Лекция. Жасушадағы зат алмасу және энергияның айналымы

Жасушадағы зат алмасу және энергияның айналымы

Жасушадағы зат алмасу.АТФ.Пластикалық алмасулар.Нәруіз синтезі.

Зат алмасу процессі дегеніміз-тірі организмдегі бергілі бір тәртіппен кезектесіп жүретін әр түрлі химиялық реакциялардың жиынтығы.Тірі жасушадағы зат алмасу процессі үздіксіз жүріп жатады.Орыстың ұлы физиологі И.М.Сеченов: "Өзіне қуат беріп тұрған сыртқы орта болмаса,организм тіршілік ете алмайды" деген болатын.Организм мен оны қоршаған сыртқы орта арасында үздіксіз зат пен энергия алмасып отырады. Зат пен энергияның алмасуы сыртқы ортадан организмге энергиясы мол органикалық заттардың келуінен басталады.Ол органикалық заттар ас қорыту жолына түсіп, ферменттердің жәрдемімен қарапайым заттарға ыдырайды.Содан кейін организмнің ішкі ортасы-қан мен лимфаға өтеді.Қарапайым заттар қанмен бірге жасушаға барып, түрлі химиялық өзгерістерге ұшырайды.Демек сыртқы ортадан заттардың организмге енуінен бастап, ыдырау өнімдерін қайта тысқа шығаруға дейінгі күрделі өзгеру тізбегін зат алмасу деп атайды.Зат алмасу немесе метаболизм екі сатыдан- катаболизм мен анаболизмнен тұрады.

Катаболизм(ыдырау реакциясы). Жасуша сыртқы ортадан энергиясы мол органикалық заттарды қабылдайды.Олар ферменттердің жәрдемімен тотыға отырып, энергиясы аз қарапайым заттарға ыдырайды дедік.Мысалы,нәруыздар(белок)-аминқышқылдарына,майлар-май қышқылдары мен глицеринге, ал көмірсулар-моносахаридтерге ыдырайды.Бұл қарапайым заттардың ең соңғы өнімі-СО2 мен Н2О.

Аминқышқылдары ыдырағанда оның құрамыннан аммиак NH3 бөлініп шығады.

Энергиясы мол органикалық заттардың ыдырауын катаболизм (ажырау) деп атайды.

Катаболизм реакциясы кезінде бөлініп шыққан энергияның бір бөлігі-еркін энергия, яғни АТФ түрінде сақталады.Екінші бөлігі,энергияға бай сутек атомын қосып алған "кофермент" НАДФ*Н түрінде сақталады. НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат) - жасушада тұрақты болатын тасымалдауыш молекула,ол энергияға бай сутек атомын үнемі тасымалдайды.

Зат алмасудың негізгі қызметтерінің бірі-жасушаның энергияны қамтамасыз ету.Өлі табиғатта энергия алуан түрлі болып кездеседі: жылу,электр,Күн сәулесі,химиялық жанармай және т.б.Ал тірі организмдегі жағдай басқаша.Организмдер,негізінен, катаболизм кезінде бөлініп шыққан энергияны пайдананады.Демек,ыдырау реакциясы кезінде бөлініп шыққан энергия-заттарды белсенді тасымалдауға,синтез реакциясына, қозғалуға,бұлшық еттің жұмысына,жасушаның бөлінуіне және т.б. тіршілік әрекеттеріне жұмсалады.

Өсімдіктекті және жануартекті қорекпен қоректенетін организмдер сыртқы ортадан энергиясы мол органикалық заттарды-глюкоза,аминқышқылдары,витаминдер және т.б түрінде қабылдайды.Олардың қабылданған энергия бір түрден екінші түрге айналады.

Пайдасыз жылуға айналған энергия-салқын кезде организмдердің денесін жылытуға, ал ыстықта дененің тұрақты температурасын сақтау үшін жұмсалады.Организмдегі пайдалы энергия АТФ түрінде сақталады.

АТФ қышқылының молекуласы азотты негіз-аденин,рибоза және үш фосфор қышқылының қалдығынан тұрады.АТФ-тің молекуласы тұрақсыз.Егер ферменттердің әсерінен фосфор қышқылының бір молекуласы гидролизденсе 40 кДж/моль энергия бөлініп шығады.Нәтижесінде АТФ молекуласы АДФ-ке (аденозиндифосфор) айналады. Егер фосфор қышқылының екі молекуласы гидролизденсе АМФ (аденозинмонофосфат) қышқыла айналады.

Аноболизм (синтез реакциясы). Анаболизм процесі кезінде катаболизм реакциясына нәтижесінде түзілген заттар,атап айтқанда аминқышқылдары,моносахаридтер,май қыщқылдары мен азотты негіздер және АТФ пен НАДФ*Н энергиясы жұмсалып әр түрлі макромолекула синтезделеді.Анаболизм-организмнің тіршілігін жойғанға дейін үздіксіз жүретін күрделі процесс.Биосинтез реакциясы өсіп келе жатқан жас жасушаларда қарқынды түрде жүреді.Алайда жасушалардың химиялық құрамы үнемі жаңарып отыратындықтан,ескірген жасушаларда да заттар ұдайы синтезделеді. Синтезделген нәруыз молекулалары белгілі бір уақыттан кейін ыдырап,оның орнын жаңа молекулалар басып отырады.Сондықтан жасуша қызметін химиялық құрамын тұрақты сақтайды.Бұл тұрақтылық катаболизм және анаболизм процестерінің бір-бірімен үнемі байланысты жүретіндігінен түсіндіріледі.

Катаболизм және анаболизм арасындағы энергия алмасу. Катаболизм реакциясы кезінде АТФ және НАДФ*Н түрінде химиялық энергия бөлінетіндігі белгілі.Бөлінген энергия анаболизм процесінде макромолекулаларды синтезделуге жұмсалады. Катаболизм және анаболизм процестері жасушада бір уақытта жүреді,алайда олардың жылдамдығы бір біріне тәуелсіз реттеледі.

Катаболизм мен анаболизм біріне-бірі қарама қарсы,бірақ өзара тығыз байланысқан бір процестің-тірі организмдерге зат және энергия алмасудың екі түрлі көрнісі.

Зат алмасудың сатылары. Зат алмасудың алғашқы сатысында -қоректік зат ас қорыту мүшелерінде ферменттердің көмегімен тотыға отырып,ыдырайды(катаболизм). Екінші сатысында -ыдыраудың нәтижесінде пайда болған қарапайым заттар қанған сіңіріліп,организмдегі жасушаларға таралады. Үшінші сатысы -аралық алмасу жасушаларда жүреді.Бұл сатыда организмді жаңартуға қажетті жасушаларды түзетін энергиясы мол құрылыс материалдары синтезделеді(анаболизм). Сонымен қатар ыдырау және тотығу реакцияларының нәтижесінде аралық және соңғы өнімдер түзіледі. Төртінші сатысында - ыдырау өнімдері сыртқа шығарылады,яғни зат алмасудың соңғы өнімдері-СО2,Н2О,NH3 және т.б заттар организмнен шығарлады.

Жасушадағы энегетикалық алмасу немесе организмнің тыныс алуы

АТФ синтезі.Тыныс алу және жану.

Тыныс алу туралы ілімнің негізін орыс ғалымы М.В.Ломоносов (1757) және француз химигі А.Л.Лавуазье (1777) қалады.Олар: “Жану дегеніміз-жанатын дененің ауадағы оттекпен қосылуы” деген болатын.Сондықтан заттардың оттекпен қосылуы-тотығу,ал ыдырауы-тотықсыздану деп аталады.Тірі организмдерде жүретін мұндай реакциялар биологиялық тотығу реакциялары деп аталады.Отекттін қатысында органикалық заттардың жаныуы-табиғатта жүрсе,ал тірі организмдердегі тыныс алу процестері митохондрия органоидінде жүзеге асады.Жану кезіндегі энергия жылу түрінде бөлінсе,ал тыныс алу кезіндегі бөлініп шыққан энергия организмдердің бүкіл тіршілік процестеріне және өзінің құрылымын белсенді күйде сақтауға жұмсалады.

Гликолиз процесі. Ферменттердің қатысуымен глюкозаның тотыға отырып ыдырауын гликолиз процесі дейді.ол гректің “glykys”-тәтті, “lysis”-ыдырау деген сөзінен шыққан.

Эукариоттар және көптеген прокариоттар (бактериялар) АТФ молекуласын синтездеге қажетті энергияны глюкозаның ыдырауынан алады.Бұл процес 3 сатыға бөлінеді: 1) Гликолиз;2) лимон қышқылының айналымы;3)электрон тасымалдау тізбегі.

Гликолиздің оттексіз(анаэробты) ыдырауы. Бұл процесс жануарлар жасушасын-

дағы митохондрияның ішкі мембранасында жүреді.Ол ферменттердің әсерімен бірінен кейін бірі кезектесіп жүретін 13 реакцияның жиынтығынан тұрады. Бұл реакцияға оттек мүлде қатыспайды, сондықтан оттексіз ыдырау деп аталады.

Гликолиздің оттекті (аэробты) ыдырауы. Глюкозаның толық ыдырауы немесе

оттекті ыдырауы да – митохондырияның ішкі мембранасында үздіксіз жүретін процесс.

Реакцияға глюкозаның оттексіз ыдырауы сияқты аралық заттар ретінде ферменттер, АДФ және фосфор қышқылы қатысады. Бұл реакцияның оттексіз ыдыраудан айырма-шылығы оттектің қатысуымен глюкоза толық ыдырайды. Жасушаның тіршілік әрекет-теріне жұмсалатын энергия көзі гликолиз процесі кезінде АТФ түрінде синтезделеді. Сондықтан бұл процесті энергетикалық алмасу дейді.

Өсімдік жасушаларындағы пластикалық және энергетикалық алмасулардың ерекшеліктері. Фотосинтез.

Хлоропласт эукариот жасушалардың, соның ішінде, жасыл өсімдіктердің негізгі орга-ноиді. Хлоропластың құрамында жасыл түсті пигмент - хлорофилл болады. Хлорофил-дер көк және қызыл сәулелерді сіңіріп, жасыл түсті шағылыстырады. Хлоропласт – қос мембраналы органоид. Ол ішкі және сыртқы мембранадан тұрады. Ішкі мембранада жалпақ тақташалар болады, оны тилакоид деп атайды. Тилакоидтердің жиынтығын граналар дейді. Граналарда фотосинтез процесіне қажетті барлық құрлымдар орналас-қан. Фотосинтез процесі жасушадағы негізгі құрлымы граналарда жүреді. Табиғаттағы барлық организмдер екі топқа бөлінеді. Организмдердің бірінші тобына бейорганика -лық заттардан органикалық заттарды синтездей алмайтын, дайын күйіндегі энергиясы мол қоректік заттарды тікелей қабылдайтын организмдер жатады. Оларды гетеротроф-тар дейді. Гетеротрофтарға адам, бүкіл жануарлар, көптеген микроорганизмдер және хлорофилсіз саңырауқұлақтар жатады.

Хлорофилі бар өсімдік жасушаларының тірі табиғат үщін маңызы өте зор. Себебі онда өзіне тән ерекше процестер жүреді. Сол процесттердің бірі ғылымда фотосинтез деген атпен белгілі. Фотосинтез дегеніміз –Күн сәулесі энергиясын химиялық бай –ланыстар энергиясына айналдыратын күрделі механизмді процесс. Күн сәулесі энергия-.сын пайдаланып, бейорганикалық заттардан органикалық заттарды синтездейді. Ондай организмдерді автотрофтар деп атайды.

Фотосинтез – көп сатылы күрделі процесс.Оның негізгі қызыметтерінің бірі –фотон-ның(жарық энергиясы) электрондарын электрон тасымалдайтын қатарлар арқылы бір тасымалдағыштан екіншісіне өтуін қамтамасыз ету. Фотосинтез процесінде басты ролді хлорофилл пигменті атқарады. Фотосинтез процесінің әлемдегі тіршілік үшін маңызы мәңгілік, себебі бүкіл тіршілік иелері оттекпен тыныс алатындығы. Фотосинтездің жарықта жүретін реакциясының нәтижелері мынандай: а)АТФ синтезі; ә) НАДФ – Н –тың түзілуі; б) су фотолизі. Су фотолизі - судың электролизіне ұқсас реакция. Ол Күн энергиясы әсерінен ыдырайды.

Пластикалық алмасу. Нәруыз биосинтезі.Транскрипция.

Нуклеин қышқылдарының молекулалық құрылымы мен жасуша тіршілігіндегі маңыздылығына назар аударсақ, тіршіліктің құпиясы ДНҚ-ға байланысты екендігіне көз жеткізунге болады. ДНҚ әр түрге тән қасиеттер мен ата-анадан берілген генетикалық ақпараттарды өзінде сақтай отырып, оларды келесі ұрпақтарға нәруыздың биологиялық синтезі арқылы беріліп отырады. Синтезделген нәруыз молекуласының құрамын анықтауда ДНҚ коды немесе генетикалық кодтың рөлі зор.

ДНҚ коды. ДНҚ молекуласында синтезделуге тиісті нәруыздың құрылымы туралы ақпараттың жазылатындығы белгіл. ДНҚ полимерінің мономер бунақтары нуклеотидтен тұратындығы бізге мәлім.

Егер ДНҚ-ның нуклеотидтері екі-екіден біріксе, не бары 16 сәйкестік түзіледі, яғни 4²=16. Мысалы, кодтың 4 әрпі – А, Ц, Г, Т екі-екіден біріксе, 16 сәйкестік түзіледі.

Ендеше аминқышқылдарын анықтайтын «генетикалық тіл» үш нуклеотидтен, яғни үшөрімнен тұрады. 1960 жылдары генетикалық код туралы көптеген мағлұматтар жинақталған болатын. Бірақ қай үшөрімге қандай аминқышқылының сәйкес келетіндігі дәлелденбеді. Биохимиктер жасанды жолмен аминқышқылдарын алу үшін көптеген тәжірибелер жасады. Ол үшін нәруыз синтезіне қажетті сұйық ортаға құрамы белгілі рРНҚ-ны, аминқышқылдарын, тРНҚ-ны және ферменттерді қосып, тәжірибені бірнеше рет қайталып, полинуклеотидтердің бір бөлігін синтездеп алған. Осындай тәжірибелердің нәтижесінде 1961 жылы ғалымдар тек урацил нуклеотидінен тұратын жасанды РНҚ-дан шағын полипептид синтездеп алған. Ол полипептид аминқышқылы фенилаланинге сай келетіні анықталды. Демек, РНҚ-дағы У-У-У үшөрімге фенилаланин аминқышқылы сай келеді. Ол ДНҚ тілінен былай аударылады:

ААА – ААА – ДНҚ-ның бір тізбегі;

УУУ – УУУ – ДНҚ-ның негізінде синтезделген РНҚ;
ФЕН – ФЕН – РНҚ-дан синтезделген аминқышқылы.

Осындай жолмен ұзақ уақыт тәжірибе жүргізудің нәтижесінде, 1965 жылы барлық үшөрімге сәйкес келетін аминқышқылдары анықталды.

Осы 20 аминқышқылына сәйкес келетін 64 үйлесімділіктің тек 61 ғана аминқышқылдарын кодтай алады. Үш кодон – УАА, УАГ, УГА нәруыз биосинтезінің аяқталғаның білдіретін аялдау белгілері болып табылады.

ДНҚ молекуласын кодтайтын барлық 20 аминқышқылы үшөрімдерінің құрамы көрсетілген.

Генетикалық кодтың негізгі қасиеті мынада: синтезделуге тиісті нәруыздың құрылымы туралы ақпаратты ДНҚ ген түрінде береді. Оны аРНҚ жазып алып, соның негізінде рибосома оргпноидінде нәруыз молекуласы синтезделеді:

ДНҚ→ аРНҚ→ нәруыз

Сонымен, қандай да болсын нәруыз молекуласының құрылымы туралы ақпараты бар ДНҚ-ның шағын бөлігін ген деп атайды.

Қорыта айтқанда, ДНҚ-ның молекуласындағы жасушаға қажетті әр түрлі нәруыздардың құрылымын анықтайтын тұқым қуалайтын ақпаратты генетикалық код дейді. Генетикалық код жөніндегі ілім – XX ғасырдағы үлкен ғылыми жетістіктердің бірі.

Ғалымдар көп жасушалы организмдердің кейбір гендерінің құрылысын оған сәйкес келетін аРНҚ- лармен салыстырып зерттеу арқылы гендердің ішінде көптеген артық ДНҚ бөліктерінің бар екенің тапты. Ол бөліктердің ішінде 10-нан 200-ге дейін нулеотидтен тұратын қажетсіз тізбектер болады.ДНҚ-ның ақпараты бойынша,осы бос нуклеотидтерден геннің ұзындығына сәйкес келетін аРНҚ синтезделеді.Ол аРНҚ деп аталады.

аРНҚ синтезделуге тиісті нәруыз малекуласының құрылымы туралы ақпараттың алғашқы бастамасын ДНҚ молекуласынан көшіріп алады.Синтезделген аРНҚ-ның молекуласында ДНҚ-ның ақпаратына сәйкес келмейтін бөлігі болса,ол бөлікті арнайы ферменттер кесіп тастайды.Осы аРНҚ-дан алынып тасталған бөлікті интрон деп,ал қалған бөліктерінің бір-бірімен жалғасуын экзон деп атайды.Мұндай прициппен аРНҚ молекуласының ядрода

синтезделуін сплайсинг деп атайды.

Қорыта айтқанда,ДНҚ-дан нуклеотиттердің комплементарлық принципіне сәйкес көшірілудің нәтижесінде аРНҚ полимері ссинтезделеді.Мысалы,Цднқ қарсысында Грнқ,Аднқ қарсысында Урнқ,Гднқ қарсысында Црнқ және т.б. болатыны анықталды Бұл процесті транскрипция (латынша<transcription>-көшіріп жазу)деп атайды.

Дата добавления: 2014-01-06