Тема 8 по биология: Анаболитни процеси в клетката

Какво ще научите тук?

Анаболитни процеси в клетката – обща характеристика. Репликация – същност, механизъм на процеса. Транскрипция – същност – механизъм на процеса. Транслация – същност и механизъм на процеса.

Речник

• Аеробно разграждане - Аеробна деградација
• Анаболитни процеси - Анаболни процеси
• Верига - Синџир
• Въглехидрати - Јаглехидрати
• Енергия - енергија
• Катаболитни процеси - Катаболни процеси
• Матричен принцип - Принцип на матрица
• Метаболитен цикъл - Метаболички циклус
• Наследствена програма - Наследна програма
• Нишесте - Скроб
• Органични вещества - Органски материи
• Протеини - Белковини, протеини
• Репликационна вилка - Вилушка за репликација
• Самовъзпроизвеждане - Саморепликација
• Слънчева светлина - Сончева светлина
• Съхранение - Складирање
• Фосфатен остатък - Фосфатен остаток
• Светлинна фаза - Светла фаза
• Съзряване на РНК - Созревање на РНК
• Тъмнина фаза - Темна фаза
• Цикъл на Калвин - Циклус на Калвин

Определения

Анаболитни процеси

Анаболитни са процеси, при който от по-прости съединения се синтезират по-сложни. Те за редукционни и протичат с разход на енергия. Според източника на енергия за анаболитните процеси организмите се делят на автотрофи и хетеротрофи. Анаболитните процеси са синтез на гликоген, скорбялата, фотосинтезата и мн. други.

а) Синтез на гликоген: осъщестява се в животинските и човешките клетки. Гликогенът е полимер на глюкозата. Най-напред глюкозата се активира с енергия от АТФ, при което се свързва с фосфатен остатък. Активирана глюкоза носи достатъчно енергия, за да встъпи в реакция на кондензация с последния глюкозен остатък от гликогена. В синтезата на гликогена участват четири ензима, от който последния е гликоген синтаза.

б) Фотосинтезата: процес, при който се синтезират органични вещества от CO₂ и H₂O с енергията от слънчевата светлина. Извършват я растенията, много едноклетъчни еукариоти и цианобактериите. Те са наричат фотоавтотрофи. При еукариотните фотоавтотрофи се извършва в хлоропластите. Фотосинтезата протича в две последователни фази: светлинна и тъмнинна. Връзката между двете фази са веществата АТФ и НАДФ. АТФ през светлината фаза акомулира слънчева енергия, преобразувана в химична енергия на макроергични връзки и я предоставя за синтез на въглехидрати през тъмнината фаза. През светлинната фаза НАДФ се редуцира до НАДФ.Н₂ и през тъмнинната фаза служи като редуктор.

• Светлинна фаза - важна роля в тази фаза има пигментът хлорофил, разположен в тилакоидните мембрани. На светло хлорофила погълща светлина, при което един от електроните в пръстена му се зарежда с енергия и напуска молекулата. Поема го поредица от ензими, от тилакоидната мембрана. Те образуват фотосинтетичната верига за пренос на електрони. В края на веригата стои НАДФ, който се редуцира до НАДФ.Н₂. Докато електроните се пренасят от хлорофила към НАДФ, енергията им се отделя на порции и се синтетизира АТФ - извършва се фотофосфорилиране. Междувременно хлорофилните йони, загубили електроните, трябва да ги възтановят. За целта те отнемат електрони от водни молекули, окислявайи до О₂. Процеса се нарича фотолиза на водата. 
• Тъмнинна фаза - протича в стромата на хлоропластите. Нарича се тъмнинна, защото не изисква енергия. Синтезата на органични вещества става чрез метаболитен цикъл, наречен цикъл на Калвин.
• Фотосинтезата може да се представи съкратено чрез със следното уравнение:

6CO₂ + 6H₂O + енергия -> C₆H₁₂O₆ + O₆

Генетични процеси

а) Наследствената програма на клетката е написана в молекулите ДНК, осъщестява се чрез синтеза на РНК и белтъци и се предава на поколението чрез синтез на нова ДНК. Ете защо синтезата на ДНК, РНК и белтъци определяме не само като анаболитни клетъчни процеси, а също и като генетични процеси.

б) Генетични процеси наричаме процесите, които осигуряват съхраняването на и реализацията на наследствената информация и предаването и в поколенията. Това за процесите: репликация -синтез на ДНК, транскрипция - синтез на РНК и транслация - синтез на белтъци.

в) Репликация на ДНК - генетичен процес, при който се синтетизира ДНК. Една от основните характеристики на живота - самовъзпроизвеждането се основава на способноста на ДНК на създава точни копии на своите молекули, чрез матрична синтеза. Синтезата на ДНК още се нарича удвояване, защото от старата молекула ДНК се получават две неотличими от неа нови молекули. Процесът започва от определен участък от ДНК, наречен начало на репликация.  С началото се свързва специален белтък разделящ двойната спирала. Използвайки енергия от АТФ, той се движи по ДНК, като разкъсва водородните връзки между комплементарните бази. С оголените вериги комплементарно се свързват свободни дезоксирибонуклеотиди. Присъединява се ензимът ДНК-полимераза и започва да свързва нуклеодити във верига чрес фосфодиестерна връзка. Участъкът, където в даден момент се синтезират нови ДНК вериги, има Y-образна форма и затова се нарича репликационна вилка. Посоката на синтезата създава проблем. За да се удвои изходната ДНК молекула, трябва двете й вериги да се копират по цялата им дължина. ДНК-полимеразата обаче може да удължава веригата само в едната посока (от Ф края към ОН края). Поменже двете вериги на всяка молекула ДНК са антипаралелни, при репликацията само едната нова верига може да се синтетизира в посока, в която напредва репликационната вилка. Другата верига се синтетизира на отделни парчета. Накрая ензимът, ДНК лигаза свързва парлетата в цялостна верига.

г) Транскрипция - процес на синтез на РНК. Извършва се върху матрица ДНК. Транскрипцията е първия етап от осъщeстяването (реализирането) на наследствената програма. При еукариотните клетки протича в ядрото, а при прокариотните в нуклеоида. Химичния състав на РНК е много сходен с този на ДНК. Разликите се, че участва рибоза вместо дизоксирибоза и урацил вместо тимин. Молекулите РНК съответстват само на част от ДНК, затова са много по-малки и лесно подвижни. Освен това са по-открити за взаиомодействия, тъй като са едноверижни. Транскрипцията протича по матричен принцип и при спазване на  правилото на комплементарност на азотните бази. Ензим РНК полимераза катализира образуването на фосфодиестерни връзки между нуклеотидите и ги свързва в нова полинуклеотидна верига. При трабскрипцията се копира не цялата ДНК-верига, а само един ген. В края на всеки ген има има участък, който прекратява процеса. Готовата РНК не остава свързана с матрицата, а я напуска.

д) Регулация на транскрипцията - Гените на клетките не работят всички едновременно. Презаписват се само тези, чийто продукти са необходими в момента, т.е. съществува регулация на транскрипцията. Тази регулация е особено важна за диференцирането на клетките в многоклетъчните организми. Транскрипцията се регулира главно чрез регулаторни белтъци, свързващи се специфично в началото на гена. В прокариотните клетки регулаторните белтъци обикновено потискат транскрипцията, а в еукариотните я активират.

е) Зреене на РНК - Не всички РНК се готови да изпълняват функцията във вида, който ,,слизат” от матрицата. Повечето претърпяват допълнителна ензимна обработка, наречена зреене, за да станат функционално годни. 

ж) Транслация - процес на синтез на белтъци. Извършва се върху матрица мРНК. Всички жизнени процеси изискват участието на белтъци. Затова синтезата на белтъци е един от най-важните процеси в клетката. Транслацията е втория етап от осъщестяването на наследствената програма. Протича в рибозомите. Нужната енергия се осигурява от АТФ и други нуклеотиди енергоносители.

з) Генетичен код - Белтъчната синтеза се осъществява на матричен принцип, като репликацията и транскрипцията, но е далеч по-сложна, тъй като продуктът е химично много различен от матрицата (мРНК). Начинът, по който на нуклеотидите от мРНК се съпоставят аминокиселините в белтъчните молекули, се нарича генетичен код. При репликацията и транскрипцията на един мономер от матрицата отговаря един мономер от продукта. При транслация това е невъзможно, защото нуклеотидите са само четири вида, а аминокиселините са 20. Не може и два нуклеодита да кодират една аминокиселина, защото възможният брой съчетания от два нуклеотида е 4²=16. Съчетанията от три нуклеодита обаче са 4³=64 и са съвсем достатъчни. Три последователни нуклеодита в мРНК определят мястото на една аминокиселина в полипептидната верига. Затова, казваме че генетичния код е триплет. Треплетите, които участват в генетичния код, наричаме кодони. От 64-те кодони 61 кодират аминокиселини, като за повечето аминокиселини има по два или повече кодони. Три от кодоните не кодират аминокиселини, а служат като сигнали за край на синтезата. Те се наричат стоп-кодони.

и) Механизъм на транслацията - аминокиселините не могат сами да разпознават и да се свързват с кодоните . Нужна е молекула, която да ги съпостави. Тази роля изпълнява транспортната РНК. Аминокиселината се прикачва ковалентно към края на веригата й, а едната от бримките й носи антикодон - триплет комплементарен на кодона. Поради сложноста си транслацията изисква ,,работна площадка”. Tова е рибозомата. Малката субединица на рибозомата се свързва с Ф края на мРНК. Пристигат Трнк, като всяка носи своята аминокиселина.Антикодоните се свързват комплементарно с кодоните в малката субединица. Там донесената от тях аминокиселини се свързват помежду си с пептидна връзка. Образува се дипептид. Робозомата започва да пълзи по дължина на Мрнк. Процесът завършва, когато рибозомата стигне до стоп-кодона.

й) Полизома - Една молекула мрнк може да се транслира многократно, без дори да се чака първата рибозома да приключи. Образувания комплекс от Мрнк и две или повеле рибозоми се нарила полирибозома (полизома).

Основни моменти в темата

• Анаболитните процеси са синтези и изискват енергия.
• Фотосинтезата е ключов анаболитен процес, който протича в две фази: светлинна и  тъмнинна.
• Генетичните процеси осигуряват съхраняването и реализацията на наследствената информация и предаването й в поколенията. Осъщестяват се на матричен принцип, като се спазва правилото на комплементарност на азотните бази.
• Синтезата на ДНК се нарича репликация.
• Транскрипцията е процес на синтез на РНК.
• Процесът на синтезиране на протеини се нарича транслация на наследствената информация.

Как да го запомним?

Направете си таблица или mindmap: