Ферменты и коферменты – определение и значение.
Ферме́нты, или энзи́мы — обычно белковые молекулы или молекулы РНК или их комплексы, ускоряющие химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами. Ферменты специфичны к субстратам.
Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы — повышают, ингибиторы — понижают).
Коферменты, или коэнзимы — малые молекулы небелковой природы, специфически соединяющиеся с соответствующими белками, называемыми апоферментами, и играющие роль активного центра или простетической группы молекулы фермента.
Комплекс кофермента и апофермента образует целостную, биологически активную молекулу фермента, называемую холоферментом
Роль коферментов нередко играют витамины или их метаболиты (чаще всего — фосфорилированные формы витаминов группы B).
коферме́нты
органические соединения, входящие в качестве небелкового компонента в состав сложных ферментов; необходимы для проявления каталитической активности ферментов. Коферментами служат многие витамины, поэтому их недостаток в организме животных и человека может приводить к нарушениям обмена веществ.
41Поток энергии в клетке. Её виды.
Энергетический обмен (катаболизм) — процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами, своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых.
Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных катаболических процессов в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами
Катаболизм является противоположностью анаболизму. Соотношение катаболических и анаболических процессов в клетке регулируется гормонами.
Пластический обмен или анаболизм — совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей. Анаболизм взаимосвязан с противоположным процессом — катаболизмом, так как продукты распада различных соединений могут вновь использоваться при анаболизме, образуя в иных сочетаниях новые вещества. Процессы анаболизма, происходящие в зелёных растениях с поглощением энергии солнечных лучей, имеют планетарное значение, играя решающую роль в синтезе органических веществ из неорганических.
Анаболизм— одна из сторон обмена веществ. Включает процессы синтеза аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, нуклеотидов, полисахаридов, макромолекул белков, нуклеиновых кислот, АТФ. Процесс происходит в три этапа:
1. Синтез промежуточных соединений из низкомолекулярных веществ.
2. Синтез "строительных блоков" из промежуточных соединений.
3. Синтез из "строительных блоков" макромолекул белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров. Идет с поглощением энергии и участием ферментов.
В результате такого обмена из питательных веществ, поступающих в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества.
Фотоси́нтез — это процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.
Выделяют три этапа фотосинтеза: фотофизический, фотохимический и химический. На первом этапе происходит поглощение квантов света пигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы. На втором этапе происходит разделение зарядов в реакционном центре, перенос электронов по фотосинтетической электронотранспортной цепи, что заканчивается синтезом АТФ и НАДФН. Первые два этапа вместе называют светозависимой стадией фотосинтеза. Третий этап происходит уже без обязательного участия света и включает в себя биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии. Чаще всего в качестве таких реакций рассматривается цикл Кальвина и глюконеогенез, образование сахаров и крахмала из углекислого газа воздуха.
42Закономерности поступления веществ в клетку. Активный и пассивный транспорт, экзоцитоз и эндоцитоз
Экзоцитоз — у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения выделяются из клетки этим способом.
У прокариот везикулярный механизм экзоцитоза не встречается, у них экзоцитозом называют встраивание белков в клеточную мембрану, выделение белков из клетки во внешнюю среду или в периплазматическое пространство.
Экзоцитоз может выполнять три основные задачи:
§ доставка на клеточную мембрану липидов, необходимого для роста клетки;
§ высвобождение различных соединений из клетки, например, токсичных продуктов метаболизма или сигнальных молекул (гормонов или нейромедиаторов);
§ доставка на клеточную мембрану функциональных мембранных белков, таких как рецепторы или белки-транспортёры. При этом часть белка, которая была направлена внутрь секреторной везикулы, оказывается выступающей на наружной поверхности клетки.
Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны. Различают фагоцитоз, пиноцитоз.
Фагоцитоз (поедание клеткой) — процесс поглощения клеткой твёрдых объектов, таких как клетки эукариот, бактерии,вирусы, остатки мёртвых клеток и т. п. Вокруг поглощаемого объекта образуется большая внутриклеточная вакуоль (фагосома). Путем слияния фагосомы с первичной лизосомой образуется вторичная лизосома. В кислой среде гидролитические ферменты расщепляют макромолекулы, оказавшиеся во вторичной лизосоме. Продукты расщепления (аминокислоты, моносахариды и прочие полезные вещества) транспортируются затем через лизосомную мембрану в цитоплазму клетки. Фагоцитоз распространен очень широко. У высокоорганизованных животных и человека процесс фагоцитоза играет защитную роль. Фагоцитарная деятельностьлейкоцитов и макрофагов имеет огромное значение в защите организма от попадающих в него патогенных микробов и других нежелательных частиц. Фагоцитоз впервые описал русский ученый И.И. Мечников.
§ Пиноцитоз (питьё клеткой) — процесс поглощения клеткой жидкой фазы из окружающей среды, содержащей растворимые вещества, включая крупные молекулы (белки, полисахариды и др.). При пиноцитозе от мембраны отшнуровываются внутрь клетки небольшие пузырьки — эндосомы. Они меньше фагосом и обычно не содержат крупных частиц. После образования эндосомы к ней подходит первичная лизосома, и эти два мембранных пузырька сливаются. Образовавшаяся органелла носит название вторичной лизосомы. Процесс пиноцитоза постоянно осуществляют все эукариотическме клетки.
43Явление проницаемости и осмотического давления. Осмотические свойства клеток.
Осмотическое давление — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану. Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Обмен жидкостью, веществами и клетками между кровью и межклеточной средой является сложным процессом, который зависит от многих факторов и прежде всего от проницаемости стенок микрососудов. Понятие "проницаемость" является собирательным и отражает разные по характеру явления, поскольку различные вещества и клетки проходят через стенку сосудов неодинаковым способом. Выделяют следующие пути прохождения веществ через стенку сосудов: фильтрация, пассивная и активная диффузия, микровезикуляция.
Под фильтрацией понимают процесс перехода воды из сосудов в межклеточное пространство и в обратном направлении, который осуществляется в зависимости от фильтрационного давления (ФД). ФД в свою очередь определяется гидродинамическим давлением (ГД) в сосуде, способствующим выходу из него жидкости, онкотическим (ОНД) и осмотическим (ОСД) давлением крови, удерживающим жидкость в сосуде, и тканевым давлением (ТД), препятствующим выходу жидкости в межклеточную среду. Таким образом, ФД = [ГД - (ОНД + ОСД)] - ТД.
Диффузия — это прохождение разных веществ через стенку сосудов. Пассивная диффузия является процессом перемещения веществ в соответствии с различными градиентами: концентрационным, осмотическим, электрокинетическим и др. Активная диффузия характеризуется движением веществ против этих градиентов; она происходит с помощью специальных переносчиков, и для ее осуществления необходимы энергозатраты в форме АТФ. Нарушения генерации энергии и синтеза переносчиков могут приводить к расстройствам данной формы проницаемости сосудистых мембран.
44Фагоцитоз и пиноцитоз.
45Ассимиляция и диссимиляция: определения, сущность, взаимосвязь этих процессов.
ДИССИМИЛЯЦИЯ И АССИМИЛЯЦИЯ
взаимно противоположные процессы, обеспечивающие в единстве непрерывный процесс жизнедеятельности живых организмов; протекают в организме непрерывно, одновременно, в тесной взаимосвязи и составляют две стороны единого процесса обмена веществ. Д. и а. образуют сложную систему, состоящую из цепи взаимосвязанных биохимич. реакций, каждая из к-рых в отдельности является только химической, но к-рые в единстве составляют целое, обладающее биологич. природой. Противоречие Д. и а. определяет динамич. равновесие живого тела. Как открытая система, оно должно, постоянно приобретая, столь же непрерывно тратить приобретенную энергию, так, чтобы не увеличивалась энтропия.
Д и с с и м и л я ц и я – процесс расщепления в живом организме органич. веществ на более простые соединения – ведет к освобождению энергии, необходимой для всех процессов жизнедеятельности организма.
А с с и м и л я ц и я – процесс усвоения органич. веществ, поступающих в организм, и уподобления их органич. веществам, свойственным данному организму, идет с использованием энергии, высвобождающейся при процессах диссимиляции. При этом образуются соединения, обладающие высокой энергией, к-рые становятся источником энергии, освобождающейся при диссимиляции.
Диссимиляция поступающих в организм питательных веществ, в основном белков, жиров и углеводов, начинается с ферментативного расщепления их на более простые соединения – промежуточные продукты обмена веществ,, из к-рых организм синтезирует органич. соединения, необходимые для его жизнедеятельности. Все процессы Д. и а. в организме протекают как единое целое.
46Типы ассимиляции (примеры)
В ходе ассимиляции простые вещества (сложные первоначально расщепляются до простых) неспецифические для какого-либо организма, превращаются в сложные, характерные для данного вида соединения (усваиваются).
47Начальные и конечные продукты световой и темновой фаз фотосинтеза.
48Хемосинтез и фотосинтез. Определение сущность. Отличительные особенности процессов хемосинтеза от фотосинтеза.
Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. Подобный вариант получения энергии используется только бактериями или археями.
Необходимо отметить, что выделяющаяся в реакциях окисления неорганических соединений энергия не может быть непосредственно использована в процессах ассимиляции. Сначала эта энергия переводится в энергию макроэнергетических связей АТФ и только затем тратится на синтез органических соединений.
Роль хемосинтетиков для всех живых существ очень велика, так как они являются непременным звеном природного круговорота важнейших элементов: серы, азота, железа и др. Хемосинтетики важны также в качестве природных потребителей таких ядовитых веществ, как аммиак и сероводород. Огромное значение имеют нитрифицирующие бактерии, которые обогащают почву нитритами, — в основном именно в форме нитратов растения усваивают азот. Некоторые используются для очистки сточных вод.
49Брожение и дыхание (аэробная и анаэробная диссимиляция)
50Основные химические элементы клетки.
51Белки. Форма структур белковых молекул.
Белки́ — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. Кроме того, аминокислоты в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.
Молекулы белков представляют собой линейные полимеры, состоящие из α-L-аминокислот (которые являются мономерами) и, в некоторых случаях, из модифицированных основных аминокислот. Для обозначения аминокислот в научной литературе используются одно- или трёхбуквенные сокращения. Белки длиной от 2 до нескольких десятков аминокислотных остатков часто называют пептидами, при большей степени полимеризации — белками, хотя это деление весьма условно.
При образовании белка в результате взаимодействия α-аминогруппы (-NH2) одной аминокислоты с α-карбоксильной группой (-COOH) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют C- и N-концом (в зависимости от того, какая из групп концевой аминокислоты свободна: -COOH или -NH2, соответственно). При синтезе белка на рибосоме новые аминокислоты присоединяются к C-концу, поэтому название пептида или белка даётся путём перечисления аминокислотных остатков начиная с N-конца.
52Нуклеиновые кислоты. Их роль в клетке.
биополимеры, состоящие из остатков фосфорной кислоты, сахаров и азотистых оснований. Имеют фундаментальное биологическое значение, поскольку содержат в закодированном виде всю генетическую информацию любого живого организма, от человека до бактерий и вирусов, передаваемую от одного поколения другому. Впоследствии было установлено, что существует два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК), однако их функции долго оставались неизвестными.
Биологическая роль нуклеиновых кислот заключается в том, что ДНК хранит наследственную информацию организма в виде последовательности дезоксирибонуклеотидов, различающихся азотистыми основаниями. В ДНК в закодированном виде записан соста всех белков организма. Каждой аминокислоте, входящей в состав белков, соответствует свой код в ДНК, а именно - три конкретных нуклеотида. Молекулы РНК переносят информацию от ДНК к местам клетки, где происходит синтез белка.
53Строение ДНК, виды, функции.
54Строение рнк, виды, функции.
55Реплекация ДНК, принципы, значение
56Общее представление о биосинтезе белка в клетке.
Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.
Биосинтез белка происходит в два этапа. В первый этап входит транскрипция и процессинг РНК, второй этап включает трансляцию. Во время транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности соответствующего гена (участка ДНК). Терминатор в последовательности нуклеотидов ДНК определяет, в какой момент транскрипция прекратится. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, и редко происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После синтеза РНК на матрице ДНК происходит транспортировка молекул РНК в цитоплазму. В процессе трансляции информация, записанная в последовательности нуклеотидов переводится в последовательность остатков аминокислот.
57Транскрипция, её механизм.
58Трансляция, её механизм.
59Основные механизмы регуляции транскрипции и трансляции у прокариот.
60у эукариот
61генетический код, его свойства
Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.
В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T).
В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.
Белки практически всех живых организмов построены из аминокислот всего 20 видов. Эти аминокислоты называют каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства.
Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.
62Комплементарность и коллинеарность. Определение, значение для процессов биосинтеза белка.
63Эволюция клетки. Гипотезы (инвагинационная и симбиотическая)
Взгляд на эволюцию клетки.
Симбиотическая теорияпроисхождения и эволюции клеток
основана на двух концепциях, новых для биологии. Согласно первой из
этих концепций, самое фундаментальное разграничение в живой природе - это
разграничение между прокариотами и эукариотами, т.е. между бактериями и
организмами, состоящими из клеток с истинными ядрами - протистами,
животными, грибами и растениями. Вторая концепция состоит в том, что
источником некоторых частей эукариотических клеток была эволюция
симбиозов, т.е. формирование постоянных ассоциаций между организмами
разных видов. Предполагается, что три класса органелл - митохондрии,
реснички и фотосинтезирующие пластиды – произошли от свободно живущих
бактерий, которые в результате симбиоза были в определенной
последовательности включены в состав клеток прокариот - хозяев. Эта
теория в большой мере опирается на неодарвинистские представления,
развитые генетиками, экологами, цитологами и другими учеными, которые
связали Менделевскую генетику с дарвиновской идеей естественного отбора.
Она опирается также на совершенно новые или недавно возрожденные
научные направления: на молекулярную биологию, особенно на данные о
структуре белков и последовательности аминокислот, на микро
палеонтологию, изучающую наиболее ранние следы жизни на Земле, и даже
на физику и химию атмосферы, поскольку эти науки имеют отношение к
газам биологического происхождения.
Инвагинационная гипотеза происхождения эукариотической клетки
исходит из того, что предковой формой был аэробный прокариот. Он содержал
несколько геномов, каждый из которых прикреплялся к клеточной оболочке.
Корпускулярные органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли в результате
впячивания и отшнуровки фрагментов оболочки вместе с геномом с последующей
функциональной специализацией в ядро, митохондрий, хлоропласты,
усложнением ядерного генома, развитием цитоплазматических мембран. Эта
гипотеза удовлетворительно объясняет наличие 2 мембран в оболочке ядра,
митохондрий и хлоропластов. Она встречается с трудностями в объяснении
различий в деталях процесса биосинтеза белка в корпускулярных органеллах и
цитоплазме эукариотической клетки. В митохондриях и хлоропластах этот
процесс в точности соответствует таковому в современных прокариотических
клетках.
Симбиотическая и инвагинационная гипотезы не исчерпывают все точки
зрения на происхождение эукариотического типа клеточной организации.