Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
bio_expres(2012).pdf
Скачиваний:
47
Добавлен:
30.09.2021
Размер:
16.81 Mб
Скачать

Біологія: експрес-підготовка

—  221  —

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

Обмін речовин та енергії

Обмін речовин

Обмін речовин (метаболізм) надходження в організм поживних речовин із навколишнього середовища, їх перетворення та виведення з організму продуктів життєдіяльності.

Метаболізм (обмін речовин)

Анаболізм (асиміляція, біосинтез, пластичний обмін)

Із простих речовин утворюються складні: A + B AB – E

Енергія витрачається

Катаболізм (дисиміляція, розпад, енергетичний обмін)

Зі складних органічних сполук утворюються прості: AB A + B + E

Енергія акумулюється

Типи організмів за джерелами енергії та речовин

Організми за основним джерелом енергії

Фототрофи

Хемотрофи

Використовують

Використовують

енергію хімічних

енергію світла

реакцій

 

Організми за джерелом органічних речовин

Автотрофи

Гетеротрофи

Синтезують

Споживають органічні

органічні сполуки

речовини, синтезовані

з неорганічних

іншими організмами

 

 

 

 

За джерелом енергії

 

Організми

 

 

 

 

Фототрофи

 

Хемотрофи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фотоавтотрофи

 

Хемоавтотрофи

 

 

 

(рослини, ціанобактерії,

 

(нітрифікуючі бактерії,

 

 

 

фотосинтезуючі бактерії)

 

сіркобактерії, залізобактерії)

 

 

 

 

 

 

джереломЗа органічнихречовин

 

ГетеротрофиАвтотрофи

Фотогетеротрофи

 

Хемогетеротрофи

 

(пурпурні бактерії)

 

(тварини, гриби, паразитичні рослини)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.e-ranok.com.ua

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

—  222  —

Біологія: експрес-підготовка

 

 

 

 

 

 

 

Етапи енергетичного обміну

 

 

 

 

 

 

 

 

Етап

Місце

 

Процеси

 

 

 

 

 

 

 

Органічні макромолекули за участю ферментів розпадаються на дрібні

 

 

Шлунково-

молекули:

 

 

 

 

білки амінокислоти

 

 

кишковий тракт,

 

 

Підготовчий

 

вуглеводи глюкоза

 

у цитоплаз­ мі­ клі-

 

 

 

 

жири гліцерин + жирні кислоти

 

 

тин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Енергія розсіюється у вигляді тепла

 

 

 

 

 

 

 

 

Безкисневий

На внутрішньо-

Гліколіз:

 

 

 

C6H12O6

+ 2Ô + 2ÀÄÔ 3H6O3 + 2H2O + 2АТФ

 

(анаеробний, глі-

клітинних мемб-

 

 

 

 

ферменти

 

 

коліз, неповне

ранах гіалоплаз-

глюкоза

піровиноградна

 

розщеплення)

ми

 

 

кислота

 

Спиртове бродіння: C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цикл Кребса: суть перетворень полягає у ступінчастому декарбоксилюван-

 

 

 

ні й дегідруванні піровиноградної кислоти, під час яких утворюються АТФ,

 

Кисневий (аероб-

 

НАДН і ФАДН2.

 

 

У матриксі

У подальшіх реакціях багаті на енергію НАДН і ФАДН2 передають свої елек-

 

ний, тканинне ди-

мітохондрій

трони в електронно-транспортний ланцюг, що являє собою мультиферментний

 

хання)

 

комплекс внутрішньої поверхні мітохондріальних мембран. Унаслідок пересу-

 

 

 

 

 

 

вання електрона по ланцюгу переносників утворюється АТФ.

 

 

 

3H6O3 + 6O2 + 36Ф + 36 АДФ

6CO2 +42H2O +36АТФ

 

 

 

 

ферменти

 

 

 

 

Сумарне рівняння енергетичного обміну:

 

 

 

C6H12O6 + 6O2 + 38АДФ + 38Ф → 6CO2 + 42H2O + 38АТФ

 

 

 

 

 

 

Цикл Кребса

 

Піруват

 

 

 

АТФ

СО2

 

 

 

Ацетил-КоА

 

 

Оксалоацетат

 

 

 

НАДН

 

Цитрат

 

Малат

 

 

Н2О

 

 

Ізоцитрат

Фумарат

СО2

 

НАДН

ФАДН2

 

α-Кетоглутарат 5С

Сукцинат

СО2

НАДН

(ГТФ) АТФ

 

 

 

 

 

Сукциніл-КоА 4С

Піровиноградна (молочна) кислота реагує із щавлевооцтовою (оксалоацетатом), утворюючи­ лимонну кислоту (цитрат), яка проходить ряд послідовних реакцій, перетворюючись на інші кислоти. У результаті цих перетворень виникає щавлевооцтова кислота (оксалоацетат), яка знову реагує з піровиноградною.

Вільний водень з’єднується з НАД (нікотинамідаденіндинуклеотид), утворюючи сполуку НАДH

www.e-ranok.com.ua

Біологія: експрес-підготовка

—  223  —

 

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

Електронно-транспортний ланцюг мітохондрій (дихальний ланцюг)

Міжмембранний простір

 

 

 

 

 

1

H+

3

5

 

 

АТФ

 

2

 

6

 

 

 

 

4

 

H+

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАДH окиснюється до НАД+, Н+ та

 

 

 

 

 

 

 

електрона. За допомогою переносни-

 

 

 

 

 

 

 

ків електрони транспортуються на

 

 

 

 

 

 

 

внутрішню поверхню мембрани мі-

 

 

 

 

 

 

 

тохондрій, йони Н+ накопичуються

 

 

 

 

 

АДФ

+

на зовнішній поверхні.

 

 

 

 

 

У внутрішній мембрані мітохон-

НАДН

НАД+

 

 

 

Ф

 

H+

 

 

 

 

дрій локалізована ферментна сис-

 

 

1

 

 

 

 

 

 

H2O

 

 

тема АТФ-синтетаза, завдяки якій

 

 

2H+ +  O2

 

 

 

 

 

2

 

АТФ

 

з АДФ і фосфорної кислоти синте-

 

 

 

 

 

 

 

зується АТФ

 

 

Мітохондріальний матрикс

 

 

 

1 НАДН дегідрогеназа, 2 убіхінон, 3 цитохром В, 4 цито­

 

хром С, 5 цитохромоксидаза­

, 6  АТФ синтетаза, 7 пасивна дифу-

 

 

 

зія АТФ із мітохондрії

 

 

 

Утворення АТФ під час транспорту електронів в електронно-транспортному ланцюгу (хеміосмотична гіпотеза Мітчелла)

Для утворення АТФ ферментна система АТФ-синтетаза використовує­ різницю електричних потенціалів і концентрації йонів Гідрогену з різних боків мембрани, перерозподіляючи потік H+: із зовнішньої поверхні мембрани переносить йони H+ на внутрішню. Під час перенесення електронів від НАДH до O2 виділяється енергія, необхідна для синтезу трьох молекул АТФ.

Міжмембранний

простір

Н+

АТФ синтетаза

 

НАД+

 

 

 

АДФ+Ф

Внутрішня

НАДН

АТФ

 

 

мітохондріальна

 

Н+

мембрана

 

 

М і т о х о н д р і а л ь н и й НАДН матрикс

дегідрогеназа­

www.e-ranok.com.ua

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

—  224  —

Біологія: експрес-підготовка

Властивості генетичного коду і біосинтез білка

Генетичний код властива всім живим організмам єдина система збереження спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів.

Генетичний код

1)Триплетний — кожній амінокислоті відповідає трійка нуклеотидів ДНК (РНК) — кодон;

2)однозначний — один триплет кодує лише одну амінокислоту;

3)вироджений — одну амінокислоту можуть кодувати декілька різних триплетів;

4)універсальний — єдиний для всіх організмів, які існують на Землі;

5)не перекривається — кодони зчитуються один за одним, з однієї певної точки в одному напрямку (один нуклеотид не може входити одночасно до складу двох сусідніх триплетів);

6)між генами існують «розділові знаки» — ділянки, які не несуть генетичної інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Їх називають спейсерами

Стоп-кодони УАА, УАГ, УГА означають припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга, триплет АУГ визначає місце початку синтезу наступного.

 

 

 

 

 

 

 

Генетичний код

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Другий нуклеотид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

Ц

 

А

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УУУ

 

Фен

УЦУ

 

 

УАУ

 

Тир

УГУ

 

Цис

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

УУЦ

 

УЦЦ

 

Сер

УАЦ

 

УГЦ

 

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УУА

 

Лей

УЦА

 

УАА

 

Стоп*

УГА

 

Стоп*

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УУГ

 

УЦГ

 

 

УАГ

 

Стоп*

УГГ

 

Трп

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦУУ

 

 

ЦЦУ

 

 

ЦАУ

 

Гіс

ЦГУ

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Першийнуклеотид

Ц

ЦУЦ

 

Лей

ЦЦЦ

 

Про

ЦАЦ

 

ЦГЦ

 

Арг

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Третій нуклеотид

ЦУА

 

ЦЦА

 

ЦАА

 

Глн

ЦГА

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦУГ

 

 

ЦЦГ

 

 

ЦАГ

 

ЦГГ

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АУУ

 

 

АЦУ

 

 

ААУ

 

Асн

АГУ

 

Сер

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

АУЦ

 

Ілей

АЦЦ

 

Тре

ААЦ

 

АГЦ

 

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АУА

 

 

АЦА

 

ААА

 

Ліз

АГА

 

Арг

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АУГ

 

Мет

АЦГ

 

 

ААГ

 

АГГ

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГУУ

 

 

ГЦУ

 

 

ГАУ

 

Асп

ГГУ

 

 

У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г

ГУЦ

 

Вал

ГЦЦ

 

Ала

ГАЦ

 

ГГЦ

 

Глі

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГУА

 

ГЦА

 

ГАА

 

Глу

ГГА

 

А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГУГ

 

 

ГЦГ

 

 

ГАГ

 

ГГГ

 

 

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.e-ranok.com.ua

Біологія: експрес-підготовка

—  225  —

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

 

 

 

 

 

 

Етапи біосинтезу білка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Етап

Місце

 

Процеси

 

 

 

 

 

 

 

 

Фермент РНК-полімераза розщеплює подвійний ланцюг ДНК і на одному

 

Транскрипція

Каріоплазма

з ланцюгів за принципом комплементарності синтезує молекулу про-іРНК.

 

За допомогою спеціальних ферментів про-іРНК перетворюється в активну

 

 

 

 

 

 

форму іРНК, яка надходить з ядра до цитоплазми клітини

 

 

 

 

 

Активація аміно-

Цитоплазма

Приєднання амінокислот за допомогою ковалентного зв’язку до певної

 

кислот

тРНК. тРНК транспортує амінокислоти до місця синтезу білка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Під час синтезу білка рибосома насувається на ниткоподібну молекулу

 

 

 

іРНК таким чином, що іРНК опиняється між її двома субодиницями. У ри-

 

 

 

босомі є особлива ділянка — функціональний­

центр. Його розміри відпо-

 

Трансляція

Рибосоми

відають довжині двох триплетів, тому в ньому водночас перебувають два

 

сусідні триплети іРНК. В одній частині функціонального центру антико-

 

 

 

 

 

 

дон тРНК пізнає кодон іРНК, а в іншій — амінокислота звільнюється від

 

 

 

тРНК. Коли рибосома досягає стоп-кодону, синтез білкової молекули за-

 

 

 

вершується

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Білок набуває певної просторової конфігурації. За участю ферментів від-

 

Утворення природ-

Ендоплазматична

бувається відщеплення зайвих амінокислотних залишків, введення фос-

 

ної структури білка

сітка

фатних, карбоксильних та інших груп тощо. Після цих процесів білок стає

 

 

 

функціонально активним

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структура тРНК

Акцепторна ділянка для амінокислоти

«Шпилька»

Комплементарна послідовність нуклеотидів

Транспортна РНК має вторинну структуру у формі листка конюшини. У певних ділянках молекули тРНК між комплементарними нуклеотидами виникають водневі зв’язки. Біля верхівки «листка конюшини» міститься триплет нуклеотидів, який за генетичним кодом відповідає певній амінокислоті (антикодон), а біля його основи є ділянка, до якої приєднується амінокислота.

Антикодон

www.e-ranok.com.ua

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя —  226  —

Схема біосинтезу білка

тРНК

А-ділянка рибосоми

 

P-ділянка рибосоми

іРНК

Ковалентний зв’язок

Полірибосомальний комплекс (полісома)

 

 

 

Рибосома

 

 

іРНК

 

 

 

 

Пептидний

 

 

ланцюжок

тРНК

Біологія: експрес-підготовка

На одній молекулі іРНК одночасно можуть синтезуватися декілька поліпептидів за участю багатьох рибосом. Комплекс, який при цьому утворюється, називається полірибосомальним.

www.e-ranok.com.ua

Біологія: експрес-підготовка

—  227  —

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

Фотосинтез

Фотосинтез процес утворення органічних сполук із неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків. Здійснюється в клітинах зелених рослин за участю пігментів хлоропластів­ хлорофілів a та b (зелені), каротиноїдів (жовті), фікобілінів (сині та червоні).

Фази

Місце

 

 

 

 

 

Процеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фотосинтезуючі пігменти поглинають енергію світла, що приводить до «збу-

 

 

 

 

 

дження» одного з електронів молекули пігменту, який за допомогою молекул-

 

 

 

 

 

переносників переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів.

 

 

 

 

 

Відбувається фотоліз води: H2O → H+ + OH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Йони H+ перетворюються на Гідроген, який використовується у реакціях фотосин-

Світлова

На мембранах

тезу: H+ +e H .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тилакоїдів

 

 

Гідроксильні йони, взаємодіючи між собою, утворюють кисень, воду

фаза

 

 

хлоропластів

й вільні електрони: 4OH2H2O +O2

+4e .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Електрони через ряд проміжних речовин передають енергію для відновлення

 

 

 

 

 

НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат), який приєднує два атоми Гідроге-

 

 

 

 

 

ну й перетворюється на НАДФH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Частина енергії електронів перетворюється на енергію АТФ:

 

 

 

 

 

АДФ + Ф + Q → АТФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Темнова

 

 

 

 

За наявністю CO2, енергії АТФ та сполук, що утворилися у світлових реакціях, від-

фаза (світ-

У стромі

 

 

 

бувається приєднання Гідрогену до CO2, який надходить до хлоропластів із зовніш-

ло не по­

хлоропластів

нього середовища. Через ряд послідовних реакцій за участю специфічних фермен-

трібне)

 

 

 

 

тів утворюються різноманітні сполуки, основними з яких є вуглеводи

 

Сумарне рівняння фотосинтезу: 6CO +6H O C H O +6O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ енергiя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

6

12

6

 

2

Світлова фаза фотосинтезу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первинний

 

 

Первинний

Ферродоксин

 

 

 

 

 

 

акцептор

 

 

акцептор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Світло

 

 

 

 

НАДФ+-ре­

 

 

 

 

 

 

Цитохромний

НАДФ

+

 

дуктаза

 

 

 

 

 

 

 

 

комплекс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАДФН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Світло

 

H

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

O

 

 

 

 

 

Фотосистема 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2H+

АТФ

Фотосистема 2

www.e-ranok.com.ua

Розділ ІІ. Клітинний рівень організації життя

—  228  —

Біологія: експрес-підготовка

Темнова фаза фотосинтезу (цикл Кальвіна)

Під час біохімічних реакцій цикла Кальвіна відбувається фіксація атома Карбону CO2 для будови глюкози. Для синтезу 1 молекули глюкози потрібні 12 молекул НАДФН та 18 молекул АТФ, які утворюються під час

фотохімічних реакцій фотосинтезу.

Глюкоза, що утворюється в циклі Кальвіна, потім може розщеплюватися до пірувату і надходити до циклу Кребса.

 

3 молекули

 

 

 

 

СО2

 

 

3 молекули

 

6 молекул

Рибулозо-

Трифосфо-

 

1,5-дифосфат

гліцерат

 

 

 

 

3 АТФ

3 молекули

6 молекул

 

6 АТФ

3 АТФ

 

6 АТФ

Рибулозо-

1,3-дифосфо-

 

5-фосфат

гліцерат

 

 

 

 

 

 

 

6 НАДФН

5 молекул

 

6 молекул

 

6 НАДФ

3-фосфогліцер-

3-фосфогліцер-

альдегід

альдегид

 

 

 

 

1 молекула

3-фосфогліцер- альдегід

Утворення глюкози

Хемосинтез

Хемосинтез процес утворення органічних речовин живими організмами з вуглекислого газу та інших неорганічних речовин без участі світла. Здійснюється за рахунок енергії, яка виділяється при окисненні неорганічних речовин. Властивий певним видам бактерій.

Хемосинтезуючі мікроорганізми мають за енергетичні ресурси сірководень, сірку, амоніак, нітритну кислоту тощо. Хемосинтез відіграє у природі велику роль, завдяки йому відбуваються такі важливі процеси, як нітрифікація, окиснювання сірководню в морях, перетворення сполук заліза тощо.

www.e-ranok.com.ua