VI. Физиология клетки

1) Общие проявления жизнедеятельности клетки

1. Метаболизм

а) определение

метаболизм - совокупность процессов обмена веществ и энергии внутри клетки и между клеткой и окружающей ее средой

б) стороны и составные процессы метаболизма

- катаболизм (диссимиляция; энергетический обмен) разрушение биологических структур и сложных молекул до мономеров или конечных продуктов; сопровождается выходом энергии

- анаболизм (ассимиляция; пластический обмен) синтез сложных молекул из простых мономеров и сборка биологических структур; сопровождается поглощением энергии

в) общая схема:

липиды полисахариды белки

жирные.к-ты., глицерин моносахариды аминокислоты

глюкоза

ацетил КоА

цикл Кребса

дыхательная

цепь

О₂ СО₂

г) взаимосвязь между анаболизмом и катаболизмом

- звеньями, сопрягающими анаболизм и катаболизм, являются энергия

и ферменты; с одной стороны, для протекания реакций расщепления сложных органических соединений до простых и дальнейшего их окисления до неорганических веществ необходимы ферменты, с другой стороны - для биосинтеза белков-ферментов требуется энергия

д) иллюстрация вышеизложенных общих закономерностей метаболизма

на примере обмена белков в клетке

- анаболизм

= биосинтез белков в клетке удобно представить себе как взаимодействие трех потоков (вещества, информации и энергии), пересекающихся на уровне рибосомы

= поток вещества: поступающие в клетку аминокислоты активируются и присоединяются к т-РНК (процесс называется рекогницией, катализируется ферментным комплексом - кодазой и нуждается в АТФ)

= поток информации можно подразделить на два “каскада”:

транскрипцию (синтез пре-и-РНК - “слепка” с транскриптона - участка ДНК, состоящего из структурного гена и нескольких регуляторных генов; катализируется РНК-полимеразой) и посттранскрипционную модификацию (превращение пре-и-РНК в и-РНК путем отщепления той части молекулы, которая является репликой с регуляторных генов транскриптона; катализируется несколькими ферментами при участии малых ядерных РНК)

Комментарии: процесс транскрипции у эукариотов носит иной характер, поскольку строение их структурных генов существенно отличается от таковых у прокариот; эукариотический структурный ген имеет мозаичное строение и состоит из информационно значимых участков (экзонов, содержащих информацию о части полипептидной цепи) и информационно незначимых (бессмысленных) участков; на этапе посттранскрипционной модификации происходит вырезание интронов и сшивание экзонов в непрерывную полинуклеотидную цепь – и-РНК; биологический смысл данного явления заключается в возможности “редактирования” пре-и-РНК, и, как результат, получения нескольких изомолекулярных форм определенного белка, различающихся по своим физиологическим свойствам

= поток энергии: поставка молекул АТФ из митохондрий и ядерной

оболочки в компартменты (структурные компоненты) клетки, где протекают реакции анаболизма белков: плазмалемма (трансмембранный перенос аминокислот), эухроматин (транскрипция), гиалоплазма (рекогниция), свободные рибосомы и гранулярная цитоплазматическая сеть (трансляция)

= трансляция: процесс сборки полипептидной молекулы на матрице и-РНК при участии т-РНК в рибосоме; рабочий цикл рибосомы включает в себя несколько стадий и начинается с формирования функционального комплекса “малая субчастица рибосомы + большая субчастица рибосомы + и-РНК” (осуществляется благодаря присоединению инициаторной т-РНК к малой субчастице и последующему связыванию антикодона этой т-РНК со старт-кодоном и-РНК), затем происходит последовательное наращивание полипептидной цепи путем поочередного взаимодействия антикодона т-РНК (“нагруженной” соответствующей аминокислотой) с кодоном и-РНК; процесс катализируется несколькими ферментами и является энергоемким.

Генетический код.

1) Определение: совокупность правил для переноса информации с языка нуклеиновых кислот на язык белков

2) Свойства

а) Кодовое соотношение

Одной аминокислоте соответствует участок ДНК (или и-РНК), состоящий из трех нуклеотидов (кодон)

б) Избыточность

- число сочетаний из 4 нуклеотидов по 3 составляет 64; из них 61 триплет кодирует аминокислоты, а 3 (УАА, УАГ, УГА) служат знаками препинания, означающими начало и конец считывания гена.

- на 1 аминокислоту приходится семейство из 1-6 кодонов

- биологическое значение: высокая помехоустойчивость (к мутациям и др.); так, замена III нуклеотида в 32 кодонах не искажает их смысла

в) Специфичность

- одной аминокислоте строго соответствует определенное семейство кодонов

г) Однонаправленность и неперекрываемость

- кодон всегда считывается в одном направлении (5*---- 3*) и целиком

(фермент снабжен рамкой считывания)

д) Универсальность

- является единым для всего органического мира

3) Единицы

а) кодон - кодирует одну АК

б) структурный ген - кодирует одну полипептидную цепь