Синтезом называется: Академик Александров о холодном термоядерном синтезе

Академик Александров о холодном термоядерном синтезе

Успешное осуществление реакций холодного термоядерного синтеза повлечет за собой переворот в энергетике и геополитические изменения в мире, но все притязания на успешную реализацию этих реакций пока представляли собой или ошибки экспериментов, или аферы, считает академик РАН Евгений Александров. Чем-то подобным, по его мнению, является и изобретение итальянцев Андреа Росси и Серджио Фокарди, которое они представили в январе.

Выделение энергии в ядерных реакциях в миллионы раз выше, чем при обычном горении. Примером природного термоядерного реактора является Солнце, которое вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода.

Эта и другие известные ядерные реакции синтеза проходят при температурах в миллионы градусов Кельвина. Предположение о возможности осуществления ядерной реакции синтеза в химических системах без значительного нагрева рабочего вещества называется холодным ядерным синтезом (холодный термояд). В свете примеров неудачных опытов и явных фальсификаций в конце XX — начале XXI века работы по холодному ядерному синтезу считаются, по сути, псевдонаукой. Но периодически в разных частях света возникают группы исследователей, которые заявляют о своих достижениях в области холодного термояда.

В середине января нынешнего года сотрудники Болонского университета Андреа Росси и Серджио Фокарди заявили о том, что им удалось провести успешный эксперимент по холодному термоядерному синтезу.

На специальной пресс-конференции они продемонстрировали действующую установку — никелево-водородный термоядерный реактор. Данная установка, как заявляют ее создатели, осуществляет термоядерную реакцию слияния ядер атомов никеля и водорода, в результате которой производится медь и выделяется большое количество энергии. За одну минуту установка преобразует около 292 грамм воды, находящейся при 20 градусов Цельсия, в сухой пар с температурой около 101 градуса.

На то, чтобы нагреть воду и превратить ее в пар, уходит 12 400 Ватт, притом, что сама установка потребляет в 31 раз меньше — 400 Ватт.

«Величина этого результата показывает, что существует жизнеспособная технология получения энергии и использования подручных материалов, которая не производит углекислый газ и радиоактивных отходов и которую экономично использовать», — заявили Росси и Фокарди.

Главное, что вызывает сомнение в результатах ученых, это то, что они предоставили мало данных о своем достижении. Так, итальянцы заявили, что один созданный ими реактор работает непрерывно в течение двух лет, обеспечивая энергией завод. О каком заводе идет речь, они не уточнили. Росси и Фокарди также заявили, что готовы через три месяца начать поставлять коммерческие образцы реакторов. Старт массового производства запланирован на конец нынешнего года. Сейчас же ведется работа над созданием большого агрегата из 125 модулей.

«Разумеется, трудно что-нибудь сказать определённое по такой скудной информации. Очевидно, что авторы темнят, — прокомментировал сообщения о презентации итальянских исследователей доктор физико-математических наук академик РАН Евгений Александров, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой. — Первое, что меня смущает, это утверждение о том, что имеет место ядерный синтез при реакции никеля с водородом с образованием меди.

Дело в том, что ядерный синтез приводит к выделению энергии при слиянии «лёгких» ядер. Границей «легкости» служит ядро железа. Ядра тяжелее железа уже, строго говоря, метастабильны и, в принципе, способны к ядерному распаду с выделением энергии — чем тяжелее ядро, тем у него больше избыточной энергии (практически эту энергию удаётся извлекать только в особых случаях очень тяжёлых ядер — уран, плутоний…).

Так вот: никель тяжелее железа, а потому для его слияния с протоном (с образованием меди) нужно

затратить энергию!

С другой стороны, в сообщении говорится о большом энергетическом выходе, который трудно подделать и в каковом факте трудно ошибиться. Поэтому я думаю, что вскоре эта история прояснится».

Еще один характерный факт, связанный с Росси и Фокарди, заключается в том, что ни один рецензируемый журнал не принял их публикацию про холодный термояд к печати. Но результаты все же опубликованы: специально для этого Росси и Фокарди основали онлайн-журнал Journal of Nuclear Physics. Кроме того, есть информация, что Росси ранее имел проблемы с законом, так как уклонялся от налогов и нелегально перевозил золото.

Все это практически не оставляет сомнений в том, что Росси и Фокарди не сделали ничего выдающегося.

Но является ли идея холодного термоядерного синтеза лженаукой? Евгений Александров считает, что нет.

Мюонный катализ

явление синтеза (слияния) ядер изотопов водорода, происходящее при существ. участии отрицательно заряженных мюонов. Мюоны, образуя с ядрами мезомолекулы, способствуют сближению ядер на расстояния, достаточные для протекания ядерной реакции…

«Я не связываю идею «холодного синтеза» с лженаукой, — сказал академик Александров. — Этот процесс возможен, и он, без сомнения, был продемонстрирован в случае с «мюонным катализом». Другое дело, что «мюонный катализ» нерентабелен.

Что касается множества других притязаний на реализацию «холодного синтеза», то, насколько мне известно, это всё были ошибки экспериментов — в ряде случаев это были ошибки добросовестные, но, несомненно, были и аферы.

Ставки очень высоки — переворот в энергетике, гарантированная Нобелевская премия, геополитические изменения в мире и т. д. Потому к подобным заявлениям в СМИ профессионалы относятся с естественным привычным недоверием».

«Спутник, водка, токамак». Во Франции начали строить искусственное солнце

• Николай Воронин
• Корреспондент по вопросам науки

28 июля 2020

Автор фото, AFP

В исследовательском центре Кадараш на юге Франции, в 65 км от Марселя, началось строительство первого в мире экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Церемонию открыл президент Эммануэль Макрон — под музыку из киносаги «Звездные войны».

Ученые всерьез называют ИТЭР искусственным солнцем. В вакуумной камере размером с 10-этажный дом — 30 м в высоту и столько же в диаметре — планируется в промышленном масштабе воспроизвести процесс термоядерного синтеза, питающий энергией нашу звезду.

Россия не только один из основных партнеров этого амбициозного научного проекта, но и его старейший участник. Сама идея термоядерного реактора, которую сейчас пытаются реализовать без преувеличения всем миром, принадлежит советским ученым из Института атомной энергии им. Курчатова.

В теории термоядерный синтез — неисчерпаемый источник энергии. Всего нескольких граммов водородного топлива достаточно, чтобы обеспечить теплом и электричеством тысячи домов, а «брикет» размером с ананас может заменить 10 тыс тонн угля.

Только, в отличие от традиционных тепловых или атомных электростанций, термоядерный реактор не загрязняет атмосферу выбросами парниковых газов и не оставляет токсичных радиоактивных отходов.

«Мы вдохновлялись Вселенной и звездами, где термоядерный синтез создает энергию на миллиарды лет вперед», — заявил генеральный директор ИТЭР Бернар Биго.

Автор фото, Getty Images

Участники проекта подчеркивают: ИТЭР — экспериментальный реактор. Это не термоядерная электростанция, а площадка для беспрецедентного физического эксперимента.

Однако, если все пойдет по намеченному плану, этот эксперимент определит будущее всей энергетики на планете.

«ИТЭР — совершенно потрясающий научный проект. Он объединил весь мир для создания чистого и возобновляемого источника энергии — энергии будущего, — заявил Би-би-си глава британского агентства атомной энергетики Иэн Чапман. — Это возможность продемонстрировать всему миру, что реакция термоядерного синтеза возможна и на Земле».

«Спутник, икра, водка, токамак»

ИТЭР — самая масштабная научная стройка в истории человечества. В эксперименте принимают участие 35 стран: Индия, Китай, Россия, США, Южная Корея, Япония и страны ЕС (плюс Великобритания и Швейцария) — это 80% всей мировой экономики и больше половины населения планеты.

При этом все страны-участницы признают, что авторство идеи термоядерного реактора принадлежит России. Само слово «токамак» (именно так называется тип реакторной установки) — это русская аббревиатура: тороидальная камера с магнитными катушками.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Советский токамак, 1967 год

«Токамак — это такой бублик из плазмы, по которому течет ток, — объясняет Би-би-си глава российского агентства ИТЭР Анатолий Красильников. — Это одно из тех слов, которые весь мир выучил благодаря советским, российским ученым. Спутник, икра, водка, токамак — эти слова без перевода поймет любой иностранец».

Красильников занимается термоядерным синтезом (или, как называют его специалисты, «термоядом») уже больше 40 лет. В 1981 году он окончил МФТИ и пришел на работу в Курчатовский институт. А в 1985 было подписано историческое соглашение между США и СССР о совместном строительстве токамака.

«Горбачев с Рейганом договорились вместе строить реактор как пример того, что две великие державы могут не только воевать друг против друга в холодной войне, но и что-то делать вместе, реализовывать какие-то совместные научные проекты, — вспоминает Красильников. — А вскоре к нам присоединились Япония и Евросоюз».

Автор фото, AFP

Подпись к фото,

Михаил Горбачев и Рональд Рейган

После окончания холодной войны США в одностороннем порядке вышли из соглашения — в расчете на то, что без американского финансирования проект придется свернуть. Однако оставшиеся партнеры продолжили работу — более того, к разработке токамака подключились Индия, Китай и Южная Корея. В Вашингтоне, кажется, поняли, что просчитались.

«Тогда Штаты попросились назад, и, кажется, в 2004 году их приняли обратно, — рассказывает Красильников. — Так что, если они и сейчас выйдут — ничего страшного. Проект определяется не ими, и не они вносят ключевой вклад».

После того как площадкой для строительства реактора утвердили французский Кадараш, основной объем финансирования (45%) взял на себя Евросоюз. Остальные расходы страны-участницы, в том числе Россия и США, делят поровну.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Жак Ширак

«Это Солнце на Земле»

Топливом в токамаке служат две разновидности водорода (их называют изотопы) — дейтерий и тритий. В отличие от нефти, газа и урановой руды, запасы и того и другого практически не ограничены: один в промышленных масштабах добывается из воды Мирового океана, другой — из лития, в результате довольно несложной реакции.

В мире созданы сотни токамаков, но ИТЭР — первый реактор, где термоядерный синтез планируется поддерживать за счет цепной реакции горения самой плазмы. Для этого нужно «всего лишь» разогреть водород до нескольких миллионов градусов и каким-то образом удержать его, не дав раскаленной плазме разлететься.

Автор фото, Getty Images

«Это Солнце на Земле, только с температурой в 10 раз выше, — объясняет Красильников. — Но Солнце — это огромный шар, оно само себя удерживает за счет гравитации, а мы для этого используем магнитное поле. Расплавить его невозможно — получается как бы магнитная стенка, и в этом уникальность советского изобретения».

Как это работает

• В полое кольцо токамака впрыскивается несколько граммов дейтерия и трития — изотопов водорода
• Водород нагревается до температуры в несколько млн градусов, превращаясь в плазму — ионизированный газ, в котором электроны оторваны от ядер атомов
• Магнитное поле, обеспечиваемое сверхпроводящими магнитами общим весом в 10 тыс тонн, удерживает плазму и придает ей форму
• Когда температура достигает примерно 150 млн градусов (это в 10 раз жарче, чем на Солнце), начинается термоядерная реакция
• Атомы дейтерия и трития сливаются, образуя один атом гелия-4 и один нейтрон, обладающий огромной энергией (около 3,5 МэВ)
• Нейтроны покидают магнитную ловушку, и за счет своей кинетической энергии нагревают воду в стенках токамака
• Вода превращается в пар, который вертит турбины

Но главное отличие, по словам ученых, — это абсолютная безопасность термоядерного реактора, поскольку там попросту нечему взрываться.

«В случае аварии наш бублик просто потухнет, и его придется зажигать заново, — уверяет Красильников. — Температура плазмы в ИТЭР — около 200-300 млн градусов. Если даже случится так, что магнитное поле не выдержит и плазма выплеснется на стенку реактора, температура сразу же упадет на порядок — и реакция просто прекратится».

«Все, что только понасоздавало человечество»

Все эксперты сходятся в том, что осуществить грандиозный проект в одиночку было бы не под силу ни одной стране мира. И дело даже не в деньгах, а в уникальных ноу-хау, разработанных учеными в рамках международного сотрудничества.

«По существу это клуб технологически развитых стран, каждая из которых принесла в проект свою технологию, — уверяет Красильников. — Мы придумали токамак, кто-то придумал первую стенку, кто-то — метод дополнительного нагрева, кто-то — лучшие инжектора, кто-то — сверхпроводники… ИТЭР объединил на своей площадке все, что только понасоздавало человечество».

Например, магнитные катушки реактора. Каждая из них размером с четырехэтажный дом и весом 360 тонн. Для создания сверхпроводимости магниты охлаждены жидким гелием до -269 градусов по Цельсию.

13-метровый центральный соленоид весит 1000 тонн и создает магнитное поле такой силы, что его хватит, чтобы поднять в воздух авианосец.

Большинство систем создано в сотрудничестве сразу несколькими партнерами. Например, одна из деталей, собранных во вторник, создана в рамках ответственности России — то есть разработана российскими учеными в Петербурге (НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова), — но собирали ее контрактники в Германии.

Согласно соглашению о партнерстве, все государства-члены ИТЭР имеют равные права на использование токамака и всех использованных при его строительстве технологий. Выйдя из проекта, любая страна-участница рискует оказаться в научной изоляции.

Впрочем, выходить никто и не собирается. По словам участников проекта, ИТЭР — это еще и уникальный социальный эксперимент: когда люди из разных культур, с разной ментальностью работают вместе, они учатся друг у друга и понимают, как друг с другом общаться — а это не менее важно, чем все остальное.

«В политическом смысле наши страны наверняка будут переживать и потепление, и похолодание отношений, — уверен Красильников. — Но ИТЭР будет, как ледокол, идти вперед».

Кислоты

3.  КИСЛОТЫ

 

Кислотами называются сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотных остатков.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты это электролиты, диссоциирующие в водных растворах  на катионы только водорода Н⁺ и анионы кислотных остатков.

Если кислота одноосновная, то она диссоциирует в одну ступень:

HCI H⁺ + CI

HNO₃ H⁺ + NO₃

Если кислота многоосновная, то она диссоциирует ступенчато:

H₃PO₄   H⁺ + H₂PO₄      (первая ступень),

H₂PO₄  H⁺ + HPO₄²   (вторая ступень),

HPO₄²  H⁺ + PO₄³     (третья ступень).

 

Ступенчатой диссоциацией многоосновных кислот объясняется образование кислых солей.

 

Номенклатура кислот.

1. Бескислородные кислоты  

В бескислородных кислотах называется кислотообразующий элемент и добавляется окончание водородная:

HCl хлороводородная кислота

H₂S сероводородная кислота

2. Кислородосодержащие кислоты.

Составление названий кислородосодержащих кислот рассмотрим на следующих примерах:

H₂SO₄ серная кислота,

H₃AsO₄  мышьяковая кислота.

Называется кислотообразующий элемент с суффиксом н или ов (если степень окисления элементов максимальная).

Если степень окисления элемента промежуточная, то в названии  используется еще и суффикс

ист:

H₂SO₃ сернистая кислота,

H₃AsO₃   мышьяковистая кислота.

 

Когда элемент образует много кислородсодержащих кислот (например, хлор), то, по мере убывания степени окисления кислотообразующего элемента, они имеют следующие названия:

HO₄ хлорная кислота;

HO₃ хлорноватая кислота;

HO₂ хлористая кислота;

HO хлорноватистая кислота.

 

Иногда в молекулах кислородосодержащих кислот элемент имеет одинаковую степень окисления, тогда в названии используются приставки, которые указывают на различное содержание воды в кислоте:

мета — мало воды,

орто — много воды.

Например:

P₂O₅ + H₂O → 2HO₃ метафосфорная кислота,

P₂O₅

+ 3H₂O → 2H₃O₄ ортофосфорная кислота.

 

 

При составлении формул придерживаются следующих правил:

1. Бескислородные кислоты.

Зная название кислоты, записываем сначала водород, а затем кислотообразующий элемент. Степень окисления водорода в кислотах всегда +1. Степень окисления элемента отрицательная. Она равна номеру группы ПСЭ (в которой находится элемент) минус восемь.

Например: сероводородная кислота элемент сера, расположен в шестой группе ПСЭ. 6 — 8 = -2. Степень окисления серы 2. Записываем символы водорода и серы Н⁺S^-2, т.к. молекула электронейтральна, то формула кислоты будет Н₂S.

2. Кислородсодержащие кислоты.

По суффиксам в названии кислоты определяем степень окисления кислотообразующего элемента. Эта степень окисления сохраняется в кислотном оксиде. По приставке в названии определяем количество воды в кислоте.

Например: метафосфорная кислота кислотообразующий элемент фосфор. Суффикс н показывает, что он имеет максимальную степень окисления, фосфор в пятой группе ПСЭ, следовательно, максимальная степень окисления +5, она сохраняется и в оксиде фосфора Р₂⁺⁵О₅^-2. Приставка мета говорит о том, что воды в кислоте минимальное количество.

В формулах кислородосодержащих кислот сначала записывается водород, затем кислотообразующий элемент и кислород. Индексами выравнивают число положительных и отрицательных зарядов. Если они четные, то их сокращают и ставят перед формулой соответствующий коэффициент.

_{+5  -2}

P₂O₅ + H₂O → H₂P₂O₆ → 2HPO₃ метафосфорная кислота,

_{+5  -2}

P₂O₅ + 2H₂O → H₄P₂O₇ пирофосфорная кислота,

_{+5  -2}

P₂O₅ + 3H₂O → H₆P₂O₈ → 2H₃PO₄  ортофосфорная кислота.

 

Классификация кислот по следующим признакам:

 

По содержанию кислорода:

1. Кислородосодержащие                       2. Бескислородные

HNO₃, H₂SO₄, H₃PO₄                            HCl, HJ, H₂S

 

По основности

(по числу атомов водорода в молекуле кислоты)

 

1. Одноосновные                                    2. Многоосновные

HCl, HNO₃, HBr                                     H₂SO₄, H₃PO₄, H₂S

 

По силе (по степени диссоциации)

 

1. Сильные (α =100 %)                            2. Слабые (α < 100 %)

HCl, HNO₃, H₂SO₄                                   H₂S, HNO₂, H₂CO₃

 

По растворимости

 

1. Растворимые                                      2. Нерастворимые

HCl, HNO₃                                             H₂SiO₃, H₂MoO₄

 

 

Получение

 

1. Бескислородные кислоты получают синтезом из простых веществ летучих соединений с последующим растворением их в воде. Например:

H₂ + Cl₂ → 2HCl хлороводород, газ. Растворяем его в воде, получаем HCl хлороводородную кислоту жидкость.

 

2. Растворение соответствующего оксида в воде:

 

P₂O₅ + 3H₂O → 2H₃PO₄.

 

3. Электролиз растворов солей:

 

Na₂SO₄ + 4H₂O  H₂SO₄ +2H₂+O₂+2NaОН.

 

4. Взаимодействие растворимой соли с сильной кислотой (получают нерастворимые, легколетучие, слабые кислоты):

 

Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCI + H₂SiO₃

                                                             H₂O

Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCI + H₂ CO₃

CO₂

 

Физические свойства

 

Большинство неорганических кислот жидкости, смешивающиеся с водой в любых соотношениях, затвердевающие при низких температурах; фосфорная кислота — кристаллическое, похожее на лед вещество, хорошо растворяется в воде. Кремниевая кислота твердое вещество, нерастворимое в воде. Некоторые кислоты существуют только в растворе H₂Cr₂O₇, HMnO₄. Их гидратированные анионы окрашены в характерные цвета: оранжевый, фиолетовый. Наконец, такие кислоты, как хлороводородная,  бромоводородная летучие, поэтому обладают резким запахом. Кислоты имеют кислый вкус.

 

Химические свойства

 

1. Изменение цвета индикаторов:

фенолфталеин бесцветный,

лакмус розовый,

метилоранж красный.

2. Взаимодействие с основаниями с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

 

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O.

 

3. Взаимодействие с основными оксидами:

 

H₂SO₄ + Na₂O → Na₂SO₄ + 2H₂O.

 

4. Взаимодействие с солями:

а) менее летучие кислоты вытесняют более летучие из их солей:

H₂SO₄ + NaCI → NaHSO₄ + HCI

   ^{конц.                 тверд.}

б) более сильные кислоты вытесняют менее сильные из растворов их солей:

 

3HCI + Na₃PO₄ → 3NaCI + H₃PO₄.

 

          5. Взаимодействие с металлами различных кислот протекает согласно положению металлов в ряду напряжений, который характеризует окислительно-восстановительную способность электрохимической системы металл — ион металла.

 

Li  К  Ca   Мg  Al   Ti  Cr  Zn   Fe   Ni   Sn   Pb  H  Cu  Ag  Au 

 

Исходя из этого, все металлы удобно разделить на три условные группы:

 

Активные	Средней активности	Малоактивные
Li  К  Ca  Мg  Al	Ti Cr  Zn   Fe   Ni   Sn Pb	Cu   Ag  Au

 

 

 

Взаимодействие металлов с хлороводородной  кислотой

.

Активные	Средней активности	Малоактивные
Реагируют	Реагируют  (пассивируется Pb)	Не реагируют

 

Например:

Zn +2HCI → ZnCI₂ + H₂

Щелочные и щелочноземельные металлы с растворами кислот взаимодействуют в две стадии:

Na + HCI NaCI + H₂

1).2Na + 2H₂O → 2NaОН + H₂

                         2). NaОН + HCI→ NaCI + H₂O.

 

Малоактивные металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода, из разбавленного раствора кислоты его не вытесняют:

Cu + HCl

 

Взаимодействие металлов с разбавленной серной кислотой

 

 

Активные	Средней актив.	Малоактивные
Реагируют	Реагируют (пассивируется Pb)	Не реагируют

 

 

Например:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Малоактивные металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода, из разбавленного раствора кислоты его не вытесняют:

Cu + H₂SO₄

 

Взаимодействие металлов с концентрированной серной  кислотой

 

Активные	Средней активности	Малоактивные
Реагируют	Реагируют (пассивируются Al, Fe)	Реагируют Сu, Hg не реагируют Ag, Au, Pt

 

В результате взаимодействия образуются сульфат металла,      вода и один из продуктов окисления серной кислоты:

 

S ,   H2S,  SO2

S ,   H2S,  SO2

SO2

 

Например:      Zn + 2H₂SO_4(К) → ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

4Zn + 5H₂SO_4(К) → 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O,

                     3Zn + 4H₂SO_4(К) → 3ZnSO₄ + S + 4H₂O,

            2H₂SO_4(к) + Сu → Сu SO₄ + SO₂ + 2H₂O.

 

Холодная концентрированная серная кислота пассивирует Al, Fe; при нагревании пассивирующие пленки растворяются, и взаимодействие с кислотой протекает интенсивно.

 

Взаимодействие металлов с разбавленной азотной кислотой

 

 

Активные	Средней активности	Малоактивные
Реагируют	Реагируют (пассивируется Ti)	Реагируют Сu, Hg Ag, не реагируют Au, Pt

 

В результате взаимодействия образуются нитрат металла,         вода и один из продуктов окисления азотной кислоты:

 

NH3,     NH4NO3

N2 или N2O

NO

 

Например:

 

10HNO₃ + 4Mg → 4Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

             

 

Взаимодействие металлов с концентрированной азотной кислотой

 

 

Активные	Средней активности	Малоактивные
Реагируют	Реагируют  (пассивируются Ti, Al, Cr, Fe)	Реагируют Сu, Hg Ag, не реагируют Au, Pt

 

В результате взаимодействия образуются нитрат металла, вода и NO₂ (газ бурого цвета). При взаимодействии с кислотой активных металлов возможно выделение  N₂O.

 

Например:

 

4HNO₃ + Сu → Сu (NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

10HNO₃ + 4Са → 4Са (NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O.

 

При взаимодействии азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной с металлами водород никогда не выделяется.

Холодная концентрированная азотная кислота пассивирует следующие металлы Fe, Cr, Al, Ti, но при нагревании взаимодействие этих металлов с кислотой протекает энергично.

6. Взаимодействие с неметаллами азотной и концентрированной серной кислот:

 

3P + 5HNO₃ + 2H₂O → 3H₃PO₄ + 5NO,

C + 2H₂SO_4(к) → CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O.

 

 

7. При нагревании некоторые кислоты разлагаются:

H₂SiO₃ H₂O + SiO₂.

 

 

 

 

 

 

     Ход работы:

 

Опыт № 1. Взаимодействие кислотного оксида

с водой

 

Стеклянной палочкой взять кусочек оксида фосфора (V) и смешать его с небольшим количеством воды. В полученный раствор добавить 23 капли лакмуса. Написать уравнение реакции.

 

 

Опыт № 2. Взаимодействие соли с кислотой

 

Положить в пробирку немного сухого ацетата натрия

CH₃COONa или другой соли уксусной кислоты и добавить небольшое количество разбавленной серной кислоты. Образовавшаяся кислота может быть обнаружена по запаху. При выяснении запаха нельзя нюхать вещество прямо из пробирки, так как вдыхание газов и паров может вызвать сильное раздражение дыхательных путей. Необходимо ладонью руки сделать легкие движения от пробирки к носу. В этом случае в нос будет попадать смесь газа с воздухом и сильного раздражения не произойдет.

В пробирку внести 56 капель концентрированного раствора силиката натрия Na₂SiO₃ и постепенно добавить 56 капель соляной кислоты, непрерывно встряхивая пробирку. Образуется студнеобразный осадок. Подействовать на полученный осадок раствором щелочи и серной кислоты. Отметить изменения в пробирках и написать уравнения реакций.

 

 

Опыт № 3. Взаимодействие основного оксида с кислотой

 

К небольшому количеству оксида магния в пробирке прилить небольшое количество соляной кислоты. Отметить растворение осадка. Написать уравнения реакции. Какая соль образовалась?

 

Опыт № 4. Взаимодействие основания с кислотой

(реакция нейтрализации)

 

Налить в фарфоровую чашку 10 см³ 2 моль/дм³ раствора гидроксида натрия. Добавить 12 капли фенолфталеина, чтобы окраска стала малиновой, что подтверждает наличие щелочи в растворе. Затем в пробирку по каплям добавлять раствор соляной кислоты, до обесцвечивания раствора. Выпарить содержимое чашки и убедиться, что образовалась соль. Написать уравнение реакции.

Жировой гепатоз печени: симптомы, причины, лечение

Жировой гепатоз или неалкогольная жировая болезнь печения (НАЖБП, стеатоз) — это заболевание, при котором в печени наблюдается избыточное накопление жиров (главным образом, триглицеридов). В норме в печени присутствует некоторое количество жира, но при воздействии некоторых патологических факторов может нарушаться баланс между синтезом и утилизацией жиров¹. Содержание триглицеридов при НАЖБП может достигать 40% от массы печени (при норме около 5%).²

Причины развития НАЖБП

Существуют несколько факторов риска, связанных с развитием жирового гепатоза: ^2,3,4

•  

  Малоподвижный образ жизни

•  

  Метаболический синдром

•  

  Сахарный диабет 2-го типа

•  

  Прием определенных лекарственных препаратов (эстрогены, тамоксифен, тетрациклин, ацетилсалициловая кислота, индометацин, антибиотики и др.)

•  

  Нарушение питания (высококалорийная диета, избыточное поступление триглицеридов или жирных кислот из пищи)

•  

  Наследственные заболевания

•  

  Резкое снижение массы тела или голодание

Эти состояния часто сопровождаются накоплением жировых капель в гепатоцитах — клетках печени. Их клеточная стенка, как и любых других клеток человека, сформирована из двух слоев фосфолипидов. Они обеспечивают структуру и необходимые условия функционирования клетки. На фоне заболеваний печени фосфолипидный баланс может нарушаться, что затрудняет нормальное функционирование клеток.
Ведь от правильного состава мембраны клетки зависит работа белков, погруженных в нее, а также ее эластичность, проницаемость и целостность^2,5,6.
Появление жировых капель принято называть «первым ударом» патогенеза жировой болезни печени. Избыточное накопление жировых капель — «второй удар» по печени в механизме развития стеатогепатита, основа для запуска дальнейшего повреждения клеток и развития воспалительного процесса².

Особенности течения неалкогольной болезни печени

НАЖБП развивается в трех стадиях — стеатоз, неалкогольный стеатогепатит (НАСГ) и фиброз¹. НАЖБП часто протекает незаметно, практически бессимптомно.⁴ Пациент может долго не знать о наличии у него заболевания, попросту не обращая внимания на неспецифические изменения самочувствия.

На начальном этапе в клетках печени накапливается жир (главным образом, в виде триглицеридов). Эта стадия называется стеатоз печени.² Она является обратимой, поэтому терапию оптимально начинать именно в этот момент⁷. В первую очередь, это немедикаментозное лечение, направленное на изменение образа жизни. Лекарственная терапия жирового гепатоза может включать применение эссенциальных фосфолипидов, например, лекарственного препарата Эссенциале® форте Н.

В случае, если стадия стеатоза печени упущена, болезнь может прогрессировать до следующей стадии, сопровождаемой активацией процессов воспаления — в этом случае развивается неалкогольный стеатогепатит.²

Если и его не лечить, то болезнь может перейти на стадию фиброза: погибающие гепатоциты постепенно могут начать заменяться соединительной тканью. В дальнейшем может развиться цирроз и, в некоторых случаях, даже гепатоцеллюлярная карцинома (рак печени).¹

Признаки НАЖБП. Возможные жалобы пациента

Как правило, пациенты не предъявляют специфических жалоб, указывающих на развитие жирового гепатоза.⁴ Нередко жировой гепатоз диагностируется случайно при обследовании по поводу другого заболевания. Часто симптомы, которые могут навести на мысль о НАЖБП, обнаруживаются у пациентов уже на стадии фиброза. Столь долгий срок объясняется тем, что у печени колоссальный запас прочности и, даже «страдая», она делает это «молча». Как минимум в 50% случаев жировой болезни печени нарушения печеночно — клеточной функции не наблюдается.³

Тем не менее, пациенты все же могут предъявлять жалобы на:

тяжесть в правом
подреберье и ощущение
дискомфорта

усталость,
слабость

нарушение
сна.⁴

Лечение НАЖБП

Лечение болезни комплексное, состоит из нелекарственного метода терапии и приема препаратов. Нелекарственные методы — мероприятия по коррекции питания, снижению массы тела, регулярные физические нагрузки.

Медикаментозное лечение — прием гепатопротекторов. Среди них стоит отметить лекарственные препараты на основе эссенциальных фосфолипидов. Фосфолипиды представляют собой «кирпичики», входящие в основу каркаса оболочки клетки.
Одним из препаратов, содержащим фосфолипиды в высокой концентрации, является Эссенциале® форте Н. Он способствует восстановлению поврежденных клеток печени, укрепляет их, а также повышает их защиту от токсичных веществ. Эффективность и безопасность эссенциальных фосфолипидов при жировой болезни печени изучена в 25-ти клинических исследованиях.⁵

1)первичным синтезом называют а)фотосинтез б)биосинтез белка в)синтез АТФ 2)процесс

Біологоія 7 класс З’ясуйте з чого складається черепашка і чим вона вкрита зовні? Черепашка утворюється завдяки… Функції черепашки… Підсумок…

Определите последовательность нуклеотидов ДНК, которая будет комплементарной такой: АТЦ-ЦТГ-ТАГ-ГТА

(Помогите срочно пожалуйста) завдання 9​

помогите срочно заполонить табл. ​

ЗАДАЧА: Скільки бактерій може бути у провітреній класній кімнаті, якщо вона має довжину-8 м, ширину- 6 м , висоту- 4 м. В 1 м кубичному бактерій-4 тис … .

Выбери верный ответ. Одну пару усиков имеет: 1. дафния 2. таёжный клещ 3. платяная вошь

Стан постійного незначного напруження м’язів називається (Баллов: 1) тонус робота активація тиск тут несколько ответов ецопулпьіпьпвьрвь???????????,? … ?​

Любознательный Савелий во время прогулки по лесу нашёл полянку, заросшую папоротником. При ближайшем рассмотрении оказалось, что на нижней стороне лис … тьев этих растений есть какие-то коричневые круглые штуки, похожие на крохотные монетки, вдавленные в поверхность листа. Савелий собрал их и решил прорастить дома. Одноклассники Савелия посмотрели на то, что он собрал, и стали спорить, что у Савелия может вырасти после проращивания. Выберите правильное утверждение. Савелий собрал споры папоротника в спорангиях, а поскольку у этих растений есть чередование поколений в жизненном цикле, из спор должны вырасти заростки – гаметофиты, образующие гаметы. Савелий нашел гаметангии папоротника, в которых содержались мужские и женские гаметы. Теперь он должен их высадить в непосредственной близости друг от друга и обеспечить достаточное количество воды, тогда они смогут слиться, и из зиготы получится другое поколение, бесполое, образующее споры. Савелий собрал споры папоротника в спорангиях, теперь из них вырастет спорофит – растение, точь-в-точь похожее на то, с которого Савелий собрал споры. Савелий собрал семена папоротника, они у этих растений очень мелкие. Теперь при высадке их в почву Савелий сможет получить такое же растение, как то, с которого были собраны семена.

.Стан постійного незначного напруження м’язів називається тонус робота активація тиск тут несколько ответрв ефоеолшнон3лн3н3лн3лн3нлунлун​

1.навіщо потрібна рідина в суглобовій сумці?2.які хрящі покривають суглобові голівку та западини?​

процессы, этапы и последовательность синтеза клеточных белков

В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ — процессы синтеза и распада веществ. Каж­дая клет­ка син­те­зи­ру­ет необ­хо­ди­мые ей ве­ще­ства. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся био­син­те­зом. 

Био­син­тез — это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов. Биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. 

Одним из важнейших процессов биосинтеза в клетке является процесс биосинтеза белков, который включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке — это реакции матричного синтеза. Матричный синтез — это синтез новых молекул в соответствии с планом, заложенным в других уже существующих молекулах. 

Синтез белка в клетке протекает при участии специальных органелл — рибосом. Это немембранные органеллы, состоящие из рРНК и рибосомальных белков.

Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене — участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие между последовательностью аминокислот в белке и последовательностью нуклеотидов в кодирующих его ДНК и иРНК определяется универсальным правилом — генетическим кодом.

<<Форма демодоступа>>

Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом — в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г), цитозина (Ц), а белки — из 20 видов аминокислот. Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков. Генетический код — соотношения нуклеотидных последовательностей и аминокислот, на основе которых осуществляется такой перевод. 

Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипция и трансляция. 

Этапы синтеза белка в клетке
‍

Транскрипция — первый этап биосинтеза белка

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК.

Транскрипция (с лат. transcription — переписывание) происходит в ядре клетки с участием ферментов, основную работу из которых осуществляет транскриптаза. В этом процессе матрицей является молекула ДНК.

Спе­ци­аль­ный фер­мент на­хо­дит ген и рас­кру­чи­ва­ет уча­сток двой­ной спи­ра­ли ДНК. Фер­мент пе­ре­ме­ща­ет­ся вдоль цепи ДНК и стро­ит цепь ин­фор­ма­ци­он­ной РНК в со­от­вет­ствии с прин­ци­пом ком­пле­мен­тар­но­сти. По мере дви­же­ния фер­мен­та рас­ту­щая цепь РНК мат­ри­цы от­хо­дит от мо­ле­ку­лы, а двой­ная цепь ДНК вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся. Когда фер­мент до­сти­га­ет конца ко­пи­ро­ва­ния участ­ка, то есть до­хо­дит до участ­ка, на­зы­ва­е­мо­го стоп-ко­до­ном, мо­ле­ку­ла РНК от­де­ля­ет­ся от мат­ри­цы, то есть от мо­ле­ку­лы ДНК. Таким об­ра­зом, тран­скрип­ция — это пер­вый этап био­син­те­за белка. На этом этапе про­ис­хо­дит счи­ты­ва­ние ин­фор­ма­ции путём син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Копировать информацию, хотя она уже содержится в молекуле ДНК, необходимо по следующим причинам: синтез белка происходит в цитоплазме, а молекула ДНК слишком большая и не может пройти через ядерные поры в цитоплазму. А маленькая копия её участка — иРНК — может транспортироваться в цитоплазму.

После транскрипции громоздкая молекула ДНК остаётся в ядре, а молекула иРНК подвергается «созреванию» — происходит процессинг иРНК. На её 5’ конец подвешивается КЭП для защиты этого конца иРНК от РНКаз — ферментов, разрушающих молекулы РНК. На 3’ конце достраивается поли(А)-хвост, который также служит для защиты молекулы. После этого проходит сплайсинг — вырезание интронов (некодирующих участков) и сшивание экзонов (информационных участков). После процессинга подготовленная молекула транспортируется из ядра в цитоплазму через ядерные поры.

Транскрипция пошагово:

1. РНК полимераза садится на 3’ конец транскрибируемой цепи ДНК.
2. Начинается элонгация — полимераза «скользит» по ДНК в сторону 5’ конца и строит цепь иРНК, комплементарную ДНК.
3. Полимераза доходит до конца гена, «слетает» с ДНК и отпускает иРНК.
4. После этого происходит процесс созревания РНК — процессинг.
   

Проверьте себя: помните ли вы принцип комплементарности? Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке напротив азотистых оснований другой — это и есть правило комплементарности.

Трансляция — второй этап биосинтеза белка

Трансляция — это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. 

Что же происходит в клетке? Трансляция представляет собой непосредственно процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Трансляция происходит в цитоплазме клетки. В трансляции участвуют рибосомы, ферменты и три вида РНК: иРНК, тРНК и рРНК. Глав­ным по­став­щи­ком энер­гии при трансляции слу­жит мо­ле­ку­ла АТФ — аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та. 

Во время транс­ля­ции нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­во­дят­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в мо­ле­ку­ле по­ли­пеп­тид­ной цепи. Этот про­цесс идёт в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах. Об­ра­зо­вав­ши­е­ся ин­фор­ма­ци­он­ные РНК вы­хо­дят из ядра через поры и от­прав­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам. Ри­бо­со­мы — уни­каль­ный сбо­роч­ный ап­па­рат. Ри­бо­со­ма сколь­зит по иРНК и вы­стра­и­ва­ет из опре­де­лён­ных ами­но­кис­лот длин­ную по­ли­мер­ную цепь белка. Ами­но­кис­ло­ты до­став­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам с по­мо­щью транс­порт­ных РНК. Для каж­дой ами­но­кис­ло­ты тре­бу­ет­ся своя транс­порт­ная РНК, ко­то­рая имеет форму три­лист­ни­ка. У неё есть уча­сток, к ко­то­рому при­со­еди­ня­ет­ся ами­но­кис­ло­та и дру­гой три­плет­ный ан­ти­ко­дон, ко­то­рый свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле иРНК.

Це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лён­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка. Время жизни ин­фор­ма­ци­он­ной РНК ко­леб­лет­ся от двух минут (как у неко­то­рых бак­те­рий) до несколь­ких дней (как, на­при­мер, у выс­ших мле­ко­пи­та­ю­щих). Затем ин­фор­ма­ци­он­ная РНК раз­ру­ша­ет­ся под дей­стви­ем фер­мен­тов, а нук­лео­ти­ды ис­поль­зу­ют­ся для син­те­за новой мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК. Таким об­ра­зом, клет­ка кон­тро­ли­ру­ет ко­ли­че­ство син­те­зи­ру­е­мых бел­ков и их тип.

Трансляция пошагово:

1. Рибосома узнаёт КЭП, садится на иРНК. 
2. На Р-сайт рибосомы приходит первая тРНК с аминокислотой. 
3. На А-сайт рибосомы приходит вторая тРНК с аминокислотой. 
4. АК образуют пептидную связь. 
5. Рибосома делает шаг длиною в один триплет. 
6. На освободившийся А-сайт приходит следующая тРНК. 
7. АК образуют пептидную связь. 
8. Процессы 5–7 продолжаются, пока рибосома не встретит стоп-кодон. 
9. Рибосома разбирается, отпускает полипептидную цепь. 
   

По промокоду

BIO92021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Резюме

Теперь вы знаете, что биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. Процесс биосинтеза белков включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке, — это реакции матричного синтеза. 

Син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ции (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ки) и транс­ля­ции (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах). Эти этапы сменяют друг друга и состоят из последовательных процессов.

Химики оптимизировали синтез аммиака – одно из самых многотоннажных химических производств

Азот необходим всем живым организмам, поскольку входит в состав многих белков и аминокислот. И хотя атмосфера Земли почти на 80 % состоит из молекулярного азота N2, в такой форме он практически не усваивается организмами. Поэтому человечество производит так много удобрений, которые содержат азот уже в связанной форме, то есть в виде разных химических соединений азота с другими атомами, из которых организмам уже гораздо проще вытащить азот под свои нужды. А большинство азотных удобрений, в свою очередь, получают из аммиака (Nh4), который к тому же используют для синтеза различных охлаждающих агентов (рефрежирантов), пластиков, полимеров, взрывчатых веществ и даже в микроэлектронике. В сумме под эти нужды в мире каждый год производят почти 200 миллионов тонн аммиака – примерно 25 килограммов на каждого жителя планеты, и это самое крупнотоннажное химическое производство.

Почти весь аммиак получают в процессе Габера-Боша, предложенном еще в начале XX века и уже через несколько лет принесшему одному из своих разработчиков (Фрицу Габеру) нобелевскую премию по химии. В нем водород (h3) и азот (N2) пропускают при высоком давлении через катализатор, и на выходе получается газообразная смесь исходных реагентов и аммиака, из которой потом нужно выделить чистый Nh4. Сейчас для этого смесь охлаждают с применением большого количества хладагентов, и из-за этого процесс очистки потребляет очень много энергии – более 3 МВт-ч на каждую тонну аммиака, это средний расход электричества в квартире примерно за два года. Поэтому хотя синтез аммиака и отработан вековым опытом и гигантским масштабированием, ученые постоянно ищут новые более экономичные способы разделения продуктов процесса Габера-Боша.

Так, исследователи из РХТУ им. Д.И. Менделеева, а также нижегородских вузов НГТУ им. Р.Е. Алексеева и ННГУ им. Н.И. Лобачевского уже предлагали использовать для этого гибридный способ очистки газов, в котором сочетаются технические возможности мембран и абсорбентов. Теперь у них опубликована новая работа, в которой с применением новых абсорбентов исследователи получили аммиак с чистотой, сопоставимой с промышленной.

«Однажды я выступал с пленарным докладом на научной конференции в Португалии, а после ко мне подошел очень известный ученый в области мембран, профессор Эдвард Касслер (Edward Cussler), он взял меня за руки и показал, сложив ладоши, принцип действия мембраны, а потом рассказал, что заниматься в науке о мембранах нужно только тремя направлениями. Одним из них был аммиак», – рассказывает один из авторов работы, заведующий лабораторией “SMART Полимерных материалов и технологий” РХТУ им. Д.И. Менделеева, профессор Илья Воротынцев – «Мы уже применяли наш гибридный процесс для синтеза хлористого водорода, организовывали по заданию нобелевского лауреата Жореса Ивановича Алферова производство высокочистого аммиака для микроэлектроники (для производства светодиодов), а теперь наши интересы сместились в область более массового производства – в том числе получения аммиака».

Зеленые растворители в качестве абсорбентов

Гибридная технология очистки газов разработана российскими учеными и протекает в аппарате их собственной конструкции. Он разделен мембраной на две части – в верхнюю поступает смесь газов, в данном случае это Nh4, N2, h3, которая пропускается через абсорбент, нанесенный на мембрану. Он накапливает большие количества аммиака и, наоборот, почти не абсорбирует азот и водород, которые выходят обратно из абсорбента в ту же самую полость над мембраной. Молекулы же Nh4 выводятся из абсорбента через мембрану в другую часть аппарата: между полостями над и под мембраной создают большой перепад давления, под действием которого аммиак диффундирует через мембрану в нижнюю часть аппарата, из которой уже отводят поток очищенного газа.

В качестве абсорбента ученые использовали четыре разных вещества, которые, по предварительным данным, выглядели перспективными для очистки аммиака. Все они были глубокими эвтектическими растворителями (ГЭР) – так называют смесь двух веществ, температура плавления которой ниже температуры плавления отдельных компонентов. ГЭР получают из доступных реагентов с помощью простого синтеза, а поскольку они остаются жидкими в широком диапазоне температур сейчас их считают перспективными классом зеленых растворителей. Исследователи работали с тремя уже испытанными ГЭР на основе тиоцианата аммония, которые по данным литературы могут абсорбировать большие количества аммиака, и одним уникальным составом на основе метансульфоната 1-бутил-3-метилимидазолия, который был перспективен уже по данным предварительных экспериментов самих российских ученых.

Исходная газообразная трёхкомпонентная смесь состояла из Nh4, N2, h3 в объёмных отношениях 15.5/62.8/21.7. Лучший результат показал абсорбент на основе ГЭР из тиоцианата аммония смешанного с глицеролом: с ним чистота аммиака на выходе составляла почти 99%. Однако после повышения скорости подачи газовой смеси эффективность этого абсорбента сильно падала, что может быть критично при масштабировании технологии до реального производства. С этой точки зрения более перспективны оказались растворители на основе смеси тиоцианата аммония и мочевины или этиленгликоля: с ними чистота аммиака даже при повышенных скоростях подачи составляла от 98.4 до 98.7, что сопоставимо с промышленными показателями.

Вековые традиции, колоссальные возможности

Не только российские ученые пытаются применить мембранный подход к очистке аммиака. Однако большинство других исследований в этой области, по словам авторов работы, носят материаловедческий характер и пока далеки от практической реализации. В новом же исследовании российских химиков не только подобран наиболее перспективный состав абсорбента, но и проведены проточные эксперименты в реальном аппарате со смесью газов, предельно приближенной к составу продуктов процесса Габера-Боша. При этом степень очистки Nh4 составила до 99 %, что близко к современному промышленному способу, дающему чистоту аммиака до 99.8 %, но сопряженному с огромными энергопотерями из-за использования криогенных технологий.

«В этой работе мы определили наиболее перспективные абсорбирующие материалы, а теперь продолжаем изучать процесс и разрабатываем новую конструкцию мембранного модуля, которую будет возможно масштабировать для задач промышленности», – рассказывает Илья Воротынцев. «Конечно, процесс синтеза аммиака остается практически неизменным на протяжении 100 лет, но он сопряжен с такими большими затратами энергии и проводится в таких колоссальных объемах, что снижение энергопотребления не то что на порядок, а даже на проценты может принести колоссальную прибыль, а в нашем методе как раз не требуется никаких хладагентов, и поэтому он гораздо доступней. Да, смена производственной парадигмы – это процесс не мгновенный, но бизнес быстро считает прибыль и убытки, и если будет пример экономически удачной реализации нашего процесса, то это будет мощным толчком к изменениям у всех производителей аммиака».

Синтез белка Определение и примеры

Синтез белка
n., Множественное число: синтез белка
Определение: создание белка.

Синтез белка — это процесс создания белковых молекул. В биологических системах это включает синтез аминокислот, транскрипцию, трансляцию и посттрансляционные события. В синтезе аминокислот есть набор биохимических процессов, которые производят аминокислоты из источников углерода, таких как глюкоза.Не все аминокислоты производятся организмом; другие аминокислоты получают с пищей. В клетках генерируются белки с участием процессов транскрипции и трансляции. Короче говоря, транскрипция — это процесс, с помощью которого матрица мРНК транскрибируется из ДНК. Шаблон используется для следующего шага — перевода. При трансляции аминокислоты связаны друг с другом в определенном порядке, основанном на генетическом коде. После трансляции вновь образованный белок подвергается дальнейшей обработке, такой как протеолиз, посттрансляционная модификация и сворачивание белка.

---

Белки состоят из аминокислот, которые расположены упорядоченным образом. Узнайте, как клетка организует синтез белка с помощью РНК. Приглашаем вас присоединиться к нам на нашем форуме: что делает мРНК в синтезе белка?

---

Определение синтеза белка

Синтез белка — схематическая диаграмма Синтез белка — это создание белков. В биологических системах это осуществляется внутри клетки.У прокариот он находится в цитоплазме. У эукариот это первоначально происходит в ядре, чтобы создать транскрипт (мРНК) кодирующей области ДНК. Транскрипт покидает ядро ​​и достигает рибосом для трансляции в молекулу белка с определенной последовательностью аминокислот.

Синтез белка — это создание белков клетками с использованием ДНК, РНК и различных ферментов. Обычно он включает события транскрипции, трансляции и посттрансляционные события, такие как сворачивание белка, модификации и протеолиз.

Этимология

Термин белок произошел от позднегреческого prōteios , prōtos , что означает «первый». Слово синтез произошло от греческого sunthesis , от suntithenai , что означает «соединять». Вариант: биосинтез белка.

Прокариотический синтез в сравнении с синтезом эукариотических белков

Белки являются основным типом биомолекул, которые необходимы всем живым существам для процветания. И прокариоты, и эукариоты производят различные белки для различных процессов и функций.Некоторые белки используются для структурных целей, а другие действуют как катализаторы биохимических реакций. Синтезы прокариотических и эукариотических белков имеют явные различия. Например, синтез белка у прокариот происходит в цитоплазме. У эукариот первый этап (транскрипция) происходит в ядре. Когда транскрипт (мРНК) образуется, он попадает в цитоплазму, где расположены рибосомы. Здесь мРНК транслируется в аминокислотную цепь. В таблице ниже показаны различия между синтезом прокариотических и эукариотических белков.

Синтез прокариотического белка	Синтез эукариотического белка
Трансляция происходит еще до транскрипции концов мРНК	Транскрипция происходит с последующей трансляцией
За исключением архебактерий, образование мРНК бактерий не включает добавление cap и поли A-хвост	Образование мРНК включает добавление 5′-кэпа и поли-A-хвоста на 3′-конце транскрипта мРНК
Трансляция начинается с кодона AUG	Трансляция начинается через 5 ‘Cap, связывающий мРНК с рибосомной единицей в первом кодоне AUG
Инициирующие факторы: PIF-1, PIF-2, PIF-3	Инициирующие факторы: eIF1-6, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF4F

Генетический код

Аминокислотная таблица кодонов РНК.

В биологии кодон относится к тринуклеотидам, которые указаны для конкретной аминокислоты. Например, гуанин-цитозин-цитозин (GCC) кодирует аминокислоту аланин. Коды гуанин-урацил-урацил (GUU) для валина. Урацил-аденин-аденин (UAA) — стоп-кодон. Кодон мРНК дополняет тринуклеотид (называемый антикодоном) в тРНК.

---

Что такое генетический код? «Генетический код — это система, которая сочетает в себе различные компоненты синтеза белка, такие как ДНК, мРНК, тРНК…» Наш эксперт по биологии на форуме ответил на другие часто задаваемые вопросы: Что делает мРНК в синтезе белка? Присоединяйтесь к нам сейчас!

---

мРНК, тРНК и рРНК

мРНК, тРНК и рРНК являются тремя основными типами РНК, участвующими в синтезе белка.МРНК (или информационная РНК) несет код для создания белка. У эукариот он образуется внутри ядра и состоит из 5′-кэпа, 5’UTR-области, кодирующей области, 3’UTR-области и поли (A) хвоста. Копия сегмента ДНК для экспрессии гена находится в его кодирующей области. Он начинается со стартового кодона на 5′-конце и стоп-кодона на 3′-конце.
тРНК (или транспортная РНК), как следует из названия, переносит конкретную аминокислоту на рибосому, которая добавляется к растущей цепи аминокислоты.Он состоит из двух основных сайтов: (1) антикодонное плечо и (2) акцепторный стержень . Плечо антикодона содержит антикодон, который комплементарен парам оснований с кодоном мРНК. Акцепторный стержень — это сайт, к которому прикрепляется определенная аминокислота (в этом случае тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК ). Пептидил-тРНК — это тРНК, которая удерживает растущую полипептидную цепь.
В отличие от первых двух, рРНК (или рибосомная РНК) не несет генетической информации.Скорее, он служит одним из компонентов рибосомы. Рибосома — это цитоплазматическая структура в клетках прокариот и эукариот, которые известны тем, что служат местом синтеза белка. Рибосомы можно использовать для определения прокариота от эукариота. У прокариот есть рибосомы 70S, тогда как у эукариот рибосомы 80S. Однако оба типа состоят из двух субъединиц разного размера. Субъединица большего размера служит рибозимом, который катализирует образование пептидной связи между аминокислотами.рРНК имеет три сайта связывания: сайты A, P и E. Сайт A (аминоацил) — это место стыковки аминоацил-тРНК. Сайт P (пептидил) — это место, где связывается пептидил-тРНК. Сайт E (выход) — это место, где тРНК покидает рибосому.

Этапы биосинтеза белка

Транскрипция

Транскрипция — это процесс, с помощью которого матрица мРНК, кодирующая последовательность белка в форме тринуклеотидного кода, транскрибируется из ДНК, чтобы обеспечить матрицу для трансляции с помощью фермент, РНК-полимераза.Таким образом, транскрипция рассматривается как первый этап экспрессии гена. Подобно репликации ДНК, транскрипция происходит в направлении 5 ‘→ 3’. Но в отличие от репликации ДНК, транскрипции не требуется праймер для запуска процесса, и вместо тимина урацил спаривается с аденином.
Этапы транскрипции следующие: (1) инициация, (2) выход промотора, (3) элонгация и (4) терминация. Первый шаг, инициация, — это когда РНК-полимераза с помощью определенных факторов транскрипции связывается с промотором ДНК.Это приводит к открытию (раскручиванию) ДНК в промоторной области, образуя транскрипционный пузырь . Сайт старта транскрипции в пузыре транскрипции связывается с РНК-полимеразой, в частности с РНК-полимеразой , инициирующей NTP , и , продолжающей NTP . Происходит фаза прерывистых циклов синтеза, приводящая к высвобождению коротких транскриптов мРНК (примерно от 2 до 15 нуклеотидов). На следующем этапе РНК-полимераза должна ускользнуть от промотора и вступить в стадию элонгации.Во время элонгации РНК-полимераза пересекает матричную цепь ДНК и пары оснований с нуклеотидами на матричной (некодирующей) цепи. В результате получается транскрипт мРНК, содержащий копию кодирующей цепи ДНК, за исключением тиминов, которые заменены урацилами. Сахарно-фосфатный остов формируется за счет РНК-полимеразы. Последний шаг — прекращение. Во время этой фазы водородные связи спирали РНК-ДНК разрываются. У эукариот транскрипт мРНК проходит дальнейшую обработку. Он проходит полиаденилирования , укупорки и сплайсинга .

Трансляция

Трансляция — это процесс, в котором аминокислоты связываются вместе в определенном порядке в соответствии с правилами, установленными генетическим кодом. Это происходит в цитоплазме, где расположены рибосомы. Он состоит из четырех фаз: (1) активация (аминокислота ковалентно связана с тРНК), (2) инициация (малая субъединица рибосомы связывается с 5′-концом мРНК с помощью факторов инициации), (3 ) элонгация (следующая аминоацил-тРНК в линии связывается с рибосомой вместе с GTP и фактором элонгации) и (4) терминация (сайт A рибосомы обращен к стоп-кодону).

Пост-трансляция

Следующим за синтезом белка являются события, например протеолиз и сворачивание белков. Протеолиз относится к расщеплению белков протеазами. Посредством этого из полипептида удаляются N-концевые, C-концевые или внутренние аминокислотные остатки. Посттрансляционная модификация относится к ферментативному процессингу полипептидной цепи после трансляции и образования пептидной связи. Концы и боковые цепи полипептида могут быть модифицированы для обеспечения надлежащей клеточной локализации и функции.Сворачивание белка — это сворачивание полипептидных цепей с принятием вторичных и третичных структур.

---

Помогла ли эта информация вам разобраться в теме? Есть вопросы? Как насчет того, чтобы услышать ответы непосредственно от нашего сообщества? Присоединяйтесь к нам на нашем форуме: что делает мРНК в синтезе белка? Давайте сделаем это весело и просто!

---

См. Также

Ссылки

1. Синтез белков. (2019). Получено из Эльмхерста.Веб-сайт edu: http://chemistry.elmhurst.edu/vchembook/584proteinsyn.html
2. Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Estrellamountain.edu: https://www2.estrellamountain.edu/faculty/farabee/biobk/BioBookPROTSYn.html
3. Protein Synthesis. (2019). Получено с веб-сайта Nau.edu: http://www2.nau.edu/lrm22/lessons/protein-synthesis/protein-synthesis.htm

---

© Biology Online. Контент предоставляется и модерируется онлайн-редакторами биологии

---

5.7 Синтез белков — Биология человека

Создал: CK-12 / Адаптировал Кристин Миллер

Рис. 5.7.1. Как образуются белки.

Это удивительное произведение искусства (рис. 5.7.1) показывает процесс, происходящий в клетках всего живого: производство протеинов, не пост. Этот процесс называется синтезом белка , и на самом деле он состоит из двух процессов — транскрипции и трансляции. В эукариотических клетках транскрипция происходит в ядре.Во время транскрипции ДНК используется в качестве матрицы для создания молекулы информационной РНК (мРНК). Затем молекула мРНК покидает ядро ​​и направляется к рибосоме в цитоплазме, где происходит трансляция. Во время трансляции генетический код мРНК считывается и используется для создания полипептида. Эти два процесса резюмируются центральной догмой молекулярной биологии: ДНК → РНК → Белок .

Транскрипция — первая часть центральной догмы молекулярной биологии: ДНК → РНК .Это передача генетических инструкций ДНК на мРНК. Во время транскрипции цепь мРНК дополняет цепь ДНК. Вы можете увидеть, как это происходит, на рисунке 5.7.2.

Рисунок 5.7.2 Транскрипция использует последовательность оснований в цепи ДНК для создания комплементарной цепи мРНК. Триплеты — это группы из трех последовательных нуклеотидных оснований в ДНК. Кодоны — это комплементарные группы оснований в мРНК.

Транскрипция начинается, когда фермент РНК-полимераза связывается с областью гена, называемой промоторной последовательностью.Это дает сигнал ДНК раскручиваться, чтобы фермент мог «читать» основания ДНК. Две цепи ДНК названы в зависимости от того, будут ли они использоваться в качестве матрицы для РНК или нет. Нить, которая используется в качестве шаблона, называется цепью-шаблоном или также может называться антисмысловой цепью. Последовательность оснований на противоположной цепи ДНК называется некодирующей или смысловой цепью. После открытия ДНК и присоединения РНК-полимеразы РНК-полимераза перемещается по ДНК, добавляя нуклеотиды РНК к растущей цепи мРНК.Матричная цепь ДНК используется для создания мРНК посредством комплементарного спаривания оснований. Как только цепь мРНК завершена, она отделяется от ДНК. В результате получается цепь мРНК, которая почти идентична кодирующей цепи ДНК, с той лишь разницей, что ДНК использует базовый тимин, а мРНК использует урацил вместо тимина

.

Обработка мРНК

У эукариот новая мРНК еще не готова к трансляции. На этом этапе она называется пре-мРНК, и она должна пройти дополнительную обработку, прежде чем покинет ядро ​​в виде зрелой мРНК.Обработка может включать в себя сращивание, редактирование и полиаденилирование. Эти процессы по-разному модифицируют мРНК. Такие модификации позволяют использовать один ген для производства более чем одного белка.

• Сплайсинг удаляет интроны из мРНК, как показано на рисунке 5.7.3. Интроны — это области, которые не кодируют белок. Оставшаяся мРНК состоит только из областей, называемых экзонов , которые кодируют белок. Рибонуклеопротеины на диаграмме — это небольшие белки в ядре, которые содержат РНК и необходимы для процесса сплайсинга.
• Редактирование изменяет некоторые нуклеотиды в мРНК. Например, человеческий белок APOB, который помогает транспортировать липиды в крови, имеет две разные формы из-за редактирования. Одна форма меньше другой, потому что редактирование добавляет более ранний стоп-сигнал в мРНК.
• 5′-кэппинг добавляет метилированный кэп к «голове» мРНК. Этот колпачок защищает мРНК от разрушения и помогает рибосомам знать, где связываться с мРНК
.
• Полиаденилирование добавляет «хвост» к мРНК.Хвост состоит из цепочки As (адениновых оснований). Он сигнализирует об окончании мРНК. Он также участвует в экспорте мРНК из ядра и защищает мРНК от ферментов, которые могут ее разрушить.

Рисунок 5.7.3 Обработка пре-мРНК. мРНК требует обработки, прежде чем она покинет ядро.

Перевод — вторая часть центральной догмы молекулярной биологии: РНК → Protein . Это процесс, в котором генетический код в мРНК считывается для создания белка.Трансляция проиллюстрирована на рисунке 5.7.4. После того, как мРНК покидает ядро, она перемещается на рибосому, которая состоит из рРНК и белков. Рибосома считывает последовательность кодонов в мРНК, а молекулы тРНК доставляют аминокислоты к рибосоме в правильной последовательности.

Трансляция происходит в три этапа: начало, удлинение и завершение.

Инициирование:

После транскрипции в ядре мРНК выходит через ядерную пору и попадает в цитоплазму.В области мРНК, содержащей метилированный кэп и стартовый кодон, малая и большая субъединицы рибосомы связываются с мРНК. Затем к ним присоединяется тРНК, которая содержит антикодоны, соответствующие стартовому кодону на мРНК. Эта группа молекул (мРНК, рибосома, тРНК) называется комплексом инициации.

Удлинение:

тРНК продолжают доставлять аминокислоты к растущему полипептиду в соответствии с комплементарным спариванием оснований между кодонами на мРНК и антикодонами на тРНК.Когда тРНК перемещается в рибосому, ее аминокислота передается растущему полипептиду. Как только этот перенос завершен, тРНК покидает рибосому, рибосома перемещается на один кодон вниз по мРНК, и новая тРНК входит с соответствующей аминокислотой. Этот процесс повторяется, и полипептид растет.

Прекращение действия :

В конце кодирования мРНК находится стоп-кодон, который завершает стадию элонгации. Стоп-кодон требует не тРНК, а типа белка, называемого фактором высвобождения, который заставляет весь комплекс (мРНК, рибосому, тРНК и полипептид) распадаться на части, высвобождая все компоненты.

Рисунок 5.7.4 Трансляция происходит в три этапа: инициирование, удлинение и завершение.

Посмотрите это видео «Синтез белка (обновленный) с сестрами амебы», чтобы увидеть этот процесс в действии:

Protein Synthesis (обновлено), Amoeba Sisters, 2018.

После того, как полипептидная цепь синтезирована, она может подвергаться дополнительным процессам. Например, он может принимать складчатую форму из-за взаимодействия между его аминокислотами.Он также может связываться с другими полипептидами или с другими типами молекул, такими как липиды или углеводы. Многие белки попадают в аппарат Гольджи внутри цитоплазмы, где они модифицируются для выполнения конкретной работы.7 Резюме

• Синтез белка — это процесс, в котором клетки производят белки. Это происходит в два этапа: транскрипция и перевод.
• Транскрипция — это передача генетических инструкций ДНК на мРНК в ядре. Он включает три этапа: инициирование, удлинение и завершение.После того, как мРНК обработана, она передает инструкции рибосоме в цитоплазме.
• Трансляция происходит на рибосоме, которая состоит из рРНК и белков. При трансляции инструкции в мРНК считываются, и тРНК переносит правильную последовательность аминокислот на рибосому. Затем рРНК помогает формировать связи между аминокислотами, образуя полипептидную цепь.
• После того, как полипептидная цепь синтезирована, она может пройти дополнительную обработку с образованием готового белка.

1. Свяжите синтез белка и его две основные фазы с центральной догмой молекулярной биологии.
2. Объясните, как мРНК обрабатывается перед тем, как покинуть ядро.
3. Какие дополнительные процессы может претерпеть полипептидная цепь после синтеза?
4. Где происходит транскрипция у эукариот?
5. Где происходит перевод?

Protein Synthesis, Teacher’s Pet, 2014.

Атрибуции

Рисунок 5.7.1

«Как производятся белки» Николь Рейджер из Национального научного фонда на Wikimedia Commons опубликовал в открытом доступе (https://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain) .

Рисунок 5.7.2

Транскрипция Национального института исследования генома человека (переработана и векторизована Сулаем) на Wikimedia Commons опубликована в открытом доступе (https: // en.wikipedia.org/wiki/Public_domain) .

Рисунок 5.7.3

Обработка пре-мРНК

Кристиной Миллер используется по лицензии CC BY-NC-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).

Рисунок 5.7.4

Перевод CNX OpenStax на Викискладе используется по лицензии CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0).

Список литературы

Сестры Амеба. (2018, 18 января) Синтез белка (Обновлено).YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=oefAI2x2CQM&feature=youtu.be

Паркер, Н., Шнегурт, М., Тхи Ту, А-Х., Листер, П., Форстер, Б.М. (2016, 1 ноября). Микробиология [онлайн]. Рис. 11.15. Трансляция у бактерий начинается с образования комплекса инициации. В Microbiology (Раздел 11-4). OpenStax. https://openstax.org/books/microbiology/pages/11-4-protein-synthesis-translation

Домашнее животное учителя. (2014, 7 декабря). Синтез белка. YouTube.https://www.youtube.com/watch?v=2zAGAmTkZNY&feature=youtu.be

химический синтез | Britannica

химический синтез , построение сложных химических соединений из более простых. Это процесс, с помощью которого получают многие вещества, важные для повседневной жизни. Он применяется ко всем типам химических соединений, но большинство синтезов состоит из органических молекул.

Химики синтезируют химические соединения, встречающиеся в природе, чтобы лучше понять их структуру.Синтез также позволяет химикам производить соединения, которые не образуются естественным образом, для исследовательских целей. В промышленности синтез используется для производства продуктов в больших количествах.

Британская викторина

Типы химических реакций

Можете ли вы определить, какой тип химической реакции показан? Проверьте свои знания с помощью этой викторины!

Химические соединения состоят из атомов разных элементов, соединенных химическими связями.Химический синтез обычно включает разрыв существующих связей и образование новых. Синтез сложной молекулы может включать значительное количество индивидуальных реакций, ведущих в последовательности от доступных исходных материалов к желаемому конечному продукту. Каждый шаг обычно включает реакцию только с одной химической связью в молекуле.

Планируя путь химического синтеза, химики обычно визуализируют конечный продукт и возвращаются к более простым соединениям.Для многих соединений можно найти альтернативные пути синтеза. Фактически используемые зависят от многих факторов, таких как стоимость и доступность исходных материалов, количество энергии, необходимое для того, чтобы реакция протекала с удовлетворительной скоростью, и стоимость разделения и очистки конечных продуктов. Более того, знание механизма реакции и функции химической структуры (или поведения функциональных групп) помогает точно определить наиболее предпочтительный путь, который приводит к желаемому продукту реакции.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Цель планирования химического синтеза — найти реакции, которые затронут только одну часть молекулы, оставляя другие части неизменными. Другая цель — получить желаемый продукт с высоким выходом в кратчайшие сроки. Часто реакции в синтезе конкурируют, снижая выход желаемого продукта. Конкуренция также может привести к образованию побочных продуктов, которые бывает сложно отделить от основного.В некоторых промышленных синтезах образование побочных продуктов может приветствоваться, если побочные продукты коммерчески полезны. Например, диэтиловый эфир является побочным продуктом крупномасштабного синтеза этанола (этилового спирта) из этилена. И спирт, и эфир ценны и легко отделяются.

В реакциях химического синтеза обычно, но не всегда, участвуют как минимум два разных вещества. Некоторые молекулы превращаются в другие исключительно под действием тепла, например, в то время как другие реагируют на воздействие излучения (например,г., ультрафиолет) или электрическому току. Однако, когда взаимодействуют два или более разных вещества, они должны находиться в непосредственной близости друг от друга. Обычно это делается путем проведения синтезов с элементами или соединениями в их жидком или газообразном состоянии. Если реагенты представляют собой нелетучие твердые вещества, реакция часто проводится в растворе.

Скорость химической реакции обычно увеличивается с температурой; поэтому химический синтез часто проводят при повышенных температурах.Например, промышленный синтез азотной кислоты из аммиака и кислорода осуществляется при температуре около 900 ° C (1650 ° F). Часто нагревание недостаточно увеличивает скорость реакции или нестабильность одного или нескольких реагентов препятствует нанесению. В таких случаях используются катализаторы — вещества, ускоряющие или замедляющие реакцию. В большинстве промышленных процессов используются катализаторы.

Некоторые вещества реагируют так быстро и бурно, что только тщательный контроль условий приведет к получению желаемого продукта.Когда газообразный этилен синтезируется в полиэтилен, один из наиболее распространенных пластиков, выделяется большое количество тепла. Если это высвобождение не контролируется каким-либо образом, например, путем охлаждения корпуса реактора, молекулы этилена разлагаются на углерод и водород.

Разработано множество методов разделения продуктов химического синтеза. Это часто связано с фазовым переходом. Например, продукт синтетической реакции может не растворяться в конкретном растворителе, в отличие от исходных материалов.В этом случае продукт выпадет в осадок в виде твердого вещества, и его можно будет отделить от смеси фильтрацией. В качестве альтернативы, если и исходные материалы, и продукты летучие, их можно разделить перегонкой.

Некоторые химические синтезы легко поддаются использованию автоматизированных методов. Например, автоматические синтезаторы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) широко используются для получения определенных белковых последовательностей.

Синтез и сплайсинг РНК — Биохимия

ДНК хранит генетическую информацию в стабильной форме, которая может быть легко воспроизведена.Однако для выражения этой генетической информации требуется ее поток от ДНК к РНК к белку, как было введено в главе 5. В настоящей главе рассматривается, как синтезируется и сплайсируется РНК. Мы начнем с транскрипции в Escherichia coli и сосредоточимся на трех вопросах: каковы свойства промоторов (участков ДНК, на которых начинается транскрипция РНК) и как эти промоторы функционируют? Как РНК-полимераза, матрица ДНК и возникающая цепь РНК взаимодействуют друг с другом? Как обрывается транскрипция?

Затем мы переходим к транскрипции у эукариот, начиная со структуры промотора и белков факторов транскрипции, которые регулируют активность промотора.Отличительной особенностью матриц эукариотической ДНК является наличие энхансерных последовательностей, которые могут стимулировать инициацию транскрипции на расстоянии более тысячи пар оснований от стартового сайта. Первичные транскрипты у эукариот сильно модифицируются, например, кэппирование 5′-конца предшественника мРНК и добавление длинного поли (A) -хвоста к его 3′-концу. Наиболее поразительным является сплайсинг предшественников мРНК, который катализируется сплайсосомами, состоящими из небольших ядерных рибонуклеопротеидных частиц (мяРНП).Молекулы малой ядерной РНК (мяРНК) в этих комплексах играют ключевую роль в управлении выравниванием сайтов сплайсинга и в обеспечении катализа. Действительно, некоторые молекулы РНК могут сплавляться в отсутствие белка. Это знаменательное открытие Томаса Чеха и Сидни Альтмана показало, что молекулы РНК могут служить катализаторами, и сильно повлияло на наш взгляд на молекулярную эволюцию.

Сплайсинг РНК — это не просто диковинка. Примерно 15% всех генетических заболеваний вызваны мутациями, влияющими на сплайсинг РНК.Более того, одна и та же пре-мРНК может по-разному сплайсироваться в разных типах клеток, на разных стадиях развития или в ответ на другие биологические сигналы. Кроме того, отдельные основания в некоторых молекулах пре-мРНК изменяются в процессе, называемом редактированием РНК . Одним из самых больших сюрпризов секвенирования генома человека было то, что было идентифицировано только около 40 000 генов по сравнению с предыдущими оценками в 100 000 или более. Способность одного гена кодировать более одной отдельной мРНК и, следовательно, более одного белка может играть ключевую роль в расширении репертуара наших геномов.

28.0.1. Обзор синтеза РНК:

Синтез

РНК или транскрипция — это процесс транскрипции информации о нуклеотидной последовательности ДНК в информацию о последовательности РНК. Синтез РНК катализируется большим ферментом под названием РНК-полимераза . Основная биохимия синтеза РНК является общей для прокариот и эукариот, хотя его регуляция более сложна у эукариот. Тесная связь между прокариотической и эукариотической транскрипцией была прекрасно проиллюстрирована недавно определенными трехмерными структурами репрезентативных РНК-полимераз прокариот и эукариот (19).Несмотря на существенные различия в размере и количестве полипептидных субъединиц, общие структуры этих ферментов весьма схожи, что указывает на общее эволюционное происхождение.

Рисунок 28.1

Структура РНК-полимеразы

. Трехмерные структуры РНК-полимераз прокариота (Thermus aquaticus) и эукариота (Saccharoromyces cerevisiae). Две самые большие субъединицы для каждой структуры показаны темно-красным и темно-синим цветом. Сходство (подробнее…)

Синтез РНК, как и почти все реакции биологической полимеризации, проходит в три стадии: инициация , удлинение и завершение . РНК-полимераза выполняет в этом процессе несколько функций:

1.

Она ищет в ДНК сайты инициации, также называемые промоторными сайтами или просто промоторами . Например, ДНК E. coli имеет около 2000 промоторных сайтов в геноме размером 4,8 × 10 ⁶ п.н.Поскольку эти последовательности находятся на той же молекуле ДНК, что и транскрибируемые гены, их называют цис-действующими элементами.

2.

Он раскручивает короткий отрезок двойной спирали ДНК для создания одноцепочечной матрицы ДНК, от которой он берет инструкции.

3.

Он выбирает правильный рибонуклеозидтрифосфат и катализирует образование фосфодиэфирной связи. Этот процесс повторяется много раз, когда фермент движется в одном направлении по матрице ДНК.РНК-полимераза полностью процессивна — транскрипт синтезируется от начала до конца одной молекулой РНК-полимеразы.

4.

Он обнаруживает сигналы завершения, которые указывают, где заканчивается транскрипт.

5.

Он взаимодействует с активаторными и репрессорными белками, которые модулируют скорость инициации транскрипции в широком динамическом диапазоне. Эти белки, которые играют более важную роль у эукариот, чем у прокариот, называются факторами транскрипции , или транс-действующими элементами. Экспрессия гена контролируется главным образом на уровне транскрипции, как будет подробно описано в главе 31.

Фундаментальной реакцией синтеза РНК является образование фосфодиэфирной связи. 3′-гидроксильная группа последнего нуклеотида в цепи нуклеофильно атакует α-фосфатную группу поступающего нуклеозидтрифосфата с сопутствующим высвобождением пирофосфата (см.). Эта реакция является термодинамически благоприятной, и последующее разложение пирофосфата до ортофосфата блокирует реакцию в направлении синтеза РНК.

Химия синтеза РНК идентична для всех форм РНК, включая информационную РНК, транспортную РНК и рибосомную РНК. Вышеперечисленные основные шаги также применимы ко всем формам. Их синтетические процессы различаются в основном регуляцией, посттранскрипционным процессингом и специфической полимеразой, которая участвует.

Рисунок

Синтез

РНК — ключевой этап в выражении генетической информации. Для эукариотических клеток начальный транскрипт РНК (предшественник мРНК) часто сплайсируется, удаляя интроны, не кодирующие последовательности белка.Часто одна и та же пре-мРНК сплайсируется по-разному. вместе аминокислот в правильной последовательности. Каждое животное несет в клетках своего тела, в молекулах ДНК, закодированную информацию для создания своих собственных специфических белков. Геном, или общий запас инструкций по синтезу метаболитов, определяет образцы белков, которые должны быть произведены, и в конечном итоге определяет форму каждого вида и унаследованную конституцию человека внутри вида.

Ферменты, по-видимому, синтезируются не по отдельности, а как часть последовательности ферментов, необходимых для последовательных стадий метаболического пути. Ряд структурных генов определяет молекулярный состав ферментов. Из этих генов молекулы матричной РНК (рибонуклеиновой кислоты) переносят записанный список инструкций в цитоплазму клетки, где рибосомы ретикулума с шероховатой поверхностью, с помощью транспортной РНК собирают отдельные аминокислоты в необходимую молекулу фермента.

Очевидно, что координация и контроль синтеза ферментов важны для правильного функционирования клетки, и в данный момент большинство возможностей, присущих геному, должны быть неактивными или подавленными. Наши нынешние представления о контроле основаны на работе Jacob и Monod (1961) по синтезу бактериальных ферментов. Эти ученые были первыми, кто предположил, что генетический регуляторный механизм, который они постулировали применительно к бактериям, может применяться в целом к ​​клеткам высших животных.Поэтому интересно рассмотреть, как их гипотеза может пролить свет на механизмы синтеза и контроля ферментов у млекопитающих. Вкратце, они предположили, что скорость синтеза ферментов находится под контролем регуляторных и операторных генов, при этом репрессорная молекула в цитоплазме клетки действует как связующее звено между ними. Существуют две основные системы управления: индуцируемая система и воспроизводимая система. В индуцибельной системе репрессорная молекула синтезируется в соответствии с закодированными инструкциями регуляторного гена, и в своей активной форме она предотвращает образование специфических белков.Чтобы обеспечить образование этих белков, когда они необходимы, репрессор инактивируется путем комбинации с индуктором. В результате ген-оператор может включиться, запустив транскрипцию ряда генов, которые кодируют отдельные ферменты или группы связанных ферментов, участвующих в одном метаболическом пути. Активное состояние репрессорной молекулы можно визуализировать как отрицательный контроль синтеза фермента или ингибирование индукции фермента.

Рис. 1. Ферментативная индукция.

Это обычный процесс для последовательностей катаболических ферментов. В качестве теоретического примера можно рассматривать тирозин как индуцирующий субстрат для ряда ферментов, необходимых для преобразования его в норадреналин. Повышение концентрации тирозина вызывает повышение концентрации ферментов для его преобразования. Когда весь доступный тирозин преобразуется, молекулы-репрессоры могут снова присоединиться к гену-оператору и ингибировать синтез фермента.

С другой стороны, в репрессируемой ферментной системе репрессорная молекула считается активной только в сочетании с корепрессором, и именно отсутствие корепрессора инициирует синтез нового фермента в процессе, известном как дерепрессия.

Рис. 2. Ферментативная репрессия.

Это обычная система для анаболических ферментов, используемых в синтезе метаболитов. Корепрессоры обычно являются конечными продуктами ферментной последовательности. Чтобы проиллюстрировать эту систему, можно рассмотреть синтез тирозина, одной из многих аминокислот в инсулине. Если в синтезирующей клетке имеется достаточное количество тирозина, то ферменты для его синтеза не нужны, и гены, кодирующие его синтез, репрессируются активным комплексом репрессор / тирозин.Если тирозин отсутствует, репрессор без помощи корепрессора становится неактивным и позволяет транскрипцию генов, кодирующих ферменты, необходимые для синтеза тирозина.

Как индукция фермента, так и дерепрессия связаны с новым синтезом белка, и оба они ингибируются лекарствами, которые блокируют синтез белка, такими как актиномицин D. Напротив, такие лекарственные средства не влияют на активацию предварительно сформированного фермента.

Как индукция, так и репрессия ферментов обычно высокоспецифичны.Индукторы обычно представляют собой специфические субстраты для ферментативного действия или их аналоги. Репрессоры обычно являются продуктами ферментативного действия или их аналогами. Подавление фермента означает подавление его синтеза, а не его активности. С другой стороны, подавление обратной связи означает подавление активности первого фермента в серии конечным продуктом биосинтетической цепи, которую он инициирует.

Изменение генетического кода синтеза фермента в результате генетической мутации может изменить структуру этого фермента таким образом, чтобы вызвать частичную или полную потерю активности.Если возникший в результате дефект не является летальным, он передается последующим поколениям, вызывая наследственный метаболический дефект. Возможно, именно таким образом приматы изначально утратили способность синтезировать витамин С и, следовательно, оказались в невыгодном положении при длительном отделении от источника этого витамина. Морские свинки даже более восприимчивы к недостатку витамина С, чем приматы, и у них развивается цинга примерно через три недели, если они не получают аскорбиновую кислоту, просто потому, что они не могут синтезировать последний фермент метаболического пути синтеза аскорбата.Однако, если исследовать достаточно большую популяцию морских свинок, будет обнаружено, что большинство членов полностью зависят от внешних источников снабжения витамином С, другие гораздо менее зависимы, и может быть один или два полностью независимых. Вопрос о том, являются ли аберрантные морские свинки выжившими из исходного стада, обладающими геном правильного синтеза ферментов, или же они разработали мутантный ген, который наделяет их и их потомство способностью завершать метаболический путь. приводя к синтезу аскорбата.Весьма вероятно, что такие различия в способности синтезировать ферменты встречаются и в человеческих популяциях. Если мы вернемся к долгим путешествиям в прошлом, мы можем вспомнить, что большие парусные корабли были возвращены домой выжившими после эпидемии цинги, в которой их товарищи погибли или стали полностью недееспособными. Возможно ли, что некоторые из этих людей смогли синтезировать недостающий фермент?

Синтез белка

Примечание : Теперь мы знаем, что, хотя транскрибируется 80% генома человека, только 1% кодирует белки.Если да, то что делает остальная транскрибированная РНК? Мы знаем, что, хотя каждая клетка содержит полную копию ДНК человека, одни и те же последовательности ДНК не экспрессируются в каждой клетке. Клетки сердца отличаются от клеток печени, которые отличаются от клеток мозга и клеток почек. Мы считаем, что РНК участвует в регуляции экспрессии ДНК. Если РНК определяет, какие последовательности ДНК экспрессируются, и устанавливает время и продолжительность экспрессии гена, это может помочь объяснить, почему каждый вид клетки выполняет определенную работу, несмотря на то, что все они содержат полную последовательность ДНК.Исследования стволовых клеток, которые способны дифференцироваться в любые клетки организма, открывают большие перспективы для будущего лечения различных генетических заболеваний, включая рак.

неполярный

полярный

базовый

кислая

(стоп-кодон)

3. От аминокислоты к белку : после того, как каждая новая аминокислота выходит с конвейера, она присоединяется к концу растущей пептидной цепи.Помните, что хотя базовая единица каждой аминокислоты идентична, присоединенная группа R придает каждой аминокислоте уникальные физические свойства. Хороший способ представить это — представить цепочку, состоящую из бусинок разных типов.

Вот анимация, которая показывает, как работает весь процесс.

Трехмерная структура : Представьте, что каждая цепочка аминокислот, пептид, подобна длинной нити. «Первичная структура» белка — это состав самих нитей.«Вторичная структура» белка — это способ, которым эти пряди сплетаются вместе, когда пряди волос сплетаются вместе в косу или когда волокна переплетаются в лист ткани. «Третичная структура» белка — это способ, которым эти заплетенные нити скручиваются и складываются, образуя сложную трехмерную структуру. Например, подумайте, как из пряжи связать шапку, носок или варежку; каждый имеет уникальную трехмерную форму.

---

Мутация : Теперь, когда вы понимаете, как читать ДНК, давайте подумаем о том, что происходит, когда происходит мутация.Мутация — это изменение ДНК. Изменения могут произойти при возникновении ошибки копирования или при повреждении ДНК радиацией или химическими токсинами. Когда происходят изменения, это обычно плохо, но, в зависимости от типа изменения, оно может быть незначительным или очень серьезным. Вот некоторые возможности: Одна буква в последовательности ДНК может быть заменена на . Буква (или последовательность букв) может быть вставлена ​​ или удалена . Последовательность букв может быть перевернутой (вырезана, перевернута и вставлена ​​заново).Последовательность букв может быть дублирована один или несколько раз. Представьте, что вместо Cs, G, As и Ts ДНК мы используем предложение, в котором каждое слово является кодоном. Вот как это предложение может выглядеть после каждого вида мутации:

Оригинал : Быстрая коричневая лисица перепрыгнула через ленивую собаку.

Замена : Быстрый коричневый fo g перепрыгнул через ленивую собаку. (Буква x превратилась в g. Предложение осталось понятным, но значение немного изменилось.Это также иногда называют «точечной мутацией», потому что она затрагивает только одну точку в последовательности ДНК.)

Вставка : Быстрая коричневая лисица гюмпе голубь элаз идог. (Одна буква g , вставленная после x, сдвигает буквы вправо, изменяя разрывы между кодонами слов и делая все после вставки бессмысленным. Однако мы случайно создали слово «голубь», которое было непреднамеренно, но имеет значение . Может это полезная мутация?

Удаление : Быстрый коричневый foj umpedo vert hel azyd og.(После удаления одной буквы x каждая буква сдвигается на одну позицию влево. Предложение имеет смысл до момента мутации, но затем становится зашифрованным.)

Удаление нескольких букв : Быстрая лиса перепрыгнула через ленивую собаку. (Если удаляется весь кодон, сдвига влево или вправо не происходит. Предложение остается понятным, но значение может измениться. Однако если удаление не происходит точно в месте разрыва кодона, это будет больше похоже на предыдущие два примера.)

Inversion : Быстрый muj xof nworb ped поверх ленивого пса. (Перевернутая часть не имеет смысла, но остальные слова остаются без изменений.)

Дублирование : Быстрая коричневая лиса, коричневая лисица, коричневая лисица перепрыгнула через ленивую собаку. (Дублирование brown fox делает предложение немного сложнее для понимания, но, поскольку были дублированы полные кодоны, оно остается понятным. Если дублирование произошло между кодонами, это могло бы быть гораздо большим беспорядком.)

Транслокация : фрагмент ДНК вырезан из одной хромосомы и вставлен в другую.

6.4: Синтез белков — Биология LibreTexts

Транскрипция

Транскрипция — это первая часть центральной догмы молекулярной биологии: ДНК → РНК . Это передача генетических инструкций ДНК на мРНК. Транскрипция происходит в ядре клетки. Во время транскрипции создается цепь мРНК, которая комплементарна цепи ДНК, называемой геном.Ген можно легко идентифицировать по последовательности ДНК. Ген содержит три основных участка: промотор, кодирующую последовательность (рамку считывания) и терминатор. Есть и другие части гена, которые показаны на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): основные компоненты гена. 1. промотор, 2. инициация транскрипции, 3. 5′-передняя нетранслируемая область, 4. сайт стартового кодона трансляции, 5. кодирующая белок последовательность, 6. область стоп-кодона трансляции, 7. 3′-нижняя нетранслируемая область и 8.терминатор.

Шаги транскрипции

Транскрипция происходит в три этапа, называемых инициацией, удлинением и прекращением. Шаги показаны на рисунке \ (\ PageIndex {4} \).

1. Инициация — это начало транскрипции. Это происходит, когда фермент РНК-полимераза связывается с участком гена, который называется промотором . Это дает сигнал ДНК раскручиваться, чтобы фермент мог «прочитать» основания в одной из цепей ДНК. Фермент готов к созданию цепи мРНК с комплементарной последовательностью оснований.Промотор не является частью образующейся мРНК
2. Элонгация — это добавление нуклеотидов к цепи мРНК.
3. Окончание — это окончание транскрипции. Когда РНК-полимераза транскрибирует терминатор, он отделяется от ДНК. После этого шага цепь мРНК завершена. Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Транскрипция происходит в три этапа — инициация, удлинение и завершение

Обработка мРНК

У эукариот новая мРНК еще не готова к трансляции.На этом этапе она называется пре-мРНК, и она должна пройти дополнительную обработку, прежде чем покинет ядро ​​в виде зрелой мРНК. Обработка может включать добавление 5 ‘крышки, сращивание, редактирование и 3’ хвоста полиаденилирования (поли-А). Эти процессы по-разному модифицируют мРНК. Такие модификации позволяют использовать один ген для производства более чем одного белка. См. Рисунок \ (\ PageIndex {5} \), как вы читаете ниже:

• 5′-кэп защищает мРНК в цитоплазме и помогает прикреплять мРНК к рибосоме для трансляции.
• Сплайсинг удаляет интроны из кодирующей белок последовательности мРНК. Интроны — это области, которые не кодируют белок. Оставшаяся мРНК состоит только из областей, называемых экзонов , которые кодируют белок.
• Редактирование изменяет некоторые нуклеотиды в мРНК. Например, человеческий белок APOB, который помогает транспортировать липиды в крови, имеет две разные формы из-за редактирования. Одна форма меньше другой, потому что редактирование добавляет более ранний стоп-сигнал в мРНК.
• Полиаденилирование добавляет «хвост» к мРНК. Хвост состоит из цепочки As (адениновых оснований). Он сигнализирует об окончании мРНК. Он также участвует в экспорте мРНК из ядра и защищает мРНК от ферментов, которые могут ее разрушить.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Сплайсинг удаляет интроны из мРНК. Зрелая мРНК транслируется в белок.

Перевод

Перевод — это вторая часть центральной догмы молекулярной биологии: РНК -> Белок .Это процесс, в котором генетический код в мРНК считывается для создания белка. Перевод показан на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). После того, как мРНК покидает ядро, она перемещается на рибосому, которая состоит из рРНК и белков. Трансляция происходит на рибосомах, плавающих в цитозоле, или на рибосомах, прикрепленных к грубому эндоплазматическому ретикулуму. Рибосома считывает последовательность кодонов в мРНК, а молекулы тРНК доставляют аминокислоты к рибосоме в правильной последовательности.

Чтобы понять роль тРНК, вам нужно больше узнать о ее структуре.Каждая молекула тРНК имеет антикодон для содержащейся в ней аминокислоты. Антикодон комплементарен кодону аминокислоты. Например, аминокислота лизин имеет кодон AAG, поэтому антикодон — UUC. Следовательно, лизин будет переноситься молекулой тРНК с антикодоном UUC. Где бы ни появлялся кодон AAG в мРНК, временно связывается антикодон UUC тРНК. Связываясь с мРНК, тРНК отдает свою аминокислоту. С помощью рРНК между аминокислотами образуются связи по мере того, как они по одной доставляются к рибосоме, образуя полипептидную цепь.Цепочка аминокислот продолжает расти, пока не будет достигнут стоп-кодон.

Рибосомы, которые только что состоят из рРНК (рибосомальной РНК) и белка, были классифицированы как рибозимы, потому что рРНК обладает ферментативной активностью. РРНК важна для активности пептидилтрансферазы, связывающей аминокислоты. Рибосомы состоят из двух субъединиц — рРНК и белка. Большая субъединица имеет три активных сайта, называемых сайтами E, P и A. Эти сайты важны для каталитической активности рибосом.

Так же, как и синтез мРНК, синтез белка можно разделить на три фазы: инициация, удлинение и завершение.Помимо матрицы мРНК, в процесс трансляции вносят вклад многие другие молекулы, такие как рибосомы, тРНК и различные ферментативные факторы

Инициирование трансляции: Маленькая субъединица связывается с сайтом выше (на 5′-стороне) начала мРНК. Он продолжает сканировать мРНК в направлении 5 ‘-> 3’, пока не встретит кодон START (AUG). Прикрепляется большая субъединица, и тРНК инициатора, несущая метионин (Met), связывается с сайтом P на рибосоме.

Удлинение трансляции: Рибосома сдвигает один кодон за раз, катализируя каждый процесс, который происходит в трех сайтах. На каждом этапе заряженная тРНК входит в комплекс, полипептид становится на одну аминокислоту длиннее, а незаряженная тРНК уходит. Энергия каждой связи между аминокислотами происходит от GTP, молекулы, подобной АТФ. Вкратце, рибосомы взаимодействуют с другими молекулами РНК, образуя цепочки аминокислот, называемые полипептидными цепями, из-за пептидной связи, которая образуется между отдельными аминокислотами.Внутри рибосомы в процессе трансляции участвуют три сайта: A, P и E. Удивительно, но аппарату трансляции E. coli требуется всего 0,05 секунды для добавления каждой аминокислоты, а это означает, что полипептид из 200 аминокислот может быть транслирован всего за 10 секунд.