Характеристика основних методів одержання антибіотиків. Що таке біосинтез у біології? Питання та завдання для повторення
Докладне рішення сторінка 135 з біології поглиблений рівень для учнів 10 класу, авторів Захаров В.Б., Мамонтов С.Г. Поглиблений рівень 2015
- Гдз робочий зошит з Біології за 10 клас можна знайти
ПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ДЛЯ ПОВТОРЕННЯ
Запитання 1. Що таке дисиміляція? Охарактеризуйте етапи цього процесу.
Сукупність реакції розщеплення називають енергетичним обміном клітини чи дисиміляцією. Дисиміляція прямо протилежна асиміляції: внаслідок розщеплення речовини втрачають схожість із речовинами клітини.
Енергетичний обмін зазвичай поділяють на 3 етапи. Перший етап – підготовчий. На цьому етапі молекули ді- та полісахаридів, жирів, білків розпадаються на дрібні молекули – глюкозу, гліцерин та жирні кислоти, амінокислоти, великі молекули нуклеїнових кислот – на азотисті основи – нуклеотиди. На цьому етапі виділяється невелика кількість енергії, що розсіюється у вигляді теплової енергії.
Другий етап - безкисневий, або неповний. Він називається також анаеробним диханням чи бродінням. Термін "бродіння" зазвичай застосовують по відношенню до процесів, що протікають у клітині мікроорганізмів або рослин. Речовини, що утворюються на цьому етапі, за участю ферментів вступають на шлях подальшого розщеплення. У м'язах, наприклад, внаслідок анаеробного дихання молекула глюкози розпадається на 2 молекули молочної кислоти (гліколіз). У реакціях розщеплення глюкози беруть участь фосфорна кислота та АДФ.
Третій етап енергетичного обміну – стадія аеробного дихання, чи кисневого розщеплення. Реакції цієї стадії енергетичного обміну каталізуються ферментами. При доступі до клітини речовини, що утворилися під час попереднього етапу, окислюються до кінцевих продуктів - Н2О і СО2. кисневе дихання супроводжується виділенням великої кількості енергії та акумуляцією її в молекулах АТФ.
Питання 2. У чому полягає роль АТФ в обміні речовин у клітині?
Живі організми можуть використовувати лише хімічно пов'язану енергію. Кожна речовина має певний запас потенційної енергії. Головними матеріальними носіями її є хімічні зв'язки, розрив чи перетворення яких призводить до визволення енергії. Енергетичний рівень одних зв'язків має величину 8-10 кДж – ці зв'язки називаються нормальними. В інших зв'язках полягає значно більша енергія – 25-40 кДж – це так звані макроергічні зв'язки. Майже всі відомі сполуки, які мають такі зв'язки, мають у своєму складі атоми фосфору або сірки, за місцем яких у молекулі і локалізовані ці зв'язки. Однією з сполук, що відіграють найважливішу роль у життєдіяльності клітини, є аденозинтрифосфорна кислота (АТФ).
Аденозинтрифосфорна кислота (АТФ) складається з органічної основи аденіну (I), вуглеводу рибози (II) та трьох залишків фосфорної кислоти (III). З'єднання аденіну та рибози називається аденозином. Пірофосфатні групи мають макроергічні зв'язки, позначені значком ~. Розкладання однієї молекули АТФ за участю води супроводжується відщепленням однієї молекули фосфорної кислоти та виділенням вільної енергії, яка дорівнює 33-42 кДж/моль. Усі реакції з участю АТФ регулюються ферментними системами.
Питання 3. Розкажіть про енергетичний обмін у клітині з прикладу розщеплення глюкози.
Запитання 4. Які типи харчування організмів вам відомі?
За типом харчування всі організми діляться на автотрофних, гетеротрофних і міксотрофних.
Запитання 5. Які організми називають автотрофними?
Автотрофи – організми, що живуть за рахунок неорганічного джерела вуглецю – вуглекислого газу, що використовують для здійснення процесів синтезу енергію сонячного світла – фототрофи або енергію хімічних зв'язків – хемотрофи.
Питання 6. Охарактеризуйте світлову та темнову фази фотосинтезу.
Фотосинтез - процес утворення органічних сполук із неорганічних у листі зелених рослин на сонячному світлі. Виділяють світлову та темнову фази фотосинтезу.
У процесі світлової фази фотосинтезу відбувається поглинання квантів кошторис хлорофілами і фотоліз (розкладання) води. В результаті утворюються молекули АТФ, атомарний водень Н, які використовуються далі в темновій фазі для синтезу глюкози, і молекулярний кисень (як побічний продукт), що виділяється в навколишнє середовище.
Темнова фаза фотосинтезу. Відбувається утворення глюкози з вуглекислого газу, що поглинається ззовні, водню Н, отриманого під час світлової фази, з витратою енергії АТФ, синтезованої також світлову фазу.
Запитання 7. Чому в результаті фотосинтезу у зелених рослин в атмосферу виділяється вільний кисень?
Кисень є побічним продуктом фотосинтезу. У результаті реакцій світлової фази фотосинтезу під впливом квантів світя і за взаємодії з хлорофілом відбувається розкладання (фотоліз) воли на атомарний водень і вільні радикали Он-. Останні взаємодіють між собою, утворюючи вільний кисень та воду.
Оскільки кисень не включається до подальшого каскаду реакцій фотосинтезу, він виділяється у зовнішнє середовище.
Запитання 8. Що таке хемосинтез?
Хемосинтез називають процес синтезу органічних сполук з використанням вуглецю з вуглекислого газу за рахунок енергії хімічних зв'язків неорганічних речовин.
Запитання 9. Які організми називають гетеротрофними? Наведіть приклади.
Гетеротрофи - організми, які здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних шляхом фотосинтезу чи хемосинтезу. Для синтезу необхідних своєї життєдіяльності органічних речовин їм потрібні екзогенні органічні речовини, тобто вироблені іншими організмами. У процесі травлення травні ферменти розщеплюють полімери органічних речовин на мономери. Гетеротрофами є майже всі тварини та гриби.
ПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ
Запитання 1. Які організми називають автотрофними? На які групи поділяють автотрофи?
Автотрофні організми, - це організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних (вуглекислого газу, води та неорганічних сполук азоту та сірки). Залежно від джерела споживаної енергії автотрофи класифікують на фотосинтезуючі та хемосинтезуючі організми. Перші використовують світлову енергію, тоді як другі - енергію екзотермічних хімічних реакцій (у ході перетворення неорганічних сполук), тобто енергію, що утворюється при окисленні різних неорганічних сполук (водню, сірководню, аміаку та ін.).
Питання 2. Який механізм утворення вільного кисню внаслідок фотосинтезу у зелених рослин? Розкрийте біологічне та екологічне значення цього процесу.
В цілому, хімічний баланс фотосинтезу може бути представлений у вигляді простого рівняння:
Водень, необхідний відновлення діоксиду вуглецю до глюкози, береться з води, а кисень, що виділяється в ході фотосинтезу, є побічним продуктом. Процес потребує енергії світла, тому що вода сама по собі не здатна відновлювати діоксид вуглецю.
Фотосинтез це процес, від якого залежить все життя на Землі. Він відбувається лише у рослинах. У ході фотосинтезу рослина виробляє з неорганічних речовин, необхідні для всього живого органічні речовини. Діоксид вуглецю, що міститься в повітрі, проникає в лист через спеціальні отвори в епідермісі листа, які називають продихами; вода і мінеральні речовини надходять із ґрунту в корені і звідси транспортуються до листя за провідною системою рослини. Енергію, необхідну для синтезу органічних речовин із неорганічних, постачає Сонце; ця енергія поглинається пігментами рослин, головним чином хлорофіл. У клітині синтез органічних речовин протікає у хлоропластах, що містять хлорофіл. Вільний кисень, що також утворюється у процесі фотосинтезу, виділяється в атмосферу.
Запитання 3. Де, внаслідок яких перетворень молекул і в якій кількості утворюється АТФ у живих організмів?
Синтез АТФ відбувається в мембранах мітохондрій у процесі дихання, тому всі ферменти та кофактори дихального ланцюга, всі ферменти окисного фосфорилювання локалізовані в цих органелах.
ПРОБЛЕМНІ ОБЛАСТІ
Питання 1. Як реалізується спадкова інформація про ознаки і властивості ДНК-і РНК-вірусів?
У природі носієм генетичної інформації є нуклеїнові кислоти. Відомо два основних типи нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) та РНК (рибонуклеїнова кислота). У більшості живих організмів нуклеїнові кислоти містяться в ядрі та цитоплазмі (клітинному соку). Віруси, хоч і є неклітинними структурами, але містять нуклеїнові кислоти. За типом нуклеїнової кислоти, що міститься, віруси поділяють на два класи: ДНК-содержащие і РНК-содержащие. До ДНК-вірусів відносяться віруси гепатиту В, герпес та ін. РНК-мікроорганізми представлені грипом і парагрипом, вірусом імунодефіциту людини (ВІЛ), гепатитом А та ін. У даних мікроорганізмів, так само як і в інших живих організмів, нуклеїнові кислоти грають роль носія генетичної інформації Інформація про структуру різних білків (генетична інформація) закодована у структурі нуклеїнових кислот як специфічних послідовностей нуклеотидів (складових частин ДНК і РНК). Гени вірусних нуклеїнових кислот кодують різноманітні ферменти та структурні білки. ДНК та РНК вірусів є матеріальним субстратом спадковості та мінливості цих мікроорганізмів – двох основних складових в еволюції вірусів зокрема і всієї живої природи загалом.
Питання 2. У чому полягає біологічний сенс надмірності генетичного коду?
Надмірність коду є наслідком його триплетності і означає те, що одна амінокислота може кодуватися декількома триплетами (оскільки амінокислот 20 а триплетів - 64). Виняток становлять метіонін та триптофан, які кодуються лише одним триплетом. Крім того, деякі тріплети виконують специфічні функції. Так, у молекулі іРНК три з них УАА, УАГ, УГА – є термінуючими кодонами, тобто стоп-сигналами, що припиняють синтез поліпептидного ланцюга. Триплет, що відповідає метіоніну (АУГ), що стоїть на початку ланцюга ДНК, не кодує амінокислоту, а виконує функцію ініціювання (збудження) зчитування.
Надмірність кодуючих послідовностей – найцінніша властивість коли, оскільки вона підвищує стійкість інформаційного потоку до несприятливих впливів зовнішнього та внутрішнього середовища. При визначенні природи амінокислоти, яка має бути укладена в білок, третій нуклеотид у кодоні не має такого важливого значення, як перші два. Для багатьох амінокислот заміна нуклеотиду третьої позиції кодону не позначається на його значенні.
Питання 3. Яким чином реалізується спадкова інформація про структуру та функції небілкових молекул, що синтезуються в клітині?
Генетична інформація зашифрована в ДНК та РНК.
Запитання 4. Як ви вважаєте, чи можна підвищити ефективність фотосинтезу?
Дотримання режиму зрошення,
ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ
Питання 1. Як ви вважаєте, як можна підвищити ефективність фотосинтезу в зелених рослин?
На основі механізмів впливу внутрішніх та зовнішніх факторів, що діють на показники фотосинтетичної активності рослин, у практиці сільського господарства використовують низку прийомів, що дозволяють збільшити інтенсивність фотосинтезу та підвищити врожайність сільськогосподарських культур, до них відносять:
Дотримання режиму зрошення,
Дотримання режиму мінерального живлення,
Використання необхідних позакореневих підживлень мікроелементами,
Підвищення у захищеному ґрунті концентрації вуглекислого газу за рахунок застосування органічних добрив (внесення гною), використання сухого льоду, піддимлення парникових рам. При цьому в огірків не лише підвищується інтенсивність фотосинтезу, а й збільшується кількість жіночих квіток.
Питання 2. Які приклади, що характеризують використання особливостей метаболізму організмів у медицині, сільському господарстві та інших галузях, ви можете навести?
Прикладом метаболізму в кондитерській промисловості може бути використання дріжджів.
ЗАВДАННЯ
Питання 1. Напишіть реакції світлової та темнової фаз фотосинтезу. Позначте шляхи перенесення електронів та протонів.
Питання 3. Опишіть процес розщеплення органічних молекул за участю кисню у клітинах аеробів.
Дихання – це окислювальний, за участю кисню, розпад органічних поживних речовин, що супроводжується утворенням хімічно активних метаболітів та звільненням енергії, які використовуються клітинами для процесів життєдіяльності.
У процесі дихання утворюється дуже багато енергії. Якщо б вся вона виділилася відразу, то клітина перестала б існувати. Але цього не відбувається, тому що енергія виділяється не вся одразу, а ступінчасто, невеликими порціями. Виділення енергії невеликими дозами обумовлено тим, що дихання є багатоступінчастим процесом, на окремих етапах якого утворюються різні проміжні продукти (з різною довжиною вуглецевого ланцюжка) і виділяється енергія. Енергія, що виділяється, не витрачається у вигляді тепла, а запасається в універсальному макроергічному з'єднанні - АТФ. При розщепленні АТФ енергія можна використовувати у будь-яких процесах, необхідні підтримки життєдіяльності організму: на синтез різних органічних речовин, механічну роботу, підтримання осмотичного тиску протоплазми тощо.
Антибіотики – спеціальні продукти життєдіяльності мікроорганізмів та їх модифікації, які мають високу фізіологічну активність по відношенню до певних груп мікроорганізмів (вірусів, бактерій, грибів, водоростей) або до злоякісних пухлин. Традиційні уявлення про антибіотики пов'язані з їх широким застосуванням у сучасній медицині та ветеринарії. Деякі антибіотичні препарати застосовують як стимулятори росту тварин, у боротьбі з хворобами рослин, при консервуванні харчових продуктів та в наукових дослідженнях (у галузі біохімії, молекулярної біології, генетики, онкології). Відповідно до класифікації, в основі якої лежить хімічна будова, антибіотики можна розділити на наступні групи:
1. Ациклічні сполуки (виключаючи жирні кислоти та терпени)
2. Аліциклічні сполуки (зокрема тетрацикліни)
3. Ароматичні сполуки
5. Кисневмісні гетероцикли
7. Пептиди
В даний час розрізняють три способи одержання антибіотиків: біологічний, метод одержання напівсиітетичних препаратів та синтез хімічних сполук – аналогів природних антибіотиків.
Синтетичні антибіотики
Вивчення хімічної структури антибіотиків дало змогу отримувати їх методом хімічного синтезу. Одним із перших антибіотиків, отриманих таким методом, був левоміцетин. Великі успіхи в розвитку, хімії привели до створення антибіотиків з спрямовано зміненими властивостями, що мають пролонговану дію, активних щодо стійких до пеніциліну стафілококів. До пролонгованих препаратів відносяться екмоновоцилін, біцилін 1,3,5.
Напівсинтетичні антибіотики
Їх готують комбінованим способом: методом біологічного синтезу отримують основне ядро молекули нативного антибіотика, а методом хімічного синтезу шляхом часткової зміни хімічної структури - напівсинтетичні препарати. Великим досягненням є розробка методу одержання напівсинтетичних пеніцилінів. Методом біологічного синтезу було вилучено ядро молекули пеніциліну - 6-амінопеніциланова кислота (6-АПК), яка мала слабку антимікробну активність. Шляхом приєднання до молекули 6-АПК бензильної групи створено бензилпеніцилін, який тепер отримують методом біологічного синтезу.
Широко застосовуваний в медицині під назвою пеніцилін, бензилпеіїцилін має сильну хіміотерапевтичну активність, але активний лише щодо грампозитивних мікробів і не діє на стійкі мікроорганізми, особливо стафілококи, що утворюють фермент - β-лактамазу. Бензилпеніцилін швидко втрачає свою активність у кислому та лужному середовищах, тому його не можна застосовувати всередину, тому що він руйнується у шлунково-кишковому тракті. Напівсинтетичні препарати отримують також на основі 7-аміноцефалоспоринової кислоти (7-АЦК). Похідні 7-АЦК: цефалотин, цефалоридин (цепорії) не дають алергічних реакцій в осіб, чутливих до пеніциліну. Отримані інші напівсинтетичні антибіотики, наприклад рифампіцип - ефективний протитуберкульозний препарат.
Біологічний синтез
Повністю хімічна структура встановлена однією третиною відомих антибіотиків і лише половина з них може бути отримана хімічним синтезом. Тому мікробіологічний синтез отримання антибіотичних засобів є дуже актуальним. Синтез мікроорганізмами антибіотиків – одна із форм прояву антагонізму; пов'язаний з певним характером обміну речовин, що виник і закріпленим під час його еволюції, тобто це спадкова особливість, що виражається в утворенні одного і більш певних, строго специфічних для кожного виду антибіотичних речовин.
Промислове отримання антибіотиків, як правило, здійснюється шляхом біосинтезу та включає наступні стадії:
· Вибір високопродуктивних штамів продуцента (до 45 тис. ОД / мл)
· Вибір живильного середовища;
· Процес біосинтезу;
· Виділення антибіотика з культуральної рідини;
· Очищення антибіотика.
Вибір високопродуктивних штамів продуцента. Природні штами здебільшого малоактивні і можуть використовуватися для промислових цілей. Тому після відбору найактивнішого природного штаму підвищення його продуктивності застосовують різні мутагени, викликають стійкі спадкові зміни. Ефективними мутагенами є мутагени фізичної природи – ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання, швидкі нейтрони або хімічні речовини. Використання мутагенів дозволяє як підвищити продуктивність природного штаму, а й отримувати штами з новими невідомими для природного мікроорганізму властивостями.
Велике значення для біосинтезу антибіотика має вибір раціонального складу поживних середовищ. Поняття «середовище для культивування» включає не лише певний якісний та кількісний склад компонентів або окремих елементів, необхідних для конструктивного та енергетичного омену організму (джерела азоту, вуглецю, фосфору, джерела ряду мікроелементів, вітаміни та ростові речовини), але також і фізико-хімічні та фізичні фактори (активна кислотність, окисно-відновний потенціал, температура, аерація та ін.). Всі ці фактори взаємопов'язані і відіграють істотну роль у розвитку мікроорганізмів.
Підбираючи середовища необхідного складу, слід враховувати специфіку культивованого організму. Це необхідно для створення оптимальних умов, які сприяли б кращому зростанню мікроба і біосинтезу необхідних продуктів життєдіяльності. Наприклад, якщо організм не може синтезувати деякі суттєві для нього життєдіяльності сполуки (як, наприклад, амінокислоти або вітаміни) з простих речовин субстрату, то для його розвитку слід до складу ввести готові амінокислоти або вітаміни. До таких «вимогливих» організмів відносяться деякі види бактерій (молочнокислі та ін.). Актиноміцети та переважно цвілеві гриби, як правило, будують речовини свого тіла та досить складні за складом кінцеві продукти обміну із сполук, що утворюються із простих компонентів субстрату.
Методи культивування продуцентів антибіотиків
У сучасних умовах найбільш перспективним методом вирощування мікроорганізмів – продуцентів антибіотиків чи інших біологічно активних сполук визнано метод глибинного культивування. Метод полягає в тому, що мікроорганізм розвивається в товщі рідкого живильного середовища, через яке безперервно пропускається стерильний повітря, і середовище перемішується.
Можна вказати чотири основні модифікації глибинного способу вирощування мікроорганізмів.
1. Періодичне культивування. При цьому способі весь процес розвитку мікроорганізмів повністю завершується в одному ферментер, після чого ферментер звільняється від культуральної рідини, ретельно промивається, стерилізується і знову заповнюється свіжим поживним середовищем. Середовище засівається мікроорганізмом, що вивчається, і процес відновлюється. Відокремлений метод. Культивування мікроорганізмів здійснюється у ферментерах із періодичним відбором частини обсягу культуральної рідини (від 30 до 60% загального обсягу). Обсяг культуральної рідини у ферментері при цьому доводиться свіжим живильним середовищем до вихідного рівня.
3. Батарейний метод. Розвиток мікроорганізмів проходить у ряді послідовно з'єднаних ферментерів. Культуральна рідина на певній стадії розвитку мікроорганізму перекачується з першого ферментера на другий, потім з другого - на третій і т. д. Звільнений ферментер негайно заповнюється свіжим живильним середовищем, засіяним мікроорганізмом. При цьому способі вирощування мікроорганізмів відбувається раціональне використання ємностей.
4. Безперервне культивування. Метод принципово відрізняється від зазначених модифікацій глибинного культивування продуцентів антибіотиків. В основі цього методу лежить те, що розвиток мікроорганізму відбувається в умовах безперервної протоки живильного середовища, що дозволяє підтримувати розвиток мікроорганізму на певній стадії його зростання. Стадія розвитку мікроорганізму визначається виходячи з найбільш вигідної для максимального біосинтезу антибіотика або іншої біологічно активної сполуки.
Ще один метод культивування мікроорганізмів – поверхневе культивування. Метод поверхневого культивування на різних агаризованих середовищах широко застосовується в лабораторній практиці та в деяких промислових процесах, зокрема для збереження колекційних культур, вивчення фізіологічних та біохімічних властивостей мікроорганізмів, для аналітичних цілей. У промисловому масштабі цей метод знайшов застосування при отриманні спорового матеріалу для органічних кислот за допомогою цвілевих грибів роду Aspergillus.
При поверхневому методі культуру мікроорганізму-продуцента вирощують на поверхні тонкого шару рідкого або твердого середовища. Рідкі живильні середовище використовують в основному при виробництві органічних кислот (лимонної, ітаконової), тверді - при виробництві комплексів на основі крохмальної та целюлози сировини, що містить.
Методи виділення антибіотиків із культуральної рідини дуже різноманітні і визначаються хімічною природою антибіотика. В основному використовують такі методи:
1. Висів грунтової суспензії у воді на поверхню агарової пластинки.Певна навішування ґрунту, ретельно розтерта у ступці з невеликим об'ємом води, кількісно переноситься в колбу зі стерильною водою. Вміст колби струшується протягом 5 мні, а потім з водної суспензії робиться ряд послідовних розведень, що висіваються на відповідне авалізоване середовище. Для отримання в подальшому чистих культур окремі колонії після інкубації в термостаті за потрібної температури пересіваються в пробірки зі скошеним поживним агаром. Кожна чиста культура мікроорганізму пересівається на різні за складом середовища проживання і після досить хорошого розвитку перевіряються її антибіотичні властивості.
2. Висів грунту на живильний агар, попередньо засіяний тест-організмом. Поверхня живильного агару засівається тест - культурою необхідного організму, після чого на агарову пластинку розкладають невеликі, не більше просяного зерна, грудочки грунту або грунт наносять у вигляді пилу, розподіляючи її по всій поверхні пластинки. Потім чашки поміщають у термостат і через певний проміжок часу (24-48 год, а іноді і більше) переглядають шматочки ґрунту або окремі його ділянки, навколо яких утворилися зони затримки зростання тест-організму. З цих ділянок виділяють чисті культури організмів та піддають їх подальшому вивченню.
3. Метод збагачення ґрунту.Ґрунт, з якого припускають виділити антагоністів, збагачують організмами тих видів, стосовно яких хочуть отримати антагоніст. З цією метою до зразків ґрунту, поміщеним у скляні судини, систематично додають відмиту суспензію необхідних мікроорганізмів. Потім через певні проміжки часу такий ґрунт висівається у вигляді окремих грудочків на агарові пластинки в чашках Петрі, попередньо засіяні тим самим організмом, який використовувався для збагачення ґрунту.
4. Метод центрифугування ґрунтової суспензії.Для виділення актиноміцетів з ґрунтів і особливо з ґрунтів у весняний час, коли в ній розвивається велика кількість грибів і бактерій, застосовується метод центрифугування ґрунтової суспензії. Метод заснований на відмінності швидкості осідання окремих видів мікроорганізмів у відцентровому полі. При 3000 об/хв протягом 20 хв частинки, відповідні за розмірами суперечок плісняв або клітин бактерій, осаджуються на дно пробірки. Частинки ж, відповідні за розмірами спорів актиноміцетів, виявляються при даній швидкості центрифугування поверхневому шарі рідини. Висіваючи надосадову рідину, вдається в більшості випадків (до 92%) отримати на платівках живильного агару лише колонії актиноміцетів.
5. Метод заморожування – відтавання ґрунту.Відомо, що мікроорганізми у ґрунті знаходяться в адсорбованому на ґрунтових частинках стані. Для повноти десорбції мікроорганізмів із ґрунтових частинок застосовуються різні методи: хімічні, при яких ґрунтові зразки обробляють різними детергентами, фізичні, в основі яких лежить метод механічного розтирання зразків ґрунту.
Для кращої десорбції мікроорганізмів із ґрунтових частинок рекомендується використовувати метод заморожування - відтавання ґрунту. Суть методу ось у чому. Відібраний виділення актиномицетов зразок грунту міститься у випарник побутового холодильника за нормальної температури 8°. Через годину зразок виймається з холодильника і витримується за кімнатної температури до повного розморожування. Процедуру заморожування-відтавання повторюють двічі. Потім навішування ґрунту поміщають у стерильну водопровідну воду, збовтують суспензію протягом 15 хв на круговій гойдалці при 230 об/хв, після чого різні розведення суспензії висівають на живильну агарову пластинку в чашках Петрі.
Метод заморожування - відтавання зразків ґрунту дозволяє виявити в них у 1,2-3,6 рази більше актиноміцетів, ніж у тих самих зразках без заморожування. Це, мабуть, пов'язано з підвищенням десорбції актиноміцетів із поверхні ґрунтових частинок. Очищення антибіотика проводиться хроматографічними методами (хроматографія на оксиді алюмінію, целюлозі, іонітах) або протиточною екстракцією. Очищені антибіотики піддають ліофільному сушінню. Після виділення антибіотика проводять випробування його чистоти. Для цього визначають його елементний склад, фізико-хімічні константи (температуру плавлення, молекулярну масу, адсорбцію у видимій, УФ- та ІЧ-областях спектра, питоме обертання). Досліджують також антибактеріальну активність, стерильність та токсичність антибіотика.
Токсичність антибіотиків визначають на експериментальних тварин, яким протягом певного періоду внутрішньовенно, внутрішньочеревно, внутрішньом'язово або іншим шляхом вводять різні дози антибіотика. За відсутності зовнішніх змін у поведінці тварин протягом 12-15 діб вважають, що випробуваний антибіотик не має помітних токсичних властивостей. При глибшому дослідженні з'ясовують, чи має даний антибіотик приховану токсичність і впливає на окремі тканини та органи тварин. Одночасно досліджують характер біологічної дії антибіотика – бактеріостатичний чи бактерицидний, що дозволяє прогнозувати механізми його антибактеріальних властивостей.
Наступний етап вивчення антибіотика – оцінка його терапевтичних властивостей. Експериментальні тварини заражають певним видом патогенного мікроба. Мінімальна кількість антибіотика, що оберігає тварину від смертельної дози інфекції, є мінімальною терапевтичною дозою. Що відношення токсичної дози антибіотика до терапевтичної, то вище терапевтичний індекс. Якщо терапевтична доза дорівнює токсичній або наближається до неї (низький терапевтичний індекс), то можливість застосування антибіотика в лікувальній практиці обмежена або зовсім неможлива. У разі, коли антибіотик входить у широку медичну практику, розробляють промислові методи його отримання та детально вивчають його хімічну структуру.
Стандартизація антибіотиків
За одиницю антибіотичної активності приймають мінімальну кількість антибіотика, здатне придушити розвиток або затримати зростання стандартного штаму тест-мікробу у певному обсязі живильного середовища. Величину біологічної активності антибіотиків виражають зазвичай в умовних одиницях дози (ОД), що містяться в 1 мл розчину (ОД/мл) або 1 мг препарату (ОД/мг). Наприклад, за одиницю антибіотичної активності пеніциліну прийнято вважати мінімальну кількість препарату, здатне затримувати зростання золотистого стафілококу стандартного штаму 209 50 мл поживного бульйону. Для стрептоміцину за одиницю активності прийнято рахувати мінімальну кількість антибіотика, що затримує зростання Е. coli в 1 мл поживного бульйону.
Після того, як багато антибіотиків були отримані в чистому вигляді, для деяких з них стали виражати біологічну активність у масових одиницях. Наприклад, встановлено, що 1 мг чистої основи стрептоміцину еквівалентний 1000 ОД. Отже, 1 ОД активності стрептоміцину еквівалентна 1 мкг чистої основи цього антибіотика. Тому в даний час у більшості випадків кількість стрептоміцину виражають у мкг/мг або мкг/мл. Чим ближче число мкг/мг у препаратах стрептоміцину до 1000, тим, отже, чистіший препарат. Зрозуміло, що одиниця біологічної активності антибіотика який завжди збігається з 1 мкг. Наприклад, для бензилпеніциліну 1 ОД еквівалентна приблизно 0,6 мкг, оскільки 1 мг антибіотика містить 1667 ОД.
Методи аналізу антибіотиків
На відміну від інших природних сполук (алкалоїди, глікозиди) для антибіотиків немає загальних групових реакцій. Такі реакції можуть бути використані тільки для антибіотиків одного хімічного класу, наприклад, для тетрациклінів або нітрофенілалкіламінів (левоміцетинів). Для ідентифікації антибіотиків можуть бути використані різні кольорові реакції на функціональні групи; спектральні характеристики у видимій, УФ- та ІЧ-областях спектра; Хроматографічні методи. Для кількісного визначення антибіотиків використовують біологічні, хімічні, фізико-хімічні методи.
Біологічні методи засновані на безпосередньому біологічному дії антибіотика на тест-організм, що застосовується, чутливий до даного антибіотику. Дифузійний метод, що застосовується при цьому, заснований на здатності молекул антибіотиків дифундувати в агарових середовищах. Оцінюється розмір зони, у якій використовувані тест-організми не розвиваються. Цей розмір залежить від хімічної природи антибіотика, його концентрації, рН та складу середовища, температури експерименту.
В основі іншого різновиду біологічного тестування лежить турбі-диметрія – метод кількісного аналізу за інтенсивністю світла, поглиненого зваженими частинками – клітинами мікроорганізмів. При додаванні певних кількостей антибіотиків спостерігається затримка зростання клітин мікроорганізмів (бактеріостатичний ефект), та був їх загибель (бактерицидний ефект). У цьому змінюється (зменшується) інтенсивність поглиненого світла. Як альтернативний турбідиметрії методу може бути використаний нефелометричний метод кількісного аналізу за інтенсивністю світла, розсіяного мікроорганізмами.
Для кількісного визначення антибіотиків застосовують різні спектральні методи - насамперед, фотоколориметричні та спектрофотометричні методи. Наприклад, визначення концентрації розчину еритроміцину можна застосувати фотоколориметрический метод, заснований на зміні абсорбції розчину антибіотика після взаємодії його з сірчаною кислотою. Антибіотики тетрациклінового ряду можуть бути визначені спектрофотометрическим методом смуги поглинання, що зникає після лужного гідролізу діючої речовини. Розроблено спосіб, що поєднує фізико-хімічний та біологічний підходи до оцінки активності ЛЗ. Метод заснований на лазерній дифракції в середовищі, що містить клітини мікроорганізмів при дії на них хімічних речовин, зокрема антибіотиків
Збереження штамів продуцентів антибіотиків в активному стані
Важливе значення для промислового одержання антибіотиків, а також для лабораторних досліджень продуцентів антибіотичних речовин мають методи підтримки життєздатності організмів, що дозволяють зберегти їхню антибіотичну активність на постійному рівні. Відомо, що мікроорганізми і особливо актиноміцети легко змінюються при звичайних способах їх зберігання. До того ж досить часто при цьому спостерігається повна або часткова втрата антибіотичних властивостей. Втрата антибіотичних властивостей залежить, мабуть, від того, що ми не вміємо у звичайних умовах культивування створити такі умови, які сприяли б збереженню організмом його основних фізіологічних особливостей. Нерідко втрата активності спостерігається при культивуванні мікроорганізмів на багатих за складом середовищах та при частих пересіваннях.
Разом про те зміна фізіологічних чи біохімічних властивостей продуцентів антибіотичних речовин може визначатися, їх генетичними закономірностями. Відомо, наприклад, що продуцент граміцидину в процесі розвитку дисоціює на ряд варіантів, деякі з яких не утворюють цей антибіотик. Причому процес дисоціації культури йде у напрямі освіти у великій кількості біологічно неактивних варіантів, що зрештою призводить до повної втрати культурою здатності до утворення граміцидину. В даний час використовується ряд методів збереження культур продуцентів антибіотиків, що забезпечує їхнє тривале перебування в активному стані. В основі цих методів покладено принцип затримки розвитку мікроорганізмів, принцип консервації. Для кожного виду продуцента антибіотичних речовин повинен бути підібраний свій найбільш підходящий метод консервування, що дозволяє зберегти культури в активному стані протягом відносно тривалого часу.
Найбільш поширеними методами збереження культур мікроорганізмів-продуцентів антибіотиків в активному стані є такі.
1. Ліофілізація культур.
2. Зберігання вегетативних клітин або спор організмів у стерильному ґрунті, стерильному піску або на насінні деяких рослин (наприклад, проса). За даними низки авторів, культури актиноміцетів, що у стерильному грунті, зберігають життєздатність протягом 30 років і більше.
3. Зберігання спор як водних суспензій в запаяних ампулах.
4. Зберігання суперечок у стерильному кварцовому піску.
5. Зберігання культур на агаровому косячці під мінеральною олією.
6. Зберігання культур за низьких температур (+4, +5°С).
7. Останнім часом для збереження різних мікроорганізмів в активному стані використовують рідкий азот, який завадять відмиту від середовища суспензію клітин. Іноді у газоподібній фазі рідкого азоту зберігають культури актиноміцетів, що знаходяться на агарових блочках, вирізаних з агарової пластинки у чашках Петрі.
Найкращою формою збереження організмів, при якій не спостерігається втрати антибіотичної активності, є їх ліофілізація - метод придатний як для спороутворювних, так і для безспорових культур мікроорганізмів. Сутність цього методу полягає в тому, що суспензія клітин або спор мікроорганізму, приготовлена на середовищі, багатої білками (часто використовується для цих цілей кров'яна сироватка), швидко заморожується при температурі від - 40 до - 60 ° С і висушується під вакуумом до залишкової вологості ( 0,5-0,7%). Після такої обробки ампули зі спорами або клітинами ліофнлізованого мікроба запаюють. Ліофілізовані форми бактерій можуть зберігатися протягом 16-18 років, суперечки грибів не втрачають основних властивостей при зберіганні їх у ліофілізованому вигляді протягом 10 років.
Поточна сторінка: 7 (всього книга 18 сторінок) [доступний уривок для читання: 12 сторінок]
4.1. Анаболізм
Сукупність реакцій біологічного синтезу називається пластичним обміномабо анаболізмом(Від грец. Anabole - підйом). Назва цього виду обміну відображає його сутність: з простих речовин, що надходять у клітину ззовні, утворюються речовини, подібні до речовин клітини, тобто відбувається асиміляція.
Всі процеси метаболізму в клітині та цілому організмі протікають під контролем спадкового апарату. Можна сказати, що вони є результатом реалізації генетичної інформації, що є в клітині.
Розглянемо одне із найважливіших процесів прояви спадкової інформації під час пластичного обміну – біосинтез білків.
Реалізація спадкової інформації – біосинтез білків
Як зазначалося, все різноманіття властивостей білкових молекул у кінцевому підсумку визначається первинної структурою, т. е. послідовністю амінокислот.
Для того, щоб синтезувався білок, інформація про послідовність амінокислот у його первинній структурі має бути доставлена до рибосом. Цей процес включає два етапи транскрипціюі трансляцію.
Рис. 4.1. Транскрипція
Транскрипція(від лат. transcriptio – переписування) інформації відбувається шляхом синтезу на одному з ланцюгів молекули ДНК одноланцюгової молекули РНК, послідовність нуклеотидів якої точно відповідає (комплементарна) послідовності нуклеотидів матриці – полінуклеотидного ланцюга ДНК. Існують спеціальні механізми «пізнавання» початкової точки синтезу, вибору ланцюга ДНК, з якого зчитується інформація, а також механізми завершення процесу. Так утворюється інформаційна РНК (рис. 4.1).
Трансляція(Від лат. Translatio - передача). Наступний етап біосинтезу – переклад інформації, укладеної у послідовності нуклеотидів (послідовності кодонів) молекули і-РНК у послідовність амінокислот поліпептидного ланцюга – трансляція.
У прокаріотів (бактерій та синьо-зелених), що не мають оформленого ядра, рибосоми можуть зв'язуватися з новоствореною синтезованою молекулою і-РНК відразу ж після її відділення від ДНК або навіть до повного завершення її синтезу. У еукаріотів і-РНК спочатку повинна бути доставлена через ядерну оболонку в цитоплазму. Перенесення здійснюється спеціальними білками, які утворюють комплекс із молекулою РНК. Крім транспорту і-РНК до рибосом ці білки захищають і-РНК від ушкоджуючої дії цитоплазматичних ферментів. У цитоплазмі однією з кінців і-РНК (саме той, з якого починався синтез молекули в ядрі) вступає рибосома і починає синтез поліпептиду.
Рибосома переміщається молекулою і-РНК не плавно, а переривчасто, триплет за триплетом (рис. 4.2). У міру переміщення рибосоми по молекулі і-РНК до поліпептидного ланцюжка одна за одною прилаштовуються амінокислоти, що відповідають триплету і-РНК. Точна відповідність амінокислоти коду триплету і-РНК забезпечується т-РНК. Для кожної амінокислоти існує своя т-РНК, один із триплетів якої – антикодон- Комплементарний строго певному триплету і-РНК. Так само кожній амінокислоті відповідає свій фермент, що приєднує її до т-РНК.
Рис. 4.2. Трансляція
Рис. 4.3. Схема передачі спадкової інформації від ДНК до і-РНК та до білка
Загальний принцип передачі спадкової інформації про структуру білкових молекул у процесі біосинтезу поліпептидного ланцюга представлено малюнку 4.3.
Після завершення синтезу поліпептидний ланцюжок відокремлюється від матриці – молекули і-РНК, згортається в спіраль, а потім набуває третинної структури, властивої даному білку.
Молекула-РНК може використовуватися для синтезу поліпептидів багаторазово, так само, як рибосома. Опис трансляції та транскрипції дано тут дуже спрощено. Слід пам'ятати, що біосинтез білків – процес надзвичайно складний, пов'язаний з участю багатьох ферментів та витратою великої кількості енергії, що значно перевищує кількість енергії пептидних зв'язків, що утворюються. Вражаюча складність системи біосинтезу та її висока енергоємність забезпечують високу точність та впорядкованість синтезу поліпептидів.
Біологічний синтез небілкових молекул у клітині здійснюється у три етапи. Спочатку реалізується інформація про структуру специфічного білка-ферменту, а потім цього ферменту утворюється молекула певного вуглеводу або ліпіду. Подібним шляхом утворюються інші молекули: вітаміни, гормони та інші.
Опорні точки
1. Основним завданням процесів обміну речовин є підтримка сталості внутрішнього середовища організму (гомеостазу) у безперервно мінливих умовах існування.
2. Метаболізм складається з двох взаємопов'язаних процесів – асиміляції та дисиміляції.
3. У клітині процеси метаболізму пов'язані з різноманітними мембранними структурами цитоплазми.
4.2. Енергетичний обмін – катаболізм1. У чому полягає біологічний синтез? Наведіть приклади.
2. Дайте визначення асиміляції.
3. Що таке генетичний код?
4. Сформулюйте основні характеристики генетичного коду.
5. Де синтезуються рибонуклеїнові кислоти?
6. Де відбувається синтез білка?
7. Розкажіть, як здійснюється синтез білка.
Процесом, протилежним до синтезу, є дисиміляція – сукупність реакцій розщеплення. При розщепленні високомолекулярних сполук виділяється енергія, необхідна реакцій біосинтезу. Тому дисиміляцію називають ще енергетичним обміном клітиниабо катаболізмом(Від грец. katabole - руйнування).
Рис. 4.4. Схема будови АТФ та перетворення її на АДФ
Хімічна енергія поживних речовин полягає у різних ковалентних зв'язках між атомами в молекулах органічних сполук. Наприклад, при розриві такого хімічного зв'язку, як пептидний, звільняється близько 12 кДж на 1 моль. У глюкозі кількість потенційної енергії, укладеної у зв'язках між атомами С, Н та О, становить 2800 кДж на 1 моль (тобто на 180 г глюкози). При розщепленні глюкози енергія виділяється поетапно за участю низки ферментів згідно з підсумковим рівнянням:
З 6 Н 12 О 6 + 6O 2 → 6Н 2 О + 6СO 2 + 2800 кДж
Частина енергії, що звільняється з поживних речовин, розсіюється у формі теплоти, а частина акумулюється, тобто накопичується в багатих на енергію фосфатних зв'язках АТФ.
Саме АТФ забезпечує енергією всі види клітинних функцій: біосинтез, механічну роботу (розподіл клітини, скорочення м'язів), активне перенесення речовин через мембрани, підтримання мембранного потенціалу у процесі проведення нервового імпульсу, виділення різних секретів.
Молекула АТФ складається з азотистої основи аденіну, цукру рибози та трьох залишків фосфорної кислоти (рис. 4.4). Аденін, рибоза та перший фосфат утворюють аденозинмонофосфат (АМФ). Якщо до першого фосфату приєднується другий, утворюється аденозиндифосфат (АДФ). Молекула з трьома залишками фосфорної кислоти (АТФ) є найбільш енергоємною. Відщеплення кінцевого фосфату АТФ супроводжується виділенням 40 кДж замість 12 кДж, що виділяються при розриві звичайних хімічних зв'язків.
Завдяки багатим енергією зв'язкам у молекулах АТФ клітина може накопичувати велику кількість енергії у дуже невеликому просторі та витрачати її при необхідності. Синтез АТФ іде головним чином мітохондріях. Звідси молекули АТФ надходять у різні ділянки клітини, забезпечуючи енергією процеси метаболізму.
Етапи енергетичного обміну. Енергетичний обмін зазвичай поділяють на три етапи. Перший етап - підготовчий.На цьому етапі молекули ді- та полісахаридів, жирів, білків розпадаються на дрібні молекули – глюкозу, гліцерин та жирні кислоти, амінокислоти; великі молекули нуклеїнових кислот – на нуклеотиди. На цьому етапі виділяється невелика кількість енергії, що розсіюється у вигляді теплоти.
Другий етап - безкисневий.Він називається також анаеробним диханням (гліколізом ) або бродінням.Термін "бродіння" зазвичай застосовують по відношенню до процесів, що протікають у клітинах мікроорганізмів або рослин. Речовини, що утворюються на цьому етапі в цитоплазмі клітин, за участю ферментів піддаються подальшому розщепленню. Наприклад, у м'язах внаслідок анаеробного дихання молекула глюкози розпадається на дві молекули піровиноградної кислоти (С 3 Н 4 О 3), які потім відновлюються у молочну кислоту (С 3 Н 6 О 3). У реакціях розщеплення глюкози беруть участь фосфорна кислота та АДФ. У сумарному вигляді це виглядає так:
З 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 РО 4 + 2АДФ → 2С 3 Н 6 О 3 + 2АТФ + 2Н 2 О
У дріжджових грибів молекула глюкози без участі кисню перетворюється на етиловий спирт та діоксид вуглецю (спиртове бродіння):
З 6 Н 12 О 6 + 2Н 3 РО 4 + 2АДФ → 2С 2 Н 5 ОН + 2СO 2 + 2АТФ + 2Н 2 О
В інших мікроорганізмів гліколіз може завершуватися утворенням ацетону, оцтової кислоти тощо.
У всіх випадках розпад однієї молекули глюкози супроводжується утворенням двох молекул АТФ. У ході безкисневого розщеплення глюкози у вигляді хімічного зв'язку в молекулі АТФ зберігається 40% енергії, а решта розсіюється як теплоти.
Третій етап енергетичного обміну стадія аеробного дихання,або кисневого розщеплення.Реакції цієї стадії енергетичного обміну здійснюються у мітохондріях. При доступі кисню до клітини речовини, що утворилися під час попереднього етапу, окислюються до кінцевих продуктів - Н 2 Про і СО 2 . Кисневе дихання супроводжується виділенням великої кількості енергії та акумуляцією її в молекулах АТФ. Сумарне рівняння аеробного дихання виглядає так:
2С 3 Н 6 Про 3 + 6O 2 + 36Н 3 РО 4 + 36АДФ → 6СО 2 + 42Н 2 O + 36АТФ
Таким чином, при окисненні двох молекул молочної кислоти утворюються 36 молекул АТФ. Отже, основну роль забезпеченні клітини енергією грає аеробне дихання.
За способом отримання енергії всі організми поділяються на дві групи – автотрофні та гетеротрофні.
4.3. Автотрофний тип обміну речовинАвтотрофи- Це організми, що здійснюють харчування (тобто отримують енергію) за рахунок неорганічних сполук. До них відносяться деякі бактерії та всі зелені рослини. Залежно від того, яке джерело енергії використовується автотрофними організмами для синтезу органічних сполук, їх поділяють на дві групи: фототрофи та хемотрофи.
Рис. 4.5. Схема процесу фотосинтезу
Для фототрофів джерелом енергії служить світло, а хемотрофи використовують енергію, що звільняється при окислювально-відновних реакціях. Зелені рослини є фототрофами. За допомогою хлорофілу, що міститься в хлоропластах, вони здійснюють фотосинтез - перетворення світлової енергії в енергію хімічних зв'язків.
Фотосинтез. Фотосинтезом називають утворення органічних (і неорганічних) молекул із неорганічних за рахунок використання енергії сонячного світла. Цей процес складається із двох фаз – світловийі темновий(Рис. 4.5).
У світловій фазі кванти світла - фотони - взаємодіють з молекулами хлорофілу, внаслідок чого ці молекули на дуже короткий час переходять у багатший на енергію «збуджений» стан. Потім надлишкова енергія частини збуджених молекул хлорофілу перетворюється на теплоту або випромінюється у вигляді світла. Інша її частина передається іонам водню Н + , що завжди є у водному розчині внаслідок дисоціації води.
H 2 O → H + + OH −
Атоми водню (Н 0), що утворилися, неміцно з'єднуються з органічними молекулами – переносниками водню. Іони гідроксилу ВІН віддають свої електрони іншим молекулам і перетворюються на вільні радикали ВІН 0 . Радикали ВІН 0 взаємодіють один з одним, у результаті чого утворюються вода та молекулярний кисень:
4ОН → О 2 + 2Н 2 О
Таким чином, джерелом молекулярного кисню, що утворюється в процесі фотосинтезу і виділяється в атмосферу, є вода, що розщеплюється внаслідок фотолізу - розкладання води під впливом світла. Крім фотолізу води енергія світла використовується у світловій фазі для синтезу АТФ з АДФ та фосфату без участі кисню.
Це дуже ефективний процес: у хлоропластах утворюється у 30 разів більше АТФ, ніж у мітохондріях тих самих рослин за участю кисню. Таким шляхом накопичується енергія, необхідна для процесів, що відбуваються у темновій фазі фотосинтезу.
У комплексі хімічних реакцій темнової фази, протягом яких світло не обов'язковий, ключове місце займає зв'язування СО 2 . У цих реакціях беруть участь молекули АТФ, синтезовані під час світлової фази, і атоми водню, що утворилися в процесі фотолізу води та пов'язані з молекулами-переносниками:
6СО 2 + 24Н → З 6 Н 12 О 6 + 6Н 2 О
Так енергія сонячного світла перетворюється на енергію хімічних зв'язків складних органічних сполук.
Як зазначалося вище, побічним продуктом фотосинтезу зелених рослин є молекулярний кисень, що виділяється в атмосферу. Вільний кисень в атмосфері є сильним фактором перетворення речовин. Його поява спричинило виникнення на нашій планеті аеробного типу обміну речовин і життя на сушу.
Хемосинтез. Деякі бактерії, позбавлені хлорофілу, теж здатні до синтезу органічних сполук, у своїй використовують енергію хімічних реакцій неорганічних речовин. Перетворення енергії хімічних реакцій на хімічну енергію синтезованих органічних сполук називають хемосинтез.
Хемосинтез було відкрито видним російським мікробіологом З. М. Виноградським (1887).
До групи автотрофів-хемосинтетиків (хемотрофів)відносяться нітрифікуючі бактерії. Деякі їх використовують енергію окислення аміаку в азотисту кислоту, інші – енергію окислення азотистої кислоти в азотну. Відомі хемосинтетики, які отримують енергію з окислення двовалентного заліза в тривалентне («залізні бактерії») або з окислення сірководню до сірчаної кислоти («сірчані бактерії»). Фіксуючи атмосферний азот, переводячи мінерали в розчинну форму, засвоювану рослинами, бактерії, що хемосинтезують, відіграють важливу роль у кругообігу речовин у природі.
Гетеротрофний тип обміну речовин.Організми, нездатні самі синтезувати органічні сполуки з неорганічних, потребують доставки їх із довкілля. Такі організми називають гетеротрофів.До них належить більшість бактерій, гриби та всі тварини. Тварини поїдають інших тварин та рослини та отримують з їжею готові вуглеводи, жири, білки та нуклеїнові кислоти. У результаті життєдіяльності відбувається розщеплення цих речовин. З частини звільнених у своїй молекул – глюкози, амінокислот, нуклеотидів та інших. синтезуються складніші органічні сполуки, властиві цьому організму, – глікоген, жири, білки, нуклеїнові кислоти. Інша частина молекул розщеплюється, і енергія, що звільняється при цьому, використовується для життєдіяльності.
Processes of biosynthesis невпинно застосовується в місцях. З допомогою ензимів інші прості органічні речовини перетворюються на скрутні високомолекулярні оливи: білки формуються від аміноацидів, багатоmolecular carbohydrates – від simple carbohydrates, nucleotides – від nitrogenic bases and carbohydrates, DNA and RNA – f. Всі реакції Biosynthesis в організмі називають асимілювання. У подібних процесах, що включають деструкції органічних складів, є розбіжність. Енергія, отримана від реабілітації реакцій, необхідна для процесів biosynthesis.
Опорні точки
1. Метаболізм складається з двох тісно взаємопов'язаних та протилежно спрямованих процесів: асиміляції та дисиміляції.
2. Переважна більшість процесів життєдіяльності, що протікають у клітині, вимагають витрат енергії як АТФ.
3. Розщеплення глюкози у аеробних організмів, при якому за безкисневим етапом слідує розщеплення молочної кислоти за участю кисню, у 18 разів більш ефективне з енергетичної точки зору, ніж анаеробний гліколіз.
4. Найбільш ефективною формою фотосинтезу є така, при якій як джерело водню використовується вода.
Питання для повторення та завдання
1. Що таке дисиміляція? Охарактеризуйте етапи дисиміляції.
2. У чому полягає роль АТФ в обміні речовин у клітині?
3. Розкажіть про енергетичний обмін у клітині на прикладі розщеплення глюкози.
4. Які типи живлення організмів вам відомі?
5. Які організми називають автотрофними?
6. Охарактеризуйте світлову та темнову фази фотосинтезу.
7. Чому внаслідок фотосинтезу у зелених рослин в атмосферу виділяється вільний кисень?
8. Що таке хемосинтез?
9. Які організми називають гетеротрофними? Наведіть приклади.
Використовуючи словниковий запас рубрик «Термінологія» та «Summary», переведіть на англійську мову пункти «Опорні точки».
Термінологія
Огляд вивченого матеріалу розділу 4Питання для обговорення
Які організми називають автотрофними? На які групи поділяють автотрофи?
Яким є механізм утворення вільного кисню в результаті фотосинтезу у зелених рослин? У чому біологічне та екологічне значення цього процесу?
Де, в результаті яких перетворень молекул і скільки утворюється АТФ у живих організмів?
Основні положення
Сутність метаболізму полягає у перетворенні речовин та енергії.
Реакції обміну речовин складаються із взаємопов'язаних, але різноспрямованих процесів асиміляції та дисиміляції, узгодженість яких забезпечує гомеостаз організму.
Генетичний код - це історично склалася організація молекул ДНК і РНК, при якій спадкова інформація про ознаки та властивості організму виявляється укладеною в послідовності нуклеотидів.
Енергетичний обмін організму або клітини включає три етапи: підготовчий – розщеплення біополімерів їжі до мономерів, безкисневе розщеплення – до проміжних продуктів та кисневе розщеплення – до кінцевих продуктів. Лише два останні етапи супроводжуються утворенням АТФ.
Проблемні галузі
Як реалізується спадкова інформація про ознаки і властивості ДНК-і РНК-вірусів?
У чому полягає біологічний сенс надмірності генетичного коду?
Яким чином реалізується спадкова інформація про структуру та функції небілкових молекул, що синтезуються в клітині?
Як ви вважаєте, чи можна підвищити ефективність фотосинтезу?
Прикладні аспекти
Як ви вважаєте, як можна підвищити ефективність фотосинтезу у зелених рослин?
Які приклади, що характеризують використання особливостей метаболізму живих організмів у медицині, сільському господарстві та інших галузях, ви можете навести?
Завдання
Напишіть рівняння реакцій світлової та темнової фаз фотосинтезу. Позначте шляхи перенесення електронів та протонів.
Охарактеризуйте різні реакції безкисневого розщеплення глюкози у анаеробних та аеробних організмів.
Опишіть процес розщеплення органічних молекул за участю кисню у клітинах аеробних організмів.
Глава 5. Будова та функції клітин
Для найрізноманітніших елементарних елементів організмів існує загальний принцип будови та розвитку, і цим принципом є утворення клітин.
Т. Шван
Біохімічні перетворення нерозривно пов'язані з тими структурами живої клітини, які відповідають за виконання тієї чи іншої функції. Такі структури отримали назву органоїдів, оскільки, подібно до органів цілого організму, виконують специфічну функцію. Сучасні методи дослідження дозволили біологам встановити, що за будовою клітини всі живі істоти слід ділити на організми «без'ядерні» – прокаріоти (буквально – доядерні) та «ядерні» – еукаріоти. До групи прокаріотів потрапили всі бактерії та синьо-зелені (ціанеї), а до групи еукаріотів – гриби, рослини та тварини.
В даний час виділяють два рівні клітинної організації: прокаріотичний та еукаріотичний. Прокаріотичні організми зберігають риси давнини: вони дуже легко влаштовані. На цій підставі їх виділяють у самостійне царство. Еукаріотичні організми містять обмежене оболонкою ядро, а також складно влаштовані "енергетичні станції" - мітохондрії. Іншими словами, всі клітини «ядерних» – еукаріотів – високо організовані, пристосовані до споживання кисню і тому можуть виробляти велику кількість енергії.
5.1. Прокаріотична клітинаБактерії є типові прокаріотичні клітини. Вони живуть усюди: у воді, у ґрунті, у харчових продуктах. Вони живуть у найглибшій улоговині в океані і на найвищій гірській вершині Землі – Евересті, їх знаходять у льодах Арктики та Антарктиди, у підземних джерелах гарячих вод, верхніх шарах атмосфери. Вже цей перелік умов проживання показує, який високий рівень пристосованості мають прокаріотичні організми, незважаючи на простоту своєї будови. Бактерії являють собою примітивні форми життя, і можна припустити, що вони відносяться до типу живих істот, які з'явилися на ранніх етапах розвитку життя на Землі.
Мабуть, спочатку бактерії жили морях; від них, мабуть, і походять сучасні мікроорганізми. Людина познайомився зі світом мікробів порівняно недавно, лише після того, як навчився виготовляти лінзи (XVII ст.), Що дають досить сильне збільшення. Розвиток техніки в наступні століття дозволило детально вивчити бактерії та інші прокаріотів.
Зупинимося на особливостях будови клітини бактерій (рис. 5.1). Розміри бактеріальних клітин коливаються у межах: від 1 до 10–15 мкм. За формою виділяють кулясті клітини – коки, витягнуті – палички, або бацили, і звивисті – спірили (рис. 5.2). Залежно від цього, якого виду ставляться мікроорганізми, вони існують або окремо, або утворюють характерні скупчення. Наприклад, стрептокок, що викликає запальні захворювання у людини та тварин, утворює ланцюжки з декількох бактеріальних клітин; стафілокок, що вражає дихальні шляхи у дітей, росте у вигляді утворень, що нагадують кисть винограду. За характером таких скупчень бактеріальних клітин і особливо їх життєдіяльності мікробіологи можуть визначити, якого виду належить виділений мікроорганізм.
Рис. 5.1. Схема будови прокаріотичних клітин
Рис. 5.2. Форма та взаємне розташування бактерій: 1 – палички, 2–4 – коки, 5 – спірили
Основна особливість будови бактерій – відсутність ядра, обмеженого оболонкою. Спадкова інформація у них міститься в одній хромосомі. Бактеріальна хромосома, що складається з однієї молекули ДНК, має форму кільця та занурена у цитоплазму. ДНК у бактерій не утворює комплексів з білками, і тому переважна більшість спадкових задатків – генів, що входять до складу хромосоми, «працює», тобто безперервно зчитується спадкова інформація. Бактеріальна клітина оточена мембраною (див. рис. 5.1), що відокремлює цитоплазму від клітинної стінки, утвореної складною гетерополімерною речовиною. У цитоплазмі мембран мало. У ній знаходяться рибосоми, які здійснюють синтез білків. Усі ферменти, що забезпечують процеси життєдіяльності бактерій, дифузно розпорошені по цитоплазмі або прикріплені до внутрішньої поверхні мембрани. Багато мікроорганізмів всередині клітини відкладаються запасні речовини – полісахариди, жири, поліфосфати. Ці речовини, включаючись в обмінні процеси, можуть продовжувати життя клітини без зовнішніх джерел енергії.
Бактерії розмножуються розподілом надвоє.Після редуплікації кільцевої хромосоми та подовження клітини поступово утворюється поперечна перегородка, а потім дочірні клітини розходяться або залишаються пов'язаними в характерні групи – ланцюжки, пакети тощо. Іноді розмноженню передує статевий процес, сутність якого полягає в обміні генетичним матеріалом та виникненні нових комбінацій у бактеріальній хромосомі.
Рис. 5.3. Дозріла суперечка в бактеріальній клітині
Багатьом бактеріям властиво спороутворення.Спори виникають, як правило, коли відчувається нестача у поживних речовинах або коли в середовищі надміру накопичуються продукти обміну. Спороутворення починається з шнурування частини цитоплазми від материнської клітини. Відшнурована частина містить хромосому і оточена мембраною (рис. 5.3). Потім суперечка оточується клітинною стінкою, часто багатошаровою. Процеси життєдіяльності всередині суперечки практично припиняються. Суперечки бактерій у сухому стані дуже стійкі і можуть зберігати життєздатність багато сотень і навіть тисяч років, витримуючи різкі коливання температури. Прикладом цього можуть бути суперечки, виявлені в стародавніх похованнях (мумії стародавніх єгиптян, запаси харчових продуктів у різних печерах), при стерильному бурінні льодів, що оточують Південний полюс. Потрапляючи у сприятливі умови, суперечки перетворюються на активну бактеріальну клітину. Вчені-мікробіологи виростили колонії мікроорганізмів із суперечок, що опинилися у зразку льоду, вік якого 10–12 тис. років.
Суперечки хвороботворних бактерій, в стані, що пролежав багато років у землі, потрапляючи у воду (при різноманітних іригаційних заходах), можуть бути причиною виникнення спалахів інфекційних захворювань. Так, наприклад, палички сибірки зберігають життєздатність, залишаючись у вигляді суперечок більше 30 років.
Таким чином, спороутворення у прокаріотів є етапом життєвого циклу, що забезпечує переживання несприятливих умов навколишнього середовища. Крім цього, у стані спор може відбуватися поширення мікроорганізмів за допомогою вітру та іншими способами.
Recently два рівнів осередку організації відрізняються: procaryotic and eucaryotic ones. У прокаріотичних організмах багато давніх особливостей мають необов'язкове, включно з можливістю їхньої структури. Так, вони не мають нуклеї, відокремлених від protoplasm до membrane, без особливих здібностей до відтворення organelles, і немає скелетів як форми в cytoplasm. Тому, що ці особливості, вони виключені до окремого Kingdom of procaryotic microorganisms. Eubacteriums і cianobacteriums вважаються найбільш важливими representatives of this Kingdom, і archaeobacteriums мають remained the most similar to ancient ancestors.
Опорні точки
1. У прокаріотів генетичний матеріал клітини представлений однією кільцевою молекулою ДНК.
2. Всі бактерії, синьо-зелені та мікоплазми гаплоїдні, тобто містять одну копію генів.
3. У клітинах прокаріотів практично немає внутрішніх мембран, тому більшість ферментів дифузно поширена по цитоплазмі.
Питання для повторення та завдання
1. Що таке органоїди клітини?
2. На чому засновано розподіл усіх живих організмів на дві групи – прокаріот та еукаріот?
3. Які організми відносяться до прокаріотів?
4. Опишіть будову бактеріальної клітини.
5. Як розмножуються бактерії?
6. У чому сутність процесу спороутворення у бактерій?
Використовуючи словниковий запас рубрик «Термінологія» та «Summary», переведіть на англійську мову пункти «Опорні точки».
Термінологія
Кожному терміну, зазначеному в лівій колонці, підберіть відповідне визначення, наведене в правій колонці російською та англійською мовами.
Виберіть правильний термін для всіх термінів у лівій колонці від англійської та російської варіантів, розміщених в правій колонці.
Питання для обговорення
У чому полягає значення прокаріотів у біоценозах? Яка їхня екологічна роль?
Яким чином хвороботворні мікроорганізми впливають стан макроорганізму (господаря)?
Обмін речовин та перетворення енергії – основа життєдіяльності клітини. Енергетичний обмін у клітині та її сутність. Значення АТФ у енергетичному обміні.
Пластичний обмін. Фотосинтез. Шляхи підвищення продуктивності сільськогосподарських рослин. Біосинтез білків. Ген та його роль у біосинтезі. Код ДНК. Реакція матричного синтезу. Взаємозв'язок процесів пластичного та енергетичного обміну.
Питання для самоперевірки:
У чому полягає біологічний синтез? Наведіть приклади.
Дайте визначення асиміляції.
Що таке генетичний код? Чи сформулюйте основні властивості генетичного коду?
Де синтезуються рибонуклеїнові кислоти?
Де відбувається синтез білка? Розкажіть, як здійснюється синтез 6елка.
Що таке дисиміляція? Охарактеризуйте етапи дисиміляції.
У чому полягає роль АТФ в обміні речовин у клітині?
Розкажіть про енергетичний обмін у клітині з прикладу розщеплення глюкози.
Які типи живлення організмів вам відомі? Які організми називаються автотрофними? На які групи поділяються автотрофні організми?
Охарактеризуйте світлову та темнову фази фотосинтезу.
Чому внаслідок фотосинтезу у зелених рослин в атмосферу виділяється вільний кисень?
Що таке хемосинтез?
Наведіть приклади фотосинтезуючих організмів.
Які організми називаються гетеротрофними? Наведіть приклади.
Розділ 4. Розмноження живих організмів
Здатність до розмноження, або самовідтворення - одна з найважливіших характеристик органічної природи. Розмноження – властивість, властива всім без винятку живим організмам – від бактерій до ссавців. Існування будь-якого виду тварин і рослин, бактерій та грибів, спадкоємність між батьківськими особинами та їх потомством підтримуються лише завдяки розмноженню.
Необхідна умова розмноження – спадковість, тобто. здатність відтворювати властивості та ознаки батьків.
Відомі різні форми розмноження, але вони можуть бути об'єднані в два типи: статеве і безстатеве.
Статевим розмноженням називають зміну поколінь та розвиток організмів на основі спеціалізованих – статевих клітин, що утворюються у статевих залозах. В еволюції розмноження найпрогресивнішим виявився спосіб, завдяки якому новий організм розвивається внаслідок злиття двох статевих клітин, утворених різними батьками. Однак у безхребетних тварин нерідко сперматозоїди та яйцеклітини формуються в тілі одного організму. Таке явище - обох порожнин - називають гермафродитизмом. Квіткові рослини також бувають обох статей. Відомі випадки, коли новий організм не обов'язково з'являється в результаті злиття статевих клітин. У деяких видів тварин і рослин спостерігається розвиток із незаплідненої яйцеклітини. Таке розмноження називають незайманим, або партеногенетичним.
Безстатеве розмноження характеризується тим, що нова особина розвивається з нестатевих. (соматичних) клітин.
Питання для самоперевірки:
Які засоби розмноження вам відомі? Що таке статеве розмноження?
У яких організмів зустрічається безстатеве розмноження? Які форми безстатевого розмноження вам відомі? Наведіть приклади.
Чому при безстатевому розмноженні нащадки генетично подібні між собою та з батьківською особиною?
Чим статеве розмноження відрізняється від безстатевого? Вкажіть відмінності мейозу від мітозу.
У чому полягає біологічний сенс мейозу? Чому зрілі статеві клітини одного організму мають різні комбінації генів?
У ньому складаються еволюційні переваги статевого розмноження перед безстатевим?
Реакції синтезу органічних речовин у клітині одночасно з процесами розщеплення. Складні специфічні біополімери (білки, жири, вуглеводи, нуклеїнові кислоти) синтезуються із простих речовин, що утворилися в результаті дисиміляції.
Синтезовані органічні речовини використовуються для побудови різних органоїдів клітини, ферментів, секретів та запасних речовин замість витрачених. Всі ці процеси йдуть із поглинанням енергії. Синтез речовин, що йде в клітині, називають біосинтезом або пластичним обміном.
На цьому етапі на ряді проміжних ланок сумарно виділяється 2600 кДж енергії.
На утворення 36 макроергічних зв'язків при перетворенні АДФ в АТФ витрачається 1440 кДж, або 54% енергії, що звільняється, яка переходить в потенційну енергію АТФ. Отже, при кисневому розщепленні утворюється у 13 разів більше енергії, ніж при безкисневому, а клітиною у формі АТФ її зберігається у 18 разів більше.
Сумарне рівняння повного розщеплення глюкози на двох етапах можна записати так:
За способом одержання органічних сполук усі клітини поділяються на автотрофні та гетеротрофні (див. розділ «Ботаніка»).
АТФ, що утворилася при цьому, по каналах ендоплазматичної мережі спрямовується в інші ділянки клітини, де виникає в ній потреба. Таким чином, з енергії, що утворилася, при розщепленні глюкози для клітини сумарно зберігається 80 кДж + 1440 кДж = 1520 кДж, або 55% енергії, яка переходить в потенційну енергію і надалі використовується клітиною. Тому реакція розщеплення називається енергетичним обміном.
Фотосинтез(Цв. Табл. I) - це унікальний процес утворення органічних сполук з неорганічних речовин з використанням енергії світла. Вперше процес фотосинтезу і роль ньому хлорофілу рослин описав видатний російський учений Климент Аркадійович Тимірязєв (1843-1920). Фотосинтез – це складний багатоступінчастий процес, що протікає у дві фази – світлову та темнову.
Світлова фазапочинається з освітлення хлоропласту видимим світлом. Під дією квантів світла деякі з рухомих електронів молекул хлорофілу переходять на більш високий енергетичний рівень і набувають потенційної енергії. Частина таких «збуджених» електронів повертається на колишнє місце, а енергія, що виділяється при цьому, розсіюється у вигляді тепла. Інша їх частина за участю переносників виступає в ролі відновників і приєднується до іонів водню, які постійно утворюються в клітинах при дисоціації молекул води (Н 2 O =Н + +ОН —). Іони водню, приєднавши електрон, перетворюються на атоми водню (Н + +е - = Н) і з'єднуються з молекулами речовин-переносників.
Іони ОН - , що залишилися без протиіонів водню, віддають свої електрони іншим іонам і перетворюються на радикали ОН (ОН = е - + ОН). Взаємодіючи між собою, вони утворюють воду та молекулярний кисень (40Н= 2Н 2 O+O 2).
Процес утворення молекулярного кисню під час розкладання води під впливом енергії світла називається фотолізом води. Його вперше вивчив і описав радянський учений Олександр Павлович Виноградов (1895-1975), використовуючи метод мічених атомів. За своїм механізмом фотоліз води подібний до електролізу води.
Крім того, у світлову фазу деякі з «збуджених» електронів хлорофілу та електронів, що відокремилися від іонів ОН - , беруть участь в утворенні макроергічного фосфатного зв'язку при синтезі АТФ з АДФ та неорганічного фосфату (ф) (АДФ + Ф = АТФ).
Таким чином, у світлову фазу фотосинтезу в результаті поглинання хлорофілом світлової енергії за рахунок «збуджених» електронів відбувається фотоліз води з виділенням кисню та синтез АТФ.
Темнова фаза фотосинтезу складається з низки послідовних ферментативних реакцій по зв'язуванню СО 2 , у яких утворюється глюкоза, що служить вихідним матеріалом для біосинтезу інших органічних речовин рослини. Цей процес йде за рахунок енергії АТФ за участю атомів водню, що утворилися у світлову фазу (6СO 2 +24Н=З 6 Н 12 O 6 +6Н 2 O).
Сумарне рівняння фотосинтезу таке:
6СO 2 +6Н 2 O = С 6 Н 12 O 6 + 6O 2
Мембранна структура хлоропласту здійснює при цьому розмежування реакційних речовин.
Продуктивність фотосинтезу- 1 г органічної речовини на 1 м 2 листя на 1 год. Щорічно в результаті фотосинтезу утворюється близько 400 млрд. т органічної речовини. Річна потреба однієї людини у кисні забезпечується функціонуванням 10-12 дерев середнього віку протягом вегетації. Встановлено, що продуктивність фотосинтезу зростає з підвищенням, до певного рівня, інтенсивності освітлення, вмісту СО 2 температури і вологості навколишнього повітря. Ці закономірності широко використовують при вирощуванні рослин у захищеному ґрунті.
Хемосинтез було відкрито в 1888 р. російським біологом З. М. Виноградським, що довело здатність деяких бактерій асимілювати вуглекислоту з допомогою хімічної енергії. Існує кілька груп хемосинтезуючих бактерій, з яких найбільше значення мають нітрофікуючі, серобактерії та залізобактерії. Наприклад, нітрофіцирующие бактерії отримують енергію для синтезу органічних речовин, окислюючи аміак до азотистої, та був до азотної кислоти; серобактерії - окислюючи сірководень до сульфатів, а залізобактерії - перетворюючи закисні солі заліза на окисні. Звільнена енергія акумулюється у клітинах хемосинтезуючих бактерій у формі АТФ. Процес хемосинтезу, при якому з 2 утворюється органічна речовина, протікає аналогічно темновій фазі фотосинтезу.
Завдяки життєдіяльності бактерій – хемосинтетиків у природі накопичуються великі поклади селітри та болотної руди.
Біосинтез білків йде у кожній живій клітині. Найбільш активний він у молодих клітинах, що ростуть, де синтезуються білки, що йдуть на побудову їх органоїдів, а також в секреторних клітинах, де синтезуються білки-ферменти і білки-гормони.
Основна роль визначенні структури білків належить ДНК. Відрізок ДНК, що складається з кількох сотень нуклеотидів, що містить інформацію про структуру одного білка, називають геном. Одна макромолекула ДНК містить кілька сотень генів. У молекулі записаний код про послідовність амінокислот у білку у вигляді нуклеотидів, що точно поєднуються. Сутність коду ДНК полягає в тому, що кожній амінокислоті відповідає ділянка ланцюга ДНК з трьох нуклеотидів, що стоять поруч. триплетів. Наприклад, А - - Ц - А відповідає амінокислоті цистеїну, А - А - Ц - лейцину, Т - Т - Т - лізину і т. д. Різних амінокислот 20, число можливих поєднань з 4 нуклеотидів по 3 одно 64. з надлишком вистачить всім амінокислот.
Біосинтез білка - складний багатоступінчастий процес, що є ланцюгом синтетичних реакцій, що протікають за принципом матричного синтезу.
Суть реакцій матричного синтезуполягає в тому, що нові молекули білка синтезуються точно відповідно до плану, закладеного в структурі існуючих молекул ДНК. У цих реакціях забезпечується точна специфічна послідовність мономерів у полімерах, що синтезуються.
У біосинтезі білка визначають такі етапи, що у різних частинах клітини.
Синтез і-РНК (відбувається у ядрі). Інформація, що міститься в гені ДНК, листується на і-РНК. Цей процес називається транскрипцією (від латів. «Транскриптис» - переписування).
При цьому проти кожного нуклеотиду одним із ланцюгів ДНК постає комплементарний йому нуклеотид і-РНК. Молекули і-РНК є індивідуальними, кожна з них несе інформацію одного гена.
З'єднання амінокислот із молекулами т-РНК(відбувається у цитоплазмі). Молекули т-РНК складаються з 70-80 нуклеотидів. У ланцюжку т-РНК є низка нуклеотидних ланок, комплементарних одна одній. При зближенні вони злипаються, утворюючи структуру, що нагадує лист конюшини (61). До "черешка" листа приєднується певна амінокислота, а на "верхівці" листа розташований кодовий триплетнуклеотидів, що відповідає певній амінокислоті. Для кожної із 20 амінокислот існує своя т-РНК.
«Складання білка»(відбувається у рибосомах). До рибосом прямують з ядра і-РНК. При цьому на одній молекулі і-РНК одночасно розташовуються кілька рибосом, що утворюють комплекс, що називається полірибосомою. Це забезпечує одночасний синтез великої кількості однакових молекул білка.
З цитоплазми т-РНК з «навішаними» на них амінокислотами підходять до рибосом і своїм кодовим кінцем торкаються триплету нуклеотидів і-РНК, що проходить в даний момент через рибосому. У цей час протилежний кінець т-РНК з амінокислотою потрапляє в місце «складання» білка і, якщо кодовий триплет т-РНК виявиться комплементарним триплету і-РНК, який зараз перебуває в рибосомі, амінокислота відокремлюється від т-РНК і потрапляє до складу білка. , А рибосома робить "крок" на один триплет по і-РНК (триплети і-РНК, що відповідають кожній з 20 амінокислот, див. Додаток).
Віддавши амінокислоту, т-РНК залишає рибосому, їй на зміну приходить інша, з іншою амінокислотою, що становить таку ланку в білковій молекулі, що будується (62). Так ланка за ланкою збирається поліпептидний ланцюг білка, а інформація про структуру білка, записана в і-РНК як послідовність нуклеотидів, відтворюється на поліпептидному ланцюгу білка у вигляді послідовності амінокислот. Цей процес називається трансляцією (від латів. «Трансляція» - перенесення) (див. додаток, завдання 2 та таблицю). Коли синтез молекули білка закінчено, рибосома сходить з іРНК. Білок, що утворився, надходить в ендоплазматичну мережу і по її каналах в інші частини клітини, а рибосома надходить на іншу і-РНК і бере участь у синтезі іншого білка. Усі реакції білкового синтезу каталізуються спеціальними ферментами, а енергію завдає АТФ.
Що таке біосинтез у біології?
Різноманітність кишковопорожнинних
Підряд ссавців загону приматів, що об'єднує шість сімейств: тупайї, довгоп'яти, лемури, руконіжки, індрі та лорі; - презентація