Обмен веществ в клетке

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Хабаровский технический колледж»

• Обмен веществ и превращение энергии в клетке

• Разработчик: Коробкова М.Н. преподаватель колледжа

Обмен веществ в клетке

• В клетке протекают непрерывно два взаимно противоположных процесса - это пластический обмен (анаболизм или ассимиляция) и энергетический обмен (катаболизм или диссимиляция ).

Пластический обмен

• Пластический обмен - это совокупность реакций биосинтеза, при которых создаются сложные молекулы из более простых веществ. В клетке постоянно синтезируются белки, жиры, углеводы .

Энергетический обмен

• Энергетический обмен - это совокупность реакций расщепления сложных органических соединений до более простых молекул. Часть энергии, высвобождаемой при этом, идет на синтез богатых энергетическими связями молекул АТФ аденозинтрифосфорной кислоты). Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме и митохондриях с участием кислорода .

Фотосинтез

• Фотосинтез - это процесс образования органических соединений из неорганических с использованием энергии солнечного света. Его биологическое значение заключается в том, что он обеспечивает живые организмы Земли органическими веществами, обогащает атмосферу Земли кислородом.

Хлоропласт

• Процесс фотосинтеза протекает в хлоропластах. Эти органоиды окружены двумя мембранами. Внутренняя мембрана хлоропласта образует выпячивания - тилакоиды, которые складываются в стопки - граны. В мембрану гран встроены молекулы хлорофилла и ферментов, контролирующих реакции фотосинтеза.
• Фотосинтез - это сложный многоступенчатый процесс. В нем различают световую и темновую фазы.

Световая фаза фотосинтеза

• Общее уравнение световой фазы фотосинтеза:ветовую фазу фотосинтеза
• 4 O Н + О2 = 2Н2О
• Таким образом, в с протекают следующие процессы:
• • образование молекулярного кислорода;
• • синтез АТФ;
• • образование атомарного водорода.

Темновая фаза

• 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.
• .

С6Н12О6 + 6О2 Кроме углеводов, в строме пластид синтезируются мономеры других органических соединений. " width="640"

Темновая фаза

• Общее уравнение темновой фазы фотосинтеза:
• 6СО2 + 24Н2О С6Н12О6 + 6Н2О
• Общее уравнение фотосинтеза:
• 6СО2 + 6Н2О - С6Н12О6 + 6О2
• Кроме углеводов, в строме пластид синтезируются мономеры других органических соединений.

Энергетический обмен

• Этапы энергетического обмена:
• 1 . Подготовительный - происходит в цитоплазме клеток. Под действием ферментов полисахариды расщепляются на моносахариды (глюкоза, фруктоза и др.), жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот, белки - до аминокислот, нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. При этом выделяется небольшое количество энергии, которое рассеивается в виде тепла.

Бескислородный

• 2. Бескислородный (анаэробное дыхание или гликолиз) - многоступенчатое расщепление глюкозы без участия кислорода. Этот процесс в клетках микроорганизмов и растений обычно называют брожением. В мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н6О3).В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ.
• Суммарное уравнение этого этапа:
• C 6 H 12 O 6 + 2 H 3 PO 4 + 2 AD Ф 2 C 3 H 6 O 3 + 2 AT Ф + 2 H 2 O

Энергетический обмен

• У дрожжевых грибков молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение). У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и др. Распад одной молекулы глюкозы на этом этапе сопровождается образованием двух молекул АТФ, в связях которой сохраняется 40% энергии, остальная энергия рассеивается в виде тепла

Энергетический обмен

• 3. Кислородное дыхание - этап аэробного дыхания или кислородного расщепления, который проходит на складках внутренней мембраны митоходрий - кристах. На этом этапе вещества предыдущего этапа расщепляются до конечных продуктов распада - воды и углекислого газа. В результате расщепления двух молекул молочной кислоты образуется 36 молекул АТФ.

Кислородное дыхание

• Основное условие нормального течения кислородного расщепления - целостность митохондриальных мембран. Кислородное дыхание - основной этап в обеспечении клетки кислородом. Он в 20 раз эффективнее бескислородного этапа.
• Суммарное уравнение кислородного расщепления:
• 2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ 6СО2 + 38Н2О + 36АТФ
• По способу получения энергии все организмы делятся на две группы - автотрофные и гетеротрофные.

Энергетический обмен

• Энергетический обмен в аэробных клетках растений, грибов и животных протекает одинаково. Это свидетельствует об их родстве. Количество митохондрий в клетках тканей различно, оно зависит от функциональной активности клеток. Например, много митохондрий в клетках мышц.

Биосинтез белка

• 1. Транскрипция - происходит в ядре. Информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК. При этом против каждого нуклеотида одной из цепей ДНК встает комплементарный ему нуклеотид и-РНК.
• .

Трансляция

• 2. Трансляция - перевод информации с молекулы и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи происходит в цитоплазме. Молекула и-РНК доставляется с помощью особого белка - фермента из ядра

Биосинтез белка

• Рибосома перемещается по молекуле и-РНК прерывисто, триплет за триплетом. По мере перемещения рибосомы к полипептидной цепочке одна за другой присоединяются аминокислоты. Точное соответствие аминокислоты триплету обеспечивает т-РНК (транспортная РНК).

Синтез белка

• Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой (антикодон) комплементарен определенному триплету и-РНК. Конфигурация т-РНК напоминает лист клевера. К «черешку» листа присоединяется определенная аминокислота, а на « верхушке листа» расположен кодовый триплет нуклеотидов (кодом), соответствующий данной аминокислоте. На одной нити и-РНК может одновременно располагаться несколько рибосом, образуя полисому.

Хромосомы

• Во время деления клеток (митоз, мейоз) наследственный материал представлен хромосомами. Хромосомы - спирализованные молекулы ДНК (упакованные белками - гистонами, утолщенные и укороченные), имеющие плечи и первичную перетяжку.

Форма хромосом

• Форма хромосом зависит от положения первичной перетяжки (центромеры) - области, к которой во время деления клетки прикрепляются нити веретена деления. Хромосомы могут быть равноплечие, неравноплечие , палочковидные (с одним длинным и вторым очень коротким плечом), точечные (с очень короткими плечами).

Репликация ДНК

• Репликация ДНК – самовоспроизведение молекулы по принципу комплементарности

Ген. Генетический код

Материальной основой наследственности является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащаяся в ядрах клеток.

Хромосомы

• Однако наследственный материал в целом - это ДНК, разные типы РНК (и-РНК, т-РНК, р-РНК) и белки. В неделящихся клетках он представлен хроматином - участками ДНК разной степени спирализации.

ГЕН

• Ген - участок молекулы ДНК, который содержит наследственную информацию о первичной структуре одного белка (полипептида). В одной молекуле ДНК локализуются несколько сотен генов. Кариотип – набор хромосом в клетке Так, в кариотипе человека 46 хромосом, а генов более 30000. Генотип – совокупность всех генов организма.

Геном

• ГЕНОМ – совокупность генов гаплоидного набора в клетке Порядок и количество аминокислот в белковой молекуле закодированы гене тическим кодом. Генетический код - это способ записи наследственной информации в виде последовательности триплетов.

Свойства кода

• Свойства кода:
• 1. Триплетность - 20 аминокислот закодировано в виде сочетания четырех видов нуклеотидов по три. Триплет - три нуклеотида, образующие кодовый знак.
• 2 . Неперекрываемость - невозможно вхождение одного и того же нуклеотида в состав двух сходных триплетов.
• 3. Специфичность - каждой аминокислоте соответствует свой триплет.
• 4. Избыточность - одна и та же аминокислота может одновременно кодироваться несколькими триплетами.
• 5. Универсальность - соответствие генетического кода на всех уровнях жизни (одинаковые триплеты кодируют одни и те же аминокислоты).

Закрепление

• Следует учесть, что синтез молекулы белка происходит на матрице и-РНК. Триплеты нуклеотидов в и-РНК кодируют определенные аминокислоты. Отрезок и-РНК следует разделить на триплеты, найти в таблице генетического кода соответствующие им аминокислоты и записать под триплетами и-РНК. Полученная последовательность аминокислот - отрезок белковой молекулы.