Взаимосвязь пластического и энергетического обмена.

· Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.

· Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.

ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

Он включает в себя три разновидности:

· фотосинтез,

· хемосинтез

· биосинтез белков.

Первый используется только растениями и некоторыми фотосинтезирующими бактериями. Такие организмы называются автотрофами, так как сами вырабатывают для себя органические соединения из неорганических.

Второй используется определенными бактериями, в том числе и анаэробными, для жизни которых не требуется кислород. Формы жизни, использующие хемосинтез, называются хемотрофами.

Животные и грибы относятся к гетеротрофам — существам, которые получают органические вещества из других организмов.

Фотосинтез:

СВЕТОВАЯ

Квант света, падающий на лист, поглощается молекулой хлорофилла.

В результате этого она переходит в возбуждённое состояние - один из электронов получает избыток энергии:

Хл ^свет Хл^* + е ^–

Возбужденный электрон перемещается по цепи сложных органических соединений, теряя энергию, которая расходуется на синтез АТФ из АДФ и фосфата. Этот процесс очень эффективен, и в хлоропласте образуется АТФ приблизительно в 30 раз больше, чем в митохондриях тех же растений.

Потеряв избыток энергии, электрон возвращается к молекуле хлорофилла, которая теперь способна захватить новый квант света.

Так как описываемые реакции происходят в водных растворах, то значительная часть возбужденных электронов захватывается продуктами диссоциации Н20 — ионами Н+. Ион водорода получает избыток энергии и связывается со специальными молекулами-переносчиками. Освободившиеся ионы гидроксила ОН- взаимодействуют друг с другом, в результате чего образуются вода и молекулярный кислород.
Процесс разложения воды под действием энергии солнечного света получил название фотолиза. Таким образом, кислород, который выделяется в процессе фотосинтеза в атмосферу, образуется в результате фотолиза.

На этом световая фаза заканчивается, и дальнейшие процессы фотосинтеза могут идти и без солнечного освещения.

Во время световой фазы образуются богатые энергией молекулы и ионы водорода, необходимые для темновой фазы фотосинтеза.

ТЕМНОВАЯ фаза также протекает в пластидах. В процессе реакций этой фазы происходит захват специальным веществом молекул углекислого газа (СО2) из внешней среды. Путем целого ряда последовательных биохимических превращений из углекислого газа и водорода образуется шестиуглеродный сахар — глюкоза. Глюкоза может быть использована в дальнейшем как на синтез сложных углеводов, целлюлозы и крахмала, так и на образование белков и липидов.

Хемосинтез:

Многие виды бактерий, способные синтезировать необходимые им органические соединения из неорганических за счет энергии химических реакций окисления, происходящих в клетке, относятся к хемотрофам. Захватываемые бактерией вещества окисляются, а образующаяся энергия используется на синтез сложных органических молекул из С02 и Н20. Этот процесс носит название хемосинтеза.

Хемосинтез -это процесс синтеза органических веществ из неорганических за счёт энергии, освобождающейся при окислении неорганических соединений.

Важнейшую группу хемосинтезирующих организмов представляют собой нитрифицирующие бактерии.

Эти бактерии, обитая в почве, окисляют аммиак, образующийся при гниении органических остатков, до азотистой кислоты:

2NH3 + 3О2 = 2HN02 + 2Н2О + 653,5 кДж.
Затем бактерии других видов этой группы окисляют азотистую кислоту до азотной:
2HNO2 + О2 = 2HNО3 +151,1 кДж.
Взаимодействуя с минеральными веществами почвы, азотистая и азотная кислоты образуют соли, которые являются важнейшими компонентами минерального питания высших растений.

Водородные бактерии

Окисляют водород в качестве источника энергии

2Н2 + О2→ 2Н2О+235кДж

Источник углерода для них углекислый газ

Железобактерии

Переводят двувалентное железо в трёхвалентное

4FeCO₃+O₂+6H₂O→4Fe(OH)₃+4CO₂

Бесцветные бактерии

Окисляют сероводород и накапливают в своих клетках серу.

2H2S+O2→2H2O+2S+272кДж

При недостатке сероводорода бактерии проводят дальнейшее окисление серы до серной кислоты

2S+3O2+2H2O→2H2SO4+636кДж

Биосинтез белков: Обмен белков в организме подразумевает расщепление тех, которые были употреблены в пищу, на аминокислоты и построение из последних своих собственных белков, свойственных именно данному живому существу. Пластический обмен - это синтез белков клеткой, он включает в себя два основных процесса: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция: Транскрипция — это процесс синтеза информационной РНК с помощью ДНК по принципу комплементарности. Осуществляется он в ядре клетки.

Трансляция: Этот термин обозначает перенос зашифрованной на иРНК информации о структуре белка на синтезирующийся полипептид. Местом для проведения данного процесса служит цитоплазма клетки, а именно, рибосома — специальный органоид, который отвечает за синтез белков. Это органелла овальной формы, состоящая из двух частей, которые соединяются в присутствии иРНК.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН.

Энергетический обмен в клетке подразделяют на три этапа. Первый этап — подготовительный. Во время него крупные пищевые полимерные молекулы распадаются на более мелкие фрагменты:

Полисахариды распадаются на ди- и моносахариды;

белки — до аминокислот;

жиры — до глицерина и жирных кислот.

В ходе этих превращений энергии выделяется мало, она рассеивается в виде тепла, и АТФ не образуется.

Второй этап — неполное бескислородное расщепление веществ. На этом этапе вещества, образовавшиеся во время подготовительного этапа, разлагаются при помощи ферментов в отсутствие кислорода. Разберем этот этап на примере гликолиза — ферментативного расщепления глюкозы.

Гликолиз происходит в животных клетках и у некоторых микроорганизмов. Суммарно этот процесс можно представить в виде следующего уравнения:
С6Н12О6 + 2Н3Р04 + 2АДФ → 2С3Н603 + 2АТФ + 2Н2О
Таким образом, при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которая во многих клетках, например в мышечных, превращается в молочную кислоту (С3Н6О3), причем высвободившейся при этом энергии достаточно для превращения двух молекул АДФ в две молекулы АТФ.

У большинства растительных клеток и некоторых грибов второй этап энергетического обмена представлен спиртовым брожением:
С6Н12О6+2Н3РО4+2АДФ→2С2Н5ОН +2С02 + 2АТФ + 2H2О
Исходные продукты спиртового брожения те же, что и у гликолиза, но в результате образуется этиловый спирт, углекислый газ, вода и две молекулы АТФ. Есть такие микроорганизмы, которые разлагают глюкозу до ацетона, уксусной кислоты и других веществ, но в любом случае «энергетическая прибыль» клетки составляет две молекулы АТФ.

Третий этап энергетического обмена — полное кислородное расщепление, или клеточное дыхание. При этом вещества, образовавшиеся на втором этапе, разрушаются до конечных продуктов — СО2 и Н2О. Этот этап можно представить себе в следующем виде:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36 АДФ → 6СО2 + 42 Н2О + 36АТФ.
Таким образом, окисление двух молекул пировиноградной кислоты, образовавшихся при ферментативном расщеплении глюкозы до СО2 и Н2О, приводит к выделению большого количества энергии, достаточного для образования 36 молекул АТФ.

Две молекулы АТФ запасаются в ходе бескислородного расщепления молекулами глюкозы, поэтому суммарный энергетический обмен в клетке в случае распада глюкозы можно представить как:

С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 = 6СО2 + 44Н2О + 38АТФ (2800 кДж)

Способы получения энергии:

Автотрофы – организмы, синтезирующие из неорганических веществ органические.

Фототрофы – источник энергии – солнечный свет.

Хемотрофы - организмы в качестве внешнего источника энергии используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений - таких, как сероводород, метан, сера.

Гетеротрофы – не способны синтезировать органические вещества из неорганических.

Миксотрофы – сочетают в себе признаки как автотрофов, так и гетеротрофов.

 

22. Деление соматических и половых клеток эукариот.

ДЕЛЕНИЕ СОМАТИЧЕСКИХ КЛЕТОК.

Процесс деления соматических клеток, в результате которого до­черние клетки полностью сохраняют наследственную информацию материнских клеток, называется митозом.

Интерфаза – подготовка к делению клетки - удвоение числа хромосом, увеличение числа органелл, накопление энергии.

Первая фаза митоза — профаза. Это самая продолжительная стадия митоза. Она характеризуется тем, что в ней:

Ø происходит суперспирализация ДНК, вследствие чего хроматиды укорачиваются и утолщаются, хромосомы становятся видимыми под мик­роскопом;

Ø ядрышки исчезают, так как прекращается синтез р-РНК;

Ø ядерная оболочка распадается на фрагменты, и хромосомы оказы­ваются в цитоплазме;

Ø начинает формироваться веретено деления: в животных клетках центриоли, которые были расположены в области клеточного центра, направля­ются к противоположным полюсам клетки, между ними начинают появляться нити веретена деления. В клетках высших растений веретено деления форми­руется без участия центриолей. Нити веретена присоединяются к центроме­рам хромосом, которые начинают двигаться к центральной части клетки.

Следующая фаза митоза — метафаза.

В ней:

Ø заканчивает формироваться веретено деления (совокупность микро­трубочек, состоящих из белка турбулина);

Ø хромосомы выстраиваются в центральной части клетки в одной плос­кости таким образом, что их центромеры располагаются на равных рассто­яниях от полюсов клетки;

Ø в конце метафазы хроматиды отделяются одна от другой.

Анафаза — самая короткая фаза митоза. Она характеризуется тем, что:

Ø нити веретена деления укорачиваются и растягивают отделившиеся друг от друга в конце метафазы хроматиды к противоположным полюсам клетки, в силу чего они становятся хромосомами;

Ø к концу анафазы у каждого полюса клетки оказывается диплоидный набор хромосом.

Телофаза — последняя фаза митоза. В ней происходят следующие процессы:

Ø деспирализация молекул ДНК, вследствие чего хромосомы превра­щаются в хроматин;

Ø вокруг скоплений хроматина, образовавшихся у противоположных полюсов клетки, образуются ядерные оболочки;

Ø в образовавшихся таким образом дочерних ядрах формируются ядрышки;

Ø на протяжении телофазы, начиная от полюсов клетки и до ее экватора, постепенно разрушается веретено деления;

Ø в конце телофазы делится цитоплазма материнской клетки, что приводит к образованию двух дочерних клеток.