Метаболизм — основа существования живых организмов

Метаболимзм (от греч. мефбвплЮ, «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Метаболизм обычно делят на две стадии — в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых, в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

Анаболизм

Совокупность реакций биологического синтеза называется пластическим обменом или анаболизмом (от греч. anabole — подъем). Название этого вида обмена отражает его сущность: из простых веществ, поступающих в клетку извне, образуются вещества, подобные веществам клетки, т. е. происходит ассимиляция.

Все процессы метаболизма в клетке и целом организме протекают под контролем наследственного аппарата. Все они являются результатом реализации генетической информации, имеющейся в клетке.

Реализация наследственной информации — биосинтез белков Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности аминокислот в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК, на одноцепочечную молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует (комплементарности) последовательности нуклеотидов матрицы — полинуклеотидной цепи ДНК. Существуют специальные механизмы «узнавания» начальной точки синтеза, выбора цепи ДНК, с которой считывается информация, а также механизмы завершения процесса. Так образуется информационная РНК.

Трансляция (от лат. translation — передача) — перевод информации, заключенной в последовательности нуклеотидов (последовательности кодонов) молекулы инк в последовательность аминокислот полипептидной цепи.

У прокариот (бактерий и синезеленых), не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и-РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза.

У эукариот и-РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой РНК. Кроме транспорта и-РНК к рибосомам эти белки защищают и-РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов. В цитоплазме на один из концов и-РНК (именно на тот, с которого начинался синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинает синтез полипептида.

Рибосома перемещается по молекуле и-РНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом.

По мере перемещения рибосомы по молекуле и-РНК к полипептидной цепочке одна за другой пристраиваются аминокислоты, соответствующие триплетам и-РНК, Точное соответствие аминокислоты коду триплета и-РНК обеспечивается т-РНК. Для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой — антикодон — комплементарен строго определенному триплету и-РНК. Точно также каждой аминокислоте соответствует свой фермент, присоединяющий ее к т-РНК. Общий принцип передачи наследственной информации о структуре белковых молекул в процессе биосинтеза полипептидной цепи.

После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы — молекулы и-РНК, сворачивается в спираль, а затем приобретает третичную структуру, свойственную данному белку.

Молекула и-РНК может использоваться для синтеза полипептидов многократно, так же, как рибосома.

Биологический синтез небелковых молекул в клетке осуществляется в три этапа. Вначале реализуется информация о структуре специфического белка-фермента, а затем при помощи этого фермента образуется молекула определенного углевода или липида. Сходным путем образуется и другие молекулы: витамины, гормоны, и другие.