Пластичний обмін, фотосинтез і біосинтез білків, приклади

Пластичний обмін – сукупність реакцій синтезу органічних речовин в клітині з використанням енергії.

Фотосинтез і біосинтез білків – приклади пластичного обміну. 

 Значення пластичного обміну: 

  1. забезпечення клітини будівельним матеріалом для створення клітинних структур; 
  2. забезпечення клітини органічними речовинами, які використовуються в енергетичному обміні.

автотрофні організми будують всі необхідні їм органічні сполуки на основі органіки, отриманої з неорганічного вуглецю – – в ході фото- або хемосинтезу. У вступі органічних речовин ззовні вони не потребують.CO2

гетеротрофні організми потребують надходження органіки ззовні, але їхні потреби в ній сильно варіюють у різних організмів. Деякі організми здатні синтезувати всі необхідні речовини з будь-якого простого органічного попередника, наприклад, ацетату (залишку оцтової кислоти) і мінеральних джерел (сірки, фосфору та ін. Елементів). Такими є деякі бактерії. Інші, навпаки, потребують надходження великої кількості складних речовин – вітамінів, незамінних амінокислот і жирних кислот – як, наприклад.

Синтез білка

Синтез білкових молекул відбувається в цитоплазмі. Мономерами білків є амінокислоти. До складу переважної більшості білків живих організмів входять 20 амінокислот, проте в деяких випадках в білки можуть включатися ще кілька особливих або модифікованих амінокислот (селеноцистеїн, десмозін, гамма-каброксіглутаміновая кислота).

 Білки синтезуються за матричним принципом, тобто існує особлива матрична молекула, в якій закодована послідовність амінокислот у білку. У ролі такої молекули виступає інформаційна , або матрична РНК (скорочено іРНК або мРНК).

 Синтез і процесинг білка включає в себе наступні стадії:

1. Трансляція – створення поліпептидного ланцюга

2. фолдінг – формування певної тривимірної структури поліпептиду

3. Хімічна модифікація

4. Транспорт до місця призначення

 В ході трансляції послідовність нуклеотидних триплетів іРНК приводяться у відповідність послідовності амінокислот в пептидного ланцюжку за допомогою особливих органел – рибосом, що складаються з 2 субодиниць, в кожній з яких є білкова і рібонуклеотідная частина. Молекулами, які завдають амінокислоти до рибосом, є транспортні РНК . На одній з дільниць тРНК є триплет нуклеотидів, званий антикодоном . У разі, якщо антикодон тРНК комплементарно зв’язується з кодоном мРНК, який в даний момент зчитується рибосомою, тРНК входить в рибосому, і активний центр у великій субодиниці рибосоми переносить амінокислоту з тРНК на зростаючу пептидную ланцюг.

Варто зазначити, що синтез білка вимагає від клітини великих енергетичних витрат:

  • – 1 молекула АТФ витрачається на активацію трансляції
  • – по 2 макроергічні зв’язку витрачається на активацію кожної амінокислоти, що необхідно для прикріплення амінокислоти до молекули тРНК (АТФ розщеплюється до АМФ і пірофосфату)
  • – 1 молекула ГТФ витрачається на зв’язування комплексу амінокислота-тРНК з А-сайтом рибосоми
  • – 1 молекула ГТФ необхідна для транслокації рибосоми після утворення нової пептидного зв’язку
  • – 1 молекула ГТФ необхідна для термінації трансляції

 Таким чином, кожна амінокислота в білку “коштує” клітці 4 макроергічних зв’язків, до того ж 2 зв’язку додатково витрачаються при активації і термінації трансляції. Подібна “дорожнеча” пояснюється необхідністю забезпечити точність і незворотність реакції утворення пептидного зв’язку.

Синтез вуглеодів

Глюконеогенез – це процес синтезу глюкози з невуглеводних з’єднань, наприклад, з пірувату. Реакції глюконеогенезу у людини відбуваються в клітинах печінки, нирок і епітелію тонкого кишечника. Велика частина реакцій глюконеогенезу являє собою звернення реакцій гліколізу (енергетичний обмін), і здійснюються в цитоплазмі, проте кілька ключових стадій даного метаболічного шляху є “обхідними” по відношенню до гликолизу, і протікають в мітохондріях і ендоплазматичної мережі.

Сумарне рівняння глюконеогенезу можна записати в такий спосіб:

  • 2 Піруват + 4 AТФ + 2 ГТФ + 2 НАДН + 2 H  + 4 H O → глюкоза + 4 АДФ + 2 ГДФ + 6 Ф  + 2НАД +

Таким чином, синтез глюкози з пірувату вимагає більше енергії, ніж виділяється в ході гліколізу (2 молекули АТФ і 2 НАДН на 1 молекулу глюкози). Це пояснюється тим, що у Всесвіті не існує жодного механізму, що має ККД, що дорівнює 100%, частина енергії в ході хімічних реакцій в клітині неминуче розсіюється у вигляді тепла.

Глікогеногенез – це процес синтезу глікогену з глюкози. Реакції глікогеногенеза здійснюються в клітинах м’язової тканини і в клітинах печінки, протікають в цитозолі. На першій стадії молекула глюкози фосфорилируется до глюкозо-6-фосфату за рахунок енергії 1 молекули АТФ. Далі фосфатна група в молекулі глюкозофосфата переноситься з шостого на перший атом вуглецю (глюкозо-1-фосфат). Ключова реакція глікогеногенеза – це т.зв. активація глюкози шляхом перенесення глюкозо-1-фосфату на УТФ, в результаті чого утворюється молекула УДФ-глюкози. Таким чином, на цьому етапі витрачається енергія ще 2 макроергічних зв’язків (УТФ гідролізується до УМФ і пірофосфату, а далі УМФ і глюкозофосфат утворюють УДФ-глюкозу). Подібна енерговитратність на перший погляд здається надмірною, проте велика різниця енергій реагентів і продуктів реакції забезпечує її незворотність в умовах живої клітини.

 Нарешті, на останньому етапі глікогеногенеза УДФ-глюкоза за допомогою ферменту глікогенсінтази полимеризуется в глікоген (УДФ при цьому дисоціює від моносахаридів).

Таким чином, на додаток до молекулі глікогену 1 молекули глюкози клітина витрачає 3 макроергічні зв’язку. Однак частково така втрати енергії компенсується тим, що при розпаді глікогену виділяється не глюкоза, а глюкозофосфат, тобто знижуються витрати на активацію глюкози для гліколізу, і з 1 молекули глюкози, отриманої з глікогену , в ході гліколізу регенерується не 2, а 3  молекули АТФ.

Синтез жирних кислот здійснюється в цитоплазмі жирової тканини. Даний багатостадійний процес каталізується єдиним Поліферментний комплексом, що складається з багатьох білкових субодиниць. Синтез жирних кислот є циклічний процес, в ході кожного циклу молекула жирної кислоти подовжується на 2 вуглецевих атома.

Синтез нуклеотидів  здійснюється в цитоплазмі всіх активних клітин організму. Це складний і багатоетапний процес, в ході якого з нециклічних молекул і іонів (амінокислоти, гідрокарбонат-іон) утворюються гетероциклічні азотисті основи.

Сподобалася стаття? Поділитися з друзями:
Знай все!
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: