ВходРасщепление высокомолекулярных соединений в клетке осуществляется. Обмены веществ, происходящие в клетках человека. Основные стадии митоза
Демонстрационный вариант
Инструкция по выполнению работы
На выполнение экзаменационнойработы
по биологии отводится 3 часа (180 минут). Работа
состоит из 3 частей, включающих 50 заданий.
Часть 1 включает 36 заданий (А1–А36). К каждому
заданию приводится 4 варианта ответа, один из
которых верный.
Часть 2 содержит 8 заданий (B1–B8): 3 – с выбором 3
верных ответов из 6, 3 – на соответствие, 2 – на
установление последовательности биологических
процессов, явлений, объектов.
Часть 3 содержит 6 заданий со свободным ответом
(С1–С6).
За выполнение различных по сложности заданий
дается от одного до трех баллов. Баллы,
полученные за выполненные задания, суммируются.
Часть 1
Выберите 1 верный ответ из 4.
А1. Главный признак живого:
1) движение;
2) увеличение массы;
3) обмен веществ;
4) распад на молекулы.
А2. О сходстве клеток эукариот свидетельствует наличие в них:
1) ядра;
2) пластид;
3) оболочки из клетчатки;
4) вакуолей с клеточным соком.
А3. Строение и функции плазматической мембраны обусловлены входящими в ее состав молекулами:
1) гликогена и крахмала;
2) ДНК и АТФ;
3) белков и липидов;
4) клетчатки и глюкозы.
А4. Мейоз отличается от митоза наличием:
1) интерфазы;
2) веретена деления;
3) четырех фаз деления;
4) двух последовательных делений.
А5. К автотрофным организмам относят:
1) мукор;
2) дрожжи;
3) пеницилл;
4) хлореллу.
А6. При партеногенезе организм развивается из:
1) зиготы;
2) вегетативной клетки;
3) соматической клетки;
4) неоплодотворенной яйцеклетки.
А7. Парные гены гомологичных хромосом называют:
1) аллельными;
2) сцепленными;
3) рецессивными;
4) доминантными.
А8. У собак черная шерсть (А ) доминирует над коричневой (а ), а коротконогость (В ) – над нормальной длиной ног (b ). Выберите генотип черной коротконогой собаки, гетерозиготной только по признаку длины ног.
1) ААBb ;
2) Аabb ;
3) AaBb ;
4) AABB .
А9. Мутационная изменчивость в отличие от модификационной:
1) носит обратимый характер;
2) передается по наследству;
3) характерна для всех особей вида;
4) является проявлением нормы реакции признака.
А10. Какие особенности жизнедеятельности грибов указывают на их сходство с растениями?
1) использование солнечной энергии при фотосинтезе;
2) неограниченный рост в течение всей жизни;
3) синтез органических веществ из неорганических;
4) выделение кислорода в атмосферу.
А11. Клубень и луковица – это:
1) органы почвенного питания;
2) видоизмененные побеги;
3) генеративные органы;
4) зачаточные побеги.
А12. К какой группе относят растения, состоящие из клеток, недифференцированных на ткани?
1) мхов;
2) хвощей;
3) водорослей;
4) лишайников.
А13. У насекомых с полным превращением:
1) личинка похожа на взрослое насекомое;
2) за стадией личинки следует стадия куколки;
3) во взрослое насекомое превращается личинка;
4) личинка и куколка питаются одинаковой пищей.
А14. Каких позвоночных называют первыми настоящими наземными животными?
1) земноводных;
2) пресмыкающихся;
3) птиц;
4) млекопитающих.
А15. Ядовитые вещества, попавшие в организм человека с пищей, обезвреживаются в:
1) почках;
2) печени;
3) толстом кишечнике;
4) поджелудочной железе.
А16. Трение при движении костей в суставе снижается за счет:
1) суставной сумки;
2) отрицательного давления внутри сустава;
3) суставной жидкости;
4) суставных связок.
А17. При малокровии у человека наблюдается:
1) недостаток кальция в крови;
2) уменьшение содержания гормонов в крови;
3) уменьшение содержания гемоглобина в крови;
4) нарушение деятельности поджелудочной железы.
А18. Какой буквой на рисунке обозначен отдел головного мозга, в котором расположен центр дыхания?
1) А;
2) Б;
3) В;
4) Г.
А19. Заражение человека финнами бычьего цепня может произойти при употреблении:
1) в пищу немытых овощей;
2) воды из стоячего водоема;
3) плохо прожаренного мяса;
4) плохо вымытой посуды, которой пользовался больной.
А20. К какому критерию вида относят область распространения северного оленя?
1) экологическому;
2) генетическому;
3) морфологическому;
4) географическому.
А21. Исходным материалом для естественного отбора служит:
1) борьба за существование;
2) мутационная изменчивость;
3) изменение среды обитания организмов;
4) приспособленность организмов к среде обитания.
А22. Формирование приспособленности у организмов происходит в результате:
1) освоения видом новых территорий;
2) прямого воздействия среды на организм;
3) дрейфа генов и увеличения численности гомозигот;
4) естественного отбора и сохранения особей с полезными признаками.
А23. В связи с выходом на сушу у первых растений сформировались:
1) ткани;
2) споры;
3) семена;
4) половые клетки.
А24. К биотическим компонентам экосистемы относят:
1) газовый состав атмосферы;
2) состав и структуру почвы;
3) особенности климата и погоды;
4) продуцентов, консументов, редуцентов.
А25. Какой объект отсутствует в приведенной ниже цепи питания:
листовой опад ® ...... ® еж ® лисица?
1) крот;
2) кузнечик;
3) дождевой червь;
4) плесневые грибы.
А26. Как предотвратить нарушения человеком равновесия в биосфере?
1) повысить интенсивность хозяйственной деятельности;
2) увеличить продуктивность биомассы экосистем;
3) учитывать экологические закономерности в хозяйственной деятельности;
4) изучить биологию редких и исчезающих видов растений и животных.
А27. Гидролитическое расщепление высокомолекулярных веществ в клетке происходит в:
1) лизосомах;
2) рибосомах;
3) хлоропластах;
4) эндоплазматической.
А28. Какой антикодон транспортной РНК соответствует триплету ТГА в молекуле ДНК?
1) АЦУ;
2) ЦУГ;
3) УГА;
4) АГА.
А29. В интерфазе перед митозом в клетке:
1) хромосомы выстраиваются в плоскости экватора;
2) хромосомы расходятся к полюсам клетки;
3) количество молекул ДНК уменьшается вдвое;
4) количество молекул ДНК удваивается.
А30. При моногибридном скрещивании гетерозиготной особи с гомозиготной рецессивной в их потомстве происходит расщепление признаков по фенотипу в соотношении:
1) 3: 1;
2) 9: 3: 3: 1;
3) 1: 1;
4) 1: 2: 1.
А31. В селекции для получения новых полиплоидных сортов растений:
1) скрещивают особи двух чистых линий;
2) скрещивают родителей с их потомками;
3) кратно увеличивают набор хромосом;
4) увеличивают число гомозиготных особей.
А32. Форма тела головастиков, наличие у них боковой линии, жабр, двухкамерного сердца, одного круга кровообращения свидетельствуют о родстве:
1) хрящевых и костных рыб;
2) ланцетника и рыб;
3) земноводных и рыб;
4) пресмыкающихся и рыб.
А33. Человек, в отличие от животных, услышав слово, воспринимает:
1) высоту составляющих его звуков;
2) направление звуковой волны;
3) степень громкости звука;
4) содержащийся в нем смысл.
А34. В процессе всасывания через ворсинки тонкой кишки поступают непосредственно в кровь:
1) глюкоза и аминокислоты;
2) глицерин и жирные кислоты;
3) белки и жиры;
4) гликоген и крахмал.
А35. Какой из перечисленных ароморфных признаков позволил млекопитающим освоить разнообразные среды обитания?
1) теплокровность;
2) гетеротрофное питание;
3) легочное дыхание;
4) развитие коры больших полушарий.
А36. В чем причина смены одного биоценоза другим?
1) изменение погодных условий;
2) сезонные изменения в природе;
3) колебание численности популяций одного вида;
4) изменение среды обитания живыми организмами.
Часть 2
Выберите 3 верных ответа из 6 и запишите выбранные буквы в алфавитном порядке.
В1. Для прокариотной клетки характерно наличие:
А) рибосом;
Б) митохондрий;
В) оформленного ядра;
Г) плазматической мембраны;
Д) эндоплазматической сети;
Е) одной кольцевой ДНК.
В2. В связи с прямохождением у человека:
А) освобождаются верхние конечности;
Б) стопа приобретает сводчатую форму;
В) большой палец руки противостоит остальным;
Г) таз расширяется, его кости срастаются;
Д) мозговой отдел черепа меньше лицевого;
Е) уменьшается волосяной покров.
В3. В чем сходство природной и искусственной экосистем?
А) небольшое число видов;
Б) наличие цепей питания;
В) замкнутый круговорот веществ;
Г) использование солнечной энергии;
Д) использование дополнительных источников энергии;
Е) наличие продуцентов, консументов, редуцентов.
При выполнении заданий В4–В6 установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Впишите в таблицу буквы выбранных ответов.
В4. Установите соответствие между признаком животных и классом, для которого этот признак характерен.
1) оплодотворение внутреннее;
2) оплодотворение у большинства видов наружное;
3) непрямое развитие;
4) размножение и развитие происходит на суше;
5) тонкая кожа, покрытая слизью;
6) яйца с большим запасом питательных веществ.
А) Земноводные;
Б) Пресмыкающиеся.
В5. Установите соответствие между кровеносными сосудами человека и направлением движения крови в них.
КРОВЕНОСНЫЕ СОСУДЫ
1) вены малого круга кровообращения;
2) вены большого круга кровообращения;
3) артерии малого круга кровообращения;
4) артерии большого круга кровообращения.
НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ КРОВИ
А) от сердца;
Б) к сердцу.
В6. Установите соответствие между особенностями обмена веществ и организмами, для которых эти особенности характерны.
ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
1) использование энергии солнечного света для синтеза АТФ;
2) использование энергии, заключенной в пище, для синтеза АТФ;
3) использование только готовых органических веществ;
4) синтез органических веществ из неорганических;
5) выделение кислорода в процессе обмена веществ.
ОРГАНИЗМЫ
А) автотрофы;
Б) гетеротрофы.
При выполнении заданий В7–В8 установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий. Запишите в таблицу буквы выбранных ответов.
В7. Установите последовательность, отражающую систематическое положение вида Капустная белянка в классификации животных, начиная с наименьшей категории.
А) класс Насекомые;
Б) вид Капустная белянка;
В) отряд Чешуекрылые;
Г) тип Членистоногие;
Д) род Огородные белянки;
Е) семейство Белянки.
Часть 3
На задание С1 дайте краткий свободный ответ, а на задания С2–С6 – полный развернутый ответ.
С1. В ХVII в. голландский ученый ван Гельмонт провел опыт. Он посадил небольшую иву в кадку с почвой, предварительно взвесив растение и почву, и только поливал ее в течение нескольких лет. Спустя 5 лет ученый снова взвесил растение. Его вес увеличился на 63,7 кг, вес почвы уменьшился всего на 0,06 кг. Объясните, за счет чего произошло увеличение массы растения, какие вещества из внешней среды обеспечили этот прирост.
С2. Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.
1. У растений, как и у всех организмов,
происходит обмен веществ.
2. Они дышат, питаются, растут и размножаются.
3. При дыхании они поглощают углекислый газ и
выделяют кислород.
4. Они растут только в первые годы жизни.
5. Все растения по типу питания автотрофные
организмы, они размножаются и распространяются с
помощью семян.
С3. Что лежит в основе комбинативной изменчивости организмов? Ответ поясните.
С4. Почему эритроциты разрушаются, если их поместить в дистиллированную воду? Ответ обоснуйте.
С5. В одной молекуле ДНК нуклеодиды с тимином (Т) составляют 24% от общего числа нуклеотидов. Определите количество (в %) нуклеотидов с гуанином (Г), аденином (А), цитозином (Ц) в молекуле ДНК и объясните полученные результаты.
С6. По родословной, представленной на рисунке, установите характер наследования признака, выделенного черным цветом (доминантный или рецессивный, сцеплен или не сцеплен с полом), генотипы детей в первом и во втором поколении.
Ответы
Часть 1
За верное выполнение заданий А1–А36 выставляется 1 балл.
А1 – 3; А2 – 1; А3 – 3; А4 – 4; А5 – 4; А6 – 4; А7 – 1; А8 – 1; А9 – 2; А10 – 2; А11 – 2; А12 – 3; А13 – 2; А14 – 2; А15 – 2; А16 – 3; А17 – 3; А18 – 1; А19 – 3; А20 – 4; А21 – 2; А22 – 4; А23 – 1; А24 – 4; А25 – 3; А26 – 3; А27 – 1; А28 – 3; А29 – 4; А30 –3; А31 – 3; А32 – 3; А33 – 4; А34 – 1; А35 – 1; А36 – 4.
Часть 2
За верное выполнение заданий В1–В6 выставляется 2 балла. Если в ответе содержится одна ошибка, то экзаменуемый получает 1 балл. За неверный ответ или ответ, содержащий 2 и более ошибок, выставляется 0 баллов.
За верный ответ на задания В7–В8 выставляется также 2 балла. 1 балл ставится в том случае, если в ответе неверно определена последовательность двух последних элементов или они отсутствуют при правильном определении всех предыдущих элементов. В других случаях выставляется 0 баллов.
В1 – АГЕ; В2 – АБГ; В3 – БГЕ; В4 – БААБАБ; В5 – ББАА; В6 – АББАА; В7 – БДЕВАГ; В8 – ГАВБД.
Часть 3
Допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла.
С1. Элементы ответа: 1) масса растения увеличилась за счет органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза; 2) в процессе фотосинтеза из внешней среды поступают вода и углекислый газ.
Ответ включает все названные выше
элементы ответа, не содержит биологических
ошибок 2 балла.
Ответ включает только 1 из названных выше
элементов ответа и не содержит биологических
ошибок ИЛИответ включает 2 из названных выше
элементов, но содержит негрубые биологические
ошибки – 1 балл.
Ответ неправильный – 0 баллов
С2. Элементы ответа: 3 – при дыхании растения поглощают кислород и выделяют углекислый газ; 4 – растения растут в течение всей жизни; 5 – не все растения образуют семена.
В ответе указаны и исправлены все три
ошибки – 3 балла.
В ответе указаны и исправлены 2 ошибки ИЛИ
указаны 3 ошибки, но исправлены только 2 из них – 2
балла.
В ответе указана и исправлена 1 ошибка ИЛИ
указаны 2–3 ошибки, но исправлена 1 из них – 1 балл.
Ошибки не указаны ИЛИ указаны 1–3 ошибки, но не
исправлена ни одна из них – 0 баллов.
При оценке заданий С3–С5 учитывают следующие элементы ответа.
Ответ правильный и полный, включает
все названные выше элементы ответа, не содержит
биологических ошибок – 3 балла.
Ответ правильный, но неполный, включает 2 из
названных выше элементов ответа и не содержит
биологических ошибок ИЛИответ включает 3 из
названных выше элементов, но содержит негрубые
биологические ошибки – 2 балла.
Ответ неполный, включает 1 из названных выше
элементов ответа и не содержит биологических
ошибок ИЛИ ответ включает 1–2 из названных выше
элементов, но содержит негрубые биологические
ошибки – 1 балл.
Ответ неправильный – 0 баллов.
С3. Элементы ответа. В основе комбинативной изменчивости лежат следующие процессы: 1) кроссинговер приводит к изменению сочетания генов в гомологичных хромосомах; 2) мейоз, в результате которого происходит независимое расхождение хромосом в гаметы; 3) случайное сочетание гамет при оплодотворении.
С4. Элементы ответа: 1) концентрация веществ в эритроцитах выше, чем в воде; 2) из-за разности концентрации вода поступает в эритроциты; 3) объем эритроцитов увеличивается, вследствие чего они разрушаются.
С5. Элементы ответа: 1) аденин (А) комплементарен тимину (Т), а гуанин (Г) – цитозину (Ц), поэтому количество комплементарных нуклеотидов одинаково; 2) количество нуклеотидов с аденином составляет 24%; 3) количество гуанина (Г) и цитозина (Ц) вместе составляют 52%, а каждого из них – 26%.
С6. Элементы ответа: 1) признак доминантный, не сцеплен с полом; 2) генотипы детей 1-го поколения: дочь Аа , дочь аа , сын Аа ; 3) генотипы детей 2-го поколения: дочь Аа (допускается иная генетическая символика, не искажающая смысла решения задачи).
В клетке постоянно происходит обмен веществ и энергии с окружающей средой. Обмен веществ (метаболизм) - основное свойство живых организмов. На клеточном уровне метаболизм включает два процесса: ассимиляцию (анаболизм) и диссимиляцию (катаболизм). Эти процессы происходят в клетке одновременно.
Ассимиляция (пластический обмен) - совокупность реакций биологического синтеза. Из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества, характерные для данной клетки. Синтез веществ в клетке происходит с использованием энергии, заключенной в молекулах АТФ.
Диссимиляция (энергетический обмен) - совокупность реакций расщепления веществ. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза.
По типу ассимиляции организмы могут быть автотрофными, гетеротрофными и миксотрофными.
Фотосинтез и хемосинтез - две формы пластического обмена. Фотосинтез - процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов.
Хемосинтез - способ автотрофного питания, при котором источником энергии для синтеза органических веществ из CO2 служат реакции окисления неорганических соединений
Обычно все организмы, способные из неорганических веществ синтезировать органические, т.е. организмы, способные к фотосинтезу и хемосинтезу, относят к автотрофам. К автотрофам традиционно относят растения и некоторые микроорганизмы.
Основное вещество, участвующее в многоступенчатом процессе фотосинтеза -хлорофилл. Именно оно трансформирует солнечную энергию в химическую.
Световая фаза фотосинтеза:
(осуществляется на мембранах тилакойдов)
Свет, попав на молекулу хлорофилла, поглощается им и приводит его в возбужденное состояние - электрон, входящий в состав молекулы, поглотив энергию света, переходит на более высокий энергетический уровень и участвует в процессах синтеза;
Под действием света так же происходит расщепление (фотолиз) воды:
протоны (с помощью электронов) превращаются в атомы водорода и расходуются на синтез углеводов;
синтезируется АТФ (энергия)
Темновая фаза фотосинтеза (протекает в стромах хлоропластов)
собственно синтез глюкозы и выделение кислорода
Обратите внимание : темновой эта фаза называется не потому что идет ночью - синтез глюкозы происходит, в общем-то, круглосуточно, но для темновой фазы уже не нужна световая энергия.
20. Обмен веществ в клетке. Процесс диссимиляции. Основные этапы энергетического обмена.
Во всех клетках живых организмов непрерывно идут процессы обмена веществ и энергии - это метаболизм. Если рассмотреть этот процесс более детально, то это постоянные процессы образования и распада веществ и поглощения и выделения энергии.
Обмен веществ в клетке:
Процесс синтеза веществ = пластический обмен = ассимиляция = анаболизм
Чтобы что-то построить, надо затратить энергию - этот процесс идет с поглощением энергии.
Процесс расщепления = энергетический обмен = диссимиляция =катаболизм
Это процесс, при котором сложные вещества разлагаются на простые, энергия при этом выделяется.
В основном, это реакции окисления, происходят они в митохондриях, самый простой пример -дыхание
. При дыхании сложные органические вещества расщепляются до простых, выделяется углекислый газ и энергия. Вообще, эти два процесса взаимосвязаны и переходят один в другой. Суммарно уравнение метаболизма - обмена веществ в клетке - можно записать так:
катаболизм + анаболизм = обмен веществ в клетке
= метаболизм.
В клетке постоянно идут процессы созидания. Из простых веществ образуются более сложные, из низкомолекулярных - высокомолекулярные. Синтезируются белки, сложные углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты. Синтезированные вещества используются для построения разных частей клетки, ее органоидов, секретов, ферментов, запасных веществ. Синтетические реакции особенно интенсивно идут в растущей клетке, постоянно происходит синтез веществ для замены молекул, израсходованных или разрушенных при повреждении. На место каждой разрушенной молекулы белка или какого-нибудь другого вещества встает новая молекула. Таким путем клетка сохраняет постоянными свою форму и химический состав, несмотря на непрерывное их изменение в процессе жизнедеятельности.
Синтез веществ, идущий в клетке, называют биологическим синтезом или сокращенно биосинтезом. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии. Совокупность реакций биосинтеза называют пластическим обменом или ассимиляцией (лат. "симилис" - сходный). Смысл этого процесса состоит в том, что поступающие в клетку из внешней среды пищевые вещества, резко отличающиеся от вещества клетки, в результате химических превращений становятся веществами клетки.
Реакции расщепления. Сложные вещества распадаются на более простые, высокомолекулярные - на низкомолекулярные. Белки распадаются на аминокислоты, крахмал - на глюкозу. Эти вещества расщепляются на еще более низкомолекулярные соединения, и в конце концов образуется совсем простые, бедные энергией вещества - СО 2 и Н 2 О. Реакции расщепления в большинстве случаев сопровождаются выделением энергии.
Биологическое значение этих реакций состоит в обеспечении клетки энергией. Любая форма активности - движение, секреция, биосинтез и др. - нуждается в затрате энергии. Совокупность реакции расщепления называют энергетическим обменом клетки или диссимиляцией. Диссимиляция прямо противоположна ассимиляции: в результате расщепления вещества утрачивают сходство с веществами клетки.
Пластический и энергетический обмены (ассимиляция и диссимиляция) находятся между собой в неразрывной связи. С одной стороны, реакции биосинтеза нуждаются в затрате энергии, которая черпается из реакций расщепления. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный биосинтез, обслуживающих эти реакции ферментов, так как в процессе работы они изнашиваются и разрушаются. Сложные системы реакций, составляющие процесс пластического и энергетического обменов, тесно связаны не только между собой, но и с внешней средой.
Из внешней среды в клетку поступают пищевые вещества, которые служат материалом для реакций пластического обмена, а в реакциях расщепления из них освобождается энергия, необходимая для функционирования клетки. Во внешнюю среду выделяются вещества, которые клеткой больше не могут быть использованы.Совокупность всех ферментативных реакций клетки, т. е. совокупность пластического и энергетического обменов (ассимиляции и диссимиляции), связанных между собой и с внешней средой, называют обменом веществ и энергии. Этот процесс является основным условием поддержания жизни клетки, источником ее роста, развития и функционирования.
Энергетический обмен . Для жизнедеятельности организма необходима энергия. Растения аккумулируют солнечную энергию в органических веществах при фотосинтезе. В процессе энергетического обмена органические вещества расщепляются и энергия химических связей освобождается. Частично она рассеивается в виде тепла, а частично запасается в молекулах АТФ. У животных энергетический обмен протекает в три этапа.
Первый этап - подготовительный. Пища поступает в организм животных и человека в виде сложных высокомолекулярных соединений. Прежде чем поступить в клетки и ткани, эти вещества должны разрушиться до низкомолекулярных, более доступных для клеточного усвоения веществ. На первом этапе происходит гидролитическое расщепление органических веществ, идущее при участии воды. Оно протекает под действием ферментов в пищеварительном тракте многоклеточных животных, в пищеварительных вакуолях одноклеточных, а на клеточном уровне - в лизосомах. Реакции подготовительного этапа:
белки + Н 2 0 -> аминокислоты + Q;
жиры + Н 2 0 -> глицерин + высшие жирные кислоты + Q;
полисахариды -> глюкоза + Q.
У млекопитающих и человека белки расщепляются до аминокислот в желудке и в двенадцатиперстной кишке под действием ферментов - пептидгидролаз (пепсина, трипсина, хемотрипсина). Расщепление полисахаридов начинается в ротовой полости под действием фермента птиалина, а далее продолжается в двенадцатиперстной кишке под действием амилазы. Там же расщепляются и жиры под действием липазы. Вся энергия, выделяющаяся при этом, рассеивается в виде тепла. Образующиеся низкомолекулярные вещества поступают в кровь и доставляются ко всем органам и клеткам. В клетках они поступают в лизосому или непосредственно в цитоплазму. Если расщепление происходит на клеточном уровне в лизосомах, то вещество сразу же поступает в цитоплазму. На этом этапе происходит подготовка веществ к внутриклеточному расщеплению.
Второй этап - бескислородное окисление. Второй этап осуществляется на клеточном уровне при отсутствии кислорода. Он протекает в цитоплазме клетки. Рассмотрим расщепление глюкозы, как одного из ключевых веществ обмена в клетке. Все остальные органические вещества (жирные кислоты, глицерин, аминокислоты) на разных этапах втягиваются в процессы ее превращения. Бескислородное расщепление глюкозы называется гликолизом. Глюкоза претерпевает ряд последовательных превращений (рис. 16). Вначале она преобразуется во фруктозу, фосфорилируется - активируется двумя молекулами АТФ и превращается во фруктозо-дифосфат. Далее молекула шестиатомного углевода распадается на два трехуглеродных соединения - две молекулы глицерофосфата (триозы). После ряда реакций они окисляются, теряя по два атома водорода, и превращаются в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). В результате этих реакций синтезируются четыре молекулы АТФ. Так как первоначально на активацию глюкозы было затрачено две молекулы АТФ, то общий итог составляет 2АТФ. Таким образом, выделяющаяся при расщеплении глюкозы энергия частично запасается в двух молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Четыре атома водорода, которые были сняты при окислении глицерофосфата, соединяются с переносчиком водорода НАД + (никотинамид-динуклеотидфосфат). Это такой же переносчик водорода, как и НАДФ + , но участвует в реакциях энергетического обмена.
Обобщенная схема реакций гликолиза:
С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + - > 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2H
2АДФ - > 2АТФ
Восстановленные молекулы НАД 2Н поступают в митохондрии, где окисляются, отдавая водород.В зависимости от типа клеток, ткани или организмов пировиноградная кислота в бескислородной среде может превращаться далее в молочную кислоту, этиловый спирт, масляную кислоту или другие органические вещества. У анаэробных организмов эти процессы называются брожением.
Молочнокислое брожение:
С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + -> 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2Н <=> 2С 3 Н 6 0 3 + 2НАД +
Глюкоза ПВК молочная кислота
Спиртовое брожение:
С 6 Н 12 0 6 + 2НАД + -> 2С 3 Н 4 0 3 + 2НАД 2Н <=> 2С 2 Н 5 ОН + 2С0 2 + 2НАД +
Глюкоза ПВК этиловый спирт
Третий этап - биологическое окисление, или дыхание. Этот этап протекает только в присутствии кислорода и иначе называется кислородным. Он протекает в митохондриях. Пировиноградная кислота из цитоплазмы поступает в митохондрии, где теряет молекулу углекислого газа и превращается в уксусную кислоту, соединяясь с активатором и переносчиком коэнзимом-А. Образующийся ацетил-КоА далее вступает в серию циклических реакций. Продукты бескислородного расщепления - молочная кислота, этиловый спирт - также далее претерпевают изменения и подвергаются окислению кислородом. В пировиноградную кислоту превращается молочная кислота, если она образовалась при недостатке кислорода в тканях животных. Этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты и связывается с КоА. Циклические реакции, в которых происходит преобразование уксусной кислоты, носят название цикла ди- и трикарбоновых кислот, или цикла Кребса, по имени ученого, впервые описавшего эти реакции. В результате ряда последовательных реакций происходит декарбоксилирование - отщепление углекислого газа и окисление - снятие водорода с образующихся веществ. Углекислый газ, образующийся при декарбоксилировании ПВК и в цикле Кребса, выделяется из митохондрий, а далее из клетки и организма в процессе дыхания. Таким образом, углекислый газ образуется непосредственно в процессе декарбоксилирования органических веществ. Весь водород, который снимается с промежуточных веществ, соединяется с переносчиком НАД + , и образуется НАД 2Н. При фотосинтезе углекислый газ соединяется с промежуточными веществами и восстанавливается водородом. Здесь идет обратный процесс.
Общее уравнение декарбоксилирования и окисления ПВК:
2С 3 Н 4 0 3 + 6Н 2 0 + 10НАД + -> 6С0 2 + 10НАД Н.
Проследим теперь путь молекул НАД 2Н. Они поступают на кристы митохондрий, где расположена дыхательная цепь ферментов. На этой цепи происходит отщепление водорода от переносчика с одновременным снятием электронов. Каждая молекула восстановленного НАД 2Н отдает два водорода и два электрона. Энергия снятых электронов очень велика. Они поступают на дыхательную цепь ферментов, которая состоит из белков - цитохромов. Перемещаясь по этой системе каскадно, электрон теряет энергию. За счет этой энергии в присутствии фермента АТФ-азы синтезируются молекулы АТФ. Одновременно с этими процессами происходит перекачивание ионов водорода через мембрану на наружную ее сторону. В процессе окисления 12 молекул НАД-2Н, которые образовались при гликолизе (2 молекулы) и в результате реакций в цикле Кребса (10 молекул), синтезируются 36 молекул АТФ. Синтез молекул АТФ, сопряженный с процессом окисления водорода, называетсяокислительным фосфорилированием. Конечным акцептором электронов является молекула кислорода, поступающая в митохондрии при дыхании. Атомы кислорода на наружной стороне мембраны принимают электроны и заряжаются отрицательно. Положительные ионы водорода соединяются с отрицательно заряженным кислородом, и образуются молекулы воды. Вспомним, что кислород атмосферы образуется в результате фотосинтеза при фотолизе молекул воды, а водород идет на восстановление углекислого газа. В процессе энергетического обмена водород и кислород вновь соединяются и превращаются в воду.
Обобщенная реакция кислородного этапа окисления:
2С 3 Н 4 0 3 + 4Н + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0;
36АДФ -> 36АТФ.
Итак, выход молекул АТФ при кислородном окислении в 18 раз больше, чем при бескислородном.
Суммарное уравнение окисления глюкозы на двух этапах:
С 6 Н 12 0 6 + 60 2 -> 6С0 2 + 6Н 2 0 + Е -> Q (тепло).
38АДФ -> 38АТФ
Таким образом, при расщеплении глюкозы на двух этапах образуется суммарно 38 молекул АТФ, причем основная часть - 36 молекул - при кислородном окислении. Такой выигрыш энергии обеспечил преимущественное развитие аэробных организмов по сравнению с анаэробными.
21. Митотический цикл клетки. Характеристика периодов. Митоз, его биологическое значение. Амитоз.
Под клеточным (жизненным) циклом понимают существование клетки от момента ее появления в результате деления до другого деления или до гибели клетки.
Близкое к нему понятие - митотический цикл.
Митотический цикл - это жизнедеятельность клетки от деления до следующего деления.
Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл - это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.
Основные стадии митоза.
1.Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.
2.Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).
Фазы клеточного цикла:
1) пресинтетическая (G1) (2n2c, где n-число хромосом, c- число молекул). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S) (2n4c). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.
В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
3) постсинтетическая (G2) (2n4c). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период - препрофазу.
После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1-1,5 ч, G2-периода интерфазы - 2-3 ч, S-периода интерфазы - 6-10 ч.
Стадии митоза.
Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу . Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно - одна незаметно переходит в другую.
В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть - прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4c).
В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n4c).
В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).
В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).
Реферат на тему:
"Обмены веществ, происходящие в клетках человека"
Строение и функции клетки
По наличию оформленного ядра все клеточные организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты.
Прокариоты (безъядерные организмы) - примитивные организмы, не имеющие четко оформленного ядра. В таких клетках выделяется лишь ядерная зона, содержащая молекулу ДНК. Кроме того, в клетках прокариотов отсутствуют многие органоиды. У них имеются только наружная клеточная мембрана и рибосомы. К прокариотам относятся бактерии и синезеленые водоросли (цианеи).
Эукариоты - истинно ядерные, имеют четко оформленное ядро и все основные структурные компоненты клетки. К эукариотам относятся растения, животные, грибы. Эукариотная клетка имеет сложное строение. Она состоит из трех неразрывно связанных частей:
1) наружной клеточной мембраны, у некоторых дополнительно имеется оболочка;
2) цитоплазмы и ее органоидов;
Наружная клеточная мембрана - двумем-бранная клеточная структура, которая ограничивает живое содержимое клетки всех организмов. Обладая избирательной проницаемостью, она защищает клетку, регулирует поступление веществ и обмен с внешней средой, поддерживает определенную форму клетки. Клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов, обращенных друг к другу своими гидрофобными концами из радикалов высших жирных кислот; снаружи располагаются гидрофильные остатки фосфорной кислоты и глицерина. В билипид-ный слой мозаично вкраплены молекулы белков, одна часть которых пронизывает мембрану, а другая - располагается на поверхности или частично погружена в нее. С наружной стороны с белками и липидами соединены углеводы.
Вещества поступают в клетку различными путями: диффузно (низкомолекулярные ионы); осмосом (вода); активным транспортом (через специальные белковые каналы) с затратой энергии; с помощью эндоцитоза (крупные частицы).
Клетки растительных организмов, грибов кроме мембраны снаружи имеют еще и оболочку. Эта неживая клеточная структура состоит из целлюлозы, придает прочность клетке, защищает ее, является «скелетом» растений и грибов. В оболочке имеются поры, через которые идет поступление веществ.
В цитоплазме, полужидком содержимом клетки, находятся все органоиды.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - одномембранная система канальцев, трубочек, цистерн, которая пронизывает всю цитоплазму. Она разделяет ее на отдельные отсеки, в которых идет синтез различных веществ, обеспечивает сообщение между отдельными частями клетки и транспорт веществ. Различают гладкую и гранулярную ЭПС. На гладкой - идет синтез липидов, на гранулярной - располагаются рибосомы и синтезируется белок.
Рибосомы - мелкие тельца грибовидной формы, в которых идет синтез белка. Они состоят из рибосомальной РНК и белка, образующих большую и малую субъединицы.
Аппарат Гольджи - одномембранная структура, связанная с ЭПС, обеспечивает упаковку и вынос синтезируемых веществ из клетки. Кроме того, из его структур образуются лизосомы.
Лизосомы - шарообразные тельца, содержащие гидролитические ферменты, которые расщепляют высокомолекулярные вещества, т. е. обеспечивают внутриклеточное переваривание.
Митохондрии - полуавтономные двумем-бранные структуры продолговатой формы. Наружная мембрана гладкая, а внутренняя имеет складки - кристы, увеличивающие ее поверхность. Внутри митохондрия заполнена матриксом, в котором находятся кольцевая молекула ДНК, РНК, рибосомы.
Количество митохондрий в клетках различно, с ростом клеток их число увеличивается в результате деления. Митохондрии - это «энергетические станции» клетки. В процессе дыхания в них происходит окончательное окисление веществ кислородом воздуха. Выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ, синтез которых происходит в этих структурах.
Пластиды характерны для растительных клеток. Существуют три вида пластид: хлоропласты, лейкопласты и хромопласты.
Хлоропласты - полуавтономные двумембранные органоиды продолговатой формы, зеленого цвета. Внутренняя часть заполнена стромой, в которую погружены граны. Граны образованы из мембранных структур - тилакоидов. В строме имеются кольцевая молекула ДНК, РНК, рибосомы. На мембранах располагается фотосинтезирующий пигмент - хлорофилл. В хлоропластах протекает процесс фотосинтеза. На мембране тилакоида идут реакции световой фазы, а в строме - темновой.
Хромопласты - двумембранные органоиды шарообразной формы, содержащие красный, оранжевый и желтый пигменты. Хромопласты придают окраску цветкам и плодам, образуются из хлоропластов.
Лейкопласты - бесцветные пластиды, находящиеся в неокрашенных частях растения. Содержат запасные питательные вещества, могут на свету переходить в хлоропласты.
Кроме хлоропластов растительные клетки имеют и вакуоли - мембранные тельца, заполненные клеточным соком и питательными веществами.
Клеточный центр обеспечивает процесс деления клетки. Он состоит из двух центриолей и центросферы, которые образуют нити веретена деления и способствуют равномерному распределению хромосом в делящейся клетке. Характерны для животных клеток. -
Ядро - центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро отделено от цитоплазмы двойной ядерной мембраной, пронизанной порами. Внутри оно заполнено кариоплазмой, в которой находятся молекулы ДНК. Ядерный аппарат регулирует все процессы жизнедеятельности клетки, обеспечивает передачу наследственной информации. Здесь происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Часто в ядре можно увидеть одно или несколько темных округлых образований - ядрышек, в которых формируются и скапливаются рибосомы. Молекулы ДНК несут наследственную информацию, которая определяет признаки данного организма, органа, ткани, клетки. В ядре молекулы ДНК не видны, так как находятся в виде тонких нитей хроматина. Во время деления ДНК сильно спирализуются, утолщаются, образуют комплексы с белком и превращаются в хорошо заметные структуры - хромосомы.
Кроме перечисленных некоторые клетки имеют специфические органоиды - реснички и жгутики, которые обеспечивают движение, преимущественно одноклеточных организмов. Имеются они и у некоторых клеток многоклеточных организмов (ресничный эпителий). Реснички и жгутики представляют собой выросты цитоплазмы, окруженные клеточной мембраной. Внутри выростов находятся микротрубочки, сокращение которых приводит в движение клетку.
Обмен веществ и превращения энергии в клетке
Основой жизнедеятельности клетки является обмен веществ и превращение энергии. Обмен веществ - совокупность всех реакций синтеза и распада, протекающих в организме, связанных с выделением или поглощением энергии. Обмен веществ и энергии состоит из двух взаимосвязанных и противоположных процессов: ассимиляции и диссимиляции.
Ассимиляция, или пластический обмен, - совокупность реакций синтеза высокомолекулярных органических веществ, сопровождающихся поглощением энергии за счет распада молекул АТФ.
Диссимиляция, или энергетический обмен, - совокупность реакций распада и окисления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии и запасанием ее в синтезируемых молекулах АТФ.
Все реакции обмена веществ идут в присутствии ферментов. АТФ является основным веществом, которое обеспечивает все энергетические процессы в клетке, запасает энергию в процессе энергетического обмена и отдает в процессе пластического обмена.
Единственным источником энергии на земле является солнце. Клетки растений с помощью хлоропластов улавливают энергию солнца, превращая ее в энергию химических связей молекул синтезированных органических веществ. В растениях идет первичный синтез органических веществ из неорганических: углекислого газа и воды за счет энергии солнца. Все остальные организмы используют готовые органические вещества, расщепляют их, а выделяющаяся энергия запасается в молекулах АТФ. Запасенная энергия расходуется в процессе пластического обмена на синтез органических веществ, специфичных для каждого организма. Часть энергии в процессе обмена веществ постоянно теряется в виде тепла, поэтому в системы живых организмов необходим постоянный приток энергии. Таким образом, солнечная энергия аккумулируется в органических веществах, а затем используется в процессе жизнедеятельности организма.
По способу питания, источнику получения органических веществ и энергии организмы делятся на автотрофные и гетеротрофные.
Автотрофные организмы синтезируют органические вещества в процессе фотосинтеза из неорганических (углекислого газа, воды, минеральных солей), используя энергию солнечного света. К ним относятся все растительные организмы, синезеленые водоросли (цианобактерии). К автотрофному питанию способны и хемо-синтезирующие бактерии, использующие энергию, которая выделяется при окислении неорганических веществ: серы, железа, азота.
Гетеротрофные организмы получают готовые органические вещества от автотрофов. Источником энергии являются органические вещества, которые распадаются и окисляются в процессе диссимиляции. К ним относятся животные, грибы, многие бактерии.
Автотрофы способны усваивать неорганический углерод и другие элементы. Гетеротрофы усваивают только органические вещества, получая энергию при их расщеплении. Автотрофные и гетеротрофные организмы связаны между собой процессами обмена веществ и энергии.
Энергетический обмен
Энергетический обмен состоит из трех этапов.
I этап - подготовительный. На первом этапе происходит расщепление высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных в процессе реакций гидролиза, идущих при участии воды. Он протекает в пищеварительном тракте, а на клеточном уровне - в лизосомах. Вся энергия, выделяющаяся на подготовительном этапе, рассеивается в виде тепла.
Реакции подготовительного этапа:
белки + Н 2 0-» аминокислоты + С; углеводы + Н 2 0 -»глюкоза + ф; жиры + Н 2 0 -> глицерин + высшие жирные + кислоты
II этап - гликолиз, бескислородное окисление. Глюкоза является ключевым веществом обмена в организме. Все остальные вещества на разных стадиях втягиваются в процессы ее превращения. Дальнейшее расщепление органических веществ рассматривается на примере обмена глюкозы.
Процесс гликолиза протекает в цитоплазме. Глюкоза расщепляется до 2 молекул пировиноградной кислоты (ПВК), которые в зависимости от типа клеток и организмов могут превращаться в молочную кислоту, спирт или другие органические вещества. При этом выделяющаяся энергия частично запасается в 2 молекулах АТФ, а частично расходуется в виде тепла. Бескислородные процессы называются брожением.
Реакции гликолиза:
С 6 Н 12 0 6 -+>2С 3 Н 4 0 3 +4Н-глюкоза
2С 3 Н 6 0 3 (молочная кислота) молочнокислое брожение
2С 2 Н 5 ОН + 2С0 2 (этиловый спирт) спиртовое брожение
В результате ступенчатого расщепления глюкозы образуются 2 молекулы ПВК - С 3 Н 4 0 3 . При этом освобождаются еще 4 атома Н, которые соединяются с переносчиком НАД + , и образуются 2НАД Н + Н + . Дальнейшая судьба ПВК зависит от наличия кислорода. В анаэробных условиях ПВК превращается в молочную кислоту или этанол с участием тех же двух молекул НАД Н + Н + , которые возвращают водород. Если же процесс идет в аэробных условиях, то ПВК и 2НАД Н + Н + вступают в реакции биологического окисления.
III этап - кислородный. Биологическое окисление протекает в митохондриях. Пировиноградная кислота поступает в митохондрии, где преобразуется в уксусную кислоту, соединяется с ферментом-переносчиком и входит в серию циклических реакций - цикл Кребса. В результате этих реакций при участии кислорода образуются углекислый газ и вода, а на кристах митохондрий за счет выделяющейся энергии синтезируется 36 молекул АТФ.
Реакции кислородного этапа:
2С 3 Н 4 0 3 + 60 2 + 4Н - 6С0 2 + 6Н 2 0.
Таким образом, при расщеплении глюкозы на двух этапах образуется суммарно 38 молекул АТФ, причем основная часть - при кислородном окислении.
Процесс биологического окисления органических веществ называется дыханием.
Пластический обмен. Фотосинтез
Фотосинтез - процесс первичного синтеза органических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) под действием солнечного света. Протекает у растений в хлоропластах. Выделяют две фазы фотосинтеза.
1. Световая фаза. Фотолиз воды. Синтез АТФ. Протекает на мембранах тилакоидов только при участии солнечного света. За счет энергии солнца протекают три группы реакций:
1) возбуждение хлорофилла, отрыв электронов и синтез АТФ за счет энергии возбужденных электронов;
2) фотолиз воды - расщепление молекулы воды;
3) связывание ионов водорода с переносчиком НАДФ.
Кванты света, попав на хлорофилл, приводят молекулу в возбужденное состояние. При этом электроны переходят в возбужденное состояние и проходят по электронной цепи на мембране до места синтеза АТФ. Одновременно под действием света идет расщепление молекулы воды и образование ионов водорода. На мембране тилакоидов происходит соединение ионов водорода с переносчиком НАДФ за счет электронов хлорофилла, а выделившаяся энергия идет на синтез АТФ. Образовавшиеся при фотолизе воды ионы кислорода отдают электроны на хлорофилл и превращаются в свободный кислород, который выделяется в атмосферу.
2. Темновая фаза. Фиксация углерода. Синтез глюкозы. Для протекания реакций второй стадии наличие света необязательно. Источником энергии являются синтезированные на первой стадии молекулы АТФ.
В строме хлоропластов, куда поступают НАДФ Н 4- Н + , АТФ и углекислый газ из атмосферы, протекают циклические реакции, в результате которых идет фиксация углекислого газа, его восстановление водородом за счет НАДФ х х Н + Н + и синтез глюкозы. Эти реакции идут за счет энергии АТФ, запасенной в световой фазе.
Схематично уравнение темновой фазы можно представить следующим образом:
С 6 Н 12 0 6 + НАДФ+С0 2 + НАДФ Н + Н+2АДФ
Суммарное уравнение фотосинтеза:
6С0 2 + 6Н 2 0 -222+ С 6 Н 12 0 6 + 60 2 Т.
Пластический обмен. Биосинтез белка
Наиболее важным процессом пластического обмена является биосинтез белка. Он протекает во всех клетках организмов.
Генетический код. Аминокислотная последовательность в молекуле белка зашифрована в виде нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК и называется генетическим кодом. Участок молекулы ДНК, ответственный за синтез одного белка, называется геном.
Характеристика генетического кода.
1.Код триплетен: каждой аминокислоте соответствует сочетание из 3 нуклеотидов. Всего таких сочетаний - 64 кода. Из них 61 код смысловой, т. е. соответствует 20 аминокислотам, а 3 кода - бессмысленные, стоп-коды, которые не соответствуют аминокислотам, а заполняют промежутки между генами.
2. Код однозначен - каждый триплет соответствует только одной аминокислоте.
3. Код вырожден - каждая аминокислота имеет более чем один код. Например, у аминокислоты глицин - 4 кода: ЦЦА, ЦЦГ, ЦЦТ, ЦЦЦ, чаще у аминокислот их 2-3.
4. Код универсален - все живые организмы имеют один и тот же генетический код аминокислот.
5. Код непрерывен - между кодами нет промежутков.
6. Код неперекрываем - конечный нуклеотид одного кода не может служить началом другого.
Условия биосинтеза. Для биосинтеза белка необходима генетическая информация молекулы ДНК; информационная РНК - переносчик этой информации из ядра к месту синтеза; рибосомы - органоиды, где происходит собственно синтез белка; набор аминокислот в цитоплазме; транспортные РНК, кодирующие аминокислоты и переносящие их к месту синтеза на рибосомы; АТФ - вещество, обеспечивающее энергией процесс кодирования и биосинтеза.
Этапы биосинтеза
Транскрипция - процесс биосинтеза всех видов РНК на матрице ДНК, который протекает в ядре.
Определенный участок молекулы ДНК деспирализуется, водородные связи между двумя цепочками разрушаются под действием ферментов. На одной цепи ДНК, как на матрице, по принципу комплементарное из нуклеотидов синтезируется РНК-копия. В зависимости от участка ДНК таким образом синтезируются рибосомные, транспортные, информационные РНК.
После синтеза иРНК она выходит из ядра и направляется в цитоплазму к месту синтеза белка на рибосомы.
Трансляция - процесс синтеза полипептидных цепей, осуществляемый на рибосомах, где иРНК является посредником в передаче информации о первичной структуре белка.
Биосинтез белка состоит из ряда реакций.
1. Активирование и кодирование аминокислот. тРНК имеет вид клеверного листа, в центральной петле которого располагается триплет-ный антикодон, соответствующий коду определенной аминокислоты и кодону на иРНК. Каждая аминокислота соединяется с соответствующей тРНК за счет энергии АТФ. Образуется комплекс тРНК-аминокислота, который поступает на рибосомы.
2. Образование комплекса иРНК-рибосома. иРНК в цитоплазме соединяется рибосомами на гранулярной ЭПС.
3. Сборка полипептидной цепи. тРНК с аминокислотами по принципу комплементарности антикодона с кодоном соединяются с иРНК и входят в рибосому. В пептидном центре рибосомы между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, а освободившаяся тРНК покидает рибосому. При этом иРНК каждый раз продвигается на один триплет, внося новую тРНК - аминокислоту и вынося из рибосомы освободившуюся тРНК. Весь процесс обеспечивается энергией АТФ. Одна иРНК может соединяться с несколькими рибосомами, образуя полисому, где идет одновременно синтез многих молекул одного белка. Синтез заканчивается, когда на иРНК начинаются бессмысленные кодоны (стоп-коды). Рибосомы отделяются от иРНК, с них снимаются полипептидные цепи. Так как весь процесс синтеза протекает на гранулярной эндо-плазматической сети, то образовавшиеся полипептидные цепи поступают в канальца ЭПС, где приобретают окончательную структуру и превращаются в молекулы белка.
Все реакции синтеза катализируются специальными ферментами с затратой энергии АТФ. Скорость синтеза очень велика и зависит от длины полипептида. Например, в рибосоме кишечной палочки белок из 300 аминокислот синтезируется приблизительно за 15-20 с.
Адаптация метаболизма к переходу на дыхание атмосферным кислородом. У грудного ребенка и в первые годы жизни наблюдается максимальная интенсивность обмена веществ и энергии, а затем отмечается некоторое снижение показателей основного обмена. Основной обмен веществ у детей меняется в зависимости от возраста ребенка и типа питания. По сравнению с первыми днями жизни, к полутора годам обмен веществ...
Теряет одну молекулу фосфорной кислоты и переходит в АДФ. Из АДФ же путем присоединения фосфорной кислоты снова синтезируется АТФ. Понятно, что эта реакция идет с поглощением энергии (40 кдж, или 10 000 кал) на грамм-моль. 1. Обмен веществ и энергии в клетке Для химических реакций, протекающих в клетке, характерны величайшая организованность и упорядоченность: каждая реакция протекает...
Затратах энергии; 2) при переменных затратах энергии и 3) при затратах на синтез продукции. Наибольшее количество теплоты образуется в органах с интенсивным обменом веществ и большой массой – печени и мышцах. При мышечной работе химическая энергия только на треть переходит в механическую работу, остальные две трети переходят в теплоту. Теплопродукция может увеличиваться в 3…5 раз за счет...
Тела при резких изменениях tº окружающей среды), живые организмы обладают высокой приспособительной способностью. Эта же особенность обмена веществ лежит в основе повышения функциональных возможностей организма, совершенствование физических качеств в процессе спортивной тренировки. Основные разновидности обмена веществ. В обмене веществ принято выделять: пластический, функциональный обмен...
Узелки на память
Словарь терминов по теме
«Нервная система»
Аксон (от греч. «аксис» - ось) — одиночный, удлиненный отросток нейрона, проводящий нервные импульсы от тела клетки к другим нейронам или рабочим органам.
Белое вещество мозга - скопление длинных отростков, покрытых миелиновой оболочкойбелого цвета в головном и спинном мозге.
Вегетативная (от лат. «вегетаре» - расти) нервная система - часть нервной системы, которая обеспечивает регуляцию деятельности внутренних органов и постоянство состава внутреннейсреды организма и не подчиняется воле человека.
Нервный узел - скопление тел нервных клеток за пределами центральной нервной системы.
Возбуждение — физиологический процесс, который возникает в клетках некоторых тканей в ответ на определенные воздействия (химические, электрические и др.) и вызывающийсамые разнообразные реакции.
Ганглий (от греч. «ганглион» - узел) — см. Нервный узел
Дендрит (от греч. «дендрон» - дерево) — короткий, ветвящийся отросток нейрона, проводящий нервные импульсы к телу нейрона.
Нейрон (от греч. «нейрон» - жила, нерв) - основная структурная и функциональная единицанервной системы, обладающая специфическими проявлениями возбудимости; способен принимать сигналы, перерабатывать их в нервные импульсы и проводить к нервнымокончаниям, контактирующим с другими нейронами или органами.
Нейроглия (от греч. «нейро» и греч. «глиа» — клей) — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани, выполняющих опорную, трофическую, секреторную функции.
Нервное окончание — специализированное образование в концевом разветвлении отростков нейрона, лишенных миелиновой оболочки; служит для приема или передачи сигналов.
Нервы (от греч. «неурон» - жила, нерв) - тяжи нервной ткани, связывающий мозг и нервные узлы с другими органами тела. Образованы нервными волокнами, которые являются отростками нервных клеток;
а) двигательные - нервы, образованные отростками двигательных нейронов, передающие нервные импульсы от центральной нервной системы на периферию;
б) чувствительные - нервы, образованные отростками чувствительных нейронов, передающие нервные импульсы от органов чувств в центральную нервную систему;
в) смешанные — нервы, в состав которых входят как двигательные, так и чувствительные нервные волокна, передающие импульсы в двух направлениях.
Нервный импульс — кратковременное изменение электрического потенциала мембраны нервной клетки, которое распространяется вдоль нервного волокна в виде быстро перемещающейся волны.
Периферическая нервная система — часть нервной системы, образованная нервными тканями, лежащими за пределами центральной нервной системы.
Синапс (от греч.«синапсис» — соединение, соприкосновение) — специализированная структура в месте контакта между нервными клетками или между нервными клетками и рабочими (исполнительными) органами.
Торможение — физиологический процесс, развивающийся в нервных клетках (и др. возбудимых тканях), который приводит к угнетению их деятельности, и затруднению или невозможности развития возбуждения.
Серое вещество мозга — скопление тел нейронов и их коротких отростков в центральной нервной системе;
Нейроны: а) чувствительные — нейроны, передающие импульсы от органов чувств в спинной и головной мозг,
6) двигательные — нейроны, передающие импульсы от спинного и головного мозга к мышцам и внутренним органам;
в) вставочные — нейроны, осуществляющие связь между чувствительными и двигательными нейронами, тела и отростки которых не выходят за пределы мозга.
Миелин — вещество, входящее в состав миелиновых оболочек.Представляет собой сложную смесь липидов (70-85%) и белков (15-30%).Миелиновая оболочка образуется клетками нейроглии вокруг нервных волокон. Миелинизированныенервные волокна передают нервные импульсы с большей скоростью и надежностью, чем немиелизированные.
Раздражитель — стимул, любое воздействие, способное вызвать биологическую реакцию живого организма.
Раздражение — реакция организма на действие раздражителя.
Раздражимость — способность живых клеток, тканей и целого организма реагировать на внешние и внутренние воздействия — раздражители; лежит в основе их приспособления к изменяющимся условиям среды.
Рефлекс — ответная реакция организма на действие раздражителей (внешних или внутренних), осуществляемая при участии центральной нервной системы. Рефлексы являются основной формой нервной деятельности организма человека и других многоклеточных животных.
Рефлекторная дуга — путь, по которому проходят нервные импульсы от рецептора к исполнительному (рабочему) органу. Это материальная основа рефлекса.
Безусловные рефлексы — наследуемые реакции, закономерно возникающие в ответ на раздражения, имеющие непосредственное биологическое значение, видоспецифичны; рефлекторные дуги постоянны, замыкаются в спинном мозге и стволе.
Условные рефлексы — вырабатываются в течение индивидуальной жизни благодаря образованию временных нервных связей в высших отделах ЦНС, индивидуальны; рефлекторные дуги временны, замыкаются в переднем мозге
. Вариант 1
А1. Клетка впервые была открыта
1) Р. Гуком 2) К. Линнеем
3) А. Левенгуком 4) М. Шлейденом
А2. Ионы железа выполняют в организме функцию
1) переносчика кислорода 2) активатора ферментов
3) окислителя крови 4) гормонального регулятора
A3. К полимерам относится
1) РНК 2) фосфолипид
3) жир 4) глюкоза
А4. Внутренняя мембрана митохондрий образует
1)матрикс 2) строму
2) кристы 4) граны
А5. Гидролитическое расщепление высокомолекулярных
веществ в клетке осуществляется в
1) цитоплазме 2) лизосомах
3) эндоплазматической сети 4) митохондриях
А6. В процессе энергетического обмена происходит
1) расщепление веществ с поглощением энергии
2) синтез веществ с поглощением энергии
3) расщепление веществ с выделением энергии
4) синтез веществ с выделением энергии
А7. В процессе фотосинтеза энергия Солнца
1) преобразуется в энергию химических связей глюкозы
2) используется как тепловая для химических реакций
3) запасается в макроэргические связи в молекулах АТФ
4) используется в качестве катализатора химических реакций
А8. Процесс кислородного окисления глюкозы сопровождается
1) выделением энергии и синтезом АТФ
2) поглощением энергии и синтезом АТФ
3) выделением энергии и распадом АТФ
4) поглощением энергии и распадом АТФ
А9. Процесс транскрипции происходит
1) только на определенном участке молекулы ДНК
2) сразу на всей молекуле ДНК
3) на определенном участке молекулы и-РНК
4) на всей молекуле и-РНК
А10. Антикодону УЦГ на тРНК соответствует кодон на иРНК
1) УГЦ 2) АГЦ
3) УЦГ 4) ТГЦ
А11. Биосинтез белка происходит во всех клетках организма человека за исключением:
1) клеток поджелудочной железы
2) клеток слизистой оболочки кишечника
3) эритроцитов
4) лейкоцитов
А12. При изучении нуклеотидного состава ДНК были выявлены
следующие закономерности:
1) А = Т, Г = Ц 2) А + Г = Т + Ц
3) А = Т;Г = Ц;А + Г = Т + Ц 4) А = Т; Г = Ц; Ц + Г = А + Т
А14. В клетках поджелудочной железы, синтезирующей пищеварительные ферменты, особенно развита
1) шероховатая эндоплазматическая сеть
2) гладкая эндоплазматическая сеть
3) лизосомы
4) ворсинки
A15. Ферменты гликолиза локализованы
1) в цитоплазме
2) в матриксе митохондрии
3) на мембранах крист митохондрий
4) на мембранах шероховатой ЭПС
А16. Генетический код вырожден, так как
1) одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов и-РНК
2) каждую аминокислоту кодирует только один триплет и-РНК
3) каждому триплету соответствует одна аминокислота
4) код един для всех организмов
А17. При заражении бактериальной клетки бактериофагом
1) бактериофаг попадает в клетку целиком
2) бактерию попадает только нуклеиновая кислота фага
3) в бактерию попадает только капсид фага
4) бактериофаг разрушает только поверхность бактериальной клетки
А18. Клеточная теория впервые была сформулирована
1) Р. Гуком и А. Левенгуком
2) Т. Шванном и А. Левенгуком
3) М. Шлейденом и Т. Шванном
4) М. Шлейденом и Р. Вирховым
А19. Ионы калия в организме участвуют в
1) переносе кислорода
2) гормональной регуляции
3) передаче нервного импульса
4) структурировании хлорофилла
A20. Последовательность аминокислот в полипептидной цепи - это:
1) первичная структура ДНК 2) первичная структура белка
3) вторичная структура белка 4) вторичная структура ДНК
А21. Внутри лизосом находятся
1) матрикс 2) строма
3) гидролитические ферменты 4) рибосомы
А22. Процесс первичного синтеза глюкозы протекает в
1) ядре 2) хлоропластах
3) митохондриях 4) лизосомах
А23. Первичный синтез органических веществ происходит в процессе
1) фотосинтеза
2) биосинтеза белка
3) энергетического обмена
4) биологического окисления
А24. Генетическим кодом называется:
1) соответствие между последовательностью нуклеотидов в ДНК или и-РНК и последовательностью аминокислот в молекуле белка
2) нуклеотидное строение ДНК
3) последовательность аминокислот в молекуле белка
4) последовательность генов в ДНК
А25. Первым этапом расщепления глюкозы является
1) гидролиз 2) восстановление
3) кислородное окисление 4) бескислородное окисление
А26. В процессе репликации каждая новая молекула ДНК
1) состоит из одной исходной и одной новой цепи
2) состоит из двух синтезированных цепей
3) имеют либо новые синтезированные цепи, либо исходные
4) мозаично содержит остатки исходных и новых цепей
А27. Антикодону АГЦ на тРНК соответствует кодон на иРНК
1) АГЦ 2) ТГЦ
3) ТЦГ 4) УЦГ
А28 Исключительно из остатков глюкозы состоит
1) крахмал 3) клетчатка
2) крахмал и клетчатка 4) крахмал, клетчатка, сахароза
А29. Если в состав белковой молекулы входит 300 аминокислот, то в кодирующей ее части гена число пар нуклеотидов равно
А30. Лизосомы в больших количествах встречаются в клетках
1) фагоцитов 2) эритроцитов 3) дермы 4) остеоцитов