Теория. Биологические процессы в клетках и их органоидах

Задание № 6 ЕГЭ по биологии содержит вопросы, связанные с различными процессами, происходящими внутри клеток или их частей. Мы уже рассмотрели основные понятия, которые пригодятся вам для выполнения данного задания ЕГЭ.

Сегодня повторим процессы, которые охватывают основные разделы цитологии, молекулярной биологии и общей биологии, и помогут вам успешно выполнить задание.

Фотосинтез

Фотосинтез — это фундаментальный процесс, благодаря которому растения, водоросли и цианобактерии преобразуют энергию света в химическую энергию. Он лежит в основе существования почти всей жизни на Земле, так как является источником органических веществ и кислорода.

Фотосинтез происходит в клетках растений и водорослей — в хлоропластах, которые содержат зеленый пигмент хлорофилл, способный поглощать свет. Основные структуры: граны (система тилакоидов) и строма (поддерживающая структура в органах, состоящая из соединительной ткани).

Фотосинтез происходит в две фазы: световую и темновую. Световая фаза происходит в тилакоидах и имеет следующие особенности:

• требует солнечного света;
• выделяются АТФ и NADPH (НАДФН), а также кислород как побочный продукт;
• происходит фотолиз воды: $2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e^- + O_2 \uparrow$;
• хлорофилл поглощает фотоны → возбуждает электроны;
• электроны идут по цепи переноса, создавая АТФ (фотофосфорилирование) и восстанавливая NADP⁺ (НАДФ) до NADPH (НАДФН).

Темновая фаза (цикл Кальвина) происходит в строме хлоропласта и имеет следующие особенности:

• не требует присутствия света, но использует продукты световой фазы АТФ и НАДФН;
• промежуточный продукт — триозофосфат, из которого образуется глюкоза;
• в ходе этапа углекислый газ (CO₂) фиксируется ферментом РуБисКО и превращается в органические соединения, главным образом — в глюкозу.

{"questions":[{"content":"[[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Световая фаза","Темновая фаза"],"items":[["тилакоиды","нужен свет","выделяется кислород","образуются АТФ и НАДФН"],["строма","нужны АТФ и НАДФН","образуется глюкоза"]]}}}]}

Синтез и модификация веществ внутри клетки

Клетка — это не только структурная, но и функциональная единица жизни. Внутри нее различные органоиды выполняют специализированные задачи по синтезу, модификации, упаковке и транспорту веществ. Особенно важны органоиды, участвующие в синтезе белков, липидов, углеводов и их дальнейшей обработке и распределении.

{"questions":[{"content":"[[matcher-1]]","widgets":{"matcher-1":{"type":"matcher","labels":["Шероховатая ЭПС","Гадкая ЭПС","Митохондрии","Лизосомы"],"items":["синтез белков","синтез жиров и углеводов","синтез АТФ","расщепление веществ"]}}}]}

Клеточное дыхание

Клеточное дыхание — это процесс, в ходе которого клетка расщепляет органические вещества (чаще всего глюкозу) с целью получения энергии в виде молекул АТФ. Этот многоэтапный процесс проходит в митохондриях и цитоплазме и включает три основные стадии: гликолиз, цикл Кребса и окислительное фосфорилирование.

1. Гликолиз — анаэробный (не требующий кислорода) процесс, который происходит в цитоплазме клетки. В ходе гликолиза одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). При этом образуются 2 молекулы NADH и 2 молекулы АТФ (чистый выход).
2. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот) протекает в матриксе митохондрий и начинается с превращения ПВК в ацетил-КоА. Ацетил-КоА вступает в цикл, где последовательно окисляется. В итоге выделяется $CO_2$ (два атома углерода на цикл), образуется 1 АТФ и синтезируются высокоэнергетические соединения: NADH (НАДН) и FADH₂ (ФАДН₂). Для одной молекулы глюкозы цикл Кребса проходит два раза (по одной на каждую молекулу ПВК).
3. Окислительное фосфорилирование — этап происходит на внутренней мембране митохондрий. В ходе процесса происходит перенос электронов от NADH и FADH₂ через белки дыхательной цепи и перемещение протонов через мембрану. Далее осуществляется возврат протонов через АТФ-синтазу, что приводит к синтезу примерно 34 молекул АТФ. В конце электроны и протоны соединяются с кислородом, образуя воду ($H_2O$).

{"questions":[{"content":"[[grouper-1]]","widgets":{"grouper-1":{"type":"grouper","labels":["Гликолиз","Цикл Кребса","Окислительное фосфорилирование"],"items":[["не нужен кислород","происходит в цитоплазме","одна молекула глюкозы расщепляется на две молекулы пировиноградной кислоты"],["происходит в матриксе митохондрий","расщепляются молекулы пировиноградной кислоты","выделяются НАДН и ФАДН2"],["происходит на внутренней мембране митохондрий","происходит перенос электронов и перемещение протонов","выделяются 34 молекулы АТФ и вода"]]}}}]}

Синтез белка

Синтез белка — это многоступенчатый процесс создания полипептидной цепи на основе информации, закодированной в молекуле ДНК. Он состоит из двух основных этапов: транскрипции и трансляции.

На первом этапе, транскрипции, информация с гена на ДНК переписывается на информационную РНК (иРНК):

• фермент РНК-полимераза связывается с ДНК и синтезирует иРНК-комплементарную цепочку;
• в иРНК вместо тимина используется урацил;
• после синтеза иРНК выходит из ядра в цитоплазму.

На втором этапе, трансляции, информация с иРНК используется для сборки белка:

• рибосома присоединяется к иРНК и начинает считывать кодоны (триплеты нуклеотидов);
• тРНК доставляет аминокислоты, соответствующие каждому кодону;
• аминокислоты соединяются в цепочку пептидными связями;
• когда рибосома доходит до стоп-кодона, синтез завершается.

{"questions":[{"content":"Процесс, при котором фермент РНК-полимераза связывается с ДНК и синтезирует иРНК-комплементарную цепочку, которая затем выходит из ядра в цитоплазму, называется [[fill_choice_big-1]].","widgets":{"fill_choice_big-1":{"type":"fill_choice_big","options":["трансляцией","транскрипцией"],"answer":1}}}]}

Транспорт веществ через мембрану

Клеточная мембрана играет ключевую роль в регуляции обмена веществ между клеткой и внешней средой. Она полупроницаема, то есть избирательно пропускает определенные молекулы. Все способы транспорта делятся на пассивный и активный.

Пассивный транспорт не требует затрат энергии и происходит в направлении градиента концентрации (из области с высокой концентрацией в область с низкой).

Активный транспорт требует затрат АТФ и осуществляется против градиента концентрации (от меньшего к большему):

{"questions":[{"content":"Процесс, который не требует затрат энергии и происходит в направлении градиента концентрации (из области с высокой концентрацией в область с низкой), называется [[fill_choice_big-1]] транспортом.","widgets":{"fill_choice_big-1":{"type":"fill_choice_big","options":["пассивным","активным"],"answer":0}}}]}

Практические советы для ЕГЭ

Несколько советов, чтобы успешно выполнять задание № 6 ЕГЭ по биологии (установление соответствия между процессами, структурами и их функциями):

• внимательно читайте задание: часто ошибки связаны не с незнанием, а с тем, что нечетко понято условие. Обратите внимание, что именно нужно сопоставить: процесс → продукт, органоид → функция, структура → характеристика;
• вспоминайте ключевые признаки темы: подумайте, где происходит процесс, что в нем используется и что получается, и какова роль у структуры/органоида. Например, если видите «рибосома«, сразу вспоминайте ключевые процессы и особенности: трансляция, синтез белка, отсутствие мембраны;
• отмечайте слова-подсказки: «по градиенту концентрации» → пассивный транспорт, «кроссинговер» → только мейоз, «хлоропласты» → фотосинтез и др.;
• часто первые очевидные варианты — ловушка. Прочитайте все утверждения, а потом начинайте с самых легких (то, в чем уверены), исключая неподходящие.

Часто задаваемые вопросы