Войти
Закрыть

Біосинтез білка

9 Клас

У попередньому параграфі ми зупинилися на тому, що клітина здатна зчитувати інформацію про будову білкової молекули, записану в послідовності нуклеотидів мРНК, та, відповідно до генетичного коду, синтезувати молекулу білка. Цей процес — трансляція — повністю здійснюється дуже давнім і консервативним молекулярним комплексом — рибосомою. Ми вже з’ясували будову рибосоми в § 23. Нагадаємо, що рибосома — молекулярна машина, властива всім живим організмам, від бактерій до вищих рослин і ссавців. Рибосома складається з двох субодиниць, побудованих із молекул особливих рибосомальних РНК та білків. Рибосоми в еукаріотів формуються в особливому відділі ядра — ядерці. Там відбувається синтез рибосомальних РНК, а також здійснюється й збирання субодиниць. Рибосоми прямують до цитоплазми крізь ядерні пори. У цитоплазмі відбувається трансляція — процес, який ми розглянемо в цьому параграфі. Рибосома створює умови для взаємодії мРНК і тРНК До трансляції в бактерій залучено багато молекул, але ще більше — в еукаріотів. Проте ми зупинимося на основних учасниках цієї драми в усіх організмах: матричній РНК, рибосомі, амінокислотах, ковалентно приєднаних до молекул транспортної РНК, а також ферментах, що каталізують процеси біосинтезу білка у клітині. Мономерами для синтезу білка слугують не вільні амінокислоти, а амінокислоти, з’єднані з транспортною РНК. Амінокислоти приєднуються до молекул тРНК особливими ферментами, кодазами, які ретельно стежать за дотриманням генетичного коду. На кожну амінокислоту припадає по одній кодазі. Фермент забезпечує відповідність амінокислот і тРНК. Для кожної амінокислоти є одна чи більше тРНК. Кодаза розпізнає потрібну амінокислоту та відповідні їй тРНК, що можуть взаємодіяти з триплетами нуклеотидів у мРНК, які кодують цю амінокислоту. Процес приєднання амінокислоти до тРНК потребує витрати енергії АТФ, а отриманий продукт (тРНК зв’язана зі «своєю» амінокислотою) має досить високу енергію для того, аби об’єднати дві амінокислоти між собою1....
0 Переглянути

Генетичний код

9 Клас

«Холмс уже кілька годин мовчки сидів, схилившись над хімічною пробіркою, де клекотіло якесь невимовно смердюче вариво. Голова його схилилася до грудей, і він нагадував мені чудернацького кістлявого птаха з тьмяно-сірими перами й чорним чубом». Так починається одне з оповідань Артура Конан Дойла — «Чоловічки в танці». У садибі Ридлінґ-Торп-Менор починають з’являтися дивні малюнки, на яких зображено вишикуваних у лінію чоловічків під час танцю. Ось приклад одного з таких малюнків. Господар садиби звертається по допомогу до геніального детектива Шерлока Холмса. Той легко доходить висновку, що малюнки — це закодовані послання. Холмс береться за їх розшифрування, і виявляється, що кожна фігурка відповідає літері англійського алфавіту. Шерлок Холмс складає таблицю коду — таблицю відповідності між позами чоловічків і літерами. Використавши цей код, можна розшифрувати, що в посланні написано: «приходь сюди терміново» (англ. «come here at once»)1. Цей код був розроблений ватажком чиказької мафії для того, щоб спілкуватися з підлеглими. Проте набагато цікавішу й складнішу роботу провели вчені для розгадування найважливішого коду в живій природі — генетичного коду. Але перш ніж перейти до розгляду цього феномену, дамо визначення поняття «код». Код — це правило відповідності одному конкретному об’єкту чітко визначеної комбінації символів. Інакше кажучи, код — це правило, згідно з яким символи однієї системи (скажімо, літери) однозначно співвідносяться із символами іншої системи (скажімо, зображеннями чоловічків)....
0 Переглянути

Типи РНК

9 Клас

Із двох типів нуклеїнових кислот, що є в клітині, роль носія спадкової інформації дісталася ДНК. Проте РНК, як ми вже неодноразово зазначали, має здатність набувати величезного різноманіття форм. Зазвичай вважається, що ДНК є дволанцюговою спіральною молекулою, натомість РНК має лише один ланцюг, а дволанцюгова структура для неї не характерна. Це не так. Справді, більшість функціональних молекул РНК має у своєму складі тільки один полінуклеотидний ланцюг. Але в межах цього ланцюга можна виявити велику кількість дволанцюгових ділянок (рис. 23.1). Полінуклеотидний ланцюг при цьому вигинається та формує дволанцюгову структуру сам із собою з дотриманням принципу комплементарності. Зазвичай в одній молекулі РНК є кілька дволанцюгових ділянок. Дволанцюгові ділянки дуже важливі, оскільки саме вони визначають форму молекули РНК, а отже, і її функцію. Така велика структурна різноманітність зумовлює різноманіття функцій РНК у клітині. Матричні РНК синтезуються в ядрі у вигляді попередників, а потім — після дозрівання — прямують до цитоплазми. У матричній РНК закодована амінокислотна послідовність білка. Рибосоми зчитують цю послідовність і синтезують амінокислотні ланцюги білків. Рибосомальна РНК є основою рибосом, які функціонують у цитоплазмі. Багато рибосом пов’язані з мембраною ендоплазматичного ретикулуму (утворюється шорсткий ендоплазматичний ретикулум). Синтез рибосомальної РНК, як і збирання рибосом, відбувається в ядерці. Транспортна РНК залучена до біосинтезу білка. Вона бере участь в активації амінокислотних залишків і доставленні їх до рибосоми, що працює. Транспортна РНК утворюється в ядрі, а потім прямує до цитоплазми. Деякі транспортні РНК мітохондрій кодуються ядерною ДНК, а після утворення переміщуються до мітохондрій крізь цитоплазму. Малі ядерні РНК утворюються та функціонують у ядрі. Вони беруть участь у процесі дозрівання матричної РНК. Малі ядерцеві РНК беруть участь у дозріванні рибосомальної РНК. У цитоплазмі міститься велика кількість коротких цитоплазматичних РНК, залучених до різних процесів, таких як перенесення білка крізь мембрану, захист клітини від вірусів, регуляція синтезу білка. У ядрі та цитоплазмі клітини наявні також «загадкові» довгі некодувальні РНК, що виконують регуляторні функції. Мітохондрії містять власний набір матричних, рибосомальних і транспортних РНК, що утворюються безпосередньо в мітохондріях. Рибосомальні РНК мітохондрій значно...
0 Переглянути

Транскрипція

9 Клас

Коли йшлося про нуклеїнові кислоти, ми згадували, що є два типи полінуклеотидів — дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) та рибонуклеїнова кислота (РНК). В обох випадках це лінійний полімер, що складається з нуклеотидних залишків. Хімічні відмінності між ДНК і РНК полягають у тому, що в нуклеотидах РНК є залишок вуглеводу рибози, а в нуклеотидах ДНК — дезоксирибози. Також відмінності стосуються набору нітрогеновмісних основ, із яких побудовані полімери: у РНК замість тиміну наявний урацил. Однак такі незначні відмінності позначаються на фізико-хімічних властивостях молекул. ДНК стабільніша, менше піддається спонтанним розривам ланцюга та модифікаціям хімічними агентами. Тобто ДНК ідеально підходить на роль надійного зберігача інформації. РНК менш стабільна, але, з другого боку, здатна набувати найрізноманітніших просторових форм, які зазвичай недоступні для ДНК. У ній утворюються петлі, вузли, шпильки, вона формує комплекси з йонами металів. РНК також є каталізатором деяких хімічних реакцій. Таким чином, якщо РНК і програє ДНК за надійністю зберігання інформації, то вона беззаперечно попереду за різноманіттям форм і функцій. Отож з’ясуємо, як молекули РНК утворюються в клітині. РНК може синтезуватися на матриці ДНК У попередньому параграфі ми розглянули, як відбувається синтез ДНК. Можна припустити, що синтез РНК відбувається подібним чином. Справді, РНК у клітині утворюється шляхом з’єднання рибонуклеотидів у полімерний ланцюг на матриці ДНК. Цей процес називають транскрипцією. Артур Корнберг народився 1918 року в Нью-Йорку в родині переселенце із Галичини. Навчався в Рочестерському університеті. Відомий у світі передусім як дослідник ферментів синтезу нуклеїнових кислот. Він відкрив фермент ДНК-полімеразу, також уперше здійснив синтез ДНК і РНК «у пробірці». Саме «за дослідження механізмів біосинтезу рибонуклеїнових та дезоксирибонуклеїнових кислот» у 1959 році був удостоєний Нобелівської премії з фізіології або медицини. Артур Корнберг мав трьох синів. Один із них — Роджер Корнберг — став колегою батька. Він народився 1947 року в Сент-Луїсі (штат Міссурі, США). Навчався в Гарвардському університеті. Цікаво, що Роджер продовжив батькові дослідження синтезу нуклеїнових кислот. Поштовхом до цього могло бути те, що він у 12-річному віці побував у Стокгольмі на церемонії вручення батькові Нобелівської премії. За свої праці Роджер також був нагороджений Нобелівською премією з хімії 2006 року «за дослідження...
0 Переглянути

Подвоєння ДНК

9 Клас

Як ви вже знаєте, носієм інформації про розвиток, будову, функціонування живого організму є молекула ДНК. Ця молекула є лінійним полімером — полінуклеотидом у вигляді ланцюга з нуклеотидних ланок. Загалом у цьому ланцюгу містяться нуклеотиди з нітрогеновмісними основами чотирьох типів: аденіном (А), гуаніном (Г), цитозином (Ц) та тиміном (Т)1. Ці нуклеотиди чергуються один з одним, і в послідовності їхнього з’єднання зашифровано текст — програму, за якою будується та працює живий організм. У цьому розділі ми будемо обговорювати, як цю програму, записану в послідовності нуклеотидів ДНК, виконує клітина. Та живим організмам недостатньо мати надійного зберігача інформації. Важливо, щоб цю інформацію можна було копіювати та передавати нащадкам. Подвійна спіраль — основа напівконсервативного принципу реплікації Багато людей, навіть далеких від біології, знають, який приблизно має вигляд молекула ДНК: це комплекс із двох переплетених ланцюгів — подвійна спіраль. Справді, майже увесь час молекула ДНК перебуває в такому комплексі2. При цьому полінуклеотидні ланцюги не ідентичні один одному. Навпроти залишку аденіну (А) одного ланцюга розташований залишок тиміну (Т) другого ланцюга, навпроти залишку гуаніну (Г) — залишок цитозину (Ц). Це і є розглянутий нами раніше принцип комплементарності. У будові ДНК криється ключ до механізму її копіювання. Цей процес називають реплікацією. Молекула ДНК спочатку розплітається: ланцюги відокремлюються один від одного, формуючи одноланцюгові ділянки. Потім завдяки роботі ферментативних систем клітини навпроти кожного з ланцюгів, що вийшли з вихідної — материнської — молекули ДНК, формуються дочірні ланцюги за принципом комплементарності. Так виникає дві ідентичні одна одній дволанцюгові спіральні молекули ДНК. У кожній із них один ланцюг нуклеотидів дістався від материнської молекули ДНК, а другий був синтезований наново. Такий механізм реплікації називають напівконсервативним: кожна молекула ДНК містить новий і старий (консервативний) ланцюги (рис. 21.1)....
0 Переглянути

Принципи синтетичних процесів

9 Клас

У першому розділі підручника ми розглянули різноманіття молекул, які є в живих організмах. Як ми з’ясували, найбільше розмаїття властиве великим полімерним молекулам, таким як білки, полісахариди та нуклеїнові кислоти. Кишкова паличка має приблизно 5 тисяч різних білків, людина — 60 тисяч. При цьому білки, що виконують однакову функцію, у різних організмах теж різняться. Так, послідовність амінокислотних залишків у гемоглобіні миші відрізняється від послідовності амінокислотних залишків у гемоглобіні людини. Отже, це різні молекули. Ба більше: спостерігається внутрішньовидове різноманіття білків. Так, у людей є два варіанти глікофорину А — основного білка, що вкриває поверхню еритроцитів — червоних кров’яних тілець. Амінокислотні ланцюги цих двох варіантів, які називають M і N, відрізняються один від одного лише за двома позиціями. Одні люди мають тільки M-форму глікофорину А, інші — тільки N-форму, а треті — обидві форми. Різні форми глікофорину А визначають різні групи крові1. Біополімери характеризуються великим різноманіттям у межах одного організму, а враховуючи внутрішньо- та міжвидові відмінності, їхнє сумарне різноманіття в біосфері просто безмежне. Полімери складаються з порівняно невеликої кількості мономерів Незважаючи на велику різноманітність біополімерів у живій природі, усі вони побудовані з доволі обмеженої кількості мономерних ланок. Так, усе різноманіття білків утворюється всього з трохи більше ніж 20 амінокислот (для людини — з 21 амінокислоти)2. Усі амінокислоти з цього набору є й у людини, і в карася, і в соняшника, і в мухомора. При цьому необов’язково, щоб ці амінокислоти синтезувалися в усіх організмах. Так, ані людина, ані миша не здатні синтезувати незамінну амінокислоту фенілаланін, але отримують її в достатній кількості з їжею. Звісно, із правила «універсальності мономерних ланок» є винятки. Так, деякі прокаріотичні організми, що населяють рубець жуйних тварин, мають додаткову амінокислоту, яку можуть використовувати для побудови своїх білків3. Водночас у них немає однієї з «еукаріотичних» амінокислот4. Виходить, що їхні білки теж будуються з 21-ї мономерної ланки, проте цей набір не збігається повністю з тим, який є в еукаріотів. 1 Насправді М- та N-форми глікофорину А різняться не тільки амінокислотними послідовностями, а й вуглеводами, що ковалентно прикріплені до білка. При цьому вуглеводний компонент становить 60 % від маси молекули. Із цим і пов’язана назва...
0 Переглянути

Хемосинтез

9 Клас

У попередньому параграфі ми розглянули, як зелені рослини використовують енергію сонячного світла для отримання водню з води. Потім цей водень використовується для відновлення вуглекислого газу та синтезу органічних сполук. Такий процес називають фотосинтезом. Проте в біосфері є ще й інший спосіб синтезу органічних сполук, що не залежить безпосередньо від енергії сонячного світла. Водень для відновлення вуглекислого газу можна отримувати й від різних неорганічних молекул, проте для цього потрібен досить потужний окисник. Таким окисником є кисень. Живі організми (хемоавтотрофи) здатні окиснювати неорганічні сполуки (наприклад амоніак, сірководень, сульфіди, сполуки двовалентного Феруму тощо) киснем і використовувати виділені в цих процесах електрони та водень для відновлення вуглекислого газу. Такий процес називають хемосинтезом. Так само, як і у випадку із зеленими рослинами, частина енергії від окиснення використовується для синтезу АТФ. Такий варіант отримання енергії властивий лише прокаріотам. Саме ж явище хемосинтезу в 1887 році відкрив Сергій Виноградський. Нітрифікувальні бактерії — звичайні хемотрофи Одними з найпоширеніших хемоавтотрофних мікроорганізмів є ґрунтові нітрифікувальні бактерії. Саме ці бактерії відкрив Виноградський, зазначивши, що вони здатні зростати в середовищі з солями амонію1 за повної відсутності органічних речовин, тобто є автотрофними організмами. До цього вважалося, що автотрофність властива лише фотосинтезувальним організмам, таким як рослини та водорості. Відкриття хемоавтотрофних нітрифікувальних бактерій змінило уявлення про живу природу....
0 Переглянути

Фотосинтез

9 Клас

Живі організми, які населяють нашу планету, безперервно її змінюють. Одні організми руйнують мінеральні породи, щоб дістатися до мікроелементів, із відмерлих залишків інших формуються крейда, глобігериновий мул1, діатоміт. Проте важко уявити собі біологічний процес, що змінив нашу планету більше, ніж фотосинтез, який здійснюють зелені рослини. Завдяки йому в атмосфері міститься велика кількість кисню — 21 %. Фотосинтез розфарбував нашу Землю в зелено-блакитні кольори: зелений хлорофіл підтверджує перемогу рослин на суші, а блакитні небо й океан свідчать про чисту атмосферу та гідросферу, що були очищені киснем від забарвлених неорганічних домішок. Озоновий шар, що сформувався в атмосфері з кисню, захищає все живе від згубного ультрафіолетового випромінювання, а також запобігає розпаду молекул води. Яким би повільним не було розщеплення молекул води під дією ультрафіолету, за два мільярди років існування оксигенного фотосинтезу (фотосинтезу, в ході якого утворюється кисень) цей процес міг би знищити запаси води у Світовому океані, як це, можливо, сталося на Марсі. Кисень, що наситив понад мільярд років тому Світовий океан, окиснив розчинний двовалентний Ферум до нерозчинних сполук тривалентного, які випали в осад з утворенням залізної руди, що її активно використовує людство. Так само кисень очистив океан від домішок Сульфуру, а атмосферу — від метану. Фотосинтезувальні організми почали поглинати та виводити Карбон із колообігу речовин у природі, накопичуючи його сполуки в собі. Так утворилися нафта, природний газ і кам’яне вугілля. Кисень змінив і живу природу. Оскільки він найпотужніший (після фтору) окисник, то його почали використовувати живі організми для дихання. Окиснення водню киснем дає значно більше енергії, ніж окиснення залізом (залізне дихання), сульфатною (сульфатне дихання) чи нітратною (нітратне дихання) кислотами. А продуктом окиснення є вода. Такий зручний й ефективний спосіб дихання, який ми описали в попередньому параграфі, дав змогу організмам стати більшими і, урешті-решт, багатоклітинними. Отже, можна впевнено заявляти, що без кисню на планеті не було б живих організмів, складніших за бактерії. Фотосинтез — це два різні, але тісно пов’язані процеси Ми розглянемо фотосинтез, що його здійснюють зелені рослини, — так званий оксигенний фотосинтез, побічним продуктом якого є кисень. Треба зазначити, що такий тип фотосинтезу — найскладніший з усіх, що є2. Фактично фотосинтез становить два...
0 Переглянути

Біохімічні механізми дихання

9 Клас

Як ми вже з’ясували раніше, повне окиснення глюкози тваринами неможливе без участі кисню. Але для цього кисень має бути доставлений до клітин організму. У багатьох невеликих організмів кисень потрапляє з довкілля до клітин шляхом простої дифузії. Проте зі збільшенням розміру організму дифузія припиняє бути ефективним способом постачання кисню. Великі організми містять спеціальні переносники кисню — білки, у яких є небілковий (тобто такий, що не складається із залишків амінокислот) компонент, що формує комплекс із молекулою кисню. Прикладом таких білків є гемоглобін1 — мультимерний (тобто такий, що складається з кількох амінокислотних ланцюгів) білок, який містить небілкову групу — гем (рис. 17.1). Гемоглобін хребетних тварин складається з чотирьох амінокислотних ланцюгів і міститься в еритроцитах. У безхребетних гемоглобіни можуть складатися з більшої кількості амінокислотних ланцюгів і міститися переважно в плазмі крові. Гемоглобіни здатні поглинати кисень у легенях, вологій шкірі або зябрах, якщо його вміст там високий, а потім віддавати в тканинах. Таким чином, кисень, захоплений із довкілля, виявляється зв’язаним із білком-переносником і може бути з потоком крові чи іншої рідини доставлений клітинам організму. Окремого розгляду заслуговує дихальна система комах. Як правило, клітини дорослих комах не мають дихальних пігментів і транспортують кисень до тканин шляхом дифузії мережею найтонших трубочок — трахей. Трахеї підходять безпосередньо до клітин організму і доставляють їм кисень. Проте така будова дихальної системи обмежує розміри комах2. Відщеплення водню від молекул поживних речовин — спосіб отримання аеробного палива У попередньому параграфі ми зупинилися на тому, що молекула глюкози в цитоплазмі клітини окиснюється до двох молекул піровиноградної кислоти, при цьому синтезується дві молекули АТФ і відщеплюється чотири атоми Гідрогену, тобто дві молекули водню. Водень — це дуже добре паливо з погляду енергетики....
0 Переглянути

Розщеплення речовин

9 Клас

Як ми вже з’ясували в попередньому параграфі, тварини не здатні самостійно синтезувати органічні речовини з вуглекислого газу та води, тому змушені отримувати їх із їжею. У цьому параграфі ми розглянемо, що відбувається з молекулами їжі, поглинутої людиною. Спочатку треба зазначити, що їжа містить у собі велику кількість полімерів (білків і полісахаридів), які клітини тонкого кишківника не можуть безпосередньо всмоктати. Тому ці речовини повинні бути розщеплені до мономерів (амінокислот і моносахаридів відповідно). Жири також не можуть бути поглинуті без розщеплення, тому вони розщеплюються з вивільненням жирних кислот. Саме ці процеси ми й опишемо зараз. Розщеплення білків починається в шлунку Білкова їжа є основою раціону людини, хоча вміст білків у їжі значно варіюється в різних національних культурах: на них дуже багата кухня Середньої Азії, натомість бідна — у полінезійців і африканських аборигенів. У шлунково-кишковому тракті білки розщеплюються в кілька етапів. Початкові етапи розщеплення білків відбуваються в шлунку. Тут, у кислому середовищі, у білків руйнується їхня тривимірна структура й вони піддаються початковому розщепленню ферментом пепсином. При цьому молекула білка розщеплюється на більш короткі амінокислотні ланцюжки, але не до вільних амінокислот. Після цього утворені амінокислотні ланцюжки потрапляють до тонкого кишківника. Там, у слабколужному середовищі, вони піддаються дії ферментів трипсину та хімотрипсину, що їх виділяє підшлункова залоза. Робота цих ферментів призводить до формування ще коротших амінокислотних ланцюжків (2 - 20 амінокислот). А остаточне розщеплення до амінокислот цих укорочених ланцюжків здійснюють інші травні ферменти тонкого кишківника. Лише вільні амінокислоти можуть бути поглинуті клітинами тонкого кишківника та потрапити в кров1. Розщеплення вуглеводів відбувається в декілька етапів У їжі є різноманітні вуглеводи: полісахариди (такі як крохмаль і целюлоза), дисахариди (такі як сахароза й лактоза), а також моносахариди, найважливішим із-поміж яких є глюкоза. Відносний уміст вільної глюкози в їжі зазвичай невеликий, а більшість вуглеводів представлена ди- та полісахаридами. Як і у випадку з амінокислотами, клітини епітелію тонкого кишківника здатні поглинути лише моносахариди, тому ди- й полісахариди треба розщепити в шлунково-кишковому тракті. Дисахариди розщеплюються в тонкому кишківнику: сахарозу розщеплює фермент сахараза, а лактозу — лактаза. Варто...
0 Переглянути
Вперед
1 ... 184 185 186 187 188 189 190 191 192 ... 343
Назад

Навігація