Обмен веществ и энергии в клетке
Этапы обмена веществ:
I. Этап – Расщепление питательных веществ до мономеров под действием ферментов.
II. Этап – Кровь транспортирует простые вещества (мономеры) в клетки организма
III. Этап – Процессы взаимообмена: синтез сложных веществ используемых для обновления организма, распад веществ с получением энергии.
IV. Этап – Вывод продуктов обмена из организма.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН (катаболизм)
распад сложных органических веществ с выделением энергии
ДЫХАНИЕ
(биологическое окисление)
| Этапы | Место протекания | Процессы | Энергетический эффект |
| Подготовительный | Органы пищеварения; лизосомы клетки | Расщепление белков до аминокислот; углеводов до глюкозы, жиров до глицерина и жирных кислот | АТФ = 0 Только тепловая энергия |
| Анаэробный (бескислородный) | На внутренней стороне мембраны в цитоплазме клетки | Расщепление глюкозы на 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Если кислорода в клетке нет (или мало), то глюкоза расщепляется до 2 молекул молочной кислоты. | 2 АТФ |
| Аэробный (кислородный) | Матрикс митохондрий | Цикл Кребса (цикл образования лимонной кислоты) – расщепление ПВК или молочной кислоты до углекислого газа и 4 молекул НАД· Н (переносчики протонов водорода) | 36 АТФ |
| Внутренняя мембрана митохондрий | Цепь переноса электронов. При участии кислорода идет синтез АТФ и образование воды. | ||
| Примечание | Все этапы дыхания протекают при участии ферментов |
Основоположники учения о дыхании (1777г) –М.В. Ломоносов, А.Л. Лавуазье.
Установили сходство и различия между дыханием и горением
| Признаки | Горение | Дыхание |
| Различия | Протекает при очень высоких t | Протекает при t = + 36 – 37. °С |
| Энергия выделяется в виде тепла | Энергия выделяется в виде АТФ | |
| Энергия выделяется сразу вся | Энергия выделяется постепенно | |
| Наличие воды противопоказано | Необходима вода | |
| Сходство | Процессы окисления (взаимодействия веществ с кислородом) |
Брожение –процесс получения энергии за счёт разложения глюкозы при отсутствии или недостатке кислорода. Разновидности брожения: молочно – кислое, спиртовое, уксуснокислое, маслянокислое. Характерно бактериям и дрожжам
ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН (анаболизм)
синтез сложных органических веществ из простых с потреблением энергии
БИОСИНТЕЗ БЕЛКА
Этапы биосинтеза:
- Транскрипция – синтез и – РНК по матрице ДНК
- Место протекания – ядро, содержащее ДНК, хранители наследственной информации. ДНК состоят из генов.
- Ген – участок ДНК, несущий информацию о структуре одного белка.
- Информация о структуре белка записана в генах ДНК в виде генетического кода.
Генетический код - последовательность кодонов ДНК шифрующих последовательность аминокислот в белке.
Кодон – три нуклеотида шифрующие одну аминокислоту
- При транскрипции синтезируется РНК комплементарная определённому гену ДНК. Эта РНК содержатся участки не несущие информацию о белке
(интроны) и участки с информацией о белке (экзоны).
- Трансляция заканчивается спайсингом - вырезание интронов и сшивание экзонов собразованием и – РНК. Для защиты молекулы РНК от расщепляющих ферментов ей на правый конец (головку) прикрепляется гуанозин, а на левый конец (хвостик) цепь из нуклеотидов аденина. Такая и - РНК называется информосомой. Открыл информосому казахский ученый М.А. Айтхожин.
- Трансляция – синтез белка по матрице и – РНК
Место протекания – рибосомы.
Этапы трансляции:
1. ИНИЦИАЦИЯ – начало синтеза белка (полипептидной цепи)
т – РНК с помощью ферментов присоединяют к себе соответствующую аминокислоту и транспортируют её в малую часть рибосом
2. ЭЛОНГАЦИЯ – удлинение полипептидной цепи.
Если антикодон т – РНК соответствует (комплементарен) кодону и – РНК, то аминокислота остаётся в большой части рибосомы и присоединяется к полипептидной цепи, а т – РНК идёт в гиалоплазму за следующей аминокислотой. Рибосома последовательно продвигается вдоль и – РНК.
3. ТЕРМИНАЦИЯ – завершение синтеза белка.
При достижении рибосомы правого конца и – РНК содержащего знаки препинания (кодоны УАА, УАГ, УГА) полипептид ( белковая молекула) отрывается от рибосомы, приобретая вторичную и третичную структуры попадает в полость ЭПС.
Полирибосома –несколько рибосом нанизанных на одну и – РНК.
1961 год Ф. Жакоб, А. Львов, Ж. Моно экспериментально определили механизм биосинтеза белка
Синтез белка идёт особенно интенсивно в молодом растущем организме.
ФОТОСИНТЕЗ