Взаимодействие органелл растительной клетки в процессе биосинтеза белка.

Обмен веществ и энергии как основная функция организма.

Энергия, освобождающаяся в организме, используется не только на поддержание температуры тела и совершение внешней работы, но и на поддержание структуры и жизнедеятельности клеток и на процессы, связанные с их ростом и развитием.

Организм постоянно расходует различные вещества, расщепляющиеся в нем, и значительные количества энергии. Поэтому он нуждается в пище, содержащей сложные органические соединения, которые являются источником пластического материала и энергии.

Обмен веществ и энергии – совокупность физических, химических и физиологических процессов превращения веществ и энергии между организмом и окружающей средой.

Обмен веществ и энергии обеспечивает пластические и энергетические потребности организма, что достигается за счет извлечения энергии из поступающих в организм питательных веществ и преобразования ее в формы макроэргических (АТФ и др. молекулы) и восстановленных (НАДФ, 4 – никотинамид-амино-адениндинуклеотидфосфат) соединений. Их энергия используется для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов, а также компонентов клеточных мембран и органелл клетки, для выполнения механической, химической, осмотической и электрических работ, транспорта ионов. В ходе обмена веществ в организм доставляется пластические вещества, необходимые для биосинтеза, построения и обновления биологических структур.

В обмене веществ и энергии выделяют два взаимосвязанных, но разнонаправленных процессов – анаболизм, основу которого составляют процессы ассимиляции, и катаболизм, в основе которого лежат процессы диссимиляции.

Основные этапы обмена веществ и их биологическое значение.

Процессы обмена веществ имеют свои характерные, специфические особенности.

Существуют общие закономерности, позволяющие выделить три этапа обмена веществ:

• переработку пищевых веществ в органах пищеварения;

• промежуточный обмен веществ;

• обрабатывание конечных продуктов метаболизма.

Первый этап – последовательное расщепление химических компонентов пищи в ЖКТ до низкомолекулярных структур и последующее всасывание образовавшихся простых химических продуктов в кровь или лимфу. Расщепление белков, жиров и углеводов происходит под влиянием специфических ферментов. Белки расщепляются пептидами до аминокислот, жиры – липазами до глицерина и жирных кислот, сложные углеводы – амилазами до моносахаридов.

Второй этап обмена веществ объединяет превращения аминокислот, моносахаридов, глицерина и жирных кислот. В процессе межуточного обмена происходит синтез белков, углеводов, жиров и их комплексов, а также дальнейшее аминокислот, глюкозы, глицерина и жирных кислот. Процесс межуточного обмена приводит к образованию немногих ключевых соединений, которые обуславливают перекрестную взаимосвязь между отдельными путями обмена веществ, а также между процессами синтеза и распада. Таким соединением например, является пировиноградная кислота – общий продукт распада углеводов, жиров и безазотистого остатка некоторых аминокислот, играющая роль связующего звена между углеводами, жирами и большинством аминокислот. Наряду с этим ПВК может служить продуктом для синтеза углеводов и жиров, а также участвовать в переаминировании аминокислот.

Процессы межуточного обмена веществ приводят к синтезу видоспецифических белков, жиров, углеводов и их комплексов – нуклеотидов, фосфолипидов и др., т.е. к образованию составных частей организма. Кроме того, эти процессы служат основным источником энергии. В организме человека и животных сохранение и использование энергии осуществляется путем превращения ее в энергию макроэргов.

Именно в АТФ аккумулируется 60-70% всей энергии, освобождающейся при межуточном обмене питательных веществ. И лишь 30-40% энергии, выделяющейся при окислении белков, жиров, углеводов, превращаются в тепловую энергию и выделяется из организма в процессе теплоэнергии.

Третий этап – заключается в образовании и выделении конечных продуктов обмена. Азотсодержащие продукты выделяются с мочой и калом и в небольших количествах через кожу. Углерод выделяется главный образом, в виде CO2 через легкие и частично – с мочой и калом. Выделение «H» происходит преимущественно в виде воды через легкие и кожу, а также с мочой и калом. Таким же путем экскретируются минеральные соединения.

Главное в обмене веществ и превращении энергии - процессы, происходящие в клетке: поступление в клетку из окружающей среды веществ, с помощью энергии их преобразование и создание из них (синтез) определенных веществ клетки, затем окисление органических веществ до неорганических с освобождением энергии. Пластический обмен - процесс усвоения организмом получаемых из окружающей среды веществ и накопления энергии. Энергетический обмен - окисление у большинства организмов органических веществ и расщепление их до неорганических - углекислого газа и воды с высвобождением энергии.

Значение обмена веществ: обеспечение организма необходимыми ему для построения своего тела веществами и энергией, освобождение его от вредных продуктов жизнедеятельности. Сходство пластического и энергетического обменов у животных и человека.

Пластический обмен.

Пластический обмен носит еще название анаболизма или ассимиляции и является совокупностью всех ферментативных биохимических реакций, в результате которых синтезируются биоорганические соединения. К пластическому обмену относятся фотосинтез, синтез белков, нуклеиновых кислот, жиров и углеводов..

Значение пластического обмена: обеспечение клетки строительным материалом для создания клеточных структур; органическими веществами, которые используются в энергетическом обмене.

Стадии синтеза белка в клетке. РНК бывают трех типов: и-РНК - информационная (или матричная), содержит информацию о последовательности аминокислот;т-РНК - транспортная, доставляет аминокислоты к месту сборки белка; р-РНК - рибосомная, структурный компонент рибосом.

Транскрипция – процесс считывания, переписывания информации с ДНК на и-РНК, который протекает в ядре клетки. Место начала транскрипции – промотор. Это участок, к которому после раскручивания витка спирали ДНК и расхождения цепей прикрепляется фермент РНК-полимераза, который осуществляет синтез и-РНК от 5 к 3 концу цепи по принципу комплементарности, пока не встретится кодон – терминатор.

Трансляция – процесс синтеза белка, протекает вне ядра, в рибосомах, очень сложный, многоэтапный. Стадии процесс трансляции:

1.Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ.

2. Инициация белковой цепи. и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.

3. Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК. Элонгация осуществляется при помощи белков цитозоля

4. Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.

5. Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.

Взаимодействие органелл растительной клетки в процессе биосинтеза белка.

Рибосомы (немембранные) - отростки шероховатой мембраны ЭПС шарообразной формы. – выполняют функцию синтезирования белка..

В процессах биосинтеза белка роль рибосом заключается в том, что к ним из основного вещества цитоплазмы непрерывно подносятся с помощью т-РНК аминокислоты, и происходит укладка этих аминокислот в полипептидные цепи в строгом соответствии с той генетической информацией, которая передается из ядра в цитоплазму через и-РНК, постоянно поступающую к рибосомам. На основании такой функции рибосом в белковом синтезе можно назвать их своего рода "сборочными конвейерами", на которых в клетках образуются белковые молекулы.

В процессе синтеза белка, таким образом, активное участие принимают т-РНК и и-РНК, а роль рибосомальной РНК еще не выяснена. По имеющимся в настоящее время данным, рибосомальная РНК не принимает участия в синтезе белковых молекул. В комплексе с белком рибосом она образует строму этого органоида.

Наиболее активная роль в синтезе клеточных белков принадлежит рибосомам, связанным с мембранами ЭПС. Можно предполагать, что эти два органоида, теснейшим образом связанные друг с другом, представляют собой единый аппарат синтеза (рибосомы) и транспорта (эндоплазматическая сеть) основной массы белка, вырабатываемого в клетке.

В рибосомах. Находящихся в ядре, происходит синтез ядерных белков. Рибосомы митохондрий и пластид выполняют функцию синтеза части белков, содержащихся в этих органоидах.

Основным местом формирования рибосом служит ядрышко и образованные в нем рибосомы поступают из ядра в цитоплазму.

Гранулярная ЭПС принимает активное участие в синтезе белка. Доказательством этого может служить наиболее сильное развитие гранулярного типа данного органоида в клетках, вырабатывающих белковые продукты, например в клетках белковых желез и во всех других клетках, интенсивно синтезирующих белки.

В последние годы были получены убедительные данные о том, что в митохондриях происходит синтез белка, который осуществляется в рибосомах, располагающихся в матриксе митохондрий.

лейкопласты. Они бесцветны. Местом их локализации служат неокрашенные части растений. Примером лейкопластов могут служить так называемые амилопласты клубней картофеля и многих других растений. В амилопластах происходит вторичный синтез вторичного крахмала из моно- и дисахаридов. Следовательно, основная функция пластид – это синтез моно-, ди- и полисахаридов, но теперь они известны и как органоиды, в которых с интезируются белки.

Пластический обмен в клетках растений осуществляется в ходе фотосинтеза.
Фотосинтез — это процесс образования органических соединений из неорганических веществ с использованием энергии солнечного света.
Процесс фотосинтеза протекает в хлоропластах, они имеют две мембраны. Внутренняя мембрана хлоропласта образует выпячивания -тилакоиды, которые складываются в стопки-граны. В мембрану гран встроены молекулы хлорофилла и ферментов, контролирующих реакции фотосинтеза.

Световая фаза фотосинтеза начинается с освещения хлоропласта видимым светом. Фотон, попав в молекулу хлорофилла, приводит ее в возбужденное состояние: ее электроны перескакивают на высшие орбиты. Один из таких электронов переходит на молекулу-переносчика, она уносит его на другую сторону мембраны тилакоида. Молекулы хлорофилла восстанавливают потерю электрона, отбирая его от молекулы воды. В результате потери электронов молекулы воды разлагаются на протоны и ионы гидроксила (фотолиз).
Н2О --> Н++ОН
Протоны, неспособные к диффузии через мембрану, накапливаются в гране. Ионы гидроксила ОН отдают свои электроны другим молекулам и превращаются в свободные радикалы ОН0, взаимодействующие друг с другом с образованием воды и молекулярного кислорода, который, диффундируя через мембрану, выделяется в атмосферу.
4ОН -> О2| + 2Н2О
Таким образом, по одну сторону мембраны накапливаются положительно заряженные протоны, по другую — частицы с отрицательным зарядом, что приводит к нарастанию разности потенциалов. При достижении критического уровня разности потенциала протоны проталкиваются на другую сторону мембраны через канал внутри АТФ-синтетазы. Освобождающаяся при этом энергия тратится на синтез АТФ, которая переправляется в место синтеза углеводов.
Протоны, присоединив электрон, превращаются в атомы водорода, они также переправляются в место синтеза углеводов (Н+ + е --> Н0).
Общее уравнение световой фазы фотосинтеза:
4ОН --> О2 + 2Н2О

Таким образом, в световую,фазу фотосинтеза протекают следующие процессы: образование молекулярного кислорода, выделяющегося в атмосферу; синтез АТФ; образование атомарного водорода.

Темновая фаза фотосинтеза состоит из ряда последовательных ферментативных реакций, в результате которых образуется глюкоза, служащая исходным материалом для биосинтеза других углеводов. Этот процесс идет с использованием энергии АТФ и при участии атомов водорода, образовавшегося в световую фазу.
Общее уравнение темновой фазы фотосинтеза:
6СО2 + 24 Н2О --> C6H12O6 + 6 H2O
Общее уравнение фотосинтеза:
6 С02 + 6 Н20 --> С6Н1206 + 6 02|
Кроме углеводов, в пластидах синтезируются аминокислоты, белки, липиды, хлорофилл.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: