Общая_биология._Раздел_1_2_Метаболизм.pdf

Transcript

1. РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ ТЕМА 2. МЕТАБОЛИЗМ ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В КЛЕТКЕ. ПЛАСТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. ПРОЦЕССЫ РЕДУПЛИКАЦИИ И ТРАНСКРИПЦИИ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. ФОТОСИНТЕЗ: ТЕМНОВАЯ И СВЕТОВАЯ СТАДИИ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В КЛЕТКЕ. ГЛИКОЛИЗ И ДЫХАНИЕ. РОЛЬ МИТОХОНДРИЙ.
2. МЕТАБОЛИЗМ (ОБМЕН ВЕЩЕСТВ) • Это поступление в организм питательных веществ из окружающей среды, их превращение и вывод из организма в виде продуктов жизнедеятельности. 2
3. ПЛАСТИЧЕСКИЙ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН — ОСНОВА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМОВ • Энергетический обмен – это совокупность реакций распада – диссимиляция=катаболизм. Распад сложных веществ до более простых с образованием энергии. • Пластический обмен – это совокупность реакций синтеза – ассимиляция = анаболизм. Образование сложных веществ из простых с затратой энергии. 3
4. ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ • Закон сохранения энергии • Закон энтропии + • Закон сохранения вещества 4
5. ПОНЯТИЕ ОБ ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМАХ • Система – совокупность взаимосвязанных действующих элементов, организованная для определенной цели и по отношению к внешней окружающей среде. • По признаку взаимодействия с окружающей средой системы подразделяются на открытые и закрытые • Закрытая система не обменивается веществом и энергией с окружающей средой. • Открытая система обменивается с окружающей средой веществом и энергией. 5
6. ЧЕЛОВЕК – ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА 6 Кишечник -распад БЛУ до мономеров Ткани -потребление Е + синтез БЛУ мономеры Продукты распада биополимеры Q Q Q Q -Расщепление БЛУ + выделение Е
7. ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА • Мишер, 1868 – открыл нуклеиновые кислоты • Уотсон и Крик (+ Розалинд Франклин), 1953 – двойная спираль 7
8. СТРОЕНИЕ НУКЛЕОТИДА. КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ. 8
9. ДНК - ЭТО • Типичный биополимер. Её мономером является нуклеотид. • Нуклеотиды в пределах одной цепи последовательно соединяются с помощью фосфодиэфирных связей • Две цепи в пределах одной молекулы ДНК комплементарны. Цепи соединяются между собой водородными связями. • Вторичная структура ДНК – это двойная спираль. Она стабилизируется с помощью водородных связей между соседними витками. 9
10. ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ ДНК. СВЯЗИ. 10
11. ДНК В ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКЕ НАХОДИТСЯ В ХРОМОСОМАХ • ДНК имеет множество уровней компактизации (длина ДНК единственной клетки человека – 2 метра); • Нуклеосомный, нуклеомерный, хромомерный, хромонемный, хромосомный 11
12. ВСПОМНИМ О ЯДРЕ? • Кариолемма • Кариоплазма • Эу- и гетерохроматин • Ядрышко 12
13. ФУНКЦИИ ДНК • Хранение • Передача • Реализация Наследственной информации 13
14. РЕП(ДУП)ЛИКАЦИЯ ДНК • ДНК передаётся от материнской клетки к дочерней, от поколения к поколению с помощью репликации – процесса самоудвоения. При этом происходит: • 1) Расхождение двух цепей • 2) Достраивание второй цепи на каждой из двух «родительских» по принципу комплементарности • МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ (от лат. mater — основа, мать) — синтез с использованием матрицы, - основы. Матрица – готовая структура, в соответствии с которой синтезируется новая структура. В клетке происходит три типа реакций матричного синтеза – репликация, транскрипция, трансляция. 14
15. РЕПЛИКАЦИЯ ДНК 15
16. ТРАНСКРИПЦИЯ • «переписывание» • Это процесс переноса генетической информации с ДНК на РНК. • Происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; 16
17. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК-полимераза «расстёгивает» двойную цепь ДНК. иРНК может синтезироваться только на одной из цепей, которая называется «смысловой». Это тоже происходит в результате подбора комплементарных рибонуклеотидов. После определённых пост- трансляционных модификаций иРНК выходит из ядра, где служит матрицей для трансляции. A->У Т->А Г->Ц Ц->Г Урацил: 17
18. ТРАНСЛЯЦИЯ - ЭТО • Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. 18
19. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД *Триплетность генетического кода предсказана математикой **Первым расшифрованным кодоном стал UUU (фенилаланин) 19
20. СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА • Кодон=триплет нуклеотидов • 1) триплетность • 2) однозначность • 3) вырожденность • 4) универсальность • 5) неперекрываемость - кодоны следуют друг за другом, не перекрываясь • 6) между кодонами (но не между генами) отсутствуют знаки препинания. В конце каждого гена стоит один из трёх стоп-кодонов УАА. УАГ. УГА. • 7) В начале каждого гена стоит АУГ – единственный кодон для метионина. 20
21. ВИДЫ РНК • В клетке существует три основных вида РНК: • 1) рибосомальная – рРНК, входит в состав рибосом • 2) матричная, или информационная – мРНК/иРНК, служит матрицей для синтеза белка • 3) транспортная – тРНК, служит переносчиком аминокислот. ВСЕ ТРИ ВИДА РНК ИГРАЮТ ГЛАВНЫЕ РОЛИ В ПРОЦЕССЕ СИНТЕЗА БЕЛКА 21
22. ФУНКЦИИ РНК • Информационная (матричная) • Транспортная • Структурная • Синтетическая (участие в процессе биосинтеза белка, репликации) • Кроме того, у РНК есть регуляторная функция (другие виды РНК) • Функция хранения и передачи наследственной информации (вирусы) ГИПОТЕЗА РНК-МИРА 22
23. ТРАНСЛЯЦИЯ (БИОСИНТЕЗ БЕЛКА) • Итак, матричная РНК попала в цитоплазму. Здесь рибосома, распознав определённые сигналы, собирается на ней таким образом, чтобы мРНК оказалась между двух её субъединиц, и начинается синтез белка. 23
24. ТРНК – «ЛИСТ КЛЕВЕРА» 24
25. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. ТРИ ЭТАПА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В КЛЕТКЕ ЧЕЛОВЕКА. • Энергетический обмен – это совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Эта энергия частично выделяется в виде тепла, частично запасается в универсальных формах, например, АТФ. • Подготовительный этап (без обр-я АТФ) • Бескислородное окисление • Кислородное окисление 25
26. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП. РОЛЬ ЛИЗОСОМ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНОМ ЭТАПЕ. • Белки -> аминокислоты • Липиды -> глицерин + жирные кислоты • Полисахариды -> моносахариды • Нуклеиновые кислоты -> нуклеотиды 26
27. БЕСКИЛОРОДНЫЙ ЭТАП - ГЛИКОЛИЗ • Гликолиз: процесс окисления глюкозы, при котором из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты. • Анаэробный этап окисления глюкозы • Протекает с затратой 2- молекул АТФ, с образованием 4х молекул АТФ • Цитоплазматический • Универсальный • С6 H12 O6 + 2НАД++Н2 → 2 C3 H4 O3 + 2НАДH + 2АТФ+2Н+ 27
28. ГЛИКОЛИЗ 28 • 10 ферментов, растворённых в цитоплазме • Основной потребитель глюкозы у человека – МОЗГ • Энергетический выход – 2 молекулы АТФ на 1 молекулу глюкозы
29. ДЫХАНИЕ - ЭТО • Практически любой процесс, при котором окисление органики ведёт к выделению химической энергии. • Внешнее и внутреннее • Аэробное и анаэробное 29
30. ПОСЛЕ ГЛИКОЛИЗА • Пируват декарбоксилируется до ацетил-КоА с выделением НАДН. 30
31. КИСЛОРОДНЫЙ ЭТАП • Цикл Кребса - в матриксе • + • Электрон-транспортная цепь – на кристах
32. АЭРОБНОЕ ДЫХАНИЕ. ЦИКЛ КРЕБСА (ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ) • Пируват далее декарбоксилируется до ацетил-КоА с выделением НАДН. Ацетил-КоА попадает в цикл Кребса, где реагирует с оксалоацетатом (щавелевоуксусной кислотой), затем происходит ступенчатое декарбоксилирование и возврат к оксалоацетату. 32
33. БАЛАНС ЦИКЛА КРЕБСА • Ферменты цикла Кребса существуют внутри митохондрий (в матриксе) в виде мультиферментных комплексов • за один цикл образуется 2 молекулы CO2 , 3 НАДН, 1 ФАДH2 и 1 ГТФ (или АТФ) • В процессе окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи из 1молекулы НАДН образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН2 - 2 АТФ. Из 1 ГТФ, образующейся в ЦТК за счет субстратного фосфорилирования, синтезируется 1 АТФ. • Таким образом, при окислении 1 молекулы глюкозы в гликолизе + ЦТК на последующей стадии (в ДЦ) образуется 38 АТФ. • Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед 33
34. ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ (ЭЛЕКТРОН-ТРАНСПОРТНАЯ, ЭТЦ) 34 Окислительное фосфорилирование – это сопряжённая работа ЭТЦ и АТФ-синтазы Баланс: на каждые условно выделившиеся 6 протонов и 6 электронов выделяются 2 молекулы воды за счёт траты 1 молекулы О2 и 10 молекул НАД∙Н
35. РОЛЬ МИТОХОНДРИЙ В ПРОЦЕССЕ ДЫХАНИЯ 35
36. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ПОЛНОГО ЦИКЛА РАЗЛОЖЕНИЯ 1 МОЛЕКУЛЫ ГЛЮКОЗЫ В ПРОЦЕССЕ ДЫХАНИЯ • 1. Гликолиз. Окисление 1 глюкозы до 2 ПВК, с образованием 2 АТФ (сначала 2 АТФ затрачиваются, затем 4 образуются) и 2 НАДН; • 2. Превращение 2 ПВК в 2 ацетил-КоА с выделением 2 СО2 и образованием 2 НАДН; • 3. ЦТК. Окисление 2 ацетил-КоА с выделением 4 СО2 , образованием 2 ГТФ (дают 2 АТФ), 6 НАДН и 2 ФАДН2 ; • 4. ЭТЦ. Окисление 10 НАДН, 2 ФАДН2 с участием 6 О2 , при этом выделяется 6 Н2 О и синтезируется 34 АТФ. • В результате аэробного окисления глюкозы образуется 38 АТФ, из них: 2 АТФ в гликолизе, ещё 2 – в ЦТК при субстратном фосфорилировании, и 34 АТФ – в ЭТЦ, при окислительном фосфорилировании НАДН, образовавшихся на предыдущих этапах. 36
37. ФОТОСИНТЕЗ • Смысл фотосинтеза: превращение солнечной энергии в энергию химических связей. Образование органических веществ из неорганических. 37
38. СВЕТОВЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА • Всё начинается с возбуждения электрона хлорофилла фотоном • H2 O->H++OH- (фотолиз воды) • Возбуждённый электрон проходит по цепи цитохромов в мембранах тилакоидов; за счёт высвобождаемой при этом энергии протоны проходят через мембрану хлоропласта наружу, создавая мембранный потенциал на тилакоидах • АТФ образуется при фотофосфорилировании, по такому же принципу, как в ЭТЦ. Снаружи оказывается атомарный водород, который улавливается НАДФ+: e+H+=H* • От гидроксила отщепляется электрон, который восстанавливает хлорофилл • Из гидроксильного радикала образуются вода и кислород: : 4OH-->4e-+O2 +2H2 O • Суммарно: 2Н2 О+2НАДФ->НАДФ*Н+3АТФ+О2 +Н+ 38
40. ТЕМНОВЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА – ЦИКЛ КАЛЬВИНА • Рибулозобисфосфаткарбоксилаза (РУБИСКО) – самый распространённый фермент на Земле, он и фиксирует углекислый газ, присоединяя его к молекуле рибулозодифосфата • Основным продуктом цикла Кальвина является глицеральдегид-3-фосфат. Он служит субстратом для синтеза глюкозы и для регенерации рибулозодифосфата. 40
41. СУММАРНЫЕ РЕАКЦИИ ФОТОСИНТЕЗА 41
43. УГЛЕРОД И ЭНЕРГИЯ. РАЗНООБРАЗИЕ ОРГАНИЗМОВ: АВТОТРОФЫ, ГЕТЕРОТРОФЫ. 43 Е С Фототрофы – фотосинтезирующие – используют энергию света Хемотрофы – используют химическую энергию Автотрофы - используют CO2 (неорганическое соединение) Все зелёные растения, цианобактерии, фотосинтезирующие бактерии Нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии Гетеротрофы Пурпурные бактерии Животные, грибы, растения- паразиты
44. ХЕМОСИНТЕЗ - • Способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений. • У бактерий и архебактерий (нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии, водородные бактерии) • Значение: круговорот азота (окисление аммиака до азотистой кислоты), окисление сероводорода до серы и серной кислоты – разрушение горных пород, выщелачивание руд, окисление железа до болотной железной руды Fe(OH)3 44
45. ДОМАШНЯЯ РАБОТА • 2055940 – Метаболизм • 2055948 – функции веществ и органелл • 2056019 – эксперименты и соответствия