Cuál es la importancia de la síntesis biológica. Características de los principales métodos de obtención de antibióticos. Que haremos con el material recibido
Página de solución detallada p. 135 sobre nivel avanzado de biología para estudiantes de grado 10, autores Zakharov V.B., Mamontov S.G. Nivel avanzado 2015
- Se puede encontrar el libro de trabajo de gdz sobre biología para el grado 10
REVISAR PREGUNTAS Y TAREAS
Pregunta 1. ¿Qué es la disimilación? Describe las etapas de este proceso.
El agregado de la reacción de escisión se denomina metabolismo energético de la célula o disimilación. La disimilación es directamente opuesta a la asimilación: como resultado de la escisión, las sustancias pierden su parecido con las sustancias celulares.
El intercambio de energía generalmente se divide en 3 etapas. La primera etapa es preparatoria. En esta etapa, las moléculas de di y polisacáridos, grasas y proteínas se descomponen en moléculas pequeñas (glucosa, glicerina y ácidos grasos, aminoácidos, moléculas grandes de ácido nucleico) en bases nitrogenadas, nucleótidos. En esta etapa, no un gran número de energía que se disipa como energía térmica.
La segunda etapa está libre de oxígeno o está incompleta. También se le llama respiración anaeróbica o fermentación. El término "fermentación" se utiliza habitualmente en relación con los procesos que tienen lugar en una célula de microorganismos o plantas. Las sustancias formadas en esta etapa, con la participación de enzimas, entran en el camino de una mayor escisión. En los músculos, por ejemplo, como resultado de la respiración anaeróbica, una molécula de glucosa se descompone en 2 moléculas de ácido láctico (glucólisis). El ácido fosfórico y el ADP participan en las reacciones de escisión de la glucosa.
La tercera etapa del metabolismo energético es la etapa de respiración aeróbica o descomposición del oxígeno. Las reacciones de esta etapa del metabolismo energético también son catalizadas por enzimas. Cuando O accede a la célula, las sustancias formadas durante la etapa anterior se oxidan a los productos finales: H2O y CO2. La respiración de oxígeno se acompaña de la liberación de una gran cantidad de energía y su acumulación en moléculas de ATP.
Pregunta 2. ¿Cuál es el papel del ATP en el metabolismo celular?
Los organismos vivos solo pueden utilizar energía unida químicamente. Cada sustancia tiene una cierta cantidad de energía potencial. Sus principales portadores de material son los enlaces químicos, cuya ruptura o transformación conduce a la liberación de energía. El nivel de energía de algunos enlaces tiene un valor de 8-10 kJ; estos enlaces se denominan normales. En otros enlaces, hay una energía mucho más alta - 25-40 kJ - estos son los llamados enlaces de alta energía. Casi todos los compuestos conocidos con tales enlaces contienen átomos de fósforo o azufre, en cuyo lugar se encuentran estos enlaces en la molécula. El ácido adenosina trifosfórico (ATP) es uno de los compuestos que juega un papel importante en la vida de la célula.
El ácido adenosina trifosfórico (ATP) consiste en la base orgánica adenina (I), el carbohidrato ribosa (II) y tres residuos de ácido fosfórico (III). El compuesto de adenina y ribosa se llama adenosina. Los grupos pirofosfato tienen enlaces de alta energía, indicados por ~. La descomposición de una molécula de ATP con la participación de agua va acompañada de la eliminación de una molécula de ácido fosfórico y la liberación de energía libre, que es de 33-42 kJ / mol. Todas las reacciones que involucran ATP están reguladas por sistemas enzimáticos.
Pregunta 3. Cuéntenos sobre el metabolismo energético en la célula usando el ejemplo de la descomposición de la glucosa.
Pregunta 4. ¿Qué tipos de organismos alimentarios conoce?
Según el tipo de nutrición, todos los organismos se dividen en autótrofos, heterótrofos y mixotróficos.
Pregunta 5. ¿Qué organismos se denominan autótrofos?
Autótrofos: organismos que viven de una fuente inorgánica de carbono, dióxido de carbono, que utilizan la energía de la luz solar, fotótrofos o energía para llevar a cabo procesos de síntesis. enlaces químicos- quimiótrofos.
Pregunta 6. Describe las fases clara y oscura de la fotosíntesis.
La fotosíntesis es el proceso de formación de compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos en las hojas de las plantas verdes a la luz del sol. Se distinguen las fases clara y oscura de la fotosíntesis.
A la entrada de la fase luminosa de la fotosíntesis, los cuantos son absorbidos por las clorofilas y la fotólisis (descomposición) del agua. Como resultado, se forman moléculas de ATP, hidrógeno atómico H ", que se utilizan más en la fase oscura para sintetizar glucosa y oxígeno molecular (como subproducto) liberado al medio ambiente.
La fase oscura de la fotosíntesis. La glucosa se forma a partir del dióxido de carbono absorbido del exterior, hidrógeno H, obtenido durante la fase ligera, con el gasto de energía ATP, también sintetizada en la fase ligera.
Pregunta 7. ¿Por qué se libera oxígeno libre a la atmósfera en las plantas verdes como resultado de la fotosíntesis?
El oxígeno es un subproducto de la fotosíntesis. En el curso de las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis, bajo la influencia de los cuantos de luz y en interacción con la clorofila, se produce la descomposición (fotólisis) del buey en hidrógeno atómico y radicales libres He-. Estos últimos interactúan entre sí, formando oxígeno y agua libres.
Dado que el oxígeno no se incluye en la cascada posterior de reacciones de fotosíntesis, se libera al ambiente externo.
Pregunta 8. ¿Qué es la quimiosíntesis?
La quimiosíntesis es el proceso de síntesis de compuestos orgánicos utilizando carbono a partir de dióxido de carbono debido a la energía de enlaces químicos no materia orgánica.
Pregunta 9. ¿Qué organismos se denominan heterótrofos? Dar ejemplos.
Los heterótrofos son organismos que no pueden sintetizar materia orgánica a partir de inorgánicos mediante fotosíntesis o quimiosíntesis. Para la síntesis de sustancias orgánicas necesarias para su actividad vital, se requieren sustancias orgánicas exógenas, es decir, las producidas por otros organismos. Durante la digestión, las enzimas digestivas descomponen los polímeros de sustancias orgánicas en monómeros. Casi todos los animales y hongos son heterótrofos.
PREGUNTAS Y TAREAS DE DISCUSIÓN
Pregunta 1. ¿Qué organismos se denominan autótrofos? ¿En qué grupos se dividen los autótrofos?
Los organismos autótrofos son organismos capaces de sintetizar compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos (dióxido de carbono, agua, compuestos inorgánicos nitrógeno y azufre). Dependiendo de la fuente de energía consumida, los autótrofos se clasifican en organismos fotosintéticos y quimiosintéticos. Los primeros utilizan energía luminosa, mientras que los segundos utilizan energía exotérmica. reacciones químicas(en el curso de la transformación de compuestos inorgánicos), es decir, la energía generada durante la oxidación de varios compuestos inorgánicos (hidrógeno, sulfuro de hidrógeno, amoníaco, etc.).
Pregunta 2. ¿Cuál es el mecanismo de formación de oxígeno libre como resultado de la fotosíntesis en las plantas verdes? Ampliar la importancia biológica y ecológica de este proceso.
En general, el equilibrio químico de la fotosíntesis se puede representar como una ecuación simple:
El hidrógeno necesario para reducir el dióxido de carbono a glucosa se extrae del agua y el oxígeno liberado durante la fotosíntesis es un subproducto. El proceso requiere energía lumínica, ya que el agua por sí misma no puede reducir el dióxido de carbono.
La fotosíntesis es un proceso del que depende toda la vida en la Tierra. Solo ocurre en plantas. Durante la fotosíntesis, la planta produce a partir de sustancias inorgánicas Sustancias orgánicas necesarias para todos los seres vivos. El dióxido de carbono en el aire ingresa a la hoja a través de orificios especiales en la epidermis de la hoja llamados estomas; el agua y los minerales vienen del suelo a las raíces y de allí son transportados a las hojas a través del sistema de conducción de la planta. La energía necesaria para la síntesis de sustancias orgánicas a partir de inorgánicas es aportada por el Sol; esta energía es absorbida por pigmentos vegetales, principalmente clorofila. En la célula, la síntesis de sustancias orgánicas tiene lugar en los cloroplastos, que contienen clorofila. El oxígeno libre, que también se produce durante la fotosíntesis, se libera a la atmósfera.
Pregunta 3. ¿Dónde, como resultado de qué transformaciones de moléculas y en qué cantidad se forma ATP en los organismos vivos?
La síntesis de ATP ocurre en las membranas mitocondriales durante la respiración, por lo tanto todas las enzimas y cofactores de la cadena respiratoria, todas las enzimas de fosforilación oxidativa se localizan en estos orgánulos.
AREAS PROBLEMÁTICAS
Pregunta 1. ¿Cómo se obtiene la información hereditaria sobre los rasgos y propiedades de los virus de ADN y ARN?
En la naturaleza, los ácidos nucleicos son portadores de información genética. Hay dos tipos principales de ácidos nucleicos: ADN (ácido desoxirribonucleico) y ARN (ácido ribonucleico). En la mayoría de los organismos vivos, los ácidos nucleicos están contenidos en el núcleo y el citoplasma (savia celular). Los virus, aunque son estructuras no celulares, también contienen ácidos nucleicos. Según el tipo de ácido nucleico contenido, los virus se dividen en dos clases: que contienen ADN y que contienen ARN. Los virus que contienen ADN incluyen virus de hepatitis B, herpes, etc. Los microorganismos que contienen ARN están representados por influenza y parainfluenza, virus de inmunodeficiencia humana (VIH), hepatitis A, etc. En estos microorganismos, así como en otros organismos vivos, ácidos nucleicos desempeñar el papel de portador de información genética. La información sobre la estructura de varias proteínas (información genética) está codificada en la estructura de los ácidos nucleicos en forma de secuencias específicas de nucleótidos (constituyentes del ADN y del ARN). Los genes de ácidos nucleicos virales codifican una variedad de enzimas y proteínas estructurales. El ADN y el ARN de los virus son el sustrato material de la herencia y la variabilidad de estos microorganismos, los dos componentes principales en la evolución de los virus en particular y de toda la naturaleza viva en general.
Pregunta 2. ¿Cuál es el significado biológico de la redundancia? codigo genetico?
La redundancia del código es una consecuencia de su naturaleza triplete y significa que un aminoácido puede ser codificado por varios tripletes (ya que hay 20 aminoácidos y 64 tripletes). Las excepciones son la metionina y el triptófano, que están codificados por un solo triplete. Además, algunos trillizos tienen funciones específicas. Entonces, en la molécula de ARNm, tres de ellos, UAA, UAH y UGA, son codones de terminación, es decir, señales de parada que detienen la síntesis de la cadena polipeptídica. El triplete correspondiente a la metionina (AUG), ubicado al comienzo de la cadena de ADN, no codifica un aminoácido, pero realiza la función de inicio (excitación) de la lectura.
La redundancia de secuencias de codificación es una propiedad muy valiosa cuando, ya que aumenta la estabilidad del flujo de información ante los efectos adversos del entorno externo e interno. Al determinar la naturaleza de un aminoácido que debería estar encerrado en una proteína, el tercer nucleótido de un codón no es tan importante como los dos primeros. Para muchos aminoácidos, la sustitución del nucleótido de la tercera posición del codón no afecta su significado.
Pregunta 3. ¿Cómo se obtiene la información hereditaria sobre la estructura y funciones de las moléculas no proteicas sintetizadas en la célula?
La información genética está codificada en ADN y ARN.
Pregunta 4. ¿Crees que es posible aumentar la eficiencia de la fotosíntesis?
Cumplimiento del régimen de riego,
ASPECTOS APLICADOS
Pregunta 1. ¿Cómo crees, cómo se puede aumentar la eficiencia de la fotosíntesis en las plantas verdes?
Con base en los mecanismos de influencia de factores internos y externos que afectan los indicadores de la actividad fotosintética de las plantas, en la práctica agrícola se utilizan una serie de técnicas para incrementar la intensidad de la fotosíntesis y aumentar la productividad de los cultivos agrícolas, estas incluyen:
Cumplimiento del régimen de riego,
Cumplimiento del régimen de nutrición mineral.
El uso del aderezo foliar necesario con microelementos,
Un aumento en la concentración de dióxido de carbono en suelo protegido debido al uso de fertilizantes orgánicos (aplicación de estiércol), el uso de hielo seco, inflar los marcos de los invernaderos. Al mismo tiempo, en los pepinos, no solo aumenta la intensidad de la fotosíntesis, sino que también aumenta la cantidad de flores femeninas.
Pregunta 2. ¿Qué ejemplos puede dar que caractericen el uso de las características del metabolismo de los organismos en la medicina, la agricultura y otras industrias?
Un ejemplo de metabolismo en la industria de la confitería es el uso de levadura.
TAREAS
Pregunta 1. Escribe las reacciones de las fases clara y oscura de la fotosíntesis. Indicar las vías de transferencia de electrones y protones.
Pregunta 3. Describe el proceso de escisión. moléculas orgánicas con la participación de oxígeno en las células de aerobios.
La respiración es la descomposición oxidativa de nutrientes orgánicos con la participación de oxígeno, acompañada de la formación de metabolitos químicamente activos y la liberación de energía, que son utilizados por las células para procesos vitales.
En el proceso de respirar, se genera una gran cantidad de energía. Si todo se liberara a la vez, la célula dejaría de existir. Pero esto no sucede, porque la energía no se libera de una vez, sino paso a paso, en pequeñas porciones. La liberación de energía en pequeñas dosis se debe al hecho de que la respiración es un proceso de múltiples etapas, en etapas separadas de las cuales se forman varios productos intermedios (con diferentes longitudes de la cadena de carbono) y se libera energía. La energía liberada no se consume en forma de calor, sino que se almacena en un compuesto universal de alta energía: el ATP. Cuando el ATP se degrada, la energía se puede utilizar en cualquier proceso necesario para mantener las funciones vitales del cuerpo: para la síntesis de diversas sustancias orgánicas, trabajo mecánico, mantenimiento. presión osmótica protoplasma, etc.
El metabolismo y la conversión de energía son la base de la vida celular. Metabolismo energético en la célula y su esencia. El valor del ATP en el metabolismo energético.
Cambio de plástico. Fotosíntesis. Formas de incrementar la productividad de las plantas agrícolas. Biosíntesis de proteínas. Gen y su papel en la biosíntesis. Código de ADN. Síntesis de matriz de reacción. La relación entre los procesos del plástico y el metabolismo energético.
Preguntas para la autocomprobación:
Qué es síntesis biológica? Dar ejemplos.
Dé una definición de asimilación.
¿Qué es el código genético? ¿Formular las principales propiedades del código genético?
¿Dónde se sintetizan los ácidos ribonucleicos?
¿Dónde tiene lugar la síntesis de proteínas? Cuéntanos cómo se lleva a cabo la síntesis de 6elka.
¿Qué es la disimilación? Describe las etapas de la disimilación.
¿Cuál es el papel del ATP en el metabolismo celular?
Cuéntenos sobre el metabolismo energético en la célula usando el ejemplo de la descomposición de la glucosa.
¿Qué tipo de nutrición de organismos conoces? ¿Qué organismos se denominan autótrofos? ¿En qué grupos se dividen los organismos autótrofos?
Describe las fases clara y oscura de la fotosíntesis.
¿Por qué se libera oxígeno libre a la atmósfera en las plantas verdes como resultado de la fotosíntesis?
¿Qué es la quimiosíntesis?
Da ejemplos de organismos fotosintéticos.
¿Qué organismos se denominan heterótrofos? Dar ejemplos.
Sección 4. Reproducción de organismos vivos
La capacidad de reproducirse o auto-reproducirse es una de las características más importantes de la naturaleza orgánica. La reproducción es una propiedad inherente a todos los organismos vivos, sin excepción, desde las bacterias hasta los mamíferos. La existencia de cualquier especie de animales y plantas, bacterias y hongos, la continuidad entre los individuos parentales y su descendencia se mantiene solo a través de la reproducción.
Una condición necesaria para la reproducción es la herencia, es decir. la capacidad de reproducir las propiedades y características de los padres.
Se conocen varias formas de reproducción, pero todas pueden combinarse en dos tipos: sexual y asexual.
La reproducción sexual se denomina cambio de generaciones y desarrollo de organismos sobre la base de células germinales especializadas formadas en las gónadas. En la evolución de la reproducción, el más progresivo fue el método por el cual un nuevo organismo se desarrolla como resultado de la fusión de dos células sexuales formadas por diferentes padres. Sin embargo, en los invertebrados, los espermatozoides y los óvulos a menudo se forman en el cuerpo de un organismo. Este fenómeno, el bisexualismo, se llama hermafroditismo. Las plantas con flores también son bisexuales. Hay casos en los que un nuevo organismo no necesariamente aparece como resultado de la fusión de células germinales. En algunas especies de animales y plantas, se observa el desarrollo de un huevo no fertilizado. Tal reproducción se llama virgen o partenogenética.
La reproducción asexual se caracteriza por el hecho de que un nuevo individuo se desarrolla a partir de ( células somáticas.
Preguntas para la autocomprobación:
¿Qué métodos de cría conoces? Qué ha pasado reproducción sexual?
¿Qué organismos tienen reproducción asexual? ¿Qué formas de reproducción asexual conoces? Dar ejemplos.
Por que en reproducción asexual¿Son los descendientes genéticamente similares entre sí y al padre?
¿En qué se diferencia la reproducción sexual de la asexual? ¿Cuáles son las diferencias entre meiosis y mitosis?
¿Cuál es el significado biológico de la meiosis? ¿Por qué las células germinales maduras de un organismo llevan diferentes combinaciones de genes?
¿Es la ventaja evolutiva de la reproducción sexual sobre la asexual?
El ADN, el portador de toda la información genética en la célula, no participa directamente en la síntesis de proteínas (implementación de esta información hereditaria). En las células animales y vegetales, las moléculas de ADN están separadas por una membrana nuclear del citoplasma, donde se sintetizan las proteínas. Se envía un intermediario desde el núcleo a los ribosomas, los sitios de ensamblaje de las proteínas, que transporta la información copiada y puede atravesar los poros de la membrana nuclear. Este mediador es el ARN mensajero, que participa en las reacciones molde.
Las reacciones matriciales son reacciones para la síntesis de nuevos compuestos basados en macromoléculas "viejas" que desempeñan el papel de una matriz, es decir, una forma, una plantilla para copiar nuevas moléculas. Las reacciones matriciales de realización de información hereditaria, en las que intervienen el ADN y el ARN, son:
1. Replicación de ADN- duplicación de moléculas de ADN, gracias a lo cual la transferencia de información genética se lleva a cabo de generación en generación. La matriz es el ADN materno.
2. Transcripción(lat. transcripción- reescritura) es la síntesis de moléculas de ARN según el principio de complementariedad en la matriz de una de las cadenas de ADN. Ocurre en el núcleo bajo la acción de la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN. El ARN mensajero es una molécula de una sola hebra y la copia de genes se produce a partir de una hebra de una molécula de ADN de doble hebra. El idioma de los tripletes de ADN se traduce al idioma de los codones de i-ARN. Como resultado de la transcripción de diferentes genes, se sintetizan todos los tipos de ARN. Luego, i-RNA, t-RNA, r-RNA a través de los poros de la envoltura nuclear ingresan al citoplasma de la célula para realizar sus funciones.
3. Emisión (lat. traducción- transferencia, traducción) es la síntesis de cadenas polipeptídicas de proteínas en la matriz del m-RNA maduro, llevada a cabo por los ribosomas. Hay varias etapas en este proceso:
La etapa uno - iniciación(inicio de síntesis). En el citoplasma, el ribosoma ingresa por uno de los extremos del i-ARN (exactamente aquel a partir del cual comenzó la síntesis de la molécula en el núcleo) y comienza la síntesis del polipéptido. La molécula de t-RNA, que transporta el aminoácido glutamina (t-RNA GLN), se une al ribosoma y se une al comienzo de la cadena de m-RNA (código UAG). Junto al primer t-RNA (que no tiene nada que ver con la proteína sintetizadora), se adjunta un segundo t-RNA con un aminoácido. Si el anticodón es t-RNA, entonces surge un enlace peptídico entre los aminoácidos, que está formado por una determinada enzima. Después de eso, el t-RNA abandona el ribosoma (entra en el citoplasma en busca de un nuevo aminoácido) y el m-RNA mueve un codón.
Segunda fase - alargamiento(alargamiento de cadena). El ribosoma se mueve a lo largo de la molécula de i-ARN no suavemente, sino de manera intermitente, triplete a triplete. El tercer t-RNA con un aminoácido une su anticodón al codón m-RNA. Cuando se establece la complementariedad del enlace, el ribosoma toma un paso de "codón" más, y una enzima específica "une" el segundo y tercer aminoácidos con un enlace peptídico: se forma una cadena peptídica. Los aminoácidos de la cadena polipeptídica en crecimiento están conectados en la secuencia en la que se encuentran los codones de ARNm que los codifican (Fig. 14).
La tercera etapa es terminación(fin de síntesis) cadenas. Ocurre cuando el ribosoma traduce uno de los tres "codones sin sentido" (UAA, UAG, UGA). Los ribosomas saltan del i-ARN, la síntesis de proteínas está completa.
Por lo tanto, al conocer el orden de los aminoácidos en una molécula de proteína, es posible determinar el orden de los nucleótidos (tripletes) en la cadena del i-ARN y, a partir de él, el orden de los pares de nucleótidos en la región del ADN y viceversa, tomando en cuenta el principio de complementariedad de nucleótidos.
Pero en el proceso de reacciones de la matriz, pueden ocurrir cambios: mutaciones. Se trata de mutaciones genéticas a nivel molecular, resultado de diversos daños en las moléculas de ADN, que afectan a uno o más nucleótidos. Todas las formas de mutaciones genéticas se pueden dividir en dos grandes grupos.
Primer grupo- desplazamiento del marco de lectura - representa la inserción o eliminación de una o más donaciones de nucleótidos. Dependiendo de la ubicación de la violación, cambia uno u otro número de codones. Este es el daño genético más severo, ya que se incluirán aminoácidos completamente diferentes en la proteína. Tales deleciones e inserciones representan el 80% de todas las mutaciones genéticas espontáneas.
El mayor efecto dañino lo poseen las mutaciones sin sentido que están asociadas con la aparición de codones terminadores que detienen la síntesis de proteínas. Esto puede conducir a la terminación prematura de la síntesis de proteínas, que se degrada rápidamente. El resultado es la muerte celular o un cambio en la naturaleza del desarrollo individual.
Las mutaciones asociadas con la sustitución, pérdida o inserción en la región codificante de un gen se manifiestan fenotípicamente como sustituciones de aminoácidos en una proteína. Dependiendo de la naturaleza de los aminoácidos y del significado funcional del área dañada, existe una pérdida total o parcial de la actividad funcional de la proteína. Esto se expresa en una disminución de la viabilidad, cambios en las características de los organismos, etc.
Segundo grupo- Se trata de mutaciones genéticas con sustitución de pares de bases de nucleótidos. Hay dos tipos de sustituciones de bases:
1. Transición: reemplazo de una purina por otra base de purina (A por G o G por A) o una base de pirimidina por otra base de pirimidina (C por T o T por C).
2. Transversión: sustitución de una base de purina por una base de pirimidina o viceversa (A a C, o G a T, o A a Y). Un ejemplo de transversión es la anemia de células falciformes, que se produce debido a un trastorno hereditario en la estructura de la hemoglobina. En el gen mutante que codifica una de las cadenas de hemoglobina, solo se interrumpe un nucleótido y la adenina es reemplazada por uracilo en el m-RNA (GAAN GUA). Como resultado, hay un cambio en el fenotipo bioquímico, en la cadena β de la hemoglobina, el ácido glutámico se reemplaza por valina. Este reemplazo cambia la superficie de la molécula de hemoglobina: en lugar de un disco bicóncavo, los eritrocitos se vuelven falciformes y obstruyen los vasos pequeños o se eliminan rápidamente de la circulación, lo que rápidamente conduce a la anemia. .
Por tanto, la importancia de las mutaciones genéticas para la actividad vital del organismo no es la misma:
· Algunas "mutaciones silenciosas" no afectan la estructura y función de la proteína (por ejemplo, una sustitución de nucleótidos que no conduce a una sustitución de aminoácidos);
Algunas mutaciones conducen a pérdida completa función de las proteínas y muerte celular (por ejemplo, mutaciones sin sentido);
· Otras mutaciones - con un cambio cualitativo en i-RNA y aminoácidos conducen a un cambio en las características del organismo;
· Algunas mutaciones que cambian las propiedades de las moléculas de proteína tienen un efecto dañino sobre la actividad vital de las células; tales mutaciones causan un curso severo de enfermedades (por ejemplo, transversión).
Fin del trabajo -
Este tema pertenece a la sección:
Introducción. Base molecular de la herencia.
Introducción .. la genética desde el origen de la génesis griega como ciencia de las regularidades .. etapa i años período de la genética clásica el desarrollo del mendelismo ..
Si necesita material adicional sobre este tema, o no encontró lo que buscaba, le recomendamos utilizar la búsqueda en nuestra base de trabajos:
Qué haremos con el material recibido:
Si este material te resultó útil, puedes guardarlo en tu página en las redes sociales:
| Pío |
Todos los temas de esta sección:
Los principales tipos de herencia.
La genética es una ciencia que estudia las leyes de la herencia y la variabilidad de los organismos vivos. La herencia es la capacidad de los organismos para repetirse en generaciones.
Los principales portadores de la herencia.
Los principales portadores de la herencia nuclear son los cromosomas ubicados en el núcleo celular. Cada cromosoma tiene componentes químicos: una molécula de ADN gigante
El concepto de cariotipo humano.
El número, tamaño y forma de los cromosomas son características específicas de cada tipo de organismo vivo. Por ejemplo, las células del cangrejo ermitaño contienen 254 cromosomas, mientras que un mosquito solo tiene 6. Somático
Reglas de los cromosomas
Hay 4 reglas de los cromosomas: La regla de constancia del número de cromosomas. Las células somáticas de un organismo de cada especie normalmente tienen un número de cromosomas estrictamente definido (por ejemplo
Ciclos celulares y mitóticos
El ciclo celular (de vida) es el período en la vida de una célula desde el momento de su aparición hasta la muerte o formación de las células hijas El ciclo mitótico es un período en la vida de una célula.
Reproducción a nivel de organismo
La gametogénesis es el proceso de formación de gametos: células germinales masculinas y femeninas. Los huevos se forman en las gónadas femeninas (ovarios) y son de gran tamaño.
Características de la reproducción humana.
Las características de la reproducción humana se deben a su especificidad como ser biológico y social. La capacidad de reproducirse se vuelve posible con el inicio de la pubertad, reconoció
Ácidos nucleicos
En 1869, el bioquímico suizo Johann Friedrich Mischer descubrió por primera vez, aisló de núcleos celulares y describió el ADN. Pero fue solo en 1944 que O. Avery, S. McLeod y M. Macarty Ball demostraron el papel genético de
Código genético y sus propiedades.
Para la expresión de un gen, existe un código genético, una relación estrictamente ordenada entre las bases de los nucleótidos y los aminoácidos (Tabla 3). Abreviaturas comunes para
Propiedades básicas del código genético
1. Triplete: un aminoácido corresponde a tres nucleótidos adyacentes, llamado triplete (codón) (los tripletes en i-ARN se denominan codones); 2. Universal
Niveles de organización del material hereditario.
Existen los siguientes niveles de organización estructural y funcional del material hereditario de los eucariotas: gen, cromosómico y genómico. La estructura elemental del nivel genético del órgano.
Bases citológicas y moleculares de la variabilidad de organismos.
La genética estudia no solo el fenómeno de la herencia, sino también el fenómeno de la variabilidad. La variabilidad es la propiedad de los organismos vivos de cambiar bajo la influencia de factores externos e internos.
Variabilidad no hereditaria
La variabilidad no hereditaria (fenotípica) es un tipo de variabilidad que refleja cambios en el fenotipo bajo la influencia de condiciones ambientales que no afectan el genotipo. El alcance de ella tu
Variabilidad hereditaria
La variabilidad genotípica (hereditaria) son cambios hereditarios en las características de un organismo, determinados por el genotipo y conservados en varias generaciones. Está representado por dos vi
Variabilidad mutacional
La mutación es un cambio abrupto y estable en el material genético bajo la influencia de factores del entorno externo o interno, que se hereda. Organismo, hereditario
Mecanismo molecular de mutaciones.
Las mutaciones asociadas con un cambio en la estructura de la molécula de ADN se denominan mutaciones genéticas. Representan la pérdida o inserción de una o más bases nitrogenadas, o ambas al mismo tiempo
Caracterización de mutaciones a nivel tisular
Las mutaciones somáticas ocurren en las células somáticas, se heredan solo durante la reproducción vegetativa y aparecen en el propio individuo ( diferente color ojo de un hombre
Mutación a nivel del organismo.
Por la naturaleza del cambio de fenotipo, todas las mutaciones se pueden dividir en los siguientes grupos. 1. Signos morfológicos perturbadores estructura física; falta de ojos, dedos cortos
Mutaciones a nivel de población
Se cree que cualquier mutación es dañina, ya que altera la interacción del organismo con el medio ambiente. Sin embargo, algunas mutaciones causan cambios menores en el cuerpo y no representan un peligro particular para
El efecto de las mutaciones cromosómicas en varios sistemas corporales.
El grado de cambio en las características de un organismo con mutaciones cromosómicas depende del tamaño del área defectuosa y del contenido de genes importantes para su desarrollo. Para determinar los efectos de las mutaciones cromosómicas.
Consecuencias de la mutación en células germinales y somáticas
El efecto de la mutación sobre el fenotipo humano puede diferir según el tipo de células en las que cambian las estructuras hereditarias. Mutaciones generativas o cambios en la población.
Resistencia y reparación de material genético
La estabilidad del material genético está asegurada por: un conjunto diploide de cromosomas; ADN bicatenario; degeneración (redundancia) del código genético;
Antimutagenos
El proceso de mutación es una fuente de cambios que conducen a diversas condiciones patológicas. El principio de compensación en la etapa actual implica medidas para prevenir enfermedades genéticas
1. Tema, tareas y métodos de la genética. La historia del desarrollo y formación de la genética como ciencia. 2. Etapas de desarrollo de la genética clásica. Genética (molecular) moderna. Conceptos básicos y software
Página actual: 7 (el total del libro tiene 18 páginas) [pasaje disponible para lectura: 12 páginas]
4.1. Anabolismo
El conjunto de reacciones de síntesis biológica se llama intercambio de plastico o anabolismo(del griego anabole - levantarse). El nombre de este tipo de intercambio refleja su esencia: a partir de sustancias simples que ingresan a la célula desde el exterior, se forman sustancias similares a las sustancias de la célula, es decir, asimilación.
Todos los procesos metabólicos en la célula y todo el organismo proceden bajo el control del aparato hereditario. Podemos decir que todos ellos son el resultado de la implementación de la información genética disponible en la célula.
Consideremos uno de los procesos más importantes de manifestación de información hereditaria en el curso del metabolismo plástico: la biosíntesis de proteínas.
Realización de información hereditaria - biosíntesis de proteínas
Como ya se señaló, toda la variedad de propiedades de las moléculas de proteína está determinada en última instancia por la estructura primaria, es decir, la secuencia de aminoácidos.
Para que se sintetice una proteína, la información sobre la secuencia de aminoácidos en su estructura primaria debe entregarse a los ribosomas. Este proceso incluye dos etapas. transcripción y transmisión.
Arroz. 4.1. Transcripción
Transcripción(del lat. transcriptio - reescritura) la información se produce por síntesis en una de las cadenas de la molécula de ADN de una molécula de ARN monocatenaria, cuya secuencia de nucleótidos coincide exactamente (complementaria) con la secuencia de nucleótidos de la matriz: el ADN polinucleotídico cadena. Existen mecanismos especiales para el "reconocimiento" del punto inicial de síntesis, la selección de la hebra de ADN de la que se lee la información, así como mecanismos para la finalización del proceso. Así es como se forma el ARN informativo (Fig. 4.1).
Transmisión(del latín translatio - transferencia). El siguiente paso en la biosíntesis es la traducción de la información contenida en la secuencia de nucleótidos (secuencia de codones) de la molécula de i-ARN en la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica - traducción.
En los procariotas (bacterias y azul verdoso) que no tienen un núcleo formado, los ribosomas pueden unirse a la molécula de ARNm recién sintetizada inmediatamente después de su separación del ADN o incluso antes de que se complete su síntesis. En eucariotas, el i-ARN primero debe transportarse a través de la envoltura nuclear hacia el citoplasma. La transferencia se realiza mediante proteínas especiales que forman un complejo con una molécula de ARN. Además de transportar i-RNA a los ribosomas, estas proteínas protegen el i-RNA de la acción dañina de las enzimas citoplasmáticas. En el citoplasma, el ribosoma ingresa por uno de los extremos del i-ARN (exactamente aquel a partir del cual comenzó la síntesis de la molécula en el núcleo) y comienza la síntesis del polipéptido.
El ribosoma se mueve a través de la molécula de i-RNA no suavemente, sino de forma intermitente, triplete a triplete (fig. 4.2). A medida que el ribosoma se mueve a lo largo de la molécula de i-RNA, los aminoácidos correspondientes a los tripletes de i-RNA se unen a la cadena polipeptídica uno tras otro. La correspondencia exacta del aminoácido con el código del triplete de m-ARN es proporcionada por el t-ARN. Cada aminoácido tiene su propio t-RNA, uno de cuyos tripletes: anticodón- es complementario a un triplete de i-ARN estrictamente definido. Asimismo, cada aminoácido tiene su propia enzima que lo une al t-RNA.
Arroz. 4.2. Transmisión
Arroz. 4.3. Esquema de transmisión de información hereditaria del ADN al i-ARN y a la proteína
El principio general de transmisión de información hereditaria sobre la estructura de las moléculas de proteína en el proceso de biosíntesis de la cadena polipeptídica se muestra en la Figura 4.3.
Una vez completada la síntesis, la cadena polipeptídica se separa de la matriz, la molécula de i-ARN, se enrolla en una espiral y luego adquiere la estructura terciaria característica de esta proteína.
La molécula de i-ARN se puede utilizar para sintetizar polipéptidos muchas veces, al igual que el ribosoma. La descripción de la traducción y la transcripción se da aquí de una manera muy simplificada. Cabe recordar que la biosíntesis de proteínas es un proceso extremadamente complejo, asociado a la participación de muchas enzimas y al gasto de una gran cantidad de energía, superando significativamente la cantidad de energía de los enlaces peptídicos formados. La sorprendente complejidad del sistema de biosíntesis y su alta intensidad energética aseguran una alta precisión y orden de la síntesis de polipéptidos.
La síntesis biológica de moléculas no proteicas en la célula se lleva a cabo en tres etapas. Primero, se obtiene información sobre la estructura de una proteína-enzima específica y luego, con la ayuda de esta enzima, se forma una molécula de un determinado carbohidrato o lípido. Otras moléculas se forman de manera similar: vitaminas, hormonas y otras.
Puntos de anclaje
1. La tarea principal de los procesos metabólicos es mantener la constancia del entorno interno del cuerpo (homeostasis) en condiciones de existencia en continuo cambio.
2. El metabolismo consta de dos procesos interrelacionados: asimilación y disimilación.
3. En la célula, los procesos metabólicos están asociados con diversas estructuras de membrana del citoplasma.
4.2. Metabolismo energético - catabolismo1. ¿Qué es la síntesis biológica? Dar ejemplos.
2. Dé una definición de asimilación.
3. ¿Qué es el código genético?
4. Formular las principales propiedades del código genético.
5. ¿Dónde se sintetizan los ácidos ribonucleicos?
6. ¿Dónde tiene lugar la síntesis de proteínas?
7. Cuéntanos cómo se lleva a cabo la síntesis de proteínas.
El proceso opuesto a la síntesis es la disimilación, un conjunto de reacciones de división. Cuando se descomponen los compuestos de alto peso molecular, se libera energía, que es necesaria para las reacciones biosintéticas. Por lo tanto, la disimilación también se llama metabolismo energético de la célula o catabolismo(del griego katabole - destrucción).
Arroz. 4.4. Diagrama de la estructura del ATP y su transformación en ADP
La energía química de los nutrientes está contenida en varios enlaces covalentes entre átomos en las moléculas de compuestos orgánicos. Por ejemplo, cuando se rompe un enlace químico, como un enlace peptídico, se liberan aproximadamente 12 kJ por 1 mol. En la glucosa, la cantidad de energía potencial contenida en los enlaces entre los átomos de C, H y O es de 2800 kJ por mol (es decir, 180 g de glucosa). Cuando la glucosa se descompone, la energía se libera en etapas con la participación de varias enzimas de acuerdo con la ecuación final:
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + 6CO 2 + 2800 kJ
Parte de la energía liberada por los nutrientes se disipa en forma de calor y parte se acumula, es decir, se acumula en los enlaces fosfato ricos en energía del ATP.
Es el ATP el que aporta energía para todo tipo de funciones celulares: biosíntesis, trabajo mecánico (división celular, contracción muscular), transporte activo de sustancias a través de membranas, mantenimiento del potencial de membrana en el proceso de conducción de un impulso nervioso, liberación de diversos secretos. .
La molécula de ATP consta de una base de adenina nitrogenada, un azúcar ribosa y tres residuos de ácido fosfórico (fig. 4.4). La adenina, la ribosa y el primer fosfato forman el monofosfato de adenosina (AMP). Si se añade el segundo fosfato al primero, se obtiene el difosfato de adenosina (ADP). La molécula con tres residuos de ácido fosfórico (ATP) es la que consume más energía. La escisión del fosfato terminal por el ATP se acompaña de la liberación de 40 kJ en lugar de los 12 kJ liberados durante la ruptura de los enlaces químicos ordinarios.
Gracias a los enlaces ricos en energía en las moléculas de ATP, la célula puede almacenar una gran cantidad de energía en un espacio muy pequeño y gastarla según sea necesario. La síntesis de ATP tiene lugar principalmente en las mitocondrias. Desde aquí, las moléculas de ATP ingresan a diferentes partes de la célula, proporcionando energía para los procesos metabólicos.
Etapas del metabolismo energético. El intercambio de energía suele dividirse en tres etapas. Primera etapa - preparatorio. En esta etapa, las moléculas de di y polisacáridos, grasas, proteínas se descomponen en moléculas pequeñas: glucosa, glicerina y ácidos grasos, aminoácidos; moléculas grandes de ácido nucleico - en nucleótidos. En esta etapa, se libera una pequeña cantidad de energía, que se disipa en forma de calor.
Segunda fase - libre de oxígeno. También se llama respiración anaeróbica (glucólisis ) o fermentación. El término "fermentación" se utiliza habitualmente en relación con los procesos que tienen lugar en las células de microorganismos o plantas. Las sustancias formadas en esta etapa en el citoplasma de las células con la participación de enzimas se degradan aún más. Por ejemplo, en los músculos, como resultado de la respiración anaeróbica, una molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de ácido pirúvico (C 3 H 4 O 3), que luego se reducen a ácido láctico (C 3 H 6 O 3). El ácido fosfórico y el ADP participan en las reacciones de escisión de la glucosa. En resumen, se ve así:
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2 C 3 H 6 O 3 + 2ATP + 2H 2 O
En los hongos de levadura, la molécula de glucosa, sin la participación de oxígeno, se convierte en alcohol etílico y dióxido de carbono (fermentación alcohólica):
C 6 H 12 O 6 + 2H 3 PO 4 + 2ADP → 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP + 2H 2 O
En otros microorganismos, la glucólisis puede resultar en la formación de acetona, ácido acético etc.
En todos los casos, la degradación de una molécula de glucosa va acompañada de la formación de dos moléculas de ATP. Durante la descomposición de la glucosa sin oxígeno, el 40% de la energía se almacena en la molécula de ATP en forma de enlace químico y el resto se disipa en forma de calor.
La tercera etapa del metabolismo energético - etapa de la respiración aeróbica, o división de oxígeno. Las reacciones de esta etapa del metabolismo energético se llevan a cabo en las mitocondrias. Cuando el oxígeno está disponible para la célula, las sustancias formadas durante la etapa anterior se oxidan a los productos finales: H 2 O y CO 2. La respiración de oxígeno va acompañada de la liberación de una gran cantidad de energía y su acumulación en moléculas de ATP. La ecuación general de la respiración aeróbica se ve así:
2C 3 H 6 O 3 + 6O 2 + 36H 3 PO 4 + 36ADP → 6CO 2 + 42H 2 O + 36ATP
Así, durante la oxidación de dos moléculas de ácido láctico, se forman 36 moléculas de ATP. En consecuencia, la respiración aeróbica juega el papel principal en el suministro de energía a la célula.
Según el método de obtención de energía, todos los organismos se dividen en dos grupos: autótrofos y heterótrofos.
4.3. Tipo de metabolismo autótrofoAutótrofos- estos son organismos que proporcionan nutrición (es decir, reciben energía) debido a compuestos inorgánicos. Estos incluyen algunas bacterias y todas las plantas verdes. Dependiendo de la fuente de energía que utilicen los organismos autótrofos para la síntesis de compuestos orgánicos, se dividen en dos grupos: fotótrofos y quimiótrofos.
Arroz. 4.5. Diagrama del proceso de fotosíntesis.
Para los fotótrofos, la fuente de energía es la luz, mientras que los quimiótrofos utilizan la energía liberada durante las reacciones redox. Las plantas verdes son fotótrofas. Con la ayuda de la clorofila contenida en los cloroplastos, realizan la fotosíntesis, la conversión de la energía luminosa en energía de enlaces químicos.
Fotosíntesis. La fotosíntesis es la formación de moléculas orgánicas (e inorgánicas) a partir de moléculas inorgánicas utilizando la energía de la luz solar. Este proceso consta de dos fases: ligero y oscuro(figura 4.5).
En la fase de luz, los cuantos de luz (fotones) interactúan con las moléculas de clorofila, como resultado de lo cual estas moléculas pasan por un tiempo muy corto a un estado "excitado" más rico en energía. El exceso de energía de una fracción de las moléculas de clorofila excitadas se convierte luego en calor o se emite en forma de luz. Otra parte se transfiere a iones de hidrógeno H +, que siempre están presentes en solución acuosa debido a la disociación del agua.
H 2 O → H + + OH -
Los átomos de hidrógeno formados (H 0) se combinan libremente con moléculas orgánicas: portadores de hidrógeno. Iones hidroxilo OH: donan sus electrones a otras moléculas y se convierten en radicales libres OH 0. Los radicales OH 0 interactúan entre sí, lo que resulta en la formación de agua y oxígeno molecular:
4OH → O 2 + 2H 2 O
Por lo tanto, la fuente de oxígeno molecular que se forma durante la fotosíntesis y se libera a la atmósfera es el agua, que se divide como resultado de la fotólisis, la descomposición del agua bajo la influencia de la luz. Además de la fotólisis del agua, la energía luminosa se utiliza en la fase luminosa para la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato sin la participación de oxígeno.
Este es un proceso muy efectivo: los cloroplastos producen 30 veces más ATP que en las mitocondrias de las mismas plantas con la participación de oxígeno. De esta forma se acumula la energía necesaria para los procesos que ocurren en la fase oscura de la fotosíntesis.
En el complejo de reacciones químicas de la fase oscura, para cuyo curso no se requiere luz, la unión de CO 2 ocupa un lugar clave. Estas reacciones involucran moléculas de ATP sintetizadas durante la fase ligera y átomos de hidrógeno formados durante la fotólisis del agua y asociados con moléculas portadoras:
6CO 2 + 24H → C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O
Entonces, la energía de la luz solar se convierte en energía de enlaces químicos de compuestos orgánicos complejos.
Como se señaló anteriormente, un subproducto de la fotosíntesis en las plantas verdes es el oxígeno molecular liberado a la atmósfera. El oxígeno libre en la atmósfera es un factor poderoso en la transformación de sustancias. Su aparición sirvió como requisito previo para el surgimiento en nuestro planeta del tipo de metabolismo aeróbico y el surgimiento de la vida en la tierra.
Quimiosíntesis. Algunas bacterias, desprovistas de clorofila, también son capaces de sintetizar compuestos orgánicos, mientras utilizan la energía de reacciones químicas de sustancias inorgánicas. La transformación de la energía de las reacciones químicas en energía química de los compuestos orgánicos sintetizados se denomina quimiosíntesis.
La quimiosíntesis fue descubierta por el destacado microbiólogo ruso S. N. Vinogradskiy (1887).
Al grupo de autótrofos-quimiosintéticos (quimiótrofos) incluyen bacterias nitrificantes. Algunos de ellos utilizan la energía de la oxidación del amoniaco a ácido nitroso, otros utilizan la energía de la oxidación. ácido nitroso en nitrógeno. Los quimiosintéticos conocidos extraen energía de la oxidación del hierro ferroso a férrico ("bacterias del hierro") o de la oxidación del sulfuro de hidrógeno a ácido sulfúrico ("bacterias del azufre"). Al fijar el nitrógeno atmosférico, convirtiendo los minerales en una forma soluble que puede ser asimilada por las plantas, las bacterias quimiosintéticas juegan un papel importante en el ciclo de las sustancias de la naturaleza.
Tipo de metabolismo heterotrófico. Los organismos que son incapaces de sintetizar compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos por sí mismos necesitan ser liberados de ambiente... Tales organismos se llaman heterótrofos. Estos incluyen la mayoría de las bacterias, hongos y todos los animales. Los animales comen otros animales y plantas y obtienen carbohidratos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos prefabricados de sus alimentos. En el curso de la vida, estas sustancias se descomponen. Los compuestos orgánicos más complejos característicos de un organismo determinado (glucógeno, grasas, proteínas, ácidos nucleicos) se sintetizan a partir de una parte de las moléculas liberadas en este proceso: glucosa, aminoácidos, nucleótidos, etc. Otra parte de las moléculas se divide y la energía liberada durante este proceso se utiliza para la vida.
Los procesos de biosíntesis tienen lugar continuamente en las células. Con la ayuda de enzimas, las sustancias orgánicas bastante simples se transforman en complicadas de alto peso molecular: las proteínas se forman a partir de aminoácidos, carbohidratos multimoleculares, a partir de carbohidratos simples, nucleótidos, a partir de bases nitrogénicas y carbohidratos, ADN y ARN, a partir de nucleótidos. Todas las reacciones de biosíntesis en el organismo se denominan asimilación. El proceso opuesto, que incluye la destrucción de compuestos orgánicos, es la disimilación. La energía, derivada de las reacciones de disimilación, es necesaria para el proceso de biosíntesis.
Puntos de anclaje
1. El metabolismo consta de dos procesos estrechamente interrelacionados y dirigidos de manera opuesta: asimilación y disimilación.
2. La gran mayoría de los procesos vitales de la célula requieren un gasto de energía en forma de ATP.
3. La descomposición de la glucosa en los organismos aeróbicos, en los que a la etapa anóxica le sigue la descomposición del ácido láctico con la participación de oxígeno, es 18 veces más eficiente energéticamente que la glucólisis anaeróbica.
4. La forma más eficaz de fotosíntesis es aquella en la que se utiliza agua como fuente de hidrógeno.
Revisar preguntas y asignaciones
1. ¿Qué es la disimilación? Describe las etapas de la disimilación.
2. ¿Cuál es el papel del ATP en el metabolismo celular?
3. Cuéntenos sobre el metabolismo energético en la célula usando el ejemplo de la descomposición de la glucosa.
4. ¿Qué tipo de nutrición de organismos conoces?
5. ¿Qué organismos se denominan autótrofos?
6. Describe las fases clara y oscura de la fotosíntesis.
7. ¿Por qué se libera oxígeno libre a la atmósfera en las plantas verdes como resultado de la fotosíntesis?
8. ¿Qué es la quimiosíntesis?
9. ¿Qué organismos se denominan heterótrofos? Dar ejemplos.
Utilizando vocabulario títulos "Terminología" y "Resumen", traducir al idioma en Inglés puntos de "Puntos de pivote".
Terminología
Revisión del material aprendido en el Capítulo 4Temas para debatir
¿Qué organismos se denominan autótrofos? ¿En qué grupos se dividen los autótrofos?
¿Cuál es el mecanismo de formación de oxígeno libre como resultado de la fotosíntesis en plantas verdes? ¿Cuál es el significado biológico y ecológico de este proceso?
¿Dónde, como resultado de qué transformaciones de moléculas y en qué cantidad se forma ATP en los organismos vivos?
Disposiciones Básicas
La esencia del metabolismo es la transformación de sustancias y energía.
Las reacciones metabólicas consisten en procesos de asimilación y disimilación interrelacionados, pero multidireccionales, cuya coherencia asegura la homeostasis del cuerpo.
El código genético es una organización históricamente establecida de moléculas de ADN y ARN, en la que la información hereditaria sobre las características y propiedades de un organismo se encierra en una secuencia de nucleótidos.
El metabolismo energético de un organismo o una célula incluye tres etapas: preparatoria - la división de biopolímeros de alimentos en monómeros, descomposición anóxica - en productos intermedios y descomposición del oxígeno - en productos finales. Solo las dos últimas etapas van acompañadas de la formación de ATP.
Areas problemáticas
¿Cómo se obtiene la información hereditaria sobre los rasgos y propiedades de los virus que contienen ADN y ARN?
¿Cuál es el significado biológico de la redundancia del código genético?
¿Cómo se obtiene la información hereditaria sobre la estructura y las funciones de las moléculas no proteicas sintetizadas en la célula?
¿Crees que es posible aumentar la eficiencia de la fotosíntesis?
Aspectos aplicados
¿Cómo crees que puedes mejorar la eficiencia de la fotosíntesis en plantas verdes?
¿Qué ejemplos puede dar que caractericen el uso de las características metabólicas de los organismos vivos en la medicina, la agricultura y otras industrias?
Tareas
Escribe las ecuaciones de reacción para las fases clara y oscura de la fotosíntesis. Indicar las vías de transferencia de electrones y protones.
Describir las diversas reacciones de degradación anóxica de la glucosa en organismos anaeróbicos y aeróbicos.
Describe el proceso de descomposición de moléculas orgánicas con la participación de oxígeno en las células de organismos aeróbicos.
Capítulo 5. Estructura y función de las células
Para las partes elementales más diversas de los organismos, existe principio general estructura y desarrollo, y este principio es la formación de células.
T. Schwann
Las transformaciones bioquímicas están indisolublemente ligadas a las estructuras de una célula viva que son responsables del desempeño de una función particular. Estas estructuras se denominan orgánulos, ya que, al igual que los órganos de todo el organismo, realizan función específica... Los métodos de investigación modernos han permitido a los biólogos establecer que, de acuerdo con la estructura de la célula, todos los seres vivos deben dividirse en organismos "libres de armas nucleares": procariotas (literalmente, pre-nucleares) y "nucleares", eucariotas. El grupo de procariotas incluye todas las bacterias y azul verdoso (cyane), y el grupo de eucariotas incluye hongos, plantas y animales.
Actualmente, existen dos niveles de organización celular: procariota y eucariota. Los organismos procariotas conservan las características de la antigüedad más profunda: están organizados de manera muy simple. Sobre esta base, se distinguen en un reino independiente. Los organismos eucariotas contienen un núcleo limitado por una membrana, así como complejas "centrales eléctricas": las mitocondrias. En otras palabras, todas las células "nucleares" - eucariotas - están altamente organizadas, adaptadas para consumir oxígeno y, por lo tanto, pueden producir grandes cantidades de energía.
5.1. Célula procariotaLas bacterias son células procariotas típicas. Viven en todas partes: en el agua, en el suelo, en la comida. Viven en la cuenca más profunda del océano y en las más altas pico de la montaña Tierra - Everest, se encuentran en el hielo del Ártico y la Antártida, en fuentes subterráneas de agua caliente, en la atmósfera superior. Esta lista de condiciones de vida ya muestra el alto grado de adaptabilidad que tienen los organismos procariotas, a pesar de la simplicidad de su estructura. Las bacterias son formas de vida primitivas y se puede suponer que pertenecen al tipo de criaturas vivientes que aparecieron en las primeras etapas del desarrollo de la vida en la Tierra.
Las bacterias parecen haber vivido originalmente en los mares; de ellos probablemente se originaron los microorganismos modernos. Una persona se familiarizó con el mundo de los microbios hace relativamente poco tiempo, solo después de que aprendió a hacer lentes (siglo XVII), que dan un aumento suficientemente fuerte. El desarrollo de la tecnología en los siglos siguientes hizo posible estudiar en detalle las bacterias y otros organismos procariotas.
Detengámonos en las características estructurales de la célula bacteriana (Fig. 5.1). El tamaño de las células bacterianas varía ampliamente: de 1 a 10-15 micrones. De acuerdo con la forma, se distinguen las células esféricas: cocos, alargadas, varillas o bacilos, y convolutas, espirillas (Figura 5.2). Dependiendo de la especie a la que pertenezcan los microorganismos, existen por separado o forman grupos característicos. Por ejemplo, el estreptococo, que causa enfermedades inflamatorias en humanos y animales, forma cadenas de varias células bacterianas; Staphylococcus aureus, que afecta el tracto respiratorio en los niños, crece en formaciones que se asemejan a un racimo de uvas. Por la naturaleza de tales acumulaciones de células bacterianas y por las peculiaridades de su actividad vital, los microbiólogos pueden determinar a qué especie pertenece el microorganismo aislado.
Arroz. 5.1. Diagrama de la estructura de las células procariotas.
Arroz. 5.2. La forma y disposición mutua de las bacterias: 1 - varillas, 2-4 - cocos, 5 - espirilla
La característica principal de la estructura de las bacterias es la ausencia de un núcleo delimitado por una capa. Su información hereditaria está contenida en un cromosoma. El cromosoma bacteriano, que consta de una molécula de ADN, tiene forma de anillo y está sumergido en el citoplasma. El ADN de las bacterias no forma complejos con las proteínas y, por lo tanto, la inmensa mayoría de las inclinaciones hereditarias, los genes que forman el cromosoma, "funcionan", es decir, la información hereditaria se lee continuamente de ellos. La célula bacteriana está rodeada por una membrana (v. Fig. 5.1), que separa el citoplasma de la pared celular, formada por una sustancia heteropolimérica compleja. Hay pocas membranas en el citoplasma. Contiene ribosomas que sintetizan proteínas. Todas las enzimas que proporcionan los procesos vitales de las bacterias se dispersan de manera difusa por todo el citoplasma o se adhieren a la superficie interna de la membrana. En muchos microorganismos, las sustancias de almacenamiento se depositan dentro de la célula: polisacáridos, grasas, polifosfatos. Estas sustancias, al estar involucradas en procesos metabólicos, pueden prolongar la vida de la célula en ausencia de fuentes de energía externas.
Las bacterias se multiplican dividiéndolo en dos. Después de la reduplicación del cromosoma del anillo y el alargamiento celular, se forma gradualmente un tabique transversal y luego las células hijas divergen o permanecen conectadas en grupos característicos: cadenas, paquetes, etc. A veces, la reproducción está precedida por un proceso sexual, cuya esencia es el intercambio de material genético y la aparición de nuevas combinaciones de genes en el cromosoma bacteriano.
Arroz. 5.3. Espora madura en una célula bacteriana
Muchas bacterias tienden a esporulación. Las disputas surgen, por regla general, cuando hay una falta de nutrientes o cuando los productos metabólicos se acumulan en exceso en el medio ambiente. La formación de esporas comienza con el desprendimiento de una parte del citoplasma de la célula madre. La parte desprendida contiene un cromosoma y está rodeada por una membrana (fig. 5.3). Luego, la espora está rodeada por una pared celular, a menudo de varias capas. Los procesos de vida dentro de las esporas prácticamente cesan. Cuando se secan, las esporas bacterianas son muy estables y pueden permanecer viables durante muchos cientos o incluso miles de años, resistiendo fuertes fluctuaciones de temperatura. Un ejemplo de esto son las esporas encontradas en entierros antiguos (momias de los antiguos egipcios, suministros de alimentos en varias cuevas), durante la perforación estéril del hielo que rodea el Polo Sur. Una vez en condiciones favorables, las esporas se transforman en una célula bacteriana activa. Los microbiólogos han cultivado colonias de microorganismos a partir de esporas capturadas en una muestra de hielo que tiene entre 10 y 12 mil años de antigüedad.
Las esporas de bacterias patógenas que han estado inactivas durante muchos años en el suelo, que entran al agua (con varios tipos de medidas de riego), pueden causar brotes. enfermedades infecciosas... Por ejemplo, las barras de ántrax siguen siendo viables y permanecen en forma de esporas durante más de 30 años.
Por lo tanto, la esporulación en procariotas es una etapa ciclo vital proporcionando la experiencia de condiciones ambientales adversas. Además, en estado de esporas, la propagación de microorganismos puede ocurrir con la ayuda del viento y de otras formas.
Recientemente se distinguen dos niveles de organización celular: procariótico y eucariótico. En los organismos procarióticos han permanecido muchas características antiguas, incluida la simplicidad de su estructura. Por lo tanto, no tienen núcleos separados del protoplasma por una membrana, no tienen una capacidad especial para reproducir orgánulos y no tienen formaciones esqueléticas en el citoplasma. Debido a estas características, están excluidos de un reino separado de microorganismos procarióticos. Las eubacterias y cianobacterias se consideran los representantes más importantes de este Reino, y las arqueobacterias siguen siendo las más similares a los ancestros antiguos.
Puntos de anclaje
1. En los procariotas, el material genético de la célula está representado por una molécula de ADN circular.
2. Todas las bacterias, azul verdosas y micoplasmas son haploides, es decir, contienen una copia de los genes.
3. En las células de los organismos procariotas, prácticamente no hay membranas internas, por lo tanto, la mayoría de las enzimas se distribuyen de manera difusa en el citoplasma.
Revisar preguntas y asignaciones
1. ¿Qué son los orgánulos celulares?
2. ¿Cuál es la base para la división de todos los organismos vivos en dos grupos: procariotas y eucariotas?
3. ¿Qué organismos se clasifican como procariotas?
4. Describe la estructura de la célula bacteriana.
5. ¿Cómo crecen las bacterias?
6. ¿Cuál es la esencia del proceso de esporulación en bacterias?
Utilizando el vocabulario de los encabezados "Terminología" y "Resumen", traduzca los elementos de "Puntos pivote" al inglés.
Terminología
Para cada término indicado en la columna de la izquierda, seleccione la definición correspondiente dada en la columna de la derecha en ruso e inglés.
Seleccione la definición correcta para cada término en la columna de la izquierda de las variantes en inglés y ruso enumeradas en la columna de la derecha.
Temas para debatir
¿Cuál es el significado de los procariotas en las biocenosis? ¿Cuál es su papel ecológico?
¿Cómo afectan los patógenos al estado de un macroorganismo (huésped)?
La síntesis de proteínas biológicas es un proceso de varios pasos muy complejo. Ahora se ha demostrado que la biosíntesis de proteínas no se produce en el núcleo, sino en el citoplasma. El ADN no participa directamente en la síntesis de proteínas. El papel de un intermediario cuya función es traducir información hereditaria sobre composición química y la estructura de las proteínas almacenadas en el ADN, los ácidos ribonucleicos (i-ARN, t-ARN) actúan en la cadena polipeptídica de una proteína particular. Gran importancia en la biosíntesis de proteínas tiene ARN mensajero. Actúa como matriz. La cantidad de moléculas de m-ARN formadas en el ADN está determinada por la cantidad de genes que controlan la síntesis de proteínas específicas en un organismo en particular. Cada proteína requiere su propio i-ARN para la síntesis, una molécula de la cual "borra" la secuencia de nucleótidos de una región de ADN igual a un gen, y luego, el i-ARN transfiere esta información a la secuencia de aminoácidos en el polipéptido. cadena de la proteína. El ARN mensajero del núcleo ingresa al citoplasma y actúa sobre los ribosomas en relación con las proteínas como matriz.
La biosíntesis de proteínas comienza con un proceso llamado transcripción (de la transcripción en inglés - reescritura, copia). En el sitio de un gen específico de la molécula de ADN, se sintetiza ARNm. La síntesis de ARNm se lleva a cabo utilizando muchas enzimas, pero el papel principal pertenece a la ARN polimerasa, que se une al punto de partida de la molécula de iniciación de la transcripción del ADN llamada promotor, desenrolla la doble hélice y sintetiza el ARNm. El promotor está ubicado frente al gen e incluye aproximadamente 80 nucleótidos en eucariotas y aproximadamente 10 nucleótidos en virus y bacterias.
La ARN polimerasa se mueve a lo largo del gen y lidera la síntesis de i-ARN. La molécula de ARNm sintetizada se separa del ADN y las partes del gen en el que se formó este ácido se vuelven a unir. El final de la síntesis de m-RNA determina el sitio, que se denomina terminador. Los nucleótidos promotor y terminador reconocen proteínas específicas que regulan la actividad de la ARN polimerasa.
Ahora se ha demostrado que el precursor del m-RNA, el llamado pro-m-RNA, se sintetiza por primera vez. Este ácido es más grande que el ARNm y contiene fragmentos que no codifican la síntesis de la cadena peptídica de una proteína en particular. Esto se debe al hecho de que en el ADN, junto con las regiones que codifican r-RNA, t-RNA y polipéptidos, existen fragmentos que no portan información genética. Estos fragmentos se denominan intrones y los fragmentos codificantes se denominan exones. Después de la formación de pro-i-RNA, tiene lugar el proceso de maduración del m-RNA, que se denomina procesamiento. En el proceso de maduración del ARNm, los intrones son eliminados por enzimas especiales y las secciones informativas (exones) se conectan en un orden estricto con la ayuda de enzimas ligasa. Este proceso se llama empalme (del empalme inglés). Importancia biológica y el papel de los intrones sigue sin estar claro. Sin embargo, se encontró que cuando solo se leen exones en el ADN, no se forma ARNm maduro.
El siguiente paso en la biosíntesis es la traducción, que tiene lugar en el citoplasma de los ribosomas. Su esencia es que la secuencia de la disposición de los nucleopéptidos en el ARNm se traduce en una secuencia estrictamente ordenada de la disposición de los aminoácidos en la molécula de la proteína sintetizada. Este proceso se lleva a cabo con la participación activa del t-RNA y consiste en la activación de aminoácidos y la síntesis directa de una molécula de proteína. Los aminoácidos libres son activados y unidos al t-RNA por la enzima aminoacil-t-RNA sintéticos. Los aminoácidos activados t-RNA se envían a los ribosomas. Estos orgánulos del citoplasma constan de dos subpartículas, una de las cuales tiene una constante de sedimentación de 30 S y la segunda de 50 S. La molécula de ARNm sale del núcleo hacia el citoplasma y se adhiere a una pequeña subunidad del ribosoma. El codón de inicio AUG sirve como señal para la traducción. Cuando el t-ARN entrega un aminoácido activado al ribosoma, su anticodón se une al codón complementario del ARNm. El extremo aceptor del t-RNA con el aminoácido correspondiente está unido a la superficie de la subunidad grande del ribosoma. Luego, el siguiente t-ARN libera el siguiente aminoácido y así sucesivamente La molécula de ARNm actúa sobre varios ribosomas unidos en polisomas. El comienzo de la síntesis de una cadena polipeptídica se denomina alargamiento. El final de la síntesis de la cadena polipeptídica se denomina terminación. La terminación ocurre cuando uno de los codones terminadores UAA, UAT o UGA aparece en el ARNm.
ver también
Biogeoquímica: historia y modernidad
Introducción La biogeoquímica es una ciencia que estudia la actividad vital de los organismos como factor principal en la migración y distribución masiva. elementos químicos en el piso. El tema de la biogeo ...
¿Qué es la vida desde el punto de vista de la física?
INTRODUCCIÓN La ciencia natural moderna incluye conceptos teóricos que se formaron durante el siglo XX en el marco de diversas disciplinas científicas. La ciencia natural más importante ...
Influencia de los biorritmos en el cuerpo humano.
Introducción a los biorritmos médicos de rendimiento del atleta Las personas conocen la existencia de los ritmos biológicos desde la antigüedad. Ya en el "Antiguo Testamento" se dan instrucciones sobre la imagen correcta de w ...