Общая биология

биологическими катализаторами. В настоящее время известно

существование около 700 ферментов. Все они простые или сложные белки.

Последние состоят из белка и кофермента. Коферменты – это различные

физиологически активные вещества или их производные – нуклеотиды,

флавины и т. д.

Ферменты отличаются чрезвычайно высокой активностью, которая в

значительной степени зависит от рН среды. Для ферментов наиболее

характерна их специфичность. Каждый фермент способен регулировать,

лишь строго определенный тип реакции.

Таким образом, ферменты выполняют функцию ускорителей и регуляторов

почти всех биохимических процессов в клетке и в организме.

Гормоны.

Гормоны – секреты желез внутренней секреции. Гормоны обеспечивают в

клетке синтез определенных ферментов, активизируют или тормозят их

работу. Таким образом они ускоряют рост организма и деление клеток,

усиливают работу мышц, регулируют всасывание и выделение воды и солей.

Гормональная система вместе с нервной системой обеспечивает

деятельность организма как единого целого, через специальное действие

гормонов

Витамины. Их биологическая роль.

Витамины – это органические вещества образующиеся в животном

организме или поступающие с пищей в очень незначительных количествах,

но абсолютно необходимых для нормального обмена веществ. Недостаток

витаминов приводит к заболеванию гипо- и авитаминозам.

В настоящее время известно более 20 витаминов. Это витамины группы

В, витамины Е, А, К, С, РР и др.

Биологическая роль витаминов заключается в том, что при их

отсутствии или недостатке нарушается в работа определенных ферментов,

нарушаются биохимические реакции и нормальная деятельность клеток.

Биосинтез белков. Генетический код.

Биосинтез белков, а точнее полипептидных цепей, осуществляется на

рибосомах, но это лишь конечный этап сложного процесса.

Информация о структуре полипептидной цепи содержится в ДНК. Отрезок

ДНК, несущий информацию о полипептидной цепи это ген. Когда это стало

известно, стало ясно, Что последовательность нуклеотидов ДНК должна

определять аминокислотную последовательность полипептидной цепи. Эта

зависимость между основаниями и аминокислотами известна под названием

генетического кода. Как известно молекула ДНК построена из нуклеотидов

четырех типов в состав которых входят одно из четырех оснований:

аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц). Нуклеотиды соединены в

полинуклеотидную цепь. С помощью этого четырех буквенного алфавита

записаны инструкции для синтеза потенциально бесконечного числа

белковых молекул. Если бы одно основание определяло положение одной

аминокислоты, то цепь содержала только четыре аминокислоты. Если бы

каждая аминокислота кодировалась двумя основаниями, то с помощью

такого кода можно было бы зашифровать 16 аминокислот. Только код,

состоящий из троек оснований (триплетный код), может обеспечить

включение в полипептидную цепь всех 20 аминокислот. В такой код входят

64 разных триплета. В настоящее время генетический код известен для

всех 20 аминокислот.

Главные черты генетического кода можно сформулировать следующим

образом.

1. Кодом, определяющим включение аминокислоты в полипептидную цепь,

служит триплет оснований в полипептидной цепи ДНК.

2. Код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же

аминокислоты у разных микроорганизмов.

3. Код является вырожденным: данная аминокислота может кодироваться

более чем одним триплетом. Например аминокислота лейцин

кодируется триплетами ГАА, ГАГ, ГАТ, ГАЦ.

4. Код перекрывающийся: например последовательность нуклеотидов

АААЦААТТА считывается только как ААА/ЦАА/ТТА. Следует отметить,

что существуют триплеты, которые не кодируют аминокислоту.

Функция некоторых таких триплетов установлена. Это стартовые

кодоны, сбросовые кодоны и пр. Функции других требуют

расшифровки.

Последовательность оснований в одном гене, которая несет информацию

о полипептидной цепи, «переписывается в комплиментарную ее

последовательность оснований информационной или матричной РНК. Этот

процесс называется транскрипцией, Молекула И-РНК образуется в

результате связывания друг с другом свободных рибонуклеотидов под

действием РНК – лимеразы в соответствии с правилами спаривания

оснований ДНК и РНК (А-У, Г-Ц, Т-А, Ц-Г). Синтезированные молекулы

И-РНК, несущие генетическую информацию, выходят из ядра и

направляются к рибосомам. Здесь происходит процесс названный

трансляцией – последовательность триплетов оснований в молекуле И-

РНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в

полипептидной цепи.

К концу молекулы ДНК прикрепляется несколько рибосом образующих

полисому. Вся эта структура представляет собой последовательно

соединенные рибосомы. При этом, на одной молекуле И-РНК, может

осуществляться синтез нескольких полипептидных цепей. Каждая

рибосома состоит из двух субъединиц – малой и большой. И-РНК

Присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов

магния. При этом два ее первых транслируемых кодона оказываются

обращенными к большой субъединице рибосомы. Первый кодон связывает

молекулу т_рнк содержащую комплиментарный ему антикодон и несущую

первую аминокислоту синтезируемого полипептида. Затем второй

антикодон присоединяет комплекс аминокислота-т-РНК, содержащий

антикодон комплиментарный этому кодону.

Функция рибосомы заключается в том, чтобы удерживать в нужном

положении и-РНК, т-РНК и белковые факторы, участвующие в процессе

трансляции, до тех пор пока между соседними аминокислотами не

образуется пептидная связь.

Как только новая аминокислота присоединилась к растущей

полипептидной цепи, рибосома перемещается по нити и-РНК с тем, чтобы

поставить на надлежащие место следующий кодон. Молекула т-РНК, которая

была связана перед этим с полипептидной цепью, теперь освободившись от

аминокислоты, покидает рибосому и возвращается в основное вещество

цитоплазмы, чтобы образовать новый комплекс аминокислота-т-РНК. Такое

последовательное «считывание» рибосомой заключенного в и-РНК «текста»

продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-

кодонов. Такими кодонами являются триплеты УАА, УАГ или УГА. На этом

этапе полипептидная цепь, первичная структура которой была

закодирована на участке ДНК – гене, покидает рибосому и трансляция

завершена.

После того как полипептидные цепи отделились от рибосомы, они

могут приобретать свойственную им вторичную, третичную или

четвертичную структуры.

В заключении следует отметить, что весь процесс синтеза белка в

клетке идет с участием ферментов. Они обеспечивают синтез и-РНК,

«захват» аминокислот т-РНК, соединение аминокислот в полипептидную

цепь, формирование вторичной, третичной, четвертичной структуры.

Именно из-за участия ферментов синтез белка называют биосинтезом. Для

обеспечения всех стадий синтеза белка , используется энергия

высвобождающаяся при расщеплении АТФ.

Регуляция транскрипции и трансляции (синтеза белков) у бактерий и

высших организмов.

Каждая клетка содержит полный набор молекул ДНК. С информацией о

строении всех полипептидных цепей, какие только могут быть

синтезированы в данном организме. Однако в определенной клетке

реализуется только часть этой информации, Как же осуществляется

регуляция этого процесса?

В настоящее время выяснены только отдельные механизмы синтеза

белков. Большинство белков-ферментов образуется только в присутствии

веществ-субстратов, на которые они действуют. Строение белка-фермента

закодировано в соответствующем гене (структурный ген). Рядом со

структурным геном находится другой ген-оператор. Кроме того в клетке

присутствует особое вещество – репрессор, способное взаимодействовать

как с геном-оператором, так и с веществом-субстратом. Синтез

репрессора регулируется геном-регулятором.

Присоединившись к гену-оператору, репрессор препятствует

нормальному функционированию соседнего с ним структурного гена.

Однако, соединившись с субстратом, репрессор утрачивает способность

соединяться с геном-оператором и и препятствовать синтезу и-РНК.

Образованием самих репрессоров управляют особые гены-регуляторы,

функционирование которых управляется репрессорами второго порядка. Вот

почему не все , а только специфические клетки реагируют на данный

субстрат синтезом соответствующего фермента.

На этом, однако, иерархия репрессорных механизмов не прерывается

имеются репрессоры и более высоких порядков, что говорит об

удивительной сложности связанного с запуском гена в клетке.

Считывание заключенного в и-РНК «текста» прекращается когда этот

процесс доходит до стоп-кодона.

Автотрофные (аутотрофные) и гетеротрофные организмы.

Автотрофные организмы синтезируют из неорганических веществ

органические с использованием энергии Солнца или энергии,

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12