2) Синтез мембран
Производством фосфолипидов ЭПР расширяет собственную поверхность мембраны, которая посредством транспортных везикул посылает фрагменты мембраны в другие части мембранной системы.
Самые мелкие органоиды, диаметром 20 нм. Состоят из двух субъединиц, большой и малой. Химический состав - 50% белков, 50% рРНК, причем рибосома, лишенная белков, тоже работает, только медленнее.
Рибосомы образуются в ядрышке из рРНК, синтезированной на ядрышковом организаторе (участке хромосомы, содержащем много копий рРНК) и белков, поступивших из цитоплазмы. Сформированные субъединицы рибосом выходят из ядра через ядерные поры.
Функция рибосом - синтез белков. В белоксинтезирующей системе участвуют все 3 вида РНК:
· рРНК входит в состав рибосомы
· иРНК является матрицей для трансляции
· тРНК приносит АК и присоединяется по принципу комплементарности к кодону иРНК
Синтез любого белка начинается в цитоплазме. В мембране шероховатой ЭПС имеются рецепторы для лидерной последовательности с которой начинаются те белки, которые должны попасть в ЭПС. Они затягиваются туда и дальнейший синтез белка идет внутрь ЭПС, так что рибосома оказывается лежащей на ее поверхности.
Выделяют рибосомы 2 видов: 80S-рибосомы находятся в цитоплазме эукариот, а 70S - в митохондриях, пластидах и цитоплазме прокариот. Сходство рибосом бактерий, митохондрий и пластид подтверждает теорию симбиогенеза.
3. Фотосинтез. Световая фаза. Фотофосфорилирование. Фотолиз воды
Фотосинтез (от др.-греч. ц?т -- свет и уэниеуйт -- соединение, складывание, связывание, синтез) -- процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция -- совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.
Световая фаза -- этап фотосинтеза, в течение которого за счёт энергии света образуются богатые энергией соединения АТФ и молекулы -- носители энергии.
Осуществляется в хлоропластах, в которых на мембранах располагаются молекулы хлорофилла. Хлорофилл поглощает энергию солнечного света, которая затем используется при синтезе молекул АТФ из АДФ и фосфорной кислоты, а также способствуют расщеплению молекул воды: 2H20 = 4H+ + 4e- + O2. Кислород, образующийся при расщеплении выделяется в окружающую среду в свободной форме.
Световая фаза фотосинтеза
Под влиянием энергии солнечного света молекула хлорофилла возбуждается, в результате чего один из её электронов переходит на более высокий энергетический уровень. Этот электрон, проходя по цепи переносчиков (белков мембраны хлоропласта), отдаёт избыточную энергию на окислительно-восстановительные реакции (синтез молекул АТФ).
Молекулы хлорофилла, потерявшие электроны, присоединяют электроны, образующиеся при расщеплении молекулы воды.
Под действием света электрон в реакционном центре переходит в возбуждённое состояние «перескакивая» на высокий энергетический уровень молекулы хлорофилла. Часть электронов, захваченных ферментами способствует образованию АТФ путём присоединения остатка фосфорной кислоты (Ф) и АДФ. Другая часть электронов принимает участие в разложении воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Образовавшийся водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта.
Световая фаза фотосинтеза проходит непосредственно в хлоропластах и состоит из поглощения пигментами хлоропластов фотонов, несущих световую энергию и превращения этой физической энергии солнца в химическую энергию макроэргических молекул. Процесс идет паралелльно по двум механизмам:
· циклическому фосфорилированию в фотосистеме 1,
· нециклическому фосфорилированию в фотосистеме П.
При этом фотосинтетическом фосфорилировании физическая суть процесса состоит в поглощении молекулой пигмента кванта света, переход электрона, возбужденного этим квантом света, на более высокий уровень на период 10-9 -10-8 секунды, после чего электрон возвращается на прежний энергетический уровень, а поглощенная энергия затрачивается на присоединение фосфатной группы к АДФ и образование АТФ, а также на фотолиз воды и образование НАДФ. Н2.
В фотосистемах пигменты образуют реакционные центры, куда входят молекулы хлорофиллов, каротиноидов и ферментов. В каждый реакционный центр входят 2 молекулы хлорофилла, две молекулы феофитина, молекула цитохрома, ферредоксина и НАДФ. Несколько реакционных центров объединяются в фотосинтетическую единицу - комплекс пигментов и других молекул. Одна фотосинтетическая единица включает до 300 молекул хлорофилла и 50 молекул каротиноидов.
Один реакционный центр способен поглотить 50 квантов солнечного света за 1 секунду. Поглощение квантов света происходит последовательно каждой из молекул пигмента (один раз в 0,1 секунды). Синглетное состояние электронов (возбужденное состояние, при котором происходит переход электрона на более высокий энергетический уровень) длится всего около 10-9секунды, если же поступление энергии происходит стабильно, то возникает метастабильное или триплетное состояние электрона, которое длится уже 10-2секунды, которое и играет в световой фазе фотосинтеза определяющую роль.
Фотосистема 1.
Фотосистема 1, где происходит циклическое фосфорилирование, эволюционно более ранняя, процесс идет без выделения кислорода. Основой является комплекс пигментов, воспринимающие длину волны солнечного света 700 нм, при этом происходит возбуждение молекулы и образование молекул АТФ. При возбуждении электрона в фотосистеме 1 происходит его захват на более высоком энергетическом уровне белком ферредоксином, обратный путь электрона проходит с помощью цитохромов и флавопротеидов. Процесс перехода по цепи указанных ферментов определяет высвобождение энергии и передачу ее в процесс фосфорилирования АДФ.
Фотосистема П.
В процессе эволюции у высших растений сформировалась дополнительная фотосистема - фотосистема П - которая стала наиболее существенной в процессе фотосинтеза высших растений. Основой действия фотосистемы П является комплекс пигментов, воспринимающих длину волны солнечного света 680 нм. Эти пигменты образуют реакционный центр, в котором помимо реакции циклического фосфорилирования и образования молекул АТФ происходит и разложение молекулы воды и образование молекул НАДФ восстановленное, то есть нециклическое фосфорилирование. При этом активированные электроны передаются по цепи ферментов, в том числе и ферредоксинов на молекулу НАДФ, превращаясь в НАДФхН2.
В фотосистеме П на уровень переданного электрона поступает электрон от гидроксила (продукта ионизации воды), при этом два иона гидроксила соединяются и образуют перекись, которая затем разлагается, что приводит к выделению молекулярного кислорода. Важными кофакторами процессов фотосинтеза являются ионы Мn и Сl.
Фотолиз воды или реакция Хилла.
Фотолиз воды при фотосинтезе смоделирован Хиллом, поэтому предложенную им реакцию используют в качестве чувствительного фотосинтетического параметра при характеристике световой фазы фотосинтеза. В общем виде реакция выглядит так:
2 Н2О + 2 А = 2АН2 + О2
Суть реакции в том, что к суспензии хлоропластов добавляют донор электронов (например краску - 2,6-дихлорфенолиндофенол) и по изменению окраски суспензии хлоропластов на свету судят об их фотохимической активности, характеризуя таким образом видовые и сортовые особенности растений.
Доказано, что количество АТФ, образовавшейся при фотофосфорилировании, соответствует количеству восстановленного окислителя в реакции Хилла. Этот процесс напрямую связан со свойствами пигментов.
4. Типично видовая продолжительность жизни, диапазон долголетия, максимальная продолжительность жизни
Видовая продолжительность жизни -- среднее время жизни особей вида; термин применяется по отношению ко всем живым организмам.
Под видовой (биологической) продолжительностью жизни подразумевается средний минимальный возраст, которого особи данного вида достигают при наиболее благоприятных условиях существования. После этого происходит снижение жизнеспособности организма, и на определённом этапе смерть становится неизбежной. Предполагается, что видовая продолжительность жизни является генетически запрограммированной, но различные факторы могут ускорить старение, приводя к преждевременной смерти.
Споры относительно видовой продолжительности жизни человека ведутся уже давно. Сравнивая видовую продолжительность жизни различных животных с периодами их роста, учёные пытались вывести общий коэффициент для расчёта продолжительности жизни всех животных, заодно и для человека. Так, в лошадь растёт до 4 лет, а живёт при хорошем уходе до 25-30 лет, рогатый скот растёт в течение 5 лет, а живёт до 35-40 лет. Путём деления срока жизни на срок роста получали искомый коэффициент - 6-7. Этот коэффициент, предложенный свыше 200 лет назад французским естествоиспытателем Жоржем Луи Бюффоном (1707-1783), известен под названием коэффициента Бюффона. Принимая за среднюю продолжительность роста человека 14 лет, Бюффон утверждал, что продолжительность жизни человека должна равняться 90-100 годам.
Кроме коэффициента Бюффона, в разные времена предлагались коэффициенты для расчёта биологической продолжительности жизни животных по среднему сроку внутриутробного развития, по среднему сроку завершения оссификации (окостенения) скелета, по срокам наступления половой зрелости и так далее. Все эти коэффициенты, ориентированные на тенденции и закономерности, существующие в животном мире, определяют человеку от 80 до 200 лет. Чаще всего учёные называют цифру 100 лет, однако, эта цифра не отражает реальной картины. Так, в 70-е годы Б.Ц. Урланис, взяв в качестве основного ориентира продолжительность жизни в наиболее передовых и благополучных странах, путём сложных расчётов и построения кривых пришёл к выводу, что видовая продолжительность жизни человека составляет 86 лет для мужчин и 88 лет для женщин. При этом автор подчёркивал приблизительный характер этих цифр.
Разграничивая роль биологических и социальных факторов в жизни человека и подчёркивая ведущую роль последних, И.И. Мечников говорил: «Естественный отбор, дойдя до человека, преломляется как луч в призме. Это уже не он больше». По всей видимости, влияние социальных факторов обеспечивает несоответствие онтогенеза человека закономерностям, наблюдающимся в животном мире. Второй причиной несоответствия предполагаемой максимальной продолжительности жизни человека и реальной средней продолжительности являются условия жизни. Для иллюстрации этого демографы используют аллегорию с шарами, в которой максимально возможный путь - видовая продолжительность жизни, а расстояние, на которое реально укатывается шар (реальный срок жизни), зависит от характера поверхности, то есть от условий жизни. Иными словами, предполагается, что условия жизни человека даже в благополучных странах не являются идеальными для обеспечения видовой продолжительности жизни.
Средняя продолжительность жизни человека в разные периоды меняется в зависимости от многих условий: войн, эпидемий, распространённости различных заболеваний (сердечно-сосудистых, онкологических, инфекционных, например, туберкулёз, малярия, тиф и от других), эффективности работы медицинских учреждений и так далее.
В начале ХХ века средняя продолжительность жизни в промышленно развитых странах не достигала 50 лет, а во второй его половине этот показатель превысил 70-летний рубеж. Этому в значительной мере способствовали распространение в развитых странах в 60-70 годах идей здорового образа жизни. В результате снизилась калорийность пищевого рациона среднего европейца, уменьшилась доля в нём холестерина и поваренной соли. Во всех возрастных группах возросла двигательная активность. Всё это уменьшило в 70-е годы на 1/3 смертность от заболеваний сердца и мозговых инсультов, являющихся следствием атеросклероза сосудов.
Необходимо подчеркнуть, что средняя продолжительность жизни - это статистический показатель, который может меняться со временем, а значит, ожидаемую продолжительность каждой конкретной жизни по нему можно определять весьма условно. Кроме того, для каждой возрастной группы показатели рассчитываются отдельно. Например, согласно справочнику «Население мира», средняя продолжительность жизни мужчин в 80-х годах была 64-65 лет, но для тех, кто достиг этого возраста, ожидаемая продолжительность жизни равнялась ещё 12,5 годам, то есть человек мог дожить до 76-78 лет. Лица старше 75 лет имели вероятность прожить ещё 7-10 лет. Даже люди, достигшие столетнего рубежа, имеют шанс прожить ещё не менее одного-двух лет.
Завершая разговор о демографических аспектах проблемы старения, необходимо отметить, что в настоящее время в индустриально развитых странах доля населения в возрасте 65 лет и старше колеблется от 8 до 16%, составляя в среднем 11%. Около трети жителей старших возрастных групп - это лица в возрасте 75 лет и старше. При этом мужчин среди них только 32-33%, что указывает на большую продолжительность жизни женщин пожилого возраста по сравнению с мужчинами.
Среди животных организмов многих видов женские особи живут дольше мужских. Это косвенно свидетельствует в пользу предположения о существовании генетических факторов долголетия. Но что же это за гены?
В общей форме ответ может быть однозначным. Это гены, локализуемые в X-хромосоме. Ведь генотип мужчины отличается от генотипа женщины тем, что в его клетках содержится пара хромосом XY, в то время как в генотипе женщины - XX. Но значение могут иметь и другие особенности организации "женского" генома