Д) Явление процессинга и сплайсинга. Их биологическая роль в организации информации

Процессинг – процесс формирования зрелых молекул РНК из их предшественников. Это совокупность реакций, ведущих к превращению первичных продктов транскрипции в функционирующие молекулы. Процессинг т- и рРНК в основном сводится к удалению лишних фрагментов с концов молекул. Что касается иРНК, то у эукариот ее процессинг осуществляется многоступенчато. Основными его событиями являются следующие:

- модификация концов молекулы иРНК,в ходе которой к концам молекулы присоединяются специфические короткие последовательности нуклеотидов, обозначающие место начала и место конца трансляции

- сплайсинг – удаление неинформативных последовательностей РНК, соответствующих интронам ДНК.

У всех организмов процессинг РНК происходит в ядре. Для каждого типа молекул он осуществляется специальным ферментом

Сплайсинг – удаление последовательностей нуклеотидов РНК, соответствующих интронам ДНК, и соединение участков с транскрибируемыми последовательностями экзонов. В результате сплайсинга молекулярная масса иРНК уменьшается примерно в 10 раз.

Вопрос №12

Организация потока информации в клетке

А) процесс трансляции

Трансляция – синтез полипептидных цепей по матрице иРНК, происходящий в рибосомах. Аминокислоты из которых синтезируются белки, доставляются к рибосомам с помощью специальных РНК, называемых транспортными. Эти небольшие структуры способны сворачиваться таким образом, что образуют структуры, напоминающие по форме клиновый лист. На вершине листа каждой тРНК имеется последовательность трех нуклеотидов, комплементарнх нуклеотидам кодона в иРНК. Ее называют антикодоном. Специальный фермент – кодаза – опознает тРНК и присоединяет к черешку листа аминокислоту – только ту,которая кодируется триплетом, комплементарным антикодону. Для того, чтобы аминокислота включилась в полипептидную цепь, она должна оторваться от тРНК. Это становится возможным когда тРНК поступает на рибосому и антикодон узнает свой кодон в иРНК. В рибосоме имеются два участка для связывания двух молекул тРНК. В один из этих участков, называемым акцепторным, поступает тРНК с аминокислотой и присоединяется к своему кодону. Эта аминокислота присоединяет к себе растущую цепь белка, между ними образуется пептидная связь. тРНК перемещается вместе с кодоном иРНК в донорный участок рибосомы. В освободившийся акцепторный участок приходит новая тРНК, связанная с аминокислотой, которая шифруется очередным кодоном. Из донорного участка сюда вновь переносится оторвавшаяся полипептидная цепь и удлиняется еще на одно звено. Аминокислоты в растущей цепи соединены в той последовательности, в которой расположены шифрующие их кодоны в иРНК. Когда на рибосоме оказывается один из трех триплетов ( УАА, УАГ, УГА) ни одна тРНК не может занять место в акцепторном участке. Дело в том что не существует антикодонов, комплементарных последовательностям этих нуклеотидов. Оторвавшейся в донорном участке полипептидной цепи не к чему присоединяться в акцепторном участке, и она покидает рибосому. Синтез белка завершен.

Б) Структурно-функциональная организация и-РНК и т-РНК

Т-РНК . Молекулы данной РНК самые короткие. Они состоят всего из 80 – 100 нуклеотидов. Транспортные РНК в основном содержатся в цитоплазме клетки. Функция их состоит в переносе аминокислот в рибосомы, к месту синтеза белка. Из общего содержания РНК клетки на долю тРНК приходится около 10%.

И-РНК или матричная, содержится в ядре и цитоплазме. Функция ее состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах. Размер иРНК колеблется в широких пределах от 100 до 10000 нуклеотидов.

Г) Уровни организации белковых молекул

Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, то есть последовательность аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными и следовательно прочными. Вторичная структура. При ее образовании белковая нить обычно закручивается в виде спирали. Между кислотами С=О-групп находящихся на одном витке спирали и водородами N – H-групп на другом витке образуются водородные связи. Водородные связи слабее ковалентных, но при большом их числе обеспечивают поддержание прочной структуры. Спираль полипептида далее свертывается, образуя или клубок или фибриллу. Таким образом возникает сложная пространственная структура, называемая третичной структурой. Связи поддерживающие третичную структуру белка так же слабые. Они возникают в частности в результате гидрофобных взаимодействий. Гидрофобные радикалы некоторых аминокислот в водном растворе сближаются, слипаются и стабилизируют таким образом структуру белка. Соединение нескольких молекул полипептидов между собой образует четвертичную структуру белка. Если пептидные цепи уложены в виде клубка то такие белки называют глобулярными. Если полипептидные цепи уложены в пучки нитей, они носят название фибриллярных белков.

Вопрос№ 13

Клетка как открытая саморегулирующая биологическая система

А) Организация потока энергии

Любой живой организм является открытой системой то есть обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Всю совокупность реакций обмена веществ называют метаболизмом.метаболизм состоит из энергетического обмена – катаболизма, и пластического обмена – анаболизма.Катаболизм – расщепление высокомолекулярных соединений до более простыхи окисление их с выделением энергии. Анаболизм – синтез макромолекул требующий большого количества энергии. Основным источником энегргии для всех живых существ служит энегргия солнечного света которую аккумулируют непосредственно только зеленые растения, цианобактерии и водоросли. Их клетки за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения. Этот процесс называют фотосинтезом.

Б) АТФ как основной источник энергии в клетке. Химический состав, биоэнергетическая характеристика

Сложное органическое соединение содержащее две макроэргические связи. Представлена одним нуклеотидом состоящим из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ, если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты, то АДФ переходит в АМФ. Место отделившегося остатка фосфорной кислоты занимает молекула воды. Отделение каждого остатка фосфорной кислоты происходит с помощью ферментов при этом выделяется 40 кДЖ. Именно поэтому эти связи называются макроэргическими. При синтезе АТФ наоборот поглощается большое количество энергии. У всех организмов АТФ синтезируется на внутренней мембране митохондрий в процессе кислородного этапа диссимиляции поэтому их называют энергетическими станциями клетки. У зеленых растений АТФ кроме митохондрий синтезируется в хлоропластах в процессе световой стадии фотосинтеза. Во всех клетках АТФ аккумулирует энергию которая расходуется по мере надобности там где в клетке происходят процессы с затратой энергии. Наибольшее количество АТФ потребляет мышечная ткань.

В) Энергетический обмен. Основные этапы

Энергетический обмен (катаболизм) – процесс расщепления сложных органических веществ, осуществляется постепенно в три этапа: 1 – подготовительный, 2 – бескислородный, 3 – кислородный. При этом обязательно учавствуют ферменты и выделяется энергия необходимая для синтеза АТФ и согревания организма. Вся энергия необходимая гетеротрофному организму для жизнедеятельности получается в результате расщепления органических веществ пищи. Чем больше организм испытывает физических нагрузок, тем больше энергии должна содержать пища и наоборот при легкой физической нагрузке пища должна быть малокалорийной.

Г) Гликолиз. Его характеристика и биоэнергетика

Бескислородный этап энергетического обмена, ферментативный негидролитический анаэробный процесс распада углеводов до пировиноградной кислоты. Ферменты ведущие гликолиз находятся в гиалоплазме и не связаны с мембранами. Конечными продуктами гликолиза являются две молекулы пировиноградной кислоты две молекулы АТФ и две молекулы восстановленного НАД*Н2. При невозможности дальнейшего кислородного окисления пировиноградная кислота может окисляться в молочную кислоту, этиловый спирт или другие продукты брожения. Если же дальнейшее кислородное окисление возможно то пировиноградная кислота поступает из цитоплазмы в митохондрии где претерпевает окислительное декарбоксилирование. Образовавшийся в ходе его ацетил-КоА поступает затем в цикл Кребса. Гликолиз – эволюционно наиболее древнейший способ расщепления глюкозы. У анаэробов он является единственным процессом получения энергии у аэробов же гликолиз обязательно предшествует кислородному этапу диссимиляции или идет в условиях недостатка кислорода. Гликолиз энергетически значительно менее выгоден чем кислородное окисление