотидів, наступних один за одним в молекулі ДНК і визначають місце амінокислот в молекулі білка. Почав розшифровку генетичного коду Ніренберᴦ.
Основні властивості генетичного коду.
1.Генетіческій код триплетів. Кожну амінокислоту в молекулі білка кодують три нуклеотиду молекули ДНК - триплет, кодон. Є таблиця нд ?? ех кодонів.
2.Генетіческій код надлишковий (виродилися). Це означає, що для кодування 20-і амінокислот існує 64 комбінації триплетів (число поєднань з 4-х по 3). Одну і ту ж амінокислоту можуть кодувати кілька кодонів (до 6-и). Οʜᴎ відрізняються за останнім (3-му) азотистій підставі.
3. Генетичний код Коллін ?? еарен. Тип і послідовність триплетів нуклеотидів молекули ДНК строго відповідає типу і послідовності амінокислот в молекулі білка.
4. Код "не має ком" - безперервний. Між триплету нуклеотидів в ДНК немає ніяких додаткових знаків, що розділяють їх. У разі якщо випадає або вставляється одне азотистих основ, то зчитування йде далі, ᴛ.ᴇ. включається в кодон наступне азотистих основ.
5. Генетичний код не перекривається. Зчитування інформації в гені відбувається послідовно триплет за кодоном. Одне і те ж азотистих основ не може одночасно входити в два кодону.
6. Генетичний код специфічний. Визнач ?? енную амінокислоту кодують строго определ ?? енние триплети (кодони). Реально кодують амінокислоти 61 триплет. Існує 3 безглуздих триплетів (УАГ, УАА, УГА). Οʜᴎ не кодують амінокислоти, але зможуть вказувати на початок і кінець гена, ᴛ.ᴇ. "Точки" генетичного коду.
7. Генетичний код універсальний для вс ?? ех видів живих організмів на Землі від вірусів і бактерій для людини. Один і той же триплет нуклеотидів у організмів будь-якого виду кодує одну і ту ж амінокислоту.
Потік інформації - перенесення інформації з ДНК на білок.
Компоненти потоку інформації:
- Ядро (ДНК хромосом)
- Всі види РНК.
- Апарат трансляції (рибосоми і полісоми, т-РНК, ферменти активації амінокислот)
- Генетичний код.
Етапи біосинтезу білка.
I Транскрипція - переписування генетичної інформації з ДНК на РНК. При цьому утворюються дві форми і-РНК: про-І-РНК, незріла і зріла і-РНК.
II. Трансляція - розшифровка генетичної інформації і її переклад з мови нуклеотидів ДНК і і-РНК на мову амінокислот молекули білка
Потік енергії - у представників ?? їй різних груп організмів представлений внутрішньоклітинними механізмами енергозабезпечення - бродінням, фото - і хемосинтезом, диханням.
Потік речовин - метаболічні шляхи розщеплення і синтезу вуглеводів, білків, жирів, нуклеїнових кислот.