+3 8(066) 185-39-18
fє глюкоза. Якщо у клітину потрапляє не глюкоза, а
якийсь інший вуглевод, то він перетворюється на глюкозу або на одну із проміжних сполук, які утворюються в процесі розщеплення глюкози, а далі ці речовини розщеплюються подібно до глюкози. У цьому процесі високомолекулярні органічні сполуки перетворюються на прості органічні і неорганічні. Процес енергетичного обміну дуже складний. Схематично він може бути зведений до двох етапів. Як відомо, в процесі травлення складні органічні сполуки розщеплюються в травному каналі на простіші: жири на гліцерин і жирні кислоти, полісахариди — на моносахариди, білки — на амінокислоти. Всмоктуючись, вони надходять до внутрішнього середовища організму. Цей процес іноді розглядають як підготовчий етап енергетичного обміну речовин в організмі. Він супроводжується виділенням порівняно невеликої кількості енергії, яка розсіюється у вигляді теплоти.
На першому етапі енергетичного обміну речовини, які утворилися під час підготовчого етапу, включаються в подальший процес розщеплення без участі кисню. Це складний, багатоступінчастий процес, який відбувається на внутрішньоклітинних мембранах, де є відповідні ферменти. Речовини переміщуються по цих ферментах, як по конвеєру. Розглянемо це на прикладі розщеплення глюкози, яке має спеціальну назву — гліколіз. У процесі гліколізу кисень участі не бере, тому його називають безкисневим розщепленням. Реакція гліколізу в клітині відбувається за участю фосфорної кислоти та АДФ.
Сумарне рівняння має такий вигляд:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О + 200 кДж.
У клітинах більшості рослин безкисневе розщеплення речовин відбувається шляхом спиртового бродіння. Багато стадій цього процесу аналогічні гліколізу, але кінцевими продуктами його замість молочної кислоти є вуглекислий газ і етиловий спирт (С2Н5ОН).
Другий етап енергетичного обміну — повне, або кисневе розщеплення. Основною умовою етапу є надходження в клітину достатньої кількості кисню. Як і гліколіз, кисневе розщеплення — це низка послідовних реакцій, кожну з яких каталізує певний фермент. Усі ці процеси відбуваються на мембранах мітохондрій. Проміжні реакції розщеплення молочної кислоти до кінцевих продуктів (С02 і Н20) відбуваються з виділенням енергії. Поступовість кисневого розщеплення і виділення енергії надзвичайно важлива для акумулювання енергії в АТФ. У цьому процесі також беруть участь фосфорна кислота та АДФ.
10.3. Біосинтез білка. Роль нуклеїнових кислот
Універсальним для всіх живих організмів видом пластичного обміну є процес біосинтезу білка. Цей процес інтенсивно відбувається в період росту і розвитку організму (збільшення маси організму), а також у тих клітинах, які синтезують ферменти, гормони та інші білкові речовини. У всіх інших клітинах біосинтез іде менш інтенсивно, але триває постійно, бо в клітинах регулярно відбувається розщеплення білків і їх потрібно поновлювати. Найважливішу роль у процесі біосинтезу білка відіграють нуклеїнові кислоти — РНК і ДНК. Сама ДНК безпосередньої участі в синтезі білка не бере, оскільки вона перебуває в ядрі, а основним місцем синтезу білка є рибосоми на ендоплазматичній сітці цитоплазми. Принцип комплементарності, який визначає будову подвійного ланцюга ДНК, лежить в основі і матричного біосинтезу білка. В цьому процесі можна виділити чотири етапи:
I етап – транскрипція – передавання інформації про структуру білка з молекули ДНК на іРНК.
II етап — активування амінокислот. Цей процес відбувається в цитоплазмі шляхом з'єднання різноманітних амінокислот, які утворюються під час розщеплення білків, із специфічними ферментами і молекулами АТФ.
III етап — процес безпосереднього синтезу поліпептидних ланцюгів — трансляція (див. рис. 5). Він полягає в тому, що молекула ІРНК рухається між двома субодиницями рибосом (одночасно в рибосомі розміщується два сусідніх триплети ІРНК) і до неї послідовно приєднуються молекули тРНК з активованими амінокислотами. При цьому рибосома, за допомогою свого функціонального центру, розпізнає антикодон тРНК і звільняє від неї амінокислоту, збираючи поліпептидний ланцюг.
IV етап — утворення вторинної і третинної структур білкової молекули. Цей етап відбувається в ЕПС шляхом скручування, згортання поліпептидного ланцюга. Утворення зв'язків визначається властивостями кожної окремої амінокислоти в ланцюзі.
10.4. Фотосинтез, його світлова і темнова фази
Фотосинтез – процес утворення органічних сполук з неорганічних завдяки перетворенню світлової енергії в енергію хімічних зв’язків. Здійснюється в клітинах зелених рослин за участю пігментів хлоропластів – хлорофілів а та b (зелені), каротиноїдів (жовті), фікобілінів (сині та червоні).
Світлова фаза фотосинтезу: (на мембранах тилакоїдів клітин)
Фотосинтезуючі пігменти поглинають енергію світла, що приводить до “збудження” одного з електронів молекули пігменту, який за допомогою молекул-переносників переміщується на зовнішню поверхню мембрани тилакоїдів.
Відбувається фотоліз води:
H2OH+ + OH-
Іони H+ перетворюються на Гідроген, який використовується у реакціях фотосинтезу:
H+ + ℮H.
Гідроксильні йони, взаємодіючи між собою, утворюють кисень, воду й вільні електрони:
4 OH-2H2O + O2 + 4℮.
ЕлектроничерезрядпроміжнихречовинпередаютьенергіюдлявідновленняНАДФ
(нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат), який приєднує два атоми Гідрогену й перетворюється на НАДФН.
Частина енергії електронів перетворюється на енергію АТФ:
АДФ + Ф + QАТФ.
Темнова фаза фотосинтезу ( цикл Кальвіна): (у стромі хлоропластів)
За наявністю СО2, енергії АТФ та сполук, що утворилися у світлових реакціях, відбувається приєднання Гідрогену до СО2, який надходить у хлоропласти із зовнішнього середовища. Через ряд послідовних реакцій за участю специфічних ферментів утворюються різноманітні сполуки, основними з яких є вуглеводи.
Під час біохімічних реакцій цикла Кальвіна відбувається фіксація атома Карбону СО2, для будови глюкози.
Для синтезу 1 молекули глюкози потрібні 12 молекул НАДФН та 18 молекул АТФ, які утворюються під час фотохімічних реакцій фотосинтезу.
Глюкоза, що утворюється в циклі Кальвіна, потім може розщеплюватись до пірувату і надходити до циклу
Кребса.
Сумарне рівняння фотосинтезу:
CO2 + 6H2O С6H12O6 + 6O2.
Хемосинтез – процес утворення органічних речовин живими організмами з вуглекислого газу та інших неорганічних речовин без участі світла. Здійснюється за рахунок енергії, яка виділяється при окисненні неорганічних речовин. Властивий певним видам бактерій.
Хемосинтезуючі мікроорганізми мають за енергетичні ресурси сірководень, сірку, амоніак, нітритну кислоту тощо. Хемосинтез відіграє у природі велику роль, завдяки йому відбуваються такі важливі процеси як нітрифікація, окиснювання сірководню в морях, перетворення сполук заліза тощо.
10.5. Авторегуляція хімічної активності клітин
Незважаючи на безперервні процеси розщеплення і синтезу в клітині, надходження і виділення різних хімічних сполук, вміст білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів та інших речовин у цитоплазмі підтримується відносно сталим. Ця сталість складу зберігається лише в живих клітинах, а в разі відмирання їх вона порушується дуже швидко. Стійкість клітин (як і інших живих систем) підтримується активно внаслідок перебігу складних процесів саморегуляції, або авторегуляції. Найпростіше авторегуляція здійснюється за принципом зворотного зв'язку. Він полягає у тому, що сама хімічна речовина (наприклад, білок), яка нагромаджується в клітині в результаті синтезу, гальмує свій подальший синтез, коли вміст її досягає певного рівня. Активність ферментів може регулюватися шляхом гальмування кінцевим продуктом. Наприклад, у клітинах амінокислота треонін внаслідок перебігу п'яти послідовних реакцій перетворюється на іншу амінокислоту — ізолейцин. Якщо в цитоплазмі нагромаджується достатня кількість ізолейцину, то відбувається пригнічення активності ферменту, від якого залежить перша з п'яти реакцій, і синтез ізолейцину припиняється.
Другий регуляторний механізм хімічних процесів у клітині полягає у зміні активності ферментів внаслідок приєднання або відщеплення від їхніх молекул деяких сполук — сульфгідрильних груп, залишків фосфорної кислоти, аденозину.
Такі модифіковані ферменти стають активними або, навпаки, неактивними і відповідно "включаються" в хімічні процеси або "виключаються" з них. Ці хімічні модифікації здійснюються регуляторними ферментами, одні з яких активують, а інші інактивують молекули основних ферментів.
Ще один механізм регулювання хімічних процесів полягає в тому, що синтез певних ферментів у клітині розпочинається лише в тому разі, коли в неї потрапляють речовини, для розщеплення яких потрібні ці ферменти. Наприклад, зазвичай у клітинах дріжджів за участю багатьох ферментів відбувається розщеплення глюкози. Проте, якщо в ці клітини потрапляє лактоза, то через деякий час у них синтезуються нові ферменти, які забезпечують можливість використання цього вуглеводу. Синтез ферментів зумовлений "включенням у роботу" певних генів, які раніше не функціонували. Отже, регуляція хімічних процесів пов'язана з пригніченням або стимулюванням певних генів.
Питання для самоконтролю
1. Життєвий цикл клітин (мітоз, мейоз, амітоз, ендорепродукція).
2. Обмін речовин та енергії. Пластичний і енергетичний обмін. Етапи енергетичного обміну.
3. Етапи біосинтезу білку.
4. Роль нуклеїнових кислот.
5. Фотосинтез, його світлова і темнова фази.
6. Хемосинтез. Авторегуляція хімічної активності клітин.