WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Второй уровень организации - хроматиновая (элементарная) фибрилла. Обеспечивается гистоном Н1, который соединяясь с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближает их друг с другом. В результате хроматиновая (элементарная) фибрилла имеет диаметр 20-30 нм и длину 1,2 мм.

Третий уровень организации – интерфазная хромонема. Обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании принимают участие негистоновые белки. Они взаимодействуют со специфическими нуклеотидными последовательностями вненуклеосомной ДНК, которые отдалены друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эи белки сближают участки ДНК с образованием петель. В каждой петле содержится от 20000 до 80000 п.н. В результате хроматиновая (элементарная) фибрилла диаметром 20-30 нм и длиной 1,2 мм. Преобразуется в структуру диаметром 100 – 200 нм и называется интерфазной хромонемой. Она может иметь петли второго и третьего порядка, образуя структурные блоки с соседними петлями одинаковой организации. В интерфазном ядре структурные блоки выявляются как глыбки хроматина.

Следующий уровень организации хроматина – метафазная хромосома. При этом наблюдается суперспирализация хроматина, которая начинается в профазе, достигая своего максимума в метафазе и анафазе. Суперспирализация дат возможность изучения строения хромосом в световой микроскоп.

Функция ядра:

Хранение генетической информации и передача ее дочерним клеткам в процессе деления.

Контроль жизнедеятельности клетки путем регуляции синтеза различных белков.

Строение клетки прокариот Прокариоты не имеют оформленного ядра. Наследственный материал хранится в кольцевой ДНК, называемой нуклеоидом. Клетка прокариот снаружи покрыта клеточной стенкой, образованной из углевода муреина или пектина. Клетка бактерий окружена плазматической мембраной. Впячивания мембраны образуют мезосомы, на которых происходят основные процессы обмена веществ. Из органоидов присутствуют только рибосомы 70-S типа.

Рис. 26 Обобщенная схема строения клетки палочковидной бактерии.

Справа перечислены структуры, встречающиеся в каждой клетке, слева – встречающиеся не во всех клетках.

Фимбрии и пили – это более тонкие и короткие, чем жгутики, нитевидные образования (ворсинки).

Фимбрии обеспечивают прикрепление к субстрату, контакт с другими организмами (в частности, с клеткой хозяина у паразитических бактерий) и другие функции.

Пилями обычно называют ворсинки с внутренним канальцем, по которому в клетку или из нее передается генетическая информация в форме фаговой нуклеиновой кислоты, плазмид и пр.

Нуклеоид служит основным, но, как оказалось, не единственным материальным носителем генетической информации.

Плазмиды - небольшие по размерам и обычно кольцевидно замкнутые молекулы ДНК, обладают автономной, независимой от нуклеоида, способностью к «размножению» и кодированию белков. Эти автономные генетические структуры постоянно находятся в цитоплазме (например, R-плазмиды содержат гены, ответственные за устойчивость к антибиотикам). Плазмиды могут покидать «свою» клетку и проникать в чужую, передавая ей свои признаки (например, устойчивость к антибиотика).

Происхождение эукариотической клетки Гипотеза симбиогенеза:

Основой, или клеткой- хозяином, в эволюции эукариотической клетки послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амбоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрий. Они произошли путм изменений симбионтов – аэробных бактерий, проникших в клетку – хозяина и сосуществовавших с ней.

Этот симбиоз оказался взаимовыгодным, причем аэробные бактерии со временем утратили самостоятельность и превратились в митохондрии и пластиды. Потеря самостоятельности связана с утратой части генов, которые перешли в хромосомный аппарат клетки-хозяина.

Однако митохондрии и пластиды сохранили собственный белоксинтезирующий аппарат и способность к размножению. Они являются полуавтономными органоидами клетки.

В пользу симбиотического происхождения митохондрий и хлоропластов свидетельствует:

- генетический материал этих органоидов представлен одной кольцевой молекулой ДНК;

- рибосомы по массе, по строению рРНК и синтезируемых белков близки к таковым у аэробных бактерий и сине-зеленых водорослей;

- митохондрии и хлоропласты могут самостоятельно делиться, независимо от размножения клетки;

- механизмы белкового синтеза в митохондриях и бактериях чувствительны к одним антибиотикам (стрептомицину), а циклогексимид блокирует синтез белка в цитоплазме;

- известны существующие сейчас виды амеб, которые не имеют митохондрий и живут в симбиозе с аэробными бактериями, а в клетках некоторых растений обнаружены цианобактерии (сине-зеленые), сходные по строению с хлоропластами.

Инвагинационная гипотеза Согласно гипотезе мембранные оганоиды образовались путм инвагинации (впячивания) и отшнуровки участков мембраны с последующей функциональной специализацией.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ Метаболизм - Совокупность реакций обмена веществ.

Ассимиляция (пластический обмен, анаболизм) — совокупность реакций биосинтеза, протекающих в клетке.

Диссимиляция — (энергетический обмен, катаболизм) - совокупность реакций распада и окисления высокомолекулярных веществ, идущих с выделением энергии.

Эти две группы реакций взаимосвязаны, реакции биосинтеза невозможны без энергии, которая выделяется в реакциях энергетического обмена, реакции диссимиляции не идут без ферментов, образующихся в реакциях пластического обмена.

Рис.27. Взаимосвязь пластического и энергетического обмена Организмы по способу питания объдиняются в группы Автотрофы Гетеротрофы Фотоавтотрофы используют С голозойным способом Миксотрофы – солнечную энергию для питания – проглатывание смешанный тип синтеза органических веществ твердых частиц;



питания Хемоавтотрофы - образуют С сапротрофным - органические вещества, поглощение растворенных используя энергию, частиц получаемую при окислении химических веществ.

Метаболизм авто- и гетеротрофов различается В качестве источника углерода автотрофы используют неорганические вещества (СО2), а гетеротрофы — органические.

Различны и источники энергии: у автотрофов — энергия солнечного света или энергия, выделяющаяся при окислении неорганических соединений, у гетеротрофов — энергия окисления органических веществ Хемосинтез изучал русский ученый С. Н. Виноградский.

Хемосинтезирующие бактерии получают энергию от окисления водорода, серы, железа, аммиака и других веществ.

Некоторые реакции, освобождающие энергию:

Нитрифицирующие бактерии: NH3 -> HNО2 -> HNО3 ;

2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + Q 2HNO2 + O2 2HNO3 + Q Железобактерии; Fe2+ -> Fe3+ 4FeCO3 + O2 + 6H2O 4Fe(OH)3 + 4CO2 + Q Серобактерии: 2S + 3O2 + 2H2O 2H2SO4 + Q Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды за счет энергии света в зеленых частях растений. Изучал русский ученый К.А. Тимирязев.

Главным органом фотосинтеза является лист. Органоидом фотосинтеза - хлоропласты.

В процессе фотосинтеза различают две фазы: световую и темновую.

Световая фаза фотосинтеза.

Световая фаза происходит только на свету в мембранах тилакоидов гран хлоропластов.

Тилакоид представляет собой уплощенный мешочек, образованный мембранами, содержащими молекулы хлорофилла, белки цепи переноса электронов и особые ферменты — АТФсинтетазы.

Молекулы хлорофилла в мембранах тилакоидов организованы в фотосистемы, содержащие около 300 молекул.

У всех настоящих растений, кроме фотосистемы-1, появляется фотосистема-2, способная разлагать воду с выделением О2, способная отбирать электроны у водорода воды:

Под действием энергии кванта света электроны хлорофилла возбуждаются, покидают молекулу и попадают на внешнюю сторону мембраны тилакоида, которая в итоге заряжается отрицательно.

Окисленные молекулы хлорофилла восстанавливаются, разлагая воду, отбирая электроны у водорода воды с помощью особого фермента, связанного с фотосистемой-2.

Кислород при этом удаляется во внешнюю среду, а протоны накапливаются в «протонном резервуаре».

Когда разность потенциалов между наружной и внутренней сторонами мембраны тилакоида достигает 200 мВ, срабатывает фермент АТФ-синтетаза, протоны проталкиваются через его канал, и происходит фосфорилирование АДФ до АТФ, а атомарный водород идет на восстановление специфического переносчика:

Таким образом, в световую фазу происходит фотолиз воды, который сопровождается тремя важнейшими процессами:

1 — образованием кислорода;

2 — образованием АТФ;

3 — образованием НАДФ * Н2.

Темновая фаза фотосинтеза. Темновая фаза протекает в строме хлоропласта.

Для ее реакций не нужна энергия света.

Происходит фиксация углекислого газа, содержащегося в воздухе, причем акцептором углекислого газа является пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат.

Различают С3 - путь фотосинтеза (цикл М.Калвина) и С 4 - путь фотосинтеза (цикл Хэтч Слэка).

Цикл Кальвина 1.Карбоксилирование СО2 присоединяется к пятиуглеродному углеводу рибулезодифосфату (РДФ). Образуется шестиуглеродное нестойкое соединение, которое распадается на молекулы форфоглицериновой кислоты (ФГК). Молекула ФГК содержит 3 атома углерода и карбоксильную группу.

Рис. 28 Схема карбоксилирования.

2.Восстановление. Для удаления кислорода из фосфоглицериновой кислоты, используются НАДФH2 и АТФ, образовавшиеся в световую фазу. В результате восстановления карбоксильная группа ФГК (-СООН) восстанавливается до альдегидной группы (-СНО) и образуется фосфоглицериновый альдегид (ФГА) – трехуглеродный сахар с присоединенной к нему фосфатной группой.

Рис.29 Схема восстановления 3. Регенерация акцепторов. На этом этапе в ходе ряда ферментативных реакций рибулезодифосфат (РДФ) восстанавливается, а из молекул фосфоглицеринового альдегида (ФГА) синтезируются молекулы глюкозы. Для образования одной молекулы глюкозы необходимо осуществить 6 оборотов цикла Кальвина, используется 6 молекул СО2, молекул АТФ и 24 протона Н Рис. 30 Общая схема цикла Кальвина Суммарное уравнение фотосинтеза: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2.

Цикл Хэтч -Слэка Этот путь фотосинтеза происходит у ряда растений жарких мест обитания – кукурузы, сахарного тросника, сорго и др.

Эти растения эффективнее поглощают углекислый газ, чем С 3 - растения.

У этих растений проводящие пучки в листьях окружены клетками обкладки. В клетках обкладки происходит цикл Кальвина, а в клетках мезофилла – мякоти листа – фотосинтез идет иначе.

В клетках мезофилла СО2 присоединяется не к РДФ, а к ФЕП (фосфоенолпирувату), который в ходе химических реакций превращается в щавелево- уксусную кислоту (ЩУК), а затем в яблочную. Яблочная кислота поступает в клетки обкладки проводящих пучков, где она накапливается. Затем происходит декарбоксилирование и образуется СО2 и ФЕП.

Выделяющийся при этом водород восстанавливает НАДФ+ до НАДФ Н2. СО2 в клетках обкладки участвует в С 3 фотосинтезе.

Рис.31 Схема Цикла Хэтч -Слэка У С4 растений реакции карбоксилирования идут дважды. Это имеет большое значение для растений, так как все они обитатели засушливых мест и для сохранения воды днем устьица у этих растений закрыты. Однако процесс фотосинтеза в клетках обкладки идет за счет накопления СО2 ночью, когда устьица открыты.





Кроме глюкозы в процессе фотосинтеза образуются другие мономеры сложных органических соединений — аминокислоты, глицерин и жирные кислоты, нуклеотиды.

Бактериальный фотосинтез.

На первых этапах развития жизни фотосинтез не сопровождался выделением кислорода.

И в настоящее время существуют пурпурные и сернистые бактерии, которые при фотосинтезе используют углекислый газ как источник углерода и H2S как источник водорода.

6СО2 + 6H2S + Q света = С6H12O6 + 6S Появление фотосистемы, обеспечивающей фотолиз воды, при котором происходит выделение кислорода, способствовало накоплению кислорода в атмосфере и образованию озонового экрана.

Кислород в атмосфере остановил процесс абиогенного синтеза органических соединений, но привел к появлению энергетически более выгодного процесса — дыхания.

Дыхание:

Этапы энергообмена углеводов.

Органические вещества пищи являются основным источником не только материи, но и энергии для жизнедеятельности клеток организма. При образовании сложных органических молекул была затрачена энергия, потенциально она находится в форме образованных химических связей.

В результате реакций энергетического обмена происходит окисление сложных молекул до более простых и разрушение химических связей, при этом происходит высвобождение энергии.

Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.

Процесс энергетического обмена можно разделить на этапы:

Подготовительный этап - происходит пищеварение в желудочно-кишечном тракте: сложные органические молекулы расщепляются до мономеров.

Анаэробный гликолиз (бескислородное окисление) мономеров.

Аэробное окисление (окисление с участием кислорода) происходит в митохондриях.

Рис.32 Схема стадий энергетического обмена Подготовительный этап. Под действием ферментов пищеварительного тракта, ферментов лизосом белковые молекулы расщепляются до аминокислот, жиры — до глицерина и жирных карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Вся энергия при этом рассеивается в виде тепла.

Бескислородное окисление. Окисление глюкозы в клетках без участия кислорода происходит путем дегидрирования, акцептором Н служит кофермент НАД+. Реакции протекают в цитоплазме, глюкоза с помощью 10 ферментативных реакций превращается в 2 молекулы ПВК — пировиноградной кислоты, при этом суммарно образуется 2 моль АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД-Н2 (никотинамидадениндинуклеотид):

С6Н12О6 + 2АДФ + 2Н3РО4 + 2НАД+ -> 2 С3Н4О3 + 2АТФ + 2Н2О + 2НАД • НДальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия О2 в клетке.

Если О2 нет, происходит анаэробное дыхание, причем у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

I. С3Н4Оэ -> СО2 + СН3СОН (уксусный альдегид) II. СН3СОН + НАД • Н2 -> С2Н5ОН + НАД+ У животных и некоторых бактерий при недостатке О2 происходит молочнокислое брожение с образованием молочной кислоты:

С3Н4О3 + НАД • Н2 -> С3Н6О3 + НАД+ КПД гликолиза бескислородного этапа – 4-5%.

Если О2 есть, то происходит аэробное дыхание в митохондриях.

Аэробное окисление. Протекает в митохондриях.

В митохондриях происходит дегидрирование и декарбоксилирование ПВК и образуются ацетилкофермента (2С), С02, НАДН2.

Ацетил-Ко А образуется и при окислении жирных кислот и глицерола, при окислении аминокислот.

Ацетильная группа (2С) включается в цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) На каждую окисленную резервную молекулу ацетил-КоА приходится 1 молекула АТФ, четыре пары атомов водорода и две молекулы СО2.

Пировиноградная кислота проникает в митохондрии, происходит ее дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование (отщепление углекислого газа) с образованием двухуглеродной ацетильной группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса.

Цикл Кребса. Происходит дальнейшее окисление, связанное с дегидрированием и декарбоксилированием.

В результате на каждую разрушенную моль ПВК из митохондрии удаляется 3 моль СО2, образуется 5 пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4 НАД • Н2, 1ФАД • Н2), а также моль АТФ.

Суммарная реакция гликолиза и разрушения ПВК в митохондриях до водорода и углекислого газа выглядит следующим образом:

Выделяется: 6 молекул СООбразуется: 2 АТФ при гликолизе и 2 — АТФ - в цикле Кребса;

Образуется: 2 пары атомов: (2НАД • Н2) - при гликолизе, 10 пар: (8НАД • Н2 и 2ФАД • Н2)— в цикле Кребса.

Всего молекулы НАД и ФАД присоединили 24 Н+..

Дыхательная цепь.

Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием О2 до Н2О с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Этот процесс происходит на внутренней мембране митохондрий.

На внутренней мембране 24Н+ передаются на дыхательную цепь, закачиваются в межмембранное пространство и устремляются к молекулам О2.

При разности потенциалов 200 мв, 24Н+ проходят через канал АТФ-синтетазы, при этом образуется 34 АТФ.

Водород передается по трем большим ферментным комплексам дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.