Основы цитологии

Хлоропласты - это пластиды, в которых протекают все реакции фотосинтеза: фотофосфорилирование и фиксация углекислого газа. Форма и количество хлоропластов в клетках относительно постоянны и зависят от таксономической принадлежности организмов, а также от уровня полиплоидии (у полиплоидов пластид больше). Обычно в клетке содержится несколько десятков хлоропластов.

Внутреннее содержимое хлоропластов называется строма. Строма содержит пластидные ДНК, РНК, рибосомы и включения. Внутренняя мембрана образует впячивания, которые называются тилакоиды. Тилакоиды вскоре теряют связь с внутренней мембраной и превращаются в уплощенные цистерны. Внутреннее содержимое тилакоидов называется матриксом. Одиночные тилакоиды называются ламеллы (или фреты), комплексы (стопки) тилакоидов - граны. Мембраны тилакоидов содержат комплексы пигментов (фотосистемы). В состав мембран входит фермент АТФаза.

Дополнительные функции хлоропластов - те же, что и у митохондрий: регуляция водно-солевого режима, хранение питательных веществ, хранение части генетической информации и биосинтез некоторых белков.

У фотосинтезирующих пурпурных и зеленых бактерий пластиды отсутствуют. Их функции выполняют разнообразные мезосомы: прокариотические тилакоиды, ламеллы и хроматофоры. У цианобактерий в цитоплазме имеются ламеллы, по структуре сходные с ламеллами высших растений. У водорослей пластиды обычно называются хроматофоры. Форма хроматофоров разнообразна: париетальные (постенные), чашевидные, кольцеобразные, цилиндрические, спиральные, звездчатые. Число тилакоидов в составе одной ламеллы - от 1 до 3. У зеленых водорослей имеются граны. Количество оболочек (мембран) различно: 2 (красные и зеленые водоросли), 3 (эвгленовые и пирофитовые) и 4 (золотистые, желто-зеленые, диатомовые и бурые). При наличии 4 мембран внешняя мембрана постепенно переходит в мембраны эндоплазматической сети и ядерной оболочки. В состав хроматофоров входит специфическая белковая структура - пиреноид. Вокруг пиреноида откладывается крахмал. Пиреноиды имеются также в пластидах некоторых моховидных.

5. Обмен веществ

Обмен веществ. Общая характеристика энергетического и пластического обмена, их взаимосвязь. Хемотрофные, фототрофные, гетеротрофные, автотрофные организмы. Роль АТФ в обмене веществ.

Пластический обмен (анаболизм, или ассимиляция). Хемогетеротрофный тип пластического обмена. Энергетический обмен как источник энергии при хемогетеротрофном типе пластического обмена. Основные типы энергетического обмена: брожение и дыхание. Аэробные и анаэробные организмы. Фотоавтотрофный тип пластического обмена (фотосинтез). Хемоавтотрофный тип пластического обмена (хемосинтез).

Роль биологических мембран в обменных процессах. Транспорт электронов и протонов через мембраны. Основные переносчики электронов и протонов. Формирование электрохимических градиентов. Синтез АТФ на мембранах.

Общая характеристика обмена веществ

Обмен веществ, или метаболизм - это совокупность всех процессов превращения энергии и химических веществ в биологических системах.

Все множество обменных процессов подразделяется на два противоположных потока биохимических реакций, которые называются энергетический обмен и пластический обмен. Пластический и энергетический обмен - это сопряженные (взаимосвязанные) процессы. Продукты реакций пластического обмена рано или поздно вступают в реакции энергетического обмена и наоборот. Энергия, полученная в ходе реакций энергетического обмена, используется в реакциях пластического обмена. Реакции метаболизма рано или поздно завершаются превращением всей исходной энергии в тепло.

Энергетический обмен (катаболизм, или диссимиляция) - это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых происходит окисление сложных органических веществ. В результате энергетического обмена образуются более простые органические или неорганические вещества, и выделяется высокоорганизованная энергия (например, в виде АТФ).

Пластический обмен (анаболизм, или ассимиляция) - это совокупность физиолого-биохимических процессов, в ходе которых из простых органических и неорганических веществ образуются более сложные вещества. Пластический обмен протекает с затратой высокоорганизованной энергии (например, в виде АТФ), которая затрачивается на восстановление исходных соединений углерода путем присоединения к ним электронов и протонов.

Для пластического обмена необходимы первичные источники углерода (исходные "кирпичики" для образования органических веществ) и первичные источники высокоорганизованной энергии.

Все организмы способны синтезировать сложные органические вещества, используя относительно простые органические вещества с асимметрическим атомом углерода. Организмы, все клетки которых нуждаются в готовых органических веществах, называются гетеротрофными (или просто гетеротрофами). Однако существуют организмы, у которых хотя бы часть клеток способна ассимилировать (то есть усваивать) углекислый газ. Такие организмы называются автотрофными (или просто автотрофами). К автотрофам часто относят прокариот, ассимилирующих самые простые органические вещества: метан, полиэтилен, фенол.

Все организмы способны получать высокоорганизованную энергию путем катаболизма (то есть за счет окисления органических веществ). Организмы, у которых все клетки получают высокоорганизованную энергию только таким путем, называются органотрофными (или просто органотрофами). Однако существуют организмы, у которых хотя бы часть клеток способна использовать световую энергию. Такие организмы называются фототрофными (или просто фототрофами). Кроме того, многие прокариоты способны использовать энергию окисления неорганических веществ. Такие организмы называются литотрофными (или просто литотрофами). Для органотрофов и литотрофов часто употребляют общее название хемотрофы.

Значение АТФ в обмене веществ

Итак, клетки могут получать энергию путем окисления органических веществ, неорганических веществ или в виде энергии света. Однако для того, чтобы эта энергия могла быть использована клеткой, она должна быть преобразована в энергию макроэргических связей аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). АТФ - это универсальный аккумулятор и переносчик высокоорганизованной энергии в клетках. Эта энергия используется для биосинтеза различных веществ, активного транспорта ионов, движения (включая мышечное сокращение), формирования электрических потенциалов, хемолюминесценции (свечения) и других процессов.

АТФ синтезируется в клетках в ходе реакций фосфорилирования - путем присоединения к АДФ (аденозиндифосфорной кислоте) остатка фосфорной кислоты (неорганического фосфата). Синтез АТФ протекает с участием ферментов, которые объединяются под названием АТФ-синтетазы (или просто АТФазы).

Для синтеза одного моля АТФ из АДФ и фосфата требуется не менее 30,6кДж высокоорганизованной энергии (фактически до 40 кДж/моль и более). Избыток исходной энергии рассеивается в виде тепла (эффективность различных способов фосфорилирования рассмотрена ниже). В целом реакции фосфорилирования протекают по уравнению:

АДФ + Фнеорг. + Е > АТФ + Q (тепло)

При необходимости энергия, аккумулированная в молекуле АТФ, выделяется при ее гидролизе:

АТФ > АДФ + Фнеорг. + Е (Е ~ 30,6 кДж/моль и более)

Таким образом, в цепи последовательных реакций фосфорилирования и гидролиза

[... > АДФ + Ф > АТФ > АДФ + Ф > ...]

происходит постепенное рассеивание энергии в виде тепла. Поэтому клетки нуждаются в постоянном притоке высокоорганизованной энергии извне.

Примечание. При нехватке АТФ происходит гидролиз АДФ до аденозинмонофосфорной кислоты (АМФ) и неорганического фосфата. В этом случае также выделяется 30,6 кДж/моль высокоорганизованной энергии.

При избытке АТФ ее энергия используется для синтеза веществ с еще большей энергетической ёмкостью, например, креатинфосфата.

Кроме АТФ, существуют и другие макроэргические соединения на основе нуклеотидов, например, ГТФ, УТФ.

Основные типы пластического обмена

При независимом комбинировании первичных источников энергии и углерода возможно несколько типов пластического обмена.

Хемогетеротрофный (или просто гетеротрофный) тип пластического обмена. Это наиболее древний тип анаболизма, который протекает во всех клетках. К абсолютным гетеротрофам относится большинство современных организмов (животные, грибы, большинство прокариот). При гетеротрофном типе анаболизма клетки нуждаются в готовых органических веществах, которые используются и как первичный источник углерода, и как источник высокоорганизованной энергии.

При рассматриваемом типе пластического обмена сложные органические вещества расщепляются на относительно простые: моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и глицерин. Перечисленные продукты используются клеткой как строительный материал для синтеза собственных сложных органических веществ.

Высокоорганизованная энергия выделяется в ходе реакций энергетического обмена (катаболизма, или диссимиляции), то есть в результате окисления органических веществ. Существует два основных типа катаболизма: анаэробное брожение и аэробное дыхание.

Анаэробное брожение - это большая группа катаболических реакций. Окислителями (акцепторами электронов и протонов) служат разнообразные органические вещества. Результатом анаэробного брожения является образование органических окисленных соединений: спиртов, альдегидов и кислот. Это наиболее древний тип энергетического обмена, который протекает в клетках всех организмов. Разные типы брожения различаются по эффективности. Например, при молочнокислом брожении в виде АТФ запасается 40,8% выделившейся энергии, а при спиртовом брожении - лишь 29,1%. Остальная энергия рассеивается в виде тепла.

Аэробное дыхание - это полное окисление органических веществ до СО2 и Н2О. Окислителем (акцептором электронов и протонов) служит молекулярный кислород. Аэробное дыхание происходит в клетках большинства современных организмов. Эффективность аэробного дыхания составляет 40,4%.

Рассмотренные типы катаболизма тесно связаны между собой. Многие клетки в присутствии О2 осуществляют аэробное дыхание, а при недостатке О2 переходят на анаэробное брожение или анаэробное дыхание с использованием неорганических окислителей - сульфатов, нитратов, трехвалентного железа. Существует обширная группа бактерий - факультативных анаэробов, которые переносят длительное отсутствие кислорода. В то же время, существуют и облигатные анаэробы, для которых O2 является ядом.

Фотоавтотрофный тип пластического обмена (фотосинтез). Фотоавтотрофы - это фотосинтезирующие организмы, которые используют световую энергию для восстановления СО2. Восстановителями СО2 являются электроны. Донором электронов в большинстве случаев (у большинства растений) служит вода. У прокариот и некоторых низших эукариот донорами электронов служат: сероводород, жирные кислоты, молекулярный водород. Таким образом, фотосинтез - это синтез органических веществ из неорганических с затратой световой энергии.

У некоторых прокариот существует фотогетеротрофный тип пластического обмена, при котором световая энергия используется для образования сложных органических веществ из более простых органических соединений, например, из органических кислот и спиртов. В настоящее время фотогетеротрофы представлены немногими видами пурпурных несерных бактерий.

Хемоавтотрофный тип пластического обмена (хемосинтез). Хемоавтотрофы - это хемосинтезирующие (литоавтотрофные) организмы, которые используют для восстановления СО2 энергию окисления неорганических веществ с помощью кислорода (аэробные хемоавтотрофы) или нитратов (анаэробные хемоавтотрофы). К хемоавтотрофам относятся многие прокариоты: железобактерии (Fe+2 окисляется до Fe+3), бесцветные серобактерии (сероводород окисляется до серы, а сера - до сульфатов), нитрифицирующие бактерии (аммоний окисляется до нитритов, а нитриты - до нитратов). Таким образом, хемосинтез - это синтез органических соединений из неорганических с использованием энергии окисления неорганических веществ.

Электрон-транспортные цепи

АТФ может синтезироваться в любой точке клетки в ходе самых разнообразных реакций. Однако эффективность фосфорилирования наиболее велика при аэробном дыхании, фотосинтезе и хемосинтезе. Эта эффективность достигается с помощью упорядоченного перемещения через мембраны электронов и протонов.

Источником энергии при переносе протонов против градиента концентрации является энергия электронов - поэтому цепи переноса называются электрон-транспортными цепями. Источником энергии для электронов служит энергия света (при фотосинтезе) или энергия химических связей (в остальных случаях).

Источниками электронов (донорами электронов, или восстановителями) служат: вода (при фотосинтезе), сероводород и водород (при бактериальном фотосинтезе), органические вещества (при дыхании и некоторых видах фотосинтеза), неорганические вещества (H2S, S, Fe2+, NH3 - при хемосинтезе). В конце электрон-транспортных цепей электроны поступают на акцепторы. Окончательными акцепторами служат органические вещества (НАДФ - при фотосинтезе), неорганические вещества (NO3-, SO42-, S0, Fe3+ - при хемосинтезе), кислород (при аэробном дыхании).

Свободные протоны образуются при электролитической диссоциации воды, при фотолизе воды (при фотосинтезе), при разложении сероводорода и других веществ (при хемосинтезе и бактериальном фотосинтезе), при разложении органических веществ (при дыхании и некоторых видах фотосинтеза и хемосинтеза).

Важнейшие переносчики протонов и электронов. Атомы водорода, протоны и электроны всегда связаны с неорганическими или органическими переносчиками. Все переносчики делятся на две группы: мембранные и немембранные.

Мембранные переносчики электронов и протонов можно разделить на три большие группы: цитохромы, хиноны и прочие.

Цитохромы - это хромопротеиновые комплексы, простетической группой которых является гем - порфириновое ядро, связанное с атомом железа с переменной степенью окисления: +2 или +3. Одна молекула цитохрома способна принимать или отдавать один электрон. Большинство цитохромов - это малоподвижные молекулы, зафиксированные на одной из сторон мембраны. Хиноны (убихинон в митохондриях; пластохинон и филлохинон в хлоропластах) - это группа коферментов, в основе которых лежит низкомолекулярное органическое вещество, которое называется KoQ (коэнзим Q, или кофермент Q). Особенностью КоQ является способность переносить до двух электронов и до двух протонов. Хиноны свободно перемещаются в толще мембраны. К прочим мембранным переносчикам электронов относятся: флавопротеины (гигантские белки мембран митохондрий), пластоцианин (белок мембран хлоропластов), ферредоксин (железосодержащий белок мембран хлоропластов) и другие.

Важнейшими немембранными переносчиками электронов и протонов являются коферменты НАД, НАДФ и ФАД. Каждый из этих переносчиков способен принимать и отдавать два электрона, а также переносить по одному протону.

Формирование электрохимического градиента

Все мембранные процессы, связанные с транспортом электронов и протонов, протекают сходным образом.

В клетках существуют кислотные (протонные) резервуары - накопители избытка протонов, отграниченные от остальной цитоплазмы мембранами. Создание протонных резервуаров происходит за счет согласованной работы мембранных и немембранных переносчиков. При создании протонных резервуаров используется энергия электронов, связанных с переносчиками.

При фотосинтезе у цианобактерий и эукариотических растений роль протонного резервуара играет матрикс тилакоидов. При дыхании у эукариот протонным резервуаром служит межмембранный матрикс митохондрий. У прокариот при фотосинтезе и дыхании протонными резервуарами являются одномембранные полости внутри клетки или пространство между плазмалеммой и клеточной стенкой (или дополнительными мембранами).

Перенос электронов и протонов происходит следующим образом. Молекула хинона (мембранный переносчик KoQ) присоединяет два электрона с избытком энергии и превращается в восстановленную форму KoQ 2-. После этого KoQ 2- присоединяет два протона со стороны щелочного резервуара и превращается в форму KoQ•2Н. Затем KoQ•2Н перемещается к протонному резервуару. Здесь с помощью цитохромов происходит отщепление двух протонов.

Таким образом, протоны переносятся в протонные резервуары с помощью переносчиков против градиента концентрации (из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией) и против электрического градиента (из области с недостаточным положительным зарядом в область с избыточным положительным зарядом). Хиноны выполняют функцию челноков, перемещающих протоны через мембрану, цитохромы способствуют отщеплению протонов со стороны протонного резервуара, а остальные переносчики выполняют вспомогательные функции.

Источником энергии для переноса протонов через мембрану служат высокоэнергетические (возбужденные) электроны. Энергия электронов постепенно расходуется на транспорт протонов против градиента концентрации. Полностью или частично потерявшие энергию электроны поступают на акцепторы (сильные окислители) и выводятся из электрон-транспортных цепей.

Механизм мембранного фосфорилирования

В результате функционирования электрон-транспортных цепей формируется разность концентраций протонов и разность электрических зарядов: внутри протонного резервуара - избыток протонов и избыточный положительный заряд, а за пределами протонного резервуара - недостаток протонов и недостаток положительного заряда. Разность концентраций (ДС) и разность зарядов (?ц) совместно образуют электрохимический потенциал. В конце концов, разность зарядов достигает критического значения (?ц ? 200 мВ). Тогда избыток протонов покидает резервуар - выходит во внешнюю среду (в строму хлоропластов, в матрикс митохондрий и т.д.). В мембране имеются каналы, образованные ферментом протон-зависимой АТФазой. При прохождении протонов через канал АТФазы их потенциальная энергия используется для фосфорилирования - присоединения неорганического фосфата к молекуле АДФ.

6. Энергетический обмен

1. Общая характеристика энергетического обмена. Дыхание. Основные этапы дыхания.

2. Гликолиз, его сущность. Конечные продукты гликолиза: ПВК, АТФ и восстановленная форма НАД. Общая схема гликолиза. Энергетический эффект гликолиза.

3. Цикл Кребса, его сущность. Конечные продукты цикла Кребса. Энергетический эффект цикла Кребса.

4. Аэробное дыхание (терминальное окисление). Создание протонного резервуара в межмембранном матриксе митохондрий. Окислительное фосфорилирование.

5. Энергетика дыхания.

Общая характеристика пластического обмена

Энергетический обмен (катаболизм, или диссимиляция) - это совокупность физиолого-биохимических процессов, протекающих с выделением высокоорганизованной энергии. В результате катаболизма из сложных органических веществ образуются более простые органические и неорганические вещества. Высокоорганизованная энергия аккумулируется в макроэргических соединениях, например, в виде АТФ. Синтез АТФ путем присоединения неорганического фосфата к АДФ называется фосфорилирование.

Наивысший выход энергии при катаболизме дает аэробное дыхание. Дыхание - это последовательность катаболических процессов, в результате которых восстановленные органические соединения переходят в окисленные формы с высвобождением высокоорганизованной энергии (например, с образованием АТФ или подобных веществ).

Универсальным источником энергии при дыхании (субстратом дыхания) во всех клетках служит глюкоза. Процесс полного окисления глюкозы состоит из трех стадий: гликолиз, цикл Кребса, терминальное окисление.

Гликолиз

Гликолиз - это процесс ферментативного негидролитического расщепления глюкозы.

Различают собственно гликолиз как тип анаэробного брожения и гликолиз как подготовительный этап аэробного дыхания. При собственно гликолизе (анаэробном брожении) пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты. В ходе гликолиза как подготовительного этапа аэробного дыхания из одного моля глюкозы образуется два моля пировиноградной кислоты (ПВК), два моля АТФ и два моля НАД·Н+Н+.

Гликолиз - довольно сложный процесс, протекающий при участии 13 ферментов. В общих чертах гликолиз идет по следующей схеме. Молекула глюкозы (С6Н12О6) фосфорилируется, изомеризуется до фруктозы и разлагается на две трехуглеродные молекулы фосфоглицеринового альдегида (ФГА). Каждая молекула ФГА окисляется до молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). Затем каждая молекула ФГК, отщепляя Н2О, преобразуется в молекулу пировиноградной кислоты, или ПВК (С3Н4О3). В ходе этих превращений образуется 2 молекулы АТФ, а 4 атома водорода используются для восстановления немембранного переносчика НАД+ до НАД·Н+Н+.

Общее уравнение гликолиза с образованием ПВК:

С6Н12О6 + 2 АДФ + 2 Ф + 2 НАД+ > 2 С3Н4О3 + 2 АТФ + 2 НАД·Н+Н+

Краткая схема преобразования веществ при гликолизе:

глюкоза > фруктоза > 2 ФГА > 2 ФГК > 2 ПВК

Брожение

Дальнейшие превращения ПВК в анаэробных (или частично аэробных) условиях называются брожением или анаэробным дыханием. В животных клетках (при дефиците кислорода) и в клетках молочнокислых бактерий протекает молочнокислое брожение: ПВК может забирать атомы водорода от НАД·Н+Н+ и превращаться в молочную кислоту - C3Н6О3:

2 C3Н4О3 + 2 НАД·Н+Н+ ® 2 C3Н6О3 + 2 НАД+

Для аэробных организмов (в т.ч., и для человека) молочная кислота - это яд, который в клетках печени вновь окисляется до ПВК. Для молочнокислых бактерий образование молочной кислоты - это нормальный процесс.

Существует множество других видов брожения, при этом конечными продуктами являются органические кислоты и спирты (промежуточные продукты реакций - альдегиды). При спиртовом брожении (например, у дрожжей в анаэробных условиях) протекают следующие реакции: от пировиноградной кислоты отщепляется СО2 и образуется уксусный альдегид; затем с помощью НАД уксусный альдегид восстанавливается до этилового спирта (этанола):

C3Н4O3 - СН3СНО + СО2 - образуется ацетальдегид

СН3СНО + НАД·Н+Н+ > С2Н5ОН + НАД+ - образуется этанол

При уксуснокислом брожении (у уксуснокислых бактерий) в частично аэробных условиях этанол окисляется кислородом воздуха до уксусной кислоты:

С2Н5ОН + О2 ® СН3СООН + Н2О

Цикл Кребса

Цикл Кребса - это последовательность биохимических реакций с участием трикарбоновых кислот. Иначе цикл Кребса называют циклом лимонной кислоты, поскольку он начинается с образования этого вещества. У эукариот цикл Кребса протекает в митохондриях.

В ходе цикла Кребса пировиноградная кислота (ПВК) расщепляется до углекислого газа и атомов водорода, связанных с немембранными переносчиками НАД и ФАД. При этом окисление двух молей ПВК приводит к образованию двух молей ГТФ (макроэргического соединения, сходного с АТФ по строению и содержанию энергии).

Level 1

ПВК отщепляет СО2 и взаимодействует с коферментом КоА (HS-КоА) и переносчиком НАД+. В результате образуется восстановленная форма НАД·Н+Н+ и ацетил-КоА (СН3СО~S-КоА). Ацетил-КоА включается в последующие реакции. В ходе этих реакций образуются 2 моля СО2 и атомы водорода (протоны и электроны), связанные с переносчиками НАД+ и ФАД. Кроме того, в цикле Кребса при расщеплении одного остатка СН3СО- до СО2 и атомов водорода образуется один моль ГТФ (аналога АТФ): в итоге один моль глюкозы в цикле Кребса дает два моля ГТФ (поскольку при гликолизе из одного моля глюкозы образуется два моля ПВК).

Level 2

Подготовительный этап. ПВК (С3Н4О3) отщепляет СО2 и взаимодействует с восстановленным коферментом HS-КоА и окисленным переносчиком НАД+. В результате образуется восстановленная форма НАД·Н+Н+ и ацетил-КоА (СН3СО~S-КоА).

1 этап. Ацетил-КоА реагирует с дикарбоновой четырехуглеродной органической кислотой (щавелевоуксусной кислотой, или ЩУК); в результате образуется трикарбоновая шестиуглеродная лимонная кислота, а кофермент КоА переходит в свободное состояние.

2 и 3 этапы. Происходит перестройка молекулы лимонной кислоты с образованием изолимонной кислоты. От изолимонной кислоты отщепляются 2Н с образованием восстановленной формы НАД·Н+Н+ и шестиуглеродной трикарбоновой кислоты (щавелевоянтарной кислоты, или ЩЯК). Далее от ЩЯК отщепляется СО2, и образуется пятиуглеродная дикарбоновая кислота (б-кетоглутаровая кислота).

4 и 5 этапы. От б-кетоглутаровой кислоты отщепляется СО2, отщепляются 2Н, и образуется четырехуглеродная дикарбоновая кислота (янтарная кислота); эти процессы протекают с участием КоА и сопровождаются образованием одного моля ГТФ.

6 этап. Янтарная кислота отдает 2Н переносчику ФАД и превращается в фумаровую кислоту.

7 этап. Фумаровая кислота присоединяет молекулу Н2О и превращается в яблочную кислоту.

8 этап. Яблочная кислота отщепляет 2Н; в результате образуется восстановленная форма НАД·Н+Н+ и щавелевоуксусная кислота (ЩУК).

Далее ЩУК реагирует с ацетил-КоА, и цикл начинается сначала. Таким образом, в цикле Кребса окисление одного моля ПВК сопровождается образованием двух молей СО2, трех молей НАД·Н+Н+ и одного моля ФАД·2Н. (Отметим, что один моль СО2 образовался на подготовительном этапе, на этом же этапе образуется один моль НАД·Н+Н+.)Углекислый газ удаляется из клетки, а атомы водорода (протоны и электроны), связанные с переносчиками, направляются на внутреннюю мембрану митохондрии.

Level 3

Подготовительный этап. ПВК (С3Н4О3) отщепляет СО2 и взаимодействует с восстановленным коферментом КоА·Н и окисленным переносчиком НАД+. В результате образуется восстановленная форма НАД·Н+Н+ и ацетил-КоА (СН3СО~S-КоА). Окисление ПВК происходит с помощью фермента пируватдегидрогеназы.

1 этап. Ацетил-КоА - СН3СО~S-КоА - вступает в реакцию с дикарбоновой ЩУК - С4Н4О5 (в этой реакции принимает участие Н2О). В результате образуется трикарбоновая лимонная кислота - С6Н8О7, а кофермент КоА переходит в свободное состояние (HS·КоА). Образование лимонной кислоты происходит с участием фермента цитратсинтетазы.

2 этап. Лимонная кислота (С6Н8О7) отщепляет молекулу воды и превращается в цис-аконитовую кислоту. Затем цис-аконитовая кислота присоединяет молекулу воды и превращается в изолимоную кислоту (С6Н8О7). Образование аконитовой кислоты происходит с участием фермента аконитазы.

3 этап. От изолимонной кислоты (С6Н8О7) отщепляется 2Н с образованием восстановленной формы НАД·Н+Н+ и ЩЯК - С6Н6О7. От ЩЯК отщепляется СО2, и образуется дикарбоновая б-кетоглутаровая кислота - С5Н6О5. Окисление изолимонной кислоты с образованием ЩЯК происходит с участием фермента изоцитратдегидрогеназы.

4 и 5 этапы. От б-кетоглутаровой кислоты отщепляется СО2, отщепляются 2Н, и образуется четырехуглеродная дикарбоновая кислота (янтарная кислота) - С4Н6О4. Эти процессы протекают с участием Н2О и КоА и сопровождаются образованием одного моля ГТФ. Окисление б-кетоглутаровой кислоты с образованием янтарной кислоты происходит с участием ферментов б-кетоглутаратдегидрогеназы и сукцинилтиокиназы.

6 этап. Янтарная кислота С4Н6О4 отдает 2Н переносчику ФАД и превращается в фумаровую кислоту - С4Н4О4. Окисление янтарной кислоты с образованием фумаровой кислоты происходит с участием фермента сукцинатдегидрогеназы.

7 этап. Фумаровая кислота присоединяет молекулу Н2О и превращается в яблочную кислоту - С4Н6О5. Образование яблочной кислоты происходит с участием фермента фумаразы.

8 этап. Яблочная кислота отщепляет 2Н; в результате образуется восстановленная форма НАД·Н+Н+ и ЩУК С4Н4О5. Окисление яблочной кислоты с образованием ЩУК происходит с участием фермента малатдегидрогеназы.

Далее ЩУК реагирует с ацетил-КоА, и цикл начинается сначала. Нужно отметить, что почти все реакции цикла Кребса обратимы; при этом каждый фермент катализирует как прямую, так и обратную реакции. Необратимой является лишь реакция образования лимонной кислоты.

Аэробное дыхание

Аэробное дыхание (терминальное окисление, или окислительное фосфорилирование) - это совокупность катаболитических процессов на мембранах митохондрий, завершающихся полным окислением органических веществ с участием молекулярного кислорода. При этом роль протонного резервуара играет межмембранный матрикс - пространство между внешней и внутренней мембранами.

Атомы водорода, отщепившиеся от глюкозы в ходе гликолиза и цикла Кребса, связанные с немембранными переносчиками НАД и ФАД, поступают на внутреннюю мембрану митохондрий. С помощью флавопротеинового комплекса происходит окисление водорода: протоны поступают в матрикс, а электроны переходят на мембранные переносчики. Энергия электронов используется для переноса протонов из матрикса в межмембранный матрикс. Хиноны (убихиноны) выполняют роль челноков, перемещающих протоны через мембрану, цитохромы способствуют отщеплению протонов на внешней поверхности внутренней мембраны, а остальные переносчики выполняют вспомогательные функции.

Электроны, потерявшие энергию, поступают на комплекс ферментов под названием цитохромоксидаза. Цитохромоксидаза использует электроны для активации (восстановления) молекулярного кислорода О2 до О22-. Ионы О22- присоединяют протоны, образуя пероксид водорода, который при помощи каталазы разлагается на Н2О и О2. Последовательность описанных реакций можно представить в виде схемы:

2О2 + 2з > 2О22-; 2О22- + 4Н+ > 2Н2О2; 2Н2О2 > 2Н2О + О2 ^

В межмембранном матриксе происходит накопление протонов, а электроны, израсходовавшие свою энергию, используются для восстановления кислорода с образованием воды. Внутренняя мембрана митохондрии содержит каналы, образованные ферментом АТФазой. Избыток протонов из межмембранного матрикса переходит через канал АТФазы в матрикс. Энергия электрохимического потенциала служит для синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата.

Энергетика дыхания

Суммарное уравнение аэробного дыхания (без учета потерь АТФ) обычно записывается следующим образом:

С6Н12О6 + 6 О2 + 38 АДФ + 38 Ф > 6 СО2 + 6 Н2О + 38 АТФ + Q

Из 38 молекул АТФ, образующихся при полном окислении одной молекулы глюкозы, 2 молекулы образуется в ходе анаэробных реакций гликолиза, 2 молекулы в цикле Кребса и 34 молекулы - при терминальном окислении.

В действительности, на каждом этапе дыхания АТФ не только образуется, но и затрачивается на обслуживание самих обменных процессов. Кроме того, часть синтезированных молекул АТФ используется для транспорта самой АТФ за пределы митохондрий. Поэтому только часть АТФ может использоваться на нужды клетки.

Внутренняя мембрана митохондрий не является абсолютно непроницаемой для протонов: часть протонов возвращается в матрикс митохондрий, минуя АТФ-азу, и энергия протонного потенциала расходуется только на выделение тепла. Причины повышенной проницаемости мембран:

1. Сезонно-физиологические. Во время зимней спячки у млекопитающих (медведи, сурки и др.) в мембранах накапливаются вещества, повышающие проницаемость мембран для протонов.

2. Некоторые синтетические пищевые красители и антибиотики являются протонофорами (химическими аналогами убихинона). С их помощью протоны возвращаются на внутреннюю сторону мембраны.

3. При нарушении функции щитовидной железы в мембранах накапливается гормон тироксин, повышающий проницаемость мембран для протонов.

4. Некоторые цитохромы позволяют сократить путь электронов через мембрану (например, при разогреве мышц у насекомых). Тогда поступление протонов в межмемебранный матрикс уменьшается.

7. Пластический обмен. Фотосинтез

1. Общая характеристика пластического обмена. Фотосинтез как пример пластического обмена. Общая характеристика фотосинтеза.

2. Световые реакции фотосинтеза. Преобразование световой энергии в энергию АТФ. Реакционные центры фотосинтеза. Фотосистемы. Фотолиз воды. Создание электрохимического градиента на мембранах тилакоидов. Результаты световых реакций.

3. Темновые реакции. Восстановление углекислого газа. Образование глюкозы и первичного крахмала. Суммарное уравнение фотосинтеза. Значение фотосинтеза. Пути повышения продуктивности сельскохозяйственных растений.

4. Хемосинтез. Общая характеристика и значение хемосинтеза.

Общая характеристика пластического обмена

Пластический обмен (анаболизм, или ассимиляция) - это совокупность физиолого-биохимических процессов, протекающих с затратой высокоорганизованной энергии. В результате из простых органических и неорганических веществ образуются более сложные вещества.

Фотосинтез

Примером анаболических реакций служит фотосинтез - процесс образования органических веществ с затратой световой энергии.

Бактериальный фотосинтез у пурпурных и зеленых бактерий протекает на мезосомах - впячиваниях плазмалеммы. Главным фотосинтезирующим пигментом у бактерий является бактериохлорофилл. Донорами протонов и электронов являются: сероводород, который окисляется до свободной серы (у аэробных зеленых серобактерий и анаэробных пурпурных серобактерий); водород и органические соединения (у пурпурных несерных бактерий). При бактериальном фотосинтезе в качестве донора электронов никогда не используется вода, и поэтому никогда не выделяется кислород.

Фотосинтез у высших растений протекает в специализированных органоидах - хлоропластах. Источником углерода является углекислый газ, источником электронов и протонов служит вода. Конечными продуктами являются глюкоза и кислород. Реакции фотосинтеза делятся на две группы: световые и темновые.

1. Световые реакции протекают непосредственно под воздействием света на мембранах тилакоидов хлоропластов. В световых реакциях образуются: O2, АТФ и НАДФ·Н+Н+.

2. Темновые реакции протекают в строме хлоропластов как на свету, так и в темноте. Простейшим продуктом темновых реакций является глюкоза.

Световые реакции

Преобразование энергии света в энергию химических связей начинается в реакционных центрах, входящих в состав мембран тилакоидов. В составе реакционных центров обнаруживаются разнообразные сочетания пигментов: хлорофиллы а и b, каротиноиды и другие. Кроме указанных пигментов в мембранах обнаруживаются разнообразные вещества - переносчики электронов и протонов. Основные сочетания пигментов и переносчиков называются фотосистемы: фотосистема I и фотосистема II.

Универсальным способом образования АТФ является механизм нециклического фотофосфорилирования. Энергия света, поглощенная пигментами, преобразуется в энергию электронов. Свободные электроны образуются при фотолизе (фотоокислении) воды - расщеплении молекулы Н2О с затратой световой энергии. При фотолизе воды выделяется молекулярный кислород. Энергия электронов используется для создания протонных резервуаров внутри тилакоидов и формирования электрохимических потенциалов на мембранах тилакоидов. В свою очередь, энергия электрохимического потенциала используется для синтеза АТФ. Электроны, потерявшие энергию, используются для восстановления НАДФ.

В действительности световые реакции протекают более сложно.

Фотосистема II поглощает высокоэнергетические кванты света. Электроны хлорофилла переходят в возбужденное состояние, а затем молекула хлорофилла теряет один возбужденный электрон с избытком энергии. Окисленный хлорофилл отщепляет один электрон от молекулы воды. Вода разлагается на протон Н+ и свободный радикал НО·. Два радикала НО· объединяются в молекулу Н2О2, которая разлагается каталазой на Н2О и О2. Процесс расщепления воды под воздействием света называется фотолиз. При фотолизе выделяется молекулярный кислород как побочный продукт световых реакций фотосинтеза:

4 Н2О > 4 Н+ + 4 НО· + 4 з; 4 НО· > 2 Н2О2 > 2 Н2О + О2^

Высокоэнергетические электроны от молекул хлорофилла присоединяются к хинонам, образуя восстановленные хиноны (KoQ 2-). Восстановленные хиноны диффундируют на внешнюю сторону мембраны тилакоида (к строме). Здесь к хинонам присоединяются протоны, которые всегда присутствуют в водных растворах вследствие электролитической диссоциации воды. Хиноны вместе с протонами диффундируют на внутреннюю сторону мембраны (к матриксу тилакоида). Под воздействием цитохромов b протоны отщепляются от хинонов и переходят в матрикс тилакоида. Затем хиноны вновь диффундируют к строме, где вновь присоединяют протоны. Таким образом, строма служит источником протонов, а матрикс тилакоидов - протонным резервуаром.

Электроны, частично израсходовавшие энергию на перенос протонов, отщепляются от хинонов и поступают на промежуточный переносчик - цитохром f.

Фотосистема I поглощает низкоэнергетические кванты света. Электроны хлорофилла фотосистемы I переходят в возбужденное состояние, а затем молекула хлорофилла теряет один возбужденный электрон. Потерю электронов молекулы хлорофилла восполняют, забирая электроны от цитохромов f. Электроны от фотосистемы I через промежуточные мембранные переносчики (ферредоксин и другие) используются для восстановления немембранного переносчика электронов и протонов НАДФ:

НАДФ+ + 2 з + 2 Н+ > НАДФ·Н+Н+.

Избыток протонов из матрикса переходит через канал АТФазы в строму. Энергия электрохимического потенциала используется для фотофосфорилирования - синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата. В итоге энергия света расходуется на синтез АТФ и на восстановление НАДФ.

Темновые реакции

АТФ и НАДФ·Н+Н+, образовавшиеся в ходе световых реакций, используются для восстановления СО2 и образования глюкозы. Образовавшаяся глюкоза превращается в первичный крахмал.

Первичный крахмал в дальнейшем гидролизуется с образованием глюкозы. Эта глюкоза транспортируется за пределы хлоропласта: в остальные клетки и органы растения. Здесь она превращается во вторичный крахмал, используется для дыхания и для биосинтеза кислот, аминокислот и других веществ. Суммарное уравнение фотосинтеза записывается следующим образом:

6 СО2 + 6 Н2О + световая энергия > С6Н12О6 + 6 О2 + тепло

Существует несколько механизмов темновых реакций. Универсальным способом фиксации СО2 является цикл Кальвина:

Пятиуглеродный сахар рибулозодифосфат с помощью РДФ-карбоксилазы присоединяет одну молекулу СО2. Образуется неустойчивое шестиуглеродное соединение, которое разлагается на две молекулы фосфоглицериновой кислоты (ФГК). С помощью АТФ и НАДФ·Н+Н+ каждая молекула ФГК восстанавливается до фосфоглицеринового альдегида (ФГА). Одна шестая часть молекул ФГА в ходе реакций изомеризации и димеризации образуют фруктозу, которая превращается в глюкозу. Большая часть ФГА (5/6) используется на образование рибулозодифосфата.

Значение фотосинтеза

Фотосинтез является основой существования земной биосферы. Ежегодная продукция растений Земли превышает 120 млрд. тонн (в пересчете на сухое вещество). При этом поглощается примерно 170 млрд. тонн углекислого газа, расщепляется 130 млрд. тонн воды, выделяется 120 млрд. тонн кислорода и запасается 400·1015 килокалорий солнечной энергии. В процессы синтеза вовлекается около 2 млрд. тонн азота и около 6 млрд. тонн фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа и других элементов. За 2 тысячи лет весь кислород атмосферы проходит через растения. Все это означает, что деятельность растений является процессом планетарного масштаба.

В клетках растений одновременно протекают и фотосинтез, и дыхание. Для повышения продуктивности сельскохозяйственных растений изменяют соотношение между реакциями дыхания и фотосинтеза в пользу последних. Например, в условиях защищенного грунта увеличивают продолжительность светового дня, повышают интенсивность освещения, обеспечивают дополнительную подкормку углекислым газом, снижают ночную температуру. Усилия селекционеров должны быть направлены на выведение интенсивных высокопродуктивных сортов.

Хемосинтез. Значение хемосинтеза

В некоторых экосистемах Земли при недостатке солнечного света важную роль в создании первичной продукции играет хемосинтез - синтез органических соединений из неорганических с использованием энергии окисления неорганических веществ.

Хемосинтез открыт российским микробиологом-почвоведом С.Н. Виноградским в 1887г. При хемосинтезе для восстановления СО2 используется энергия окисления неорганических веществ с помощью кислорода (аэробные хемоавтотрофы) или нитратов (анаэробные хемоавтотрофы). К хемоавтотрофам относятся многие прокариоты: железобактерии (Fe+2 окисляется до Fe+3), бесцветные серобактерии (H2S окисляется до S, а S - до SO42-), нитрифицирующие бактерии (NH3 окисляется до NO2-, а NO2- - до NO3-).

Основное значение хемосинтеза заключается в том, что он обеспечивает круговорот важнейших элементов с переменной степенью окисления: железа, серы, азота и других. Круговороту веществ способствует и обратный процесс - анаэробное дыхание с участием неорганических окислителей: окисление органических веществ с помощью SO42- (сульфаты восстанавливаются до серы у анаэробных сульфатредуцирующих бактерий), NO3- (нитраты восстанавливаются до N2 или NH3 анаэробными денитрифицирующими бактериями), трехвалентного железа (Fe+3 восстанавливается до Fe+2 анаэробными железобактериями).

8. Биосинтез белков

Общая характеристика биосинтеза белков как последовательности матричных реакций. ДНК как основной носитель наследственной информации. Матричная (информационная) РНК как промежуточный носитель наследственной информации. Кодоны мРНК. Транспортные РНК, их структура. Антикодоны. Аминоацил-тРНК.

Основные этапы биосинтеза белков. Транскрипция ДНК. РНК-полимераза. Процессинг мРНК. Сплайсинг. Экзоны и интроны. Основные стадии трансляции мРНК. Инициация; инициирующий комплекс; стартовый кодон; кодонзависимое связывание; активные центры рибосомы (аминоацильный и пептидилтрансферазный); образование пептидной связи. Элонгация; рабочий цикл рибосомы. Терминация; нонсенс-кодоны. Модификация белков как последовательность ступенчатых реакций. Энергетика биосинтеза белков.

Определение гена. Современные представления о гене. Генетический код. Свойства генетического кода.

Представление о регуляции экспрессии генов у прокариот. Индукция и репрессия. Структура оперона; промотор, оператор, структурные гены, терминатор. Представление о регуляции экспрессии генов у эукариот. Тотипотентность клеток.

Общая характеристика биосинтеза белков

Биосинтез белков в клетках представляет собой начальный этап реализации, или экспрессии генетической информации. В основе биосинтеза единичного белка лежит последовательность реакций матричного типа, в ходе которых последовательная передача наследственной информации с одного типа молекул на другой приводит к образованию полипептидов с генетически обусловленной структурой.

биосинтезе белков принимают участие разнообразные вещества и структуры: ДНК, мРНК, тРНК, рибосомы, разнообразные ферменты, источники энергии (АТФ и ГТФ), а также нуклеотиды (точнее, рибонуклеотиды) и аминокислоты.

Двухспиральная, или двухцепочечная ДНК является основным носителем генетической информации. В частности, ДНК содержит информацию о структуре белков. Отражение структуры белков с помощью последовательностей нуклеотидов ДНК называется кодом ДНК, или генетическим кодом (кодированием называется отражение одних объектов с помощью других). Благодаря генетическому коду устанавливается однозначное соответствие между нуклеотидными последовательностями ДНК и аминокислотами, входящими в состав белков. При биосинтезе белков единицей генетического кода является триплет ДНК - последовательность из трех пар нуклеотидов (точнее, дезоксирибонуклетотидов) в двухцепочечной ДНК или последовательность из трех нуклеотидов в единичной цепи ДНК. Одна из цепей ДНК называется кодирующей (+), и её триплеты называются кодонами. Другая, комплементарная цепь ДНК называется антикодирующей (-), и её триплеты называются антикодонами.

Матричная, или информационная РНК является посредником в передаче генетической информации и служит матрицей для синтеза полипептида на рибосомах. Каждая молекула мРНК синтезируется на матрице антикодирующей цепи ДНК из отдельных нуклеотидов (рибонуклеотидов) в соответствии с правилами комплементарности (А > У; Т > А; Г > Ц; Ц > Г ). В результате образуется последовательность триплетов, отражающая структуру кодирующей цепи ДНК. Таким образом, триплеты мРНК являются кодонами.

РНК осуществляет доставку аминокислот на рибосомы, причем одна молекула тРНК переносит одну молекулу аминокислоты. Плоскостная модель тРНК по общей конформации напоминает клеверный лист на черешке. "Черешок" несет аминокислоту, которая ковалентно присоединяется к тРНК с помощью ферментов - аминоацил-тРНК-синтетаз (эта реакция называется аминоацилированием тРНК, а комплекс из молекулы тРНК и соответствующей аминокислоты называется аминоацил-тРНК). Существует 61 тип тРНК, и каждому типу соответствует строго определенная аминокислота (существует 20 аминокислот, участвующих в синтезе полипептида на рибосомах). В то же время, определенной аминокислоте обычно соответствует несколько типов тРНК. "Вершина листа" несет антикодон - распознающий триплет, в котором последовательность нуклеотидов комплементарна по отношению к определенному кодону мРНК. Каждый тип тРНК характеризуется собственным антикодоном. На рибосомах к определенному кодону мРНК с помощью специфического белка присоединяется антикодон соответствующей молекулы аминоацил-тРНК; такое связывание мРНК и аминоацил-тРНК называется кодонзависимым. На рибосомах аминокислоты соединяются между собой с помощью пептидных связей, а освободившиеся молекулы тРНК уходят на поиски свободных аминокислот.

К главным матричным процессам, обеспечивающим биосинтез белков, относятся транскрипция ДНК и трансляция мРНК. Транскрипция ДНК заключается в переписывании информации с ДНК на мРНК (матричную, или информационную РНК). Трансляция мРНК заключается в переносе информации с мРНК на полипептид. Последовательность матричных реакций при биосинтезе белков можно представить в виде схемы:

кодоны ДНК (нетранскрибируемая цепь)

А Т Г

Г Г Ц

Т А Т

антикодоны ДНК (транскрибируемая цепь)

Т А Ц

Ц Ц Г

А Т А

транскрипция ДНК

Я

Я

Я

мРНК (кодоны)

А У Г

Г Г Ц

У А У

трансляция мРНК

Я

Я

Я

тРНК (антикодоны)

У А Ц

Ц Ц Г

А У А

аминокислоты белка

метионин

глицин

тирозин

Основные этапы биосинтеза белков

1 этап. Транскрипция ДНК. На транскрибируемой цепи ДНК с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы достраивается комплементарная цепь мРНК. Молекула мРНК является точной копией нетранскрибируемой цепи ДНК с той разницей, что вместо дезоксирибонуклеотидов в ее состав входят рибонуклеотиды, в состав которых вместо тимина входит урацил.

2 этап. Процессинг (созревание) мРНК. Синтезированная молекула мРНК (первичный транскрипт) подвергается дополнительным превращениям. В большинстве случаев исходная молекула мРНК разрезается на отдельные фрагменты. Одни фрагменты - интроны - расщепляются до нуклеотидов, а другие - экзоны - сшиваются в зрелую мРНК. Процесс соединения экзонов "без узелков" называется сплайсинг.

Сплайсинг характерен для эукариот и архебактерий, но иногда встречается и у прокариот. Существует несколько видов сплайсинга. Сущность альтернативного сплайсинга заключается в том, что одни и те же участки исходной мРНК могут быть и интронами, и экзонами. Тогда одному и тому же участку ДНК соответствует несколько типов зрелой мРНК и, соответственно, несколько разных форм одного и того же белка. Сущность транс-сплайсинга заключается в соединение экзонов, кодируемых разными генами (иногда даже из разных хромосом), в одну зрелую молекулу мРНК.

3 этап. Трансляция мРНК. Трансляция (как и все матричные процессы) включает три стадии: инициацию (начало), элонгацию (продолжение) и терминацию (окончание).

Инициация. Сущность инициации заключается в образовании пептидной связи между двумя первыми аминокислотами полипептида.

Первоначально образуется инициирующий комплекс, в состав которого входят: малая субъединица рибосомы, специфические белки (факторы инициации) и специальная инициаторная метиониновая тРНК с аминокислотой метионином - Мет-тРНКМет. Инициирующий комплекс находит мРНК и присоединяется к ней в точке инициации (начала) биосинтеза белка: в большинстве случаев это стартовый кодон АУГ. Между стартовым кодоном мРНК и антикодоном метиониновой тРНК происходит кодонзависимое связывание с образованием водородных связей. Затем происходит присоединение большой субъединицы рибосомы.

При объединении субъединиц образуется целостная рибосома, которая несет два активных центра (сайта): А-участок (аминоацильный, служит для присоединения аминоацил-тРНК) и Р-участок (пептидилтрансферазный, служит для образования пептидной связи между аминокислотами).

Первоначально Мет-тРНКМет находится на А-участке, но затем перемещается на Р-участок. На освободившийся А-участок поступает аминоацил-тРНК с антикодоном, который комплементарен кодону мРНК, следующему за кодоном АУГ. В нашем примере это Гли-тРНКГли с антикодоном ЦЦГ, который комплементарен кодону ГГЦ. В результате кодонзависимого связывания между кодоном мРНК и антикодоном аминоацил-тРНК образуются водородные связи. Таким образом, на рибосоме рядом оказываются две аминокислоты, между которыми образуется пептидная связь. Ковалентная связь между первой аминокислотой (метионином) и её тРНК разрывается.

После образования пептидной связи между двумя первыми аминокислотами рибосома сдвигается на один триплет. В результате происходит транслокация (перемещение) инициаторной метиониновой тРНКМет за пределы рибосомы. Водородная связь между стартовым кодоном и антикодоном инициаторной тРНК разрывается. В результате свободная тРНКМет отщепляется и уходит на поиск своей аминокислоты. Вторая тРНК вместе с аминокислотой (в нашем примере Гли-тРНКГли) в результате транслокации оказывается на Р-участке, а А-участок освобождается.

Элонгация. Сущность элонгации заключается в присоединении последующих аминокислот, то есть в наращивании полипептидной цепи. Рабочий цикл рибосомы в процессе элонгации состоит из трех шагов: кодонзависимого связывания мРНК и аминоацил-тРНК на А-участке, образования пептидной связи между аминокислотой и растущей полипептидной цепью и транслокации с освобождением А-участка.

На освободившийся А-участок поступает аминоацил-тРНК с антикодоном, соответствующим следующему кодону мРНК (в нашем примере это Тир-тРНКТир с антикодоном АУА, который комплементарен кодону УАУ).

На рибосоме рядом оказываются две аминокислоты, между которыми образуется пептидная связь. Связь между предыдущей аминокислотой и её тРНК (в нашем примере между глицином и тРНКГли) разрывается.

Затем рибосома смещается еще на один триплет, и в результате транслокации тРНК, которая была на Р-участке (в нашем примере тРНКГли), оказывается за пределами рибосомы и отщепляется от мРНК. А-участок освобождается, и рабочий цикл рибосомы начинается сначала.