Кислородное окисление, или дыхание

⇐ ПредыдущаяСтр 23 из 23

Заключается в полном расщеплении пировиноградной кислоты, происходит в митохондриях и при обязательном присутствии кислорода.

Пировиноградная кислота транспортируется в митохондрии. Здесь происходит дегидрирование (отщепление водорода) и декарбоксилирование (отщепление углекислого газа) ПВК с образованием двухуглеродной ацетильной группы, которая вступает в цикл реакций, получивших название реакций цикла Кребса. Идет дальнейшее окисление, связанное с дегидрированием и декарбоксилированием.

В результате на каждую разрушенную молекулу ПВК из митохондрии удаляется 3 СО₂; образуется 5 пар атомов водорода, связанных с переносчиками (4НАД·Н₂, ФАД·Н₂), а также 1 молекула АТФ.

2 молекулы АТФ образуются в результате гликолиза, 2 — в цикле Кребса; 2 пары атомов водорода (2НАД· Н2) образовались в результате гликолиза, 10 пар — в цикле Кребса.

Последним этапом является окисление пар атомов водорода с участием кислорода до воды с одновременным фосфорилированием АДФ до АТФ. Водород передается трем большим ферментным комплексам (флавопротеины, коферменты Q, цитохромы) дыхательной цепи, расположенным во внутренней мембране митохондрий. У водорода отбираются электроны, которые в матриксе митохондрий в конечном итоге соединяются с кислородом:

О₂ + e^— → О₂^—.

Протоны закачиваются в межмембранное пространство митохондрий, в «протонный резервуар». Внутренняя мембрана непроницаема для ионов водорода, с одной стороны она заряжается отрицательно (за счет О₂^—), с другой — положительно (за счет Н⁺). Когда разность потенциалов на внутренней мембране достигает 200 мВ, протоны проходят через канал фермента АТФ-синтетазы, образуется АТФ, а цитохромоксидаза катализирует восстановление кислорода до воды. Так в результате окисления двенадцати пар атомов водорода образуется 34 молекулы АТФ.

Суммарная реакция расщепления глюкозы до углекислого газа и воды выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38АДФ + 38Ф→ 6СО₂ + 6Н₂О + 38АТФ + Q_т, где Q_т — тепловая энергия.

Рис. 7.21. Общая схема процесса кислородного окисления

Вопросы для проверки темы

1. Как и какими учеными была открыта наследственная функция ДНК?

2. Какое строение имеет ДНК?

3. Кем это было установлено впервые?

4. Какое биологическое значение имеет репликация ДНК?

5. Почему этот процесс носит полуконсервативный характер?

6. Как выглядит структура гена в современном представлении?

7. Что происходит при процессинге и в процессе сплайсинга?

8. В чем сходство и различие процессов транскрипции и трансляции?

9. Что такое генетический код?

10. Каковы его свойства и биологическое значение?

Объясните какое биологическое значение имеют митоз и мейоз.

12. Сравните митоз и мейоз.

13. В чем сходства и различия?

14. В чем сходство и различие гликолиза и кислородного этапа энергетического обмена?

Практическая работа

1. Сделать сравнение ДНК и РНК (в таблице)

Критерии для сравнения	ДНК	РНК
	сходства

	различия

2. Определить по рисункам фазы митоза и мейоза

Определите фазы каких процессов деления изображены на рисунках.
Определите формулу каждой фазы - количество хромосом n и количество хроматид (ДНК) с.
Найдите в рисунках ошибки художника. Объясните их.

Рис. 7.22. Процесс?

Рис. 7.23. Процесс?

Рис. 7.24. Процесс?

Рис. 7.25. Процесс?

Рис. 7.26. Процесс?

Рис. 7.27. Процесс?

Рис. 7.28. Процесс?

Рис. 7.29. Процесс?

Рис. 7.30. Процесс?

Рис. 7.31. Процесс?

Примеры задач с решениями

Изучить методику решения молекулярной задачи, которая показана на примере решения следующего задания:

Задача 1

Одна цепочка молекулы ДНК имеет следующую последовательность: Т-А-Ц-А-Т-А-А-Ц-Ц-Ц-Ц-Т. Построить комплементарную ей цепочку ДНК и определить какой белок будет кодироваться этим участком ДНК.

Решение:

1.Построим комплементарную цепочку.

Исходная ДНК: Т-А-Ц-А-Т-А-А-Ц-Ц-Ц-Ц-Т;

Комплементарная А-Т-Г- Т-А- Т- Т- Г- Г-Г-Г-А.

2.По исходной цепочке строим матричную информационную РНК,

т.е. осуществляем процесс транскрипции.

Исходная ДНК Т-А-Ц-А-Т-А-А-Ц-Ц-П-Ц-Т;

и-РНК А-У-Г-У-А-У-У- Г- Г-Г- Г-А.

Строим пептидную цепь (последовательность аминокислот) кодируемую данным участком ДНК. По триплетам кодонов м-РНК в соответствии с генетическим кодом (определяем аминокислоты. В нашем примере триплет АУТ кодирует аминокислоту метионин, триплет-УАУ-тирозин, триплетУГГ-триптофан, ГГА-лизин. Синтезирующий белок состоит из 6 аминокислот. Процесс построения полипептидной цепи и есть процесс трансляции.

Задача 2

В процессе трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

Решение:

одна т-РНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно, 30 т-РНК соответствуют 30 аминокислотам, и белок состоит из 30 аминокислот;
одну аминокислоту кодирует триплет нуклеотидов, значит, 30 аминокислот кодируют 30 триплетов;
количество нуклеотидов в гене, кодирующем белок из 30 аминокислот, 30 х 3 = 90.

Ответ: Белок состоит из 30 аминокислот. Ген, который кодирует белок включает в себя 30 триплетов или 90 нуклеотидов.

Задача 3

Известна последовательность расположения нуклеотидов в молекуле и-РНК (ЦГГАУЦЦАУУГЦ). Определите структуру гена и количество аминокислот в белке.

Решение:

и-РНК: Ц-Г-Г-А-У-Ц-Ц-А-У-У-Г-Ц
ДНК: Г-Ц-Ц-Т-А-Г- Г-Т-А-А-Ц-Г (1 цепь)
Ц-Г-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Т-Т-Г-Ц (2 цепь)
Каждая аминокислота кодируется триплетом, разбиваем ДНК на тройки (12: 3=4) и получаем 4 триплета.

Ответ:

ДНК: Г-Ц-Ц-Т-А-Г- Г-Т-А-А-Ц-Г (1 цепь)
Ц-Г-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Т-Т-Г-Ц (2 цепь).

Белок, который кодируется данным геном, состоит из 4 аминокислот.

Задача 4

В одной молекуле ДНК содержится нуклеотидов с тимином 22%. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Г, Ц по отдельности в данной молекуле ДНК.

Дано: Т -22%

Найти: % А, Г, Ц

Решение:

Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100%.
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.

22+22=44% (А+Т)

100- 44 =56% (Г+Ц)

Так как гуанин комплементарен цитозину, то их количество тоже равно, поэтому

56: 2 =28% (Г, Ц)

Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% или А+Г и Т+Ц по 50 %
Так как тимин комплементарен аденину, то А=22%.

Следовательно 50 - 22=28% (Г, Ц, т.к. они комплементарны)

Ответ: А=22%, Г=28%, Ц=28%

Задача 5

Сколько содержится нуклеотидов А, Т, Г, во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 1500 нуклеотидов Ц, что составляет 30% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте ДНК?

Дано: Ц- 30% =1500 нуклеотидов.

Найти: количество нуклеотидов А, Т, Г

Решение:

— Так как Ц комплементарен Г и их количество равно, то Г =30%, что составляет 1500 нуклеотидов.

— Согласно правилу Чаргаффа А+Г = Т+Ц, все нуклеотиды в ДНК составляют 100% А+Г и Т+Ц по 50 % следовательно 50-30=20% (А, Т).

— Составим пропорцию

30% - 1500

20% -?

— 20х1500: 30 =1000 нуклеотидов (А, Т)

Ответ: во фрагменте молекулы ДНК содержится:

Г=1500 нуклеотидов, А=1000 нуклеотидов, Т=1000 нуклеотидов.

Задача 6

Участок молекулы ДНК (одна цепочка) содержит:

150 нуклеотидов – А, 50 нуклеотидов – Т, 300 нуклеотидов – Ц, 100 нуклеотидов - Г.

Количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.

Решение:

нуклеотидов в 1-й цепи ДНК: А-150, Т-50, Ц-300, Г-100.
А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.
А=Т, Г=Ц, так как они комплементарны, поэтому во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100
Всего нуклеотидов: А(150+50)+Т(50+150)+Г(300+100)+Ц(100+300)=1200

Ответ: нуклеотидов во второй цепи Т-150, А-50, Г-300, Ц-100; 1200 нуклеотидов в двух цепях.

Задача 7

Фрагмент молекулы белка содержит аминокислоты: аспарагиновая кислота-аланин-метионин-валин.

Найти:
а) какова структура участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот;

б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях);

в) длину данного участка гена.

Решение: и звестно, что длина одного нуклеотида составляет 0, 34 нм

иРНК: ААЦ-ГЦЦ-АУГ-ГУУ

ДНК: ТТГ-ЦГГ-ТГЦ-ЦАА (1 цепь)

ААЦ-ГЦЦ-АЦГ-ГТТ (2 цепь)

На 24 нуклеотида в цепи ДНК приходится 5 нуклеотидов А,

Вычислим количество А, Ц, Т, Г %

Составляем пропорцию для количества адениловых нуклеотидов:

24-100%

5 - X

X=20, 8%

Составляем пропорцию для количества гуанидиловых нуклеотидов:

24-100%

7- X

X=29, 2%

Вычислим % Т и Ц по правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц

Вычислим длину гена в данном участке – 12 пар нуклеотидов умножим на длину одного нуклеотида 0, 34 нм 12 х 0, 34=4, 08

Ответ:

а) ДНК: ТТГ-ЦГГ-ТГЦ-ЦАА (1 цепь)
ААЦ-ГЦЦ-АЦГ-ГТТ (2 цепь)

б) А-20, 8%, Т-20, 8%, Г -29, 2%, Ц-29, 2%
в) длина данного участка гена 4, 08.

Задача 8

Молекулярная масса полипептида составляет 40000. Определите длину кодирующего его гена, если молекулярная масса одной аминокислоты в среднем равна 100, а расстояние между соседними нуклеотидами в цепи ДНК составляет 0, 34 нм.

Решение:

Вычислим количество аминокислот в полипептиде – 40000: 100= 400 аминокислот.

Вычислим количество нуклеотидов кодирующего участка ДНК (гена) – 400 х3=1200 нуклеотидов.

Определим длину кодирующего участка ДНК(гена) –1200 х 0, 34=408 нм.

Ответ:

1. количество аминокислот в полипептиде – 400

2.количество нуклеотидов кодирующего участка ДНК (гена) –1200

3.длина кодирующего участка ДНК(гена) –408 нм.

Задача 9

Последовательность нуклеотидов в молекуле

ДНК: Ц-А-А-Г-Ц-А-Т-Т-Ц-Г-Т-А-Ц-Ц-Ц-Г-.

В результате генной мутации выпадает десятый нуклеотид в цепи ДНК.

Определите последовательность нуклеотидов в и-РНК и последовательность аминокислот в белке.

Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Решение:

последовательность нуклеотидов в ДНК в результате мутации:

ЦАА- ГЦА- ТТЦ- ТАЦ- ЦЦГ-;

последовательность нуклеотидов в и-РНК:

ГУУ- ЦГУ-ААГ- АУГ- ГГЦ-;

последовательность аминокислот в белке:

вал- арг- лиз- мет- гли-

Задача 10

Какую длину имеет участок молекулы ДНК, в котором закодирована первичная структура белка, если молекула этого белка состоит из 68 аминокислот (один нуклеотид имеет длину 0, 34 нм)? Сколько т-РНК будет участвовать в процессе синтеза этого белка? Ответ поясните.

Решение:

Одну аминокислоту кодируют три нуклеотида ( триплет), следовательно, 68 аминокислот кодируются – 68 х 3 = 204 нуклеотидами.
Вычислим длину участка молекулы ДНК, состоящий из 204 нуклеотидов - 204х 0, 34= 69, 36 нм.
Известно, что т-РНК переносит только одну аминокислоту, значит, в синтезе этого белка участвует 68 т-РНК.

Ответ:

68 аминокислот кодируются204 нуклеотидами

длина участка молекулы ДНК, состоящего из 204 нуклеотидов - 69, 36 нм

в синтезе данного белка участвует 68 т-РНК

Задача 11

В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (в %) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

Решение:

По правилу Чаргаффа количество аденина равно количеству тимина А=Т, следовательно, тимина в этой молекуле содержится 17%.
На всю цепь ДНК приходится 100%, значит на гуанин и цитозин приходится: 100% — 17% — 17% = 66%.
Учитывая, что их количества равны, то 66: 2= 33%, т.е. Ц=Г=33%.

Ответ: в данной молекуле ДНК содержится кроме 17% аденина, 17% - тимина, 33% - гуанина и 17% - цитозина.

Задача 12

Белок состоит из 100 аминокислот. Установите, во сколько раз молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка, если средняя молекулярная масса аминокислоты -110, а нуклеотида - 300.

Дано: 100 аминокислот,

молекулярная масса аминокислоты -110,

молекулярная масса нуклеотида - 300.

Найти : во сколько раз масса гена превышает массу белка.

Решение:

Так как ген - это участок ДНК, состоящий из нуклеотидов, то определим их количество: одну аминокислоту кодируют 3 нуклеотида, то 100х3=300 нуклеотидов.

— Молекулярная масса белка 100х110=11000,

— Молекулярная масса гена 300х300=90000

— Молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка: 90000: 11000 =8 раз

Ответ: в 8 раз

Задания для самостоятельной работы

1. Фрагмент ДНК состоит из 72 нуклеотидов. Определите число триплетов и нуклеотидов в иРНК, а также количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка.

2. В молекуле ДНК содержится 12% нуклеотидов с гуанином. Определите процентное содержание нуклеотидов с А, Т, Ц по отдельности в данной молекуле ДНК.

3. Участок молекулы ДНК (одна цепочка) содержит:

120 нуклеотидов с аденином, 70 нуклеотидов с тимином,

38 нуклеотидов с цитозином, 124 нуклеотида с гуанином.

4. Определите: количество нуклеотидов во второй цепи с А, Т, Г, Ц и общее количество нуклеотидов с А, Т, Ц, Г в двух цепях ДНК.

5. Участок молекулы ДНК состоит из 522 нуклеотида. Определите длину этого участка.

6. В трансляции участвовало 30 молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

7. В трансляции участвовало 50 молекул т-РНК. Определите количество аминокислот, входящих в состав образующегося белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок.

8. В молекуле ДНК содержится 17% аденина. Определите, сколько (%) в этой молекуле содержится других нуклеотидов.

9. Определите содержание нуклеотидов Т, Г, Ц во фрагменте молекулы ДНК, если в нем обнаружено 800 нуклеотидов А, что составляет 20% от общего количества нуклеотидов в данной молекуле ДНК.

10. Определите число водородных связей в молекуле ДНК, если известно, что в данном фрагменте ДНК содержится 18 нуклеотидов с тимином и 22 нуклеотида с гуанином.

11. Сколько нуклеотидов содержит ген (обе цепи ДНК), в котором запрограммирован белок инсулин из 51 аминокислоты?

12. Участок молекулы ДНК состоит из 400 пар нуклеотидов. Определите длину этого участка.

13. В составе фрагмента ДНК обнаружено 1020 нуклеотидов, из которых 120 нуклеотидов представляют собой неинформативные последовательности (интроны).

Определить:

а) Какова длина первоначальной и-РНК.

б) Какова длина матричной РНК.

в) Сколько аминокислот входит в состав синтезируемого полипептида.

14. Белок состоит из 155 аминокислот. Установите, во сколько раз молекулярная масса участка гена, кодирующего данный белок, превышает молекулярную массу белка.

15. Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из: 500 аминокислот?

Какое время понадобиться для синтеза этого белков в клетке, если скорость передвижения рибосомы по иРНК составляет 6 триплетов в секунду?

16. В клетке животного диплоидный набор хромосом равен 30. Определите количество молекул ДНК перед митозом, после митоза, после первого и второго деления мейоза.

17. Известно, что в соматических клетках растения содержится 24 хромосомы. Определите хромосомный набор и число молекул ДНК в одной из клеток семязачатка перед началом мейоза, в анафазе мейоза I и анафазе мейоза II. Объясните, какие процессы происходят в эти периоды и как они влияют на изменение числа ДНК и хромосом?

Вопросы теста

⇐ Предыдущая 14 15 16 17 18 19 20 21 2223