 |
Наследственная информация.
|
|
|
|
Задание А28
Метаболизм клетки. Энергетический обмен и фотосинтез. Реакции матричного синтеза
Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
2.5 Обмен веществ и превращения энергии – свойства живых организмов. Энергетический и пластический обмен, их взаимосвязь. Стадии энергетического обмена. Брожение и дыхание. Фотосинтез, его значение, космическая роль. Фазы фотосинтеза. Световые и темновые реакции фотосинтеза, их взаимосвязь. Хемосинтез. Роль хемосинтезирующих бактерий на Земле
Обмен веществ.
Главное свойство всех живых организмов – обмен веществ, представляет собой совокупность взаимосвязанных процессов превращения веществ в организме. Основу обмена веществ составляют процессы синтеза и распада, которые, по сути, противоположны, но составляют единое целое.
| Обмен веществ (метаболизм) | |
| Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция, распад) | Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция, синтез) |
| Сложные вещества распадаются до более простых. | Происходит синтез более сложных соединений из более простых. |
| Энергия выделяется. Часть ее запасается в АТФ, а другая часть рассеивается в виде тепла. | АТФ расщепляется, а выделяющаяся энергия расходуется на образование химических связей вновь синтезированных молекул. |
| Организм обеспечивается энергией, необходимой для всех процессов жизнедеятельности, в том числе для реакций пластического обмена. | Организм обеспечивается строительным материалом, необходимым для роста, развития организма и для процессов жизнедеятельности. |
Из таблицы видно, что пластический и энергетический обмен – процессы противоположные. Рассмотрим пример.
6CO2 + 6H2O + энергия ↔ C6H12O6 + 6O2
|
|
|
Если читать слева направо, то это упрощенное уравнение фотосинтеза (т.е. пластический обмен), в ходе которого из углекислого газа и воды с использованием солнечной энергии образуются углеводы и выделяется кислород. А если читать справа налево, то это упрощенное уравнение расщепление глюкозы (т.е. энергетический обмен), в ходе которого образуются углекислый газ, вода и выделяется энергия.
Пластический и энергетический обмен тесно взаимосвязаны. Реакции энергетического обмена идут с участием ферментов, которые образуются в ходе пластического обмена. Но, чтобы эти самые ферменты образовались, необходима энергия, которая выделяется в ходе реакций энергетического обмена.
Стадии энергетического обмена.
1) Первый этап – подготовительный:
· происходит в пищеварительной системе и (или) в лизосомах;
· полимеры расщепляются до мономеров (белки до аминокислот, полисахариды до моносахаридов), жиры до глицерина и жирных кислот;
· энергии выделяется мало, вся она рассеивается в виде тепла, АТФ не образуется.
2) Второй этап – гликолиз (анаэробный этап, бескислородный этап):
· происходит в цитоплазме;
· глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК);
· образуется 2 молекулы АТФ;
Судьба пировиноградной кислоты зависит от наличия кислорода и от того, в чьих клетках она образовалась. Если в клетках достаточно кислорода, то ПВК поступает в митохондрии и там полностью окисляется до углекислого газа и воды (третий этап). При недостатке кислорода ПВК превращается в молочную кислоту. Например, при длительной нагрузке наблюдается накопление молочной кислоты в мышцах.
У некоторых организмов (например, у дрожжей) продуктом гликолиза является спирт. Этот процесс называется спиртовым брожением. У анаэробных организмов гликолиз является единственным способом получения энергии.
3) Третий этап – полное окисление (аэробный этап, кислородный этап, клеточное дыхание):
|
|
|
· происходит в митохондриях (не считая нескольких начальных реакций);
· образуется 36 молекул АТФ;
· ПВК полностью окисляется до углекислого газа и воды.
В этом этапе можно выделить три основных момента:
- сначала ПВК превращается в особое вещество, которое называется Ацетил-KoA, и именно оно уже поступает в митохондрии;
- в матриксе митохондрий Ацетил-КоА вовлекается в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) и полностью окисляется до углекислого газа;
- на складках внутренней мембраны (кристах) происходит окислительное фосфорилирование, в ходе которого синтезируется основная масса АТФ.
Фотосинтез.
Фотосинтез – процесс создания органических веществ из неорганических с использованием энергии солнечного света. Фотосинтез происходит в клетках растений, содержащих хлоропласты, и в клетках цианобактерий. Фотосинтез включает две стадии: световую и темновую.
Световая стадия.
· Происходит только на свету.
· Происходит на мембранах тилакоидов образованных внутренней мембраной хлоропластов.
· Происходит фотолиз воды, в результате которого образуется молекулярный кислород, который в данном случае является побочным продуктом и удаляется в окружающую среду. При фотолизе воды образуются также ионы водорода (H+), которые связываются с молекулами переносчиками (НАДФ) и в дальнейшем используются в реакциях темновой фазы.
· Образуется АТФ, также необходимый для реакций темновой фазы.
Темновая стадия.
· Происходит в строме хлоропласта.
· Углекислый газ поглощается из окружающей среды и поступает в хлоропласты.
· НАДФ∙Н (образовавшийся в световой стадии) высвобождает водород;
· Энергия АТФ расходуется на процесс: 6СО2 + 24Н → С6Н12О6 + 6Н2О;
· Образуется глюкоза, которая затем превращается в крахмал.
Хемосинтез.
Хемосинтез – процесс образования органических веществ из неорганических с использованием энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединений. Хемосинтез открыт отечественным ученым С.Н. Виноградским. Как и все автотрофные организмы, хемосинтезирующие бактерии выполняют в биосфере роль продуцентов.
К хемотрофным организмам относятся ряд бактерий:
|
|
|
1) серобактерии окисляют сероводород до серы или до сульфатов;
2) железобактерии окисляют Fe+2 до Fe+3
3) водородные бактерии выделяющийся при гниении молекулярный водород до H+;
4) нитрифицирующие бактерии окисляю аммиак до нитритов и нитратов.
Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ:
2.6 Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства.
Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
Наследственная информация.
Все организмы отличаются друг от друга различными признаками. Все внешние и внутренние признаки и особенности обмена веществ зависят от наличия в организме определенных белков. Наследственная информация – это информация о белках, которые должны синтезироваться в организме. А если наследственная информация – информация о белках, значит реализация этой информации – процесс синтеза белка. Наследственная информация записана в молекулах ДНК (или РНК у ряда вирусов). Участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре белка, называется геном.
Генетический код.
ДНК (а значит и каждый ген) представляет собой последовательность нуклеотидов, а белок – последовательность аминокислот. Принцип соответствия последовательности нуклеотидов ДНК последовательности аминокислот в белке называется генетическим кодом.
Свойства генетического кода:
1) Триплетность – каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Три нуклеотида – триплет.
2) Специфичность (однозначность) – каждый триплет кодирует только одну кислоту. Например, триплет ААА кодирует только аминокислоту фенилаланин и никакую другую.
3) Избыточность (вырожденность) – аминокислота может кодироваться разными триплетами. Например, аминокислота серин может кодироваться любым из шести триплетов: АГА, АГГ, АГЦ, АГТ, ТЦА, ТЦГ. Благодаря избыточности генетического кода некоторые генные мутации не оказывают влияния на фенотип. Например, замена последнего нуклеотида в триплете АГ А на любой другой никак не изменит последовательность аминокислот в белке, потому что получившийся новый триплет всё равно будет кодировать аминокислоту серин.
|
|
|
4) Универсальность – генетический код одинаков у всех живых организмов. Так триплет ААА кодирует фенилаланин у человека, грибов, растений, бактерий и вирусов. Универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения органического мира. Благодаря универсальности генетического кода возможна «пересадка» генов из генома одного вида в геном другого, лежащая в основе генной инженерии.
5) Наличие знаков препинания. Существуют триплеты, которые не кодируют аминокислоты. Они являются сигналом начала или окончания синтеза определенной полипептидной последовательности.
|
|
|
