АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Темновая фаза. 11. Из атмосферы через устьица листа в строму поступает СО2, который присоединяется к рибулозадифосфату

11. Из атмосферы через устьица листа в строму поступает СО₂, который присоединяется к рибулозадифосфату, образуя нестойкое шестиуглеродное соединение

12. Нестойкое промежуточное 6С соединение при участии энергии АТФ расщепляется на 2 молекулы фосфорноглицериновой кислоты (ФГК)

13. ФГК при участии НАДФ·Н₂ восстанавливается до ФГА (фосфорно-глицериновый альдегид)

14. Две молекулы ФГА соединяются в глюкозу

15. Глюкоза полимеризуется в первичный крахмал, который в последующем по ситовидным трубкам флоэмы оттекает и накапливается в плодах, корнях, семенах и клубнях в виде вторичного крахмала.

Итак, фотосинтез – это процесс, при котором происходит поглощение электромагнитной энергии солнца хлорофиллом и вспомогательными пигментами, поглощение углекислого газа из окружающей среды, восстановление его в органические соединения и выделение кислорода в результате разложения воды.

Факторы, влияющие на фотосинтез: 1.интенсивность падающего света; 2.наличие влаги; 3.наличие минеральных веществ; 4.температура; 5.концентрация СО₂ и др.

Значение фотосинтеза:

1. источник первичного органического вещества;

2. источник свободного кислорода;

3. регулирует содержание СО₂ в атмосфере.

В изучение ф.с. внесли вклад ученые: К.А.Тимирязев(русский), М.Кальвин(американский), М.Д.Хетч и К.Р.Слэк(австралийские), Т.Н.Годнев и А.А.Шлык(белорусские).

С₃- фотосинтез (для растений умеренной зоны, более прохладной и влажной,с меньшей освещенностью; им не нужна дополнительная энергия для фиксации СО₂):

- фиксация СО₂ происходит только один раз;

- акцептор СО₂ – Рибулозобифосфат (РиБФ) – С₃-соединение;

- Фермент, фиксирующий СО₂ – РиБФ-карбоксилаза, которая недостаточно эффективна;

- первый продукт ф.с. – С₃-кислота (фосфоглицериновая –ФГК);

- анатомические особенности листа – хлоропласты только одного типа;

- фотодыхание – имеется, поэтому кислород действует как ингибитор ф.с.; участие кислорода приводит к тому, что четвертый атом углерода бесполезно теряется в виде СО₂.

- продуктивность – ф.с. менее продуктивен и урожайность гораздо ниже, чем у С₄-растений.

С₄- фотосинтез (для растений засушливых и тропических зон,т.к. на каждую молекулу СО₂ расходуется в два раза меньше воды):

- фиксация СО₂ происходит дважды: сначала в клетках мезофилла, а затем в клетках обкладки проводящих пучков;

- акцептор СО₂: для клеток мезофилла – фосфоенолпируват (ФЕП) – С₃-соединение; для клеток обкладки проводящих пучков – РиБФ;

- фермент, фиксирующий СО₂ – ФЕП-карбоксилаза и РиБФ-карбоксилаза;

- первый продукт ф.с. – С₄-кислота (яблочная, щавелевоуксусная, аспарагиновая);

- анатомические особенности листа: клетки двух типов, каждый с характерными для него хлоропластами; в клетках мезофилла – граны крупные, в обкладке проводящих пучков – отсутствуют или очень мало;

- фотодыхание – подавлено из-за высокой концентрации СО₂, кислород не ингибирует ф.с.;

- продуктивность- более продуктивен, урожайность выше.

САМ – фотосинтез (кислотный метаболизм толстянковых). САМ-растения: кактус, молочаи и др. суккуленты. Они запасают СО₂ в виде органических кислот ночью, когда открыты устьица, а днем осуществляют ф.с., отщепляя СО₂ от этих кислот.

14. % Биосинтез белков. Ген и его роль в биосинтезе. Генетический код.

Биосинтез белка – разновидность пластического обмена (ассимиляции). В клетке могут быть синтезированы только те белки, информация о которых содержится в генетическом аппарате клетки.

В биосинтезе принимают участие ДНК, и-РНК, т-РНК, аминокислоты, полисомы, ферменты. Этот процесс протекает с затратой энергии.

Ген – это участок молекулы ДНК, определяющий расположение нуклеотидов в молекуле и-РНК, последовательность аминокислот в полипептиде и, в конечном итоге, какой-нибудь признак организма, или функциональный отрезок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одного белка.

Генетический код – способ записи генетической информации в виде последовательности нуклеотидов ДНК или РНК.

Свойства генетического кода:

¨ Триплетность (одну аминокислоту определяет триплет нуклеотидов) триплет =кодон, т.к. аминокислот 20, а нуклеотидов 4, то для того, чтобы зашифровать 20 аминокислот необходимо сочетание нуклеотидов по 3

¨ Избыточность(множественность). Так как число возможных комбинаций из 4 нуклеотидов по 3 равно 4³=64, а аминокислот 20, то некоторые аминокислоты будут кодироваться 2,3,4,6 триплетами. Например, валин кодируется 4 триплетами, а серин – 6.Исключение составляют метионин и триптофан.

¨ Неперекрываемость – одновременно 1 нуклеотид может входить в состав только одного триплета

¨ Универсальность – у всех живых организмов одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты

¨ Наличие нонсенс(стоп)-кодонов – триплетов, которые не кодируют аминокислоты. Когда рибосома в процессе трансляции доходит до таких кодонов, то синтез белка прекращается. В молекуле ДНК такими кодонами являются АТТ, АЦТ, АТЦ, в молекуле РНК – УАА, УГА, УАГ.

¨ Однозначен, т.е. каждый триплет кодирует только одну А.К.

¨ Непрерывен (без знаков препинания), т.е. при выпадении одного нуклеотида его место займет ближайший, в результате чего изменится порядок считывания. Стартовые кодоны в молекуле и-РНК - АУГ и ГУГ.

Таким образом, генетическая информация о структуре белка записана в молекуле ДНК в виде определённой последовательности нуклеотидов. Молекула ДНК имеет большие размеры и поэтому не способна выйти через поры ядерной оболочки в цитоплазму к рибосоме. Необходим посредник между ДНК и рибосомой, роль которого выполняет и-РНК, которая образуется в результате транскрипции.

Реакции матричного синтеза – это реакции синтеза биополимеров, основных субстратов жизни (белков и нуклеиновых кислот), происходящие на основе уже имеющегося образца – матрицы. Благодаря этому происходит точная передача информации от матрицы к новой молекуле. Репликация, транскрипция, трансляция.

Этапы биосинтеза:

1. Транскрипция – процесс синтеза молекулы и-РНК, происходящий в ядре. Транскрипция никогда не начинается и не заканчивается в любом месте ДНК-матрицы. На матрице имеются специфические стартовые точки, к которым молекулы фермента (РНК-полимераза) присоединяются, и специфические конечные участки, где они освобождаются. Область, к которой присоединяется РНК-полимераза, называется, промотором. После выбора стартовой точки на двойной спирали ДНК, РНК-полимераза разъединяет ее на 2 нити, присоединяется к одной из них и использует ее в качестве матрицы для транскрипции. Транскрипция, как и всякий матричный синтез, протекает в 3 стадии: инициация, элонгация, терминация.

Инициация заключается в распознавании РНК-полимеразой промотора и сборке и-РНК слева направо в направлении от 5^/-конца к 3^/-концу (элонгация) из свободных нуклеотидов РНК, которые имеются в кариолимфе, по принципу комплиментарности азотистых оснований нуклеотидов (аденину ДНК соответствует урацил РНК, тимину ДНК – аденин РНК, гуанину ДНК – цитозин РНК, цитозину ДНК – гуанин РНК). Эукариотическая и-РНК имеет стабильную структуру и синтезируется в виде предшественника – про-и-РНК, которая как и ген, имеет интрон-экзонную структуру. Чтобы стать функционально активной, про-и-РНК должна созреть т.е. сначала из нее удаляются интроны (процессинг), а затем «сшиваются» экзоны ферментами лигазами (сплайсинг) и образуется зрелая и-РНК (1/10 часть от первоначальной).

Таким образом, генетическая информация молекул ДНК преобразовалась в последовательность нуклеотидов молекулы и-РНК, которая затем выходит из ядра и направляется к рибосомам. На специальных генах синтезируются и два других вида РНК. Начало и конец синтеза всех видов РНК на матрице ДНК строго фиксирован специальными триплетами, которые контролируют начало (инициирующие) и остановку (терминирующие) синтеза РНК.

Рекогниция – процесс узнавания молекулами т-РНК своих аминокислот и присоединения аминокислот к одному из активных центров т-РНК (активация). т-РНК соединяется с аминокислотами, доставляя их в рибосому. Механизм активации: фермент одновременно взаимодействует с соответствующей АК и с АТФ.Этот комплекс из фермента, АК и АТФ наз. активированной аминокислотой, которая способна образовать пептидную связь с соседней АК(строение т-РНК см. вопрос «Нукленовые кислоты»).

Трансляция – перевод генетической информации с языка последовательности нуклеотидов на язык последовательности аминокислот, (расшифровка генетического года). Происходит в цитоплазме на полисомах. Участвуют: и-РНК, т-РНК, р-РНК, ферменты, АТФ. Синтез белка начинается со стартового кодона АУГ (инициирующий).

Энергитический обмен (диссимиляция ) – совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, в ходе которых происходит расщепление сложных органических веществ до более простых:

· белков – до CO₂, H₂O, NH₃ или мочевины.

· жиров и углеводов – до CO₂ и H₂O.

По типу диссимиляции все живые организмы делятся на 2 группы:

q Анаэробы

q Аэробы

Этапы энергетического обмена:

1. Подготовительный начинается в ЖКТ и заканчивается в цитоплазме клетки (лизосомах). Сложные органические вещества, поступившие в организм с пищей, расщепляются ферментами до более простых веществ (биополимеры до мономеров, жиры до жирных кислот и глицерина). При этом выделяется небольшое количество энергии, которое рассеивается в виде тепла. На этом этапе не происходит запасание энергии в молекулах АТФ.

2. Бескислородный (анаэробный, гликолиз) протекает в гиалоплазме при участии ферментов лизосом и гиалоплазмы. При этом аминокислоты, моносахариды и жирные кислоты расщепляются до С₃Н₆О₃ (молочная) или пировиноградная(C₃Н₄О₃) кислоты.

C₆H₁₂O₆ + 2АДФ +2H₃PO₄+2НАД⁺ à 2 C₃H₄O₃ + 2НАД*Н+Н⁺+ 2АТФ + H₂O

При этом выделяется 200 кДж энергии, из которых 80 кДж запасается в виде 2 макроэргических связей АТФ, а 120 кДж рассеивается в виде тепла. Для некоторых живых организмов, которые живут в бескислородной среде (анаэробные бактерии и паразитические черви) этот этап является заключительным этапом энергетического обмена.

3. Кислородный происходит в митохондриях.

Условия:

· наличие О₂

· наличие ферментов

· неповреждённая мембрана митохондрий для создания разности потенциалов

Стадии кислородного этапа:

1. конечный продукт гликолиза С₃Н₄О₃ попадает во внутренний матрикс митохондрии, где расщепляется под действием ферментов до СО₂ и Н⁰

2. СО₂ выходит из митохондрий

3. Н⁰ распадается на Н⁺ и ế под действием ферментов

4. Н⁺ подхватываются веществами-переносчиками (НАД и ФАД).

5. и переносятся на наружную сторону мембраны

6. здесь они образуют положительный φ

7. ế водорода накапливаются на внутренней стороне мембраны

8. здесь они взаимодействуют с поступившим в митохондрию О₂

9. образуя О^2- и формируя отрицательный φ

10. постепенно разность потенциалов нарастает и достигает величины 200 мВ (протонный потенциал)

11. при этом Н⁺ силой электрического поля проходят через канал фермента АТФ-синтетазы

12. и попадают на внутреннюю сторону мембраны

13. Н⁺ взаимодействуют с О^2- с образованием НОН и О₂

14. проходя через АТФ-синтетазу Н⁺ отдают энергию, которая используется для синтеза АТФ из АДФ и остатка фосфорной кислоты

2C₃H₄O₃ + 6O₂ + 36АДФ + 36H₃PO₄ à 36АТФ + 6CO₂ + 42H₂O

При этом выделяется 2600 кДж энергии, из которых 1440 кДж запасается в 36-ти макроэргических связях АТФ, а 1160 кДж рассеивается в виде тепла.

Итоговое уравнение энергетического обмена:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 38АДФ + 38H₃PO₄+6Н₂О à 6CO₂ + 12 H₂O + 38АТФ

При этом выделяется 2800 кДж энергии, сохраняется 1520 кДж в виде 38 макроэргических связей АТФ.

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота, мононуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и трех остатков H₃PO_4. АТФ образуется в гиалоплазме и в митохондриях.

АДФ + Н₃РО₄+40кДж à АТФ + Н₂О – Q

АТФ используется на различные процессы жизнедеятельности клетки и при этом распадается на АДФ и ортофосфорную кислоту.

АТФ + Н₂О à АДФ + Н₃РО₄ + 40кДж

При отрыве от молекулы АТФ одного остатка фосфорной кислоты выделяется 40 кДж/моль. Такая связь в молекуле АТФ называется высокоэнергетической (макроэргической).

АТФ – универсальный источник энергообеспечения всех процессов жизнедеятельности в клетке, центральный элемент энергетического обмена в клетке.

Средняя продолжительность жизни АТФ менее 1 мин.

16.[Обмен веществ и превращение энергии – основа жизнедеятельности клетки. Взаимосвязь пластического и энергетического обменов.

Обмен веществ – совокупность реакций пластического и энергитического обменов (ассимиляции и диссимиляции). Благодаря обмену веществ и энергии клетка взаимодействует с окружающей средой, растет, размножается, дифференцируется.

Обмен веществ и энергии в различных организмах протекают однотипно, хотя есть некоторые особенности:

1. В клетки растений поступают СО₂, Н₂О, мин. соли и в них при участии энергии солнечного света из этих веществ образуются сложные органические вещества и О₂

2. В клетках некоторых бактерий аккумулируется атмосферный N₂ и синтезируются нитраты и нитриты

3. В клетки животных поступают НОН, О₂, мин. соли, аминокислоты, моносахариды, глицерин, жирные кислоты, которые окисляются до СО₂ и Н₂О и азотсодержащих продуктов.

Функции обмена веществ:

· Обеспечивает клетку строительным материалом (БЖУ, из которых образуется живое вещество клетки в реакциях пластического обмена)

· Обеспечивает клетку энергией, которая образуется в реакциях энергетического обмена

Этапы обмена веществ:

Ø поступление веществ в клетку

Ø изменение веществ в ходе ассимиляции и диссимиляции

Ø выведение конечных продуктов обмена

Ассимиляция и диссимиляция неразрывно связаны, т. к.

· для ассимиляции необходима энергия, которая образуется в реакциях энергетического обмена

· для реакций диссимиляции необходимы ферменты, которые образуются в реакциях пластического обмена

Ассимиляция и диссимиляция протекают в клетке одновременно и заключительные этапы одного обмена являются начальными стадиями другого обмена. В целом, ассимиляция и диссимиляция в клетке сбалансированы, но в детском возрасте несколько преобладают реакции ассимиляции (рост организма), а в старческом возрасте несколько преобладают реакции диссимиляции.

& 17. Деление клетки. Клеточный цикл. Подготовка клетки к делению.

Деление клетки лежит в основе роста и развития организма, благодаря делению клетки возможна преемственность поколений. Высокоспециализированные клетки животных (нервные, мышечные) после завершения эмбриогенеза перестают делиться.Многие специализированные клетки не размножаются в обычных условиях, но при повреждении, их способность к делению восстанавливается (клетки печени, эндокринных желез и др.).

Выделяют 2 основных типа деления клетки:

· Амитоз – прямое деление

· Митоз – непрямое деление

Митоз – способ деления соматических клеток с диплоидным набором хромосом, в результате которого образуются генетически идентичные дочерние клетки.

Разновидности:

1. Эндомитоз приводит к образованию полиплоидных клеток (имеют несколько наборов хромосом) или многоядерных клеток.

2. Политения приводит к образованию гигантских политенных хромосом, которые содержат большое количество молекул ДНК.

3. Мейоз – способ образования половых клеток.

Амитоз – прямое деление клетки, при котором морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, т. е. не происходит спирализация хромосом и не образуется митотический аппарат.

Ядро делится путем перетяжки (на этом деление может закончиться - образуются многоядерные клетки), а затем делится цитоплазма (образуются дочерние клетки). Амитоз – резервный способ деления клетки, когда необходимо быстро восполнить количество клеток в организме. Так делятся клетки хрящевой ткани, клетки печени, для них амитоз генетически полноценный способ деления (равномерное распределение генетической информации). Амитозом могут делиться клетки с нарушенной функцией, старые клетки, опухолевые клетки – для них амитоз - генетически неполноценный способ деления.

Амитозом делятся полиплоидные ядра, стареющие, больные клетки с физиологически ослабленной функцией или высокоспециализированные клетки запасающей ткани растений.

Клеточный цикл (жизненный цикл клетки) - это период от момента появления клетки до гибели или образования дочерних клеток.

Периоды жизненного цикла клеток мышечной и нервной ткани:

1. Период образования клетки в результате деления материнской

2. Период роста

3. Период дифференцировки (клетка приобретает свойства ткани, в которой она будет существовать)

4. Период выполнения функций

5. Старение клетки

6. Гибель клетки

Периоды жизненного цикла клеток эпителиальной и соединительной ткани:

1 - 4 периоды аналогичны периодам клеток мышечной и нервной ткани

5. Подготовка клетки к делению

6. Деление

Митотический цикл - это период подготовки клетки к делению (интерфаза), включая само деление (митоз).

Интерфаза - это период подготовки клетки к делению. Она подразделяется на три периода:

ü пресинтетический (постмитотический) - G₁, продолжительность: от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет. В этот период идут обменные процессы: синтез РНК, белков-ферментов, АТФ, накопление нуклеотидов ДНК. Клетка растет и выполняет свои обычные функции. 2n 1xp (n - набор хромосом, хр - число хроматид в одной хромосоме).

ü синтетический – S, продолжительность этого периода - от нескольких минут до 6-12 ч. Происходит репликация ДНК по принципу комплементарности на основе реакций матричного синтеза полуконсервативным способом при участии фермента ДНК-полимеразы. Вследствие репликации происходит удвоение хроматид. 2n 2xp. В S-периоде кроме репликации осуществляется синтез белков РНК, рРНК, удвоение центриолей.

ü постсинтетический (премитотический) - G_2, продолжительность периода 3-4 ч. Продолжается синтез РНК и белков (для построения митотического аппарата), накапливается энергия АТФ. Клетка постепенно прекращает выполнение своих функций, увеличивается вязкость цитоплазмы. Происходит удвоение органоидов, имеющих в своем составе ДНК (митохондрии, клеточный центр, пластиды ). 2n 2xp.

&18. Митоз и его зна­чение.

Митоз - (mitos - нить) основной способ деления эукариотических клеток (кариокинез). Открыт русским учёным Чистяковым.

Митоз – это непрямое деление соматических клеток с диплоидным набором хромосом, в результате которого образуются генетически идентичные дочерние клетки.

Причина деления: изменение ядерно-цитоплазматического соотношения (между объёмом ядра и цитоплазмы). Для соматических клеток это соотношение равно 1:6 – 1:8, а в конце интерфазы уменьшается до 1:70 – 1:90, в результате чего ядро не успевает управлять большим объемом цитоплазмы.

Различают 4 фазы митоза:

1) профаза (2n2хр)

ü разрушение ядерной оболочки,

ü увеличение объема ядра,

ü спирализация хромосом,

ü исчезновение ядрышка,

ü расхождение центриолей к полюсам,

ü формирование ахроматиновго веретена деления,

ü изменение физико-химических свойств гиалоплазмы

2 ) метафаза (2n2хр)

ü спирализация хромосом достигает максимального значения.

ü заканчивается формирование нитей веретена деления.

ü хромосомы выстраиваются на экваторе клетке, образуя метафазную пластинку.

3) анафаза (2n1хр у каждого полюса).

ü каждая хромосома делится в области центромеры на две хроматиды.

ü нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются.

ü хроматиды расходятся к полюсам клетки.

4) телофаза.

ü распределение ядерного материала

ü исчезновение митотического аппарата.

ü формирование ядерной оболочки за счёт каналов ЭПС.

ü формирование ядрышек в области вторичных перетяжек спутничных хромосом.

ü деспирализация хромосом и их превращение в хроматин.

ü цитокинез (деление цитоплазмы) в животных клетках идёт от периферии к центру, в растительных – от центра к периферии.

образуется две клетки, в каждой из которых 2n1хр.

Продолжительность митоза - 0,5 -3 ч. Самыми продолжительными фазами являются профаза и телофаза, самой быстрой – анафаза.

Мейоз – деление диплоидных клеток в зоне созревания половых желез, в результате которого из одной материнской клетки образуется 4 дочерние с гаплоидным набором хромосом – гаметы (половые клетки).

Мейозу предшествует интерфаза, аналогичная интерфазе митоза.

Мейоз состоит из 2-х следующих друг за другом делений:

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 600 | Нарушение авторских прав