7. Как происходит в организмах процесс биосинтеза?

Наиболее важным процессом пластического обмена является биосинтез белка. Он протекает во всех клетках организмов.

Этапы биосинтеза.

Транскрипция – процесс биосинтеза всех видов РНК на матрице ДНК, который протекает в ядре.

Определенный участок молекулы ДНК деспирализуется, водородные связи между двумя цепочками разрушаются под действием ферментов. На одной цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарности из нуклеотидов синтезируется РНК-копия. В зависимости от участка ДНК таким образом синтезируются рибосомные, транспортные, информационные РНК.

Ц – А – Г – Г – Т – Ц – Т – А – Ц

участок молекулы ДНК

Г – Т – Ц – Ц – А – Г – А – Т – Г

Ц – А – Г – Г – У – Ц – У – А – Ц участок молекулы иРНК

После синтеза иРНК она выходит из ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка на рибосомы.

Трансляция – процесс синтеза полипептидных цепей, осуществляемый на рибосомах, где иРНК является посредником в передаче информации о первичной структуре белка.

Биосинтез белка состоит из ряда реакций.

1. Активирование и кодирование аминокислот. тРНК имеет вид клеверного листа, в центральной петле которого располагается триплетный антикодон, соответствующий коду определенной аминокислоты и кодону на иРНК. Каждая аминокислота соединяется с соответствующей тРНК за счет энергии АТФ. Образуется комплекс тРНК – аминокислота, который поступает на рибосомы.

2. Образование комплекса иРНК – рибосома. И РНК в цитоплазме соединяется рибосомами на гранулярной ЭПС.

3. Сборка полипептидной цепи. тРНК с аминокислотами по принципу комплементарности антикодона с кодоном соединяются с иРНК и входят в рибосому. В пептидном центре рибосомы между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, а освободившаяся тРНК покидает рибосому. При этом иРНК каждый раз продвигается на один триплет, внося новую тРНК – аминокислоту и вынося из рибосомы освободившуюся тРНК. Весь процесс обеспечивается энергией АТФ. Одна иРНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полисому, где идет одновременно синтез многих молекул одного белка. Синтез заканчивается, когда на иРНК начинаются бессмысленные кодоны (стоп-кодоны). Рибосомы отделяются от иРНК, с них снимаются полипептидные цепи. Так как весь процесс синтеза протекает на гранулярной эндоплазматической сети, то образовавшиеся полипептидные цепи поступают в канальца ЭПС, где приобретают окончательную структуру и превращаются в молекулы белка.

Все реакции синтеза катализируются специальными ферментами с затратой энергии АТФ. Скорость синтеза очень велика и зависит от длины полипептида.

8. Поясните, что такое Вселенная, каковы ее размеры, какие объекты ее составляют и какие модели развития Вселенной Вам известны.

Вселенная всеобъемлюща, в ней заключено абсолютно все, что есть на свете, - от мельчайших субатомных частиц до сверхскоплений галактик (самых больших из известных ныне объектов). Пределов Вселенной не знает никто, но, по оценкам ученых, в ней, вероятно около 100 млрд. галактик, содержащих в среднем по 100 млрд. звезд.

Самая распространенная точка зрения на возникновение Вселенной – теория Большого взрыва. Согласно этой теории, Вселенная появилась 10 – 20 млрд. лет назад в результате сильнейшего взрыва. Сначала это был огненный шар расширяющегося и остывающего газа. Примерно через миллион лет посоле взрыва газ, видимо, начал собираться в сгустки – протогалактики. Последующие 5 млрд. лет протогалактики все больше уплотнялись, образуя галактики, в которых рождались звезды. Даже сейчас, через миллиарды лет, расширение Вселенной в целом продолжается, хотя в локальных участках объекты удерживаются силами гравитации: например, многие галактики образуют скопления.

Теорию Большого взрыва подтверждает открытие слабого низкотемпературного фонового излучения, идущего равномерно со всех сторон. Считается, что это "отголосок" излучения, вызванного Большим взрывом. Малые колебания температуры фонового излучения свидетельствуют о слабых колебаниях плотности в начале развития Вселенной, приведших к образованию галактик. Астрономы пока не знают "замкнута" ли Вселенная (т.е. не будет ли она снова сжиматься) или "открыта" (и будет расширяться всегда).

В классической науке существовала так называемая теория стационарного состояния Вселенной, согласно которой Вселенная всегда была почти такой же, как и сейчас. Астрономия была статичной: изучались движения планет и комет, описывались звезды, создавались их классификации, что было, конечно, очень важно. Но вопрос об эволюции Вселенной не ставился.

Классическая ньютоновская космология явно или неявно принимала следующие постулаты:

• Вселенная – всесуществующая, "мир в целом". Космология познает мир таким, как он существует сам по себе, безотносительно к условиям познания.

• Пространство и время Вселенной абсолютны, они не зависят от материальных объектов и процессов.

• Пространство и время метрически бесконечны.

• Пространство и время однородны и изотропны.

• Вселенная стационарна, не претерпевает эволюции. Изменяться могут конкретные космические системы, но не мир в целом.

В ньютоновской космологии возникали два парадокса, связанные с постулатом бесконечности вселенной.

Первый парадокс получил название гравитационного. Суть его заключается в том, что если Вселенная бесконечна и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должна сколлапсировать, а не существовать вечно.

Второй парадокс называется фотометрическим: если существует бесконечное количество небесных тел, то должно быть бесконечная светимость неба, что не наблюдается.

Эти парадоксы, не разрешимые в рамках ньютоновской космологии, разрешает современная космология, в границах которой было введено представление о расширяющейся и эволюционирующей Вселенной.

Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А.Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Ее свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно-физическими факторами.

Современная релятивистская космология строит модели Вселенной, отталкиваясь от основного уравнения тяготения, введенного А.Эйнштейном в общей теории относительности. Уравнения тяготения А.Эйнштейна имеет не одно, а множество решений, чем и обусловлено наличие многих космологических моделей Вселенной. Первая модель была разработана самим А.Эйнштейном в 1917г. Он отбросил постулаты ньютоновской космологии об абсолютности и бесконечности пространства и времени. В соответствии с космологической моделью Вселенной. А.Эйнштейна мировое пространство однородно и изотропно, материя в среднем распределена в ней равномерно, гравитационное притяжение масс компенсируется универсальным космологическим отталкиванием. Модель А.Эйнштейна носит стационарный характер, поскольку метрика пространства рассматривается как независимая от времени. Время существование Вселенной бесконечно, т.е. не имеет ни начала, ни конца, а пространство безгранично, но конечно.

В том же 1917г. Голландский астроном Виллем де Ситтер предложил другую модель, представляющую собой также решение уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае "пустой" Вселенной, свободной от материи. Если же в такой Вселенной появлялись массы, то решение переставало быть стационарным: возникало некоторого рода космическое отталкивание между массами, стремящееся удалить их друг от друга и растворить всю систему. Тенденция к расширению, по В. Де Ситтеру, становилась заметной лишь на очень больших расстояниях.

В 1922г. Русский математик и геофизик А.А.Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарной Вселенной и получил решение уравнений Эйнштейна, описывающее Вселенную с "расширяющимся" пространством.

Решение уравнений А.А.Фридмана допускает три возможности. Если средняя плотность вещества и излучения во Вселенной равна некоторой критической величине, мировое пространство оказывается евклидовым и Вселенная неограниченно расширяется от первоначального точечного состояния. Если плотность меньше критической, пространство обладает геометрией Лобачевского и также неограниченно расширяется. И наконец, если плотность больше критической, пространство Вселенной оказывается римановым, расширение на некотором этапе сменяется сжатием, которое продолжается вплоть до первоначального точечного состояния.

Поскольку средняя плотность вещества во Вселенной неизвестна, то сегодня мы не знаем, в каком из этих пространств Вселенной мы живем.

В 1927г. Бельгийский аббат и ученый Ж.Леметр связал "расширение" пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятие начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.

В 1929г. Американский астроном Э.П.Хабби обнаружил существование странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, - система галактик расширяется.

Расширение Вселенной считается научно установленным фактом, однако однозначно решить вопрос в пользу той или иной модели в настоящее время не представляется возможным.