ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В КЛЕТКЕ

ПОНЯТИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Обмен веществ и энергии. Метаболизм Совокупность реакций синтеза и распада, протекающих в организме, связанных с выделением или поглощением энергии
Энергетический обмен. Катаболизм. Диссимиляция Реакции распада и окисления органических веществ, связанные с выделением энергии и синтезом молекул АТФ
Пластический обмен. Анаболизм. Ассимиляция Совокупность реакций синтеза органических веществ, сопровождающихся поглощением энергии за счет распада молекул АТФ
Первичный синтез органических веществ Фотосинтез. Процесс, протекающий в растениях за счет энергии солнечного света. Из неорганических веществ - воды и углекислого газа - происходит синтез органических веществ
АТФ Основное вещество в процессе обмена веществ, в котором запасается энергия, выделяющаяся при распаде и окислении органических веществ. В процессах синтеза молекулы АТФ разрушаются, а энергия, запасенная в них, расходуется на синтез новых органических веществ

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

Е - общая энергия, выделяемая в процессе энергетического обмена.
Q -тепловая энергия.
Конечные продукты распада - вода, углекислый газ, соединения аммиака.

ФОТОСИНТЕЗ

Процесс характерен для растений, протекает в хлоропластах.



Схема

В строме хлоропластов протекают циклические реакции, в результате которых образуется глюкоза:

Общее уравнение


КЛЕТОЧНОЕ ДЫХАНИЕ

1. Подготовительный этап - расщепление высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных.
Реакции гидролиза. Процесс протекает в пищеварительном тракте, а на клеточном уровне - в лизосомах. Вся энергия подготовительного этапа расходуется в виде тепла Белки + Н2О »аминокислоты + Q
Жиры + Н2О » глицерин + жирные высшие ки-слоты + Q

Полисахариды + Н2О » глюкоза + Q (Крахмал, гликоген)
II этап. Гликолиз - бескислородный этап, протекает в ци-топлазме.
Молочнокислое брожение.


Спиртовое брожение


III этап. Биологическое окисление, дыхание, протекает при участии кислорода. Идет в митохондриях.
В матриксе - образование СО2.
На кристах - окисление водорода, образование воды, син-тез АТФ



Общее уравнение


Рекомендации к теме

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

  1. Охарактеризовать приведенные ниже понятия и объяснить соотношения между ними:
    • полимер, мономер;
    • углевод, моносахарид, дисахарид, полисахарид;
    • липид, жирная кислота, глицерин;
    • аминокислота, пептидная связь, белок;
    • катализатор, фермент, активный центр;
    • нуклеиновая кислота, нуклеотид.
  2. Перечислить 5-6 причин, которые делают воду столь важным компонентом живых систем.
  3. Назвать четыре главных класса органических соединений содержащихся в живых организмах; охарактеризовать роль каждого из них.
  4. Объяснить, почему контролируемые ферментами реакции зависят от температур, рН и присутствием коферментов.
  5. Рассказать о роли АТФ в энергетическом хозяйстве клетки.
  6. Назвать исходные вещества, основные этапы и конечные продукты реакций, вызываемых светом и реакции фиксации углерода.
  7. Дать краткое описание общей схемы клеточного дыхания, из которого было бы ясно, какое место занимают реакции гликолиза, цикла Г.Кребса (цикла лимонной кислоты) и цепь переноса электронов.
  8. Сравнить дыхание и брожение.
  9. Описать строение молекулы ДНК и объяснить почему число остатков аденина равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина равно числу остатков цитозина.
  10. Составить краткую схему синтеза РНК на ДНК (транскрипция) у прокариот.
  11. Описать свойства генетического кода и объяснить, почему он должен быть триплетным.
  12. Исходя из данной цепи ДНК и таблицы кодонов определить комплементарную последовательность матричной РНК, указать кодоны транспортной РНК и аминокислотную последовательность, которая образуется в результате трансляции.
  13. Перечислить этапы белкового синтеза на уровне рибосом.

Алгоритм решения задач.

Тип 1. Самокопирование ДНК.

Одна из цепочек ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:
      АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦГ...
Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же молекулы?

Чтобы написать последовательность нуклеотидов второй цепочки молекулы ДНК, когда известна последовательность первой цепочки, достаточно заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин- на цитозин и цитозин на гуанин. Произведя такую замену, получаем последовательность:
      ТАЦТГГЦТАТГАГЦТАААТГ...

Тип 2. Кодирование белков.

Цепочка аминокислот белка рибонуклеазы имеет следующее начало: лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин...
С какой последовательности нуклеотидов начинается ген, соответствующий этому белку?

Для этого следует воспользоваться таблицей генетического кода. Для каждой аминокислоты находим ее кодовое обозначение в виде соответствующей тройки нуклеотидов и выписываем его. Располагая эти тройки друг за другом в таком же порядке, в каком идут соответствующие им аминокислоты, получаем формулу строения участка информационной РНК. Как правило таких троек несколько , выбор делается по Вашему решению (но, берется только одна из троек). Решений соответственно может быть несколько.
      АААЦАААЦУГЦГГЦУГЦГААГ

Тип 3. Декодирование молекул ДНК.

С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он закодирован такой последовательностью нуклеотидов:
      АЦГЦЦЦАТГГЦЦГГТ...

По принципу комплементарности находим строение участка информационной РНК, образующейся на данном отрезке молекулы ДНК:
      УГЦГГГУАЦЦГГЦЦА...

Затем обращаемся к таблице генетического кода и для каждой тройки нуклеотидов, начиная с первой, находим и выписываем соответствующую ей аминокислоту:
      Цистеин-глицин-тирозин-аргинин-пролин-...



Рекомендованная литература:

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000
  • Тема 4. "Химический состав клетки." §2-§7 стр. 7-21
  • Тема 5. "Фотосинтез." §16-17 стр. 44-48
  • Тема 6. "Клеточное дыхание." §12-13 стр. 34-38
  • Тема 7. "Генетическая информация." §14-15 стр. 39-44