Войти
Закрыть

Основи метаболізму

10 Клас

Ви вже знайомі зі загальними принципами метаболізму: він складається з процесів синтезу складних речовин із простих та з процесів розщеплення складних молекул на прості. У цьому параграфі ми розглянемо ці процеси докладніше. Розщеплення складних поживних речовин відбувається з подвійною метою — отримати енергію й «будівельний» матеріал Молекули речовин їжі, які ми поглинаємо, перш за все мають бути розщепленими до окремих простих сполук. Цей процес отримав назву травлення. Він починається з механічного подрібнення в ротовій порожнині й продовжується на рівні ферментативного розщеплення макромолекул до більш коротких і простих речовин. У людини ці процеси відбуваються в травній системі (рис. 21.1). У різних її частинах розщеплюються окремі групи поживних речовин під дією специфічних ферментів (табл. 21.1). Значний внесок у дослідження роботи травних ферментів зробив професор Харківського університету Олександр Данилевський. Така обробка уможливлює всмоктування продуктів розщеплення у внутрішнє середовище організму, що дозволяє забезпечити всі клітини поживними речовинами....
0 Переглянути

Енергетичні стратегії організмів

10 Клас

Із попереднього розділу нам стало відомо, що рослинні організми утворюють органічні сполуки з вуглекислого газу і води, використовуючи енергію АТФ і відновлений НАДФ+, які вони отримали за допомогою енергії сонця. Тварини ж синтезують АТФ, окиснюючи органічні речовини, поглинуті у вигляді їжі. Отримана органіка є джерелом електронів і протонів для процесів генерації енергії у клітинах і рослин, і тварин. Утім важливо розуміти, що не всі з отриманих елементарних молекул «спалюються» в циклі Кребса для синтезу АТФ. Багато з них використовуються для процесів синтезу складніших сполук — білків, вуглеводів, ліпідів тощо. Усі організми залежно від джерела атомів Карбону для процесів синтезу органічних сполук можна поділити на дві групи. Організми першої групи мають назву автотрофи. Це ті організми, що можуть самі синтезувати органічні сполуки, використовуючи неорганічне джерело Карбону — вуглекислий газ. До цієї групи належать організми, здатні до фотосинтезу: ціанобактерії, деякі одноклітинні еукаріоти (наприклад, евглена зелена чи хламідомонада), рослини, а також хемосинтезувальні мікроорганізми: нітрифікувальні, водневі, сірко- й залізобактерії. Друга група — гетеротрофи — організми, що поглинають Карбон у складі органічних сполук із навколишнього середовища. Далі завдяки компонентам поглинутих речовин вони синтезують потрібні органічні речовини. Гетеротрофами є тварини, гриби і бактерії, що розкладають органічні рештки (редуценти). За іншою класифікацією, залежно від того, що є первинним джерелом енергії для життєдіяльності, усі організми можна поділити на хемотрофів і фототрофів. Хемотрофи — це ті організми, що використовують як джерело енергії для синтезу АТФ реакції за участі хімічних речовин, поглинутих із довкілля. Тобто вони окиснюють певні неорганічні чи органічні речовини і в результаті цих процесів синтезують АТФ. До хемотрофів відносять хемосинтезувальні мікроорганізми, гриби і тварин. Фототрофи використовують енергію світла для утворення АТФ. Фототрофами є деякі види бактерій (наприклад пурпурові і зелені), ціанобактерії, рослини....
0 Переглянути

Біоенергетика та АТФ

10 Клас

У § 13 ми згадували АТФ як структурний елемент, з якого утворюється РНК, а в § 14 — як алостеричний регулятор. У цьому параграфі ми розглянемо АТФ як носія енергії. Біологічні системи є надзвичайно складними, і щоб підтримувати всі структури та процеси, необхідні постійні витрати енергії. Ця енергія накопичується і використовується у вигляді енергії хімічних зв’язків. Ми отримуємо енергію, переводячи енергію хімічних зв’язків тисяч сполук їжі в основному в енергію хімічних зв’язків однієї молекули — АТФ. Це робить весь енергетичний обмін універсальним: організм має працювати з однією молекулою, що несе певну порцію енергії. Чому саме АТФ став універсальною «енергетичною валютою» живих систем, наразі не є до кінця зрозуміло. Це могла бути еволюційна випадковість, що закріпилася. Але ми знаємо, як АТФ функціонує. Назва АТФ розшифровується як аденозинтрифосфатна кислота. Молекула АТФ має три ортофосфатні групи (рис. 19.1, А). У результаті дисоціації на атомах Оксигену ортофосфатних груп виникають негативні заряди. Це призводить до відштовхування між Оксигенами, наче між чотирма магнітами, зафіксованими однойменними полюсами в напрямку один до одного. Але дальність відштовхування обмежена довжиною ковалентних зв’язків О—Р—О: вони не дозволяють атомам відштовхнутися далі. Це призводить до появи напруги в молекулі. Саме ця потенційна, нереалізована енергія відштовхування і є основною причиною високих енергій зв’язків між ортофосфатами в АТФ....
0 Переглянути

Вітаміни

10 Клас

Тепер, коли ми вже знаємо, що таке ферменти і як вони працюють, настав час поглибити наші знання. Хоча ензими є унікальними творіннями еволюції, їм теж потрібні свої «інструменти» — молекули, без яких вони не можуть функціонувати. Ці «інструменти» називають кофакторами1. Кофактори — це небілкові компоненти ферментів, що зазвичай беруть безпосередню участь у каталізі реакцій. Кофактори бувають неорганічні та органічні. Неорганічні кофактори — це йони металів (Mg2+, Cu2+, Fe2+, Со2+, Zn2+, Mn2+ тощо). Як ви помітили, всі ці металічні йони мають подвійний заряд. Чому? Чи, радше, навіщо? Часто йони металів приєднуються до білка через інші складні сполуки (рис. 18.1). Ці сполуки утримують йони металів, при цьому залишаючи можливість сформувати зв’язки, які можуть брати безпосередню участь у каталізі реакції. Органічні кофактори називають коферментами, і здебільшого коферментами є вітаміни чи їх похідні. Деякі з вітамінів наші клітини синтезують самі, але більшість — ні. Тому вітаміни ми можемо отримати лише з їжею. Активно досліджував вітаміни та їх роль один із перших українських біохіміків академік Олександр Палладій. Вітаміни — досить неоднорідна група органічних речовин; їх можна поділити на водорозчинні (вітаміни групи В, вітамін С) та жиророзчинні (вітаміни А, D, Е, К). Ученими синтезовано водорозчинні аналоги жиророзчинних вітамінів, які використовують у фармацевтиці. Отже, нині поділ на водо- і жиророзчинні вітаміни є в основному історичною даністю....
0 Переглянути

Ферменти та біохімічні перетворення

10 Клас

Одна молекула ферменту карбоангідрази може здійснити цю реакцію мільйон разів за секунду, що пришвидшує її в 107 разів! Цей фермент уможливлює процес розчинення вуглекислого газу в капілярах легень. Таке «сприяння» проходженню хімічної реакції має назву каталіз1, а задіяні в ньому білки називають ферментами, або ензимами. Для будь-якої хімічної реакції перехід від стану А (вихідна речовина, або субстрат) у стан Б (кінцева речовина, або продукт) не є прямим. Він опосередковується перехідним станом, який є нестабільним (на прикладі нашої реакції — це стан Н2СO3). Формування перехідного стану потребує витрат енергії ззовні, що призводить до виникнення енергетичного бар’єру (рис. 17.1). Ферменти сприяють формуванню перехідного стану молекули, а це веде до значного зростання швидкості реакції. Однак зауважимо, що ферменти не здатні змінити хід реакції, вони лише прискорюють її. Завдяки ферменту зменшується енергетичний бар’єр хімічної реакції Вам уже відомо, що наявність у білків третинної структури, надає їм можливість формувати активний центр. Саме він є «серцем» ферментативного каталізу. Ферменти насправді не долають, а зменшують енергетичний бар’єр реакції. Часто це досягається завдяки специфічному розташуванню субстратів реакції один відносно одного в активному центрі ензиму. Річ у тім, що для проходження реакції в розчині, під дією лише дифузії, субстрати мають зіштовхнутися один з одним у правильній просторовій орієнтації, що є малоймовірним. Фермент розташовує субстрати одразу в сприятливій позиції, що дозволяє зменшити енергетичний бар’єр реакції (рис. 17.2)....
0 Переглянути

Нуклеїнові кислоти і білки

10 Клас

Усі форми життя за своєю природою — біомолекулярні роботи: від зародження і до кінця свого життєвого циклу їхні біохімічні процеси чітко відповідають певній програмі. Ця програма керує також взаємодією організму з довкіллям, а «інструкції» про її виконання «записані» в молекулах ДНК — дезоксирибонуклеїнової кислоти. Молекула ДНК має структуру подвійної спіралі Найменшим структурним елементом ДНК є окремі нуклеотиди (рис. 16.1, А). Вони складаються з нітрогеновмісної основи, яка є елементарним носієм генетичної інформації, вуглеводу дезоксирибози та ортофосфатного залишку, що разом із дезоксирибозою формують каркас молекули ДНК. Нуклеотиди полімеризуються, формуючи ланцюг ДНК (рис. 16.1, Б). У більшості організмів (окрім деяких груп вірусів) ДНК формує подвійну спіраль завдяки водневим зв’язкам, що виникають між нітрогеновмісними основами двох ланцюгів (рис. 16.1, В, Г). До складу ДНК входить чотири типи нітрогеновмісних основ: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц). За принципом комплементарності аденін парується із тиміном, гуанін — з цитозином. Принцип комплементарності — це основний принцип, на якому засновані процеси реплікації ДНК (відтворення) та транскрипції (зчитування генетичної інформації)....
0 Переглянути

Вуглеводи і ліпіди

10 Клас

Ви вже ознайомилися з величезним біорізноманіттям, що утворилося на нашій планеті у процесі еволюції. Відомо, що еволюція відбувається і на молекулярному рівні: рівні генів (що формують генотип) та біомолекул (що визначають фенотип). Оскільки еволюція є послідовним процесом, то більшість організмів складається з одних і тих самих молекул, про які ви дізнаєтеся в цьому розділі. Наш організм, як і інші організми, складається з тисяч різних молекул, що за структурою та властивостями поділяють на кілька класів, найбільшими з яких є вуглеводи, ліпіди, білки та нуклеїнові кислоти. Всі їх представники складаються з карбонових ланцюгів, до яких приєднані специфічні функціональні групи. Вуглеводи — найпоширеніші органічні речовини на Землі Вуглеводи — це клас найпоширеніших органічних речовин на нашій планеті, в основному завдяки целюлозі — полімерному вуглеводу, що його містять усі рослини. Вуглеводи є скрізь: у цукорниці у вас на кухні, у будь-якому дерев’яному предметі вдома, а також, звичайно, у нас самих. Назва вуглеводів говорить сама за себе: вони складаються з атомів Карбону, що утворюють їх каркас, та «молекул» води, які з ним з’єднані1. У результаті формуються гідроксильні (—ОН), альдегідні (—СНО) та кетонні (>С=0) функціональні групи (рис. 15.1). 1 Зрозуміло, що під таке визначення не підпадають вуглеводи, що містять атоми Нітрогену, Фосфору, Сульфуру тощо. Утім, такі вуглеводи були відкриті після появи самої назви....
0 Переглянути

Біологічне різноманіття як результат еволюції

10 Клас

Як ми вже згадували на початку розділу, нашу планету населяє величезна кількість різноманітних організмів — щонайменше 1,7 млн видів. А це лише невелика частина того видового багатства, яке існувало на Землі за всю її геологічну історію, починаючи з моменту виникнення життя приблизно 4,1—3,8 млрд років тому. Однак усі організми мають спільне походження і пов’язані один з одним родинними зв’язками. Вам уже відомо, що під час побудови еволюційних дерев — кладограм, найбільш споріднені види будуть об’єднуватися один з одним у більші групи — таксони, а ці таксони, своєю чергою, у ще більші таксони і так далі. Якщо продовжити об’єднувати таксони на основі їх спільного походження, то може виявитися, що всі вони будуть об’єднані в одне велике дерево зі спільним коренем. Усі організми можна помістити на кінчики гілок цього гігантського еволюційного дерева, в основі якого буде розміщений Останній універсальний спільний предок — LUCA (Last universal common ancestor). Цей універсальний спільний предок є попередником усіх організмів, що живуть зараз. Чи могли у нього бути свої предки? Безсумнівно. Тоді ці організми теж є універсальними спільними предками — UCA. Останній організм у ланцюжку «універсальних спільних предків» учені й іменують останнім універсальним спільним предком, або просто LUCA. Появі LUCA передувала еволюція, про яку вчені практично нічого не знають. Точніше, її неможливо реконструювати, порівнюючи між собою організми, які нині існують, бо усі еволюційні гілки урешті-решт зійдуться на LUCA. Ми можемо лише здогадуватися, як LUCA міг виникнути, хоча його «вигляд» можна уявити собі достатньо точно. Ба більше, у процесі такої «еволюції від LUCA» могли виникнути еволюційні гілки від інших універсальних спільних предків (UCA), паралельні тим, що виникли від LUCA (рис. 14.1). Про розвиток цих паралельних гілок ми практично не можемо нічого дізнатися, оскільки усі їх нащадки вимерли ще на етапі одноклітинних організмів мільйони років тому....
0 Переглянути

Неклітинні неорганізми

10 Клас

Із попереднього параграфу ви знаєте, що віруси зустрічаються усюди. Але «живими» вони стають тоді, коли потрапляють до організму хазяїна. Насправді кожний організм на Землі має свої вірусні інфекції. Попри те, існують різні форми одного вірусу — штами. Виникнення нових штамів вірусів часто пов’язане з розвитком епідемій. Так, штам грипу A H1N1 спричинив пандемію1 свинячого грипу у 2009-2010 роках, тоді як штам грипу A H3N2 був причиною пандемії гонконгеького грипу в 1968-1969 роках, що забрала життя 34 тис. людей. Далі ми побіжно розглянемо неосяжне різноманіття вірусів, що трапляються в природі. Бактеріофаг Т4, використовуючи складно влаштований капсид, уражає бактерії Бактеріофаги — віруси, що є паразитами бактерій, відрізняються своїм різноманіттям. Бактеріофаг Т4 має один із найскладніше побудованих капсидів серед вірусів (рис. 13.1, А). Завдяки здатності вбивати бактерії, бактеріофаги знайшли своє застосування в кількох галузях. Першочергово доведено можливість використання бактеріофагів для лікування бактеріальних інфекцій. Таке застосування фагів отримало назву фаготерапія. Бактеріофаги мають ряд переваг над антибіотиками, що зараз широко застосовуються для знищення бактерій. Вони атакують лише певний вид бактерій, ніяк не впливаючи на корисну бактеріальну мікрофлору організму. Ймовірність виникнення побічних ефектів при фаготерапії значно менша, ніж при антибіотикотерапії. Також бактеріофаги можуть уводитися в невеликих концентраціях, оскільки здатні розмножуватися в уражених бактеріях. З іншого боку оскільки бактеріофаг діє лише на штам бактерій певного виду, то для лікування застосовують «коктейль» із різних фагів. Окрім того, виробництво фагів налагодити важче, ніж антибіотиків....
0 Переглянути

Будова і функціонування вірусів

10 Клас

У попередніх параграфах ми розглянули величезне різноманіття організмів, які населяють нашу планету. Вони мають різну будову і відрізняються процесами, що в них відбуваються. Але при цьому всі організми характеризуються спільними властивостями. По-перше, усі вони мають клітинну будову. Ба більше, їхні клітини здатні самостійно здійснювати важливий процес — біосинтез білка: у них є всі компоненти апарата білкового синтезу. По-друге, усі клітинні організми мають складний метаболізм, завдяки якому вони перетворюють енергію і синтезують власні хімічні компоненти. І, зрештою, організми є реплікаторами — системами, здатними утворювати собі подібних, передаючи їм свій спадковий матеріал. Але організми це не єдині реплікатори, що існують на нашій планеті. Поряд з ними є й інші, набагато простіше побудовані реплікатори — віруси. На відміну від організмів, у вірусів немає власних систем перетворення енергії й утворення біомолекул. Вони використовують відповідні системи клітини, у якій розвиваються, тобто є внутрішньоклітинними паразитами. При цьому вони не здатні самостійно утворювати білки, оскільки не мають власних рибосом. Через це деякі вчені визначають віруси як безрибосомні реплікатори. Усі віруси мають власний генетичний матеріал, який може бути представлений молекулами ДНК чи РНК. Деякі віруси зберігають спадкову інформацію тільки у формі РНК і ніколи не використовують ДНК для цього (наприклад, вірус грипу). Інші використовують лише ДНК, як, наприклад, вірус герпесу. Треті ж на різних етапах життєвого циклу можуть використовувати як молекулу ДНК, так і молекулу РНК. Така ситуація спостерігається у вірусу імунодефіциту людини....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 242 243 244 245 246 247 248 249 250 ... 343
Назад

Навігація