в процессе пластического обмена что происходит в организме человека
Энергетический обмен
Обмен веществ
Энергетический обмен
Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).
Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.
Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.
Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).
Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.
Пластический обмен
АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.
В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
В процессе пластического обмена что происходит в организме человека
Верны ли следующие суждения об обмене веществ?
А. Пластический обмен представляет собой совокупность реакций расщепления органических веществ в клетке, сопровождающихся выделением энергии.
Б. Хлорофилл растительных клеток улавливает солнечную энергию, которая аккумулируется в молекулах АТФ.
Верно только Б, т. к.
Пластический обмен представляет собой совокупность реакций биосинтеза, в результате которого из поступающих в клетку веществ образуются характерные для данной клетки вещества. К пластическому обмену относятся фотосинтез, синтез белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов.
Энергия же накапливается в орг. соединениях(глюкозе например)
Во время физической работы в клетках мышечной ткани человека усиливается
Любая физическая работа сопровождается изменением скорости метаболических процессов в организме, появлением биохимических сдвигов в работающих мышцах, во внутренних органах и в крови. При выполнении физической нагрузки в организме повышается скорость катаболических процессов, сопровождающихся выделением энергии и синтезом АТФ, при одновременном снижении скорости анаболизма, потребляющего значительное количество АТФ для обеспечения различных синтезов. Такое изменение направленности метаболизма приводит к улучшению энергообеспечения работающих мышц, к повышению мощности и продолжительности работы.
Катаболизм — энергетический обмен; анаболизм — пластический обмен
Установите соответствие между признаками обмена веществ и его этапами.
| ПРИЗНАКИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ | ЭТАПЫ |
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:
Пластический обмен идет на рибосомах, образуются сложные вещества и идет затраты энергии.
вещества окисляются в пластическом обмене и синтезируются во время энергетического. правильный ответ должен выглядеть так: 122112
Мария, учите тему:( К сожалению, Вы категорически не правы.
Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма (энергетического обмена) сложные органические вещества расщепляются до более простых с запасом энергии в виде АТФ; в процессах анаболизма (пластического обмена) с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.
разве энергия не расходуется в энергетическом а в пластическом она же сохраняется в атф
В энергетическом обмене образуется и накапливается АТФ
К пластическому обмену относят процесс
Пластический обмен (биосинтез) – это когда из простых веществ с затратой энергии образуются (синтезируются) более сложные. Пример: биосинтеза белка
Энергетический обмен (распад, расщепление, гликолиз, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности.
Пластический обмен в клетке характеризуется
В пластическом обмене из простых веществ образуются сложные с накоплением в них энергии.
а разве при биосинтезе органических веществ энергия не расходуется?
переходит в энергию химических связей
Пластический обмен в клетках животных не может происходить без энергетического, так как энергетический обмен обеспечивает клетку
Для пластического обмена нужна энергия, поэтому без АТФ этот процесс не идет.
Пластический обмен обеспечивает биохимические реакции энергетического обмена
2) минеральными веществами
В процессе пластического обмена образуются ферменты (белки)
В процессе пластического обмена образуются не только белки,но и кислород(фотосинтез) Как понять какой ответ правильный? ОТВЕТЬТЕ ПОЖАЛУЙСТА. СПАСИБО ЗАРАНЕЕ
Наверное, потому что вопрос не про окислительно-восстановительные реакции 🙁
Ферментативное расщепление глюкозы без участия кислорода — это
Ферментативное расщепление глюкозы без участия кислорода — это, гликолиз, который идет в цитоплазме клетки.
покажите пожалуйста полное обьяснение
Поясните точнее, в чём состоит Ваш вопрос?
Ферментативное расщепление глюкозы без участия кислорода — это этап окисления глюкозы, который идет в цитоплазме клетки.
Не совсем корректный вариант ответа, необходимо уточнить какой гликолиз, в данном случае анаэробный.
Есть еще аэробный гликолиз, в этом случае ПВК идет в ЦТК а в дальнейшем в ДЦ и образуется 38 АТФ
В случае анаэробного гликолиза ПВК превращается в молочную кислоту, и выход 6 АТФ
Все перечисленные ниже понятия, кроме двух, используют для описания пластического обмена веществ в клетке. Определите два понятия, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны
МЕТАБОЛИЗМ – совокупность всех (расщепления и синтеза) биохимических реакций клетки.
Энергетический обмен – совокупность процессов, сопровождающихся расщеплением органических веществ с выделением энергии, запасаемой в молекулах АТФ (расщепление, диссимиляция, катаболизм, гидролиз, гликолиз, окисление, клеточное дыхание, окислительное фосфорилирование, синтез АТФ).
Пластический обмен – совокупность биохимических реакций, связанных с синтезом органических веществ (кроме АТФ), происходит с затратой энергии АТФ (ассимиляция, анаболизм, синтез белков (трансляция), углеводов, липидов, нуклеиновых кислот (синтез ДНК – репликация, синтез РНК – транскрипция), фотосинтез, хемосинтез, расщепление АТФ).
(1) гликолиз — признак выпадает (расщепление глюкоза, происходит на бескислородном этапе энергетического обмена);
(2) транскрипция — пластический обмен (синтез РНК);
(3) трансляция — пластический обмен (синтез белка);
(4) репликация — пластический обмен (синтез ДНК);
(5) диссимиляция — признак выпадает (термин означает расщепление, происходящее в энергетическом обмене).
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов. Энергетический обмен и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание
Содержание:
Обмен веществ и превращение энергии – свойства живых организмов
Обмен веществ является комплексом различных химических преобразований, способствующих сохранению и самовоспроизведению биоструктур.
Он заключается в поступлении веществ в организм во время питания и дыхания, метаболизме внутри клетки или обмене веществ, вдобавок, в высвобождении конечных продуктов метаболизма.
Метаболизм неотрывно соединён с процессами преобразований определённых видов энергии в другие. К примеру, в начале процесса фотосинтеза световая энергия скапливается в виде энергии химических связей сложных органических молекул, в процессе же дыхания она освобождается и применяется для синтезирования новых молекул, механические и осмотические работы, рассеянные в виде тепла и т. д.
Поток химических превращений в живых организмах снабжается биологическими катализаторами белковой специфики — ферментами или энзимами. Наряду с остальными катализаторами, энзимы ускоряют течение химических реакций в клетке до нескольких сотен тысяч раз, при этом они не меняют природу или свойства конечных продуктов клетки. Ферменты представляют собой простые или сложные белковые молекулы, которые, помимо части, состоящей из белка, включают небелковый кофактор, по – другому называемый коферментом. Ферментами являются, например: амилаза слюны, которая расщепляет гликаны при длительном жевании и пепсин, который обеспечивает переваривание белков в желудочно-кишечном тракте.
Механизм действия ферментов заключается в том, чтобы снизить энергию активации веществ (субстратов), которые вступают в реакцию вследствие образования промежуточных фермент-субстратных комплексов.
Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь
Метаболизм процессуально слагается из двух частей, происходящих в клетке в одно и то же время: пластического и энергетического обмена.
Пластический метаболизм (анаболизм, ассимиляция) является совокупностью реакций синтеза, сопровождающихся расходом энергии аденозинтрифосфата. Пластический обмен особенно важен тем, что в результате него синтезируются органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности клетки. Реакциями данного обмена являются, например, процесс фотосинтеза, биологический синтез белковых молекул и репликация молекул ДНК (самодублирование).
Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) являет собой сочетание реакций разложения сложных веществ на более простые. Результатом данного обмена является накапливание энергии в форме АТФ. Важнейшими процессами энергетического обмена являются дыхание и брожение.
Пластический и энергетический обмены прочно коррелируют между собой, в связи с тем, что синтез органических веществ происходит в процессе пластического обмена, а для этого нужна именно энергия АТФ; в процессе обмена энергии органические вещества разлагаются, и высвобождается АТФ, а затем используется для синтеза.
Получение энергии организмами осуществляется в процессе питания, затем высвобождают ее и переводят в форму, доступную главным образом в процессе дыхания. По способу питания все организмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы способны к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических, а гетеротрофные организмы поглощают уже готовые органические вещества.
Ассимиляция — биосинтез макромолекул, свойственных клеткам организма. Растения и многие бактерии могут создавать молекулы глюкозы из углекислого газа и воды. На этот процесс расходуется и запасается энергия. Животным необходимы готовые молекулы белков, жиров и углеводов (БЖУ). Это важнейший строительный и энергетический материал для клеток.
Ассимиляция — это совокупность процессов создания структур организма с накоплением энергии.
Чтобы организм мог усвоить вещества из пищи, они должны быть сначала разобраны на «кирпичики» или мономеры. Из них в организме «собираются» собственные макромолекулы.
Диссимиляция — распад веществ, противоположный ассимиляции (биосинтезу). Белки гидролизуются до аминокислот. При распаде жиров выделяются жирные кислоты и глицерин. Сложные углеводы разлагаются на простые сахара.
Ассимиляция и диссимиляция происходят согласованно. Распад и окисление веществ с выделением энергии возможны лишь тогда, когда есть субстрат — макромолекулы. Они разлагаются на мономеры, которые участвуют в биосинтезе. Выделяющаяся при диссимиляции энергия затрачивается на образование свойственных организму веществ.
Стадии энергетического обмена
Несмотря на сложность реакций обмена энергии, он разделяется на три фазы:
На подготовительном этапе происходит разложение молекул гликанов, липидов, белков, нуклеиновых кислот на более простые, к примеру, на глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты, нуклеотиды. Эта фаза может осуществляться непосредственно в клетках или в кишечнике, откуда эти вещества переносятся кровотоком.
В анаэробной фазе энергетического катаболизма в дальнейшем происходит расщепление мономеров органических соединений до более простых промежуточных соединений, к примеру, пировиноградной кислоты или пирувата. Он не нуждается в присутствии кислорода, и для организмов, живущих в болотном иле, это единственный способ получить энергию. Анаэробная фаза энергетического обмена проходит в цитоплазме.
Некоторые вещества подвергаются бескислородному расщеплению, при этом глюкоза, чаще всего, остается основным субстратом реакций. Процесс его свободного от кислорода распада принято называть гликолизом. Вследствие гликолиза, молекула глюкозы теряет четыре атома водорода, то есть она окисляется, и образуются две молекулы пировиноградной кислоты, две молекулы АТФ и две молекулы переносчика водорода, восстановленного НАДH + H + :
Образование АТФ из АДФ осуществляется за счет прямого переноса фосфат-аниона из предварительно фосфорилированного сахара и называется субстратным фосфорилированием.
Аэробная фаза энергетического катаболизма может происходить только в присутствии кислорода, тогда как промежуточные продукты, образующиеся при бескислородном разложении, окисляются до конечных продуктов (углекислого газа и воды), и большая часть энергии, хранящейся в химических связях органических соединений, высвобождается. В молекулу АТФ входит 36 макроэргических связей. Эта стадия имеет такое название, как тканевое дыхание. Когда кислород отсутствует, происходит преобразование промежуточных продуктов обмена веществ в определённые органические вещества, данный процесс принято называть ферментацией или брожением.
Брожение и дыхание
Брожение и дыхание это две различные формы диссимиляции — разложения веществ в организме для получения энергии.
Брожение
Примеры процессов брожения известны из повседневной жизни, производственной деятельности.
Во всех случаях брожения микроорганизмы изменяют углеводы и производят макроэнергетическое вещество — АТФ. Для этого процесса не требуется кислород, что является важнейшим отличием от дыхания. Общий признак — химическая энергия связей в молекуле глюкозы преобразуется в энергию в форме АТФ, которая используется для жизненных процессов.
Брожение — древнейший и не самый совершенный способ выработки энергии. Из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ. Кислородный процесс более эффективен в плане получения энергии.
Организмы, которым необходим кислород для дыхания, являются аэробами (в переводе с греческого «аэр» — воздух). Внешняя сторона процесса заключается в поглощении кислорода из воздуха и выделении диоксида углерода.
Молекулы О2 попадают в организм насекомых через трахеи. Для рыб характерно жаберное дыхание, для млекопитающих — легочное. Переносят кислород к органам и транспортируют диоксид углерода красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин.
При отсутствии кислорода начинает происходить ферментация. Ферментация является эволюционно более ранним способом генерирования энергии, чем дыхание, но она менее энергетически выгодна, потому что ферментация производит органическое вещество, которое все еще богато энергией. Различают несколько основных видов брожения: уксусно – кислое, спиртовое, маслянокислое, молочнокислое, метановое и др.
Стало быть, в скелетных мышцах в отсутствие кислорода во время ферментации пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты, тогда как ранее образованные восстановительные эквиваленты расходуются, и остаются только две молекулы АТФ:
При ферментации с дрожжами пировиноградная кислота в присутствии кислорода преобразуется в этиловый спирт и окись углерода (IV):
Во время ферментации с использованием микроорганизмов пируват также может образовывать уксусную, масляную, муравьиную кислоты и так далее.
Энергия АТФ, которая образуется вследствие энергетического обмена, используется клеткой на различные виды работ:
Дыхание
Кислородное дыхание производится в митохондриях, где пировиноградная кислота вначале теряет один атом углерода, что сопровождается синтезом одного восстанавливающего эквивалента молекул НАДН + Н + и ацетилкофермента A (ацетил-КоА):
Ацетил-КоА в митохондриальном матриксе участвует в цепочке химических превращений, которые в совокупности называются циклом Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты). Во время этих превращений образуются две молекулы АТФ, ацетил-КоА полностью окисляется до диоксида углерода, а его ионы водорода и электроны присоединяются к водородным векторам НАДН + Н + и НАДH2. Носители переносят протоны и электроны водорода во внутренние митохондриальные мембраны, которые образуют гребни. При помощи белков-носителей протоны водорода вводятся в межмембранное пространство, а электроны переносятся через, так называемую, дыхательную цепь энзимов, которые расположены во внутренней митохондриальной мембране, и разряжаются в атомы кислорода:
Важно то, что в дыхательной цепи имеются белки, содержащие железо и серу.
Протоны водорода переносятся из межмембранного пространства в митохондриальный матрикс благодаря специальным ферментам, АТФ-синтетаз, а энергия, выделенная в результате этого процесса, используется для синтеза 34 молекул АТФ из каждой молекулы глюкозы. Этот процесс называется окислительным фосфорилированием. В митохондриальной матрице протоны водорода, прореагировавшие с радикалами кислорода с образованием воды:
Набор кислородных дыхательных реакций можно выразить таким уравнением:
Общее уравнение дыхания выглядит следующим образом:
Таким образом, клеточное дыхание в организме человека происходит поэтапно. Гликолиз сопровождается образованием 8 молекул АТФ (2 из них расходуются). Окислительное декарбоксилирование «дает» 6 АТФ, цикл Кребса — 24 АТФ. Итого, разложение молекулы глюкозы приводит к созданию 38 молекул АТФ. Аэробное дыхание — более совершенный способ получения и накопления энергии.
Урок Бесплатно Метаболизм. Пластический обмен
Введение
Нашему организму для жизни постоянно необходимы следующие составляющие :
На уроках в школе организм школьника в ходе умственной и физической деятельности затрачивает много энергии.
Например, за 6 уроков школьник весом 45 кг тратит около 324 ккал (1356 кДж) энергии.
Для того чтобы эта энергия была, необходимы питательные вещества, которые поступают в наш организм с пищей.
Метаболизм (обмен веществ)
Метаболизм- это совокупность протекающих в живых организмах биохимических превращений веществ и энергии, а также обмен веществами и энергией с окружающей средой.
Одним из критериев живого как раз считается метаболизм.
Вещества, поступившие в организм в ходе процесса обмена веществ, претерпевают различные химические превращения, благодаря чему выделяется или поглощается энергия, столь нужная организму, образуются простые вещества для построения структур клетки, тканей и органов.
Можно сказать, что метаболизм складывается из двух взаимосвязанных и противоположных процессов:
При энергетическом обмене образуется несколько видов энергии:
Организм человека для своего существования главным образом использует химическую энергию.
В таблице приведены данные о количестве энергии, выделяемой при распаде органических веществ:
Вещество
Сколько энергии выделяется
На что расщепляются
Дополнения
При окислении 1 г белка выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал)
Распадаются на аминокислоты
В процессе обмена веществ белки окончательно распадаются до углекислого газа, воды, азотсодержащих веществ
При распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж (9,3 ккал)
Распадаются на жирные кислоты и глицерин
Молекулы жиров состоят из углерода, кислорода и водорода.
При полном их окислении из них образуется вода и углекислый газ
При распаде 1 г углеводов выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии.
Распадаются в процессе пищеварения до простого сахара глюкозы
Основная часть глюкозы окисляется в организме до углекислого газа и воды
Пластический обмен необходим для «строительства» утраченных частей, создания новых клеток, для роста и развития не только клеток, но и всего организма.
Соотношение равновесия или неравновесия анаболизма и катаболизма зависит от возраста.
У детей преобладают анаболические процессы, то есть дети активно и быстро растут, увеличивают массу тела.
У взрослых оба процесса находятся в равновесии, но их соотношение может меняться в зависимости от состояния здоровья, физической и психоэмоциональной нагрузки.
У пожилых преобладают процессы катаболизма, что приводит к частичному разрушению тканевых структур, уменьшению массы тела, требуется больше энергии для поддержания гомеостаза.
Функции обмена веществ:
Скорость обмена веществ
Стоит отметить, что обмен веществ в живом организме идет непрерывно, даже в состоянии полного покоя, хотя и интенсивность его замедляется.
Скорость обмена веществ оценивают по общему расходу энергии.
Если организм выполняет большую физическую нагрузку, то расход энергии будет большой, помимо физической работы, на скорость обмена веществ могут влиять возраст, пол и другие факторы.
Непосредственным помощником в реакциях обмена веществ служат ферменты.
Ферменты- это биологические катализаторы, которые участвуют во всех химических реакциях расщепления веществ, осуществляют превращение веществ в организме и ускоряют все процессы, направляя и регулируя тем самым обмен веществ.
Факторы, влияющие на скорость метаболизма:
Если в окружающей среде температура низкая, то для того чтобы поддержать постоянную температуру тела срабатывают защитные механизмы и обмен веществ усиливается, выделяется больше энергии для согревания организма.
У некоторых организмов, наоборот, происходит замедление обмена веществ при пониженной температуре- впадают в спячку пресмыкающиеся, некоторые млекопитающие и насекомые
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Пластический обмен. Биосинтез белка. Генетический код
Белковые молекулы являются неотъемлемой частью клетки, без которых она не сможет существовать, ведь белки выполняют в организме множество функций: они входят в состав мембран, гормонов, ферментов, мышечных волокон и др.
Организмы, будь то растения, животные, бактерии имеют строго определенный набор белковых молекул.
Именно белки и различия в их структуре формируют индивидуальный и неповторимый набор признаков у особи, у целых популяций и видов.
За сутки в организме человека распадается около 400 грамм различных белков, следовательно, такую же массу нужно образовывать снова, поэтому в клетке происходит постоянный процесс образования белков, что является одним из примеров пластического обмена.
Пластический обмен— совокупность реакций образования органических веществ в клетке с использованием энергии.
Биосинтез белка, фотосинтез, синтез нуклеиновых кислот- это примеры пластического обмена, во время которых образуются органические вещества.
Значение пластического обмена:
Один из самых важных процессов пластического обмена- это синтез белка.
Синтез белка
Вещества и структуры клетки участвующие в биосинтезе белка:
Вещества и структуры клетки
Функции в биосинтезе белка
Содержит информацию о структуре белка, служит матрицей для синтеза белка и для всех видов РНК
иРНК (информационная или матричная РНК)
Переносит информацию от ДНК к месту сборки белковой молекулы.
Содержит генетический код
Переносит кодирующие аминокислоты к месту биосинтеза на рибосоме.
Органоид, где происходит биосинтез белка
Катализируют биосинтез белка
Строительный материал для построения белковой молекулы
Вещество, обеспечивающее энергией все процессы биосинтеза белка и других процессов пластического обмена
Автотрофные организмы (растения) образуют белок из неорганических веществ.
Гетеротрофные организмы (животные) образуют белок из аминокислот.
Важно помнить, что белок состоит из аминокислот, то есть аминокислота является мономером белка (самой мельчайшей составляющей молекулы белка).
20 Аминокислот (АК) в различных комбинациях формируют огромное множество белковых молекул.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Человеческий организм самостоятельно может образовывать из 20 аминокислот всего 12, которые называют заменимые.
Остальные восемь аминокислот должны поступать в организм в готовом виде вместе с белками пищи, поэтому они называются незаменимыми.
Незаменимые аминокислоты:
Если в организм не попали какие-либо нужные аминокислоты, которые необходимы для срочного построения белка, то организм может предпринять меру по разрушению собственных белков, содержащих эту же аминокислоту.
Большинство животных белков содержат все восемь незаменимых аминокислот в достаточных количествах.
В растительной пище также есть белки с незаменимыми аминокислотами, например у бобовых растений очень большее их содержание.
Но не вся растительная пища так богата аминокислотами, уровень некоторых незаменимых аминокислот бывает очень низок.
Генетический код
Каким же образом происходит синтез такой большой и сложной белковой молекулы?
Конечно, основная роль в определении структуры белка и последовательность аминокислот в белке принадлежит молекулам ДНК.
ДНК- носитель всей генетической информации в клетке, но непосредственного участия в синтезе белков не принимает, хотя одна молекула ДНК содержит информацию о нескольких десятков белков.
Из предыдущих уроков мы помним, что молекула ДНК очень длинная и разные ее участки отвечают за образование определенного вида белка.
Участок ДНК, определяющий синтез одной молекулы белка называется ген.
Ген представляет собой участок двойной спирали ДНК, который содержит информацию о первичной структуре какого-то одного белка.
Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом: в виде последовательности нуклеотидов.
В ДНК содержится информация о последовательности аминокислот всех белков организма. Именно эта информация и называется генетической (наследственной) информацией.
Генетический код- запись наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.
Схематично это выглядит так:
Реакции синтеза органического вещества на основе другой органической молекулы (матрицы) относят к реакциям матричного синтеза.
Биосинтез белка происходит на основе иРНК, являющейся матрицей в процессе его создания.
Одна аминокислота белка закодирована тремя нуклеотидами, и эта комбинация из трех нуклеотидов ДНК называется триплет, или кодон.
В настоящее время генетический код полностью расшифрован.
Ниже представлена таблица с аминокислотами, их название сокращено.
Генетический код (основания без скобок- это основания иРНК; в скобках красным цветом- это основания ДНК)
Как пользоваться таблицей генетического кода?
В таблице представлены три вида оснований (первое, второе и третье), обратите внимание на то, что они даются в двух вариантах: без скобок- нуклеотиды РНК, а в скобках- нуклеотиды ДНК.
Пользоваться ей не сложно.
Предположим, нам известно, что в ДНК есть участок со следующим составом нуклеотидов АЦЦ- ЦТТ- АТЦ. Таким образом мы имеем три триплета. Определим аминокислоты, которые закодированы этими триплетами.
Ищем основания, что в скобках (так как нам дана ДНК), но чаще в задачах необходимо найти аминокислоты, которые кодирует участок иРНК, поэтому ДНК обычно не ищут и на самом экзамене в задачах дается таблица с основаниями только для иРНК.
Первый триплет ДНК: А-Ц-Ц, смотрим в таблице первое основание (А), это первый горизонтальный столбец.
Далее ищем второе основание (Ц) на пересечении этих двух столбцов видим прямоугольник, в котором расположены четыре аминокислоты. Далее в крайнем правом столбце находим третье основание (Ц), это четвертая строчка, там указана аминокислота Три (триптофан).
Зная алгоритм действия, мы можем решать биологические задачи и расшифровывать генетический код ДНК, используя таблицу Генетического кода.
Продолжим решать нашу задачу до конца, Ц-Т-Т кодирует аминокислоту Глу (глутаминовая кислота).
АТЦ- прочерк- это стоп-кодон, он не кодирует ни одну аминокислоту и означает конец синтеза данного белка.
Таким образом мы расшифровали генетический код и перевели его в аминокислотный состав белка.
Генетический код обладает рядом свойств:
1. Код триплетный
Необходимо закодировать 20 аминокислот всего четырьмя нуклеотидами.
Если бы один нуклеотид кодировал одну аминокислоту, то возможно было закодировать только 4 аминокислоты.
Для того, чтобы закодировать 20 аминокислот, нужны комбинации из нескольких нуклеотидов.
Если взять комбинации из двух нуклеотидов, то мы получим 4 2 =16 различных комбинаций- этого недостаточно, так как у нас 20 аминокислот.
Комбинаций из трёх нуклеотидов будет уже 64 (4 3 = 64), т. е. даже больше, чем нужно, поэтому код триплетный, то есть одну аминокислоту могут кодировать три нуклеотида (триплет).
2. Код обладает свойством однозначности и вырожденности
Кажется непонятным- для чего необходимы 64 комбинации нуклеотидов, ведь аминокислот всего 20?
Оказывается, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (до 6), что позволяет разнообразить генетический материал.
Например, один и тот же белок у бактерии кишечной палочки и вируса табачной мозаики записаны разными триплетами.
Также разные триплеты по-разному распознаются, что влияет на скорость синтеза белка рибосомами и повышается надежность кодирования информации.
Способность разных кодонов кодировать одну аминокислоту называется вырожденностью кода.
В дальнейшем было выяснено, что существуют три триплета, не кодирующие аминокислоты- это стоп-кодоны, они означают конец синтеза одного белка.
Однако, несмотря на вырожденность, в генетическом коде полностью отсутствует двусмысленность. Кодоны РНК- ГАА и ГАГ кодируют аминокислоту глутамат, но ни один из них не кодирует одновременно ещё какую-то аминокислоту, т.е. каждый триплет кодирует строго одну определённую аминокислоту- это свойство генетического кода называется однозначность.
3. Генетический код универсален
Гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.
К примеру, белок актин есть в составе цитоскелета вирусов и мышц человека.
Аминокислоты этого белка могут кодироваться одинаковыми последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК, что в организме вируса, что в клетке человека.
Но не нужно забывать и про свойство вырожденности кода. То есть не всегда одна аминокислота кодируется одинаковыми последовательностями нуклеотидов у разных организмов.
Это свойство имеет большое практическое значение и активно используется в генной инженерии. Благодаря универсальности генетического кода мы можем заставить гены одного организма работать в другом организме и производить функционально активные белки.
Так ген для гормона роста переносят в бактерию, чтобы она была способна производить его. Таким образом получают гормон роста для медицинских целей, который в обычном организме производится в очень небольших количествах.
Таким же генно-инженерным способом научились производить гормон инсулин.
Однако универсальность генетического кода оказалась не абсолютной.
4. Внутри гена нет «знаков препинания»- свойство компактности
Между кодонами внутри одного гена нет знаков препинания.
Иными словами, триплеты не отделены друг от друга, к примеру, одним ничего не значащим нуклеотидом.
Отсутствие в генетическом коде «знаков препинания» было доказано в экспериментах Ф.Крика и С. Бреннера.
В ходе этих экспериментов учёные при помощи мутагенных веществ (акридиновых красителей) вызывали в генах возникновение определённого типа мутаций- выпадения или вставки 1 нуклеотида.
Оказалось, что выпадение или вставка 1 или 2 нуклеотидов всегда вызывает поломку кодируемого белка, а вот выпадение или вставка 3 нуклеотидов (или числа, кратного 3) практически не сказывается на функции кодируемого белка.
5. Неперекрываемость (дискретность)
Код может быть перекрывающимся и не перекрывающимся.
У большинства организмов код не перекрывающийся, исключением являются вирусы.
Сущность не перекрывающего кода заключается в том, что нуклеотид одного триплета не может быть одновременно нуклеотидом другого триплета.
6. Полярность
Считывание информации с ДНК и с иРНК происходит только в одном направлении.
Полярность имеет важное значение для определения структур белка (первичной, вторичной и третичной).
Этапы биосинтеза белка
Процесс биосинтеза белка можно разделить на два этапа:
Для того чтобы понять этапы биосинтеза белка необходимо вспомнить основные понятия.
ДНК и РНК состоят из множества нуклеотидов.
Нуклеотид— это мономер нуклеиновых кислот.
Целый нуклеотид принято обозначать каким- либо одним азотистым основанием, например, А (аденин) или Г(гуанин).
Последовательность трех нуклеотидов называют триплетом (кодон) и он обозначается, например, АГЦ.
Первый этап биосинтеза белка- транскрипция
Транскрипция— это процесс переписывания информации с последовательности нуклеотидов ДНК в последовательность нуклеотидов РНК. Этот процесс происходит в ядре клетки.
При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный ему нуклеотид иРНК.
Транскрипции предшествует процесс раскручивания участка ДНК.
Двойную спираль ДНК разрывает фермент ДНК- полимераза и далее начинается считывание информации с одной спирали ДНК и формирование матричной РНК (иРНК) за счет работы РНК- полимеразы.
Процесс переписывания информации идет по принципу комплементарности.
Комплементарность- это взаимное дополнение азотистых оснований в молекуле ДНК и РНК.
Комлементарность нуклеотидов ДНК к РНК:
Так как в одной молекуле ДНК может находиться множество генов, то очень важно, чтобы РНК-полимераза начала синтез иРНК со строго определенного места ДНК, иначе в структуре иРНК будет записана информация о белке, которого нет в природе, что может привести к повреждению синтезируемой молекулы белка.
Поэтому в начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая промотором.
РНК-полимераза «узнает» промотор, взаимодействует с ним и, таким образом, начинает синтез цепочки иРНК с нужного места.
Фермент продолжает синтезировать иРНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, до тех пор, пока не дойдет до очередного «стоп- кодона» (терминатора) в молекуле ДНК (это последовательность нуклеотидов, указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить).
После копирования, сформированная иРНК выходит из ядра клетки в цитоплазму к рибосоме и начинается второй этап биосинтеза белка.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Ученые «увидели» как мРНК выходят из ядра.
Создав микроскоп, способный достичь не виданного ранее разрешения, ученые из Колледжа медицины Альберта Эйнштейна впервые увидели транспорт мРНК через ядерные поры живых клеток в режиме реального времени.
Ученые увидели, что через саму пору ядра мРНК проходит всего за 5 миллисекунд, но стыковка с порой занимает 80 миллисекунд ожидания.
И еще 80 миллисекунд мРНК ждет на другом конце поры, прежде чем перейти в цитоплазму.
10 процентов молекул мРНК остаются у ядерных пор, ожидая доступа, даже в течение секунд, а не миллисекунд.
Ученые предполагают, что в этих точках ожидания мРНК подвергаются проверке на качество.
Это открытие поможет понять, как лечить некоторые болезни, к примеру болезнь миотоническая дистрофия. В клетках таких больных молекулы мРНК не могут выйти из ядра и попасть в цитоплазму
Прежде чем переходить к рассмотрению второго этапа биосинтеза белка давайте поймем принцип комплементарности и попробуем решить задачи.
Задача
Фрагмент цепи ДНК имеет последовательность нуклеотидов:
Постройте мРНК по принципу комплементарности.
Решение:
Мы знаем принцип комплементарности
Если на ДНК нуклеотид А, то ему по принципу комплементарности соответствует нуклеотид У на мРНК.
Если на ДНК нуклеотид Г, то на мРНК это нуклеотид Ц и так далее.
Таким образом дописываем цепь мРНК, используя принцип комплементарности:
цепь ДНК: А-Г-Ц-Т-А-Ц-Г-А-Т
цепь иРНК: У-Ц-Г-А-У-Г-Ц-У-А
Второй этап биосинтеза белка- трансляция
Трансляция— перевод последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот белка.
Триплет нуклеотидов на верхушке тРНК называется антикодон.
Кодон- это триплет нуклеотидов на иРНК.
У эукариотических организмов иРНК синтезируется в ядре, потом она переносится через ядерную мембрану в цитоплазму к месту синтеза белка- рибосомам.
В цитоплазме обязательно должен иметься полный набор аминокислот, необходимых для синтеза белков.
Эти аминокислоты образуются в результате расщепления белков, получаемых организмом с пищей.
Аминокислоты должны попасть на рибосому, а переносит их к рибосоме транспортная РНК (тРНК).
К одной транспортной РНК прикрепляется одна аминокислота, для каждой аминокислоты существует своя тРНК.
На одном конце транспортной РНК имеется структура «черешок», к которой прочно прилепляется аминокислота.
На верхушке тРНК находится триплет нуклеотидов (антикодон), который соответствует по коду данной аминокислоте.
Триплет нуклеотидов на верхушке т-РНК называется антикодон.
В основном все белки (за исключением некоторых случаев) начинаются с аминокислоты метионин, закодированный кодоном АУГ, который является знаком начала трансляции.
Рибосома взаимодействует с иРНК именно с того конца, где находится код метионина АУГ.
После связывания рибосома начинает двигаться по иРНК, от 3 штрих конца к 5 штрих концу, задерживаясь на каждом ее участке, состоящим из 6 нуклеотидов (2 кодона).
Время задержки составляет всего 0,2 с.
За это время молекула тРНК, несущая аминокислоту, успевает распознать комплементарный триплет, то есть антикодон тРНК по принципу комплементарности соответствует кодону иРНК.
Далее аминокислота отделяется от «черешка» тРНК и присоединяется с образованием пептидной связи к растущей цепочке белка.
В тот же самый момент к рибосоме подходит следующая т-РНК, антикодон которой комплементарен следующему триплету в иРНК, и следующая аминокислота, принесенная этой тРНК, включается в растущую цепочку белка.
После этого рибосома сдвигается по иРНК, задерживается на следующих нуклеотидах, и все повторяется сначала.
Далее рибосома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов (УАА, УАГ или УГА), которые не кодируют аминокислоту и сигнализируют о завершении синтеза данного белка.
Белковая цепочка отсоединяется от рибосомы, выходит в цитоплазму и формирует определенную структуру (первичную, вторичную, третичную, четвертичную в зависимости от функции молекулы белка).
Процесс синтеза белка осуществляется за очень короткие промежутки времени.
Подсчитано, что на синтез крупной молекулы белка, состоящего из 300 аминокислотных остатков уходит всего около одной- двух минут. А, например, на синтез актина, который состоит из 376 аминокислот уйдет чуть больше минуты.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Молекула инсулина состоит из двух полипептидных цепей.
Одна из них содержит 21 аминокислотный остаток (цепь А), вторая- 30 аминокислотных остатков (цепь В).
В 1963 г. был синтезирован первый искусственный белок- инсулин.
Сейчас методы синтеза белков значительно усовершенствованы и их синтез не является проблемой.
Клетке необходима не одна, а множество молекул каждого белка, поэтому, как только рибосома, первой начавшая синтез белка на молекуле иРНК, продвигается вперед, тут же на эту иРНК нанизывается вторая рибосома, которая начинает синтезировать такой же белок.
На одну иРНК может быть нанизана и третья, и четвертая рибосома, и т. д.
Поэтому рибосомы можно назвать «заводом» по производству белков.
Все рибосомы, синтезирующие белок на одной молекуле иРНК, называются полисомой.
Когда синтез белка окончен, рибосома может связаться с другой молекулой иРНК и начать синтезировать новый белок, закодированный в этой молекуле иРНК.
Последовательность аминокислот в первичной структуре белка не зависит от рибосом, а определяется только последовательностью нуклеотидов иРНК.
Таким образом, трансляция— это перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность аминокислот молекулы белка.
Краткая схема биосинтеза белка:
Этапы биосинтеза белка:
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации
Регуляция биосинтеза белка в клетке и организме
Оперон и репрессор
Гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.
В этих генах записана информация о всех белках, которые способен синтезировать любой живой организм.
То есть клетка растения, к примеру, может синтезировать любой белок, который характерен для человека и эту способность используют в генной инженерии.
Сразу хочется задать такой вопрос: почему же клетки, содержащие в своем ядре одинаковую генетическую информацию, не производят различные белки и не синтезируют сразу все белки?
Ответ лежит в изучении механизмов контроля синтеза белка в клетках, хотя природа регуляторных процессов изучена недостаточно.
Среди теорий, объясняющих природу регуляторных процессов, наибольшую популярность приобрела «теория оперона», сформулированная Ф. Жакобом и Ж. Моно на основании исследования синтеза ферментов у бактерий.
Генетической единицей механизма регуляции синтеза белков следует считать оперон.
В состав оперона прокариот входят:
1. Структурные гены
2. Регуляторные элементы
На работу оператора оперона влияет самостоятельный регуляторный ген, синтезирующий соответствующий регуляторный белок-репрессор или белок- активатор.
Ген-регулятор не обязательно располагается рядом с опероном.
Если на операторе белок репрессор, то РНК- полимераза не может начать синтез иРНК, так как не может связаться с промотором.
Если на операторе белок-активатор, то его можно сравнить с клеем, который склеивает РНК-полимеразу и оперон.
В итоге РНК-полимераза находит промотор и начинается синтез иРНК.
РНК-полимераза продвигается по структурному гену ДНК и считывает информацию, переводя ее в нуклеотиды иРНК.
После того как РНК-полимераза дошла до терминатора, синтез на иРНК заканчивается. Затем РНК-полимераза отделяется от участка ДНК и направляется снова на процесс образования иРНК.
Образовавшаяся иРНК покидает ядро и направляется в цитоплазму, где и происходит образование белка на рибосомах.
У эукариот регуляция синтеза белка намного сложнее и еще недостаточно изучена, но известно следующее:
Стоит отметить, что синтез белка требует от клетки больших энергетических затрат.
У меня есть дополнительная информация к этой части урока!
Можно было бы предположить, что часть «неработающих» генов в тех или иных клетках утрачивается и разрушается, однако целый ряд экспериментов доказал, что это не так.
Из клетки кишечника головастика при определенных условиях можно вырастить целую лягушку, что возможно только в том случае, если в ядре этой клетки сохранилась вся генетическая информация.
Следовательно, в каждой клетке многоклеточного организма используется только часть генетической информации, содержащейся в ее ДНК.
Значит, должны иметь место механизмы, «включающие» или «выключающие» работу того или иного гена в разных клетках»
Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации