Клетка строительные блоки

В молекулярной организации клеток существует структурная иерархия. Клетки содержат органеллы, такие, как ядро и митохондрии, которые в свою очередь содержат надмолекулярные структуры, например мембраны и рибосомы, а эти последние представляют собой группу объединенных между собой макромолекул, связанных друг с другом с помощью многочисленных относительно слабых межмолекулярных связей. В макромолекулах отдельные строительные блоки соединены друг с другом ковалентными связями. [c.76]

Микробные клетки синтезируют аминокислоты — строительные блоки, из которых состоят белки. Путем отбора, направленных мутаций или генной инженерии можно получить продуценты, синтезирующие аминокислоты в количествах, имеющих промышленное значение, так как роль аминокислот для медицины, сельского хозяйства и промышленности очень велика. Многие пищевые продукты и корма для животных не содержат достаточного количества незаменимых аминокислот, например лизина. К таким продуктам относятся пшеница, рис, кукуруза и др. [c.15]

Роль фотосинтеза в решении проблемы энергообеспечения рассмотрена в разд. Ш-В. Поскольку снабжение людей продовольствием в конечном итоге зависит от роста растений, фотосинтез играет ключевую роль и в производстве пищевых продуктов. Фотосинтез — это естественный процесс, посредством которого зеленые растения, водоросли и фотосинтезирующие бактерии используют солнечную энергию для стимулирования химических реакций. Углекислый газ и вода превращаются в результате этих реакций в органические молекулы типа строительных блоков, которые используются клетками растений, функционирующими как химические фабрики, удовлетворяющие нужды растения. Ежегодно 10 т углерода превращаются в органические вещества с помощью фотосинтеза, и выяснение механизма этого процесса остается важной целью исследований. Несмотря на быстрый прогресс в данной области (см. разд. 1И-В), мы все еще далеки от возможности воспроизвести процесс фотосинтеза в лаборатории. Тем не менее химики не теряют надежды создать систему искусственного фотосинтеза, которая позволит применить солнечную энергию для [c.42]

Таким образом, обмен веществ слагается, с одной стороны, из реакций, которые дают клетке строительные блоки , образуют предшественники целевого продукта и сам продукт, с другой стороны, из энергетических изменений, которые обеспечивают все превращения в клетке, т. е. в клетке протекают конструктивный и энергетический обмены. [c.37]

После этого гексоза из цикла может направляться либо на синтез сахарозы и полисахаридов, либо — через дыхательный-путь (см. гл. 5) — на построение углеродных скелетов любых других органических соединений клетки. Таким образом, сахар,, образующийся в процессе фотосинтеза из СОг, — это основное органическое вещество, которое в клетках высших растений служит источником как энергии, так и необходимых клетке строительных блоков. [c.127]

Итак, ферменты контролируют выделение и сохранение энергии другая их роль - катализ реакций расщепления молекул пищи с образованием продуктов, которые могут служить строительными блоками для самой клетки. Следующая работа посвящена этой роли ферментов. [c.447]

Жирные кислоты—алифатические карбоновые кислоты —в организме могут находиться в свободном состоянии (следовые количества в клетках и тканях) либо выполнять роль строительных блоков для большинства классов липидов . [c.189]

Полимерные молекулы белков и нуклеиновых кислот синтезируются на матрице, которая и определяет последовательность составляющих их мономеров. Возможности для синтеза разнообразных по функциям и структуре клеточных метаболитов реализуются на стадии сборки полимеров путем различных сочетаний исходных строительных блоков. В основе огромного числа видо-и функционально специфических белков лежат комбинации из 20 аминокислот, а чтобы зашифровать весь объем генетической информации одной клетки или многоклеточного организма оказалось достаточным комбинации из 4 нуклеотидов. Прокариотная клетка в норме содержит примерно 2000—2500 различных белков, каждый из которых представлен 400—1000 молекулами. Количество молекул нуклеиновых кислот каждого вида определяется их функциональным назначением ДНК — одного вида и представлена одной или несколькими копиями количество разных молекул РНК в клетке колеблется на несколько порядков. [c.82]

Типичные биомолекулы, используемые в качестве строительных блоков, возникли самопроизвольно на ранних этапах истории Земли из атмосферных газов и воды под воздействием энергии. Эти процессы, в совокупности называемые химической эволюцией, можно воспроизвести в лабораторных условиях. Современные биомолекулы (строительные блоки), по-видимому, были отобраны на ранних этапах биологической эволюции благодаря тому, что они оказались лучше других приспособленными для выполнения биологических функций. Число таких биомолекул относительно невелико, однако они обладают весьма разнообразными свойствами и каждая из них может вьшолнять в клетках самые разные функции. [c.76]

I макромолекулы клетки распадаются на свои основные строительные блоки полисахариды распадаются до гексоз или пентоз, жиры-до жирных кислот, глицерола и других компонентов, а белки-до аминокислот, которых имеется 20 видов. [c.380]

Анаболизм, называемый также биосинтезом,-это та фаза метаболизма, в которой из малых молекул-предшественников, или строительных блоков , синтезируются белки, нуклеиновые кислоты и другие макромолекулярные компоненты клеток. Поскольку биосинтез-это процесс, в результате которого увеличиваются размеры молекул и усложняется их структура, он требует затраты свободной энергии. Источником этой энергии служит распад АТР до ADP и неорганического фосфата. Для биосинтеза некоторых клеточных компонентов требуются также богатые энергией водородные атомы, донором которых является NADPH (рис. 13-5). Катаболические и анаболические реакции протекают в клетках одновременно, однако их скорости регулируются независимо. [c.380]

К промежуточным соединениям цикла трикарбоновых кислот относятся органические кислоты, поставляющие исходный материал для процессов биосинтеза (2-оксоглутарат, сукцинат, оксалоацетат). Таким образом, цикл трикарбоновых кислот не только участвует в конечном окислении питательных веществ, но служит также важным распределителем , поставляющим исходные соединения для синтеза основных структурных единиц ( строительных блоков ) клетки. Если бы указанные кислоты постоянно выводились из цикла, то регенерации молекулы-акцептора не происходило бы и цикл был бы нарушен. Так называемые анаплеротические последовательности реакций обеспечивают поступление в цикл трикарбоновых кислот все новых количеств промежуточных соединений взамен израсходованных для биосинтеза. Эти анаплеротические последовательности имеют особо важное значение для тех организмов, которые растут за счет простых одно- или двухуглеродных соединений или других субстратов, разлагающихся на такие же простые соединения. [c.216]

Некоторое время назад [1, 2] исследователи указали на то, что метан и другие неполярные молекулы при растворении в воде обнаруживают отрицательные значения изменения энтальпии. В противоположность этому можно было ожидать, что при присоединении неполярной молекулы водородные связи между молекулами воды разрываются, и поэтому изменение энтальпии имеет положительный знак. Объяснение этого факта состоит в том, что молекулы воды образуют структуры типа клетки, что дает возможность внедриться молекуле-гостю. Строительными блоками для этих клеток являются молекулы воды, которые взаимно связаны водородными связями в большей степени, чем в объеме. Иногда такие структуры рассматривают [c.137]

Допустим, что клетка в силу каких-то причин перестает синтезировать белок. Тогда аминокислоты остаются без применения, и если их синтез продолжается, то они накапливаются ненужным балластом. Та клетка, которая в этих условиях прекращает синтез аминокислот, без сомнения, работает рентабельнее, экономичнее, чем клетка без такого тормоза . Попробуем на примере только одной аминокислоты — аргинина — выяснить, как может происходить подобное торможение. Синтез аргинина из предшественников (их природа в данном случае не имеет значения) идет по меньшей мере в 4 этапа. Следовательно, для него требуется соответственно 4 фермента, синтез которых в свою очередь контролируют 4 гена. Действуют эти 4 фермента всегда согласованно и притом последовательно. Фермент 1 преобразует исходное вещество А в вещество В, фермент 2 из В производит С, фермент 3 из С продуцирует О и, наконец, фермент 4 превращает О в конечный продукт Е, который в данном случае представляет собой аргинин (рис. 121). Когда нужда в аргинине отпадает, ферменты Ф —Ф4 становятся лишними, они распадаются (составляющие их строительные блоки используются в другом месте) и одновременно с этим прекращается их синтез. [c.273]

Чего до поры до времени недоставало, так это пуринов и пиримидинов— органических оснований, которые, как мы помним, служат строительными блоками нуклеиновых кислот. Однако уже в 1961 году был найден аденин в 1963 году обнаружили гуанин и аденозин, а также, как чи трудно этому поверить, аденозинмонофосфат, аденозиндифосфат и аденозинтрифосфат (АМФ, АДФ и АТФ), а нам уже известно, что последний из них— универсальный донор энергии для клетки. И все они возникли в условиях, подобных тем, которые, по всей вероятности, господствовали во времена первичного бульона (аденин, например, образовался из метана, аммиака и воды при сильной бомбардировке электронами). [c.389]

Из веществ среды, перенесенных в клетку, собираются строительные блоки , из которых должны формироваться биополимеры клетки и синтезироваться макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и других клеточных компонентов. [c.35]

Большое разнообразие усвояемых форм кислорода предопределяет различные пути ассимиляции и превращения этих соединений в строительные блоки клетки. Наиболее универсальными строительными блока- [c.41]

Основным строительным блоком для синтеза высших жирных кислот служит ацетил-S-KoA, который образуется в митохондриях в результате -окисления высших жирных кислот, а также при окислительном декарбоксилировании пирувата, возникающего из глюкозы.в процессе гликолиза. Как указывалось, основным участком биосинтеза высших жирных кислот является цитоплазма, куда и должен поступать ацетил-S-KoA. Однако митохондриальная мембрана непроницаема для ацетил-S-KoA, в связи с чем он должен подвергаться различным преобразованиям в транспортабельную форму, в которой может диффундировать через митохондриальную мембрану. Для этого в распоряжении клетки, по-видимому, имеется несколько возможностей, причем трудно сказать, какая из [c.346]

Превращения веществ в клетке (обмен веществ, или метаболизм), в результате которых из сравнительно простых предшественников, например глюкозы, жирных кислот с длинной цепью или ароматических соединений, образуется новое клеточное вещество, можно ради простоты подразделить на три основные группы. Сначала питательные вещества расщепляются на небольшие фрагменты (распад, или катаболизм), а затем в ходе реакций промежуточного обмена, или амфиболизма, они превращаются в ряд органических кислот и фосфорных эфиров. Эти два пути переходят незаметно один в другой. Многообразные низкомолекулярные соединения-это тот субстрат, из которого синтезируются основные строительные блоки клетки. Строительными блоками мы называем аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, фос-форилированные сахара, органические кислоты и другие метаболиты — конечные продукты цепей биосинтеза, иногда длинных. Из них строятся полимерные макромолекулы (нуклеиновые кислоты, белки, резервные вещества, компоненты клеточной стенки и т.п.), из которых состоит клетка. Эти два этапа биосинтеза клеточных веществ-синтез строительных блоков и синтез полимеров-составляют синтетическую ветвь метаболизма, или анаболизм (рис. 7.1). [c.214]

Как отмечалось, строительным блоком для синтеза жирных кислот в цитозоле клетки служит ацетил-КоА, который в основном поступает из митохондрий. Было выявлено, что цитрат стимулирует синтез жирных кислот в цитозоле клетки. Известно также, что образующийся в митохондриях в процессе окислительного декарбоксилирования пирувата и окисления жирных кислот ацетил-КоА не может диффундировать в цитозоль клетки, так как митохондриальная мембрана непроницаема для данного субстрата. Поэтому вначале внутримитохондриальный ацетил-КоА взаимодействует с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Реакция катализируется ферментом цитрат-синтазой. Образовавшийся цитрат переносится через мембрану митохондрий в цитозоль при помощи специальной трикарбоксилаттранспортирующей системы. [c.382]

Основные понятия. Вся совокупность химических реакций в клетке (или метаболизм) подчиняется принципу биохимического единства, сформулированному голландским микробиологом А. Клюй-вером, который гласит, что в биохимическом отношении все живые существа на Земле сходны. У них единообразие строительных блоков, единая энергетическая валюта (АТФ), универсальный генетический код и в основе своей идентичны главные метаболические пути. Реакции, приводящие к расщеплению и окислению веществ с получением энергии, называются катаболизмом, пути, приводящие к синтезу основных сложных веществ, называют анаболизмом, промежуточные реакции, перестройки одних веществ в другие называют амфиболизмом. [c.106]

Пища дает нам все исходные вещества, необходимые, чтобы организм жил и нормально функционировал. При переваривании крупные молекулы пищи распадаются ri.i отдельные строительные блоки, например крахмал распадается до глюкозы. Эти блоки затем проникают через стенки кишечника и попадают в кров1>, которая переносит их к соответствующим клеткам, где они становятся исходными веществами в цепи химических превращений, поддерживающих жишь и здоровье человека. Область химии, изучающая химические рсакции I живых системах, называется биохимией. [c.253]

Методы иммобилизации не требуют обязательного выделения определенного фермента. Интактные клетки, содержащие нужный фермент, можно иммобилизовать на твердой поверхности. Например, интактные клетки бактерий Е. соН использовались после иммобилизации для катализа химического превращения фумаровой кислоты и аммиака в аспарагиновую кислоту — один из аминокислотных строительных блоков белков. Кроме того, иммобилизованные клетки дрожжей могут применяться при ферментации в производстве этилового спирта. Этот процесс был реализован в крупном опытном производстве. [c.122]

Большинство ученых в настоящее время полагает, что эволюция кизни прошла через четыре стадии. Вначале происходило образование небольших молекул (амииокислот, нуклеотидов, сахаров). Из этих строительных блоков образовывались затем макромолекулы, такне, как белки и нуклеиновые кислоты. На третьей стадии происходило образование клеточиоподобной структуры, способной К самовоспроизводству. На последней стадии эта примитивная клетка эволюционировала в современную клетку, содер кащую генетическую программу синтеза белка. [c.181]

Строительные блоки лигнина — часто запасаются растениями в клетках камбия в виде р-глгакози-дов по фенольному гидроксилу [c.197]

Рис. 13-6. Три стадии катаболических превращений основных питательных веществ клетки. На стадии I сотни белков и многие виды полисахаридов и липидов расщепляются на составляющие их строительные блоки. На ртадии П эти строительные блоки превращаются в один общий продукт-ацетильную группу ацетил-СоА. На стадии III различные катаболические пути сливаются в один общий путь-цикл лимонной кислоты в результате всех этих превращений образуются только три конечных продукта. Расщепление нуклеиновых кислот происходит также поэтапно, но здесь этот процесс не показан, поскольку его вклад в удовлетворение энергетических нужд клетки сравнительно невелик.

Малые строительные блоки, мономеры, в клетке соединяются в гигантские макромолекулы, или полимеры, в которых мономерные звенья связаны прочными ковалентными связями. Одни полимеры состоят всего лишь из нескольких мономерных звеньев (олигомер), другие из сотен, тысяч и даже миллионов. Типичный белок содержит от 100 до нескольких сотен аминокислот, молекула ДНК Е. oli состоит из 4-10 пар нуклеотидов, а сильно разветвленная молекула крахмала содержит свыше миллиона сахарных звеньев. Одни молекулы биополимеров представляют собой линейные цепочки, другие — разветвленные.. Иногда цепи полимера скручиваются с образованием жесткой цилинд-рической спирали, стабилизированной большим числом слабых вторичных связей. Но, как правило, такие структуры имеют значительно более сложную и нерегулярную конформацию. Довольно часто цепи полимера прилегают одна к другой, образуя сетчатые структуры, волокна,, мембраны. В отдельных случаях (например, в коллагене соединительной ткани) молекулы белка прошиты в поперечном направлении сильными ковалентными связями. Однако обычно макромолекулы в клетках связаны друг с другом более слабыми электростатическими и вандерваальсовыми силами. [c.67]

Если бы биохимики поставили перед собой задачу выделить, охарактеризовать и синтезировать все органические молекулы, входящие в состав живых организмов, то это было бы совершенно безнадежным делом. Однако, как это ни парадоксально, все огромное разнообразие органических молекул в живых организмах сводится к довольно простой картине. Это связано с тем, что все макромолекулы в клетке состоят из простых и небольших молекул нескольких типов, используемых в качестве строительных блоков, которые связываются в длинные цепи, содержащие от 50 до многих тысяч звеньев. Длинные, похожие на цепи молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) построены всего из четырех типов строи-тельньгх блоков - дезоксирибонуклеоти-дов, расположенных в определенной последовательности. Белки представляют собой цепи, состоящие из 20 различных ковалейтно связанных друг с другом аминокислот - низкомолекулярных органических соединений с известной структурой, Эти аминокислоты могут быть расположены в самых разных последо- [c.15]

Для простых молекул, из которых построены все макромолекулы, характерна еще одна примечательная особенность. Она состоит в том, что каждая из этих молекул вьшолняет в клетке сразу несколько функций. Различные аминокислоты служат не только строительными блоками белков, но и предшественниками гормонов, алкалоидов, пигментов и многих других биомолекул. Нуклеотиды используются не только как строительные блоки нуклеиновых кислот, но и как коферменты и переносчики энергии. В живьи организмах обычно не бывает соедине11ий, которые не выполняли бы какой-либо функции, хотя функции некоторых биомолекул нам пока неизвестны. [c.15]

Рассмотрим третью замечательную особенность переноса генетической информации в живых организмах. Г енетическая информация закодирована в форме линейной, одномерной, последовательности нуклеотидов-строительных блоков ДНК. Но живые клетки имеют трехмерную структуру и состоят из трехмерных компонентов. Одномерная информация, заключенная в ДНК, преобразуется в трехмерную информацию, присущую живым организмам, путем трансляции (т. е. перевода с одного языка на другой) структуры ДНК в структуру белка. В этом процессе принимает участие рибонуклеиновая кислотна (РНК). В отличие от молекул ДНК, имеющих в основном одинаковую структурную форму, молекулы разных белков самопроизвольно свертываются характерным для данного белка способом, образуя самые разнообразные трехмерные структуры, каждая из которых вьшолняет специфическую функцию. Точная геометрия молекул данного белка определяется его аминокислотной последовательностью, которая в свою очередь определяется нуклеотидной последовательностью соответствующего участка ДНК. [c.22]

Хотя молекулы, играющие роль строительных блоков, очень малы по сравнению с клетками и органеллами, они могут влиять на форму и функции этих гораздо более крупньк структур. Так, при генетическом заболевании человека-сериовмднок леточ ной анемии в эритроцитах больных обнаруживаются дефектные молекулы гемоглобина, осуществляющего перенос кислорода. Это обусловлено тем, что при синтезе молекул гемоглобина, состоящих почти из 600 аминокислотньЕС остатков, два из них заменяются на другие. Столь незначительное структурное изменение крошечного участка молекулы гемоглобина приводит [c.72]

Поскольку у всех видов живых организмов макромолекулы образуются одним и тем же способом всего лищь из нескольких десятков молекул, играющих роль строительных блоков, было высказано предположение, что все живые организмы произошли от одной первичной линии клеток. Согласно этому предположению, первые возникшие на Земле и выжившие клетки бьши построены всего из нескольких десятков различных органических молекул, причем каждая из них в отдельности и все они вместе взятые оказались наделенными химическими и физическими свойствами в таком благоприятном сочетании, что это позволило им функционировать в качестве строительных блоков макромолекул и осуществлять столь важные для живых клеток процессы, как преобразование энергии и самовоспроизведение. Такой набор первичных биомолекул, вероятно, сохранялся в ходе биологической эволюции в течение миллиардов лет вследствие его уникальной пригодности для реализации процессов жизнедеятельности. [c.72]

Сейчас концентрация органических соединений в океанах относительно невелика вне живых организмов биомолекулы можно обнаружить лишь в следовьк количествах. Что же случилось с первичным бульоном , богатым органическим веществом Предполагают, что первые живые клетки использовали содержащиеся в морях органические соединения не только как строительные блоки для создания собственных структур, но и в качестве питательных веществ или топлива , чтобы обеспечить себя энергией, необходимой для роста. Постепенно с течением времени органические вещества в первичном море стали исчезать быстрее, чем они образовывались под воздействием природных сил. Эта идея, а по существу и вся концепция химической эволюции в целом, бьша сформулирована более 100 лет назад Чарлзом Дарвином. Об этом свидетельствует следующий отрывок из письма, которое он написал в 1871 г. сэру Джозефу Хукеру Часто говорят, что и сейчас существуют все условия, которые необходимы были для возникновения первьгх живых организмов. Но если (о, как велико это если ) предположить, что в одном из небольших теплых водоемов из всех содержащихся в нем производных аммиака и солей фосфорной кислоты под влиянием света, тепла, электричества и т.д. возникло белковое соединение, готовое к дальнейшим более сложным превращениям, то в наши дни оно было бы немедленно поглощено или уничтожено. Однако до того, как появились живые существа, этого произойти не могло . [c.75]

Клеточный метаболизм основан на принципе максимальной экономии. Общая скорость катаболизма, обеспечивающего клетку энергией, определяется не просто наличием или концентрацией клеточного топлива она обусловлена потребностью клетки в энергии в форме АТР и NADPH. Клетка потребляет в каждый данный момент как раз такое количество питательных веществ, какое позволяет ей удовлетворять свои энергетические нужды. Точно так же обусловлена потребностями данного момента скорость синтеза строительных блоков и макромолекул клетки. В растущих клетках, например, все 20 видов аминокислот синтезируются как раз с такой скоростью и в таких соотношениях, какие необходимы для того, чтобы обеспечить сборку новых белков, требующихся в данный момент. Таким образом, ни одна из 20 аминокислот не вырабатывается в избытке и не остается без использования. У многих животных и растений в организме откладываются запасные питательные вещества, способные служить источником энергии и углерода. Такими запасными питательными веществами являются, в частности, жиры и углеводы. [c.388]

В процессе пищеварения в желудочно-кишечном тракте млекопитающих три основных компонента пищи-углеводы, жиры и белки-подвергаются ферментативному гидролизу, распадаясь при этом на составляющие строительные блоки, из которых они образованы. Этот процесс необходим для утилизации пищевьк продуктов, поскольку клетки, выстилающие кишечник, способны всасывать в кровоток только относительно небольшие молекулы. Например, усвоение полисахари- [c.744]

Основным строительным блоком для синтеза жирных кислот служит ацетил-ЗКоА. Это соединение, как известно, образуется в клетке преимущественно в процессе внутримитохондриального окисления пирувата. Поскольку митохондриальная мембрана непроницаема для ацетил-ЗКоА, естественно возник вопрос, что же является источником того цитоплазматического ацетил-ЗКоА, который используется при синтезе жирных кислот. [c.401]

Хотя мы уже знаем многое о внутриклеточных частицах, однако нам неизвестно, сколько их нужно взять, чтобы использовать в качестве строительных блоков единственное исключение — ядро, которое, как известно, всегда присутствует в клетке в единственном числе. Если бы нам потребовалось, скажем, узнать, сколько в клетке диктиосом, то пришлось бы сделать серию срезов через одну и ту же клетку, просмотреть их все и обсчитать . Можно, по-видимому, достигнуть того же гораздо проще нужно просто получить хороший срез через всю клетку и попробовать отыскать на нем то, что нам уже хорошо знакомо. [c.255]

Источники витаминов и микроэлементов. Без витаминов, ионов металлов невозможно представить обмен веществ микробной клетки. Но потребность у микроорганизмов в этих соединениях различна. По этому признаку все микроорганизмы делятся на два типа ауксоав-т о т р о ф ы (не требующие введения в среду витаминов и синтезирующие их из строительных блоков самостоятельно) и ауксогетеротрофы (неспособныесинтезировать ряд витаминов и требующие введения их в состав среды). [c.44]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология