Синтез основных клеточных компонентов

Институт Естествознания

Факультет Общей Биологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доклад 

 

На тему:

 

 

«Синтез основных клеточных  компонентов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      ВВЕДЕНИЕ

 

 

Основная масса органических веществ клетки состоит из  полисахаридов ,  липидов,  белков и нуклеиновых кислот , являющихся (за исключением липидов) полимерами. Образованию полимеров предшествует синтез составляющих их мономеров. В случае полисахаридов - это различные моносахара, нуклеиновых кислот - рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, в случае белков - аминокислоты.

 

 

 

Биосинтез углеводов

 

 

Процессам биосинтеза углеводов принадлежит важное место среди реакций пластического обмена, происходящие в биосфере. Подавляющее большинство углеводов синтезируют автотрофные организмы, образуя шестиуглеродными моносахариды (гексозы) из углекислого газа и воды. В клетках гетеротрофных организмов углеводы синтезируются в ограниченном количестве из других органических соединений. Полисахариды у всех организмов образуются из моносахаридов в результате ферментативных реакций.

 

Биосинтез моносахаридов происходит двумя путями. Первый присущ автотрофным организмам и ведет к восстановлению CO., К глюкозе. Второй включает ряд реакций, благодаря которым из соединений неуглеводной природы (пировиноградной и молочной кислот, глицерина, некоторых аминокислот) образуется глюкоза. Этот процесс получил название  глюконеогенеза.

 

 Если прокариоты выращивать  на средах, где источник углерода - одно-, двух- или трехуглеродные соединения, то необходимые сахара (в первую очередь С6) они должны синтезировать из имеющихся в среде источников углерода. У подавляющего большинства автотрофов на среде с СО2 в качестве единственного источника углерода сахара синтезируются в реакциях  восстановительного пентозофосфатного цикла . У гетеротрофов на среде с С2- и С3-соединениями для синтеза необходимых сахаров используются в значительной степени реакции, функционирующие в катаболическом потоке, например в гликолитическом пути . Однако поскольку некоторые ферментативные реакции этого пути необратимы, в клетках гетеротрофных прокариот, способных использовать двух- и трехуглеродные соединения, сформировались специальные ферментативные реакции, позволяющие обходить необратимые реакции катаболического пути .

 

 

 

 

 

 

Биосинтез аминокислот

 

 

 Большинство прокариот  способны синтезировать все аминокислоты, входящие в состав клеточных  белков. В качестве исходных углеродных  скелетов для биосинтеза аминокислот  служит небольшое число промежуточных  соединений различных метаболических путей. Введение в молекулу некоторых из них приводит к образованию  аспарагиновой кислоты,  глутаминовой кислоты и аланина . Однако в большинстве случаев исходные соединения должны подвергнуться значительным перестройкам, чтобы сформировать углеродный остов молекулы будущей аминокислоты.

 Особенностью биосинтеза  аминокислот является использование  общих биосинтетических путей.  Так, 19 из 20 аминокислот, входящих  в состав белков, можно по способу  их происхождения разделить на 5 групп. Только одна аминокислота  ( гистидин ) образуется по отдельному биосинтетическому пути.

 Азот вводится в  молекулу аминокислоты посредством  реакций аминирования, амидирования и переаминирования. Реакции аминирования приводят к образованию из пировиноградной кислоты аланина, а из альфа- кетоглутаровой - глутаминовой кислоты, например:

 

 НООС-(СН2)2-СО-СООН + NH3 +  НАДФ*Н2 приводит при участии глутаматдегидрогеназы к глутаминовой кислоте:

 

 НООС-(СН2)2-CHNH2-СООН +  НАДФ+ + Н2О.

 

 Две реакции амидирования ведут к образованию глутамина и аспарагина из глутаминовой и аспарагиновой кислот в реакциях следующего типа:

 

 НООС-(СН2)2-CHNH2-СООН + АТФ + NH3 приводит при участии глутаминсинтетазы к глутамину:

 

NH2CO-(СН2)2-CHNH2-СООН + АДФ + Фн + Н2О,

 

 где Фн - неорганический фосфат.

 

 Глутаминовая кислота и глутамин прямо или косвенно служат донорами амино- и амидогрупп при синтезе практически всех аминокислот и других азотсодержащих органических соединений. Аспарагин используется только для синтеза белковых молекул. Во все остальные аминокислоты азот вводится посредством реакций переаминирования, катализируемых соответствующими аминотрансферазами, при этом во всех реакциях одним из участников является глутаминовая кислота:

 

 глутаминовая кислота + щавелевоуксусная кислота приводит к аспарагиновая кислота + альфа-кетоглутаровая кислота.

 

 Еще одним путем  включения азота аммиака в  состав органических соединений  является реакция, приводящая  к образованию карбамоилфосфата:

 

 NH3 + СО2 + 2АТФ приводит к карбамоилфосфату:

 

 H2N-CO-O-PO3H2 + 2АДФ + Фн.

 

 Дальнейшее использование азота карбамоилфосфата происходит по двум путям: для синтеза пиримидинов и аргинина.

 

 

Биосинтез липидов

 

У прокариот липиды входят в состав  клеточных мембран и клеточной стенки, служат запасными веществами, являются компонентами  пигментных систем и цепей электронного транспорта.

 В клетках эубактерий компонентами липидов являются в основном  насыщенные  жирные кислоты или содержащие одну двойную связь (мононенасыщенные ).  Полиненасыщенные жирные кислоты, содержащие две и более двойных связей, найдены до сих пор только у цианобактерий .

 Образование двойных  связей в молекуле кислоты  может происходить двумя путями. Один из них, обнаруженный у  аэробных эубактерий, требует участия молекулярного кислорода. У облигатно анаэробных и некоторых аэробных эубактерий двойные связи вводятся в молекулу кислоты на ранней стадии ее синтеза в результате реакции дегидратации.

 Пути, ведущие к синтезу   фосфолипидов , состоят из нескольких этапов. Исходным субстратом служит  фосфодиоксиацетон (промежуточное соединение  гликолитического пути ), восстановление которого приводит к образованию 3-фосфоглицерина . К последнему затем присоединяются два остатка жирных кислот. Продуктом реакции является  фосфатидная кислота . Активирование ее с помощью ЦТФ и последующее присоединение к фосфатной группе серина, глицерина или другого соединения приводят к синтезу  фосфатидилсерина и  фосфатидилглицерина.