Ce este sinteza biologică. Ce este biosinteza în biologie? Întrebări și sarcini pentru repetare

ADN-ul - purtătorul tuturor informațiilor genetice din celulă - nu este implicat direct în sinteza proteinelor (implementarea acestei informații ereditare). În celulele animale și vegetale, moleculele de ADN sunt separate printr-o membrană nucleară de citoplasmă, unde sunt sintetizate proteinele. Un intermediar este trimis de la nucleu la ribozomi - locurile de asamblare a proteinelor - care transportă informațiile copiate și este capabil să treacă prin porii membranei nucleare. ARN-ul mesager, care este implicat în reacțiile matriceale, este un astfel de intermediar.

Reacțiile matriceale sunt reacții pentru sinteza de noi compuși bazați pe macromolecule „vechi” care acționează ca o matrice, adică o formă, un model pentru copierea de noi molecule. Reacțiile matriceale pentru realizarea informațiilor ereditare, la care participă ADN și ARN, sunt:

1. Replicarea ADN-ului- dublarea moleculelor de ADN, datorită căreia se realizează transferul de informații genetice din generație în generație. ADN-ul matern este șablonul.

2. Transcriere(lat. transcriere- rescriere) este sinteza moleculelor de ARN după principiul complementarității pe șablonul unuia dintre lanțurile de ADN. Apare în nucleu sub acțiunea enzimei ARN polimerazei dependente de ADN. ARN-ul mesager este o moleculă monocatenară, iar gena este copiată dintr-o catenă a unei molecule de ADN dublu catenar. Limbajul tripleților ADN este tradus în limbajul codonilor și al ARN-ului. Ca rezultat al transcripției diferitelor gene, toate tipurile de ARN sunt sintetizate. Apoi i-ARN, t-ARN, r-ARN prin porii din învelișul nuclear intră în citoplasma celulei pentru a-și îndeplini funcțiile.

3. Difuzare (lat. traducere- transfer, translație) este sinteza lanțurilor polipeptidice de proteine pe o matrice matură de ARNm, realizată de ribozomi. Există mai multe etape în acest proces:

Prima etapa - iniţiere(începutul sintezei). În citoplasmă, unul dintre capetele ARNm (exact cel de la care a început sinteza moleculei din nucleu) intră în ribozom și începe sinteza polipeptidei. Molecula t-ARN care transportă aminoacidul glutamina (t-ARN GLN) este conectată la ribozom și atașată la începutul lanțului m-ARN (codul UAG). Lângă primul t-ARN (care nu are nimic de-a face cu proteina de sinteză), este atașat un al doilea t-ARN cu un aminoacid. Dacă anticodonul este ARNt, atunci între aminoacizi ia naștere o legătură peptidică, care este formată de o anumită enzimă. După aceea, ARNt părăsește ribozomul (merge în citoplasmă pentru un nou aminoacid), iar ARNm mută un codon.

Faza a doua - elongaţie(prelungirea lanțului). Ribozomul se deplasează de-a lungul moleculei de ARNm nu lin, ci intermitent, triplet cu triplet. Al treilea ARNt cu aminoacid se leagă cu anticodonul său de codonul ARNm. Când se stabilește complementaritatea legăturii, ribozomul face încă un pas de „codon”, iar enzima specifică se „reticulă” legătură peptidică al doilea și al treilea aminoacid - se formează un lanț peptidic. Aminoacizii din lanțul polipeptidic în creștere sunt conectați în secvența în care se află codonii i-ARN care îi codifică (Fig. 14).

Etapa a treia - rezilierea(sfârșitul sintezei) lanț. Apare atunci când ribozomul traduce unul dintre cei trei „codoni nonsens” (UAA, UAG, UGA). Ribozomii sar de pe ARNm, sinteza proteinelor este completă.

Astfel, cunoscând ordinea de aranjare a aminoacizilor într-o moleculă de proteină, este posibil să se determine ordinea nucleotidelor (tripletelor) dintr-un lanț i-ARN și, din aceasta, ordinea perechilor de nucleotide într-un segment de ADN și viceversa. invers, ținând cont de principiul complementarității nucleotidelor.

Dar în procesul reacțiilor matriceale pot apărea modificări - mutații. Acestea sunt mutații genetice la nivel molecular - rezultatul diferitelor leziuni ale moleculelor de ADN - care afectează una sau mai multe nucleotide. Toate formele mutații genetice poate fi împărțit în două grupuri mari.

Primul grup- frameshift - este inserția sau ștergerea uneia sau mai multor nucleotide donate. În funcție de locul încălcării, unul sau altul număr de codoni se modifică. Aceasta este cea mai gravă afectare a genelor, deoarece în proteină vor fi incluși aminoacizi complet diferiți. Astfel de deleții și inserții reprezintă 80% din toate mutațiile genice spontane.

Cel mai mare efect dăunător este posedat de prostii - mutații care sunt asociate cu apariția codonilor terminatori care provoacă oprirea sintezei proteinelor. Acest lucru poate duce la încetarea prematură a sintezei proteinelor, care este rapid degradată. Rezultatul este moartea celulară sau o schimbare a naturii dezvoltării individuale.

Mutațiile asociate cu substituția, ștergerea sau inserția în partea de codificare a unei gene apar fenotipic ca o substituție de aminoacizi într-o proteină. În funcție de natura aminoacizilor și de semnificația funcțională a zonei deteriorate, există o pierdere completă sau parțială a activității funcționale a proteinei. Acest lucru se exprimă printr-o scădere a viabilității, o schimbare a caracteristicilor organismelor etc.

A doua grupă sunt mutații genetice cu înlocuirea perechilor de baze de nucleotide. Există două tipuri de substituții de bază:

1. Tranziție - înlocuirea unei purine cu o altă bază purinică (A pentru G sau G pentru A) sau a unei pirimidine pentru o altă pirimidină (C pentru T sau T pentru C).

2. Transversie - înlocuirea unei baze purinice cu o bază pirimidină sau invers (A pentru C, sau G pentru T, sau A pentru Y). Un exemplu de transversie este anemia cu celule falciforme, care apare din cauza unei tulburări moștenite în structura hemoglobinei. În gena mutantă care codifică unul dintre lanțurile hemoglobinei, doar o singură nucleotidă este perturbată, iar adenina este înlocuită cu uracil (GAAna GUA) în ARNm. Ca urmare, are loc o modificare a fenotipului biochimic, în lanțul β al hemoglobinei, acidul glutamic este înlocuit cu valină. Această înlocuire modifică suprafața moleculei de hemoglobină: în loc de un disc biconcav, globulele roșii devin ca secera și fie înfundă vasele mici, fie sunt îndepărtate rapid din circulație, ceea ce duce rapid la anemie. .

Astfel, semnificația mutațiilor genelor pentru viața unui organism nu este aceeași:

Unele „mutații tăcute” nu afectează structura și funcția proteinei (de exemplu, o substituție de nucleotide care nu duce la o substituție de aminoacizi);

Unele mutații duc la pierderea completă a funcției proteinelor și la moartea celulelor (de exemplu, mutații nonsens);

alte mutații - cu o schimbare calitativă a i-ARN și aminoacizi, duc la o schimbare a caracteristicilor organismului;

Unele mutații care modifică proprietățile moleculelor de proteine au un efect dăunător asupra activității vitale a celulelor - astfel de mutații provoacă un curs sever al bolilor (de exemplu, transversii).

Reacții de sinteză materie organică intra în celulă concomitent cu procesele de scindare. Biopolimerii specifici complexi (proteine, grasimi, carbohidrati, acizi nucleici) sunt sintetizati din substante simple formate ca urmare a proceselor de disimilare.

Substantele organice sintetizate sunt folosite pentru a construi diverse organele celulare, enzime, secrete si substante de rezerva, in schimbul celor consumate. Toate aceste procese merg cu absorbția energiei. Sinteza substanţelor care are loc într-o celulă se numeşte biosinteză sau schimb plastic.

În această etapă, un total de 2600 kJ de energie este eliberat la un număr de verigi intermediare.

Formarea a 36 de legături macroergice în timpul conversiei ADP în ATP necesită 1440 kJ, sau 54% din energia eliberată, care este convertită în energia potențială a ATP. În consecință, cu divizarea oxigenului, se formează de 13 ori mai multă energie decât în cazul fără oxigen, iar celula economisește de 18 ori mai multă energie sub formă de ATP.

Ecuația generală pentru descompunerea completă a glucozei în două etape poate fi scrisă după cum urmează:

Conform metodei de obținere a compușilor organici, toate celulele sunt împărțite în autotrofe și heterotrofe (vezi secțiunea Botanică).

ATP-ul format în acest caz este trimis prin canalele reticulului endoplasmatic către alte părți ale celulei, unde este necesar. Astfel, din energia generată în timpul descompunerii glucozei pentru celulă, se economisește un total de 80 kJ + 1440 kJ = 1520 kJ, sau 55% din energie, care este convertită în energie potențială și ulterior utilizată de celulă. Prin urmare, reacția de scindare se numește schimb de energie.

Fotosinteză(tabelul de culori I) este un proces unic de formare a compușilor organici din substante anorganice folosind energia luminii. Pentru prima dată, procesul de fotosinteză și rolul clorofilei plantei în acesta au fost descrise de remarcabilul om de știință rus Kliment Arkadyevich Timiryazev (1843-1920). Fotosinteza este un proces complex în mai multe etape care are loc în două faze - lumină și întuneric.

faza luminoasaîncepe cu iluminarea cloroplastului cu lumină vizibilă. Sub acțiunea cuantelor de lumină, unii dintre electronii mobili ai moleculelor de clorofilă se deplasează la un nivel de energie mai înalt și dobândesc energie potențială. Unii dintre acești electroni „excitați” revin la locul lor inițial, iar energia eliberată în acest caz este disipată sub formă de căldură. O altă parte a acestora, cu participarea purtătorilor, acționează ca agenți reducători și se atașează la ionii de hidrogen, care se formează constant în celule în timpul disocierii moleculelor de apă (H 2 O \u003d H + + OH -). Ionii de hidrogen, având atașat un electron, se transformă în atomi de hidrogen (H + +e - = H) și se combină cu molecule de substanțe purtătoare.

Ionii OH -, rămași fără contraioni de hidrogen, își donează electronii altor ioni și se transformă în radicali OH (OH \u003d e - + OH). Interacționând între ele, formează apă și oxigen molecular (40H \u003d 2H 2 O + O 2).

Procesul de formare a oxigenului molecular în timpul descompunerii apei sub influența energiei luminoase se numește fotoliza apei. A fost studiat și descris pentru prima dată de omul de știință sovietic Alexander Pavlovich Vinogradov (1895-1975), folosind metoda atomilor marcați. Mecanismul fotolizei apei este similar cu electroliza apei.

În plus, în faza luminoasa unii dintre electronii „excitați” ai clorofilei și electronii separați de ionii OH - sunt implicați în formarea unei legături macroergice de fosfat în timpul sintezei ATP din ADP și fosfat anorganic (p) (ADP + F = ATP).

Astfel, în faza luminoasă a fotosintezei, ca urmare a absorbției energiei luminoase de către clorofilă datorită electronilor „excitați”, are loc fotoliza apei cu eliberarea de oxigen și sinteza ATP.

Faza întunecată a fotosintezei constă dintr-o serie de reacții enzimatice succesive de legare a CO 2, având ca rezultat formarea glucozei, care servește drept material de pornire pentru biosinteza altor substanțe organice ale plantei. Acest proces se datorează energiei ATP cu participarea atomilor de hidrogen formați în faza ușoară (6CO 2 + 24H \u003d C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O).

Ecuația generală a fotosintezei este următoarea:

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Structura membranară a cloroplastei realizează diferențierea substanțelor reactive.

Productivitatea fotosintezei- 1 g de materie organică la 1 m 2 de frunze într-o oră.Aproximativ 400 de miliarde de tone de materie organică se formează anual în urma fotosintezei. Nevoia anuală de oxigen a unei persoane este asigurată de funcționarea a 10-12 copaci de vârstă mijlocie în timpul sezonului de vegetație. S-a stabilit că productivitatea fotosintezei crește odată cu creșterea, până la un anumit nivel, a intensității iluminării, a conținutului de CO 2 , a temperaturii și umidității aerului înconjurător. Aceste modele sunt utilizate pe scară largă atunci când se cultivă plante în teren protejat.

Chemosinteza a fost descoperită în 1888 de biologul rus S. N. Vinogradsky, care a dovedit capacitatea unor bacterii de a asimila dioxidul de carbon în detrimentul energiei chimice. Există mai multe grupuri de bacterii chemosintetice, dintre care cea mai mare valoare au bacterii nitrificante, bacterii sulfuroase si bacterii de fier. De exemplu, bacteriile nitrificatoare obțin energie pentru sinteza substanțelor organice prin oxidarea amoniacului la azot și apoi la acid azotic; bacteriile sulfuroase - oxidarea hidrogenului sulfurat în sulfați și bacteriile de fier - transformând sărurile feroase de fier în oxizi. Energia eliberată este stocată în celulele bacteriilor chemosintetice sub formă de ATP. Procesul de chemosinteză, în care materia organică se formează din CO 2, se desfășoară în mod similar cu faza întunecată a fotosintezei.

Datorită activității vitale a bacteriilor - chimiosintetice, în natură se acumulează depozite mari de salpetru și minereu de mlaștină.

Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde sunt sintetizate proteinele care sunt folosite pentru a-și construi organele, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.

Rolul principal în determinarea structurii proteinelor îi revine ADN-ului. Un segment de ADN, format din câteva sute de nucleotide, care conține informații despre structura unei proteine, se numește genă. O macromoleculă de ADN conține câteva sute de gene. Molecula conține un cod pentru secvența de aminoacizi din proteină sub formă de nucleotide definitiv combinate. Esența codului ADN este că fiecare aminoacid corespunde unei secțiuni a lanțului ADN de trei nucleotide adiacente - tripleti. De exemplu, A - - C - A corespunde aminoacidului cisteină, A - A - C - leucină, T - T - T - lizină etc. Există 20 de aminoacizi diferiți, numărul de combinații posibile de 4 nucleotide prin 3 este 64. Prin urmare, tripleți suficient pentru toți aminoacizii.

Biosinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape care reprezintă un lanț de reacții sintetice care se desfășoară conform principiului sintezei matricei.

esență reacții de sinteză a matricei este că noile molecule de proteine sunt sintetizate în strictă conformitate cu planul stabilit în structura moleculelor de ADN existente. În aceste reacții, este asigurată secvența specifică exactă a monomerilor din polimerii sintetizați.

În biosinteza proteinelor, se determină următorii pași, care merg la diverse părți celule.

Sinteza i-ARN (are loc în nucleu). Informația conținută în gena ADN este transcrisă în ARNm. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriptis” – rescriere).

În acest caz, împotriva fiecărei nucleotide a unuia dintre lanțurile de ADN, se ridică o nucleotidă complementară a i-ARN. Moleculele i-ARN sunt individuale, fiecare dintre ele poartă informația unei gene.

Legătura aminoacizilor cu moleculele t-ARN(apare în citoplasmă). Moleculele de ARNt constau din 70-80 de nucleotide. În lanțul t-ARN există un număr de unități de nucleotide care sunt complementare între ele. Când sunt abordate, se lipesc împreună, formând o structură asemănătoare unei frunze de trifoi (61). Un anumit aminoacid este atașat de „pețiolul” frunzei, iar în „vârful” frunzei se află triplet de cod nucleotidă corespunzătoare unui anumit aminoacid. Fiecare dintre cei 20 de aminoacizi are propriul său ARNt.

"Asamblarea proteinelor"(apare în ribozomi). ARNm-urile sunt trimise la ribozomi din nucleu. În același timp, mai mulți ribozomi sunt localizați simultan pe o moleculă de ARNm, formând un complex numit poliribozom. Aceasta asigură o sinteză simultană un numar mare molecule de proteine identice.

Din citoplasmă, t-ARN-urile cu aminoacizi „atârnate” pe ei se apropie de ribozomi și, cu capătul lor de cod, ating tripletul de nucleotide al m-ARN care trece în prezent prin ribozom. În acest moment, capătul opus al ARNt-ului cu aminoacidul intră în locul de „asamblare” a proteinei, iar dacă tripletul de codificare al ARNt este complementar cu tripletul ARNm aflat în prezent în ribozom, aminoacidul este separat de ARNt și intră în proteină., iar ribozomul face un „pas” cu un triplet de-a lungul i-ARN (triplete de i-ARN corespunzător fiecăruia dintre cei 20 de aminoacizi, vezi anexa).

După ce a donat un aminoacid, ARNt părăsește ribozomul și este înlocuit cu altul, cu un aminoacid diferit, care constituie următoarea verigă a moleculei de proteină construită (62). Astfel, lanțul polipeptidic al proteinei este asamblat legătură cu legătură, iar informațiile despre structura proteinei, înregistrate în i-ARN sub forma unei secvențe de nucleotide, sunt reproduse pe lanțul polipeptidic al proteinei în forma unei secvențe de aminoacizi. Acest proces se numește traducere (din latină „traducere” - transfer) (vezi Anexa, sarcina 2 și tabelul). Când sinteza moleculei proteice este finalizată, ribozomul părăsește ARNm. Proteina rezultată intră reticulul endoplasmaticși prin canalele sale către alte părți ale celulei, iar ribozomul intră într-un alt ARNm și participă la sinteza unei alte proteine. Toate reacțiile sinteza proteinei catalizat de enzime speciale, iar ATP furnizează energie.

1. Replicarea ADN-ului- dublarea moleculelor de ADN, datorită căreia se realizează transferul de informații genetice din generație în generație. ADN-ul matern este șablonul.

Faza a doua - elongaţie(prelungirea lanțului). Ribozomul se deplasează de-a lungul moleculei de ARNm nu lin, ci intermitent, triplet cu triplet. Al treilea ARNt cu aminoacid se leagă cu anticodonul său de codonul ARNm. Când se stabilește complementaritatea legăturii, ribozomul face un alt pas de „codon”, iar enzima specifică „reticulă” al doilea și al treilea aminoacizi cu o legătură peptidică - se formează un lanț peptidic. Aminoacizii din lanțul polipeptidic în creștere sunt conectați în secvența în care se află codonii i-ARN care îi codifică (Fig. 14).

Dar în procesul reacțiilor matriceale pot apărea modificări - mutații. Acestea sunt mutații genetice la nivel molecular - rezultatul diferitelor leziuni ale moleculelor de ADN - care afectează una sau mai multe nucleotide. Toate formele de mutații genetice pot fi împărțite în două grupuri mari.

A doua grupă sunt mutații genetice cu înlocuirea perechilor de baze de nucleotide. Există două tipuri de substituții de bază:

1. Tranziție - înlocuirea unei purine cu o altă bază purinică (A pentru G sau G pentru A) sau a unei pirimidine pentru o altă pirimidină (C pentru T sau T pentru C).

Astfel, semnificația mutațiilor genelor pentru viața unui organism nu este aceeași:

Unele „mutații tăcute” nu afectează structura și funcția proteinei (de exemplu, o substituție de nucleotide care nu duce la o substituție de aminoacizi);

Unele mutații duc la pierderea completă a funcției proteinelor și la moartea celulelor (de exemplu, mutații nonsens);

alte mutații - cu o schimbare calitativă a i-ARN și aminoacizi, duc la o schimbare a caracteristicilor organismului;

Sfârșitul lucrării -

Acest subiect aparține:

Introducere. Baza moleculară a eredității

Introducere .. genetica de la originea genezei grecești ca știință a regularităților .. i etapa gg perioada de dezvoltare a geneticii clasice a mendelismului ..

Dacă aveți nevoie de material suplimentar pe această temă, sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material s-a dovedit a fi util pentru dvs., îl puteți salva pe pagina dvs. de pe rețelele sociale:

Toate subiectele din această secțiune:

Principalele tipuri de ereditate
Genetica este o știință care studiază legile eredității și variabilității organismelor vii. Ereditatea este capacitatea organismelor de a se repeta

Principalii purtători ai eredității
Principalii purtători ai eredității nucleare sunt cromozomii localizați în nucleul celulei. Fiecare cromozom are componente chimice: o moleculă gigantică de ADN

Conceptul de cariotip uman
Numărul, mărimea și forma cromozomilor sunt caracteristici specifice fiecărui tip de organisme vii. Deci, celulele unui crab pustnic conțin 254 de cromozomi, în timp ce țânțarul are doar 6. Somatic

Regulile cromozomilor
Există 4 reguli ale cromozomilor: Regula de constanță a numărului de cromozomi.Celulele somatice ale unui organism din fiecare specie au în mod normal un număr strict definit de cromozomi (de exemplu

Cicluri celulare și mitotice
Ciclul celular (de viață) este perioada din viața unei celule din momentul în care aceasta apare până la moartea sau formarea celulelor fiice.Ciclul mitotic este o perioadă din viață.

Reproducerea la nivelul organismului
Gametogeneza este procesul de formare a gameților - celule germinale masculine și feminine. Ouăle sunt produse în gonadele feminine (ovare) și au dimensiuni mari.

Caracteristicile reproducerii umane
Caracteristicile reproducerii umane se datorează specificului său ca ființă biologică și socială. Capacitatea de a se reproduce devine posibilă odată cu debutul pubertății, recunoscută

Acizi nucleici
În 1869, biochimistul elvețian Johann Friedrich Miescher a descoperit, izolat din nucleele celulare și a descris ADN-ul. Dar abia în 1944 O. Avery, S. McLeod și M. McCarthy au dovedit rolul genetic

Codul genetic și proprietățile sale
Pentru implementarea expresiei genelor, există un cod genetic - o relație strict ordonată între bazele nucleotidice și aminoacizi (Tabelul 3). Abrevieri comune pentru

Proprietățile de bază ale codului genetic
1. Tripletate - unui aminoacid corespunde trei nucleotide adiacente, numite triplet (codon) (tripleții din i-ARN se numesc codoni); 2. break

Niveluri de organizare a materialului ereditar
Există următoarele niveluri de organizare structurală și funcțională material ereditar eucariote: gene, cromozomiale și genomice. Structura elementară a nivelului genei unui organ

Baza citologică și moleculară a variabilității organismelor
Genetica studiază nu numai fenomenul de ereditate, ci și fenomenul de variabilitate. Variabilitatea este proprietatea organismelor vii de a se modifica sub influența factorilor externi și interni.

Variabilitatea neereditară
Variabilitatea neereditară (fenotipică) este un tip de variabilitate care reflectă modificări ale fenotipului sub influența condițiilor de mediu care nu afectează genotipul. Întinderea ei tu

variabilitate ereditară
Variabilitatea genotipică (ereditară) reprezintă modificări ereditare ale caracteristicilor unui organism, determinate de genotip și păstrate într-un număr de generații. Este reprezentat de doi

Variabilitatea mutațională
O mutație este o schimbare bruscă, stabilă a materialului genetic sub influența factorilor de mediu externi sau interni, care este moștenită. organism, ereditar

Mecanismul molecular al mutațiilor
Mutațiile asociate cu o modificare a structurii moleculei de ADN sunt numite mutații genetice. Ele reprezintă ștergerea sau inserția uneia sau mai multor baze azotate, sau a ambelor în același timp.

Caracterizarea mutațiilor la nivel de țesut
Mutațiile somatice apar în celule somatice, sunt moștenite numai în timpul reproducerii vegetative și apar în individ însuși (culori diferite de ochi la o persoană

Mutația la nivelul organismului
În funcție de natura modificării fenotipului, toate mutațiile pot fi împărțite în următoarele grupuri. 1. Morfologic, încălcând semnele structurii fizice; lipsă de ochi, cu mâna scurtă

Mutații la nivel de populație
Se crede că orice mutație este dăunătoare, deoarece perturbă interacțiunea organismului cu mediul. Cu toate acestea, unele mutații provoacă modificări minore în organism și nu prezintă un pericol deosebit pentru organism.

Efectul mutațiilor cromozomiale asupra diferitelor sisteme ale corpului
Gradul de modificare a caracteristicilor organismului în timpul mutațiilor cromozomiale depinde de dimensiunea zonei defecte și de conținutul de gene importante pentru dezvoltarea în ea. Pentru a determina consecințele mutațiilor cromozomiale

Consecințele mutației în celulele sexuale și somatice
Rezultatul acțiunii unei mutații asupra fenotipului uman poate diferi în funcție de tipul de celule în care are loc modificarea structurilor ereditare. mutații generative sau modificări în

Stabilitatea și repararea materialului genetic
Stabilitatea materialului genetic este asigurată de: un set diploid de cromozomi; dublu helix ADN; degenerare (redundanță) cod genetic;

Antimutageni
Procesul de mutație este o sursă de modificări care duc la diferite stări patologice. Principiul de compensare în stadiul actual implică măsuri de prevenire genetică

1. Subiectul, sarcinile și metodele geneticii. Istoria dezvoltării și formării geneticii ca știință. 2. Etapele dezvoltării geneticii clasice. Genetica (moleculară) modernă. Concepte de bază și

Biosinteza ( sinteza biologica) este educația substanțe complexe dintre cele mai simple dintr-un organism viu.

Ultima biosinteză diferă de sinteza chimică care are loc în afara celulelor - în laboratoare, la plante chimice, uneori - în corpurile de apă, sol și roci.

În plus, substanțele speciale sunt întotdeauna implicate în biosinteză - enzimele. Ele permit și/sau accelerează reacțiile chimice. Sunt cunoscute aproximativ 5000 de enzime și nu există în natură în afara organismelor vii.

Natura a avut miliarde de ani la dispoziție și a experimentat miliarde de metode de sinteză. În acest timp, ea a selectat cele mai potrivite substanțe, a creat structuri miniaturale pentru prelucrarea lor. O celulă vie s-a transformat într-o plantă chimică, unde pot avea loc cele mai complexe transformări. „Fabrica” funcționează automat, rapid, cu pierderi minime și producție maximă. Furnizarea de „materii prime” celulei, furnizarea neîntreruptă de energie și informațiile înregistrate în gene despre ce și cum să faceți sunt întotdeauna gata.

Luați, de exemplu, o frunză verde pe un copac. În lumina din dioxid de carbonși apă, formează continuu glucoză. Planta se hrănește cu ea, primește energie. Știința puternică și tehnologia puternică sunt în mâinile omului. Dioxid de carbon și apă - cât vrei. De asemenea, nu există probleme. Dar oamenii, folosind doar acest lucru, nu sunt capabili să sintetizeze un singur grăunte de glucoză. O obținem într-un mod complet diferit, de altfel, din amidon, care a fost sintetizat de aceleași plante.

De ce o persoană nu poate copia reacțiile biosintetice?

În primul rând, pentru că nu avem „echipamentul” pe care îl are celula.

În al doilea rând, majoritatea enzimelor sunt proteine, pentru a le obține, o persoană trebuie să-și dea seama de structura fiecăreia, apoi să găsească o modalitate de a le obține. Toate acestea sunt posibile, dar nu ușor. Ca rezultat, produsul sintezei chimice (de exemplu, un hormon artificial) se dovedește a fi destul de scump.

Problema poate fi simplificată dacă cel puțin o parte din muncă este transferată către celule vii. De exemplu, acidul ascorbic (vitamina C) se obține în fabrici ca urmare a șase reacții chimice. Unul dintre ele este furnizat de... bacterii active. Astfel de scheme sunt utilizate pe scară largă în biotehnologie.

Am comparat cușca cu o fabrică. Dar în industrie, relocarea întreprinderilor este o practică comună. Ingineria genetică face ceva similar. Astfel, gena proteinei insulinei umane a reușit să „obțină un loc de muncă” în celula bacteriei Escherichia coli. Ca urmare, insulina este sintetizată într-un loc nou - necunoscut și complet inutil pentru E. coli, dar nevoie urgentă de pacienții cu diabet.

Cum folosește o persoană produsele de biosinteză?

El, fără ezitare, le folosește în fiecare secundă a vieții sale. Când citiți aceste rânduri, în ochi există o biosinteză a pigmenților vizuali, în ficat este sintetizat din glucoză substanță de rezervă glicogenul, măduva osoasă formează molecule de hemoglobină etc.

În plus, o persoană, cu putere și principal, consumă produsele finite ale biosintezei „străine”. Care este hrana noastră - pâine, carne, unt, cereale, lapte etc.? Toate acestea sunt amestecuri de proteine, grăsimi, carbohidrați, vitamine. Adică, produsele biosintezei care au avut loc în celulele plantelor și animalelor.

Biosinteza ne furnizează și materii prime industriale. Extragem antibiotice și vitamine din ciuperci și bacterii de mucegai. Suntem îmbrăcați și încălțați în diverse tipuri de veverițe - lână, blană și piele de mamifere, precum și în fibră de bumbac. Selectăm mătase naturală din fluturi de viermi de mătase. Celuloza, pe care copacii o sintetizează de zeci de ani, o transformăm în hârtie, glucoză, viscoză, plastic, materiale de construcție și mobilier.

Nu se poate decât să se bucure că natura a creat biosinteza - fără ea, am fi lipsiți de toate acestea. Adevărat, fără biosinteză, noi înșine nu am exista.

Soluție detaliată pagina p.135 la biologie nivel avansat pentru elevii clasei a X-a, autori Zaharov V.B., Mamontov S.G. Nivel avansat 2015

Caietul de lucru Gdz la Biologie pentru clasa a 10-a poate fi găsit

ÎNTREBĂRI ȘI SARCINI DE REVIZUIRE

Întrebarea 1. Ce este disimilarea? Descrieți pașii acestui proces.

Totalitatea reacției de clivaj se numește schimb de energie al celulei sau disimilare. Disimilarea este direct opusă asimilării: ca urmare a divizării, substanțele își pierd asemănarea cu substanțele celulei.

Metabolismul energetic este de obicei împărțit în 3 etape. Prima etapă este pregătitoare. În această etapă, moleculele de di- și polizaharide, grăsimi, proteine se descompun în molecule mici - glucoză, glicerol și acizi grași, aminoacizi, molecule mari acizi nucleici- în baze azotate - nucleotide. În această etapă, se eliberează o cantitate mică de energie, care este disipată sub formă de energie termică.

A doua etapă este anoxică sau incompletă. Se mai numește și respirație anaerobă sau fermentație. Termenul „fermentare” este folosit de obicei în legătură cu procesele care au loc în celula microorganismelor sau plantelor. Substanțele formate în această etapă, cu participarea enzimelor, intră pe calea de scindare ulterioară. În mușchi, de exemplu, ca urmare a respirației anaerobe, o moleculă de glucoză se descompune în 2 molecule de acid lactic (glicoliză). Acidul fosforic și ADP sunt implicate în descompunerea glucozei.

A treia etapă a metabolismului energetic este etapa respirației aerobe sau divizarea oxigenului. Reacțiile acestei etape a metabolismului energetic sunt, de asemenea, catalizate de enzime. Când oxigenul intră în celulă, substanțele formate în etapa anterioară sunt oxidate la produse finale– H2O și CO2. respirația oxigenului este însoțită de eliberarea unei cantități mari de energie și acumularea acesteia în moleculele de ATP.

Întrebarea 2. Ce este rolul ATPîn metabolismul celular?

Organismele vii pot folosi doar energia legată chimic. Fiecare substanță are o anumită cantitate de energie potențială. Principalii săi purtători materiale sunt legăturile chimice, a căror rupere sau transformare duce la eliberarea de energie. Nivelul de energie al unor legături are o valoare de 8-10 kJ - aceste legături se numesc normale. Alte legături conțin mult mai multă energie - 25-40 kJ - acestea sunt așa-numitele legături macroergice. Aproape toți compușii cunoscuți cu astfel de legături au atomi de fosfor sau sulf în compoziția lor, în locul cărora aceste legături sunt localizate în moleculă. Acidul adenozin trifosforic (ATP) este unul dintre compușii care joacă un rol important în viața celulară.

Acidul adenozin trifosforic (ATP) constă dintr-o bază organică adenină (I), un carbohidrat de riboză (II) și trei resturi de acid fosforic (III). Combinația de adenină și riboză se numește adenozină. Grupările pirofosfat au legături macroergice, indicate de ~. Descompunerea unei molecule de ATP cu participarea apei este însoțită de eliminarea unei molecule de acid fosforic și eliberarea de energie gratis, care este egal cu 33-42 kJ / mol. Toate reacțiile care implică ATP sunt reglementate de sisteme enzimatice.

Întrebarea 3. Spuneți-ne despre metabolismul energetic din celulă folosind ca exemplu descompunerea glucozei.

Întrebarea 4. Ce tipuri de organisme alimentare cunoașteți?

În funcție de tipul de nutriție, toate organismele sunt împărțite în autotrofe, heterotrofe și mixotrofe.

Întrebarea 5. Ce organisme sunt numite autotrofe?

Autotrofe - organisme care trăiesc în detrimentul unei surse anorganice de carbon - dioxid de carbon, folosind energia luminii solare - fototrofe sau energie pentru implementarea proceselor de sinteză legături chimice- chimiotrofe.

Întrebarea 6. Descrieți fazele luminoase și întunecate ale fotosintezei.

Fotosinteza este procesul de formare a compușilor organici din compuși anorganici din frunzele plantelor verzi de pe raza de soare. Există faze luminoase și întunecate ale fotosintezei.

La intrarea fazei luminoase a fotosintezei are loc absorbția cuantelor estimării de către clorofile și fotoliza (descompunerea) apei. Ca urmare, se formează molecule de ATP, hidrogen atomic H”, care sunt utilizate în continuare în faza întunecată pentru sinteza glucozei și oxigen molecular (ca produs secundar) eliberat în mediu.

Faza întunecată a fotosintezei. Glucoza se formeaza din dioxid de carbon absorbit din exterior, hidrogen H obtinut in faza de lumina, cu cheltuirea energiei ATP, sintetizata tot in faza de lumina.

Întrebarea 7. De ce este eliberat oxigenul liber în atmosferă ca urmare a fotosintezei la plantele verzi?

Oxigenul este un produs secundar al fotosintezei. În cursul reacțiilor fazei luminoase a fotosintezei, sub acțiunea cuantelor de lumină și la interacțiunea cu clorofila, are loc descompunerea (fotoliza) apei în hidrogen atomic și radicali liberi He-. Acestea din urmă interacționează între ele, formând oxigen și apă libere.

Deoarece oxigenul nu este inclus în cascada ulterioară a reacțiilor de fotosinteză, este eliberat în mediul extern.

Întrebarea 8. Ce este chimiosinteza?

Chemosinteza este procesul de sinteză a compușilor organici folosind carbon din dioxid de carbon datorită energiei legăturilor chimice ale substanțelor anorganice.

Întrebarea 9. Ce organisme sunt numite heterotrofe? Dă exemple.

Heterotrofele sunt organisme care nu sunt capabile să sintetizeze substanțe organice din substanțe anorganice prin fotosinteză sau chimiosinteză. Pentru sinteza substanțelor organice necesare activității lor de viață, acestea necesită substanțe organice exogene, adică produse de alte organisme. În timpul digestiei, enzimele digestive descompun polimerii materiei organice în monomeri. Aproape toate animalele și ciupercile sunt heterotrofe.

ÎNTREBĂRI ȘI SARCINI DE DISCUȚIE

Întrebarea 1. Ce organisme sunt numite autotrofe? În ce grupe sunt împărțiți autotrofii?

Organismele autotrofe sunt organisme care pot sintetiza compusi organici din substanțe anorganice (dioxid de carbon, apă și compuși anorganici azot și sulf). În funcție de sursa de energie consumată, autotrofele sunt clasificate în organisme fotosintetice și chimiosintetice. Primii folosesc energia luminii, în timp ce cei din urmă folosesc energia reacțiilor chimice exoterme (în timpul transformării compușilor anorganici), adică energia generată în timpul oxidării diferiților compuși anorganici (hidrogen, hidrogen sulfurat, amoniac etc.).

Întrebarea 2. Care este mecanismul de formare a oxigenului liber ca urmare a fotosintezei la plantele verzi? Extindeți semnificația biologică și ecologică a acestui proces.

În general, echilibrul chimic al fotosintezei poate fi reprezentat ca o ecuație simplă:

Hidrogenul necesar pentru a reduce dioxidul de carbon la glucoză este preluat din apă, iar oxigenul eliberat în timpul fotosintezei este un produs secundar. Procesul necesită energie luminoasă, deoarece apa singură nu este capabilă să reducă dioxidul de carbon.

Fotosinteza este procesul de care depinde toată viața de pe Pământ. Apare doar la plante. În timpul fotosintezei, planta produce substanțe organice necesare tuturor viețuitoarelor din substanțe anorganice. Dioxidul de carbon conținut în aer pătrunde în frunză prin deschideri speciale din epiderma frunzei, care se numesc stomate; Apa și mineralele se deplasează din sol la rădăcini și de acolo sunt transportate către frunze prin sistemul conducător al plantei. Energia necesara sintezei substantelor organice din cele anorganice este furnizata de Soare; această energie este absorbită de pigmenții vegetali, în principal clorofila. În celulă, sinteza substanțelor organice are loc în cloroplaste, care conțin clorofilă. Oxigenul liber, produs și în timpul fotosintezei, este eliberat în atmosferă.

Întrebarea 3. Unde, ca urmare a ce transformări ale moleculelor și în ce cantitate se formează ATP în organismele vii?

Sinteza ATP are loc în membranele mitocondriale în timpul respirației; prin urmare, toate enzimele și cofactorii lanțului respirator, toate enzimele de fosforilare oxidativă sunt localizate în aceste organite.

ZONELE PROBLEME

Întrebarea 1. Cum se realizează informațiile ereditare despre caracteristicile și proprietățile virusurilor ADN și ARN?

În natură, acizii nucleici sunt purtătorii de informații genetice. Există două tipuri principale de acizi nucleici: ADN (acid dezoxiribonucleic) și ARN (acid ribonucleic). În majoritatea organismelor vii, acizii nucleici se găsesc în nucleu și citoplasmă (sava celulară). Virușii, deși sunt structuri necelulare, conțin și acizi nucleici. În funcție de tipul de acid nucleic conținut, virusurile sunt împărțite în două clase: care conțin ADN și care conțin ARN. Virușii care conțin ADN includ virusurile hepatitei B, herpesul etc. Microorganismele care conțin ARN sunt reprezentate de gripă și paragripa, virusul imunodeficienței umane (HIV), hepatita A etc. În aceste microorganisme, precum și în alte organisme vii, acizii nucleici joacă rolul de purtător al informației genetice. Informații despre structura diferitelor proteine ( informatii genetice) este codificat în structura acizilor nucleici sub formă de secvențe de nucleotide specifice ( părțile constitutive ADN și ARN). Genele acidului nucleic viral codifică o varietate de enzime și proteine structurale. ADN-ul și ARN-ul virusurilor sunt substratul material al eredității și variabilității acestor microorganisme - cele două componente principale în evoluția virusurilor în special și a întregii animale sălbatice în general.

Întrebarea 2. Care este semnificația biologică a redundanței codului genetic?

Redundanța codului este o consecință a naturii sale triplete și înseamnă că un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete (deoarece există 20 de aminoacizi și 64 de tripleți). Excepțiile sunt metionina și triptofanul, care sunt codificate de un singur triplet. În plus, unii tripleți îndeplinesc funcții specifice. Deci, într-o moleculă de ARNm, trei dintre ei - UAA, UAG, UGA - sunt codoni terminali, adică semnale de oprire care opresc sinteza lanțului polipeptidic. Tripletul corespunzător metioninei (AUG), aflat la începutul lanțului ADN, nu codifică un aminoacid, ci îndeplinește funcția de inițiere (excitantă) a citirii.

Redundanța secvențelor de codificare este proprietatea cea mai valoroasă atunci când, deoarece crește rezistența fluxului de informații la efectele adverse ale mediului extern și intern. Atunci când se determină natura aminoacidului care ar trebui să fie inclus într-o proteină, a treia nucleotidă din codon nu are astfel de important ca primele două. Pentru mulți aminoacizi, înlocuirea nucleotidei în poziția a treia a codonului nu îi afectează semnificația.

Întrebarea 3. Cum se realizează informațiile ereditare despre structura și funcțiile moleculelor neproteice sintetizate în celulă?

Informațiile genetice sunt criptate în ADN și ARN.

Întrebarea 4. Credeți că este posibil să creșteți eficiența fotosintezei?

Respectarea regimului de irigare,

ASPECTE APLICATE

Întrebarea 1. Cum credeți, cum puteți crește eficiența fotosintezei la plantele verzi?

Pe baza mecanismelor de influență a factorilor interni și externi care afectează activitatea fotosintetică a plantelor, în practica agricolă sunt utilizate o serie de metode pentru a crește intensitatea fotosintezei și a crește randamentul culturilor, acestea includ:

Respectarea regimului de irigare,

Respectarea regimului de nutriție minerală,

Utilizarea pansamentului foliar superior cu microelemente,

Creșterea concentrației de dioxid de carbon în terenul protejat datorită utilizării îngrășămintelor organice (aplicarea gunoiului de grajd), folosirii gheții carbonice și afumării ramelor de sere. În același timp, castraveții nu numai că măresc intensitatea fotosintezei, ci și numărul de flori feminine.

Întrebarea 2. Ce exemple care caracterizează utilizarea caracteristicilor metabolice ale organismelor în medicină, agricultură și alte industrii puteți oferi?

Un exemplu de metabolism în industria cofetăriei este utilizarea drojdiei.

SARCINI

Întrebarea 1. Scrieți reacțiile fazelor luminoase și întunecate ale fotosintezei. Desemnați căile de transfer al electronilor și protonilor.

Întrebarea 3. Descrieți procesul de împărțire molecule organice cu participarea oxigenului în celulele aerobilor.

Respirația este o descompunere oxidativă a nutrienților organici cu participarea oxigenului, însoțită de formarea metaboliților activi chimic și eliberarea de energie, care sunt utilizate de celule pentru procesele vieții.

În procesul de respirație, se generează o cantitate imensă de energie. Dacă toate ar ieși în evidență deodată, atunci celula ar înceta să mai existe. Dar acest lucru nu se întâmplă, deoarece energia nu este eliberată deodată, ci treptat, în porții mici. Eliberarea de energie în doze mici se datorează faptului că respirația este un proces în mai multe etape, în care se formează diferite produse intermediare (cu lungimi diferite ale lanțului de carbon) și se eliberează energie. Energia eliberată nu este consumată sub formă de căldură, ci este stocată în compusul macroergic universal - ATP. La divizarea ATP-ului, energia poate fi utilizată în orice procese necesare pentru menținerea activității vitale a organismului: pentru sinteza diferitelor substanțe organice, munca mecanica, menținerea presiunii osmotice a protoplasmei etc.