• профаза І: спіалізація хромосом, хроматиди не розділяються і відбувається кон’югація та кросинговер, розходження хроматид та утворення тетрад, початок утворення веретена поділу;

• м

  Стадії мейозу

  етафаза І: прикріплення ниток веретена поділу до центромер гомологічних хромосом, які знаходяться не в екваторіальній площині клітини, а по обидва боки від неї;

• анафаза І: гомологічні хромосоми рухаються до полюсів клітини, вони складаються з двох хроматид, утворення гаплоїдного набору хромосом у кожному з полюсів клітини;

• телофаза І: формування ядерної оболонки, деспіралізація хромосом та поділ цитоплазми (у багатьох рослин поділ цитоплазми може не відбуватися;

• інтерфаза: короткотривала або відсутня, подвоєння ДНК не відбувається;

• профаза ІІ: спіралізація хромосом, кожна з яких складається з двох хроматид, зникнення ядерець, руйнування ядерної оболонки, формування веретена поділу, хромосоми рухаються до екваторіальної площини клітини;

• м

  Схема мейозу

  (Сперматогенез)

  етафаза ІІ: завершення спіралізації хромосом та утворення веретена поділу, нитки веретена поділу приєднуються до центромер хромосом;

• анафаза ІІ: хроматиди розходяться до полюсів клітини завдяки скороченню ниток веретена поділу;

• телофаза ІІ: хромосоми деспіралізуються, веретено поділу зникає, поділ цитоплазми.

11. Загальні уявлення про обмін речовин та перетворення енергії в організмі

Обмін речовин – загальна властивість всіх живих організмів, суть якої полягає в тому, що живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні речовини, використовують їх і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну.

Обмін речовин та енергії (метаболізм):

Пластичний обмін (асиміляція або анаболізм) – сукупність всіх реакцій біосинтезу	Енергетичний обмін (дисиміляція або катаболізм) – сукупність всіх реакцій розпаду речовин
Особливості: із простих органічних речовин синтезуються складні, що є будівельним матеріалом для клітини, відбувається з поглинанням енергії	Особливості: складні хімічні сполуки розпадаються до простих з виділенням енергії, яка забезпечує потреби клітини (біосинтез, поділ клітини, активний транспорт, осмос, механічна робота)

АТФ (аденозинтрифосфорна кислота) – універсальний акумулятор енергії, необхідна в метаболізмі клітини. АТФ складається з аденозину та трьох залишків фосфатної кислоти, кожний з яких приєднаний макроергічним (висоенергетичним) зв’язком. Після відщеплення від АТФ одного залишку фосфатної кислоти утворюється АДФ (аденозиндифосфорна кислота) та виділяється 40 кДж енергії і, навпаки, для приєднання до АДФ одного залишку фосфатної кислоти необхідно затратити 40 кДж енергії:

АТФ ↔ АДФ + Ф + 42 кДж

Етапи енергетичного обміну:

1 етап	Підготовчий – відбувається поза клітиною в травній системі, де складні органічні речовини розщеплюються на більш прості: білки – на амінокислоти, полісахариди – на моносахариди, жири – на гліцерин і жирні кислоти
2 етап	Безкисневий – відбувається в клітині на внут-рішньоклітинних мембранах з участю ферментів. Безкисневе розщеплення глюкози – гліколіз, при якому з однієї молекули глюкози утворюється дві молекули молочної кислоти та дві молекули води, а енергія, що при цьому вивільняється, акумулюється двома молекулами АТФ: С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О, а частина цієї енергії розсіюється у вигляді тепла
3 етап	Кисневе розщеплення (дихання) – це ряд ферментативних процесів, які відбуваються на мембранах мітохондрій. Кінцевий продукт гліколізу – молочна кислота проникає в мітохондрії і там руйнується під впливом ферментів: 2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ = 6СО2 + 36АТФ + 36Н2О Вуглекислий газ виділяється в навколишнє середовище, а атоми водню переносяться мембраною і окислюються під впливом ферментів: Но – е → Н+ Електрони і протони підхоплюються молекулами-переносниками і переправляються: електрони на внутрішній бік мембрани, де вони сполучаються з молекулами кисню; катіони Н+ переправляються на зовнішній бік мембрани. Зовні на мембрані нагромаджуються протони (Н+), а зсередини нагромаджуються аніони (ОН- ), як результат зростає різниця потенціалів. В деяких місцях мембрани є молекули ферменту, який синтезує АТФ. У молекулі ферменту є канал, через який можуть пройти катіони Н+. Це відбувається, коли різниця потенціалів досягне критичного рівня (200 мВ). Протони проштовхуються через канал і взаємодіють з киснем, енергія використовується на синтез АТФ. Сумарне рівняння розщеплення глюкози: С6Н12О6 + 6О2 + 38АДФ + 38Н3РО4 → 38АТФ + 6СО2 + 44Н2О

Бродіння – біохімічний процес розкладу органічних речовин (переважно вуглеводів) під впливом ферментів мікроорганізмів (дріжджів, бактерій, міцеліальних грибів). За утворенням кінцевих продуктів розрізняють: спиртове, оцтове, маслянокисле, пропіонове, молочнокисле, мурашине, метанове бродіння. Бродіння називають також анаеробним диханням, оскільки його здійснюють анаеробні мікроорганізми. Найпоширенішим є спиртове бродіння, яке відбувається за схемою:

Глюкоза → піровиноградна кислота → вуглекислий газ + етиловий спирт

Окрім того, під час такого анаеробного дихання енергія, яка утворюється в результаті розкладу глюкози акумулюється молекулами АТФ. Так під час розкладу одної молекули глюкози утворюється дві молекули АТФ.

Пластичний обмін

Біосинтез білка – процес утворення білків, характерних для даного організму під дією біокаталізаторів (ферментів). Найважливішу роль у процесі біосинтезу білка відіграють нуклеїнові кислоти – ДНК та РНК. На ДНК записана інформація про білки у вигляді певної послідовності нуклеотидів, яких є чотири: аденіловий (А), тимідиловий (Т), гуаніловий (Г) та цитидиловий (Ц). Три послідовно розміщені, нуклеотиди (триплет = три послідовно розміщені нуклеотиди) кодують одну амінокислоту.

Г ен – ділянка ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру білка.

Генетичний код – принцип запису інформації на ДНК. Генетичний код показує який триплет кодує кожну з двадцяти амінокислот. Таким чином знаючи послідовність нуклеотидів у ДНК, можна передбачити послідовність амінокислот у молекулі білка, а, отже, його структуру та функції:

Перша нітрат- на основа	Друга нітратна основа				Третя нітрат-на основа
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лец Лец	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир * *	Цис Цис * Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гіс Гіс Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Іле Іле Іле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асп Асп Ліз Ліз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Глі Глі Глі Глі	У Ц А Г

*Примітка: зірочкою позначені триплети, які кодують не амінокислоту, а знак закінчення синтезу поліпептидного ланцюга.

Властивості генетичного коду:

• триплетний – кожній амінокислоті відповідає три нуклеотиди і-РНК, розміщені у певній послідовності (кодон);

• однозначний – один триплет кодує лише одну амінокислоту;

• вироджений – одну амінокислоту можуть кодувати декілька різних триплетів, що підвищує надійність коду;

• універсальний – єдиний для всіх організмів, які існують на Землі;

• не переривається – кодони зчитуються один за одним з певної точки у певному напрямку (від 3' до 5' кінця молекули і-РНК);

• між генами існують „розділові знаки” або стоп-кодони – ділянки, які не несуть генетичної інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Такі кодони називають спейсерами. Наприклад, спейсерами є такі триплети: УАА, УАГ, УГА. Ці триплети позначають місця припинення синтезу даного білка.

Етапи біосинтезу білка

І етап	Транскрипція – передача інформації про структуру білка з молекули ДНК на і-РНК.
ІІ етап	Активація амінокислот. Цей процес відбувається в цитоплазмі.
ІІІ етап	Трансляція – синтез поліпептидних ланцюгів, що проходить на рибосомах. Причому по одній м-РНК може рухатися одночасно декілька рибосом (полірибосоми) та синтезуватися одночасно декілька поліпептидних ланцюгів.
ІV етап	Утворення вторинної та третинної структур білкової молекули, що відбувається за рахунок утворення водневих зв’язків між залишками амінокислот, відщеплення зайвих амінокислот, введення фосфатних, карбоксильних та інших груп, приєднання вуглеводів тощо. Для деяких білків характерна також четвертинна структура, якої білок набуває приєднуючи велику небілкову молекулу. Наприклад, кожна з чотирьох субодиниць гемоглобіну крові людини складається з білка глобіна та небілкової частини – гема, що являє собою порфіринову основу. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.

Фотосинтез – процес синтезу органічних сполук, який відбувається із використанням сонячної енергії за участю хлорофілу.

Фази фотосинтезу:

Світлова фаза – відбувається на мембранах особливих структур хлороплас-тів – тилакоїдів.	1. Фотони (енергія світла) збуджують молекули хлорофілу І та ІІ фотосистем. 2. Відбувається перетворення енергії електронів на енергію АТФ: фотофосфорилювання 3. Відбувається фотоліз води – руйнування молекул води під дією сонячних променів та утворення молекул кисню: 2Н2О → 4Н+ + О2 + 4е – 4. У фотосистемі І відбувається відновлення НАДФ+, універсального відновника: НАДФ+ + е – + Н+ → НАДФ•Н
Темнова фаза – відбувається у внутрішньому середовищі хлоропласта (матриксі). Реакції темнової фази можуть проходити як на світлі, так і за його відсутності.	Вуглекислий газ СО2 відновлюється до глюкози, приєднуючи гідроген, що віддає відновлений у світловій фазі НАДФ•Н та використовуючи енергію, що акумулювала АТФ також у світловій фазі фотосинтезу. Сполукою, що сприймає атмосферний СО2 є рибулозобіфосфат

Хемосинтез – синтез органічних речовин з неорганічних з використанням енергії хімічних реакцій. Так нітрифікуючі бактерії здатні окислювати аміак (NH₃) до нітратів (NO₃^–), ферумбактерії окислюють ферум (Fe²⁺ → Fe³⁺), сіркобактерії – сіркогідроген (H₂S) до сульфатів (SO₄^2–).