Въпрос 1. Какви процеси се изследват от учените на молекулярно ниво?
На молекулярно ниво се изучават най-важните процеси от живота на организма: неговия растеж и развитие, метаболизъм и преобразуване на енергията, съхранение и предаване на наследствена информация, променливост. Елементарна единица на молекулярно ниво е ген - фрагмент от молекула на нуклеинова киселина, в който е записано качествено и количествено определено количество биологична информация.
Въпрос 2. Какви елементи преобладават в състава на живите организми?
В състава на живия организъм има повече от 70-80 химични елемента, но преобладават въглеродът, кислородът, водородът, азотът и фосфорът.
Въпрос 3. Защо молекулите на протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати и липиди се считат за биополимери само в клетка?
Молекулите на протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати и липиди са полимери, тъй като се състоят от повтарящи се мономери. Но само в жива система (клетка, организъм) тези вещества проявяват своето биологична същност, притежаващи редица специфични свойства и изпълняващи много важни функции. Следователно в живите системи такива вещества се наричат биополимери. Извън живата система тези вещества губят своите биологични свойства и не са биополимери.
Въпрос 4. Какво се разбира под универсалността на биополимерните молекули?
Независимо от нивото на сложност и функциите, изпълнявани в клетката, всички биополимери имат следните характеристики:
в техните молекули има малко дълги разклонения, но много къси;
полимерните вериги са здрави и не се разпадат спонтанно;
са способни да носят различни функционални групи и молекулни фрагменти, които осигуряват биохимична функционална активност, т.е. способността да извършват биохимичните реакции и трансформации, необходими за клетката в средата на вътреклетъчния разтвор;
имат достатъчна гъвкавост, за да образуват много сложни пространствени структури, необходими за изпълнението на биохимични функции, т.е. за работата на протеини като молекулни машини, нуклеинови киселини като програмиращи молекули и т.н.;
S-N връзкии C-C биополимери, въпреки силата си, са същевременно акумулатори на електронна енергия.
Основното свойство на биополимерите е линейността на полимерните вериги, тъй като само линейни структури лесно се кодират и „сглобяват“ от мономери. Освен това, ако полимерната нишка има гъвкавост, тогава е доста лесно да се формира желаната пространствена структура от нея и след като изградената по този начин молекулярна машина се амортизира, счупи, лесно е да я разглобите на съставните й елементи, за да да ги използвате отново. Комбинацията от тези свойства съществува само в полимери на въглеродна основа. Всички биополимери в живите системи са способни да изпълняват определени свойства и да изпълняват много важни функции. Свойствата на биополимерите зависят от броя, състава и разположението на съставните им мономери. Възможността за промяна на състава и последователността на мономерите в полимерната структура позволява съществуването на огромно разнообразие от биополимерни варианти, независимо от вида на организма. Във всички живи организми биополимерите са изградени по единен план.
Текуща страница: 2 (общата книга има 16 страници) [наличен откъс за четене: 11 страници]
БиологияНауката за живота е една от най-старите науки. Хората са трупали знания за живите организми в продължение на хиляди години. С натрупването на знания биологията се обособява в самостоятелни науки (ботаника, зоология, микробиология, генетика и др.). Все повече нараства значението на граничните дисциплини, свързващи биологията с други науки - физика, химия, математика и др.. В резултат на интеграцията възникват биофизика, биохимия, космическа биология и др.
В момента биологията е комплексна наука, формирана в резултат на диференциация и интеграция на различни дисциплини.
В биологията се използват различни методи на изследване: наблюдение, експеримент, сравнение и др.
Биологията изучава живите организми. Те са отворени биологични системикоито получават енергия и хранителни вещества от околната среда. Живите организми реагират на външни въздействия, съдържат цялата информация, която им е необходима за развитие и размножаване, и са адаптирани към определена среда.
Всички живи системи, независимо от нивото на организация, имат общи черти, а самите системи са в непрекъснато взаимодействие. Учените разграничават следните нива на организация на живата природа: молекулярно, клетъчно, организмово, популационно-видово, екосистемно и биосферно.
Глава 1
Молекулярното ниво може да се нарече първоначалното, най-дълбокото ниво на организация на живите. Всеки жив организъм се състои от молекули на органични вещества - протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини (липиди), наречени биологични молекули. Биолозите изучават ролята на тези важни биологични съединения в растежа и развитието на организмите, съхранението и предаването на наследствена информация, метаболизма и преобразуването на енергия в живите клетки и други процеси.
В тази глава ще научите
Какво представляват биополимерите;
Каква е структурата на биомолекулите;
Какви функции изпълняват биомолекулите;
Какво представляват вирусите и какви са техните характеристики.
§ 4. Молекулярно ниво: обща характеристика
1. Какво е химичен елемент?
2. Какво се нарича атом и молекула?
3. Какво органична материязнаеш ли?
Всяка жива система, колкото и сложна да е организирана, се проявява на нивото на функциониране на биологични макромолекули.
Изучавайки живите организми, вие научихте, че те са изградени от същите химични елементи като неживите. Понастоящем са известни повече от 100 елемента, повечето от които се намират в живите организми. Най-често срещаните елементи в живата природа включват въглерод, кислород, водород и азот. Именно тези елементи образуват молекулите (съединенията) на т.нар органична материя.
основата на всички органични съединенияслужи като въглерод. Той може да влиза във връзки с много атоми и техните групи, образувайки вериги, различни по отношение химичен състав, структура, дължина и форма. Молекулите се образуват от групи атоми, а от последните - по-сложни молекули, които се различават по структура и функция. Тези органични съединения, които са част от клетките на живите организми, се наричат биологични полимериили биополимери.
Полимер(от гръцки. полис- многобройни) - верига, състояща се от множество връзки - мономери, всяка от които е относително проста. Една полимерна молекула може да се състои от много хиляди взаимосвързани мономери, които могат да бъдат еднакви или различни (фиг. 4).
Ориз. 4. Схема на структурата на мономерите и полимерите
Свойствата на биополимерите зависят от структурата на техните молекули: от броя и разнообразието на мономерните единици, които образуват полимера. Всички те са универсални, тъй като са изградени по един и същи план във всички живи организми, независимо от вида.
Всеки вид биополимер има специфична структура и функция. Да, молекулите протеиниса основните структурни елементи на клетките и регулират протичащите в тях процеси. Нуклеинова киселинаучастват в преноса на генетична (наследствена) информация от клетка на клетка, от организъм на организъм. Въглехидратии мазниниса най-важните източници на енергия, необходима за живота на организмите.
Именно на молекулярно ниво се извършва трансформацията на всички видове енергия и метаболизъм в клетката. Механизмите на тези процеси също са универсални за всички живи организми.
В същото време се оказа, че разнообразните свойства на биополимерите, които са част от всички организми, се дължат на различни комбинации от само няколко вида мономери, които образуват много варианти на дълги полимерни вериги. Този принцип е в основата на многообразието на живота на нашата планета.
Специфичните свойства на биополимерите се проявяват само в жива клетка. Изолирани от клетките, биополимерните молекули губят своята биологична същност и се характеризират само с физикохимичните свойства на класа съединения, към който принадлежат.
Само чрез изучаване на молекулярно ниво може да се разбере как протичат процесите на произход и еволюция на живота на нашата планета, какви са молекулярните основи на наследствеността и метаболитните процеси в живия организъм.
Непрекъснатостта между молекулярното и следващото клетъчно ниво се осигурява от факта, че биологичните молекули са материалът, от който се образуват надмолекулни - клетъчни - структури.
Органични вещества: протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, мазнини (липиди). Биополимери. Мономери
Въпроси
1. Какви процеси изучават учените на молекулярно ниво?
2. Какви елементи преобладават в състава на живите организми?
3. Защо молекулите на протеините, нуклеиновите киселини, въглехидратите и липидите се считат за биополимери само в клетката?
4. Какво се разбира под универсалността на биополимерните молекули?
5. Как се постига разнообразието от свойства на биополимерите, които са част от живите организми?
Задачи
Какви биологични модели могат да бъдат формулирани въз основа на анализа на текста на параграфа? Обсъдете ги с членовете на класа.
§ 5. Въглехидрати
1. Какви вещества, свързани с въглехидратите, познавате?
2. Каква роля играят въглехидратите в живия организъм?
3. В резултат на какъв процес се образуват въглехидрати в клетките на зелените растения?
Въглехидрати, или захариди, е една от основните групи органични съединения. Те са част от клетките на всички живи организми.
Въглехидратите са съставени от въглерод, водород и кислород. Те са получили името "въглехидрати", защото повечето от тях имат същото съотношение на водород и кислород в молекулата, както във водната молекула. Общата формула за въглехидратите е C n (H 2 0) m.
Всички въглехидрати са разделени на прости, или монозахариди, и сложни, или полизахариди(фиг. 5). От монозахаридите най-висока стойностза живи организми рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Ориз. 5. Строежът на молекулите на простите и сложните въглехидрати
ди-и полизахаридиобразувани чрез комбиниране на две или повече монозахаридни молекули. Така, захароза(тръстикова захар), малтоза(малцова захар) лактоза(млечна захар) - дизахаридиобразувани от сливането на две монозахаридни молекули. Дизахаридите са сходни по свойства с монозахаридите. Например, и двете hornyu са разтворими във вода и имат сладък вкус.
Полизахаридите са съставени от Голям броймонозахариди. Те включват нишесте, гликоген, целулоза, хитини други (фиг. 6). С увеличаване на количеството на мономерите, разтворимостта на полизахаридите намалява и сладкият вкус изчезва.
Основната функция на въглехидратите е енергия. По време на разграждането и окисляването на въглехидратните молекули се освобождава енергия (с разграждането на 1 g въглехидрати - 17,6 kJ), което осигурява жизнената дейност на тялото. При излишък от въглехидрати те се натрупват в клетката като резервни вещества (нишесте, гликоген) и, ако е необходимо, се използват от тялото като източник на енергия. Повишено разграждане на въглехидратите в клетките може да се наблюдава например при покълване на семена, интензивна мускулна работа и продължително гладуване.
Въглехидратите се използват и като строителен материал. Следователно целулозата е важен структурен компонент на клетъчните стени на много едноклетъчни организми, гъби и растения. Поради специалната си структура целулозата е неразтворима във вода и има висока якост. Средно 20-40% от материала на растителните клетъчни стени е целулоза, а памучните влакна са почти чиста целулоза, поради което се използват за направата на тъкани.
Ориз. 6. Схема на структурата на полизахаридите
Хитинът е част от клетъчните стени на някои протозои и гъби; намира се и в определени групи животни, като членестоноги, като важен компонент на външния им скелет.
Известни са и сложни полизахариди, състоящи се от два вида прости захари, които се редуват редовно в дълги вериги. Такива полизахариди изпълняват структурни функции в поддържащите тъкани на животните. Те са част от междуклетъчното вещество на кожата, сухожилията, хрущялите, като им придават здравина и еластичност.
Някои полизахариди са част от клетъчните мембрани и служат като рецептори, като гарантират, че клетките се разпознават една друга и тяхното взаимодействие.
Въглехидрати или захариди. Монозахариди. дизахариди. полизахариди. Рибоза. Дезоксирибоза. Глюкоза. Фруктоза. галактоза. захароза. Малтоза. лактоза. нишесте. Гликоген. Хитин
Въпроси
1. Какъв е съставът и структурата на въглехидратните молекули?
2. Какви въглехидрати се наричат моно-, ди- и полизахариди?
3. Какви функции изпълняват въглехидратите в живите организми?
Задачи
Анализирайте фигура 6 "Схема на структурата на полизахаридите" и текста на параграфа. Какви предположения можете да направите въз основа на сравнение на структурните характеристики на молекулите и функциите, изпълнявани от нишестето, гликогена и целулозата в живия организъм? Обсъдете този въпрос със съучениците си.
§ 6. Липиди
1. Какви мастноподобни вещества познавате?
2. Кои храни са с високо съдържание на мазнини?
3. Каква е ролята на мазнините в организма?
Липиди(от гръцки. липос- мазнини) - обширна група мастноподобни вещества, които са неразтворими във вода. Повечето липиди се състоят от мастни киселини с високо молекулно тегло и тривалентен алкохол глицерол (фиг. 7).
Липидите присъстват във всички клетки без изключение, изпълнявайки специфични биологични функции.
мазнини- най-простите и най-разпространените липиди - играят важна роля като източник на енергия. Когато се окислят, те осигуряват повече от два пъти повече енергия от въглехидратите (38,9 kJ за разграждането на 1 g мазнини).
Ориз. 7. Структурата на молекулата на триглицеридите
Мазнините са основна форма съхранение на липидив клетка. При гръбначните животни приблизително половината от енергията, консумирана от клетките в покой, идва от окисляването на мазнините. Мазнините могат да се използват и като източник на вода (при окисляване на 1 g мазнина се образува повече от 1 g вода). Това е особено ценно за арктически и пустинни животни, които живеят в условия на недостиг на свободна вода.
Поради ниската си топлопроводимост, липидите изпълняват защитни функции, т.е. служат за топлоизолация на организмите. Например, при много гръбначни животни подкожният мастен слой е добре изразен, което им позволява да живеят в студен климат, докато при китоподобните той играе и друга роля - допринася за плаваемостта.
Липидите изпълняват и градивна функция, тъй като тяхната неразтворимост във вода ги прави основни компоненти на клетъчните мембрани.
много хормони(напр. надбъбречната кора, гениталиите) са производни на липидите. Следователно липидите имат регулаторна функция.
Липиди. мазнини. Хормони. Липидни функции: енергийна, складова, защитна, строителна, регулаторна
Въпроси
1. Какви вещества са липидите?
2. Каква е структурата на повечето липиди?
3. Какви функции изпълняват липидите?
4. Кои клетки и тъкани са най-богати на липиди?
Задачи
След като анализирате текста на параграфа, обяснете защо много животни преди зимата и мигриращите риби преди хвърляне на хайвера са склонни да натрупват повече мазнини. Дайте примери за животни и растения, при които това явление е най-силно изразено. Излишните мазнини винаги ли са полезни за тялото? Обсъдете този проблем в клас.
§ 7. Състав и структура на белтъците
1. Каква е ролята на протеините в организма?
2. Кои храни са богати на протеини?
Сред органичните вещества катерици, или протеини, са най-многобройните, най-разнообразните и изключително важни биополимери. Те представляват 50–80% от сухата маса на клетката.
Протеиновите молекули са големи, поради което се наричат макромолекули. Освен въглерод, кислород, водород и азот, протеините могат да съдържат сяра, фосфор и желязо. Протеините се различават един от друг по брой (от сто до няколко хиляди), състав и последователност на мономерите. Протеиновите мономери са аминокиселини (фиг. 8).
Безкрайно разнообразие от протеини се създава от различни комбинации от само 20 аминокиселини. Всяка аминокиселина има свое име, специална структура и свойства. тях обща формуламоже да се представи в следната форма:
Молекулата на аминокиселината се състои от две части, идентични за всички аминокиселини, едната от които е аминогрупа (-NH 2) с основни свойства, другата е карбоксилна група (-COOH) с киселинни свойства. Частта от молекулата, наречена радикал (R), има различна структура за различните аминокиселини. Наличието на основни и киселинни групи в една аминокиселинна молекула определя тяхната висока реактивност. Чрез тези групи аминокиселините се комбинират, за да образуват протеин. В този случай се появява водна молекула и се образуват освободените електрони пептидна връзка. Ето защо протеините се наричат полипептиди.
Ориз. 8. Примери за структурата на аминокиселините - мономери на протеинови молекули
Протеиновите молекули могат да имат различни пространствени конфигурации - протеинови структури, като в структурата им има четири нива структурна организация(фиг. 9).
Последователността на аминокиселините в полипептидната верига е първична структуракатерица. Той е уникален за всеки протеин и определя неговата форма, свойства и функции.
Повечето протеини имат формата на спирала в резултат на образуването на водородни връзки между CO и NH групите на различни аминокиселинни остатъци на полипептидната верига. Водородните връзки са слаби, но в комбинация те осигуряват доста силна структура. Тази спирала е вторична структуракатерица.
Третична структура- триизмерно пространствено "опаковане" на полипептидната верига. В резултат на това възниква странна, но специфична конфигурация за всеки протеин - глобула. Силата на третичната структура се осигурява от различни връзки, които възникват между аминокиселинните радикали.
Ориз. 9. Схема на структурата на протеинова молекула: I, II, III, IV - първични, вторични, третични, кватернерни структури
Кватернерна структуране е характерно за всички протеини. Възниква в резултат на комбинирането на няколко макромолекули с третична структура в сложен комплекс. Например хемоглобинът на човешката кръв е комплекс от четири белтъчни макромолекули (фиг. 10).
Такава сложност на структурата на протеиновите молекули е свързана с различни функции, присъщи на тези биополимери.
Нарушаването на естествената структура на протеина се нарича денатурация(фиг. 11). Може да възникне под въздействието на температурата, химически вещества, лъчиста енергия и други фактори. При слабо въздействие се разпада само кватернерната структура, при по-силно - третичната, а след това и вторичната, а протеинът остава под формата на полипептидна верига.
Ориз. 10. Схема на структурата на молекулата на хемоглобина
Този процес е частично обратим: ако не се унищожи първична структура, тогава денатурираният протеин е в състояние да възстанови своята структура. От това следва, че всички структурни характеристики на протеиновата макромолекула се определят от нейната първична структура.
С изключение прости протеини, състоящ се само от аминокиселини, има и сложни протеини, което може да включва въглехидрати ( гликопротеини), мазнини ( липопротеини), нуклеинова киселина ( нуклеопротеини) и т.н.
Ролята на протеините в живота на клетките е огромна. Съвременната биология е показала, че сходството и различието на организмите в крайна сметка се определя от набор от протеини. Колкото по-близо са организмите един до друг в систематична позиция, толкова по-сходни са техните протеини.
Ориз. 11. Денатурация на протеини
Протеини или протеини. Прости и сложни протеини. Аминокиселини. Полипептид. Първична, вторична, третична и кватернерна структура на протеините
Въпроси
1. Какви вещества се наричат протеини или протеини?
2. Каква е първичната структура на протеина?
3. Как се образуват вторичните, третичните и кватернерните протеинови структури?
4. Какво е денатурация на протеини?
5. На какво основание белтъците се делят на прости и сложни?
Задачи
Знаете ли, че яйченият белтък се състои предимно от протеини. Помислете за промяната в структурата на протеина в сварено яйце. Дайте други известни примери, когато структурата на протеин може да се промени.
§ 8. Функции на протеините
1. Каква е функцията на въглехидратите?
2. Какви функции на протеините познавате?
Протеините изпълняват изключително важни и разнообразни функции. Това е възможно до голяма степен благодарение на разнообразието от форми и състав на самите протеини.
Една от най-важните функции на протеиновите молекули е строителство (пластмаса). Протеините са част от всички клетъчни мембрани и клетъчни органели. Предимно протеинът се състои от стените на кръвоносните съдове, хрущялите, сухожилията, косата и ноктите.
От голямо значение каталитичен, или ензимна, протеинова функция. Специалните протеини - ензими са способни да ускоряват биохимичните реакции в клетката десетки и стотици милиони пъти. Известни са около хиляда ензима. Всяка реакция се катализира от специфичен ензим. Ще научите повече за това по-долу.
двигателна функцияизпълняват специални контрактилни протеини. Благодарение на тях ресничките и флагелите се движат в протозоите, хромозомите се движат по време на клетъчното делене, мускулите се свиват в многоклетъчните организми и други видове движение в живите организми се подобряват.
Важно е транспортна функцияпротеини. И така, хемоглобинът пренася кислород от белите дробове до клетките на други тъкани и органи. В мускулите, в допълнение към хемоглобина, има друг газотранспортен протеин - миоглобин. Серумните протеини допринасят за транспортирането на липиди и мастни киселини, различни биологично активни вещества. Транспортните протеини във външната мембрана на клетките носят различни веществаот околната среда към цитоплазмата.
Специфичните протеини правят защитна функция . Те предпазват организма от нахлуване на чужди протеини и микроорганизми и от увреждане. По този начин антителата, произведени от лимфоцитите, блокират чужди протеини; фибринът и тромбинът предпазват тялото от загуба на кръв.
Регулаторна функцияприсъщи на протеините хормони. Те поддържат постоянни концентрации на вещества в кръвта и клетките, участват в растежа, размножаването и други жизненоважни процеси. Например инсулинът регулира нивата на кръвната захар.
Протеините също имат сигнална функция. Протеините са вградени в клетъчната мембрана, които могат да променят своята третична структура в отговор на действието на факторите на околната среда. Така се получават сигнали от външната среда и информацията се предава на клетката.
Протеините могат да изпълняват енергийна функция, като един от източниците на енергия в клетката. При пълно разграждане на 1 g протеин до крайни продукти се отделя 17,6 kJ енергия. Протеините обаче рядко се използват като източник на енергия. Аминокиселините, освободени по време на разграждането на протеиновите молекули, се използват за изграждане на нови протеини.
Функции на протеините: строителна, двигателна, транспортна, защитна, регулаторна, сигнална, енергийна, каталитична. Хормон. Ензим
Въпроси
1. Какво обяснява разнообразието от белтъчни функции?
2. Какви функции на протеините познавате?
3. Каква роля играят хормоналните протеини?
4. Каква е функцията на ензимните протеини?
5. Защо протеините рядко се използват като източник на енергия?
§ 9. Нуклеинови киселини
1. Каква е ролята на ядрото в клетката?
2. С какви органели на клетката е свързано предаването на наследствени белези?
3. Какви вещества се наричат киселини?
Нуклеинова киселина(от лат. ядро– ядро) са открити за първи път в ядрата на левкоцитите. Впоследствие беше установено, че нуклеиновите киселини се съдържат във всички клетки, не само в ядрото, но и в цитоплазмата и различни органели.
Има два вида нуклеинови киселини - дезоксирибонуклеинов(съкратено ДНК) и рибонуклеинова(съкратено РНК). Разликата в имената се дължи на факта, че молекулата на ДНК съдържа въглехидрат. дезоксирибоза, и молекулата на РНК рибоза.
Нуклеиновите киселини са биополимери, съставени от мономери. нуклеотиди. Мономери-нуклеотиди на ДНК и РНК имат сходна структура.
Всеки нуклеотид се състои от три компонента, свързани със силни химични връзки. то азотна основа, въглехидрат(рибоза или дезоксирибоза) и остатък фосфорна киселина (фиг. 12).
Част ДНК молекулиИма четири вида азотни основи: аденин, гуанин, цитозинили тимин. Те определят наименованията на съответните нуклеотиди: аденил (А), гуанил (G), цитидил (С) и тимидил (Т) (фиг. 13).
Ориз. 12. Схема на структурата на нуклеотидите - мономери на ДНК (А) и РНК (В)
Всяка ДНК верига е полинуклеотид, състоящ се от няколко десетки хиляди нуклеотиди.
Молекулата на ДНК има сложна структура. Състои се от две спирално усукани вериги, които са свързани помежду си по цялата дължина с водородни връзки. Тази структура, която е уникална за ДНК молекулите, се нарича двойна спирала.
Ориз. 13. ДНК нуклеотиди
Ориз. 14. Комплементарна връзка на нуклеотидите
При образуването на двойната спирала на ДНК азотните бази на едната верига се подреждат в строго определен ред спрямо азотните бази на другата. В този случай се разкрива важна закономерност: тиминът на другата верига винаги е разположен срещу аденина на едната верига, а цитозинът винаги е разположен срещу гуанина и обратно. Това се дължи на факта, че нуклеотидните двойки аденин и тимин, както и гуанин и цитозин, строго съответстват една на друга и са допълнителни, или допълващи се(от лат. комплементумдопълнение) един към друг. Самото правило се нарича принцип на допълване. В този случай винаги се появяват две водородни връзки между аденин и тимин и три между гуанин и цитозин (фиг. 14).
Следователно във всеки организъм броят на адениловите нуклеотиди е равен на броя на тимидиловите, а броят на гуаниловите нуклеотиди е равен на броя на цитидиловите. Познавайки последователността на нуклеотидите в една верига на ДНК, принципът на комплементарността може да се използва за установяване на реда на нуклеотидите в друга верига.
Като се използва четири видаНуклеотидите в ДНК съдържат цялата информация за тялото, която се наследява от следващите поколения. С други думи, ДНК е носител на наследствена информация.
ДНК молекулите се намират главно в ядрата на клетките, но малко количество се намира в митохондриите и пластидите.
Молекулата на РНК, за разлика от молекулата на ДНК, е полимер, състоящ се от една верига с много по-малки размери.
РНК мономерите са нуклеотиди, състоящи се от рибоза, остатък от фосфорна киселина и една от четирите азотни бази. Трите азотни бази - аденин, гуанин и цитозин - са същите като тези на ДНК, а четвъртата е урацил.
Образуването на РНК полимера става чрез ковалентни връзки между рибозата и остатъка от фосфорна киселина на съседни нуклеотиди.
Има три вида РНК, които се различават по структура, размер на молекулите, местоположение в клетката и изпълнявани функции.
Рибозомна РНК (рРНК) са част от рибозомите и участват в образуването на техните активни центрове, където протича процесът на биосинтеза на протеини.
Трансфер РНК (тРНК) - най-малките по размер - транспортират аминокиселините до мястото на синтеза на протеини.
Информационен, или матрица, РНК (тРНК) се синтезират в участък от една от веригите на молекулата на ДНК и предават информация за структурата на протеина от клетъчното ядро до рибозомите, където тази информация се реализира.
По този начин, различни видовеРНК е единна функционална система, насочена към внедряване на наследствена информация чрез протеинов синтез.
Молекулите на РНК се намират в ядрото, цитоплазмата, рибозомите, митохондриите и пластидите на клетката.
Нуклеинова киселина. Дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК. Рибонуклеинова киселина или РНК. Азотни основи: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил, нуклеотид. Двойна спирала. Допълване. Трансферна РНК (тРНК). Рибозомна РНК (рРНК). Информационна РНК (иРНК)
Въпроси
1. Каква е структурата на нуклеотида?
2. Каква е структурата на ДНК молекулата?
3. Какъв е принципът на допълване?
4. Какво е общото и какви са разликите в структурата на ДНК и РНК молекулите?
5. Какви видове РНК молекули познавате? Какви са техните функции?
Задачи
1. Планирайте параграфа си.
2. Учените са открили, че фрагмент от ДНК верига има следния състав: C-G G A A T T C C. Използвайки принципа на комплементарността, завършете втората верига.
3. По време на изследването беше установено, че в изследваната ДНК молекула аденините съставляват 26% от общия брой азотни бази. Пребройте броя на другите азотни бази в тази молекула.
Какви елементи преобладават в състава на живите организми?
Защо молекулите на протеините, нуклеиновите киселини, въглехидратите и липидите се считат за биополимери само в клетката?
Какво се разбира под думата универсалност на биополимерните молекули?
а) последователността на редуване на аминокиселини
б) броя на аминокиселините в молекулата
в) формата на третичната структура
г) всички горепосочени характеристики
3. В кой случай съставът на ДНК нуклеотида е посочен правилно?
а) рибоза, остатък от фосфорна киселина, тимин
б) фосфорна киселина, урацил, дезоксирибоза
в) остатък от фосфорна киселина, дезоксирибоза, аденин
г) фосфорна киселина, рибоза, гуанин
4. Мономерите на нуклеиновите киселини са:
а) азотни основи
б) рибоза или дезоксирибоза
в) дезоксирибоза и фосфатни групи
г) нуклеотиди
5. Аминокиселините в протеиновата молекула са свързани чрез:
а) йонна връзка
б) пептидна връзка
в) водородна връзка
6. Каква е функцията на трансферната РНК?
а) пренася аминокиселини към рибозомите
б) носи информация от ДНК
в) образува рибозоми
г) всички изброени функции
7. Ензимите са биокатализатори, състоящи се от:
а) протеини б) нуклеотиди в) липиди в) мазнини
8. Полизахаридите включват:
а) нишесте, рибоза
б) гликоген, глюкоза
в) целулоза, нишесте
г) нишесте, захароза
9. Въглеродът като елемент е включен в:
а) протеини и въглехидрати
б) въглехидрати и липиди
в) въглехидрати и нуклеинови киселини
г) всички органични съединения на клетката
10. Клетката съдържа ДНК:
а) в ядрото и митохондриите
б) в ядрото, цитоплазмата и различни органели
в) в ядрото, митохондриите и цитоплазмата
г) в ядрото, митохондриите, хлоропластите
КАКВО Е МОНОМЕТЪР ЗА НУКЛЕИНОВА КИСЕЛИНА? ОПЦИИ (АМИНОКИСЕЛИНА, НУКЛЕОТИД, ПРОТЕИНОВА МОЛЕКУЛА?) КАКВО Е ВКЛЮЧЕНО ВНУКЛЕОТИДЕН СЪСТАВ
ОПЦИИ: (АМИНОКИСЕЛИНА, АЗОТНА ОСНОВА, ОСТАТЪК ОТ ФОСФОРНА КИСЕЛИНА, ВЪГЛЕХИДРАТ?)
Помогнете ми моля!1. Науката, която изучава клетките, се нарича:
А) генетика;
Б) Подбор;
Б) екология;
Б) Цитология.
2. Органични вещества на клетката:
А) Вода, минерали, мазнини;
Б) Въглехидрати, липиди, протеини, нуклеинови киселини;
В) Въглехидрати, минерали, мазнини;
Г) Вода, минерали, протеини.
3. От всички органични вещества основната маса в клетката е:
А) катерици.
Б) Въглехидрати
Б) Мазнини
Г) вода.
4. Заменете маркираните думи с една дума:
А) Малките молекули на органичните вещества образуват сложни молекули в клетката.
Б) Постоянните структурни компоненти на клетката изпълняват жизненоважни за клетката функции.
C) Силно подредената, полутечна вътрешна среда на клетката осигурява химично взаимодействиевсички клетъчни структури.
Г) Основният фотосинтетичен пигмент придава зелен цвят на хлоропластите.
5. Натрупване и опаковане химични съединенияв лепилото изпълнете:
А) митохондрии;
Б) Рибозоми;
Б) Лизозоми;
Г) Комплекс Голджи.
6. Функциите на вътреклетъчното храносмилане се изпълняват от:
А) митохондрии;
Б) Рибозоми;
Б) Лизозоми;
Г) Комплекс Голджи.
7. "Сглобяването" на полимерна протеинова молекула се извършва:
А) митохондрии;
Б) Рибозоми;
Б) Лизозоми;
Г) Комплекс Голджи.
8. Агрегат химична реакцияв резултат на което разпадането на органичните вещества и освобождаването на енергия се нарича:
А) катаболизъм;
Б) анаболизъм;
Б) Метаболизъм;
Г) Асимилация
9. "Изневяра" генетична информацияот ДНК молекула чрез създаване на иРНК се нарича:
А) излъчване
Б) транскрипция;
Б) биосинтеза;
Г) гликолиза.
10. Процесът на образуване на органични вещества в светлината в хлоропластите с помощта на вода и въглероден диоксид се нарича:
А) фотосинтеза;
Б) транскрипция;
Б) биосинтеза;
Г) гликолиза.
11. Ензимният и безкислороден процес на разлагане на органични вещества се нарича:
А) фотосинтеза;
Б) транскрипция;
Б) биосинтеза;
Г) гликолиза.
12. Какви са основните положения на клетъчната теория.
Вижте корена!
Козма Прутков
Какъв вид химически елементиса част от жива клетка? Каква роля играят захарите и липидите? Как са устроени белтъците и как техните молекули придобиват определена пространствена форма? Какво представляват ензимите и как те разпознават своите субстрати? Каква е структурата на РНК и ДНК молекулите? Какви характеристики на ДНК молекулата й позволяват да играе ролята на носител на генетична информация?
Урок-лекция
ЕЛЕМЕНТАРЕН И МОЛЕКУЛЯРЕН СЪСТАВ НА ЖИВОТА. Започваме нашето запознаване с живите системи от молекулярно-генетично ниво. Това е нивото на молекулите, които изграждат структурната и функционална основа на клетките на живите организми.
Ретровирус. Вирусите демонстрират невероятни геометрични форми!
Припомнете си, че от всички известни елементи, включени в Периодична системаД. И. Менделеев в жива клетка са открити около 80. В същото време сред тях няма нито един, който да отсъства в неживата природа. Това служи като едно от доказателствата за общността на живата и неживата природа.
Повече от 90% от масата на клетката се състои от въглерод, водород, азот и кислород. Сяра, фосфор, калий, натрий, калций, магнезий, желязо и хлор се намират в много по-малки количества в клетката. Всички останали елементи (цинк, мед, йод, флуор, кобалт, манган и др.) заедно съставляват не повече от 0,02% от клетъчната маса. Поради това те се наричат микроелементи. Микроелементите са част от хормони, ензими и витамини, т.е. съединения с висока биологична активност.
Например, липсата на йод в организма, който е необходим за производството на хормона на щитовидната жлеза - тироксин, води до намаляване на производството на този хормон и в резултат на това до развитие на сериозни заболявания, включително кретинизъм.
По-голямата част от съдържанието на клетката е вода. Много вещества влизат или излизат от клетката под формата на водни разтвори, повечето от вътреклетъчните реакции протичат и във водната среда. Освен това водата също взема пряко участие в редица химични реакции, давайки на получените съединения Н + или ОН - йони. Поради високия си топлинен капацитет, водата стабилизира температурата вътре в клетката, което я прави по-малко зависима от температурните колебания в околната среда около клетката.
В допълнение към водата, която представлява 70% от обема на клетката, тя съдържа органични вещества - въглеродни съединения. Сред тях се отличават малки молекулисъдържащи до 30 въглеродни атома и макромолекули. Първите включват прости захари (монозахариди), липиди, аминокиселини и нуклеотиди. Те служат структурни компонентиза изграждането на макромолекулите, а освен това играят съществена роляв процесите на метаболизма и енергията на живата клетка.
И все пак основата на живота на молекулярно ниво са протеините и нуклеиновите киселини, които ще обсъдим по-подробно.
АМИНОКИСЕЛИНИ И ПРОТЕИНИ. Протеините играят специална роля в дивата природа. Те служат като строителен материал на клетката и практически никой от процесите, протичащи в клетките, не може без тяхното участие.
Една протеинова молекула е верига от аминокиселини и броят на връзките в такава верига може да варира от десет до няколко хиляди. Съседните аминокиселини са свързани една с друга по специален начин. химическа връзка, който носи името пептид. Тази връзка се образува по време на протеиновия синтез, когато карбоксилната група на една аминокиселина се свързва със съседната аминогрупа на друга аминокиселина (фиг. 32).
Ориз. 32. Пептидна връзка
Всички 20 вида аминокиселини участват в изграждането на протеини. Редът на тяхното редуване в протеиновата верига обаче е много различен, което създава възможност за огромен брой комбинации и следователно за изграждане на многобройни видове протеинови молекули. Трябва да се отбележи, че само растенията са в състояние да синтезират всички 20 аминокиселини, необходими за изграждането на протеини. Животните също получават редица аминокиселини, наречени основни, които се хранят с растения.
Последователността на аминокиселините в протеиновата молекула се означава като първична структурапротеин (фиг. 33). Разграничете и вторична структурапротеин, който се разбира като естеството на пространственото разположение на отделните фрагменти от аминокиселинната верига. Във вторичната структура участъците от протеиновата молекула са под формата на спирали или нагънати слоеве. Важна роля в тяхното образуване имат водородните връзки, установени между кислорода и водорода на пептидните връзки (-N-H...0=C-) на различни аминокиселини.
Ориз. 33. Структура на протеина
Под третична структурапротеин се отнася до пространственото разположение на цялата аминокиселинна верига.
Третичната структура е пряко свързана с формата на протеиновата молекула, която може да бъде нишковидна или кръгла. В последния случай молекулата е сгъната по такъв начин, че нейните хидрофобни области са вътре, а полярните хидрофилни групи са на повърхността. Получената пространствена структура се нарича глобула.
И накрая, някои протеини могат да съдържат няколко глобули, всяка от които е образувана от независима верига от аминокиселини. Комбинацията от няколко глобули в един комплекс се обозначава с термина кватернерна структуракатерица. Например молекулата на протеина на хемоглобина се състои от четири глобули, съдържащи непротеинова част - хем.
Белтъчната молекула е способна да се самоорганизира в сложна пространствена структура, чиято конфигурация е специфична и се определя от последователността на аминокиселините, т.е. първичната структура на протеина.
Самоорганизацията е едно от уникалните свойства на протеините, което е в основата на много от функциите, които изпълняват. По-специално, механизмът на разпознаване от ензими (биологични катализатори) на техните субстрат, т.е. молекула, която след взаимодействие с ензим претърпява определени химични трансформации и се превръща в продукт.
Протеините действат като ензими, определена част от молекулата на които образува активен център. Той свързва специфичен за ензима субстрат и го превръща в продукт. В същото време ензимът е в състояние да разграничи своя субстрат поради специалната пространствена конфигурация на активния център, специфична за всеки ензим. Човек може да си представи, че субстратът пасва на ензима като ключ към ключалка.
Видяхте, че всички свойства на протеина се основават на неговата първична структура – последователността на аминокиселините в една молекула. Може да се сравни с дума, която е написана с азбука от 20 букви от аминокиселини. И ако има думи, тогава може да има шифър, с който тези думи могат да бъдат кодирани. как? За да се отговори на този въпрос ще помогне познаването на структурата на нуклеиновите киселини.
НУКЛЕОТИДИ И НУКЛЕИНОВИ КИСЕЛИНИ. Нуклеотидите са съставени от азотсъдържащо циклично съединение (азотна основа), петвъглеродна захар и остатък от фосфорна киселина. От тях са изградени макромолекулите на нуклеиновите киселини.
Съставът на молекулите РНК(рибонуклеинова киселина) включва нуклеотиди, изградени на базата на рибозна захар и съдържащи аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и урацил (U) като азотни бази. Нуклеотиди, които изграждат една молекула ДНК(дезоксирибонуклеинова киселина), съдържат дезоксирибоза и тимин (Т) вместо урацил.
Свързването на нуклеотидите помежду си в молекулата на ДНК (РНК) се осъществява поради свързването на фосфорния остатък на един нуклеотид с дезоксирибозата (рибоза) на друг (фиг. 34).
Ориз. 34. Съставът на веригата и структурата на ДНК молекулата
В хода на изследване на състава на ДНК молекулите беше установено, че във всяка от тях броят на адениновите азотни бази (А) е равен на броя на тимина (Т), а броят на гуанина (G) е равен на броят на цитозина (C). Това откритие послужи като предпоставка за създаването от Дж. Уотсън и Ф. Крик през 1953 г. на модел на молекулата на ДНК - известната двойна спирала.
Според този модел молекулата на ДНК се състои от две вериги, които са нагънати под формата на дясна спирала (фиг. 35).
Ориз. 35. Структурен модел на ДНК
Всяка верига съдържа последователност от нуклеотиди, която стриктно съответства (комплементарна) на последователността на друга верига. Това съответствие се постига чрез наличието на водородни връзки между азотните бази на две насочени една към друга вериги - А и Т или G и С.
Комуникацията между други двойки азотни бази е невъзможна, тъй като пространствената структура на молекулите на азотните бази е такава, че само А и Т, както и G и С, могат да се доближат един до друг толкова, че да образуват водородни връзки помежду си.
Най-важната характеристика на ДНК е възможността за нейното самоудвояване - репликация, което се осъществява с участието на група ензими (фиг. 36).
Ориз. 36. Диаграма на репликация на ДНК
В определени области, включително в един от краищата на двуверижната спирална ДНК молекула, водородните връзки между нишките се прекъсват. Разделят се и се отпускат.
Този процес постепенно улавя цялата молекула. Тъй като веригите на родителската молекула се разминават върху тях, като върху матрица, от наличните в околен святнуклеотидите подреждат дъщерни вериги. Сглобяването на нова верига протича в строго съответствие с принципа на комплементарност: Т се изправя срещу всеки А, срещу G - С и т.н. В резултат на това се получават две нови ДНК молекули, всяка от които има една верига, останала от оригинална ДНК молекула, а втората е нова . В този случай двете ДНК молекули, образувани по време на репликацията, са идентични с оригинала.
Способността на ДНК молекулата да се самокопира е в основата на предаването на наследствена информация от живите организми. Последователността на нуклеотидните бази в ДНК молекулата е именно шифърът, който кодира информацията за протеините, необходими за функционирането на тялото.
За разлика от ДНК, молекулата на РНК се състои от една полинуклеотидна верига. Има няколко вида РНК, които изпълняват различни функции в клетката. РНК копие на сегмент от ДНК верига се нарича информационно или информационна РНК(mRNA) и играе ролята на посредник при преноса на генетична информация от ДНК към клетъчните структури, които синтезират белтък – рибозоми. Освен това клетката съдържа рибозомна РНК(rRNA), които заедно с протеините образуват рибозоми, трансферни РНК(tRNA), транспортиращи аминокиселини до мястото на протеиновия синтез и някои други.
Молекулата на ДНК се състои от две допълващи се вериги от нуклеотиди, навити в спирала, които се държат заедно чрез водородни връзки. генератори A-Tи G-C двойкиоснования. Нуклеотидната последователност на ДНК веригата служи като шифър, който кодира генетичната информация. Декодирането на тази информация се извършва с участието на РНК молекули. Способността на ДНК да се самокопира (репликира) прави възможно прехвърлянето на генетична информация в дивата природа.
- Защо протеините се наричат молекулите на живота?
- Каква е ролята на пространствените структури на протеините в жизнените процеси на клетката?
- Какъв принцип е в основата на процесите на репликация на ДНК?
