Бактериородопсин как протонная помпа.
Наряду с макроэргическими соединениями другим местом накопления химической энергии являются биологические мембраны. В технике система, работающая за счет разделения электрических зарядов непроводящим слоем, называется конденсатором. По принципу конденсатора функционируют биомембраны, разделяющие подобно изолирующему слою заряженные атомы и молекулы (ионы).
В то время как искусственная липидная мембрана для ионов практически не проницаема, биологические мембраны содержат «ионные каналы», по которым отдельные ионы избирательно проникают через мембрану. Проницаемость и полярность мембраны зависят от электрохимического градиента, т. е. от концентраций ионов по обе стороны мембраны (концентрационного градиента) и от разности электрических потенциалов между внутренней и внешней сторонами мембраны (мембранного потенциала).
Ионы гидроксония («H+-ионы») также могут формировать электрохимический градиент. Такой протонный градиентимеет решающее значение для клеточного синтеза АТФ. Как и в случае других ионов, свободная энергия переноса протона (разность между электрохимическими потенциалами протонов на двух сторонах мембраны) зависит от градиента концентрации т. е. от разности рН (ΔpH) по ту и другую стороны мембраны. Кроме того, определенный вклад вносит и трансмембранный потенциал ΔΨ. Обе эти величины формируют протондвижущую силу Δp, являющуюся мерой работы ΔΨG, которую может совершать H+-градиент. Таким образом, протонный градиент через внутреннюю митохондриальную мембрану дает примерно 24 кДж на моль переносимых ионов H+.
|
|
|
Бактерии семейства Halobacterium растут при крайне высоких концентрациях соли, например в морской воде. Плазматическая мембрана этих бактерий содержит белок. подобный родопсину глаза и потому названный бактериородопсином. Этот белок способен непосредственно использовать энергию солнечного света для создания электрохимического градиента. В основе процесса, как и при зрительном процессе, лежит индуцируемая светом цис-транс-изомеризация ретиналя. Белковая часть молекулы бактериородопсина в основном состоит из 7 α-спиралей, пронизывающих мембрану и образующих полый цилиндр. Внутри цилиндра расположена молекула ретиналя, ковалентно связанная альдегидной группой с ε-аминогруппой остатка лизина.
Ретиналь присоединен к азоту Lys-216 и образует енамин. Затем трёхкоординированный азот протонируется за счёт Asp-96 (находится на одной стороне мембраны) и депротонируется с переходом протона на Asp-85 (находится на другой стороне мембраны). В результате этого процесса протон переходит через мембрану в направлении градиента концентрации Н - за счёт световой энергии создаётся разность химических потенциалов Н+ по разные стороны мембраны.
|
|
|
Понятие о генетическом коде. Свойства генетического кода.
Ген - структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК.
Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.
В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.
Свойства генетического кода
· Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).
|
|
|
· Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.
· Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).
· Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)
· Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
· Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии, однако есть ряд исключений.
· Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.
Транскрипция
Для того чтобы хранящаяся в ДНК информация могла быть использована, ее необходимо переписать (транскрибировать) в последовательность РНК. При этом ДНК служит только матрицей, т. е. она не меняется в процессе транскрипции. Транскрибируемые последовательности ДНК, т. е. участки ДНК, которые кодируют определенные белки, называются генами.
|
|
|
Транскрипция осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. Они действуют подобно ДНК-полимеразам, за исключением того, что включают во вновь синтезируемую цепь РНК (RNA) рибонуклеотиды вместо дезоксирибонуклеотидов и не нуждаются в праймерах. Эукариотические клетки обычно содержат по крайней мере три различных типа РНК-полимераз.
РНК-полимеразасвязывается с 3'-концом промоторного участка. Последовательность, обеспечивающая это связывание, так называемый ТАТА-бокс, короткий А- и Т-обогащенный участок. Типичная последовательность (каноническая) — ...ТАТААА... . Для взаимодействия полимеразы с этим участком необходимы несколько белков, основных факторов транскрипции. Дополнительные факторы могут либо стимулировать, либо ингибировать этот процесс.
После инициации синтеза, РНК-полимеразадвижется в направлении 3'→5' матричной цепи. В процессе инициации фермент разделяет короткий участок двойной спирали ДНК на две отдельные цепочки. Нуклеозидтрифосфаты связываются комплементарно на кодирующей цепочке ДНК водородными связями и шаг за шагом присоединяются к растущей молекуле РНК. Вскоре после начала элонгации5'-конец транскрипта защищается «кэпом». Как только транскрипция доходит до сайта полиаденилирования (обычно это последовательность ...ААТААА...), транскрипт отщепляется. После этого полимераза прекращает транскрипцию и диссоциирует от ДНК.
Полимеразная цепная реакция.
Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка нуклеиновой кислоты ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах, (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК. В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований. С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20—40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований.
Калиевые каналы.
В клеточных мембранах существуют особые каналы, осуществляющие селективный транспорт ионов калия через мембрану. В этих каналах существует одна большая полость, способная вместить в себя до 80 молекул воды - сюда попадают различные гидратированные ионы. Далее канал сужается, причём размеры полостей таковы, что в них стабилизируются ионы калия, гидратированные восемью молекулами воды. Всего таких «узких» полостей семь; после прохождения через них ион калия выходит из мембраны и расширяет свою гидратную оболочку. Направление переноса соответствует градиенту концентрации К+ (изнутри клетки наружу).
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 697; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!