Схема обратной транскрипции
Некоторые клетки эукариот содержат фермент теломеразу, также проявляющую активность обратной транскрипции.
С её помощью синтезируются повторяющиеся последовательности в ДНК. Теломераза часто активируются в раковых клетках для бесконечной дупликации генома без потери кодирующей протеины последовательности ДНК.
Некоторые РНК-содержащие вирусы животных при помощи РНК-зависимой ДНК-полимеразы способны синтезировать ДНК, комплементарную по отношению к вирусной РНК.
Она встраивается в геном эукариотической клетки, где может многие поколения оставаться в скрытом состоянии.
При определённых условиях (например, воздействии канцерогенов) вирусные гены могут активироваться, и здоровые клетки превратятся в раковые.
Биосинтез белка: этапы и процесс
Привет! Продолжаем тему биосинтеза белка. В предыдущем посте мы говорили о том, что такое генетический код и какими свойствами он обладает. Если не читал первую часть, скорее читай (вот здесь) – и возвращайся сюда!
Ну а сегодня мы рассмотрим сам процесс биосинтеза: из каких этапов он состоит и как именно проходит. Поехали!
Биосинтез белка включает два этапа: транскрипцию и трансляцию. Оба этих этапа относятся к так называемому матричному синтезу.
Запомним определение:
Матричный синтез – это такой способ образования полимерных молекул (белков и нуклеиновых кислот), при котором их строение определяется строением матрицы (ДНК или иРНК).
Другими словами, матричный синтез – это создание копии наследственной информации, только на другом языке.
К реакциям матричного типа относят репликацию ДНК, синтез РНК (всех видов) и биосинтез белка. Все они протекают при участии специальных катализаторов – ферментов.
Процесс транскрипции
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 мая 2023 года; проверки требуют 6 правок.
У этого термина существуют и другие значения, см. Транскрипция.
Транскри́пция (от лат. переписывание) — происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; перенос генетической информации с ДНК на РНК.
Транскрипция ДНК с образованием РНК с помощью фермента РНК полимеразы II.
Сначала ген из 4-символьного алфавита ДНК (A,T,G,C) переписывается с помощью процесса транскрипции в 4-символьный алфавит РНК (A,U,G,C), а из РНК могут быть переведены с помощью процесса трансляции в 20-символьный алфавит аминокислот синтезируемого белка.
Общая для про- и эукариот схема стадий транскрипции. Серым обозначен участок ДНК с синим промотором, зелёным — нарождающаяся РНК.
Транскрипция (фотография под трансмиссионным электронным микроскопом). Begin — начало транскрипции, End — конец транскрипции, DNA — ДНК
Схема процесса транскрипции.
Транскрипция белок-кодирующих участков в бактериях
Если говорить о транскрипции белок-кодирующих участков, то единицей транскрипции бактерий является оперон — фрагмент молекулы ДНК, состоящий из промотора, оператора, транскрибируемой части и терминатора.
У эукариот транскрибируемая часть обычно содержит одну белок-кодирующую последовательность.
Цикл транскрипции
Цепочка ДНК, которая служит шаблоном для синтеза РНК, называется матричной. Последовательность РНК будет идентична последовательности матричной цепочки, с учётом замены тимина ДНК на урацил РНК.
Стадии транскрипции
Транскрипция состоит из трёх стадий:
Инициация: Связывание РНК-полимеразы с промотором и образование стабильного комплекса.
Элонгация: Перемещение полимеразы вдоль матрицы и синтез РНК.
Терминация: Освобождение РНК и диссоциация фермента от матрицы.
Инициация транскрипции
Инициация транскрипции зависит от последовательности ДНК вблизи транскрибируемой области и от белковых факторов. Она включает связывание РНК-полимеразы с промотором и образование стабильного комплекса.
Элонгация транскрипции
Процесс элонгации связан с перемещением РНК-полимеразы вдоль матрицы. Этот процесс сопровождается расплетанием и восстановлением двойной спирали ДНК, а также освобождением РНК из комплекса.
Терминация транскрипции
Фаза терминации происходит после освобождения РНК и диссоциации фермента от матрицы.
Заключение
Транскрипция белок-кодирующих участков является важным процессом, в результате которого синтезируется РНК на основе матричной ДНК. Этот процесс имеет несколько стадий и характеризуется сложными биохимическими событиями. Понимание механизмов транскрипции помогает в изучении генетики и биологии в целом.
Роль регуляторных факторов в процессе элонгации
В последнее время появились данные, показывающие, что регуляторные факторы также могут регулировать элонгацию. РНК-полимераза в процессе элонгации делает паузы на определённых участках гена. Особенно четко это видно при низких концентрациях субстратов. В некоторых участках матрицы длительные задержки в продвижении РНК-полимеразы, т. н. паузы, наблюдаются даже при оптимальных концентрациях субстратов. Продолжительность этих пауз может контролироваться факторами элонгации.
Механизмы терминации транскрипции у бактерий
У бактерий два механизма терминации транскрипции:
- Процесс репликации ДНК:
- Репликация ДНК происходит в митохондриях и пластидах (хлоропластах).
- Биологическое значение репликации состоит в обеспечении передачи наследственной информации в дочерних клетках при делении.
- Полуконсервативный способ репликации означает, что каждая цепь молекулы ДНК служит матрицей для репликации комплементарных дочерних цепей.
Процесс репликации ДНК и его биологическое значение
В какой период жизни клетки происходит процесс репликации ДНК и в чем заключается его биологическое значение? Объясните, почему одну нить молекулы ДНК называют отстающей, а другую – лидирующей.
Репликация ДНК происходит в синтетический период (S-период) интерфазы клеточного цикла. Биологическое значение репликации состоит в передаче наследственной информации в дочерние клетки при делении материнской клетки.
Формирование рибосом в клетках эукариот
Каким образом происходит формирование рибосом в клетках эукариот?
В клетках эукариот рибосомы формируются в ядрышке. На ДНК синтезируется р-РНК, к которой затем присоединяются белки. Субчастицы рибосомы выходят из ядра в цитоплазму, и здесь завершается формирование полноценных рибосом.
Роль ДНК как носителя генетической информации
Какие свойства ДНК подтверждают, что она является носителем генетической информации?
- Комплементарность двух цепей.
- Способность к репликации.
- Способность к транскрипции.
Процессы на этапах энергетического обмена
Какие процессы происходят на этапах энергетического обмена?
Обзор процессов в клетке
На подготовительном этапе сложные органические вещества расщепляются до менее сложных, например биополимеры — до мономеров. В процессе гликолиза глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (или молочной кислоты, или спирта) и синтезируется 2 молекулы АТФ. На кислородном этапе пировиноградная кислота (пируват) расщепляется до углекислого газа и воды и синтезируется 36 молекул АТФ.
Сходство фотосинтеза и энергетического обмена
- Процессы протекают в двухмембранных органоидах (хлоропласты, митохондрии).
- В обоих процессах происходит синтез АТФ.
- Процессы идут при участии биоферментов.
Сходство и различие фотосинтеза и хемосинтеза
Сходство:
- В результате этих процессов синтезируется глюкоза.
Различие:
- Фотосинтез происходит в клетках растений в хлоропластах и в клетках фотосинтезирующих бактерий (цианобактерий) на мембранных структурах, хемосинтез — в клетках хемосинтезирующих бактерий (азото-, серо-, железобактерий) на мембранных структурах.
- В результате фотосинтеза выделяется кислород, а в результате хемосинтеза — нет.
- При фотосинтезе для синтеза органических веществ (глюкозы) используется энергия света, а при хемосинтезе – энегргия, выделяющая при окислении неорганических соединений.
Взаимосвязь пластического и энергетического обмена
Для реакций пластического обмена (для синтеза веществ) нужна энергия АТФ, которая образуется в результате энергетического обмена. А для реакций энергетического обмена (для распада веществ) нужны вещества, которые синтезируются в результате пластического обмена. В результате пластического обмена (биосинтеза белков) образуются ферменты, которые участвуют в реакциях энергетического обмена.
Взаимосвязь энергетического обмена и биосинтеза белка
В процессе биосинтеза белка используется энергия молекул АТФ, синтезируемых в процессе энергетического обмена. В реакциях энергетического обмена участвуют ферменты, образованные в результате биосинтеза белка. Процесс распада белков до аминокислот является промежуточным этапом энергетического обмена.
Процессы на рибосоме при биосинтезе белка
tРНК взаимодействуют с аминокислотами, присоединяя их при участии ферментов с затратами энергии, и доставляют их к рибосомам. В соответствии с принципом комплементарности триплеты двух тРНК присоединяются к двум триплетам иРНК, расположенным на рибосоме. Между аминокислотами, присоединенными к тРНК, образуется пептидная связь, рибосома перемещается по иРНК на следующий триплет, к которому присоединяется новая тРНК с аминокислотой, и так с иРНК считывается информация до ее конца.
В чем сходство биосинтеза белка и фотосинтеза?
Происходит образование органических веществ.Процессы происходят с затратой энергии АТФ.Процессы идут при участии ферментов.
Почему реакции биосинтеза белка называют матричными?
Матрица, это объект, с которого снимается копия.Участок молекулы ДНК является матрицей для синтеза и-РНК.Молекула и-РНК является матрицей для сборки молекулы белка.
Чем отличается строение тРНК от рибонуклеиновых кислот других типов?
Транспортная РНК (тРНК) составляет около 10 % всей РНК. Она имеет короткую цепь нуклеотидов.Форму трилистника. На одном конце трилистника находится триплет нуклеотидов (антикодон), кодирующий определенную аминокислоту. На другом конце триплет нуклеотидов, к которому присоединяется аминокислота.Находится в цитоплазме и переносит аминокислоты к месту синтеза белка.
1. Какие источники энергии используют автотрофы для синтеза органических веществ? Какую роль в сообществе играют автотрофные организмы?
- фотоавтотрофы используют энергию света (осуществляют фотосинтез); 2) хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ (осуществляют хемосинтез); 3) автотрофы создают органические вещества для питания гетеротрофов (играют роль продуцентов); 4) фотоавтотрофы вырабатывают кислород для дыхания аэробных организмов.
2. Исследователи мирового океана обнаружили, что в глубоководных рифовых зонах, богатых сероводородом, встречаются «оазисы жизни». Живые организмы представлены здесь гигантскими червями, живущими в трубках, двустворчатыми моллюсками, креветками и даже некоторыми рыбами. Как вы объясните наличие жизни на такой глубине в полной темноте при невозможности фотосинтеза?
- на этих глубинах обитают хемотрофные серные бактерии; 2) они синтезируют органические вещества из неорганических, используя энергию, образующуюся при окислении сероводорода (до серы и далее); 3) серобактерии составляют первое звено пищевой цепи этой экосистемы (являются продуцентами); 4) серобактерии, находясь в симбиозе с червями и моллюсками, обеспечивают их питательными веществами; 5) по пищевым цепям органические вещества передаются другим обитателям этих экологических сообществ (зон).
3. В чём состоит сходство биосинтеза белка и фотосинтеза?
- оба процесса относятся к пластическому обмену; 2) из простых веществ синтезируются более сложные; 3) происходят затраты энергии АТФ.
4. На глубинах более 2000 м находятся экосистемы "чёрных курильщиков". Вокруг них воды богаты сероводородом и сульфидами различных металлов. Животный мир представлен моллюсками, крабами, некоторыми видами рыб. Почему в этих экосистемах отсутствуют растения? Объясните, как экосистема получает энергию для существования?
- в этих экосистемах отсутствуют растения, так как на такую глубину не проникает свет; 2) хемоавтотрофные серобактерии бактерии окисляют соединения серы; 3) хемоавтотрофные бактерии энергию химических реакций используют для синтеза органических веществ; 4) органические вещества по цепям питания передаются от бактерий другим организмам экосистемы черных курильщиков; 5) животные также питаются детритом (органическими остатками, которые поступают из верхних слоев океана).
5. Какова взаимосвязь между пластическим и энергетическим обменом веществ? Аргументируйте свой ответ.
- Для пластического обмена (для синтеза веществ) нужна энергия АТФ, которая образуется при энергетическом обмене. 2) Для энергетического обмена (для распада веществ) нужны белки-ферменты, которые образуются при пластическом обмене. 3) Для энергетического обмена нужны вещества (субстраты), которые синтезируются в результате пластического обмена.
6. В чем заключается сходство и различие автотрофного питания у фото- и хемосинтезирующих бактерий?
сходства: 1) фотосинтез и хемосинтез – это процессы пластического обмена; 2) из углекислого газа и воды синтезируются углеводы; различия: 3) при фотосинтезе используется энергия света, а при хемосинтезе – энергия окисления неорганических веществ; 4) при фотосинтезе выделяется кислород, при хемосинтезе – нет.
7. В чём проявляется сходство фотосинтеза и энергетического обмена веществ в клетке? Назовите не менее трёх сходств.
- Процессы протекают в двумембранных органоидах (хлоропласты, митохондрии). 2) В обоих процессах происходит синтез АТФ. 3) Процессы идут при участии ферментов.
8. Первые опыты по изучению фотосинтеза были проведены Дж. Пристли в 1770-1780-х гг. Он помещал в изолированный сосуд мышь, и вскоре мышь задыхалась. Когда же он вместе с мышью поместил растение, мышь прожила несколько дней (до окончания эксперимента), а у растения появились новые молодые побеги. Объясните результаты эксперимента Дж. Пристли. Что служило источником углерода для роста растения?
- в первом случае мышь израсходовала кислород в сосуде и умерла от удушья; 2) во втором случае растение выделяло кислород при фотосинтезе, поэтому мышь прожила до конца эксперимента; 3) источником углерода для роста растения послужил углекислый газ, выделяемый мышью при дыхании.
9. В каких реакциях обмена веществ вода участвует как исходный реагент? Приведите не менее двух примеров. Укажите, какие вещества кроме воды вступают в эти реакции и какие вещества являются продуктами реакций.
- гидролиз; 2) крахмал распадается на аминокислоты (принимается любой вариант гидролиза) 3) фотолиз ИЛИ фотосинтез 4) вода распадается на кислород, протоны и электроны ИЛИ из углекислого газа и воды получается глюкоза и кислород.
10. При закладке на хранение клубней картофеля их масса к весне уменьшается. Объясните, почему. При каких условиях хранения уменьшение массы клубней будет идти медленнее? Аргументируйте свой ответ.
- в клетках клубня происходит дыхание; 2) крахмал распадается на глюкозу, глюкоза окисляется до углекислого газа и воды; 3) масса клубней уменьшается за счет того, что из клубня улетучиваются углекислый газ и вода; 4) при пониженных температурах; 5) активность ферментов дыхания при этом снизится.
11. В небольших помещениях с обилием комнатных растений ночью концентрация кислорода уменьшается. Объясните почему.
- ночью растения не фотосинтезируют, поэтому они не выделяют кислород; 2) ночью, как и днем, растения дышат, потребляя кислород и выделяя углекислый газ; 3) из-за дыхания большого количества растений концентрация кислорода в помещении уменьшается.
12. Экспериментатор решил изучить интенсивность основного обмена веществ у домовой мыши (Mus musculus). Для этого он вводил в брюшную полость мышам разные дозы гормона щитовидной железы в физиологическом растворе. Результаты эксперимента представлены на графике. Что такое основной обмен? На какой процесс в системе кровообращения расходуется энергия основного обмена? Как повлияло увеличение количества гормона щитовидной железы на теплоотдачу? Какие процессы могут служить объективными показателями интенсивности обмена веществ у теплокровных животных?
- количество энергии, выделяемое для поддержания жизнедеятельности организма (человек, теплокровного животного) при полном покое; 2) на механическую работу сердца (сокращение сердца); 3) теплоотдача повысилась; 4) выделение тепла (выделение пота) 5) поглощение кислорода (выделение углекислого газа, интенсивность дыхания).
13. Чем отличаются реакции ассимиляции от реакций диссимиляции в процессе обмена веществ?
- при реакциях ассимиляции образуются вещества более сложные, чем вступившие в реакцию, а при реакциях диссимиляции происходит образование более простых веществ. 2) реакции ассимиляции протекают с поглощением энергии, а реакции диссимиляции идут с выделением энергии; 3) в реакциях ассимиляции расходуется АТФ, в реакциях диссимиляции образуется АТФ.
Пластический и энергетический обмены клетки (ассимиляция и диссимиляция). В клетке обнаружены примерно тысяча ферментов. С помощью такого мощного каталитического аппарата осуществляется сложнейшая и многообразная химическая деятельность. Из громадного числа химических реакций клетки выделяются два противоположных типа реакций – синтез и расщепление.
Реакция синтеза. В клетке постоянно идут процессы созидания.
Из простых веществ образуются более сложные, из низкомолекулярных – высокомолекулярные. Синтезируются белки, сложные углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты. Синтезированные вещества используются для построения разных частей клетки, ее органоидов, секретов, ферментов, запасных веществ. Синтетические реакции особенно интенсивно идут в растущей клетке, постоянно происходит синтез веществ для замены молекул, израсходованных или разрушенных при повреждении. На место каждой разрушенной молекулы белка или какого-нибудь другого вещества встает новая молекула. Таким путем клетка сохраняет постоянными свою форму и химический состав, несмотря на непрерывное их изменение в процессе жизнедеятельности.
Синтез веществ, идущий в клетке, называют биологическим синтезом или сокращенно биосинтезом. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии. Совокупность реакций биосинтеза называют пластическим обменом или ассимиляцией (лат. "симилис" – сходный). Смысл этого процесса состоит в том, что поступающие в клетку из внешней среды пищевые вещества, резко отличающиеся от вещества клетки, в результате химических превращений становятся веществами клетки.
Реакции расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные – на низкомолекулярные. Белки распадаются на аминокислоты, крахмал – на глюкозу. Эти вещества расщепляются на еще более низкомолекулярные соединения, и в конце концов образуется совсем простые, бедные энергией вещества – СО 2 и Н 2 О. Реакции расщепления в большинстве случаев сопровождаются выделением энергии. Биологическое значение этих реакций состоит в обеспечении клетки энергией. Любая форма активности – движение, секреция, биосинтез и др. – нуждается в затрате энергии.
Совокупность реакции расщепления называют энергетическим обменом клетки или диссимиляцией. Диссимиляция прямо противоположна ассимиляции: в результате расщепления вещества утрачивают сходство с веществами клетки.
Пластический и энергетический обмены (ассимиляция и диссимиляция) находятся между собой в неразрывной связи. С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как в процессе работы они изнашиваются и разрушаются.
Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой. Из внешней среды в клетку поступают пищевые вещества, которые служат материалом для реакций пластического обмена, а в реакциях расщепления из них освобождается энергия, необходимая для функционирования клетки. Во внешнюю среду выделяются вещества, которые клеткой больше не могут быть использованы.
Совокупность всех ферментативных реакций клетки, т. е. совокупность пластического и энергетического обменов (ассимиляции и диссимиляции), связанных между собой и с внешней средой, называют обменом веществ и энергии. Этот процесс является основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.
Химические превращения веществ в организме являются частью сложнейшего процесса, называемого обменом веществ. Из окружающей среды человек получав питательные вещества, воду, минеральные соли и витамины. В окружающую среду он выделяет углекислый газ, некоторое количество влаги, минеральных солей, рганических веществ.
В процессе обмена веществ человек получает энергию, аккумулированную в продуктах животного и растительного происхождения, и отдает тепловую энергию в окружающее пространство. Так постоянно происходит обмен веществ и энергии с окружающей средой, посредством которого человек включается в общий круговорот веществ в природе. Обмен веществами между организмом и окружающей средой — необходимое условие существования живых организмов.
Усвоение, накопление веществ и энергии называется ассимиляцией. В ходе ассимиляции питательных и других веществ образуются белки, жиры, гликоген, строятся новые клетки. Образовавшиеся в процессе ассимиляции вещества подвергаются сложным химическим изменениям и при этом высвобождается энергия. Этот процесс называется диссимиляцией. Химические реакции, высвобождающие энергию, осуществляются в митохондриях клеток.
Процессы ассимиляции и диссимиляции не только протекают одновременно. Энергия, необходимая для переваривания пищи, переноса питательных веществ и их накопления (ассимиляции), образуется в результате диссимиляции. Значит, ассимиляция зависит от диссимиляции и тесно связана с ней. Ассимиляция и диссимиляция — единый процесс, протекающий постоянно в клетках и во всем организм процесс обмена веществ и энергии.
Обмен веществ с окружающей средой является не только условием существования организмов, но и их основным, отличительным свойством. Ф. Энгельс писал:
«Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка»
Процессы обмена веществ полностью подчиняются закону сохранения массы и энергии. Специально постав ленные с этой целью исследования показали, что количество энергии, образованной в организме, равно запасу потенциальной энергии, полученной вместе с пищей. Вес поступающих в организм и выделяющихся из него веществ одинаков. Но необходимо учитывать прибавку или потерю веса.
«Анатомия и физиология человека», М.С.Миловзорова
Ассимиляция – это совокупность всех сложных созидательных процессов, протекающих в клетках, а значит, и в целостном организме. При ассимиляции происходит накопление энергии.Диссимиляция – это совокупность окислительных процессов, при которых освобождается энергия. Именно эта энергия используется в дальнейшем для осуществления всех жизненных отправлений организма.
Таким образом, эти два противоположных процесса настолько взаимосвязаны друг с другом, что прекращение одного из них влечёт за собой прекращение всего обмена веществ, а следовательно, и жизни.
Несмотря на столь прочную взаимосвязь и взаимообусловленность, процессы ассимиляции и диссимиляции не всегда бывают взаимно уравновешенными. Основное значение здесь имеет возраст.
Чем моложе организм человека, тем интенсивнее протекают в нем процессы ассимиляции. У людей пожилого возраста, наоборот, диссимиляция преобладает над ассимиляцией. Особенно интенсивный обмен веществ наблюдается у новорожденных детей и у подростков в период полового созревания.
Клетка как структурная и функциональная единица живого представляет собой открытою систему, т.е. постоянно обменивается веществом и энергией с окружающей средой.
Под клеточным обменом веществ понимают непрерывное поступление веществ в клетку из внешней среды, химическое превращение этих веществ и выделение конечных продуктов химических реакций.
Функции клеточного обмена веществ:
1. Обеспечение клетки строительным материалом, необходимым для образования клеточных структур;
2. Снабжение клетки энергией, которая используется на процессы жизнедеятельности (синтез веществ, транспорт веществ и др.);
3. Сохранение относительного постоянства состава и физико-химических свойств клеток;
4. Самообновление клеток и тканей.
Различают внешний обмен – поглощение и выделение веществ, и внутренний обмен – химическое превращение этих веществ в клетке.
Внутренний обмен, или метаболизм , представляет собой совокупность двух противоположных реакций: анаболический и катаболический.
Анаболические реакции – это реакции синтеза сложных органических веществ из более простых. Протекают они с затратами энергии, обеспечивая постоянство состава клеток и тканей организма. Совокупность этих реакций носит название ассимиляции или пластического обмена . Примером ассимиляции может быть биосинтез белка, синтез углеводов из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, синтез нуклеотидов, ДНК, РНК, полисахаридов, липидов и других соединений.
Катаболические реакции – это реакции расщепления сложных органических веществ (жиров, белков и углеводов) до более простых с выделением энергии, значительная часть которой идет на образование АТФ. Эти реакции часто называют энергетическим обменом , или диссимиляцией.
Совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции составляют основу жизнедеятельности клетки, а, следовательно, ткани, органа и организма вцелом.
Ассимиляция и диссимиляция являются противоположными сторонами единого процесса обмена веществ и неразрывно связаны между собой. Так, все реакции биосинтеза нуждаются в энергии, которая выделяется при диссимиляции. Для осуществления реакций энергетического обмена необходимы органические вещества и ферменты, образующиеся в ходе пластического обмена (см. рис. 5.1.)
Рис. 5.1. Обмен веществ и АТФ в клетке
АТФ + Н 2 О ↔ АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж
Не всегда процессы ассимиляции находятся в соответствии с процессами диссимиляции. В период интенсивного роста и развития организма процессы ассимиляции преобладают. Напротив, при старении, интенсивной физической работе, недостатке питательных веществ процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции.
Различают автотрофную и гетеротрофную ассимиляцию. При гетеротрофной ассимиляции (животные, грибы) источником энергии служат вещества пищи (химическая энергия), при автотрофной ассимиляции – энергия света используемая для фотосинтеза (рис.5.2.)
Рис.5.2. Обмен веществ и энергии у автотрофных и гетеротрофных клеток
Из рис. 5.2. видно, что существование жизни на Земле зависит от энергии Солнца и сложных ее преобразований в авто- и гетеротрофных клетках организмов. В упрощенном виде поток энергии в живой природе можно представить так:
Автотрофы – сами синтезируют органические вещества с неорганических.
Гетеротрофы – употребляют готовые органические вещества, синтезированные другими организмами.
Поток энергии в клетке
В основе потока энергии в клетке лежат процессы питания организмов и клеточного дыхания.
1. Питание – процесс приобретения вещества и энергии живыми организмами.
2. Клеточное дыхание – процесс, с помощью которого живые организмы высвобождают энергию из богатых ею органических веществ при их ферментативном расщеплении (диссимиляции) до более простых. Клеточное дыхание может быть аэробным и анаэробным.
3. Аэробное дыхание – получение энергии происходит при участии кислорода в процессе расщепления органических веществ. Его еще называют кислородным (аэробным) этапом энергетического обмена.
Анаэробное дыхание – получение энергии из пищи без использования свободного атмосферного кислорода. В общем виде поток энергии в клетке можно представить следующим образом (рис 5.3.)
САХАР, ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, АМИНО-КИСЛОТЫ
ХИМИЧЕСКАЯ, МЕХАНИЧЕСКАЯ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ, ОСМОТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Рис.5.3. Поток энергии в клетке
Химическая работа : биосинтез в клетке белков, нуклеиновых кислот, жиров, полисахаридов.
Механическая работа : сокращение мышечных волокон, биение ресничек, расхождение хромосом при митозе.
Электрическая работа – поддержание разности потенциалов на мембране клетки.
Осмотическая работа – поддержание градиентов вещества в клетке и окружающей ее среде.
Реакции матричного синтеза
Укажите реакции матричного синтеза
Коснитесь карточки, чтобы перевернуть ее 👆
- Репликация2) Транскрипция 3) Трансляция
На основе чего происходят реакции матричного синтеза?
Репликация (лат. replicatio – повторение)
Удвоение молекул ДНК(у некоторых вирусов РНК) приучастии специальных ферментов,ключевым из которых являетсяДНК-полимераза.
Что обеспечивает репликация?
- Обеспечиваетточное копирование генетическойинформации, заключенной вмолекулах ДНК2) Передачу копированной генетической информации от поколения к поколению.
Что является матрицей для процесса репликации?
Принцип комплементарности ДНК (1 цепь) – ДНК (2 цепь)
А (аденин) = Т (тимин) Г (гуанин) =- Ц (цитозин)
Транскрипция (лат. transcriptio – переписывание)
Синтез молекул РНК (иРНК,рРНК, тРНК) на матрице ДНК. Является первым этапом реализации генетическойинформации в живых клетках.
Каким ферментом осуществляется транскрипция?
- Данный ферментузнает особый участок на ДНК(промотор), присоединяется кнему2) Затем расплетаетдвойную спираль ДНК иначинает перемещаться вдольнее, последовательноприсоединяя соответствующиенуклеотиды по принципукомплементарности
На каком уровне происходит процесс транскрипции?
На молекулярно-клеточном уровне организации
Какой способностью, связанной с транскрипцией, обладают вирусы?
Способностью кобратной транскрипции: из РНК они синтезируют ДНК.
Последовательность процессов, происходящих во время транскрипции:
1. Перед транскрипцией происходит подготовительный этап: ферментРНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК – промотор (стартовая площадка для начала транскрипции)2. Фермент РНК-полимераза присоединяется к молекуле ДНК3. После обнаружения и связывания РНК-полимеразы с промотором двухцепочечная молекула ДНК раскручивается4. По принципу комплементарности начинается синтез иРНК5. После окончания синтеза происходят посттранскрипционныемодификации РНК – процессинг (дозревание молекулы РНК), который включает сплайсинг (вырезание определенных нуклеотидных последовательностей из молекулы иРНК)6. После сплайсинга формируется иРНК, которая выходит из ядра через ядерные поры в цитоплазму.7. иРНК направляется к рибосоме для дальнейшего процесса трансляции (синтеза белка)
Принцип комплементарности ДНК – иРНК
Аденин (А) – Урацил (У)Гуанин (Г) – Цитозин (Ц)
Трансляция (от лат. translatio – передача)
Синтез полипептидных цепей белков по матрице иРНК (информационная РНК) согласно генетическому коду. Являетсявторым этап реализации генетической информации в живых клетках.
Где происходит трансляция? Что синтезируется в ходе трансляции?
- На рибосомах2) Первичная структура белка
Этап 1. Транскрипция
Транскрипция (от лат. transcription – «переписывание») – это процесс синтеза молекулы иРНК по матрице ДНК.
Стоп, а зачем копировать информацию, которая и так уже есть в молекуле ДНК? Дело в том, что синтез белка происходит в цитоплазме, но молекула ДНК слишком большая и не может проникнуть туда через ядерную мембрану. Зато её «миникопия» – иРНК – запросто может пройти в цитоплазму сквозь поры.
У эукариот процесс транскрипции происходит в ядре клетки под воздействием ферментов, главным из которых является транскриптаза.
А вот сейчас будет немножко сложно, так что читай внимательно!
Специальный фермент полимераза находит ген и начинает раскручивать участок спирали ДНК. Перемещаясь вдоль матричной цепи, полимераза строит другую цепь, нематричную – цепь информационной РНК (иРНК). Её ещё называют «смысловой» цепью.
При этом последовательность нуклеотидов цепи иРНК точно соответствует последовательности матричной цени ДНК, за одним лишь исключением: вместо тимина в иРНК содержится урацил (вспоминай недавний пост о нуклеотидах).
Цепь иРНК растёт по мере движения фермента и отходит от молекулы ДНК – при этом последняя закручивается обратно в спираль. Когда фермент доходит до стоп-кодона (то есть конца копирования участка ДНК), молекула РНК полностью отделяется от молекулы ДНК.
Процесс транскрипции закончен, но это ещё не всё. Молекуле иРНК теперь необходимо «созреть» – это называется процессинг. В ходе процессинга из молекулы иРНК удаляются интроны – некодирующие участки, которые не несут информации о структуре белка, а также происходит соединение экзонов – информационных участков.
Транскрипция про- и эукариот
В бактериях транскрипцию катализирует единственная РНК-полимераза. Она состоит из основной части из пяти субъединиц (α2ββ’ω) и σ-субъединицы (сигма-фактор), которая определяет связывание с промотором и является единственным фактором инициации транскрипции. У Escherichia coli, например, самая распространенная форма сигма-фактора — σ70.
Клетки эукариот содержат как минимум 3 РНК-полимеразы, а растения — 5, которые для инициации и элонгации требуют набора факторов. РНК-полимераза II — основной фермент эукариотических клеток, катализирующий транскрипцию белок-кодирующих мРНК (и некоторых других РНК).
В бактериях, мРНК после транскрипции никак не модифицируется, и непосредственно во время транскрипции может происходить трансляция. В эукариотических клетках мРНК модифицируется в ядре — на неё навешивается 5′-кэп и синтезируется 3′-полиА-хвост, происходит сплайсинг. Затем мРНК может попасть в цитоплазму, где будет происходит трансляция.
Этап 2. Трансляция
Трансляция (от лат. translatio – «перенос, перемещение») – это синтез полипептидных цепей белков, происходящий в рибосомах по матрице иРНК.
Другими словами, это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.
Транспортная РНК переносит необходимые аминокислоты к «месту сборки» – на рибосомы. Туда же подтягиваются и наши новенькие, только что синтезированные иРНК. Рибосома начинает скользить вдоль молекулы иРНК, выстраивая длинную полимерную белковую цепь из отдельных «кирпичиков» – аминокислот.
Если на одну и ту же молекулу иРНК «садятся» сразу несколько рибосом, то такую структуру называют «полисомой». Полисома позволяет синтезировать одновременно множество одинаковых белков, а значит, экономить драгоценное время.
Синтез белка завершается, когда на рибосоме оказывается один из «знаков препинания» (помнишь, о них мы говорили в первой части поста). Это так называемые «стоп-кодоны», или «бессмысленные кодоны», которые не шифруют ни одну аминокислоту, а служат сигналом об окончании синтеза белка.
Ну как, сложно? А ведь задачка на биосинтез может запросто попасться на ЕГЭ по биологии!
Чтобы не грызть ногти от страха накануне экзамена, лучше как следует разобрать эту тему на наших занятиях. Не тяни, присоединяйся! Жми сюда и регистрируйся на курс 😉
Биосинтез белка. Транскрипция и тран