І перетворення енергії в клітині

ОБМІН РЕЧОВИН

Обмін речовин — загальна властивість, характерна для всіх живих організмів.

Загальнобіологічна суть обміну речовин як специфічної властивості живої матерії полягає в тому, що всі живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні і неорганічні сполуки та хімічні елементи, вико­ристовують їх у своїй життєдіяльності і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну у вигляді про­стіших органічних і неорганічних сполук. Обмін речовин можна схарактеризувати як комплекс біохімічних і фізіо­логічних процесів, які забезпечують життєдіяльність організмів у тісному взаємозв'язку з навколишнім середовищем. Комплекс фізіологічних процесів, що вивчається на рівні цілісного вищого організму, охоплює акти дихан­ня, живлення, травлення, всмоктування, а також виділен­ня продуктів обміну органами і системами (шкіра, легені, видільна система, травний апарат).

Пластичний і енергетичний обмін. Біохімічні процеси, які вивчаються на рівні тканин і клітин, охоплюють хімічні перетворення і видозміни структур білків, жирів і вуглеводів, що надходять в організм у вигляді їжі. Всі ці про­цеси відбуваються за участю великої кількості ферментів, які забезпечують певну послідовність обмінних реакцій у часі, місце і швидкість перебігу їх. Одночасно з процесом розкладання складних органічних сполук на простіші у клітині відбуваються також процеси синтезу складних органічних сполук (біологічний синтез, або біосинтез). Цим терміном позначають усі біохімічні процеси, які відбуваються в живих організмах і супроводжуються ут­воренням із простих, низькомолекулярних речовин склад­них високомолекулярних сполук (нуклеїнових кислот, білків, полісахаридів). Основні хімічні сполуки (амінокис­лоти, нуклеотиди тощо) синтезуються в клітині із глюко­зи та аміаку в результаті перебігу кількох сотень послідов­них хімічних реакцій. Кожний етап у цій послідовності реакцій здійснюється специфічним ферментом. Отже, глю­коза — це джерело енергії в клітині й основна хімічна сполука для синтезу найважливіших органічних речовин. Процеси розщеплення і синтезу в клітині узгоджені так, що близько половини вуглецевих атомів входить до скла­ду різних хімічних сполук, а решта окиснюеться до вугле­кислого газу.

Сукупність усіх реакцій біосинтезу прийнято називати асиміляцією (анаболізмом) (лат. assimilatio — уподібнен­ня), або пластичним обміном. Усі реакції пластичного обміну відбуваються з поглинанням енергії (ендотерміч­ні). Протилежний процес — розщеплення й окиснення ор­ганічних сполук у клітині — має назву дисиміляції (ка­таболізму) (лат. dissimilatio — робити несхожим), або енер­гетичного обміну. Всі реакції енергетичного обміну відбу­ваються з виділенням енергії (екзотермічні).

Реакції, які відбуваються під час асиміляції і дисимі­ляції, хоча й протилежні, однак у живих організмах тісно взаємозв'язані і невіддільні одні від одних. Вони станов­лять дві сторони єдиного процесу обміну речовин.

Обмін речовин І енергії в клітині (сукупність пластично­го та енергетичного обмінів) — це основна умова підтриман­ня життя клітини, основа її функціонування й розвитку.

Етапи енергетичного обміну. Для життєдіяльності клітини, її функціонування, росту, розмноження, синтезу органічних сполук необхідна енергія. Основним джере­лом отримання енергії клітиною є 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 сполу-розщеплюються в травному каналі на простіші:— 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 дорівняно 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 без кисневим розщепленням. Реакція гліколізу в клітині відбувається за участю фосфор­ної кислоти та АДФ. Сумарне рівняння має такий вигляд:

С_вНі₂0₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ -» 2С₈Н_вО₃ +

+ 2АТФ + 2Н₂О + 200 кДж.

80 кДж (акумулюється 120 кДж (розсіюється

в АТФ) у вигляді теплоти)

Але видно з рівняння, в процесі гліколізу в АТФ акумулюється близько 40 % енергії (80 кДж із 200). Процес гліколізу відбу­вається у клітинах тваринних організмів, молочнокислих бак­терій, а також у деяких грибів. У клітинах більшості рослин без кисневе 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 каналізує певний фермент. Усі ці процеси відбува­ються на мембранах мітохондрій. Проміжні реакції роз­щеплення молочної кислоти до кінцевих продуктів (СО₂ і Н₂О) 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.

Сумарне рівняння кисневого розщеплення можна запи-ги так:

Отже, на другому етапі енергетичного обміну в АТФ акумулюється близько 55 % виділеної енергії (1440 кДж із 2600).

Порівняння без кисневого і кисневого етапів дає змогу побачити, що останній значно ефективніший. Кількість виділеної й акумульованої енергії значно більша, ніж у разі без кисневого розщеплення. Обидва ці процеси роз­щеплення зумовлюють акумуляцію 1520 кДж енергії, яка зосереджується в 38 молекулах АТФ.

Приклад розв'язування задач із цього розділу див. у додатку.

Синтезована в мітохондріях (або хлоропластах) АТФ по каналах ендоплазматичної сітки надходить у рибосоми та інші ділянки клітини. Там АТФ перетворюється на АДФ, віддаючи акумульовану енергію на синтез білків, ліпідів, вуглеводів, ДНК, скорочення м'язів, поділ клітин та інші потреби організму. Цим самим АТФ здійснює функцію транспорту енергії в організмі. Цей процес можна про­ілюструвати такою схемою:

Автотрофні та гетеротрофні організми. В процесі істо­ричного розвитку (філогенезу) у кожного виду живих організмів виробився власний, особливий тип обміну речо­вин. За характером живлення і використання енергії в про­цесі обміну речовин усі організми поділяють на дві групи. 42

Організми першої групи — автотрофи (гр. autos

caм, trophe — живити) — здатні синтезувати органічні ре­човини з неорганічного вуглецю (СО₂), використовуючи для нього енергію Сонця (фото синтезуючі організми) або енер­гію екзотермічних реакцій окиснення неорганічних речо­вин (хемосинтезуючі). До фото синтезуючих автотрофів належать усі зелені рослини, тобто організми, які містять хлорофіл. До хемосинтезуючих автотрофів належить невелика кількість видів бактерій (наприклад, нітрифікуючи бактерії, залізо і сіркобактерії; див, "Бактерії").

Друга група — гетеротрофи — для синтезу власних органічних сполук використовують вуглець у формі інших органічних сполук, які для них є як джерелом енергії, так і будівельним матеріалом. До таких організмів належать усі тварини, гриби, більшість бактерій та деякі рослини. Якщо гетеротрофи отримують готові органічні речовини від живих організмів, то їх вважають хижаками або пара­зитами, а якщо вони використовують речовини відмерлих організмів, — то сапрофітами. До гетеротрофних відно­сять і організми, які живляться за рахунок інших, але не паразитують на них, а перебувають з ними у взаємовигід­них відносинах (мутуалізм).

Фотосинтез, його світлова і темнова стадії. Фотосин­тезом називають процес синтезу органічних сполук з неорганічних (СО₂ та Н₂О), який відбувається з використан­ням променистої енергії Сонця за участю хлорофілу.

Цей складний і багатоступінчастий процес (мал. 9) роз­починається з поглинання квантів світла молекулою хлорофілу. Зелений колір його зумовлений поглинанням пе­реважно червоних і фіолетових променів сонячного спек­тра. З моменту поглинання сонячного світла хлорофілом розпочинається світлова стадія фотосинтезу.

АТФ

Світлова стадія Темнова стадія

Мал. 9. Схема фотосинтезу

Під впливом фотонів світла відбувається збудження молекули хлорофілу, причому рівні збудження можуть бути різними. Суть цього процесу полягає в тому, що електрони в молекулі хлорофілу переходять на вищий енергетичний рівень, нагромаджуючи потенціальну енергію. Частина з них відразу повертається на попередній рівень, а енергія, яка виділяється при цьому, випромінюється у вигляді тепло­ти. Значна частина електронів з високим рівнем енергії передає її іншим хімічним сполукам для виконання фо­тохімічної роботи, яка здійснюється в кількох основних напрямках.

1. Перетворення енергії електронів на енергію АТФ: АДФ.+ Ф + Енергія — > АТФ. Оскільки приєднання за­лишків фосфорної кислоти відбувається за рахунок енергії світла, цей процес називається фотофосфорилюваннлм.

2. Перебіг процесу фотолізу води: Н₂О — > Н⁺ + ОН~. У результаті іони Н⁺, приєднуючи електрони з високим енергетичним рівнем, перетворюються на атомарний во­день, який використовується в наступних реакціях фото­синтезу, а гідроксильні іони, взаємодіючи між собою, утво­рюють молекулярний кисень, воду і вільні електрони:

4ОН--* 2Н₂О + 0₂ + 4е'.

3. Передача енергії електронами з високим енергетич­ним рівнем через низку проміжних речовин для віднов­лення універсального біологічного переносника (акцепто­ра) водню НАДФ (нікотинамідаденіндинуклеотидфосфат). Внаслідок поглинання енергії НАДФ приєднує два атоми водню, що вивільнились у процесі фотолізу води, і пере­творюється на НАДФ • Н₂ (відновлена сполука). Отже, для світлової стадії фотосинтезу характерне перетворення енергії — збудження електронів хлорофілу, фотоліз води, утворення АТФ і відновлення НАДФ.

Далі настає темнова стадія фотосинтезу, для перебігу якої світло не потрібне. За наявності вуглекислого газу та енергії АТФ, що утворилися внаслідок перебігу світлових реакцій, відбувається приєднання водню до С0₂, який над­ходить у хлоропласти із зовнішнього середовища. Відбу­ваються послідовні реакції за участю специфічних ферментів, внаслідок чого утворюються різні сполуки, серед яких перше місце посідають вуглеводи. 44

Процес фотосинтезу можна подати таким сумарним рівнянням:

+ Енергія

6СО₂ + 6Н₂О-------------С₆Н,₂О_б + 6О₂.

Фотосинтез має велике значення для існування біосферний Зелені рослини завдяки фотосинтезу щорічно вносять до складу органічних речовин близько 170 млрд т вугле­цю здатні поновити увесь кисень атмосфери приблизно за 2 тис. років і увесь вуглекислий газ — за 300 років. Проте в процесі фотосинтезу використовується лише 1 % усієї сонячної енергії, яка потрапляє на рослини.

Вагомий внесок у вивчення ролі світла і хлорофілу в процесі фотосинтезу зробив видатний російський вчений К. А. Тимірязєв. За його словами, зелені рослини відігра­ють космічну роль завдяки тому, що вони здатні засвою­вати сонячну енергію. Ця енергія, акумульована в органіч­них речовинах, використовується всіма живими організ­мами нашої планети.

Шляхи підвищення продуктивності фотосинтезу. Складні біохімічні процеси, які відбуваються під час світлової і темнової стадії фотосинтезу, зумовлюють і складний характер залежності цієї функції від умов життя росли­ни. На інтенсивність процесу фотосинтезу впливають як комплекс зовнішніх факторів — освітленість, температура середовища, вміст вуглекислого газу, вологість тощо, так і біологічні особливості рослин, специфіка їхньої реакції на зовнішні впливи. Ось чому процес фотосинтезу слід розглядати як результат взаємодії всього комплексу вну­трішніх і зовнішніх чинників у життєдіяльності рослин. Щодо освітленості, температури, вологості потреби різних видів рослин дуже відрізняються — є світлолюбні і тіневитривалі види, теплолюбні, холодостійкі, посухостійкі види тощо. Проте можна зазначити, що для більшості видів рослин інтенсивність фотосинтезу посилюється з підви­щенням температури і досягає максимуму за температури л5 С, вмісту СО₂ близько 1 % і насичення водою. Подаль­ше зростання цих показників може дослаблювати інтен­сивність фотосинтезу. Підвищення Інтенсивності соняч­ного освітлення від 1 до 30 % (від максимального) спри­чинює значне посилення інтенсивності фотосинтезу в усіх вищих рослин, а подальше підвищення інтенсивності освітлення посилює фотосинтез лише у світлолюбних рослин. Фотосинтез — це основний процес утворення органіч­них речовин, що в поєднанні з асиміляцією мінеральних

солей із ґрунту створює біомасу рослин. Органічні речови­ни, що утворюються в процесі фотосинтезу, становлять близько 95 % сухої маси рослини. Тому керування процесом фотосинтезу, підвищення його продуктивності — один із ефективних методів впливу на продуктивність рос­лин, а для сільськогосподарських культур — це важливий засіб підвищення врожаю. Розроблено комплекс агротехнічних заходів, які дають змогу впливати на процес фото­синтезу. До них належить забезпечення потреб рослини водою і мінеральними солями, у тому числі мікроелемен­тами (міддю, цинком тощо), від яких залежить продук­тивність роботи всього фото синтезуючого апарату рослин. Дуже ефективним методом є підвищення вмісту СО₂ шляхом поливання рослин водою, яка насичена вуглекис­лим газом. Важливим є також правильне розміщення рослин та густоти посіву їх. Цей метод дає змогу запобігти само затіненню рослин і використати максимальну площу їхніх листків. Велику роль в ефективності використання сільськогосподарськими культурами сонячної енергії віді­грає селекція — створення посухостійких сортів, які ма­ють високі інтенсивності фотосинтезу і ростових процесів. Код ДНК. Поняття про ген. Найважливішим досяг­ненням біології XX ст. стало з'ясування генетичного ко­ду — встановлення відповідності між послідовністю нуклеотидів молекули ДНК та амінокислотами молекули білка. Нині генетичний код з'ясовано повністю. Кожна амінокислота кодується трьома (розміщеними поряд) нуклеотидамя молекули ДНК або відповідними (комплемен­тарними) нуклеотидами інформаційної РНК. Ці нуклеотиди складають триплети (трійки, кодони). Чотири різні нуклеотиди молекули ДНК — А, Ц, Т, Г (або А, Ц, У, Г молекули РНК) можуть утворювати 64 різних триплети (з урахуванням послідовності розміщення). Всі ці триплети (за винятком трьох; УАА, УАГ і УГА) відповідають 20 амінокислотам, які входять до складу білків. Деякі аміно­кислоти, наприклад триптофан (УГГ), метіонін (АУГ), ко­дуються лише одним триплетом, інші — двома (феніл­аланін — УУУ, УУЦ; цистеїн — УГУ, УГЦ), трьома (ізо­лейцин — АУУ, АУЦ, АУА), чотирма (гліцин — ГГУ, ГГЦ; ГГА, ГГГ; пролін — ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ) і шістьма (се-рин — УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ) триплетами. Як видно з наведених прикладів, у разі кодування амінокис­лот кількома триплетами ці триплети відрізняються лише третьою літерою. У разі шести триплетів чотири з них відрізняються лише третьою літерою, а два відрізняються

Мал. 10. Генетичний код (РНК):

три азотисті основи в центральному, другому і третьому колах кодують одну амінокислоту, яка скорочено записана у зовнішньому колі

(від цих чотирьох) повністю, але між собою вони відрізня­ються теж лише третьою літерою (диз. код амінокислоти серину). Триплети УАА, УАГ і УГА (на мал. 10 вони позначені абревіатурою "ТЕР") виконують функцію "розділо­вих знаків" і не несуть генетичної інформації. Вони від­діляють інформативні ділянки одну від одної, є стоп-кодо-нами. Саме на них припиняється синтез одного поліпептид-ного ланцюга. Очевидно, стоп-кодон — це кінцева точка функціональної одиниці ДНК-цистрона. Починається син­тез наступного ланцюга триплетом АУГ або ГУГ.

Генетичний код характеризується виродженістю (кіль­кість амінокислот менша від кількості триплетів). Він однозначний (кожен триплет кодує Лише одну певну амі­нокислоту), універсальний (єдиний для всіх організмів) і не перекривається.

Так, на довгому ланцюзі молекули ДНК закодована інформація про структуру різноманітних білків. Подібний код є універсальним, оскільки він однаково функціонує в усіх організмів — від вірусів до людини. Ділянку ДНК,

яка містить інформацію про первинну структуру певного білка, називають структурним геном (детальніше див. "Основні закономірності спадковості"). Ген може виявляти­ся в кількох формах — алелях. Сполучною ланкою між ДНК ядра і рибосомами, де відбувається біосинтез білка, є ІРНК (інформаційна РНК). Синтез ІРНК відбувається на моле­кулі ДНК за принципом комплементарності. Зв'язок між триплетами нуклеотидів (кодонами) ДНК, ІРНК та аміно­кислотами поліпептидного ланцюга подано на схемі:

Триплети ДНК ГТТ ДАТ ЦТТ АЦТ ЦЦТ ГАА ГАА ААА

(частина гена) ЦАА ГТА ГАА ТГА ГГА ЦТТ ЦТТ ТТТ

Триплети ІРНК ГУУ ЦАУ ЦУУ АЦУ ЦЦУ ГАА ГАА ААА

(кодони)

Амінокислоти Вал -Гіс -Лей -Тре -Про -Глу -Глу -Ліз

поліпептидного

ланцюга

Як приклад наведено ділянку білка гемоглобіну- Стріл­ками показано напрямок передавання інформації: 1 — транскрипції; 2 — трансляції (див, "Біосинтез білка. Роль нуклеїнових кислот"). Як видно зі схеми, транскрипція (синтез іРНК) відбувається лише з одного ланцюга ДНК.

Приклад розв'язування задач такого типу див. у додат­ку (задача 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 (див. мал. 5, 11).

І етап — транскрипція — передавання інформації про структуру білка з молекули ДНК на іРНК.

Мал. 11- Схема біосинтезу білка в клітині:

a — реплікація; б — транскрип­ція; в — трансляція; 1 — ДНК-полімераза; 2 — РНК-полімера-за; 3 — рибосомальна РНК; 4 — інформаційна РНК (ІРНК); 5 -рибосоми; 6 — білкові ланцюги; 7 — ферменти; 8 — амінокисло-ти; 9— транспортна РНК (тРНК)
Інформаціяпро структуру конкретно­го білка (наприклад, яко­гось ферменту)закодована в молекулі ДНК, яка міс­титься в ядрі. Ця інформа­ція може бути переписана на молекулу іРНК лише в

тому разі, коли подвійний ланцюг ДНК на певному відрізку роз'єднається і кожний із ланцюгів відійде один від одно­го. Цей процес здійснюється за допомогою специфічних ферментів, які розривають водневі зв'язки між азотистими основами окремих ланцюгів. Далі за участю ферменту РНК-полімерази вздовж одного із роз'єднаних ланцюгів ДНК розпочинається синтез молекули ІРНК. За принципом комплементарності послідовність нуклеотидів у ній повністю відповідатиме послідовності нуклеотидів в од­ному з ланцюгів молекули ДНК.

Як у друкарні з матриці можна видрукувати сотні тисяч примірників книг чи газет, так і з молекули ДНК можна отримати безліч точних копій у вигляді молекул іРНК. Отже, певна ділянка ДНК (ген) є матрицею для відповідної ІРНК.

Синтезовані молекули іРНК за участю інших ферментів відокремлюються від ланцюга ДНК і переходять із ядра в цитоплазму, де сполучаються з рибосомами ЕПС, а молекула ДНК відновлює свою структуру. Розміри молекули і РНК залежать від обсягу інформації про розміри моле­кули білка, закодованої в ній. Чим довша молекула іРНК, тим більша білкова молекула. Максимальна молекулярна маса і РНК може досягати 2 млн у. о.

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. Акти­вовані молекули амінокислот сполучаються з молекула­ми транспортної РНК (тРНК). Кожній з 20 відомих амінокислот відповідає певна тРНК. Усі вони мають невели­ку молекулярну масу, складаються з 70—80 нуклеотидів, які утворюють невеликі ланцюги у вигляді структур з кількома петлями. В петлях можуть виникати компле­ментарні зв'язки між нуклеотидами.

У молекулах тРНК є дві важливі ділянки: до однієї з них прикріплюється відповідна амінокислота, а інша містить триплет нуклеотидів (антикодон), який відпові­дає коду цієї амінокислоти в молекулі іРНК.

Активовані амінокислоти, сполучені з тРНК, надходять до рибосом, де і розпочинається Ш етап — процес безпосе­реднього синтезу поліпептидних ланцюгів — трансляція (див. мал. 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.

Послідовність розміщення амінокислот визначається порядком чергування триплетів у молекулі іРНК. Опинившись поряд, амінокислоти утворюють пептидні зв'яз­ки одна з одною, використовуючи енергію АТФ. У резуль­таті з рибосоми сходить поліпептидний ланцюг (первинна структура білка), який містить багато амінокислотних за­лишків, розміщених у певній послідовності. Швидкість сполучення амінокислот між собою досягає 20—50 за се­кунду. Тому синтез поліпептидного ланцюга з 150 аміно­кислот відбувається за 3—5 с. Як правило, на іРНК під час біосинтезу знаходиться по кілька рибосом. У цьому разі в кожній окремій рибосомі, як на матриці, синтезу­ються однакові поліпептидні ланцюги (матричний синтез). IV етап — утворення вторинної і третинної струк­тур білкової моле/сули. Цей етап відбувається в ЕПС шля­хом скручування, згортання поліпептидного ланцюга. Ут­ворення зв'язків визначається властивостями кожної ок­ремої амінокислоти в ланцюзі.

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 (див. "Хімічна організація клітини"). Ця сталість складу зберігається лише в живих клітинах, а в разі відмирання їх вона пору­шується дуже швидко. Стійкість клітин (як і інших жи-50

систем) підтримується активно внаслідок перебігу

ладних процесів саморегуляції, або авторегуляції. Найтростіше авторегуляція здійснюється за принципом зв-ротного 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 (—SН), 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.

Контрольні запитання і завдання

1. Дайте визначення поняття "обмін речовин" та схарактеризуй­те його роль у житті організмів.

2. Що називають пластичним і енергетичним обміном?

3. Яка роль АТФ в обміні речовин?

4. Схарактеризуйте етапи енергетичного обміну.

5. Порівняйте процеси гліколізу і дихання за їх енергетичними показниками.

6. Які організми називають автотрофними, а які гетеротрофни­ми І чому?

7. Дайте характеристику світлової І темнової стадій фотосин­тезу.

8. Яке значення має фотосинтез у колообігу речовин?

9. Якими методами можна підвищити продуктивність рослин?

10. Дайте характеристику матричного синтезу в клітині.

11. Дайте визначення поняття "ген".

12. Що таке код ДНК, кодони та антикодони?

13. Назвіть основні етапи біосинтезу білка.

14. Яка роль нуклеїнових кислот (ДНК, іРНК, рРНК, тРНК) у біосинтезі білків?

16. Що таке транскрипція, трансляція?

16, Яка роль ферментів у процесах обміну речовин?

17. Які особливості будови І життєдіяльності вірусів?

Дата добавления: 2015-05-23