Жаростойкость и засухоустойчивость растений.

ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Каждая цепь построена из нуклеотидов, содержащих неорганический фосфат и дезоксирибозу, связанную с пуриновым или пиримидиновым азотистыми основаниями.

Перед делением клетки происходит удвоение ДНК каждой хромосомы. Спираль ДНК раскручивается, комплементарные цепи отделяются одна от другой. Затем происходит репликация, которая обеспечивает точное копирование генетической информации. В процессе репликации возможны ошибки — вставки или выпадения азотистых оснований. В результате возникают точечные мутации. Последствия мутаций различны: одни могут не проявляться, другие — приводить к гибели клетки.

Реализация генетической информации в живых клетках (синтез белка) осуществляется благодаря транскрипции и трансляции. Нуклеотидная последовательность ДНК копируется с образованием мРНК. Последняя выходит в цитоплазму и прикрепляется к рибосомам, где ее нуклеотидная последовательность транслируется в последовательность аминокислот, составляющих белок. Таким образом, последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК.

Выпадение или замена хотя бы одного нуклеотида приводит к существенным изменениям структуры и функции кодируемого белка. Открытие механизма реализации наследственной информации было одним из самых значительных научных событий XX века.

53. Генетическая связь дыхания и брожения. Путь окисления пировиноградной кислоты в растительных тканях.

Брожение - это внутренний окислительно-восстановительный процесс, при котором акцептором электронов служит органическая молекула и суммарная степень окисления образующихся продуктов, отличается от степени окисления сбраживаемого вещества. Дыхание - это окислительный распад органических веществ при участии кислорода с образованием воды, углекислого газа и макроэргических соединений, которые используются клетками.

С.П.Костычев выдвинул положение о генетической связи процессов брожения и дыхания. При этом он опирался на следующие факты:

. У высших растений был найден весь набор ферментов, который катализирует отдельные этапы процесса брожения.

. При временном попадании в условия анаэробиоза высшие растения определенное время существуют за счет энергии, выделяющейся в процессе брожения. Правда, поскольку процесс брожения энергетически значительно менее эффективен, в анаэробных условиях рост растений приостанавливается. Кроме того, продукты брожения, в частности спирт, ядовиты, и их накопление приводит к гибели растения.

. При добавлении к клеткам факультативных анаэробов (дрожжи) полусброженных Сахаров интенсивность дыхания у них резко возрастает, следовательно, полусброженные продукты являются лучшим субстратом дыхания по сравнению с неизмененными сахарами.

В настоящее время общепризнано, что первые этапы (гликолиз) протекают одинаково при процессах, как дыхания, так и брожения. Поворотным моментом является образование пировиноградной кислоты. В аэробных условиях пировиноградная кислота распадается до С02 и воды в результате декарбоксилирования и цикла Кребса (дыхание), тогда как в анаэробных она преобразуется в различные органические соединения (брожение). Организм обладает способностью при изменении условий переключать процессы, прекращая брожение и усиливая дыхание и наоборот.

Впервые в опытах Пастера было показано, что в присутствии кислорода процесс брожения у дрожжей тормозится и заменяется процессом дыхания. Одновременно резко сокращается распад глюкозы. Дело в том, что для брожения необходим НАДН, который в аэробных условиях окисляется. Это явление оказалось характерным для всех факультативных анаэробных организмов, включая высшие растения, и получило название эффекта Пастера.

Сокращение расхода глюкозы в присутствии кислорода целесообразно, поскольку при дыхательном распаде выход энергии значительно выше, а следовательно, глюкоза используется более экономно. Однако осуществление разбираемого эффекта требует специальных механизмов. В зависимости от получаемого продукта различают разные типы брожения. При спиртовом брожении пировиноградная кислота, образовавшаяся в процессе гликолиза, декарбоксилируется с образованием уксусного альдегида при участии фермента пируватдекарбоксилазы, а затем восстанавливается до этилового спирта ферментом алкогольдегидрогеназой. Обе эти реакции не сопровождаются образованием АТФ. В связи с этим выход АТФ при спиртовом брожении такой же, как при гликолизе (первой фазы брожения и дыхания), и составляет две молекулы при распаде 1 моль глюкозы. Восстановленные никотинамидные коферменты НАДН + Н+, образовавшиеся в процессе гликолиза, не поступают в дыхательную цепь (у анаэробных организмов ее и нет), а используются для восстановления уксусного альдегида до спирта. Следовательно, энергетический выход процессов брожения крайне низок. Разные микроорганизмы осуществляют и разные типы брожения. Так, молочнокислые бактерии накапливают молочную кислоту. При этом пировиноградная кислота восстанавливается до молочной кислоты.

Для некоторых облигатных анаэробных микроорганизмов, например азотфиксирующей бактерии Clostridiumpasteurianum, характерно образование в процессе брожения масляной кислоты, С02 и N2. Процесс брожения служит источником энергии для облигатных (обязательных) или факультативных анаэробных организмов.