Обмен веществ и превращение энергии в клетке

Все живые организмы, обитающие на Земле, представляют собой открытые системы, способные активно организовывать поступление энергии и вещества извне. В зависимости от источников углерода живые организмы делят на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы – организмы, способные создавать органические вещества из неорганических при использовании солнечной энергии (растения и некоторые бактерии). Выделяют фотоавтотрофы – организмы, использующие солнечную энергию (зеленые растения, цианобактерии) и хемоавтотрофы – организмы, использующие энергию неорганических соединений (нитрофицирующие, серобактерии).

Гетеротрофы – организмы, питающиеся готовыми органическими веществами (животные, грибы, многие бактерии). Выделяют сапротрофы – организмы, питающиеся мертвым органическом веществом и биотрофы (биофаги) – организмы, поедающие другие живые организмы.

Миксотрофы – организмы, которые могут питаться и как автотрофы, и как гетеротрофы (эвглена, вольвокс).

Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма – обмена веществ.

Реакции синтеза, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма (пластического обмена или ассимиляции); реакции расщепления, сопровождающиеся высвобождением энергии, составляют основу катаболизма (энергетического обмена или диссимиляции). Процессы пластического и энергетического обмена неразрывно связаны между собой.

Все синтетические процессы нуждаются в энергии, поставляемой в ходе реакций диссимиляции. Сами же реакции расщепления (катаболизма) протекают лишь при участии ферментов, синтезируемых в процессе ассимиляции.

Энергия, высвобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме высокоэнергетических соединений, как правило, в форме – аденозинтрифосфата (АТФ). Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования, т.е. присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Энергетический обмен (катаболизм) делится на несколько этапов:

1) подготовительный этап (расщепление сложных углеводов до простых – глюкозы, жиров до жирных кислот и глицерина, белков до АК);

2) бескислородный этап дыхания – гликолиз, в результате глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты (ПВК):

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₄O₃ + 2H₂O + 2АТФ

3) кислородный этап дыхания – полное окисление осуществляется в митохондриях эукариот в присутствии кислорода и образуется 36АТФ.

Пластический обмен (ассимиляция) представляет собой совокупность реакций, обеспечивающих синтез сложных органических соединений в клетке. Гетеротрофные организмы строят собственные органические вещества из органических компонентов пищи. Гетеротрофная ассимиляция сводится, по существу, к перестройке молекул. Автотрофные организмы способны полностью самостоятельно синтезировать органические вещества из неорганических молекул, потребляемых из внешней среды.

Биосинтез белка

Биосинтез белка – система сложных и последовательных реакций; основными компонентами являются молекулы ДНК, все типы РНК, АТФ, ферменты, аминокислоты. Процесс состоит из нескольких этапов.

1. Транскрипция – синтез иРНК на матрице одной из цепей ДНК, т.е. переписывание информации, хранящейся в молекуле ДНК.

2. Трансляция – процесс перевода генетической информации иРНК в последовательность АК в полипептиде.

Процесс осуществляется в рибосомах на иРНК, в ней в виде последовательности нуклеотидов содержится генетический код о белковых молекулах. В состав белков входит 20 аминокислот, их кодируют четыре вида нуклеотидов (А, Г, Ц, У) по три:

 3 нуклеотида → 1 аминокислота

Три нуклеотида, образующих кодовый знак, называют триплетом. Например, ААА – лиз, АГА – арг, ГЦУ – ала. Триплеты в молекуле РНК называют кодонами, а комплементарные им триплеты молекул тРНК – антидодонами. Многие АК кодируются более чем одним кодоном (АГУ, АГЦ, УЦУ и др. – сер); в этом смысле код является вырожденным.

Генетический код одинаков, т.е. универсален для всех живых организмов.

                                                     

7.3. Происхождение жизни и основные этапы ее эволюции

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: