Пластический обмен. Биосинтез белка
Этапы биосинтеза белка.
1) Синтез и-РНК. Происходит в ядре - информация с гена ДНК переписывается на и-РНК происходит транскрипция. Молекула и-РНК несет информацию одного гена. Ген состоит из нескольких сот нуклеотидов. Содержит информацию о структуре одного белка.
2) Соединение аминокислот с молекулами т-РНК (процесс происходит в цитоплазме). Т-РНК состоит из 70-80 нуклеотидов. В её цепочке имеются нуклеотидные звенья комплементарные друг другу(А-Т, Г-Ц). при соединение они слипаются образуя структуру виде листа клевера. К «черешку» присоединяются аминокислоты, а к «верхушке» кодовые триплеты нуклеотидов. Для каждой из 20 аминокислот существует своя т-РНК.
3) Сборка белка происходит в рибосомах и-РНК образует комплекс полирибосома. Т-РНК с аминокислотами подходят к рибосомам и своим кодовым концом дотрагиваются до триплета нуклеотид и-РНК, которая происходит в рибосомах, а это время противоположный т-РНК попадает вместо сборки белка и если кодовый триплет т-РНК окажется комплементарным и-РНК аминокислота отделяется от т-РНК и попадает в состав белка а рибосома делает шаг на один триплет по и-РНК
Неорганические вещества клетки
В живых органах обнаружено примерно 80 хим элементов.
По количественному соединений они делятся на три категории:
1) Макроэлементы - кислород, углерод, водород, азот, фосфор, натрий, хлор, калий, кальций, железо, магний, сера. Они входят в состав молекул органических и минеральных веществ клетки.
2) Микроэлементы - цинк, марганец, медь, купрум, кобальт, малипден. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов.
3) Ультрамикраэлементы - золото, уран, радий
Вода составляет 70-80% от массы организма. Молекулы воды полярные, являются диполями. Способна соединятся с помощью водородной связи. Вода хороший растворитель. Все химические реакции водорода происходят в водной среде организма. Неполярные вещества или участки гидрофобные - отталкиваются водой и в её присутствии притягиваются друг к другу. Это свойство обеспечивает стабильность мембран, белков, молекул.
Служит транспортом различных веществ.
Обладает большой теплоемкостью, благодаря чему биохимические процессы протекают в меньшем интервале температур и с постоянной скоростью.
Обладает большой температурой испарения которая сопровождается охлаждение(потоотделением у животных, транспирация у растений).
Вода играет важную роль в осмотическом поступление веществ и поддерживает тургор клетки. так же участвует в метаболизме, гидролизе, выделении кислорода в процессе фотосинтеза.
2. Деление клетки. Митоз
Увеличение количества клеток начинается с деления клетки. Перед делением хромосомы изменяются и происходят редупликация(удвоение) ДНК.
Эти свойства характерны для клеток прокариот и эукариот. Промежуток между делениями клеток называют клеточным циклом, он у разных клеток бывает разным. Например, у клеток бактерий -- 20--30 мин, простейших - 40-50 мин, у инфузорий процесс деления происходит в сутки 1-2 раза, у амебы - 1 раз. Отсюда вытекает, что продолжительность клеточного цикла зависит от вида организма и окружающей его среды.
Клетки делятся тремя способами: 1) митоз, или сложное деление; 2) амитоз, или прямое деление(простейшие); 3)мейоз - сложное деление (половые клетки).
Деление клеток тела происходит в три этапа: деление ядра - кариокинез, деление цитоплазмы - цитокинез, подготовка к делению - интерфаза.
Интерфаза. Она состоит из трех периодов: 1) период перед синтезом (джи один); 2) период синтеза ДНК (S); 3) период после синтеза(джи два).
1) Период перед синтезом(G1). Накапливаются необходимые для деления клетки вещества: нуклеотиды, аминокислоты, ферменты, молекулы АТФ.
2) Период синтеза(S). Синтезируются молекулы ДНК, их количество увеличивается вдвое. Так же синтезируются РНК и молекулы белка. Каждая удвоенная хромосома состоит из двух частей хроматидами.
3) Период после синтеза(G2). Продолжается синтез РНК и молекулы белка. Накапливается энергия, которая далее растрачивается на процесс митоза.
Митоз - это способ деления клетки, когда из материнской образуются две дочерние клетки. набор хромосом в них не меняется. При таком деление хромосомный набор сохраняется.
| Фазы делания | Митоз | |
| профаза | 1)Спирализация хромосом, в результате чего становятся видимыми. 2) каждая хромосома состоит из двух хроматид растворимые ядерной мембраны. 3) образование веретена деления. | |
| метафаза | 1)расположение хромосом по экватору 2)нити веретена деления прикрепляются к центрометрам. | |
| анафаза | 1)деление цетромер 2)отдельные хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. | |
| телофаза | 1)разошедшиеся хроматиды деспирализуются 2) на экваторе докладывается клеточная мембрана 3)растворяются нити веретена деления 4) образуются две дочерние диплоидные клетки | |
3) Селекция животных
Основу селекции животных составляет наследственная изменчивость и естественный отбор. Селекция животных имеет свои особенности - это размножение животных только половым путем, немногочисленность потомства, ценность для селекции представляет каждая отдельная особь.
Методы скрещивания, применяемые в селекции животных. Применяются три вида: родственное, неродственное и отдаленное. При родственном скрещивании используют близкородственных животных или родителей и потомство. Такой вид скрещивания используют, что бы привести признаки и свойства, определяемые рецессивным геном перевести в гомозиготное состояние. У близкородственных животных строение генов сходно в большинстве случаев бывает гомозиготным. Родственное скрещивание применяют в селекции для стабилизации приемлемых в хоз-ве, признаков и свойств. Иногда после скрещивания наблюдается неустойчивость животных к внешним факторам, чтобы предотвратить это нежелательное явление, надо проводить отбор наиболее полезных, ценных хозяйственных признаков.
Неродственное скрещивание применяется между особями одной породы или животными разных пород. Здесь лучшие качества родительских форм отбираются и передаются из поколения в поколения.
Отдаленное скрещивание. При межвидовом скрещивание в селекции животные не дают потомства, потому что полиплоиды у животных с удвоением хромосом невозможно. Но такие породы имеют большое значение в хозяйстве: скрестив кобылу с ослом, получили мула. У них наблюдается явление гетерозиса, они выносливы, сильны, продолжительность жизни превышает родительскую, но бесплодны. Также скрестив двугорбого верблюда с одногорбым, получают гетерозисную форма.
Успехи казахстанских селекционеров. применяя вышеназванные методы, ученые Казахстана Ермеков, Бальмонт, Попов, Медеубеков, Еламанов, Пак, Мусин, Галиакберов вывели множество новых пород сельскохозяйственных животных. Под руководством Бальмонта в стране вывели первую мясошерстную породу овец - казахская тонкорунная овца. Она дает большой настриг шерсти и высокопродуктивна. При участии Еламанова и Медеубекова и других ученых была выведена новая порода овец, приспособленная к суровым климатическим условиям Северного Казахстана - северо-казахстанский меринос.
1) Рибонуклеиновые кислоты
Молекула РНК - такой же полимер, как ДНК, в роли его мономеров выступают нуклеотиды: аденин, гуанин, цитозин и урацил вместо тимина, сахар - рибоза. В РНК одна цепь нуклеотидов. По выполняемым функциям РНК подразделяются на три вида:
1) Информационная - и-РНК
2) Транспортная - т-РНК
3) Рибосомальная - р-РНК
Транспортная РНК встречается в ядре клетки, и в протоплазме. В ядре клетки объем т-РНК составляет 10%, молекулярная масса - 25000, хорошо растворяется в воде. Основная функция - перенос аминокислот к рибосомам при синтезе т-РНК, поэтому их количество также равно 20. Цепочка молекулы т-РНК, состоит из 70-80 нуклеотидов, которые соединяются водородными связями, образуют длинную цепь, составляя первичную структуру.
Информационная РНК составляет 5% от общего количества РНК клетки. молекулярная масса варьирует от 300 тыс. до 2-4 млн. способна синтезироваться и распадаться. По окончании биосинтеза белка и-РНК распадается, поэтому необходимая и-РНК сохраняется в клетках бактерии в течение5 мин, в клетках животных - 12 - 16 ч, а в некоторых клетках до нескольких дней. Синтезируется с участием фермента РНК-полимеразы на определенном участке цепи молекулы ДНК.
Рибосомная РНК. Р-РНК составляет 85% всей РНК клетки. этот вид рибонуклеиновой кислоты содержится в органоидах - рибосомах. Молекулярная масса составляет 300000 - 700000. Принимает непосредственное участие в синтезе белка.
Каждая из вышеперечисленных РНК бывает трехструктурной. Первичная - это последовательность расположения остатков нуклеотидов, вторичная - свертывание полинуклеотидной цепочки. Третичная структура зависит от воздействия внешних факторов (концентрации солей, температуры).
Для РНК приемлемо только одно правило Чаргаффа: сумма аденина и цитозинв равно сумме гуанина и урацила
Источником энергии является аденозинтрифосфорная кислота - АТФ.
2) Двойное оплодотворение цветковых растений
Двойным оплодотворением называется одновременное развитие зародыша из клетки с диплоидным набором хромосом и образование эндоспермной оболочки из клетки с триплоидным набором хромосом.
Развитие женских половых клеток. Развивается в завязи, где расположен зародышевый мешок. Созревшая в зародышевом мешке яйцеклетка в результате двух мейотических делений образует восемь клеток с гаплоидным набором. Три погибают, оставшаяся трижды делится путем митоза и образует восемь клеток с гаплоидным набором. Пять клеток из восьми участвуют в образовании оболочки, одна клетка из оставшихся трех превращается в яйцеклетку. Оставшиеся две клетки, сливаясь с набором гаплоидных хромосом, превращаются в клетку с диплоидным набором. Созревшая таким путем яйцеклетка с гаплоидным и диплоидным набором готова к оплодотворению.
Развитие мужских гамет (спермии). Мужские гаметы развиваются в пыльцевой трубке пыльника. Клетка делится дважды путем мейоза, образует четыре клетки с гаплоидным набором, одна из которых делится по митозу и образуется две дочерние клетки. одна из дочерних клеток называется вегетативной, вторая - генеративной. Генеративная клетка путем митоза делится на две и превращается в спермии. Таким образом, в пыльцевой трубке образуются две клетки: вегетативная, которая дает пыльцевую трубку, и генеративная, которая образует два спермия с гаплоидным набором. Созревший спермий оплодотворяет яйцеклетку с гаплоидным набором и образуется зародыш с диплоидным набором. Второй спермий, оплодотворив яйцеклетку с диплоидным набором хромосом, превращаются в клетку с триплоидным набором. Из клеток с триплоидным набором развивается эндосперм, используемый как питательное вещество для развивающегося з ародыша. Эндосперм содержит питательные вещества - белки, жиры, углеводы.
Генетика человека
Все законы наследственности и изменчивости применимы и к человеку. В плане наследственности и изменчивости человек не имеет особых отличий от животных, так как относится к одному из видов живого. Наследственные свойства передаются из поколения в поколение генами в составе хромосом. Отличие человека от животного - наличие второй сигнальной системы и его сознательность, что дает возможность больше приспособится к внешней среде. Позднее половое созревание, наличие большого кол-во хромосом, невозможность проведение опытов на человеке мешают рассматривать человека как генетический объект. Но, не смотря на это, имеется ряд методов изучение наследственности человека. Это генеалогический, цитогенетический, близнецовый, онтогенетический, популяционный и биохимический методы.
1) Генеалогический - в его основе лежит изучение наследования болезней, по его родословной. Некоторые признаки и свойства передаются любому из поколений путем доминантного наследования, подчиняясь законам Менделя. Например полидактилия(многопалость), пигментация кожи, катаракта, черный цвет волос и др. так же таким методом было установлено что признаки такие как музыкальность красноречие, склонность к математике, определяется наследственными факторами. Благодаря генеалогическому методу доказано наследование множества заболеваний, одно из них гемофилия. По данному заболеванию составлена генеалогическая схема родословной английской королевы Виктории. Выяснилось, что Виктория и её муж были здоровы, никто из их предков не страдал данным заболеванием. Видимо, произошло мутация в половых клетках одного из родителей Виктории, в связи, с чем она стала носительницей гена гемофилии, распространяя её среди потомства. Все мужчины её потомства, получили Х-хромосому с мутантным геном, болели гемофилией.
2) Цитогенетический метод. Данный метод применяется при цитогенетическом анализе кариотипа здорового или больного человека. Используя цитогенетический метод, впервые в 1956 г. Дж. Тийо и А. Леван открыли в соматических клетках человека 22 парные аутосомы и одному пару половых хромосом при нормальных условиях организма. При изучении генетики пола был доказаны гетероморфность мужских половых клеток (XY) и гомоморфность женских(XX)
3) Близнецовый метод. Встречается часто. Рожденные близнецы могут быть однояйцовые и разнояйцовые. Однояйцовые развиваются из оплодотворенной одним сперматозоидом яйцеклетки. Такие близнецы абсолютно похожи, потому что у них один генотип. Разнояйцовые близнецы не обязательно похожи. Связано это с различным генотипом яйцеклетки и сперматозоида. Такой метод позволяет выявить предрасположенность ктаким наследственным заболеваниям (шизофрения, эпилепсия, гемофилия и др.).
4) Онтогенетический метод определяет наличие или отсутствие наследственных изменений в ходе (индивидуального развития) человека. С помощью такого метода можно определить наследственные заболевания не только с гомозиготным рецессивным геном, но и в гетерозиготном организме, хотя редко. Например, шизофринию определяет рецессивный ген. Если человек получает от обоих родителей такой ген, рецессивную гомозиготу(аа), то болезнь проявиться. Значение онтогенетического метода заключается в том, что в ходе онтогенеза, при определении рецессивного гена - носителя болезни, возникакет возможность предупредить появление потомства с тяжелыми заболеваниями.
5) Популяционный метод. с помощью этого метода исследуется частота распространения в популяции человека различных наследственных изменений. В различных популяциях человека распространение наследственных изменений. в разных популяциях человека распространение наследственной изменений происходит по разному. Например, у местных жителей островов Мариан и Гуам смертность от заболевания склероза нервных клеток в 100 раз выше по сравнению с другими. Среди обследованных 2000 жителей села, расположенного у реки Роне в Швейцарии, 50 человек оказались глухонемыми, 200 человек - глухими. Причина в изолированности популяции в связи с отсутствием миграции, что ведет к близкородственным бракам.
6) Биохимический метод. различные наследственные изменения человека напрямую связанны с нарушением обмена веществ в клетке. К примеру, имеются изменения в молекуле ДНК - это говорит об изменении гена, потому что сам ген состоит из этого ДНК. Такое изменение наследуется. Такой метод имеет большое практическое значение. Например, что бы определить родителей ребенка проводят анализ ДНК. Например «золотой человек», пролежав долгое время под вечной мерзлотой, сохранил фрагменты ткани. При сравнении ДНК его ткани с ДНК современного казаха было обнаружено сходство. Это доказывает, что нашими предками являются саки, гунны.
1) Пластиды мембранные органоиды
Пластиды - основной органоид клеток растений. Существует три вида пластид: зеленые - хлоропласты; красные, оранжевые, желтые - хромопласты; бесцветные - лейкопласты. С изменением времени года могут переходить из одного цвета в другой, генетический тесно взаимосвязаны. Хлоропласты - двухмембранные органоиды.
По форме овальные, их длина 5-10 мкм, ширина 2-4 мкм. Количество зависит от вида растений, толщина составляет 7 мкм. Внутри хлоропласта бывает множество широкомембранных тилакоидов и составляющих его матрицу белков стром. Благодаря пигментам хлорофилла, расположенным только в кранах мембран, протекает фотосинтез. В матриксе хлоропластов имеются нуклеиновые кислоты - ДНК, РНК, рибосомы. Хлоропласты размножаются делением.
Хромопласты. В них находятся разные пигменты - красные, желтые, коричневые и др. бывают в клетках плодов, листьев, лепестках цветков, поэтому большое разнообразие окрасок хромопласта. Содержат пигменты - каротиноиды.
Лейкопласты. Округлые, бесцветные органоиды, внутренняя мембрана образует два три выроста, на свету превращаются в хлоропласты. Место запаса питательных веществ (крахмал). Крахмал питательное вещество, образованное ферментами амилосинтетазы, проникающими из глюкозы в лейкопласты. Находятся в тканях половых клеток, цитоплазмах спор и материнских гамет, семенах, плодах, корнях и эпидермисе однодольных растений.
2) Энергетический обмен клетки или дыхание организма
Основоположниками учения о процессе дыхания считаются М.В. Ломоносов(1757 г) и А. Л. Лавуазье. Они определили горение как процесс соединения предмета горения с кислородом в воздухе. При соединение вещества с кислородом идет процесс окисления, при разъединении с ним - процесс расщепления - такие реакции называют биологическим окислением. Процесс дыхания кратко можно описать так: C6H12O6 + 6O26CO2 + 6H2O + 2881 кДж\моль. Данное равенство указывает на сходство процесса горения и дыхания. Несмотря на одинаковое энергетическое назначение, процессы горения и дыхание органических веществ имеют ряд отличий:
1) горение протекает при высокой t, а клеточное дыхание - при постоянной t(36,5 - 37).
2) При сгорании энергия выделяется в виде теплоты, при биологическом окислении она образует как макроэргическое фосфорное соединение.(АТФ, НАДФ*Н, ФАД*Н)
3) В процессе горения энергия выделяется сразу же, в биологическом окисления выделяется постепенно, в малых кол-вах.
4) Процесс горения не происходит в водной среде, биологическому окислению вода необходима.
Этапы обмена веществ.
1. Подготовительный - протекает в пищеварительном тракте, в лизосомах. Происходит расщепление высомолекулярных веществ до низкомолекулярных: белки до аминокислот + теплота, полисахариды до глюкозы + теплота, жиры до глицерина и высших жирных кислот. Выделяется не большое кол-во энергии.
2. Гликолиз(безкислородный) протекает в цитоплазме. Ферментативное расщепление глюкозы - брожение. Брожение происходит в мышцах
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДА 2С3Н6О3+2Н2О + 2АТФ
Выделяется 60% энергии тепловой и 40% синтез молекул АТФ.
3. Гидролиз. Биологическое окисление - расщепление, дыхание. Осуществляется в митохондриях в матриксе. Образовывает СО2 в результате окисления молочной кислоты под действием ферментов. Атом водорода с помощью ферментов переносчиков поступает во внутреннюю мембрану митохондрия, образовывая кристы.
3) Онтогенез - индивидуальное развитие организма
После оплодотворения клетки начинается индивидуальное развитие организма - онтогенез. Он состоит из двух периодов: эмбриональный и постэмбриональный.
Эмбриогенез - развитие эмбриона с момента образования зиготы до рождения.
Постэмбриогенез - развитие после рождения до смерти.