Ақпарат

S2019_Дәріс_18_Оқу - Биология

S2019_Дәріс_18_Оқу - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Жеңіл тәуелсіз реакциялар және көміртектің фиксациясы

Қысқаша кіріспе

Көміртекті бекітудің жалпы принципі - белгілі бір жағдайларда кейбір жасушалар бейорганикалық көміртекті, СО қабылдай алады2 (минералды көміртек деп те аталады) және оны қолдануға болатын жасушалық пішінге дейін азайтады. Біздің көпшілігіміз жасыл өсімдіктер көмірқышқыл газын алатынын білеміз2 және О шығарады2 процесінде фотосинтез деп аталады. Біз фотофосфорлану туралы, жасушаның жарық энергиясын химиялық заттарға беру қабілеті және ақырында жарық реакциялары деп аталатын процесте ATP және NADPH энергия тасымалдаушыларын өндіру туралы талқыладық. Фотосинтезде өсімдік жасушалары СО -ны төмендету үшін фотофосфорлану кезінде түзілген АТФ пен НАДФ -ты қолданады.2 қантқа, (көретініміздей, әсіресе G3P) қараңғы реакциялар деп аталады. Біз бұл процестің жасыл өсімдіктерде жүретінін білсек те, фотосинтез эволюциялық бастауын бактериялар әлемінен алған. Бұл модульде біз CO қосатын редуктивті жол Calvin циклінің жалпы реакцияларын қарастырамыз.2 жасушалық материалға айналады.

Цианобактериялар мен күлгін күкіртсіз фотосинтетикалық бактерияларда, сондай-ақ өсімдіктерде энергия (АТФ) мен қуатты азайту (NADPH) - фотофосфорланудан алынған электрон тасымалдаушыларды олардың қысқарған күйінде сипаттау үшін қолданылатын термин «Көміртекті бекіту«, бейорганикалық көміртектің қосылуы (CO2) органикалық молекулаларға; бастапқыда глицеральдегид-3-фосфат (G3P) түрінде, кейін глюкозаға айналады. Барлық қажетті көміртекті бейорганикалық көзден ала алатын организмдер (CO2) деп аталады автотрофтар, ал глюкоза немесе амин қышқылдары сияқты көміртектің органикалық түрлерін қажет ететін организмдер деп аталады. гетеротрофтар. Көміртекті бекітуге әкелетін биологиялық жол деп аталады Кальвин циклі және СО азаюына әкелетін редукциялық жол (энергияны тұтынады/электрондарды пайдаланады)2 G3P -ге.

Кальвин циклі: СО-ның азаюы2 глицеральдегид 3-фосфатқа дейін

Сурет 1. Жарық реакциялары химиялық байланыстарды, ATP және NADPH өндіру үшін күннен энергия алады. Бұл энергия тасымалдаушы молекулалар көміртегі фиксациясы орын алатын стромада жасалады.

Өсімдік жасушаларында Кальвин циклі хлоропласттарда орналасқан. Процесс бактерияларда ұқсас болғанымен, Калвин циклін сақтайтын арнайы органеллалар жоқ және реакциялар цитоплазмада плазмалық мембранадан алынған күрделі мембраналық жүйенің айналасында жүреді. Бұл жасушаішілік мембраналық жүйе өте күрделі және реттелуі мүмкін. Шығу гипотезасын растайтын күшті дәлелдер бар хлоропласттар цианобактериялар мен ерте өсімдік жасушалары арасындағы симбиоздан.

1-кезең: Көміртекті бекіту

Өсімдік хлоропластарының стромасында СО -дан басқа2, жарыққа тәуелсіз реакцияларды бастау үшін тағы екі компонент бар: рибулоза-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа (RuBisCO) деп аталатын фермент және төмендегі суретте көрсетілгендей рибулоза бисфосфатының (RuBP) үш молекуласы. Рибулоза-1,5-бисфосфат (RuBP) бес көміртегі атомынан тұрады және екі фосфатты қамтиды.

2 -сурет. Кальвин циклі үш кезеңнен тұрады. 1-кезеңде RuBisCO ферменті көмірқышқыл газын органикалық молекулаға, 3-PGA-ға қосады. 2 -кезеңде органикалық молекула NADPH беретін электрондардың көмегімен азаяды. 3-кезеңде циклді бастайтын молекула RuBP, цикл жалғаса алатындай қалпына келтіріледі. Бір уақытта тек бір көмірқышқыл газы молекуласы қосылады, сондықтан бір үш көміртекті GA3P молекуласын алу үшін цикл үш рет және алты көміртекті глюкоза молекуласын алу үшін алты рет аяқталуы керек.

RuBisCO CO арасындағы реакцияны катализдейді2 және RuBP. Әр CO үшін2 бір RuBP-мен әрекеттесетін молекула, басқа қосылыстың екі молекуласы (3-PGA) түзеді. PGA құрамында үш көміртек және бір фосфат бар. Циклдің әр айналымы тек бір RuBP мен бір көмірқышқыл газын қамтиды және 3-PGA екі молекуласын құрайды. Көміртек атомдарының саны өзгеріссіз қалады, өйткені атомдар реакциялар кезінде жаңа байланыстар түзу үшін қозғалады (3CO-дан 3 атом).2 + 3RuBP-ден 15 атом = 3-PGA-ның 3 атомындағы 18 атом). Бұл процесс деп аталады көміртегі бекіту, себебі CO2 бейорганикалық формадан органикалық молекулаға «бекітілген».

2 кезең: төмендету

ATP және NADPH 3-PGA алты молекуласын глицеральдегид 3-фосфат (G3P) деп аталатын химиялық заттың алты молекуласына айналдыру үшін қолданылады - көміртегі қосылысы, ол гликолизде де кездеседі. Бұл процесте АТФ пен НАДФ -тың алты молекуласы қолданылады. АТФ гидролизінің экзергоникалық процесі іс жүзінде АДФ және НАДФ түзе отырып, эндергоникалық тотығу-тотықсыздану реакцияларын қозғайды.+. Осы «жұмсалған» молекулалардың екеуі де (ADP және NADP+) ATP және NADPH қайта өңдеу үшін жақын маңдағы жарыққа тәуелді реакцияларға оралыңыз.

3 кезең: регенерация

Бір қызығы, осы кезде G3P молекулаларының біреуі ғана Кальвин циклінен шығып, ағзаға қажет басқа қосылыстардың түзілуіне ықпал етеді. Зауыттарда, Кальвин циклінен шығарылатын G3P үш көміртек атомы болғандықтан, бір G3P экспорттауға жеткілікті таза көміртекті бекіту үшін Кальвин циклінің үш «айналымы» қажет. Бірақ әр айналым екі G3P құрайды, осылайша үш айналым алты G3P құрайды. Біреуі экспортталады, ал қалған бес G3P молекуласы циклде қалады және жүйеге көбірек СО-ға дайындалуға мүмкіндік беретін RuBP қалпына келтіру үшін пайдаланылады.2 бекітілуі керек. Бұл регенерация реакцияларында тағы үш АТФ молекуласы қолданылады.

Қызықтыратын қосымша сілтемелер

Пентозофосфатты жолға енгізу

Кіріспе биология мен биохимия курстарының көпшілігі гликолизге (глюкозаның пируватқа дейін тотығуы) және TCA цикліне (пируваттың ацетил-КоА дейін тотығуы және СО-ға дейін толық тотығуына) бағытталған.2). Бұл өте маңызды және әмбебап реакциялар болғанымен, көптеген курстар пентозофосфат жолын (PPP) немесе гексозалық монофосфатты шунтты қалдырады. Бұл жол, TCA циклы сияқты, ішінара циклдік болып табылады, онда үш глюкоза молекуласы еніп, екі глюкоза мен бір глицералид-3-фосфат (G3P) кетеді. Глюкозаның екі молекуласы қайта өңделеді, ал G3P гликолизге енеді. Бұл маңызды жол, себебі бұл пентозалардың пайда болуының негізгі механизмі, нуклеотидтер биосинтезіне қажетті бес көміртекті қант, сонымен қатар басқа да маңызды жасушалық компоненттер мен NADPH түзілуіне, негізінен анаболикалық реакцияларда қолданылатын жасушалық редуктор.

Мұғалімнің ескертуі

Гликолиз және TCA циклі бойынша модульдер сияқты, бұл модульде көптеген материалдар бар. Басқа модульдер сияқты, сізден қосылыстардың немесе ферменттердің нақты атауларын есте сақтайды деп күтпеймін. Дегенмен, мен бұл атауларды толық болу үшін беремін. Емтихандар үшін мен сізге әрқашан сабақта және BioStax биология мәтіндік модульдерінде талқылайтын жолдарды ұсынамын. Сізге не істеу керек - әр реакцияда не болып жатқанын түсіну. Біз сізден емтихан кезінде сұрайтын сұрақтарға ұқсас болатын дәріс мәселелерін қарастырамыз. Белгілі бір ферменттік атаулар мен нақты құрылымдарға толып қалмаңыз. Сіз білуіңіз керек нәрсе - қолданылатын ферменттердің жалпы түрлері және табылған құрылымдардың түрлері. Мысалы, сіз жасайсыз емес эйртоза немесе седогептулозаның құрылымдарын есте сақтау қажет. Сіз екеуі де қант екенін білуіңіз керек, біріншісі-төрт көміртекті қант, екіншісі-жеті көміртекті қант. Есіңізде болсын, «ose» аяқталуы қосылысты қант ретінде анықтайды. Сонымен қатар, сіз аласыз емес МЖӘ -де табылған екі ерекше реакцияның егжей -тегжейін білу қажет транскетолаза және трансалдолаза реакциялар, бірақ құрамында қант бар кетон мен альдегидті анықтай білу қажет. Ақырында, сіз жасайсыз емес ферменттің атауларын есте сақтайды, бірақ гликолиз мен TCA циклінде болғандай, сіз ферменттердің катализдей алатын реакцияларының әр түрін білетін боласыз. трансалдолаза альдегидті топтарды бір қосылыстардан екіншісіне ауыстырады. Бұл мен күтетін түсіну деңгейі. Егер сізде сұрақтар болса, сұраңыз.

Пентозофосфатты тотығу жолы: ака, монофосфат гексозасы

Гликолиз биосинтез, энергия (ATP) және қалпына келтіретін қуат (NADH) үшін көміртегі прекурсорларын қалыптастыру үшін гексозаларды тотықтыру үшін дамығанымен, пентозалық фосфат жолы (PPP) пентозаларды немесе бес көміртекті қанттарды пайдалану үшін дамыды. Пентозалар нуклеотидтер мен басқа да маңызды биомолекулалардың прекурсорлары болып табылады. NADH орнына PPP сонымен қатар көптеген анаболикалық реакциялар үшін қажет NADPH шығарады. МЖӘ гликолизбен және TCA циклімен бірге орталық метаболизм деп атайды. Бұл үш орталық жол (пируваттың ацетил-КоА реакциясымен бірге) барлық жасушаларға қажетті барлық қажетті прекурсорлық молекулаларды өндіруге жауапты. МЖӘ өндіруге жауапты пентосфосфаттар (көміртегі қанттарын беріңіз), эритросфосфат (төрт көміртекті қанттар), және NADPH. Бұл жол сонымен қатар өндіріске жауап береді сэдогептулоза-фосфат, Грам-теріс бактериялардың сыртқы жасуша мембраналарында қолданылатын маңызды жеті көміртекті қант.

Төменде жолдың диаграммасы берілген. Жол күрделі және екі және үш көміртек бірлігін жылжытатын әртүрлі жаңа қайта реттеу реакцияларын қамтиды. Бұл реакциялар деп аталады трансалдолазалар және транскеталазалар жолда аралық өнімдер өндіру үшін қолданылады. Таза нәтиже глюкозаның тотығуы және кейіннен пентозаны қалыптастыру үшін декарбоксилдену болып табылады. Жалпы реакция үш глюкоза-6-фосфаттың (жасыл түспен) тотығып үш СО түзуін қамтиды2 молекулалар, бір глицеральдегид-фосфат (қызыл түспен) және екі гексоза-фосфат (қызыл түспен). Бұл циклде түзілген глицерадеид-фосфат гликолизге түседі және екі гексоза-фосфат (мысалы, глюкоза-фосфаттар) PPP немесе гиколизге қайта айналуы мүмкін.

Сурет 1. Пентозалық фосфат жолы

Үй хабарын алыңыз

Көрсетілгендей Сурет 1, жолдың таза нәтижесі-бір триосфосфат (глицералдегид-3-фосфат), оны әрі қарай гликолиз арқылы қайта тотықтыруға болады, екі қайта өңделген гексоза-фосфат (глюкоза-6-фосфат немесе фруктоза-6-фосфат түрінде) ) және көптеген биосинтетикалық (анаболикалық) реакциялар үшін қажет редуктор болып табылатын NADPH. Бұл жол пентоза-фосфаттар (нуклеотидтер мен кейбір аминқышқылдары үшін), эритросфосфат (амин қышқылдары үшін) және седогепулоза-фосфат (грамтеріс бактериялар үшін) сияқты жасушаға қажет болатын әр түрлі аралық қант-фосфаттарды қамтамасыз етеді.

PPP гликолизбен, TCA циклімен және пируваттың ацетил-КоА-ға тотығуымен бірге орталық метаболизмнің негізгі жолдарын құрайды және тіршіліктің құрылыс блоктарын жасау үшін негізгі субстраттарды құру үшін белгілі бір дәрежеде барлық организмдерге қажет.

Бөлімнің қысқаша мазмұны

Осы модульдің соңында сіз пентозофосфат жолының орталық метаболизмдегі рөлін сипаттай аласыз және жолдың соңғы өнімдерін анықтай аласыз.