План:

1.       Біосинтез білків.

2.       Біосинтез вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот.

Література: Загальна біологія: Підруч для 10 кл./ М.Є. Кучеренко та інш. 2006. с. 109-115

1. Пластичним обміном називають сукупність реакцій біохімічного синтезу. Внаслідок цих реакцій зі сполук, які надходять у клітину, утво­рюються потрібні для неї речовини. Основні процеси пластичного обміну — це біосинтез білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, а також фотосинтез та хемосинтез.

Розрізняють аміно­кислоти замінні та незамінні. Перші з них можуть синтезуватись в організмі людини і тварин, другі — надходять лише з їжею. Білки їжі перетравлюються в органах травної системи, а потім надходять до клітин, де і синтезуються певні білки. Для синтезу замінних амінокислот тварини і гриби використовують нітрогенвмісні сполуки. Рослини здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, використовуючи для цього сполуки нітрогену. Серед мікроорганізмів одні здатні синтезувати всі необхідні їм амінокислоти, а інші — лише деякі з них. Синтез кожної з 20 основних аміно­кислот — складний багатоступеневий процес, який каталізується багатьма ферментами.

Відомо, що в живих організмах утворюється багато різноманітних білків. Інформація про структу­ру кожного з них має зберігатись у клітинах.

Єдину для всіх живих організмів систему збереження спадкової інфор­мації названо генетичним, кодом. Це певна послідовність нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, яка визначає порядок введення амінокислот­них залишків у поліпептидний ланцюг під час його синтезу.

Вчені виявили, що кожна амінокислота в поліпептидному ланцюзі кодується певною послідов­ністю з трьох нуклеотидів, так званим триплетом. Чотири різні нуклеотиди ДНК або РНК можуть утворювати 64 комбінації (4³ = 64), тобто 64 різні триплети.

Існує лише 20 основних амінокислот. Тому одна амінокислота може кодуватись кількома різними три­плетами. Це має важливе біологічне значення, оскільки підвищує надійність генетичного коду, тобто випадкова заміна залишку однієї нітрат­ної основи в певному триплеті на інший не завжди супроводжуватиметься змінами у первинній структурі білка.

Встановлено, що більшість основних амінокислот (18 із 20) кодуються кількома триплетами (від двох до шести) і тільки дві з них (триптофан і метіонін) — одним.

Ще однією властивістю генетичного коду є те, що кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту. Генетичний код є універсальним, тобто єдиним для всіх організмів: від бактерій до людини.

Ген — це певна послідовність нуклеотидів у молекулі нуклеїнової кислоти. З'ясовано, що між генами існують ділянки (певні послідовності нуклеотидів), які не несуть спадкової інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Вони ви­конують функції своєрідних «розділових знаків». У генетичному коді є також три триплети (УАА, УАГ, УГА), кожний з яких дає сигнал про припинення синтезу поліпептидного ланцюга, а триплет АУГ виз­начає початок цього процесу.

Механізм біосинтезу білків з'ясовано в 50-ті роки XX століття. В цьому процесі виділяють кілька етапів.

Перший етап біосинтезу білків - транскрипція (від лат. транскриптіо - переписування) - пов'язаний з синтезом молекули іРНК. При цьому особливий фермент роз'­єднує подвійну спіраль ДНК і на одному з її ланцюгів за принципом комплементарності синтезується моле­кула іРНК. Потім молекула іРНК з ядра надходить у цитоплазму клітини до рибосом.

На наступному етапі процесу біосинтезу білків, який названо трансляція (від лат. транслятіо - пере­дача), послідовність нуклеотидів у молекулі іРНК переводиться в послідовність амінокислотних залишків молекули білка, що синтезується.

Розглянемо цей процес детальніше. Спочатку кожна з 20 амінокислот у цитоплазмі приєднується до певної молекули тРНК. У свою чергу, іРНК зв'я­зується з рибосомою, а згодом - і з амінокислотним залишком, приєднаним до певної молекули тРНК. Так виникає ініціативний комплекс, який складаєть­ся з триплету іРНК, рибосоми і певної молекули тРНК. Цей комплекс сигналізує про початок синтезу моле­кули білка.

На подальших етапах біосинтезу білків поліпептидний ланцюг подовжується завдяки тому, що амінокис­лотні залишки послідовно зв'язуються між собою за допомогою пептидних зв'язків.

Як визначається порядок надходження тРНК до рибосоми? На верхівці кожної молекули тРНК розташований триплет нуклеотидів (так званий антикодон). Він має утворювати комплементарну пару з відповідним триплетом іРНК (кодоном).

Під час синтезу білкової молекули рибосома насувається на ниткоподібну молекулу іРНК таким чином, що ІРНК опиняється між двома її субодиницями. Рибосома наче «ковзає» зліва направо по мо­лекулі іРНК і збирає молекулу білка. Кожен крок рибосоми дорівнює одному триплету. Коли рибосома дещо просунеться вперед по молекулі іРНК, на її місце надходить друга, а згодом — третя, четверта тощо і біосинтез нових білкових молекул триває далі. Кількість рибосом, які одночасно можуть бути розта­шовані на молекулі іРНК, зумовлена довжиною останньої.

Коли рибосома досягає одного з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що сигналізує про припинення син­тезу поліпептидного ланцюга, вона разом із білковою молекулою залишає іРНК. Згодом вона розпадається на субодиниці, які потрапляють на будь-яку іншу  молекулу іРНК. Синтезована молекула білка над­ходить у порожнину ендоплазматичної сітки, якою транспортується в певну ділянку клітини.

На заключному етапі синтезований білок набуває своєї природної просторової структури. За участю відповідних ферментів від нього відщеплюються зайві амінокислотні залишки, вводяться небілкові фосфатні, карбоксильні та інші групи, приєднуються вуглеводи, ліпіди тощо. Лише після цих процесів молекула білка стає функціонально активною.

Процеси синтезу білкових молекул потребують затрат енергії, яка вивільняється при розщепленні молекул АТФ.

Рекомендовано дивитись онлайн: 

Биосинтез белков. 

2. До процесів пластичного обміну належать також біосинтез вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот.

Біо­синтезу вуглеводів належить важливе місце серед реакцій пластичного обміну. Адже саме вуглеводи відіграють провідну роль в енергетичному обміні живих істот. Переважна більшість вуглеводів синте­зується автотрофними організмами з неорганічних сполук (вуглекислого газу й води). У клітинах гетеро­трофних організмів вуглеводи утворюються в обмеженій кількості з інших органічних сполук, зокрема з про­дуктів розщеплення білків і ліпідів. Полісахариди в усіх організмах синтезуються внаслідок ферментатив­них реакцій з моносахаридів.

Ліпіди синтезуються в клітинах усіх груп організмів, наприклад у хребетних в клітинах епітелію кишечнику, а також у печінці, підшкірній клітковині, легенях, інших тканинах і органах. У деяких тканинах е ферментні системи, які забезпечують утворення жирів з продуктів розщеплен­ня вуглеводів (зокрема, глюкози) та білків.

Попередниками нуклеотидів, які входять до складу нуклеїнових кислот, є амінокислоти. Майже усі живі організми, за винятком деяких мікроорганізмів, здатні синтезувати нуклеотиди за допомогою послідовних ферментативних реакцій.

При розщепленні нуклеїнових кислот значна части­на нітратних основ не розпадається на складові, а використовується знову для синтезу нуклеотидів.

Різні види нуклеїнових кислот утворюються по-різному. Біосинтез ДНК ґрунтується на здатності молекул ДНК до самоподвоення. Під час цього процесу ланцюги материнської молекули ДНК розплутуються за участю відповідних ферментів, які руйнують водневі зв'язки між комплементарни­ми нуклеотидами і стабілізують розплетені ділян­ки. Кожен із ланцюгів материнської молекули ДНК стає основою (матрицею) для синтезу нової дочір­ньої молекули. При цьому за участю специфічного ферменту за принципом комплементарності до нуклеотидів кожного з ланцюгів ма­теринської молекули ДНК приєдну­ються вільні нуклеотиди. Дочірні молекули ДНК є точною копією ма­туринської ДНК еукаріотів може одночасно подвоюватися в різних ділянках її молекули. Новий ланцюг ДНК син­тезується у вигляді коротких фраг­ментів, які згодом «зшиваються» ковалентними зв'язками під дією особливих ферментів.

Усі види РНК (іРНК, тРНК, рРНК) синтезуються за принципом компле­ментарності на молекулах ДНК. Ці реакції забезпечуються також відпо­відними ферментами. В ядрах клітин еукаріотів існує три види таких ферментів, відповідно до трьох видів молекул РНК і четвертий — у мітохондріях і пластидах.

Під час синтезу РНК фермент просувається вздовж певної ділянки молекули ДНК і діє подібно до застібки-блискавки: він роз'єднує подвійну спіраль, а позаду нього вздовж кожного ланцюга розгорнутої спіралі утворюється молекула РНК. Спочатку синтезуються попередники РНК, які згодом перетворюються на функціонально активні молекули.

Рекомендовано дивись онлайн: 

Дрю Берри: Анимация невидимой биологии