Метаболизм клетки

 

Метаболизм клетки

 

Метаболизм – совокупность процессов биосинтеза и расщепления сложных органических веществ в клетке и организме.

Анаболизм – пластический обмен, ассимиляция, биосинтез органических веществ (синтезируются органические вещества – белки, жиры, углеводы), энергия затрачивается (расходуется АТФ), фотосинтез, хемосинтез, биосинтез белка).

Катаболизм – энергетический обмен, диссимиляция, распад органических веществ (органические вещества расщепляются до СО2 и Н2О, энергия высвобождается и запасается в виде АТФ, клеточное дыхание (энергетический обмен в клетке)).

 

 

Типы питания (способы получения энергии АТФ)

 

Автотрофы – способны создавать органические вещества из неорганических.

Бывают фототрофы (используют солнечную энергию для биосинтеза, растения и синезеленые водоросли – цианобактерии) и хемотрофы (используют энергию химических связей для биосинтеза, серобактерии, железобактерии, азотфиксирующие, нитрифицирующие и водородные бактерии).

Гетеротрофы – используют готовые органические вещества.

Бывают сапротрофы (используют органические вещества мертвых тел или продукты жизнедеятельности живых организмов, сапротрофные бактерии, животные (сапрофаги) и грибы) и паразиты (живут за счет другого живого организма, питаясь его соками, тканями или переваренной пищей, многократно без умерщвления, постоянно или временно используют организм хозяина как среду обитания; бактерии, грибы, растения, животные и вирусы).

 

Кириленко А. А. Биология. ЕГЭ. Раздел «Молекулярная биология». Теория, тренировочные задания. 2017.

 

 

Обмен веществ (метаболизм) - набор химических реакций, которые происходят в живом организме для нормального его функционирования.

 

Обмен веществ складывается из распада веществ (энергетического обмена) и сборки веществ (пластического обмена).

 

Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция) - это совокупность реакций синтеза, которые происходят с затратой энергии АТФ.

 

Результат: из питательных веществ, которые поступают в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые идут на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества.

 

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) - совокупность реакций распада, обычно протекающих с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. 

 

Результат: сложные вещества разлагаются на более простые (дифференциация) или окисление какого-либо вещества.

 

Обмен веществ направлен на сохранение и самовоспроизведение биологических систем.

 

Он включает в себя поступление веществ в организм в процессе питания и дыхания, внутриклеточный обмен веществ и выделение конечных продуктов обмена.

 

Обмен веществ неразрывно связан с процессами превращения одних видов энергии в другие. Например, в процессе фотосинтеза световая энергия запасается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, а в процессе дыхания она высвобождается и расходуется на синтез новых молекул, механическую и осмотическую работу, рассеивается в виде тепла и т.д.

 

Ферменты - биологические катализаторы белковой природы, контролирующие химические реакции в живых организмах.

 

Ферменты снижают энергию активации химических реакций, значительно ускоряя их протекание или делая их принципиально возможными.

 

Ферменты могут быть ка простыми, так и сложными белками, в состав которых, кроме белковой части, входит и небелковая - кофактор, или кофермент.

 

Ферменты отличаются от катализаторов небелковой природы высокой специфичностью действия: каждый фермент катализирует конкретные преобразования определенного вида субстрата.

 

Активность ферментов в живых организмах регулируется множественными механизмами:

 

 - путем взаимодействия с регуляторными белками, низкомолекулярными регуляторами и ионами

 

 - за счет изменения условий протекания реакции, например рН компартмента

 

 

 

 

 

Стадии энергетического обмена

 

1. Подготовительная

 

 

 

Осуществляется ферментами желудочно-кишечного тракта, ферментами лизосом. Выделяемая энергия рассеивается в виде тепла. Результат: расщепление макромолекул до мономеров: жиров до жирных кислот и глицерина, углеводов до глюкозы, белков до аминокислот, нуклеиновых кисло  до нуклеотидов.

 

2. Анаэробная (бескислородный) этап, или гликолиз (чаще всего субстратом реакции является глюкоза)

 

Место протекания этапа: цитоплазма клеток.

 

Результат: расщепление мономеров до промежуточных продуктов. Глюкоза теряет четыре атома водорода, то есть окисляется, при этом образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы возобновленного НАДН+Н+.

 

При недостатке кислорода образованная пировиноградная кислота превращается в молочную.

 

3. Аэробная (кислородный) этап, или тканевое (клеточное) дыхание

 

Окисление промежуточных соединений до конечных продуктов (СО2 и Н2О) с выделением большого количества энергии.

 

1-i-2-etapy-dissimiljacii11

 

3-j-etap-energeticheskogo-obmena1

 

Цикл Кребса: суть преобразований состоит в ступенчатом декар- боксилировании и дегидрировании пировиноградной кислоты, во время которых образуются АТФ, НАДН и ФАДН2. В последующих реакциях богатые энергией НАДН и ФАДН2 пере- дают свои электроны в електронно-транспортную цепь, представ- ляющую собой мультиферментативный комплекс внутренней по- верхности митохондриальных мембран. Вследствие передвижения електрона по цепи переносчиков образуется АТФ. 2С3 H6 O3 + 6O2 + 36Ф + 36 АДФ → 6СO2 + 42H2 O + 36АТФ

 

Пировиноградная (молочная) кислота реагирует со щавелевоуксусной (оксало- ацетатом), образуя лимонную кислоту (цитрат), которая проходит ряд последо- вательных реакций, преобразуясь в дру- гие кислоты. В результате этих преобра- зований образуется щавелевоуксусная кислота (оксалоацетат), которая снова ре- агирует с пировиноградной. Свободный водород соединяется с НАД (никотинамидадениндинуклеотид), обра- зуя соединение НАДH.

Источник: "Биология в схемах, терминах, таблицах" М.В. Железняк, Г.Н. Дерипаско, Изд. "Феникс"

Источник: Биология 100 самых важных тем В.Ю. Джамеев 2016 г.

 

Генетическая информация в клетке

Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

 

Геном - совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма.

Генетическая (наследственная) информация закодирована в виде последовательности нуклеотидов ДНК, а у некоторых вирусов - РНК.

Геном эукариот локализован в ядре, митохондриях, а у растений даже в пластидах.

Митохондрии и пластиды обладают относительной автономностью, однако, часть митохондриальных и пластидных белков кодируются ядерным геномом.

Ген - это элементарная единица генетической информации. Ген представляет собой участок ДНК, кодирующий последовательность белка (полипептиды) или функциональной РНК.

img5

 

Свойства генетического кода

 

Генетический код

 

 

1) триплетный — каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов ДНК (РНК) — кодон; 2) однозначный — один триплет кодирует только одну аминокислоту;

3) вырожденный — одну аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов;

4) универсальный — единый для всех организмов, существующих на Земле;

5) не перекрывается — кодоны считываются друг за другом, с одной определенной точки в одном на- правлении (один нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов);

6) между генами существуют «разделительные знаки» — участки, не несущие генетической ин- формации, а лишь отделяющие одни гены от других. Их называют спейсерами.

Стоп-кодоныУАА,УАГ,УГАобозначают прекращение синтеза од- ной полипептидной цепи, триплет АУГ определяет место начала син- теза следующей.

 

Источники: Биология 100 самых важных тем В.Ю. Джамеев 2016 г.

"Биология в схемах, терминах, таблицах" М.В. Железняк, Г.Н. Дерипаско, Изд. "Феникс"

Наглядный справочник. Биология. 10-11 классы. Красильникова