Шпаргалка по "Биохимии"

1.1. Метаболизм, энергообмен, размножение, дыхание и фотосинтез.

Живые организмы способны извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей среды либо в форме органических веществ (хемотрофы) либо в форме солнечной энергии (фототрофы).

Клеточная теория – обобщенные представления о клетке как об единице живого.1.Клетка – элемент единицы живого.2.Клетки разных организмов гомологичны по своему строению.3.Размножение проходит путем деления исходной клетки.4.Многоклеточные организмы – сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

2. 2Н₂D+СО₂→ CН₂О+2D+Н₂O

Хлорофильный и безхлорофильный

В результате фотосинтеза происходит: углерод в углеводы с помощью энергии света, которые затем используются организмами как источник энергии; образование молекулярного. Две фазы: световая включает три процесса: фотоокисление. Процесс окислительного расщепления воды. 2Н₂О → 4Н⁺ + 4е +О₂; фотосинтетическое фосфолирирование, использование высокоэнергетических электронов для фосфорилирования АДФ в АТФ в митохондриях; фотовосстановление, часть электронов восстанавливает НАДФ⁺. Темновая фаза – ферментативная утилизация и превращения СО₂ в углеводы: 6СО₂/12НАДФН и 18АТФ/ → С₆Н₁₂О₆. НАДФН и АТФ образующиеся в световой фазе используются в темновой фазе как восстанавливающие и энергетические агенты.

Хлоропласты cнаружи окружены мембраной. Внутренняя мембранная система ограничивает собой внутренний компартмент. В нем находится много плоских мембранных мешочков, часто связанных с внутренней мембраной, это так называемые тилакоиды, они обычно собраны в стопки, называемые гранами. В тилакоидных мембранах содержатся все фотосинтетические пигменты хлоропласта и все ферменты, необходимые для первичных световых реакций. Большинство ферментов, участвующих в темновых реакциях, в которых СО₂ восстанавливается до глюкозы, находится в жидкости, заполняющей внутренний компартмент хлоропласта и окружающей тилакоиды; ее называют стромой. Темновые реакции протекают также и в цитоплазме.

Кванты света поглощаются фоточувствительным пигментом. К ним относятся хлорофиллы (a, b, c, d), каротиноиды и фикибилины. Хлорофиллы – это магнийсодержащие молекулы, напоминающие по своей структуре протопорфирин гемоглобина. В молекуле хлорофилла а, присутствующего в хлоропластах всех клеток зеленых растений, содержатся четыре замещенных пиррольных кольца, из которых одно (кольцо IV) находится в восстановленной форме. Имеется еще и пятое, непиррольное кольцо. У хлорофилла b во II кольце вместо метильной группы находится альдегидная.В состав этох систем входят и другие вещества – вспомогательные пигменты. Они вторичные поглотители света, к ним относятся каратиноиды и фикобилины.

3. Тиамин (витамин В₁). Бесцветные, хорошо растворимые в воде, горьковатые кристаллы. Найден в растительных и микробных клетках, особенно много в зерновых культурах и дрожжах. Замена метильных групп в перимидиновом кольце снижает его активность. Функциональная значимость определяется участием в окислительно-восстановительном катализе (декарбоксилирование пирувата с отщеплением СО₂ до уксусного и ацетальдегида). Тиаминпирофосфат ТПФ – кофермент ок-вос ферментов. Его недостаток проявляется в его дефиците коферментных форм, происходит блокирование реакций декарбоксилирования и накопление пировиноградной кислоты, что приводит к нейротоксикозам. Снижает синтез НАДФ и рибозо-5’-фосфата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Все живые организмы состоят из клеток и в зависимости от отсутствия или наличия ядра подразделяются на прокариотические и эукариотические. Прокариотическая клетка состоит из цитоплазматической мембраны и цитоплазмы, в которой ДНК присутствует в виде нуклеоида, часто имеет внехромосомную ДНК в плазмидах, большой ассортимент жгутиков, пилей и фимбрий, почти не содержит органелл. Эукариотическая клетка имеет ДНК в составе хорошо развитого клеточного ядра и большое количество органелл. Эукариотические организмы делятся на одноклеточные и многоклеточные.

Распределение веществ  или процессов по внутриклеточным  изолированным отсекам называют компартментализацией. В клетках эукариот таких отсеков много, они изолированы внутриклеточными мембранами и называются органеллами. У прокариот органелл нет, а отдельные компартменты встречаются сравнительно редко.

Уровни организации: молекулярный, надмолекулярный, органоидный, субсистемный и системный.

2. Азот в биосфере - химически инертный молекулярный азот. Перевод его в форму, доступную для живых организмов, возможен тремя путями: образование окислов азота под действием электрических разрядов в атмосфере; образование аммиака и окислов азота для производства азотных удобрений, осуществляемое человеком; фиксация азота клетками бактерий.

Фиксировать азот способны только прокариоты. Процесс чрезвычайно  энергоемок: для восстановления 1 молекулы N₂ необходимо затратить 12 АТФ. Азотфиксация осуществляется с помощью фермента нитрогеназы, который состоит из двух компонентов: малого Fe-S-белка азоферредоксина, чрезвычайно чувствительного к кислороду, и большого Fe-Mo, молибдоферредоксина. Некоторые нитрогеназы вместо или наряду с молибденом содержат ванадий.

Для функционирования нитрогеназы  необходимы АТФ, ионы магния и восстановитель с низким окислительно-восстановительным потенциалом (ферредоксин или НАДН2).

 

 

 

12 АТФ           12 АДФ + Pi

 

 

2NН3             N≡N

 

 

 

Для восстановления молекулы азота необходим перенос шести  электронов, но за один цикл не может быть перенесено более двух электронов, поэтому процесс протекает не менее чем в трех последовательных стадиях:

N≡N → HN=NH → H2N-NH2 → 2NH3

Азотфиксация происходит у облигатно и факультативно анаэробных бактерий Clostridium и  Klebsiela, и в анаэробных участках клетки аэробных бактерий Azotobacter и Rhizobium. У Rhizobium азотфиксация происходит в клубеньках, образующихся на корнях бобовых растений после «заражения» растений этими бактериями. При этом клетки бактерий сильно видоизменяются, превращаясь в так называемые бактероиды, а растения начинают синтезировать особый гемоглобин (леггемоглобин), которому приписывается способность защищать нитрогеназу от избытка кислорода.

3. Рибофлавин (витамин В₂). Кристаллы в виде игл желтого цвета. Весьма чувствителен к свету, под действием которого возможен его распад. Источником являются растительные. Животный организм не способен к синтезу. В значительных количесвах находится в молоке, яйцах, дрожжах, зерновых культурах. В микробных клетках находится в виде флафинмононуклеотида, а в животных в виде фливинаминодинуклеотида. ФМН и ФАД коферменты ряда ферментов дегидрогеназ, участвующих в процессах тканевого дыхания и осуществляющих перенос атомов водорода на различные субстраты. Витамин В₂ и его активные формы ФМН и ФАД являются ростовыми факторами. Рибофлавин принимает участие в процессах зрения. Недостаток витамина приводит к остановке роста организма, мышечной слабости и воспалению слизистой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка и кариоплазмы.

Хроматин – это  ДНК в комплексе с белками-гистонами  и негистоновыми регуляторными белками.

Гистоны – сильноосновные белки, не имеют в своем составе триптофана и делятся на пять фракций: Н1 – богатый лизином гистон, Н2а, Н2б – умеренно богатые лизином гистоны, Н3, Н4 – богатые аргинином гистоны.

Фракция негистоновых белков весьма гетерогенна. Она включает: многочисленные белки-ферменты, обеспечивающие процессы репликации, транскрипции и вторичных преобразований гистонов; белки ядерного матрикса; кислые белки, регулирующие транскрипцию;

Функции хроматина: поддерживает общую структуру ядра, участвует в прикреплении хроматина к ядерной оболочке, может быть местом узнавания и ассоциации гомологичных хромосом при мейозе, играет роль разделительных зон между соседними генами.

Ядерная оболочка состоит  из внешней и внутренней мембран, разделенных перинуклеарным пространством. В состав ядерной оболочки входят ядерные поры. На внешней ядерной мембране обычно располагается большое количество рибосом. Внутренняя мембрана контактирует с хромосомным материалом ядра. Ядерная пора – округлое сквозное отверстие в ядерной оболочке, заполнено сложноорганизованными глобулярными и фибриллярными структурами. Компоненты комплекса пор имеют белковую природу. Сложный комплекс пор имеет октагональную симметрию. По границе округлого отверстия в ядерной оболочке располагаются три ряда гранул, по 8 штук в каждом: один ряд лежит со стороны ядра, другой – со стороны цитоплазмы, третий расположен в центральной части поры. От этих гранул отходят фибриллярные отростки, они могут сходиться в центре и создавать как бы перегородку поперек поры. В центре можно видеть так называемую центральную гранулу.

Функции ядерной оболочки: барьер, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы, ограничивающий свободный доступ в ядро крупных агрегатов биополимеров, активно регулирующий транспорт макромолекул между ядром и цитоплазмой; создание внутриядерного порядка, фиксация хромосомного материала в трехмерном пространстве ядра; создание стабильной системы репликации и распределения множественного хромосомного материала у низших животных.

Ядрышко – не самостоятельная  структура или органоид, оно является производным хромосомы, одним из ее локусов, активно функционирующим в интерфазе. Место образования рибосомных РНК и рибосом, на которых происходит синтез полипептидных цепей. На ДНК ядрышкового организатора образуется рРНК, которая в зоне ядрышка одевается белком и превращается в рибосому. Рибосома выходит из ядрышка в ядро, а затем в цитоплазму, где участвует в процессе синтеза белка.

2. Хемосинтез, тип питания, свойственный некоторым бактериям, способным усваивать CO₂ как единственный источник углерода за счёт энергии окисления неорганических соединений. Используется энергия, получаемая при окислительно-восстановительных реакциях, которая должна быть достаточна для синтеза АТФ. Биосинтез органических соединений осуществляется в результате автотрофной ассимиляции CO2 (цикл Калвина)  так же, как при фотосинтезе. Энергия в виде АТФ получается от переноса электронов по цепи дыхательных ферментов, встроенных в клеточную мембрану бактерий. В связи с большим расходом энергии хемосинтезирующие бактерии образуют мало биомассы, но окисляют большое количество неорганических веществ.

Нитратное дыхание – образование молекулярного азота с участием цепи переноса электронов и сопровождается запасанием энергии:

NO^3-→ NO^2- → NO → N₂O → N₂.

Сульфатное дыхание  в два этапа. На первом этапе активируется сульфат путем образования аденозин -5’-фосфосульфата (АФС):

SO₄^2- + АТФ → АФС + PP_i.

На втором этапе АФС  прямо восстанавливается до сульфита, а затем у разных организмов происходит либо одноступенчатое, либо трехступенчатое восстановление сульфита до сульфида.

Карбонатное дыхание  – в качестве конечного акцептора  электронов используется СО₂: 4Н₂ + СО₂ → СН₄ + 2Н₂О.  

3. Никотинамид (ниацин, витмаин В5,РР). Из никотиновой кислоты. Большое количество содержится в рисовых и пшеничных отрубях, печени, дрожжах. Из никотиновой кислоты и никотинамида происходит синтез никотинамидных ферментов – никотинамидаденинуклеотида (НАД), никотинамидадениндинуклеотид фосфата (НАДФ). Кроме того являются аллостерическими эффекторами, регулирующими скорости важных биохимических процессов, например цикл Кребса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.1 Состоит из канальцев и пузырьков. Сеть внутренних мембран тянется от поверхности клетки до ядра. Играет роль микроциркуляторного аппарата, через который внешняя среда может непосредственно взаимодействовать со всем содержимым клетки.

Шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум образован замкнутыми мембранами в виде цистерн или узких каналов, со стороны гиалоплазмы покрытыми рибосомами. Рибосомы, связанные с мембранами эндоплазматического ретикулума, участвуют в синтезе «экспортируемых» белков – всех мембранных белков, ферментов внеклеточного переваривания, белков и гликопротеинов гликокаликса, ферментов внутриклеточного переваривания, которые должны быть изолированы мембраной, чтобы не допустить самопереваривания клетки.

Еще в гиалоплазме  происходит связывание мРНК, кодирующей секреторный белок, с рибосомой и начинается синтез белковой цепи. Сначала синтезируется «сигнальная последовательность», богатая гидрофобными аминокислотами. Она узнается мембраной эндоплазматического ретикулума и к ней прикрепляется. При этом рибосома крепится на мембране большой субъединицей с помощью белков рибофоринов, а сигнальная последовательность протискивается через двойной слой липидов в полость ретикулума. В дальнейшем рост белковой цепи продолжается и она постепенно все дальше протискивается в полость ретикулума. Внутри ретикулума происходит ферментативное отщепление сигнальной последовательности, приводящее к созреванию белка. После освобождения от С-конца синтезированного белка рибосома теряет связь с мембраной и диссоциирует на две субъединицы, которые готовы принять участие в синтезе новой белковой цепи.