Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Клетки Е. сай можно выращинать на простой среде, солержащей в качестве единственного источника углерола лактозу. Необходимым этапом обмена лактозы (а следовательно, н необходимым условием выживания бактерий! является гидролиз лактазы до моносахаридав глюкозы и галакгоэы, катализнруемый ферментом б-галактозидазай. Когда Е, сой выращивают на среде с лактозой, в каждой бактериальной ктетке присутствует несколько тыгяч молекул этого фермента (см. задачу Ц, способных осуществлять гндролиз. Однако если единственным источником углерола в среде служит глюкоза или, например, глнцерол, эо в клетюах обнаруживается не более 5-10 молекул ()-пзлактозидазы. а) Каким образом регулируется обмен зтктозы? Объясните. б) Почему при замене в питательной среде лактозы на глицерол содержание бгалактазилазы в клетках снижается? Почему она не остается на прежнем уровне? в) Если среда содержит в качестве единственного источника углерода метил-бгалактозизь то клетки растут быстро н содержат тысячи молекул ))-галактозидазы.
Если же единственным источником углерода является мстил-а-галактошзь то клетки растут медленно и солержат совсем мало б-галактозидазы. Объясните причины пих различий. Сроинение китоболичесюзх и анаболических путей. Ниже иа схеме изображено взаимопреврашение глюкозы и фруктозо-!,б-дифосфате. В обмене углеводов эта последовательносп реакций играет клю. чевую роль. Расщепление глюкозы представляет собой катаболическнй путь, а ее биосинтез из фруктозо-!,б-днфосфатаанабалический Одни и те же гексоэомонофосфвты слу;каг промежуточными прозуктами тога и другою пути.
Оливка, хотя пути эти очень схожи, мев;ау ними есть явные различия. Выявит~ их. 402 ЧАГТЬ Н. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 7--,. 1'люлозо-б.фосфат 7 .-,-"'~ 'г;,, Аллбеличегми» итти Эффективность ими?мин 100 о счета раси.,'мин Фрухтазо-1, б-лкфосфаг а) Напишите уравнения химического баланса для каждой из стадий катаболического пути. Напишите суммарное уравнение, представляющее собой результат сложения отдельных стадий. б) Проделайте то же самое для анаболического пути. в) Укажите различия межлу катаболнческим и анаболическим путями, проявляющиеся в их суммарных уравнениях. Можно ли считать, что каждый из этих путей является простым обращением лругого? г) Чем обеспечивается направленность катаболизма глюкозы? Иными словами.
что препятствует обращению этого процесса? л] Возможно ли, чтобы один и тот же фермент катализировал и каттюлическую, и анаболическую реакции взаимопревращения глюкозы и глюкоза-6- фосфапа? Возможно ли это для взаимопревращения глюкоза-6-фасфата и фруктово-6-фосфата? 6. Измерение радиииктнаностю Количественное определение радиоактивных изотопов обычно используемых в биологических исследованиях (лН, 'лС, ллр и ллб), удобнее всего проводить при помощи жидкостного сцинтилляционного счетчика.
За единицу радиоактивности (ее называют кюри, Ки; международное обозначение -С)) принята активность, соответствующая 2,22. 1О" распадам в 1 минуту (рлспчмцн]. При использовании жидкостного сцинтилляционного счетчика обычно удается зарегистрировать в виде импульсов только часть общего числа распадов. Поэтому количество радиоактивности часто выражают не в виде числа распадов в минуту (раси?мин), а в виде числа реально регистрируемых паиным счетчикам импульсон в минуту (имп?мнн). Если известна эффективность счета, которая определяется по формуле то на основании числа регистрируемых импульсов в минуту можно определить число распадов в минуту. Использование радиоактивной мелки очень ценный метод биохимических исследований, потому что по ралиоактивнасти мы мажем сулить о концентрации ланного химического соединения.
Под удельной радиоактивностью соединения понимают активность на единицу массы. объема и т.д. (грамм, моль, эквивалент, миллилитр и т.л.). Пользуясь этим понятием, мы вовсе не предполагаем, что метку несет каждая молекула данного соединения. Елинственнае, что требуется, - зто чтобы регистрируемое счетчиком число импульсов бьгло пропарпианально концентрации меченого соединения; удельная радиоактивность и эффективность счета служат при этом пересчетными коэффициентами.
а) От поставщика получен препарат 'лС- глюкозы в 1 мл водного раствора. Общая раллаактивнасть препарата 250 мкКи, а его удельная радиоактивность 500 мКи1ммоль. Вычислите концентрацию глюкозы в полученной от постав. шика 1-мз ампуле. б) Сколько импульсов в минуту будет зарегистрировано.
если из полученного раствора отобрап пробу (1О мклй ввести ее в счетчик и измерить радиоактивность с зффективностъю 70"Ь? Измерение кониентрацни ыетионина внутри клетки. Когда клетки Е. сой выращивают на среде, в которой единственным источником серы служит элбО',, все серусодержашие аминокислоты и белки солержат метку ллй В одном из таких экспериментов Е.
сой выращивали на среле, содержащей 0,85 мМ ллБОл . При измерении радиоактивности в 250-мкл пробе этой среды с 87",„'-ной эффективностью счета было зарегистрировано 4,Я). КР имл(мин. По достижении максимального роста культуры клетки отф иль тра ванн и промыли холодной водой Свободные (неон!пенные) аминокислоты экстрагировали из клеток кипящей водой и разделили методом ионообменной хроматографии. Экстракт из 1,85 г влажных клеток при измерении с 82",;-ной эффективностью имел радиоактивность 3.2 !0л имп)мин 1:ллЯ-метианина. Вычислите концентрапию свободного 1=метианина внутри клетки, исходя из прелположения, что во влажных клетках 80"; составляет вода и 20".-„' сухой осшток. ГЛАВА 14 АТР-ЦИКЛ И БИОЭНЕРГЕТИКА КЛЕТКИ В наши дни человек особенно остро ощущает. насколько энергия (т.е.
способность производить работу) необходима для поддержания всей нашей современной цивилизации. Энергия требуется нам для производства различных товаров, для перевозки людей и материалов, для отопления жилых и рабочих помещений, а также для многих и многих других менее важных дел. Точно так же необходима энергия и микрокосмосу живой клетки. В живых клетках непрерывно синтезируются новые вещества, выполняется механическая работа, связанная с движением, происходит транспорт веществ и вырабатывается тепло.
За миллиарды лег эволюции клетки научились использовать энергию более экономно и более эффективно. чем использует ее большинство машин, созданных человеком. Действительно, на живые клетки мы смотрим теперь, как на модели, с помогцью которых нам следует создавать новые, более совершенные устройства для преобразования энергии. и в первую очередь для улавливания энергии Солнца. Раздел биохимии, занимающийся вопросами преобразования и использования энергии в живых клетках, носит название биоэнергетики. Мы начнем эту главу с рассмотрения нескольких основных принципов термодинамики, т.е. той области физики, которая имеет дело с превращениями энергии. После эгого мы обратимся к системе АТР, чтобы выяснить, как с ее помощью совершается в клетках перенос энергии от катаболических реакций, в которых энергия выделяется, к тем клеточным процессам, для которых она необходима.
141. Первый н второй заковы термодинамики Энергия известна нам в различных формах; мы знаем электрическую. механическую. химическую. тепловую н световую энергию. Мы лнаем также, что энергия может переходить нз одной формы в другую. Так. в электромоторе электрическая энергия преобразуется в механическую, в аккумуляторе происходит преобразование химической энергии в электрическую. а в паровой турбине в механическую энергию преобразуется тепло. Различные формы энергии связаны друг с другом определенными количественными соотношениями: например, 1 кал тепловой энергии теоретически соответствуег 4.185 10' эр~ механической энергии. Известно, однако, чзо любой переход энергии из одной формы в другую сопровождается некоторымн потерями.
Электрический мотор, преобразу.ющий электрическую энергию в механическую, вырабатывает всегда меньше полезной энергии, чем потребляет, потому что изза трения часть энергии переходит в тепло, которое рассеивается в окружающем пространстве, и уже не может быть использовано. Практически всякий раз, когда энергия используется для производства работы или когда она переходит из одной формы в другую, часть полезной энергии геряется. Во многих машинах на выполнение полезной работы расхолуется менее 25'„ потребляемой энергии. Многочисленные количественные исследования по взаимопревращению различных форм энергии, выпол- ЧАСТЬ и, БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ б. Второй закон Дополнение 14-1. Понятие энтропии Термин «энтропия»ч буквально означающий «внутреннее изменение» или «внутреннее превращение», впервые был ввелен в 1351 г.
немецким физиком Рудольфом Клаузиусом, которому принадлежит одна из первых формулировок второго закона термодинамики. Строгая количественная интерпретация энтропии может быть дана на основе статистических и вероятностных представлений, Качественный смысл этого понятия можно проиллюстрировать на трех примерах, каждый из которых характеризует определенный аспект энтропви. Главное, чтб всегда связывают с энтропией,— это неупорядоченность системы, которая в разных случаях может проявляться по-разному.
Случай!. Чайник и рассеяние тепла. Известно, что пар, образующийся при кипении воды, может совершать полезную работу. Представим себе, оцнако, что, как только температура воды в чайнике (т. е. в «системе») достигнет 100 С, мы выклгочим под ним огонь и дадим ему просто остыть в кухне (т.е. в «окружающей среде»). При этом не будет произведено никакой работы. Вместо этого из чайника в окружающую среду будет переходить тепло, постепенно повышая температуру среды (т. е, кухни) до тех пор, пока, наконеп„не будет достигнуто полное тепловое равновесие.
В этот момент все части нашего чайника и кухни будут иметь практически одну и ту же температуру. Своболная пенные физиками и химиками. позволили сформулировать два фуьшаментальных закона термолинамикн. Мы попытаемся изложить здесь их суть в наиболее простой и доступной форме. а. Первый закон При любом физическом или химическом изменении общее ко.тчество энергии во Вселенной оонается постоянным. Первый закон — это закон сохранения энергии; его можно сформулировать и так: энергия не появляется и не исчезает. Всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы или же переходит из одной формы в другую, общее количество энергии остается неизменным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
