Subiect: Organizarea fluxului de energie și informații în celulă.
Scop: Studierea celei mai importante proprietăți a vieții - metabolismul și energia, care se manifestă la niveluri diferite ale organizației.
Sarcina de auto-studiu
1. Asimilarea și disimilarea într-o celulă vie, relația lor, semnificația biologică. Produse de asimilare și disimilare.
2. Tipuri de asimilare (autotrofică, heterotrofică, mixotrofică)
3. Fotosinteza. Organisme capabile de fotosinteză.
4. Chemosinteza. Similaritatea și diferența în fotografie și chemosinteză.
5. Structura, funcțiile și formarea ATP.
6. Tipuri de disimilare (aerobă și anaerobă). Respirația și fermentația. Diferența dintre respirație și fermentație.
7. Caracteristicile principalelor etape ale metabolismului energetic (pregătitoare, glicoliză, hidroliză).
8. Caracteristicile structurii ADN și ARN. Tipuri de ARN. Codon, anticodon. Definiție, structură, localizare în biomolecule.
9. Localizarea informațiilor inițiale pentru biosinteza proteinelor. Condiții necesare pentru biosinteza proteinelor.
10. Inițierea sintezei proteinelor: transcripția, prelucrarea, rolul ARN polimerazei în transcripție. Promotor și terminator al transcripției.
11. Audiovizualul, implementarea acestuia.
12. Formarea structurii primare, secundare, terțiare și cuaternare a proteinei. Organoidele în care se desfășoară acest proces.
13. Completați tabelele 7, 8, 9, 10, 11 (a se vedea anexa 2).
Metabolismul și transformarea energiei în celulă (metabolismul) - cea mai importantă proprietate a celor vii. Este un set de reacții chimice care au loc în celulele cu absorbție sau eliberare de energie.
Asimilarea (anabolismul) - agregatul tuturor proceselor de sinteză a substanțelor organice complexe, însoțit de absorbția energiei (procesul endotermic). Acesta este un schimb de plastic. se formează substanțe diferite.
Discompilarea (catabolismul) - un set de reacții de divizare; trecerea substanțelor bogate în energie într-un proces simplu, mai puțin energic (proces exotermic). Acesta este schimbul de energie. se formează diferite tipuri de energie.
Asimilarea și disimilarea sunt părțile opuse ale unui proces - metabolismul. Reacțiile de asimilare necesită energie care provine din reacțiile de disimilare; și pentru punerea în aplicare a reacțiilor de disimilare, este necesară o sinteză constantă de proteine enzimatice, care se formează în reacțiile de asimilare.
Totalitatea reacțiilor de asimilare și disimilare stă la baza activității vitale a organismelor și determină legătura organismului cu mediul.
Prin natura asimilării, se disting organismele autotrofice, heterotrofice și mixotrofice. Autotrofii sunt organisme care sintetizează ele însele substanțe organice din substanțe anorganice. Ei pot folosi diferite surse de energie (energia solară sau procesele chimice) pentru a produce carbohidrați, grăsimi, proteine necesare pentru a menține viața. Acestea sunt toate organismele care conțin clorofil (alge albastru-verde, alge maro, plante superioare) și unele bacterii.
Heterotrofii folosesc compuși organici gata preparați ca hrană, urmată de prelucrarea mecanică și chimică. Heterotrofurile sunt toate animalele, ciupercile. Mixotrofii sunt organisme capabile să sintetizeze substanțele organice și să le utilizeze în formă gata preparată (verde euglena).
Fotosinteza este sinteza compușilor organici din plante verzi din apă și dioxid de carbon utilizând energia solară absorbită de clorofil. În (tilacoid) trece reacția provocată de lumină (lumină) și în stroma - reacția nu este legată de lumină (reacția de culoare închisă sau fixarea carbonului).
Faza ușoară a fotosintezei. Ea curge in thylakoids de cloroplasti cu participarea de lumina soarelui si moleculele de clorofila. Atunci când o cantitate de lumină este absorbită de o moleculă de clorofilă, un electron trece într-o stare excitat și se ridică la un nivel de energie mai ridicat. În același timp, fotoliza apei are loc cu formarea ionilor H + și OH -.
Electronul excitat este atașat la ionul H +. restaurând-o la atomul H. Apoi, două atomi de H formați se combină cu nicotinamidă dinucleotid fosfat (NADP) și o reduc la NADPH2. Electronii proveniți din ionii de hidroxid se întorc în moleculă de clorofil la locul celor excitați, iar ionii de hidroxid se transformă în radicali liberi și, interacționând unul cu celălalt, formează apă și oxigen liber.
În timpul tranzițiilor, protonii se acumulează pe partea interioară a membranei faciesurilor cloroplastice și electronii pe suprafața exterioară, creând astfel o diferență de potențial. Când diferența potențială atinge un nivel critic, protonii trec prin canale speciale de membrane, în care se găsesc enzime care sintetizează ATP.
Astfel, în faza de lumină apar următoarele procese: fotoliza apei cu eliberarea oxigenului, reducerea NADP, sinteza ATP.
faza de întuneric de fotosinteza nu depinde de lumină și curge în stroma cloroplastelor ca și în lumină și în întuneric. Energia stocată în faza de lumină, este utilizat pentru sinteza de dioxid de carbon monozaharide (din aer alimentat prin stomatele) și hidrogen (scindată din NADP · H2) prin reacții enzimatice complexe în ciclul Calvin:
Chemosinteza - sinteza compușilor organici din anorganici folosind energia proceselor chimice (reacții de reducere a oxidării). Spre deosebire de autotrofele fotosintetice care utilizează energia luminoasă, autotrofii chemosintetici folosesc energia reacțiilor de reducere a oxidării. Chemoautotrofelor sunt unele bacterii (nitrificatoare, bacterii de sulf, bacterii de fier).
Prin natura disimulării, se disting organismele aerobe și anaerobe. Aerobii sunt organisme care utilizează oxigenul liber pentru procesul de oxidare (respirație). Respirația este o combinație de procese care asigură schimbul de gaze între organisme și mediul extern (respirația externă) și procesele oxidative în celulele cu eliberare de energie (respirație internă sau celulară). Energia eliberată ca urmare a oxidării substanțelor organice oferă o varietate de procese de viață. Anaerobii sunt organisme care efectuează oxidarea substanțelor fără prezența oxigenului. Acestea pot fi diferite tipuri de fermentare. alcoolul (produsul final este alcoolul etilic), acidul lactic (produsul final este acidul lactic), acidul propionic (produsul final este acidul propionic).
Carbohidrații, grăsimile, proteinele sunt descompuse și apoi oxidate. Energia eliberată este fixată sub formă de legături macroergice în moleculele ATP, care sunt purtătoare de energie de la un proces la altul. sinteza ATP are loc în mitocondrii în procesul de fosforilare oxidativă (formarea ATP la ADP implicând fosfat) ca rezultat al ciclului Krebs. ATP este o nucleotidă constând din reziduuri de adenină, riboză și trifosfat.
Etapele schimbului de energie:
1. Etapa pregătitoare. Aceasta constă în defalcarea proteinelor, a grăsimilor, a carbohidraților în monomeri. La om, acest lucru se întâmplă în tractul gastro-intestinal sub acțiunea enzimelor digestive. Numai energia termică este eliberată. Proteinele se împart în aminoacizi, lipidele până la glicerol și acizii grași și amidonul la glucoză.
2. Glicoliza (etapa anoxică) se efectuează în citoplasma celulei. Se efectuează cu participarea diferitelor enzime. Se produce digestia anaerobă a unei molecule de glucoză în 2 molecule de acid piruvic. În acest caz, se formează 2 molecule de ATP, care reprezintă 35% din energia unei molecule de glucoză.
În condiții anaerobe, glucoza este împărțită în 2 molecule de acid lactic sau alcool etilic sau acid propionic. Acest proces se numește fermentație.
3. Hidroliza (stadiul de oxigen) se efectuează în mitocondriile, asociate cu matricea și membrana interioară a mitocondriilor. Aceasta are loc oxidarea finală a acidului piruvic cu diferite enzime de dioxid de carbon și apă pentru a regenera întreaga energie rămasă în ciclul Krebs (ciclul acidului tricarboxilic, ciclul de acid citric). În acest caz, se formează 36 de molecule ATP.
Rolul primar în stocarea și fluxul de informații aparține acizilor nucleici. In fiecare molecula de nucleotide care include acid fosforic, pentoză și una dintre cele patru baze azotate: adenina (A), guanina (G), citozina (C), timină (T) sau uracil (U). Lanțul de nucleotide alternante legate prin legături fosfodiesterice formează structura primară a acizilor nucleici.
ADN-ul este biopolimer este format din două lanțuri de nucleotide, structură care, altele decât moleculele de acid fosforic includ baze azotate și deoxiriboză: A, T, G, C. ADN poate avea o structură secundară și terțiară. Structura secundară a ADN-ului - dublu helix: Două circuite sunt complementare, antiparalel, răsucite spre dreapta bazele azotate spirale unite prin legături de hidrogen interior, exterior - furaje fosfat-zahăr.
ARN-ul este compus dintr-un lanț de nucleotide care includ riboză și azotate baze: A, G, C, U. ARN nu este capabil de replicare. Există mai multe tipuri de ARN:
1) matrice (ARNm) sau informații (ARNm) ARN - copie instabilă a metabolic unei gene sau a unui grup de gene, are o structură (spirală scurtă secundară) și structura terțiară (forme complexe cu proteine - informasoma);
2) ARN ribozomal (ARNr) - formează un ribozom, are o structură (helix secundar scurt format prin principiul complementarității 1-lanț nu este observată) și structura terțiară (forme complexe cu proteine - care formează domenii ribozomale subunitatea).
3) ARN de transport (t-ARN) - transferă aminoacizii la ribozom, are o structură secundară sub formă de trofeu; anticodonul este o regiune a moleculei tARN care constă din trei nucleotide și "recunoaște" regiunea corespunzătoare a trei nucleotide din molecula ARNm, cu care interacționează complementar.
Transcrierea este procesul de copiere a informațiilor genetice din ADN-ul cu formarea ARN. Se efectuează cu ajutorul unei enzime-ARN polimerază, care copiază una din lanțurile ADN și acționează pe principiul complementarității.
Porțiunea inițială a ADN-ului de la care începe transcrierea începe să se numească promotorul. Pentru aceasta, se adaugă proteine care facilitează debutul transcripției și polimeraza ARN-ului de transcripție. Operatorul este o regiune a ADN care leagă proteinele transcripționale. Operatorul este asociat cu gene structurale. conținând site intercalate de introni și exoni. Partile individuale ale genelor au functii diferite. Un grup de site-uri se referă la informații, iar celelalte la cele non-informative. Pentru informativ includ genele structurale care conțin informații despre structura lanțului polipeptidic sau a ARN-ului matricial (ARN-r, ARN-t); Non-informative îndeplinesc alte funcții și nu conțin informații genetice. Dar în multe gene structurale, în special în eucariote, informațiile genetice sunt înregistrate intermitent. Locațiile din genele structurale care poartă informații sunt numite exoni. și introni non-informativi. La sfârșitul transcriptonului există o secvență de nucleotide - un terminator. care este un fel de semnal despre sfârșitul transcrierii.
Procesul de transcriere poate fi împărțit în trei faze:
1. Inițiere. enzima ARN polimerază se atașează la promotor, eliberează helixul ADN la o întoarcere și începe să sintetizeze fragmente scurte de ARN care sunt scindate: procedurile de transcriere abortive. După atingerea unei anumite mase a produsului ARN, începe transcripția productivă.
2. Alungirea. ARN polimeraza culise de-a lungul matricei ADN și citește doar un lanț. Fiecare următoarea nucleotidă este asociată cu o bază complementară în matrița ADN, iar ARN polimeraza "o leagă" la lanțul de ARN în creștere cu legături fosfodiestere. Energia ATP este necesară pentru mișcarea ARN polimerazei.
3. Încetarea. ARN polimeraza atinge secvențele nucleotidice ale terminatorului ADN, care sunt semnale de oprire. După terminarea transcripției, ARN-ul sintetizat este separat de ADN. În acest stadiu, ARN-ul este o copie exactă a ADN-ului și se numește ARN proforma (pro-și-ARN).
În nucleul pro-și-ARN trece etapa de maturare sau prelucrare. Procesarea include trei operațiuni:
1. Decuparea zonelor inactive (introni) și asamblarea site-urilor informative (exonelor) ARN-splicing.
2. Modificarea regiunilor finale ale pro-și-ARN cu formarea de ARN-i.
În timpul transcrierii, textul genetic al ADN-ului este rescris în secvența de nucleotide și-ARN.
Traducere - sinteza proteinelor, traducerea informațiilor genetice din codul ADN și i-ARN în secvența de aminoacizi. În biosinteza proteinei au fost implicați 20 de aminoacizi. Fiecare aminoacid este codificat de 3 nucleotide - un triplet sau un codon.
Procesul de traducere este împărțit în 4 etape:
1. Activarea aminoacizilor. se formează un complex de aminoacizi și ARN-t (aminoacil-t-ARN).
2. Inițierea. legarea mRNA cu o subunitate mica a ribozomului si legarea unei subunități ribozomale mari cu complexul inițial de aminoacil-t-ARN; ARNc anticodon este complementar codonului mARN inițial, există două regiuni active (aminoacil și peptidil) în subunitatea mare a ribozomului.
3. Alungirea. creșterea unui lanț polipeptidic
- intrarea aminoacidului activat în ribozom (în regiunea aminoacilului): procesul de recunoaștere este în desfășurare până la completarea completă, când complexul de aminoacid-tRNA este blocat în ribozom;
- se formează o legătură peptidică (aminoacidul inițial se unește cu un alt aminoacid);
- translocarea: enzimele catalizează mișcarea ARN-peptidyl-t din regiunea aminoacil în regiunea peptidil, înlocuind ARN-ul eliberat, în timp ce RNA peptidil-t trage mRNA; a fost formată o dipeptidă, următorul triplet este citit și etapele de alungire sunt repetate la tripletele terminale.
4. Încetarea. când tripletele terminale sunt atinse, enzimele le recunosc și împart polipeptida de la ARN-t în mediu, în timp ce ARNm este eliberat din ribozom și, de asemenea, pleacă miercuri.
Moleculele de proteine au o structură diferită. Structurile primare, secundare, terțiare și cuaternare se disting. Structura primară a proteinei este o catenă polipeptidică cu legături covalente. Podurile disulfidice pot fi de asemenea formate: ele sunt formate din doi aminoacizi adiacenți conținând sulf. Structura secundară a proteinelor - - bobine (1 bobină - 3,6 aminoacizi) și - Structurile structurale (având un aspect zig-zag, formate în locuri cu o concentrație ridicată de aminoacizi conținând sulf) se caracterizează prin formarea legăturilor de hidrogen. Structura proteinelor terțiare - ambalarea proteinelor în spațiul tridimensional. Cele mai multe proteine au o structură globulară (globule-bucată), un număr de proteine - fibrilare (filament fibrilă) și multe proteine au forme intermediare. Structura cuaternară este caracteristică numai proteinelor oligomerice (conțin până la 50 de aminoacizi), care constau din mai multe subunități (enzime respiratorii). Dar orice structură a proteinei determină secvența de aminoacizi.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: