Обмін речовин і енергії в клітині: фотосинтез, клітинне дихання, бродіння, біосинтез білка (транскрипція, трансляція, генетичний код)

📌 Про що ця тема

Тут перевіряють, як клітина отримує й перетворює енергію та як синтезує білок. Ключові поняття: асиміляція (пластичний обмін) і дисиміляція (енергетичний обмін), АТФ як універсальний акумулятор енергії. Часто плутають місце, умови й продукти кожного процесу — саме на цьому будують «підступні» тестові варіанти.

📖 Головне

• Метаболізм = анаболізм (біосинтез, витрата енергії) + катаболізм (розщеплення, вивільнення енергії). АТФ — переносник енергії (макроергічні звʼязки).

• Фотосинтез іде у хлоропластах, рівняння: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ (за участю світла й хлорофілу).

• Світлова фаза — на мембранах тилакоїдів: фотоліз води (звідси O₂), синтез АТФ і НАДФ·H. Кисень виділяється саме тут, з води.

• Темнова фаза (цикл Кальвіна) — у стромі, БЕЗ прямої потреби у світлі: фіксація CO₂, за рахунок АТФ і НАДФ·H утворюється глюкоза.

• Клітинне дихання (аеробне) — три етапи: гліколіз (цитоплазма) → цикл Кребса (матрикс мітохондрій) → окисне фосфорилювання/дихальний ланцюг (внутрішня мембрана мітохондрій).

• Гліколіз: глюкоза → 2 піровиноградні кислоти + 2 АТФ (не потребує кисню).

• Повне аеробне окиснення 1 молекули глюкози дає близько 36–38 АТФ.

• Бродіння — анаеробне, лише гліколіз, вихід 2 АТФ. Спиртове: → етанол + CO₂ (дріжджі). Молочнокисле: → молочна кислота (мʼязи при нестачі O₂, бактерії).

• Транскрипція — синтез мРНК на матриці ДНК, у ядрі, фермент РНК-полімераза. Комплементарність: А–У, Т–А, Г–Ц, Ц–Г.

• Трансляція — синтез білка на рибосомі за мРНК; тРНК приносить амінокислоти (антикодон впізнає кодон).

• Генетичний код: триплетний, вироджений (одну АК кодує кілька кодонів), однозначний, неперекривний, універсальний. 64 кодони, 20 амінокислот.

• Старт-кодон АУГ (метіонін), стоп-кодони УАА, УАГ, УГА — амінокислоту не кодують, обривають синтез.

🔢 Як це працює на прикладі

Фрагмент ДНК (матричний ланцюг): ТАЦ ГГА ЦТТ.

• Транскрипція → мРНК: АУГ ЦЦУ ГАА (заміна за комплементарністю, Т→А, А→У, Ц→Г, Г→Ц).

• Трансляція: АУГ (старт, метіонін), ЦЦУ (пролін), ГАА (глутамінова). Отже — тривала АК-послідовність.

• Антикодони тРНК: УАЦ, ГГА, ЦУУ.

⚠️ Типові помилки

• Приписують виділення O₂ темновій фазі — насправді кисень дає фотоліз води у світловій.

• Вважають, що темнова фаза йде лише вночі — вона просто не потребує світла безпосередньо.

• Плутають цитоплазму й мітохондрії: гліколіз — у цитоплазмі, цикл Кребса — у матриксі.

• Забувають, що бродіння дає лише 2 АТФ, і плутають спиртове з молочнокислим за продуктами.

• При транскрипції беруть кодуючий ланцюг замість матричного або забувають У замість Т.

🎯 Що завчити напамʼять

• Фотосинтез: 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂.

• Локалізація: світлова — тилакоїди, темнова — строма; гліколіз — цитоплазма, Кребс — матрикс, ланцюг — внутрішня мембрана.

• Вихід АТФ: гліколіз/бродіння — 2; аеробне дихання — ~36–38.

• Старт АУГ; стопи УАА, УАГ, УГА; комплементарність А–У/Т, Г–Ц.

🧠 Перевір себе

1. Де і з чого утворюється кисень при фотосинтезі?

2. Скільки АТФ дає анаеробне бродіння однієї глюкози?

3. Який процес відбувається у матриксі мітохондрій?

4. Що кодує триплет АУГ?

Відповіді: 1 — у світловій фазі на тилакоїдах, з води (фотоліз); 2 — 2 АТФ; 3 — цикл Кребса; 4 — старт трансляції, амінокислоту метіонін.