Pitanje 1. Koje procese istražuju znanstvenici na molekularnoj razini?
Na molekularnoj razini proučavaju se najvažniji procesi života organizma: njegov rast i razvoj, metabolizam i pretvorba energije, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, varijabilnost. Elementarna jedinica na molekularnoj razini je gen - fragment molekule nukleinske kiseline, u kojem je zabilježena kvalitativno i kvantitativno određena količina bioloških informacija.
Pitanje 2. Koji elementi prevladavaju u sastavu živih organizama?
U sastavu živog organizma ima više od 70-80 kemijskih elemenata, ali prevladavaju ugljik, kisik, vodik, dušik i fosfor.
Pitanje 3. Zašto se molekule proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u stanici?
Molekule proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida su polimeri, jer se sastoje od ponavljajućih monomera. Ali samo u živom sustavu (stanici, organizmu) te tvari očituju svoje biološki entitet, koji ima niz specifičnih svojstava i obavlja mnoge važne funkcije. Stoga se u živim sustavima takve tvari nazivaju biopolimeri. Izvan živog sustava te tvari gube svoja biološka svojstva i nisu biopolimeri.
Pitanje 4. Što se podrazumijeva pod univerzalnošću molekula biopolimera?
Bez obzira na razinu složenosti i funkcije koje se obavljaju u stanici, svi biopolimeri imaju sljedeće značajke:
u njihovim molekulama ima nekoliko dugih grana, ali mnogo kratkih;
polimerni lanci su jaki i ne raspadaju se spontano;
sposobni su nositi različite funkcionalne skupine i molekularne fragmente koji osiguravaju biokemijsku funkcionalnu aktivnost, tj. sposobnost provođenja biokemijskih reakcija i transformacija potrebnih za stanicu u mediju unutarstanične otopine;
imaju fleksibilnost dovoljnu da formiraju vrlo složene prostorne strukture potrebne za obavljanje biokemijskih funkcija, tj. za rad proteina kao molekularnih strojeva, nukleinskih kiselina kao programskih molekula itd.;
S-N veze a C-C biopolimeri, unatoč svojoj snazi, ujedno su i akumulatori elektronske energije.
Glavno svojstvo biopolimera je linearnost polimernih lanaca, budući da se samo linearne strukture lako kodiraju i "sastavljaju" od monomera. Osim toga, ako polimerna nit ima fleksibilnost, onda je od nje prilično lako oblikovati željenu prostornu strukturu, a nakon što se ovako izgrađen molekularni stroj amortizira, pokvari, lako ga je rastaviti na sastavne elemente kako bi se da ih ponovno koristim. Kombinacija ovih svojstava postoji samo u polimerima na bazi ugljika. Svi biopolimeri u živim sustavima sposobni su obavljati određena svojstva i obavljati mnoge važne funkcije. Svojstva biopolimera ovise o broju, sastavu i rasporedu njihovih sastavnih monomera. Mogućnost promjene sastava i slijeda monomera u polimernoj strukturi omogućuje postojanje velikog broja varijanti biopolimera, bez obzira na vrstu organizma. U svim živim organizmima biopolimeri su izgrađeni prema jednom planu.
Trenutna stranica: 2 (ukupno knjiga ima 16 stranica) [dostupan izvadak iz čitanja: 11 stranica]
Biologija Nauka o životu jedna je od najstarijih znanosti. Ljudi su gomilali znanje o živim organizmima tisućama godina. Kako se znanje gomilalo, biologija se diferencirala u samostalne znanosti (botanika, zoologija, mikrobiologija, genetika itd.). Sve više raste važnost graničnih disciplina koje povezuju biologiju s drugim znanostima - fizikom, kemijom, matematikom itd. Kao rezultat integracije nastaju biofizika, biokemija, svemirska biologija itd.
Danas je biologija složena znanost, nastala kao rezultat diferencijacije i integracije različitih disciplina.
U biologiji se koriste različite metode istraživanja: promatranje, eksperiment, usporedba itd.
Biologija proučava žive organizme. Oni su otvoreni biološki sustavi koji dobivaju energiju i hranjive tvari iz okoliša. Živi organizmi reagiraju na vanjske utjecaje, sadrže sve informacije koje su im potrebne za razvoj i reprodukciju te su prilagođeni određenom okolišu.
Svi živi sustavi, bez obzira na razinu organizacije, imaju zajednička obilježja, a sami sustavi su u neprekidnoj interakciji. Znanstvenici razlikuju sljedeće razine organizacije žive prirode: molekularnu, staničnu, organizmsku, populacijsko-vrstu, ekosustavnu i biosfersku.
Poglavlje 1
Molekularnu razinu možemo nazvati početnom, najdubljom razinom organizacije živog. Svaki živi organizam sastoji se od molekula organskih tvari – bjelančevina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata, masti (lipida), zvanih biološke molekule. Biolozi proučavaju ulogu ovih najvažnijih bioloških spojeva u rastu i razvoju organizama, pohranjivanju i prijenosu nasljednih informacija, metabolizmu i pretvorbi energije u živim stanicama te drugim procesima.
U ovom ćete poglavlju naučiti
Što su biopolimeri;
Kakva je struktura biomolekula;
Koje su funkcije biomolekula;
Što su virusi i koje su njihove karakteristike.
§ 4. Molekularna razina: opće karakteristike
1. Što je kemijski element?
2. Što se naziva atom i molekula?
3. Što organska tvar znaš li?
Svaki živi sustav, ma koliko složen bio organiziran, očituje se na razini funkcioniranja bioloških makromolekula.
Proučavajući žive organizme naučili ste da se sastoje od istih kemijskih elemenata kao i neživi. Trenutno je poznato više od 100 elemenata, od kojih se većina nalazi u živim organizmima. Najčešći elementi u živoj prirodi su ugljik, kisik, vodik i dušik. Upravo ti elementi tvore molekule (spojeve) tzv organska tvar.
osnova svega organski spojevi služi kao ugljik. Može ući u veze s mnogim atomima i njihovim skupinama, tvoreći lance, različite u kemijski sastav, struktura, duljina i oblik. Molekule se formiraju od skupina atoma, a od potonjih - više složene molekule koji se razlikuju po strukturi i funkciji. Ti organski spojevi koji čine stanice živih organizama nazivaju se biološki polimeri ili biopolimeri.
Polimer(iz grčkog. polis- brojni) - lanac koji se sastoji od brojnih karika - monomeri, od kojih je svaki relativno jednostavan. Molekula polimera može se sastojati od više tisuća međusobno povezanih monomera, koji mogu biti isti ili različiti (slika 4.).
Riža. 4. Shema strukture monomera i polimera
Svojstva biopolimera ovise o strukturi njihovih molekula: o broju i raznolikosti monomernih jedinica koje tvore polimer. Svi su oni univerzalni, jer su izgrađeni prema istom planu u svim živim organizmima, bez obzira na vrstu.
Svaka vrsta biopolimera ima specifičnu strukturu i funkciju. Da, molekule proteini glavni su strukturni elementi stanica i reguliraju procese koji se u njima odvijaju. Nukleinske kiseline sudjeluju u prijenosu genetskih (nasljednih) informacija od stanice do stanice, od organizma do organizma. Ugljikohidrati i masti su najvažniji izvori energije potrebne za život organizama.
Na molekularnoj razini odvija se transformacija svih vrsta energije i metabolizma u stanici. Mehanizmi ovih procesa također su univerzalni za sve žive organizme.
Ujedno se pokazalo da su raznolika svojstva biopolimera, koji su dio svih organizama, posljedica raznih kombinacija samo nekoliko vrsta monomera koji tvore mnoge varijante dugih polimernih lanaca. Ovaj princip je temelj raznolikosti života na našem planetu.
Specifična svojstva biopolimera očituju se samo u živoj stanici. Izolirane iz stanica, molekule biopolimera gube svoju biološku bit i karakteriziraju ih samo fizikalno-kemijska svojstva klase spojeva kojoj pripadaju.
Samo proučavanjem molekularne razine može se razumjeti kako su se odvijali procesi nastanka i evolucije života na našem planetu, koji su molekularni temelji nasljednosti i metaboličkih procesa u živom organizmu.
Kontinuitet između molekularne i sljedeće stanične razine osigurava činjenica da su biološke molekule materijal od kojeg nastaju supramolekularne - stanične - strukture.
Organske tvari: bjelančevine, nukleinske kiseline, ugljikohidrati, masti (lipidi). Biopolimeri. Monomeri
Pitanja
1. Koje procese znanstvenici proučavaju na molekularnoj razini?
2. Koji elementi prevladavaju u sastavu živih organizama?
3. Zašto se molekule proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u stanici?
4. Što se podrazumijeva pod univerzalnošću molekula biopolimera?
5. Kako se postiže raznolikost svojstava biopolimera koji su dio živih organizama?
Zadaci
Koji se biološki obrasci mogu formulirati na temelju analize teksta odlomka? Porazgovarajte o njima s članovima razreda.
§ 5. Ugljikohidrati
1. Koje tvari povezane s ugljikohidratima poznajete?
2. Koju ulogu imaju ugljikohidrati u živom organizmu?
3. Kao rezultat kojeg procesa nastaju ugljikohidrati u stanicama zelenih biljaka?
Ugljikohidrati, ili saharidi, jedna je od glavnih skupina organskih spojeva. Oni su dio stanica svih živih organizama.
Ugljikohidrati se sastoje od ugljika, vodika i kisika. Naziv "ugljikohidrati" dobili su jer većina njih ima isti omjer vodika i kisika u molekuli kao i u molekuli vode. Opća formula za ugljikohidrate je C n (H 2 0) m.
Svi ugljikohidrati se dijele na jednostavne, odn monosaharidi, i složene, ili polisaharidi(slika 5). Od monosaharida najviša vrijednost za žive organizme riboza, deoksiriboza, glukoza, fruktoza, galaktoza.
Riža. 5. Građa molekula jednostavnih i složenih ugljikohidrata
Di- i polisaharidi nastaje spajanjem dviju ili više molekula monosaharida. Tako, saharoza(šećerna trska), maltoza(sladni šećer) laktoza(mliječni šećer) - disaharidi nastala fuzijom dviju molekula monosaharida. Disaharidi su po svojstvima slični monosaharidima. Na primjer, oba hornyua su topljiva u vodi i slatkastog okusa.
Polisaharidi se sastoje od velikog broja monosaharida. To uključuje škrob, glikogen, celuloza, hitin i drugi (slika 6). S povećanjem količine monomera, topljivost polisaharida se smanjuje i slatki okus nestaje.
Glavna funkcija ugljikohidrata je energije. Tijekom razgradnje i oksidacije molekula ugljikohidrata oslobađa se energija (razgradnjom 1 g ugljikohidrata - 17,6 kJ), što osigurava vitalnu aktivnost tijela. Uz višak ugljikohidrata, nakupljaju se u stanici kao rezervne tvari (škrob, glikogen) i po potrebi ih tijelo koristi kao izvor energije. Pojačana razgradnja ugljikohidrata u stanicama može se primijetiti, na primjer, tijekom klijanja sjemena, intenzivnog mišićnog rada i dugotrajnog gladovanja.
Ugljikohidrati se također koriste kao gradevinski materijal. Dakle, celuloza je važna strukturna komponenta staničnih stijenki mnogih jednostaničnih organizama, gljiva i biljaka. Zbog svoje posebne strukture, celuloza je netopiva u vodi i ima veliku čvrstoću. U prosjeku, 20-40% materijala stanične stijenke biljaka čini celuloza, a pamučna vlakna su gotovo čista celuloza, zbog čega se koriste za izradu tkanina.
Riža. 6. Shema strukture polisaharida
Hitin je dio staničnih stijenki nekih protozoa i gljiva; također se nalazi u određenim skupinama životinja, kao što su člankonošci, kao važna komponenta njihovog vanjskog kostura.
Poznati su i složeni polisaharidi koji se sastoje od dvije vrste jednostavnih šećera koji se redovito izmjenjuju u dugim lancima. Takvi polisaharidi obavljaju strukturne funkcije u potpornim tkivima životinja. Oni su dio međustanične tvari kože, tetiva, hrskavice, dajući im snagu i elastičnost.
Neki polisaharidi dio su staničnih membrana i služe kao receptori, osiguravajući da stanice prepoznaju jedna drugu i njihovu interakciju.
Ugljikohidrati ili saharidi. Monosaharidi. Disaharidi. Polisaharidi. riboza. Deoksiriboza. Glukoza. Fruktoza. Galaktoza. saharoza. Maltoza. laktoza. Škrob. Glikogen. hitin
Pitanja
1. Kakav je sastav i struktura molekula ugljikohidrata?
2. Koji se ugljikohidrati nazivaju mono-, di- i polisaharidi?
3. Koje funkcije ugljikohidrati obavljaju u živim organizmima?
Zadaci
Analizirajte sliku 6 "Shema strukture polisaharida" i tekst odlomka. Koje pretpostavke možete napraviti na temelju usporedbe strukturnih značajki molekula i funkcija škroba, glikogena i celuloze u živom organizmu? Porazgovarajte o ovom pitanju sa svojim kolegama iz razreda.
§ 6. Lipidi
1. Koje tvari nalik mastima poznajete?
2. Koja je hrana bogata mastima?
3. Koja je uloga masti u tijelu?
Lipidi(iz grčkog. lipos- mast) - opsežna skupina tvari sličnih mastima koje su netopive u vodi. Većina lipida sastoji se od masnih kiselina visoke molekularne mase i trihidričnog alkohola glicerola (slika 7).
Lipidi su prisutni u svim stanicama bez iznimke, obavljajući specifične biološke funkcije.
masti- najjednostavniji i najrašireniji lipidi - igraju važnu ulogu kao izvor energije. Kada se oksidiraju, daju više nego dvostruko više energije od ugljikohidrata (38,9 kJ za razgradnju 1 g masti).
Riža. 7. Struktura molekule triglicerida
Masti su glavni oblik skladištenje lipida u kavezu. U kralježnjaka otprilike polovica energije koju troše stanice u mirovanju dolazi od oksidacije masti. Masti se mogu koristiti i kao izvor vode (pri oksidaciji 1 g masti nastaje više od 1 g vode). To je posebno vrijedno za arktičke i pustinjske životinje koje žive u uvjetima nedostatka slobodne vode.
Zbog svoje niske toplinske vodljivosti, lipidi djeluju zaštitne funkcije, tj. služe za toplinsku izolaciju organizama. Primjerice, mnogi kralježnjaci imaju dobro definiran potkožni masni sloj, koji im omogućuje život u hladnoj klimi, dok kod kitova ima drugu ulogu – pridonosi uzgonu.
Lipidi izvode i građevinska funkcija, budući da ih njihova netopivost u vodi čini bitnim komponentama staničnih membrana.
Puno hormoni(npr. kora nadbubrežne žlijezde, genitalni) su derivati lipida. Stoga lipidi imaju regulatorna funkcija.
Lipidi. masti. Hormoni. Funkcije lipida: energetska, skladišna, zaštitna, građevna, regulatorna
Pitanja
1. Koje su tvari lipidi?
2. Kakva je struktura većine lipida?
3. Koje funkcije obavljaju lipidi?
4. Koje su stanice i tkiva najbogatija lipidima?
Zadaci
Nakon što analizirate tekst odlomka, objasnite zašto mnoge životinje prije zime i ribe selice prije mrijesta imaju tendenciju nakupljanja više masti. Navedite primjere životinja i biljaka kod kojih je ova pojava najizraženija. Je li višak masnoće uvijek dobar za tijelo? Razgovarajte o ovom problemu u razredu.
§ 7. Sastav i struktura proteina
1. Koja je uloga proteina u tijelu?
2. Koja je hrana bogata proteinima?
Među organskim tvarima vjeverice, ili proteini, najbrojniji su, najraznovrsniji i od najveće važnosti biopolimeri. Oni čine 50-80% suhe mase stanice.
Molekule proteina su velike, zbog čega se i zovu makromolekule. Osim ugljika, kisika, vodika i dušika, proteini mogu sadržavati sumpor, fosfor i željezo. Proteini se međusobno razlikuju po broju (od sto do nekoliko tisuća), sastavu i redoslijedu monomera. Proteinski monomeri su aminokiseline (slika 8).
Beskrajna raznolikost proteina stvorena je različitim kombinacijama od samo 20 aminokiselina. Svaka aminokiselina ima svoje ime, posebnu strukturu i svojstva. Ih opća formula može se predstaviti u sljedećem obliku:
Molekula aminokiseline sastoji se od dva dijela identična za sve aminokiseline, od kojih je jedan amino skupina (-NH 2) s bazičnim svojstvima, drugi je karboksilna skupina (-COOH) s kiselim svojstvima. Dio molekule nazvan radikal (R) ima različitu strukturu za različite aminokiseline. Prisutnost bazičnih i kiselih skupina u jednoj molekuli aminokiselina određuje njihovu visoku reaktivnost. Kroz ove skupine, aminokiseline se spajaju u protein. U tom slučaju se pojavljuje molekula vode i formiraju se oslobođeni elektroni peptidna veza. Zato se proteini zovu polipeptidi.
Riža. 8. Primjeri strukture aminokiselina – monomeri proteinskih molekula
Proteinske molekule mogu imati različite prostorne konfiguracije - struktura proteina, a u njihovoj strukturi postoje četiri razine strukturna organizacija(slika 9).
Redoslijed aminokiselina u polipeptidnom lancu je primarna struktura vjeverica. Jedinstven je za svaki protein i određuje njegov oblik, svojstva i funkcije.
Većina proteina ima oblik spirale kao rezultat stvaranja vodikovih veza između CO i NH skupina različitih aminokiselinskih ostataka polipeptidnog lanca. Vodikove veze su slabe, ali u kombinaciji daju prilično jaku strukturu. Ova spirala je sekundarna struktura vjeverica.
Tercijarna struktura- trodimenzionalno prostorno "pakiranje" polipeptidnog lanca. Kao rezultat toga, pojavljuje se bizarna, ali specifična konfiguracija za svaki protein - kap. Čvrstoću tercijarne strukture osiguravaju različite veze koje nastaju između radikala aminokiselina.
Riža. 9. Shema strukture proteinske molekule: I, II, III, IV - primarne, sekundarne, tercijarne, kvartarne strukture
Kvartarna struktura nije tipično za sve proteine. Nastaje kao rezultat kombinacije nekoliko makromolekula s tercijarnom strukturom u složeni kompleks. Na primjer, hemoglobin ljudske krvi je kompleks od četiri proteinske makromolekule (slika 10.).
Ova složenost strukture proteinskih molekula povezana je s različitim funkcijama svojstvenim ovim biopolimerima.
Povreda prirodne strukture proteina naziva se denaturacija(slika 11). Može nastati pod utjecajem temperature, kemijske tvari, energija zračenja i drugi čimbenici. Kod slabog utjecaja raspada se samo kvartarna struktura, kod jačeg tercijarna, pa sekundarna, a protein ostaje u obliku polipeptidnog lanca.
Riža. 10. Shema strukture molekule hemoglobina
Ovaj proces je djelomično reverzibilan: ako primarna struktura nije uništena, tada denaturirani protein može obnoviti svoju strukturu. Iz toga slijedi da su sve strukturne značajke proteinske makromolekule određene njezinom primarnom strukturom.
Osim jednostavnih proteina, koji se sastoji samo od aminokiselina, također postoje složeni proteini, što može uključivati ugljikohidrate ( glikoproteini), masti ( lipoproteini), nukleinske kiseline ( nukleoproteini) i tako dalje.
Uloga proteina u životu stanica je ogromna. Moderna biologija je pokazala da je sličnost i razlika organizama u konačnici određena skupom proteina. Što su organizmi bliži jedan drugome u sustavnom položaju, to su im proteini sličniji.
Riža. 11. Denaturacija proteina
Proteini, ili proteini. Jednostavni i složeni proteini. Aminokiseline. Polipeptid. Primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina
Pitanja
1. Koje se tvari nazivaju proteini ili proteini?
2. Koja je primarna struktura proteina?
3. Kako nastaju sekundarne, tercijarne i kvartarne proteinske strukture?
4. Što je denaturacija proteina?
5. Po čemu se bjelančevine dijele na jednostavne i složene?
Zadaci
Jeste li znali da se bjelanjak sastoji uglavnom od proteina. Razmislite o promjeni strukture proteina u kuhanom jajetu. Navedite druge vama poznate primjere kada se struktura proteina može promijeniti.
§ 8. Funkcije proteina
1. Koja je funkcija ugljikohidrata?
2. Koje funkcije proteina poznajete?
Proteini obavljaju iznimno važne i raznolike funkcije. To je uglavnom moguće zahvaljujući raznolikosti oblika i sastava samih proteina.
Jedna od najvažnijih funkcija proteinskih molekula je građenje (plastične). Proteini su dio svih staničnih membrana i staničnih organela. Uglavnom se proteini sastoje od stijenki krvnih žila, hrskavice, tetiva, kose i noktiju.
Od velike važnosti katalitički, ili enzimska, proteinska funkcija. Posebni proteini - enzimi sposobni su ubrzati biokemijske reakcije u stanici za desetke i stotine milijuna puta. Poznato je oko tisuću enzima. Svaku reakciju katalizira određeni enzim. Više o tome saznat ćete u nastavku.
motorička funkcija obavljaju posebne kontraktilne proteine. Zahvaljujući njima kod protozoa se pomiču cilije i bičevi, kromosomi se pomiču tijekom stanične diobe, mišići se kontrahiraju u višestaničnih organizama, a poboljšavaju se i druge vrste kretanja u živim organizmima.
To je važno transportna funkcija proteini. Dakle, hemoglobin prenosi kisik iz pluća u stanice drugih tkiva i organa. U mišićima, osim hemoglobina, postoji još jedan protein za transport plinova - mioglobin. Proteini u serumu doprinose transportu lipida i masnih kiselina, različito biološki djelatne tvari. Transportne bjelančevine u vanjskoj membrani stanica nose razne tvari iz okoline u citoplazmu.
To rade specifični proteini zaštitna funkcija . Oni štite tijelo od invazije stranih proteina i mikroorganizama te od oštećenja. Dakle, antitijela koja proizvode limfociti blokiraju strane proteine; fibrin i trombin štite tijelo od gubitka krvi.
Regulatorna funkcija svojstvena proteinima hormoni. Održavaju stalne koncentracije tvari u krvi i stanicama, sudjeluju u rastu, razmnožavanju i drugim vitalnim procesima. Na primjer, inzulin regulira razinu šećera u krvi.
Proteini također imaju signalna funkcija. Proteini su ugrađeni u staničnu membranu koja može promijeniti svoju tercijarnu strukturu kao odgovor na djelovanje čimbenika okoliša. Tako se primaju signali iz vanjskog okruženja i informacije se prenose do stanice.
Proteini mogu djelovati energetska funkcija, kao jedan od izvora energije u stanici. Potpunom razgradnjom 1 g proteina do konačnih proizvoda oslobađa se 17,6 kJ energije. Međutim, proteini se rijetko koriste kao izvor energije. Aminokiseline koje se oslobađaju tijekom razgradnje proteinskih molekula koriste se za izgradnju novih proteina.
Funkcije proteina: građevna, motorna, transportna, zaštitna, regulatorna, signalna, energetska, katalitička. Hormon. Enzim
Pitanja
1. Što objašnjava raznolikost funkcija proteina?
2. Koje funkcije proteina poznajete?
3. Kakvu ulogu imaju proteini hormona?
4. Koja je funkcija proteina enzima?
5. Zašto se proteini rijetko koriste kao izvor energije?
§ 9. Nukleinske kiseline
1. Koja je uloga jezgre u stanici?
2. S kojim je organelama stanice povezan prijenos nasljednih osobina?
3. Koje se tvari nazivaju kiselinama?
Nukleinske kiseline(od lat. jezgra– nucleus) prvi put su pronađeni u jezgri leukocita. Nakon toga je utvrđeno da se nukleinske kiseline nalaze u svim stanicama, ne samo u jezgri, već iu citoplazmi i raznim organelama.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - deoksiribonukleinska(skraćeno DNK) i ribonukleinska(skraćeno RNA). Razlika u nazivima je zbog činjenice da molekula DNK sadrži ugljikohidrat. deoksiriboza i molekula RNA riboza.
Nukleinske kiseline su biopolimeri sastavljeni od monomera. nukleotidi. Monomeri-nukleotidi DNA i RNA imaju sličnu strukturu.
Svaki nukleotid sastoji se od tri komponente povezane jakim kemijskim vezama. Ovo je dušična baza, ugljikohidrat(riboza ili deoksiriboza) i ostatak fosforna kiselina (slika 12).
Dio molekule DNK Postoje četiri vrste dušičnih baza: adenin, gvanin, citozin ili timina. Oni određuju nazive odgovarajućih nukleotida: adenil (A), guanil (G), citidil (C) i timidil (T) (slika 13).
Riža. 12. Shema strukture nukleotida - monomera DNA (A) i RNA (B)
Svaki lanac DNK je polinukleotid koji se sastoji od nekoliko desetaka tisuća nukleotida.
Molekula DNK ima složenu strukturu. Sastoji se od dva spiralno uvijena lanca, koji su međusobno povezani cijelom dužinom vodikovim vezama. Ova struktura, koja je jedinstvena za molekule DNK, zove se dvostruka spirala.
Riža. 13. DNK nukleotidi
Riža. 14. Komplementarna veza nukleotida
Tijekom formiranja dvostruke spirale DNA, dušične baze jednog lanca poredane su u strogo definiranom redoslijedu naspram dušičnih baza drugog. U ovom slučaju otkriva se važna pravilnost: timin drugog lanca uvijek se nalazi naspram adenina jednog lanca, a citozin se uvijek nalazi nasuprot gvaninu, i obrnuto. To je zbog činjenice da nukleotidni parovi adenin i timin, kao i gvanin i citozin, međusobno striktno odgovaraju i dodatni su, ili komplementarne(od lat. komplementum dodatak) jedni drugima. Samo pravilo se zove princip komplementarnosti. U tom slučaju se uvijek pojavljuju dvije vodikove veze između adenina i timina, a tri između gvanina i citozina (slika 14.).
Stoga je u bilo kojem organizmu broj adenilnih nukleotida jednak broju timidila, a broj guanilnih nukleotida jednak broju citidila. Poznavajući slijed nukleotida u jednom lancu DNK, princip komplementarnosti se može koristiti za utvrđivanje redoslijeda nukleotida u drugom lancu.
Preko četiri vrste Nukleotidi u DNK sadrže sve informacije o tijelu, koje nasljeđuju sljedeće generacije. Drugim riječima, DNK je nositelj nasljedne informacije.
Molekule DNK uglavnom se nalaze u jezgri stanica, ali se mala količina nalazi u mitohondrijima i plastidima.
Molekula RNA, za razliku od molekule DNA, je polimer koji se sastoji od jednog lanca mnogo manjih veličina.
RNA monomeri su nukleotidi koji se sastoje od riboze, ostatka fosforne kiseline i jedne od četiri dušične baze. Tri dušične baze - adenin, gvanin i citozin - iste su kao one u DNK, a četvrta je uracil.
Stvaranje RNA polimera događa se kovalentnim vezama između riboze i ostatka fosforne kiseline susjednih nukleotida.
Postoje tri vrste RNA, koje se razlikuju po strukturi, veličini molekula, položaju u stanici i obavljanim funkcijama.
Ribosomska RNA (rRNA) su dio ribosoma i sudjeluju u formiranju njihovih aktivnih centara, gdje se odvija proces biosinteze proteina.
Prijenos RNA (tRNA) - najmanji po veličini - transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina.
Informativno, ili matrica, RNA (mRNA) se sintetiziraju u dijelu jednog od lanaca molekule DNA i prenose informacije o strukturi proteina iz stanične jezgre do ribosoma, gdje se ta informacija ostvaruje.
Tako, Različite vrste RNA je jedinstven funkcionalni sustav čiji je cilj implementacija nasljednih informacija kroz sintezu proteina.
Molekule RNA nalaze se u jezgri, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima stanice.
Nukleinske kiseline. Deoksiribonukleinska kiselina ili DNK. Ribonukleinska kiselina ili RNA. Dušične baze: adenin, gvanin, citozin, timin, uracil, nukleotid. Dvostruka spirala. Komplementarnost. Prijenos RNA (tRNA). Ribosomska RNA (rRNA). Messenger RNA (mRNA)
Pitanja
1. Kakva je građa nukleotida?
2. Kakva je struktura molekule DNK?
3. Što je načelo komplementarnosti?
4. Što je zajedničko, a koje razlike u građi molekula DNA i RNA?
5. Koje vrste RNA molekula poznajete? Koje su njihove funkcije?
Zadaci
1. Planirajte svoj odlomak.
2. Znanstvenici su otkrili da fragment lanca DNK ima sljedeći sastav: C-G G A A T T C C. Koristeći princip komplementarnosti, dovršite drugi lanac.
3. Tijekom istraživanja ustanovljeno je da u proučavanoj molekuli DNA adenini čine 26% ukupnog broja dušičnih baza. Izbrojite broj drugih dušičnih baza u ovoj molekuli.
Koji elementi prevladavaju u sastavu živih organizama?
Zašto se molekule proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u stanici?
Što se podrazumijeva pod riječju univerzalnost molekula biopolimera?
a) slijed izmjenjivanja aminokiselina
b) broj aminokiselina u molekuli
c) oblik tercijarne strukture
d) sve gore navedene značajke
3. U kojem je slučaju točno naznačen sastav DNK nukleotida?
a) riboza, ostatak fosforne kiseline, timin
b) fosforna kiselina, uracil, deoksiriboza
c) ostatak fosforne kiseline, deoksiriboza, adenin
d) fosforna kiselina, riboza, gvanin
4. Monomeri nukleinskih kiselina su:
a) dušične baze
b) riboza ili deoksiriboza
c) deoksiribozne i fosfatne skupine
d) nukleotidi
5. Aminokiseline u proteinskoj molekuli povezane su:
a) ionska veza
b) peptidna veza
c) vodikova veza
d) kovalentna veza
6. Koja je funkcija prijenosne RNK?
a) prenosi aminokiseline do ribosoma
b) nosi informaciju iz DNK
c) tvori ribosome
d) sve navedene funkcije
7. Enzimi su biokatalizatori koji se sastoje od:
a) proteini b) nukleotidi c) lipidi c) masti
8. Polisaharidi uključuju:
a) škrob, riboza
b) glikogen, glukoza
c) celuloza, škrob
d) škrob, saharoza
9. Ugljik kao element uključen je u:
a) proteini i ugljikohidrati
b) ugljikohidrati i lipidi
c) ugljikohidrati i nukleinske kiseline
d) svi organski spojevi stanice
10. Stanica sadrži DNK:
a) u jezgri i mitohondrijima
b) u jezgri, citoplazmi i raznim organelama
c) u jezgri, mitohondrijima i citoplazmi
d) u jezgri, mitohondrijima, kloroplastima
ŠTO JE MONOMETAR NUKLEINSKE KISELINE? OPCIJE (AMINOKISELINA, NUKLEOTID, PROTEINSKA MOLEKULA?) ŠTO JE UKLJUČENO UNUKLEOTIDNI SASTAV
OPCIJE: (AMINOKISELINA, DUŠIČNA BAZA, OSTATAK FOSFORNE KISELINE, UGLJIKOHIDRATI?)
Pomozi mi molim te!1. Znanost koja proučava stanice naziva se:
A) genetika;
B) Selekcija;
B) ekologija;
B) Citologija.
2. Organske tvari stanice:
A) Voda, minerali, masti;
B) Ugljikohidrati, lipidi, proteini, nukleinske kiseline;
C) Ugljikohidrati, minerali, masti;
D) Voda, minerali, proteini.
3. Od svih organskih tvari glavna masa u stanici je:
A) vjeverice.
B) Ugljikohidrati
B) Masti
D) voda.
4. Zamijenite istaknute riječi jednom riječju:
A) Male molekule organskih tvari tvore složene molekule u stanici.
B) Stalne strukturne komponente stanice obavljaju vitalne funkcije za stanicu.
C) Visoko uređeno, polutekuće unutarnje okruženje stanice osigurava kemijska interakcija sve stanične strukture.
D) Glavni fotosintetski pigment daje zelenu boju kloroplastima.
5. Akumulacija i pakiranje kemijski spojevi u ljepilu provesti:
A) mitohondrije;
B) ribosomi;
B) lizosomi;
D) Golgijev kompleks.
6. Funkcije unutarstanične probave obavljaju:
A) mitohondrije;
B) ribosomi;
B) lizosomi;
D) Golgijev kompleks.
7. "Sastavljanje" polimerne proteinske molekule provodi se:
A) mitohondrije;
B) ribosomi;
B) lizosomi;
D) Golgijev kompleks.
8. Agregat kemijske reakcije uslijed čega se raspadanje organskih tvari i oslobađanje energije naziva:
A) katabolizam;
B) anabolizam;
B) Metabolizam;
D) Asimilacija
9. "Varanje" genetske informacije iz molekule DNK stvaranjem mRNA naziva se:
A) emitiranje
B) transkripcija;
B) biosinteza;
D) glikoliza.
10. Proces stvaranja organskih tvari na svjetlu u kloroplastima pomoću vode i ugljičnog dioksida naziva se:
A) fotosinteza;
B) transkripcija;
B) biosinteza;
D) glikoliza.
11. Enzimski proces razgradnje organskih tvari bez kisika naziva se:
A) fotosinteza;
B) transkripcija;
B) biosinteza;
D) glikoliza.
12. Koje su glavne odredbe stanične teorije.
Pogledaj korijen!
Kozma Prutkov
Koja vrsta kemijski elementi su dio žive stanice? Kakvu ulogu imaju šećeri i lipidi? Kako su raspoređeni proteini i kako njihove molekule dobivaju određeni prostorni oblik? Što su enzimi i kako prepoznaju svoje supstrate? Kakva je struktura RNA i DNK molekula? Koje značajke molekule DNK omogućuju joj da igra ulogu nositelja genetskih informacija?
Lekcija-predavanje
ELEMENTARNI I MOLEKULARNI SASTAV ŽIVOTA. Upoznavanje živih sustava započinjemo s molekularno-genetske razine. To je razina molekula koje čine strukturnu i funkcionalnu osnovu stanica živih organizama.
Retrovirus. Virusi pokazuju nevjerojatne geometrijske oblike!
Podsjetimo da su svi poznati elementi uključeni u Periodični sustav D. I. Mendeljejeva, u živoj ćeliji pronađeno je oko 80. Pritom među njima nema niti jedne koja bi izostala u neživoj prirodi. Ovo služi kao jedan od dokaza zajedništva žive i nežive prirode.
Više od 90% mase stanice čine ugljik, vodik, dušik i kisik. U stanici se u znatno manjim količinama nalaze sumpor, fosfor, kalij, natrij, kalcij, magnezij, željezo i klor. Svi ostali elementi (cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) zajedno ne čine više od 0,02% mase stanice. Stoga se nazivaju mikronutrijentima. Elementi u tragovima su dio hormona, enzima i vitamina, odnosno spojeva s visokom biološkom aktivnošću.
Na primjer, nedostatak joda u tijelu, koji je neophodan za proizvodnju hormona štitnjače - tiroksina, dovodi do smanjenja proizvodnje ovog hormona i, kao rezultat, do razvoja ozbiljnih bolesti, uključujući kretenizam.
Većina sadržaja stanice čini voda. Mnoge tvari ulaze u stanicu ili se iz nje izlučuju u obliku vodenih otopina; većina unutarstaničnih reakcija odvija se i u vodenom okolišu. Štoviše, voda također izravno sudjeluje u brojnim kemijskim reakcijama, dajući rezultirajuće spojeve H + ili OH - ione. Zbog svog velikog toplinskog kapaciteta, voda stabilizira temperaturu unutar ćelije, čineći je manje ovisnom o temperaturnim fluktuacijama u okolini koja okružuje ćeliju.
Osim vode, koja čini 70% volumena stanice, sadrži organske tvari - spojeve ugljika. Među njima se razlikuju male molekule koji sadrži do 30 atoma ugljika i makromolekule. Prvi uključuju jednostavne šećere (monosaharide), lipide, aminokiseline i nukleotide. Služe kao strukturne komponente za izgradnju makromolekula, a osim toga igraju se bitnu ulogu u procesima metabolizma i energije žive stanice.
Pa ipak, osnova života na molekularnoj razini su proteini i nukleinske kiseline, o čemu ćemo detaljnije razgovarati.
AMINOKISELINE I PROTEINI. Proteini imaju posebnu ulogu u divljini. Oni služe kao građevni materijal stanice, a praktički nijedan od procesa koji se odvijaju u stanicama ne može proći bez njihovog sudjelovanja.
Molekula proteina je lanac aminokiselina, a broj karika u takvom lancu može varirati od deset do nekoliko tisuća. Susjedne aminokiseline međusobno su povezane na poseban način. kemijska veza, koji nosi ime peptid. Ova veza nastaje tijekom sinteze proteina, kada se karboksilna skupina jedne aminokiseline veže na susjednu amino skupinu druge aminokiseline (slika 32).
Riža. 32. Peptidna veza
Svih 20 vrsta aminokiselina sudjeluje u izgradnji proteina. Međutim, redoslijed njihovog izmjenjivanja u proteinskom lancu je vrlo različit, što stvara mogućnost za veliki broj kombinacija, a samim time i za izgradnju brojnih vrsta proteinskih molekula. Treba napomenuti da su samo biljke sposobne sintetizirati svih 20 aminokiselina potrebnih za izgradnju proteina. Životinje također dobivaju brojne aminokiseline, koje se nazivaju esencijalnim, hraneći se biljkama.
Redoslijed aminokiselina u proteinskoj molekuli označava se kao primarna struktura proteina (slika 33). Razlikovati i sekundarna struktura protein, koji se shvaća kao priroda prostornog rasporeda pojedinih fragmenata lanca aminokiselina. U sekundarna struktura dijelovi proteinske molekule su u obliku spirala ili presavijenih slojeva. Važnu ulogu u njihovom nastanku imaju vodikove veze uspostavljene između kisika i vodika peptidnih veza (-N-H...0=C-) različitih aminokiselina.
Riža. 33. Struktura proteina
Pod, ispod tercijarne strukture protein se odnosi na prostorni raspored cijelog lanca aminokiselina.
Tercijarna je struktura izravno povezana s oblikom proteinske molekule, koja može biti nitasta ili okrugla. U potonjem slučaju, molekula je presavijena na način da su njezine hidrofobne regije unutra, a polarne hidrofilne skupine na površini. Rezultirajuća prostorna struktura naziva se kap.
Konačno, neki proteini mogu sadržavati nekoliko globula, od kojih je svaka formirana od neovisnog lanca aminokiselina. Kombinacija nekoliko globula u jedan kompleks označava se pojmom kvartarna struktura vjeverica. Na primjer, proteinska molekula hemoglobina sastoji se od četiri globule koje sadrže neproteinski dio – hem.
Proteinska molekula je sposobna samoorganizirati se u složenu prostornu strukturu čija je konfiguracija specifična i određena slijedom aminokiselina, tj. primarnom strukturom proteina.
Samoorganizacija je jedno od jedinstvenih svojstava proteina, koje je u osnovi mnogih funkcija koje obavljaju. Konkretno, mehanizam prepoznavanja od strane enzima (bioloških katalizatora) njihovog supstrat, tj. molekula koja nakon interakcije s enzimom prolazi kroz određene kemijske transformacije i pretvara se u proizvod.
Proteini djeluju kao enzimi, čiji određeni dio molekule čini aktivno središte. Veže supstrat specifičan za enzim i pretvara ga u proizvod. Istovremeno, enzim može razlikovati svoj supstrat zbog posebne prostorne konfiguracije aktivnog centra, specifične za svaki enzim. Može se zamisliti da supstrat pristaje enzimu poput ključa od brave.
Vidjeli ste da se sva svojstva proteina temelje na njegovoj primarnoj strukturi – slijedu aminokiselina u molekuli. Može se usporediti s riječju koja je napisana abecedom od 20 slova aminokiselina. A ako postoje riječi, onda može postojati šifra kojom se te riječi mogu kodirati. Kako? Za odgovor na ovo pitanje pomoći će vam poznavanje strukture nukleinskih kiselina.
NUKLEOTIDI I NUKLEINSKE KISELINE. Nukleotidi se sastoje od cikličkog spoja koji sadrži dušik (dušikova baza), šećera s pet ugljika i ostatka fosforne kiseline. Od njih se grade makromolekule nukleinskih kiselina.
Sastav molekula RNA(ribonukleinska kiselina) uključuje nukleotide izgrađene na bazi šećera riboze i koji sadrže adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i uracil (U) kao dušične baze. Nukleotidi koji čine molekulu DNK(deoksiribonukleinska kiselina), sadrže deoksiribozu i timin (T) umjesto uracila.
Povezivanje nukleotida međusobno u molekuli DNA (RNA) nastaje zbog vezanja ostatka fosfora jednog nukleotida s deoksiribozom (ribozom) drugog (slika 34).
Riža. 34. Sastav lanca i struktura molekule DNK
Tijekom proučavanja sastava molekula DNA ustanovljeno je da je u svakoj od njih broj adenin dušičnih baza (A) jednak broju timina (T), a broj gvanina (G) jednak broj citozina (C). Ovo otkriće poslužilo je kao preduvjet za stvaranje modela molekule DNK od strane J. Watsona i F. Cricka 1953. godine – poznate dvostruke spirale.
Prema ovom modelu, molekula DNK sastoji se od dva lanca, koji su presavijeni u obliku desne spirale (slika 35).
Riža. 35. Model strukture DNK
Svaki lanac sadrži slijed nukleotida koji striktno odgovara (komplementaran) slijedu drugog lanca. Ova korespondencija se postiže prisustvom vodikovih veza između dušičnih baza dvaju lanaca usmjerenih jedan prema drugom - A i T ili G i C.
Komunikacija između ostalih parova dušičnih baza je nemoguća, budući da je prostorna struktura molekula dušičnih baza takva da se samo A i T, kao i G i C, mogu međusobno toliko približiti da tvore vodikove veze.
Najvažnija karakteristika DNK je mogućnost njenog samoudvostručavanja - replikacija, koji se provodi uz sudjelovanje skupine enzima (slika 36).
Riža. 36. Dijagram replikacije DNK
U određenim područjima, uključujući jedan od krajeva dvolančane spiralne DNA molekule, vodikove veze između lanaca su prekinute. Odvajaju se i opuštaju.
Ovaj proces postupno zahvaća cijelu molekulu. Kako se lanci roditeljske molekule na njima, kao na matrici, razilaze od onih dostupnih u okoliš nukleotidi nižu lance kćeri. Sastavljanje novog lanca odvija se u strogom skladu s načelom komplementarnosti: T se suprotstavlja svakom A, G - C, itd. Kao rezultat, dobivaju se dvije nove molekule DNK, od kojih svaka ima jedan lanac koji je ostao od originalna molekula DNK, a druga je nova . U ovom slučaju, dvije molekule DNK nastale tijekom replikacije identične su izvorniku.
Sposobnost molekule DNK da samu sebe kopira temelj je za prijenos nasljednih informacija od strane živih organizama. Slijed nukleotidnih baza u molekuli DNA upravo je šifra koja kodira informacije o proteinima potrebnim za funkcioniranje tijela.
Za razliku od DNK, molekula RNA sastoji se od jednog polinukleotidnog lanca. Postoji nekoliko vrsta RNA koje obavljaju različite funkcije u stanici. RNA kopija segmenta lanca DNK naziva se informacijska ili glasničku RNA(mRNA) i igra ulogu posrednika u prijenosu genetskih informacija s DNK na stanične strukture koje sintetiziraju protein – ribosome. Osim toga, stanica sadrži ribosomska RNA(rRNA), koja zajedno s proteinima tvori ribosome, prijenos RNA(tRNA), transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina i neke druge.
Molekula DNK sastoji se od dva komplementarna lanca nukleotida umotanih u spiralu, koji se drže zajedno vodikovim vezama. generatori A-T i G-C parovi razlozima. Nukleotidni slijed lanca DNA služi kao šifra koja kodira genetske informacije. Dekodiranje ovih informacija provodi se uz sudjelovanje RNA molekula. Sposobnost DNK da se samokopira (replicira) omogućuje prijenos genetskih informacija u divljim životinjama.
- Zašto se proteini nazivaju molekulama života?
- Koja je uloga prostornih struktura proteina u životnim procesima stanice?
- Koji princip je u osnovi procesa replikacije DNK?
