Лекционный курс (1128712), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Он осуществляется специальными белкамипереносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученнымявляется Na-/ К--насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу,поглощая при этом ионы К-. Благодаря этому в клетке поддерживается большаяконцентрация К- и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процессзатрачивается энергия АТФ.В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходиттакже регуляция концентрации Mg2-и Са2+.В процессе активного транспорта ионов в клетку через цитоплазматическую мембранупроникают различные сахара, нуклеотиды, аминокислоты.Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидныекомплексы и др.
сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов имономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходитсовершенно иным путем — посредством эндоцитоза. При эндоци-тозе {эндо... — внутрь)определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточныйматериал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впячиваниямембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которойрасщепляют макромолекулы до мономеров.Процесс, обратный эндоцитозу, — экзоцитоз (экзо...
— наружу). Благодаря ему клеткавыводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуолиили пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а егосодержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительныеферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клеткислужат не просто физическими границами, а представляют собой динамичныефункциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленныебиохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразованиеэнергии, синтез АТФ и др.7.
Ионные каналы и насосы.Калиевые каналы.В клеточных мембранах существуют особые каналы, осуществляющие селективныйтранспорт ионов калия через мембрану. В этих каналах существует одна большая полость,способная вместить в себя до 80 молекул воды - сюда попадают различныегидратированные ионы. Далее канал сужается, причём размеры полостей таковы, что вних стабилизируются ионы калия, гидратированные восемью молекулами воды. Всеготаких «узких» полостей семь; после прохождения через них ион калия выходит измембраны и расширяет свою гидратную оболочку.
Направление переноса соответствуетградиенту концентрации К+ (изнутри клетки наружу).12Механизм работы Na+ - К+ насоса.Активный транспорт ионов натрия и калия осуществляется специальным ферментом NaК-АТРазой. Этот фермент состоит из двух субъединиц, каждая из которых встроена вклеточную мембрану. Между субъединицами находятся несколько полостей, положениекоторых зависит от конформации белка. На первом этапе работы насоса белокзахватывает три иона Na и, за счёт энергии гидролиза АТР, переносит полости навнешнюю сторону мембраны. Там ионы натрия освобождаются, а на их место попадаютдва иона К+; эти ионы перемещаются на внутреннюю сторону мембраны и выходят вовнутреннюю среду клетки, после чего насос готов к новому циклу.
Такой насос создаёт поразные стороны мембраны не только разность концентраций, но и разность зарядов, тоесть электрический потенциал. Этот потенциал называется мембранным и может бытьизмерен, его величина составляет порядка (-50) мВ (разность между потенциалами внутрии снаружи).13Лекция 4.
Биоэнергетика.1. Определение биоэнергетики - совокупность процессов преобразования энергии вбиол. системах, а также раздел биологии, изучающий эти процессы. (это хоть понормальному звучит, остальные определения полная хрень).2. АТР, аденозинтрифосфат - универсальный реакционный модуль Аденозинтрифосфа́т (сокр. АТФ, англ. АТР) — нуклеотид, играет исключительно важнуюроль в обмене энергии и веществ в организмах; в первую очередь соединение известно какуниверсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих вживых системах.
АТФ был открыт в 1929 году Карлом Ломанном, а в 1941 году ФрицЛипман показал, что АТФ является основным переносчиком энергии в клетке.Главная роль АТФ в организме связана с обеспечением энергией многочисленныхбиохимических реакций. Являясь носителем двух высокоэнергетических связей, АТФслужит непосредственным источником энергии для множества энергозатратныхбиохимических и физиологических процессов. Все это реакции синтеза сложных веществв организме: осуществление активного переноса молекул через биологические мембраны,в том числе и для создания трансмембранного электрического потенциала; осуществлениямышечного сокращения.Помимо энергетической, АТФ выполняет в организме ещё ряд других не менее важныхфункций: Вместе с другими нуклеозидтрифосфатами АТФ является исходным продуктомпри синтезе нуклеиновых кислот. Кроме того, АТФ отводится важное место в регуляции множества биохимическихпроцессов.
Являясь аллостерическим эффектором ряда ферментов, АТФ,присоединяясь к их регуляторным центрам, усиливает или подавляет ихактивность.14АТФ является также непосредственным предшественником синтеза циклическогоаденозинмонофосфата — вторичного посредника передачи в клетку гормональногосигнала. Также известна роль АТФ в качестве медиатора в синапсах.В организме АТФ синтезируется из АДФ, используя энергию окисляющихся веществ:АДФ + H3PO4 + энергия → АТФ + H2O.Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению, по различным данным, от 40 до 60кДж/моль.АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергияАТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергияВысвобожденная энергия используется в разнообразных процессах, протекающих сзатратой энергии.3.
Термодинамика биохимических реакций –Рассчитать направление протекания реакций позволяют термодинамические уравнения.На уроках химии вы узнали, что многие самопроизвольно протекающие реакцииэкзотермичны, т. е. сопровождаются выделением теплоты. Практически всебиохимические процессы протекают при постоянном давлении, равном атмосферному, ипри постоянном объеме системы. Для проведения расчетов в таких условиях удобновоспользоваться специальной величиной – энтальпией. Изменение энтальпии в ходереакции, обозначаемое ΔH, равно теплоте, поглощенной системой (на самом деле, ΔH =ΔU + P × ΔV, где P – давление, V – объем, U – внутренняя энергия системы; но когдаобъем системы не меняется, наше утверждение справедливо). Для экзотермическихпроцессов, в ходе которых выделяется тепло, ΔH < 0, тогда как для эндотермическихΔH > 0.Возможность или невозможность самопроизвольного протекания реакции припостоянных температуре и давлении однозначно определяется изменением свободнойэнергии Гиббса: ΔG = ΔH – TΔSЗдесь ΔG – изменение свободной энергии Гиббса в ходе процесса, ΔH – изменениеэнтальпии, T – абсолютная температура, ΔS – изменение энтропии.В энергообеспечении живых организмов важнейшую роль играет реакция гидролиза АТФ(подробнее о ней написано ниже): АТФ4– + Н2О = АДФ2– + НРО42– .
ΔG этой реакции при1 М концентрации всех ее участников (ΔG°) и температуре 25 °С составляет (–34,5)кДж/моль. При этом изменение энтальпии в ходе реакции в этих условиях (ΔH°) составит(–19,7) кДж/моль, а изменение энтропии (ΔS°) равно 49,7 кДж/моль·град. Таким образом,в этой реакции и тепловой эффект, и увеличение беспорядка системы способствуют еепротеканию слева направо.4. Фотосинтез, электрохимический потенциал и синтез АТР –Про синтез АТР см. Выше.Фотосинтез — процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды насвету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений,бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий).С использованием изотопных меток показано, что источником O2 в фотосинтезеявляется только вода:Фотосинтез пространственно и во времени разделяется на два сравнительнообособленных процесса: световую стадию окисления воды и темновую стадиювосстановления CO2 (рис).
Обе эти стадии осуществляются у высших растений иводорослей в специализир. органеллах клетки - хлоропластах. Исключение синезеленые водоросли (цианобактерии), у к-рых нет аппарата фотосинтеза,обособленного от цитоплазматич. мембран.15трансмембранный электрохимический потенциал(ΔμН+) – величина, определяющая разность концетрации протонов на внешней ивнутренней стороне биол. мембран (внутренние мембраны митохондрий, тилакоидыхлоропластов, внутрицитоплазматические мембраны бактерий). Возникает за счетэнергии, выделяемой при функционировании окислительно–восстановительных реакцийдыхательной цепи или за счет поглощенных квантов света (фотосинтетическая цепьтранспорта электронов).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
