Реализация биологической информации в клетке

а) Сущность и механизмы трансляции

Трансляция - процесс посредствам которого информация содержащаяся в иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Происходит в три стадии:

1. Инициация - начало трансляции

2. Элонгация - удлинение цепи

3. Терминация - конец трансляции.

       Инициация: на молекуле иРНК происходит сборка белково-синтезирующего комплекса, к молекуле присоединяется рибосома, которая в последующем будет учавствовать в распознании тРНК. Процесс начинается со старт-кодона (АУГ).

       Элонгация: на молекуле иРНК имеется кодон, а у молекулы тРНК антикодон. Привзаимодейсвие кодона с антикодоном по принципу комплементарности осуществяется синтез одной аминокислоты. Рибосома располагается на одном из кодонов молекулы иРНК, к этому месту (где располагается рибосома) присоедниячется актикодон молекулы тРНК, который несет одну аминокислоту, если кодон и антикодон комплементарны друг другу происходит отделение одной аминокислоты от тРНК и включение ее в полипептидную цепь, после синтеза одной из аминокислот, рибосома скачкообразно перемещается на следующий кодон иРНК, к которому подходит уже другая тРНК несущая одну аминокислоту и все это повторяется вновь и вновь пока рибосома не встретит на своем пути особую последовательность - стоп-кодон.

       Терминация: процесс прекращается после того как рибосома встречает у себя на пути стоп-кодон. В этом участке происходит отсоединение синтезированной пептидной цепи, которая в последствие подвергнется посттрансляционным преобразованиям, белково-синтезирующий комплекс разрушается и трансляция окончательно завершается.

б) Компоненты белково-синтезирующей системы клетки

* рибосомы - нуклеопротеиды, содержащие примерно 60% рРНК и 40% различных белков. В природе существует только два класса рибосом-70S и 80S (Рибосомы эукариот 80S, рибосомы прокариот 70S);

* рибосомальная РНК (несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы). Основной функцией рPНК является осуществление процесса трансляции - считывания информации с мPHК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к ТРНК аминокислотами;

* матричная РНК;

* транспортная PHК – рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка;

* белковые факторы и ферменты инициации, элонгации и терминации трансляции;

* набор аминокислот.

в) Структура и функциональное значение рРНК и тРНК

Рибосомальная РНК — несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Транспортная РНК — рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка. Имеет типичную длину от 73 до 93 нуклеотидов и размеры около 5 нм. тРНК также принимают непосредственное участие в наращивании полипептидной цепи, присоединяясь — будучи в комплексе с аминокислотой — к кодону мРНК и обеспечивая необходимую для образования новой пептидной связи конформацию комплекса.

г) Функционирование белково-синтезирующей системы клетки. Молекулярные механизмы трансляции

Белковые факторы инициации получили свое название потому, что они участвуют в организации активного комплекса (708-комплекса) из субъединиц 30S (малой) и 50S (большой) мPНК и инициаторной аминоацил-тРНК (у прокариот — формилметионил-тРНК), который «запускает» (инициирует) работу рибосом-трансляцию мРНК.

Белковые факторы элонгации участвуют в удлинении синтезируемой полипептидной цепи.

Белковые факторы терминации, или освобождения, обеспечивают кодон-специфическое отделение полипептида от рибосомы и окончание синтеза белка.

д) Посттрансляционные преобразования белков

Просинтезированные полипептидные цепи являются посредниками белков, т е находятся в неактивной форме. Для того, чтобы они стали полноценными белками и могли выполнять какие-либо функции, данные полипептидные цепи подвергаются посттрансляционным преобразованиям после отделения их от рибосом.

Модификации включают:

Ø удаление части полипептидной цепи (частичный протеолиз),

Ø ковалентное присоединение одного или нескольких низкомолекулярных лигандов,

Ø связывание между собой субъединиц олигомерного белка,

Ø приобретение белком нативной конформации (фолдинг).

Формируя третичную и четвертичную организацию в ходе посттрансляционных преобразований, белки приобретают способность активно функционировать, включаясь в определенные клеточные структуры и осуществляя ферментативные и другие функции.

Клетка как открытая система

а) Понятие об обмене веществ и его биологическая роль

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность физических и химических превращений, происходящих в живом организме и обеспечивающих его жизнедеятельность во взаимосвязи с внешней средой.

Обмен веществ выполняет 2 функции:

1. Обеспечение пластических нужд организма.

2. Обеспечение клетки энергией.

б) Ассимиляция и диссимиляция как основа самообновления систем

Ассимиляция – это совокупность процессов синтеза, в основе которой лежит усвоение организмом веществ и образование из них свойственных ему органических соединений.

Биологическое значение – все процессы в клетке (синтез белка и НК, фотосинтез) идут с затратой энергии.

Диссимиляция – это процесс расщепления органических соединений с целью обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией.

Биологическое значение – освобождение энергии, а также разрушение веществ, вредных для организма.

в) Этапы метаболизма и их характеристика

1. Подготовительный этап – переработка пищевых веществ в органах пищеварения.

2. Межуточный (промежуточный) – перенос в клетку. Связь между метаболических путем всех веществ.

Метаболический путь – это характер и последовательность химических превращений химического вещества в организме.

Субстраты – это вещества, поступающие с пищей, которые необходимо расщепить. Образуются промежуточные вещества – метаболиты.

3. Образование и выделение продуктов метаболизма (азот-через мочу, кожу; углерод и углекислый газ – легкие; ворород – легкие, кожа, моча).

Ко-А связывает в единый «метаболический котел» углеводный, белковый и жировой обмены.

Метаболический котел – образование общих промежуточных веществ в процессе межуточного обмена углеводов, жиров и белков, которые и обеспечивают взаимосвязь между обменом углеводов, жиров и белков.

Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот/лимонной кислоты) – это конечный путь окисления топливных молекул (глюкозы), углеводов, жирных кислот и аминокислот. Действует только в аэробных условиях. Так же он поставляет промежуточные продукты для биосинтеза.

г) Способы поступления веществ в клетку

1) Пассивный – без использования энергии и по градиенту концентрации

1.1.  Диффузия:

а) Облегченная – по градиенту концентрации - из большего в меньшее:

б) Простая – самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентрацией вещества через участок мембраны – липидный бислой.

1.2. Осмос – диффузия воды через мембрану из менее концентрированного в более концентрированный раствор.

2) Активный – без учета градиента концентрации:

Активный – это перенос отдельных ионов вопреки концентрационному и электрическому градиентам с помощью специальных ионных насосов, а также с помощью эндоцитоза, экзоцитоза и трансцитоза:

а) Эндоцитоз – вещество извне поступает внутрь за счет выпячивания мембраны

· пиноцитоз – растворенные вещества;

· фагоцитоз – твердые вещества;

б) Экзоцитоз – вывод веществ из клетки;

д) Биологическая роль белков, липидов, полисахаридов и воды в обмене веществ и энергией

Углеводы – природные органические соединения Сm(H2O)n.

- являются источником энергии большинства клеток организма

- в процессе окисления 1г освобождается 17,6 кДж/моль

- важная роль для процесса осмоса

- обезвреживание химических веществ в печени

- иммунологическая защита организма

Жиры – органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и односоставных жирных кислот (триглицериды), относящиеся к сложным липидам.

- один из основных компонентов клетки и тканей живых организмов

- основной источник энергии в клетке

- при расщеплении 1г выделяется 38, 9 кДж/моль

- источник эндогенной воды 100г = 107 мл воды

- термоизоляция

- пластические функции. Взрослому человеку необходимо 70-80г жиров в сутки

Белки – высокомолекулярные органические соединения, биополимеры, построенные из 12 видов альфа-аминокислотных остатков, соединенных в определенной последовательности в длинные цепи.

- каталитическая (ферментативная) роль – биологические ферменты ускоряют химические реакции в 10-100 тыс раз

- источник энергии

- при полном расщеплении 1г выделется 17,6 кДж/ моль

Вода

- составляет основу внутренней среды 60-65% организма

- гуморальная связь между клетками

- универсальный растворитель органического вещества