Zašto se molekuli proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u ćeliji? Šta je bilo prvo: nukleinska kiselina ili protein Koje supstance slične mastima znate?
Trenutna stranica: 2 (knjiga ima ukupno 16 stranica) [dostupan odlomak za čitanje: 11 stranica]
Biologija– nauka o životu je jedna od najstarijih nauka. Čovjek je gomilao znanje o živim organizmima hiljadama godina. Kako se znanje gomilalo, biologija se diferencirala u samostalne nauke (botanika, zoologija, mikrobiologija, genetika, itd.). Sve je veći značaj graničnih disciplina koje povezuju biologiju sa drugim naukama - fizikom, hemijom, matematikom itd. Kao rezultat integracije nastaju biofizika, biohemija, svemirska biologija itd.
Trenutno je biologija kompleksna nauka, nastala kao rezultat diferencijacije i integracije različitih disciplina.
U biologiji se koriste različite metode istraživanja: posmatranje, eksperiment, poređenje itd.
Biologija proučava žive organizme. Oni su otvoreni biološki sistemi koji primaju energiju i hranljive materije iz okoline. Živi organizmi reagiraju na vanjske utjecaje, sadrže sve informacije koje su im potrebne za razvoj i reprodukciju te su prilagođeni određenom staništu.
Svi živi sistemi, bez obzira na nivo organizacije, imaju zajedničke karakteristike, a sami sistemi su u kontinuiranoj interakciji. Naučnici razlikuju sljedeće nivoe organizacije žive prirode: molekularni, ćelijski, organizam, populacijsko-vrsta, ekosistem i biosfera.
Poglavlje 1. Molekularni nivo
Molekularni nivo se može nazvati početnim, najdubljim nivoom organizacije živih bića. Svaki živi organizam sastoji se od molekula organskih supstanci - proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata, masti (lipida), zvanih biološki molekuli. Biolozi proučavaju ulogu ovih esencijalnih bioloških spojeva u rastu i razvoju organizama, skladištenju i prijenosu nasljednih informacija, metabolizmu i konverziji energije u živim stanicama i drugim procesima.
U ovom poglavlju ćete naučiti
Šta su biopolimeri;
Kakvu strukturu imaju biomolekule?
Koje funkcije obavljaju biomolekule?
Šta su virusi i koje su njihove karakteristike?
§ 4. Molekularni nivo: opšte karakteristike
1. Šta je hemijski element?
2. Šta se nazivaju atom i molekul?
3. Koje organske supstance poznajete?
Svaki živi sistem, ma koliko složeno bio organizovan, manifestuje se na nivou funkcionisanja bioloških makromolekula.
Proučavajući žive organizme, naučili ste da se oni sastoje od istih hemijski elementi, kao neživo. 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 formiraju molekule (spojeve) tzv organska materija.
Osnova svega organska jedinjenja ugljenik služi. Može doći u kontakt sa mnogim atomima i njihovim grupama, formirajući lance koji se razlikuju po tome hemijski sastav, strukturu, dužinu i oblik. Molekule se formiraju od grupa atoma, a od potonjih - složenijih molekula koji se razlikuju po strukturi i funkciji. Ova organska jedinjenja koja čine ćelije živih organizama nazivaju se biološki polimeri ili biopolimeri.
Polimer(iz grčkog politike- brojni) - lanac koji se sastoji od brojnih karika - monomeri, od kojih je svaki relativno jednostavan. Molekul polimera može se sastojati od više hiljada međusobno povezanih monomera, koji mogu biti isti ili različiti (slika 4).
Rice. 4. Šema strukture monomera i polimera
Svojstva biopolimera zavise od strukture njihovih molekula: od broja i raznolikosti monomernih jedinica koje formiraju polimer. Svi su univerzalni, jer su izgrađeni po istom planu za sve žive organizme, bez obzira na vrstu.
Svaki tip biopolimera karakterizira specifična struktura i funkcija. Da, molekule proteini su glavni strukturni elementićelije i regulišu procese koji se u njima odvijaju. Nukleinske kiseline učestvuju u prijenosu genetskih (nasljednih) informacija od ćelije do ćelije, od organizma do organizma. Ugljikohidrati I masti Oni su najvažniji izvori energije neophodne za život organizama.
Tačno na molekularnom nivou Sve vrste energije se pretvaraju i metabolizam se odvija u ćeliji. Mehanizmi ovih procesa su također univerzalni za sve žive organizme.
Istovremeno se pokazalo da su raznovrsna svojstva biopolimera koji čine sve organizme posljedica različitih kombinacija samo nekoliko vrsta monomera, formirajući mnoge varijante dugih polimernih lanaca. Ovaj princip leži u osnovi raznolikosti života na našoj planeti.
Specifična svojstva biopolimera pojavljuju se samo u živoj ćeliji. Jednom izolovani iz ćelija, molekuli biopolimera gube svoju biološku suštinu i karakterišu ih samo fizičko-hemijska svojstva klase jedinjenja kojoj pripadaju.
Samo proučavanjem molekularnog nivoa može se shvatiti kako su se odvijali procesi nastanka i evolucije života na našoj planeti, koja je molekularna osnova naslijeđa i metaboličkih procesa u živom organizmu.
Kontinuitet između molekularnog i sljedećeg ćelijskog nivoa je osiguran činjenicom da su biološki molekuli materijal od kojeg se formiraju supramolekularne - ćelijske - strukture.
Organske materije: proteini, nukleinske kiseline, ugljeni hidrati, masti (lipidi). Biopolimeri. Monomeri
Pitanja
1. Koje procese naučnici proučavaju na molekularnom nivou?
2. Koji elementi preovlađuju u sastavu živih organizama?
3. Zašto se molekuli proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u ćeliji?
4. Šta se podrazumijeva pod univerzalnošću molekula biopolimera?
5. Kako se postiže raznolikost svojstava biopolimera koji čine žive organizme?
Zadaci
Koji se biološki obrasci mogu formulisati na osnovu analize teksta pasusa? Razgovarajte o njima sa članovima razreda.
§ 5. Ugljeni hidrati
1. Koje tvari povezane s ugljikohidratima znate?
2. Kakvu ulogu imaju ugljeni hidrati u živom organizmu?
3. Kao rezultat kojeg procesa nastaju ugljikohidrati u ćelijama zelenih biljaka?
Ugljikohidrati, ili saharidi, je jedna od glavnih grupa organskih jedinjenja. Oni su dio ćelija svih živih organizama.
Ugljikohidrati se sastoje od ugljika, vodika i kisika. Dobili su naziv "ugljikohidrati" jer većina njih ima isti omjer vodonika i kisika u molekulu kao i u molekuli vode. Opšta formula ugljikohidrata je C n (H 2 0) m.
Svi ugljikohidrati se dijele na jednostavne, odnosno monosaharidi, i složene, ili polisaharidi(Sl. 5). Od monosaharida najvažniji su za žive organizme riboza, dezoksiriboza, glukoza, fruktoza, galaktoza.
Rice. 5. Struktura molekula jednostavnih i složenih ugljikohidrata
Di- I polisaharidi nastaju spajanjem dva ili više molekula monosaharida. dakle, saharoza(šećer od trske), maltoza(slani šećer), laktoza(mliječni šećer) – disaharidi, nastao kao rezultat fuzije dvaju molekula monosaharida. Disaharidi su po svojstvima slični monosaharidima. Na primjer, oba horonyja su rastvorljiva u vodi i slatkog su ukusa.
Polisaharidi se sastoje od veliki broj monosaharidi. To uključuje skrob, glikogen, celuloza, hitin itd. (Sl. 6). S povećanjem broja monomera, topljivost polisaharida se smanjuje i slatki okus nestaje.
Glavna funkcija ugljikohidrata je energije. Prilikom razgradnje i oksidacije molekula ugljikohidrata oslobađa se energija (razgradnjom 1 g ugljikohidrata - 17,6 kJ), koja osigurava vitalne funkcije organizma. Kada postoji višak ugljikohidrata, oni se akumuliraju u ćeliji kao rezervne tvari (škrob, glikogen) i, ako je potrebno, tijelo ih koristi kao izvor energije. Povećana razgradnja ugljikohidrata u stanicama može se primijetiti, na primjer, tokom klijanja sjemena, intenzivnog rada mišića i dugotrajnog gladovanja.
Ugljikohidrati se također koriste kao građevinski materijal. Dakle, celuloza je važna strukturna komponenta staničnih zidova mnogih jednoćelijskih organizama, gljiva i biljaka. Zbog svoje posebne strukture, celuloza je netopiva u vodi i ima veliku čvrstoću. U prosjeku, 20-40% materijala u zidovima biljnih stanica čini celuloza, a pamučna vlakna su gotovo čista celuloza, zbog čega se koriste za izradu tekstila.
Rice. 6. Šema strukture polisaharida
Hitin je dio ćelijskih zidova nekih protozoa i gljiva; nalazi se i u određenim grupama životinja, kao što su člankonošci, kao važna komponenta njihovog egzoskeleta.
Poznati su i složeni polisaharidi koji se sastoje od dvije vrste jednostavnih šećera, koji se redovno izmjenjuju u dugim lancima. Takvi polisaharidi obavljaju strukturne funkcije u potpornim tkivima životinja. Oni su dio međućelijske tvari kože, tetiva i hrskavice, dajući im snagu i elastičnost.
Neki polisaharidi su dio ćelijskih membrana i služe kao receptori, omogućavajući ćelijama da prepoznaju jedni druge i međusobno djeluju.
Ugljikohidrati ili saharidi. Monosaharidi. Disaharidi. Polisaharidi. Riboza. Deoksiriboza. Glukoza. Fruktoza. Galaktoza. Saharoza. Maltoza. Laktoza. Škrob. Glikogen. Chitin
Pitanja
1. Kakav sastav i strukturu imaju molekuli ugljikohidrata?
2. Koji se ugljeni hidrati nazivaju mono-, di- i polisaharidi?
3. Koje funkcije ugljikohidrati obavljaju u živim organizmima?
Zadaci
Analizirajte sliku 6 “Strukturni dijagram polisaharida” i tekst pasusa. Koje pretpostavke možete napraviti na osnovu poređenja strukturnih karakteristika molekula i funkcija koje obavljaju škrob, glikogen i celuloza u živom organizmu? Razgovarajte o ovom problemu sa svojim kolegama iz razreda.
§ 6. Lipidi
1. Koje supstance slične mastima znate?
2. Koje namirnice su bogate mastima?
3. Koja je uloga masti u tijelu?
Lipidi(iz grčkog lipos- mast) je velika grupa supstanci sličnih mastima koje su nerastvorljive u vodi. Većina lipida sastoji se od masnih kiselina visoke molekularne težine i trihidričnog alkohola glicerola (slika 7).
Lipidi su prisutni u svim stanicama bez izuzetka, 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 pri razgradnji 1 g masti).
Rice. 7. Struktura molekula triglicerida
Masti su glavni oblik skladištenje lipida u kavezu. Kod kralježnjaka otprilike polovina energije koju troše stanice u mirovanju dolazi od oksidacije masti. Masti se mogu koristiti i kao izvor vode (oksidacijom 1 g masti nastaje više od 1 g vode). Ovo je posebno vrijedno za arktičke i pustinjske životinje koje žive u uvjetima oskudice slobodne vode.
Zbog svoje niske toplinske provodljivosti, lipidi djeluju zaštitne funkcije, odnosno služe za toplotnu izolaciju organizama. Na primjer, mnogi kralježnjaci imaju dobro definiran sloj potkožnog masnog tkiva, koji im omogućava da žive u hladnoj klimi, a kod kitova igra i drugu ulogu - potiče plovnost.
Lipidi obavljaju i konstrukcijska funkcija, jer ih njihova netopivost u vodi čini bitnim komponentama ćelijskih membrana.
Mnogi hormoni(npr. kora nadbubrežne žlijezde, gonade) su lipidni derivati. Stoga su lipidi karakterizirani regulatorna funkcija.
Lipidi. Masti. Hormoni. Funkcije lipida: energetska, skladištena, zaštitna, konstrukcijska, regulatorna
Pitanja
1. Koje supstance su lipidi?
2. Koju strukturu ima većina lipida?
3. Koje funkcije vrše lipidi?
4. Koje ćelije i tkiva su 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. Da li je višak masti 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 supstancama vjeverice, ili proteini, su najbrojniji, najraznovrsniji i od najveće važnosti biopolimeri. Oni čine 50-80% suve mase ćelije.
Molekuli proteina su velike veličine, zbog čega se nazivaju makromolekule. Osim ugljika, kisika, vodika i dušika, proteini mogu sadržavati sumpor, fosfor i željezo. Proteini se međusobno razlikuju po broju (od sto do nekoliko hiljada), sastavu i redoslijedu monomera. Proteinski monomeri su aminokiseline (slika 8).
Beskonačna raznolikost proteina stvorena je različitim kombinacijama od samo 20 aminokiselina. Svaka aminokiselina ima svoje ime, posebnu strukturu i svojstva. Njihova opšta formula može se predstaviti u sljedećem obliku:
Molekul aminokiseline sastoji se od dva dijela identična svim aminokiselinama, od kojih je jedan amino grupa (-NH 2) sa osnovnim svojstvima, drugi je karboksilna grupa (-COOH) sa kisela svojstva. Dio molekule nazvan radikal (R) ima drugačiju strukturu za različite aminokiseline. Prisustvo baznih i kiselih grupa u jednom molekulu aminokiselina određuje njihov visok nivo reaktivnost. Kroz ove grupe, aminokiseline se kombinuju i formiraju proteine. U tom slučaju se pojavljuje molekul vode i formiraju se oslobođeni elektroni peptidnu vezu. Zato se proteini zovu polipeptidi.
Rice. 8. Primjeri strukture aminokiselina - monomera proteinskih molekula
Molekuli proteina mogu imati različite prostorne konfiguracije - struktura proteina, a u njihovoj strukturi postoje četiri nivoa strukturnu organizaciju(Sl. 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 spiralni oblik kao rezultat formiranja vodikovih veza između CO i NH grupa različitih aminokiselinskih ostataka polipeptidnog lanca. Vodikove veze su slabe, ali zajedno daju prilično jaku strukturu. Ova spirala je sekundarna struktura vjeverica.
Tercijarna struktura– trodimenzionalno prostorno “pakovanje” polipeptidnog lanca. Rezultat je bizarna, ali specifična konfiguracija za svaki protein - globule. Snaga tercijarne strukture osiguravaju različite veze koje nastaju između radikala aminokiselina.
Rice. 9. Šema strukture proteinskog molekula: I, II, III, IV – primarne, sekundarne, tercijarne, kvartarne strukture
Kvartarna struktura nije tipično za sve proteine. Nastaje kao rezultat kombinacije nekoliko makromolekula tercijarne strukture u složeni kompleks. Na primjer, hemoglobin ljudske krvi je kompleks od četiri proteinske makromolekule (slika 10).
Ova složenost strukture proteinskih molekula povezana je sa raznolikošću funkcija svojstvenih ovim biopolimerima.
Povreda prirodne strukture proteina se naziva denaturacija(Sl. 11). Može nastati pod uticajem temperature, hemijske supstance, energija zračenja i drugi faktori. Sa slabim udarom raspada se samo kvartarna struktura, kod jačeg udara tercijarna, pa sekundarna, a protein ostaje u obliku polipeptidnog lanca.
Rice. 10. Šema strukture molekula hemoglobina
Ovaj proces je djelomično reverzibilan: ako se primarna struktura ne uništi, tada denaturirani protein može obnoviti svoju strukturu. Iz toga slijedi da su sve strukturne karakteristike proteinske makromolekule određene njegovom primarnom strukturom.
Osim jednostavnih proteina, koji se sastoje samo od aminokiselina, takođe postoje kompleksnih proteina, što može uključivati ugljikohidrate ( glikoproteini), masti ( lipoproteini), nukleinske kiseline ( nukleoproteini) i sl.
Uloga proteina u životu ćelije je ogromna. Moderna biologija pokazalo je da su sličnosti i razlike između organizama u konačnici određene skupom proteina. Što su organizmi bliži jedan drugom u sistematskom položaju, to su njihovi proteini sličniji.
Rice. 11. Denaturacija proteina
Proteini, ili proteini. Jednostavni i složeni proteini. Amino kiseline. Polipeptid. Primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina
Pitanja
1. Koje supstance se nazivaju proteini ili proteini?
2. Koja je primarna struktura proteina?
3. Kako nastaju sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina?
4. Šta je denaturacija proteina?
5. Na osnovu čega se proteini dijele na jednostavne i složene?
Zadaci
Znate da se bjelanjak kokošjeg jajeta sastoji uglavnom od proteina. Razmislite o tome što objašnjava promjenu strukture proteina kuhanog jajeta. Navedite druge primjere koje znate gdje se struktura proteina može promijeniti.
§ 8. Funkcije proteina
1. Koja je funkcija ugljikohidrata?
2. Koje funkcije proteina znate?
Proteini obavljaju izuzetno važne i raznolike funkcije. To je uglavnom moguće zahvaljujući raznolikosti oblika i sastava samih proteina.
Jedna od najvažnijih funkcija proteinskih molekula je izgradnja (plastika). Proteini su dio svih ćelijskih membrana i ćelijskih organela. Zidovi krvnih sudova, hrskavice, tetive, kosa i nokti sastoje se pretežno od proteina.
Od velike važnosti katalitički, ili enzimska, proteinska funkcija. Posebni proteini - enzimi su sposobni da ubrzaju biohemijske reakcije u ćelijama desetine i stotine miliona puta. Poznato je oko hiljadu enzima. Svaku reakciju katalizira određeni enzim. U nastavku ćete saznati više o tome.
Motorna funkcija obavljaju posebne kontraktilne proteine. Zahvaljujući njima kod protozoa se pomiču cilije i bičevi, hromozomi se pomeraju tokom deobe ćelija, mišići se kontrahuju u višećelijskim organizmima, a poboljšavaju se i druge vrste kretanja u živim organizmima.
Važno je transportna funkcija proteini. Dakle, hemoglobin prenosi kiseonik iz pluća do ćelija drugih tkiva i organa. U mišićima, pored hemoglobina, postoji još jedan protein za transport gasa - mioglobin. Proteini u serumu pospješuju transport lipida i masnih kiselina, biološki raznolikih aktivne supstance. Transportni proteini u vanjskoj membrani stanica prenose različite tvari iz okoline u citoplazmu.
Specifični proteini djeluju zaštitna funkcija. Oni štite tijelo od invazije stranih proteina i mikroorganizama i od oštećenja. Dakle, antitijela koja proizvode limfociti blokiraju strane proteine; fibrin i trombin štite tijelo od gubitka krvi.
Regulatorna funkcija svojstveno proteinima - hormoni. Održavaju stalne koncentracije tvari u krvi i stanicama, učestvuju u rastu, razmnožavanju i drugim vitalnim procesima. Na primjer, inzulin reguliše šećer u krvi.
Proteini takođe imaju signalna funkcija. Stanična membrana sadrži proteine koji mogu promijeniti svoju tercijarnu strukturu kao odgovor na faktore okoline. Tako se primaju signali iz vanjskog okruženja i informacije se prenose u ćeliju.
Proteini mogu djelovati energetska funkcija, kao jedan od izvora energije u ćeliji. Kada se 1 g proteina potpuno razgradi u finalne proizvode, oslobađa se 17,6 kJ energije. Međutim, proteini se izuzetno rijetko koriste kao izvor energije. Aminokiseline koje se oslobađaju prilikom razgradnje proteinskih molekula koriste se za izgradnju novih proteina.
Funkcije proteina: konstrukcijska, motorna, transportna, zaštitna, regulatorna, signalna, energetska, katalitička. Hormone. Enzim
Pitanja
1. Šta objašnjava raznolikost funkcija proteina?
2. Koje funkcije proteina znate?
3. Kakvu ulogu imaju proteini hormona?
4. Koju funkciju obavljaju proteini enzima?
5. Zašto se proteini rijetko koriste kao izvor energije?
§ 9. Nukleinske kiseline
1. Koja je uloga jezgra u ćeliji?
2. Za koje ćelijske organele je povezan prijenos nasljednih karakteristika?
3. Koje materije se nazivaju kiseline?
Nukleinske kiseline(od lat. jezgro– nucleus) prvi put su otkriveni u jezgrima leukocita. Nakon toga je utvrđeno da se nukleinske kiseline nalaze u svim stanicama, ne samo u jezgru, već iu citoplazmi i raznim organelama.
Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina - deoksiribonukleinska(skraćeno DNK) I ribonukleinska(skraćeno RNA). Razlika u nazivima objašnjava se činjenicom da molekula DNK sadrži ugljikohidrat deoksiriboza, a molekula RNK je riboza.
Nukleinske kiseline su biopolimeri koji se sastoje od monomera - nukleotidi. Nukleotidni monomeri DNK i RNK imaju sličnu strukturu.
Svaki nukleotid se sastoji od tri komponente povezane jakim hemijskim vezama. Ovo azotna baza, ugljikohidrati(riboza ili deoksiriboza) i ostataka fosforne kiseline(Sl. 12).
dio DNK molekule Postoje četiri vrste azotnih baza: adenin, gvanin, citozin ili timina. Oni određuju nazive odgovarajućih nukleotida: adenil (A), guanil (G), citidil (C) i timidil (T) (slika 13).
Rice. 12. Šema strukture nukleotida - DNK (A) i RNK (B) monomera
Svaki lanac DNK je polinukleotid koji se sastoji od nekoliko desetina hiljada nukleotida.
Molekul DNK ima složenu strukturu. Sastoji se od dva spiralno uvijena lanca, koji su međusobno povezani cijelom dužinom vodoničnim vezama. Ova struktura, karakteristična samo za molekule DNK, naziva se dvostruka spirala.
Rice. 13. DNK nukleotidi
Rice. 14. Komplementarna veza nukleotida
Kada se formira dvostruka spirala DNK, azotne baze jednog lanca su raspoređene u strogo definiranom redoslijedu nasuprot dušičnim bazama drugog. U ovom slučaju otkriva se važan obrazac: timin drugog lanca uvijek se nalazi nasuprot adenina jednog lanca, citozin se uvijek nalazi nasuprot gvaninu, i obrnuto. Ovo se objašnjava činjenicom da nukleotidni parovi adenin i timin, kao i gvanin i citozin, striktno odgovaraju jedan drugom i komplementarni su, ili komplementarni(od lat. komplementum- dodatak), jedno drugo. I sam obrazac se zove princip komplementarnosti. U ovom slučaju uvijek nastaju dvije vodikove veze između adenina i timina, a tri između gvanina i citozina (slika 14).
Posljedično, u bilo kojem organizmu broj adenil nukleotida je jednak broju timidil nukleotida, a broj guanil nukleotida je jednak broju citidil nukleotida. Poznavajući redosled nukleotida u jednom lancu DNK, princip komplementarnosti se može koristiti za utvrđivanje redosleda nukleotida u drugom lancu.
Uz pomoć četiri vrste nukleotida, DNK bilježi sve informacije o tijelu, koje se prenose na sljedeće generacije. Drugim riječima, DNK je nosilac nasljedne informacije.
Molekuli DNK se uglavnom nalaze u jezgrima ćelija, ali male količine se nalaze u mitohondrijima i plastidima.
Molekul RNK, za razliku od molekula DNK, je polimer koji se sastoji od jednog lanca mnogo manjih dimenzija.
RNK monomeri su nukleotidi koji se sastoje od riboze, ostatka fosforne kiseline i jedne od četiri azotne baze. Tri azotne baze - adenin, gvanin i citozin - su iste kao i DNK, a četvrta - uracil.
Formiranje RNA polimera odvija se kroz kovalentne veze između riboze i ostatka fosforne kiseline susjednih nukleotida.
Postoje tri vrste RNK, koje se razlikuju po strukturi, veličini molekula, lokaciji u ćeliji i funkcijama koje se obavljaju.
Ribosomalna RNA (rRNA) su dio ribozoma i učestvuju u formiranju njihovih aktivnih centara, gdje se odvija proces biosinteze proteina.
Transfer RNA (tRNA) - najmanji po veličini - transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina.
Informacije, ili šablon, RNA (mRNA) se sintetiziraju na dijelu jednog od lanaca molekula DNK i prenose informacije o strukturi proteina od jezgra ćelije do ribozoma, gdje se ta informacija implementira.
Dakle, različite vrste RNK predstavljaju jedinstven funkcionalni sistem koji ima za cilj implementaciju naslednih informacija kroz sintezu proteina.
Molekuli RNK nalaze se u jezgru, citoplazmi, ribosomima, mitohondrijima i plastidima ćelije.
Nukleinska kiselina. Deoksiribonukleinska kiselina ili DNK. Ribonukleinska kiselina ili RNK. Azotne baze: adenin, gvanin, citozin, timin, uracil, nukleotid. Dvostruka spirala. Komplementarnost. Transfer RNA (tRNA). Ribosomalna RNK (rRNA). Messenger RNA (mRNA)
Pitanja
1. Kakva je struktura nukleotida?
2. Kakva je struktura molekula DNK?
3. Šta je princip komplementarnosti?
4. Koje su sličnosti i razlike u strukturi molekula DNK i RNK?
5. Koje vrste RNA molekula poznajete? Koje su njihove funkcije?
Zadaci
1. Navedite svoj paragraf.
2. Naučnici su otkrili da fragment lanca DNK ima sljedeći sastav: C-G G A A A T T C C. Koristeći princip komplementarnosti, dovršite drugi lanac.
3. Tokom istraživanja ustanovljeno je da u ispitivanom molekulu DNK adenini čine 26% ukupan broj azotne baze. Izbrojite broj drugih azotnih baza u ovoj molekuli.
Pogledaj korijen!
Kozma Prutkov
Koji hemijski elementi čine živu ćeliju? Kakvu ulogu imaju šećeri i lipidi? Kako su proteini strukturirani i kako njihove molekule dobijaju određeni prostorni oblik? Šta su enzimi i kako prepoznaju svoje supstrate? Kakva je struktura RNK i DNK molekula? Koje karakteristike molekule DNK joj omogućavaju da igra ulogu nosioca genetske informacije?
Lekcija-predavanje
ELEMENTARNI I MOLEKULARNI SASTAV ŽIVIH BIĆA. Upoznavanje sa živim sistemima počinjemo sa molekularnog genetičkog nivoa. Ovo je nivo molekula koji čine strukturnu i funkcionalnu osnovu ćelija živih organizama.
Retrovirus. Virusi pokazuju neverovatne geometrijske oblike!
Podsjetimo da je od svih poznatih elemenata uključenih u Periodni sistem D.I. Mendeljejeva, u živoj ćeliji pronađeno je oko 80. Štaviše, među njima nema nijedne koja bi izostala u neživoj prirodi. Ovo služi kao jedan od dokaza zajedništva žive i nežive prirode.
Više od 90% mase ćelije čine ugljenik, vodonik, azot i kiseonik. Sumpor, fosfor, kalijum, natrijum, kalcijum, magnezijum, gvožđe i hlor nalaze se u mnogo manjim količinama u ćeliji. Svi ostali elementi (cink, bakar, jod, fluor, kobalt, mangan itd.) zajedno ne čine više od 0,02% ćelijske mase. Zato se zovu mikroelementi. Mikroelementi su dio hormona, enzima i vitamina, odnosno spojeva visoke biološke aktivnosti.
Na primjer, nedostatak joda u tijelu, neophodnog za proizvodnju hormona štitnjače - tiroksina, dovodi do smanjenja proizvodnje ovog hormona i, kao posljedicu, do razvoja ozbiljnih bolesti, uključujući kretenizam.
Većina ćelijskog sadržaja je voda. Mnoge tvari ulaze ili izlaze iz stanice u obliku vodenih otopina; većina intracelularnih reakcija također se odvija u vodenoj sredini. Štaviše, voda je direktno uključena u niz hemijske reakcije, donirajući H + ili OH - ione dobijenim jedinjenjima. Zbog svog visokog toplotnog kapaciteta, voda stabilizuje temperaturu unutar ćelije, čineći je manje zavisnom od temperaturnih fluktuacija u okruženju koje okružuje ćeliju.
Osim vode, koja čini 70% volumena ćelije, sadrži i organske tvari - jedinjenja ugljika. Među njima su male molekule koje sadrže 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 imaju značajnu ulogu u metaboličkim procesima i energiji žive ćelije.
Pa ipak, osnova života na molekularnom nivou su proteini i nukleinske kiseline, o čemu ćemo detaljnije razgovarati.
AMINOKISELINE I PROTEINI. Vjeverice imaju posebnu ulogu u živoj prirodi. Oni služe kao građevinski materijal ćelije i gotovo nijedan proces koji se dešava u ćelijama ne može se odvijati bez njihovog učešća.
Molekul proteina je lanac aminokiselina, a broj karika u takvom lancu može se kretati od desetina do nekoliko hiljada. Susedne aminokiseline su međusobno povezane poseban tip hemijska veza, koji se zove peptid. Ova veza nastaje tokom procesa sinteze proteina, kada se karboksilna grupa jedne aminokiseline veže za susednu amino grupu druge amino kiseline (slika 32).
Rice. 32. Peptidna veza
Svih 20 vrsta aminokiselina je uključeno u izgradnju proteina. Međutim, redoslijed njihovog izmjenjivanja u proteinskom lancu je vrlo različit, što stvara mogućnost za veliki broj kombinacija, a samim tim i za izgradnju brojnih vrsta proteinskih molekula. Treba napomenuti da samo biljke mogu sintetizirati svih 20 aminokiselina potrebnih za izgradnju proteina. Životinje dobijaju brojne aminokiseline, koje se nazivaju esencijalnim aminokiselinama, jedući biljke.
Redoslijed aminokiselina u proteinskom molekulu se označava kao primarna struktura vjeverica (sl. 33). Postoje također sekundarna struktura proteina, koji se shvata kao priroda prostornog rasporeda pojedinačnih fragmenata lanca aminokiselina. U sekundarnoj strukturi, dijelovi proteinske molekule su u obliku spirala ili presavijenih slojeva. U njihovom nastanku važnu ulogu imaju vodonične veze uspostavljene između kiseonika i vodonika peptidnih veza (-N-H...0=C-) različitih aminokiselina.
Rice. 33. Struktura proteina
Ispod tercijarne strukture protein se odnosi na prostorni raspored cijelog lanca aminokiselina.
Tercijarna struktura ima direktan uticaj na oblik proteinske molekule, koja može biti nitista ili okrugla. U potonjem slučaju, molekul je presavijen na takav način da su njegovi hidrofobni dijelovi unutra, a polarne hidrofilne grupe na površini. Rezultirajuća prostorna struktura se zove globule.
Konačno, neki proteini mogu sadržavati nekoliko globula, od kojih je svaka formirana nezavisnim lancem aminokiselina. Kombinacija nekoliko globula u jedan kompleks označava se terminom kvartarne strukture vjeverica. Na primjer, proteinska molekula hemoglobina sastoji se od četiri globule koje sadrže neproteinski dio - hem.
Molekul proteina je sposoban da se samoorganizira u složenu prostornu strukturu čija je konfiguracija specifična i određena slijedom aminokiselina, odnosno primarnom strukturom proteina.
Samoorganizacija je jedna od jedinstvena svojstva proteini, koji su u osnovi mnogih funkcija koje obavljaju. Konkretno, mehanizam prepoznavanja od strane sopstvenih enzima (bioloških katalizatora) zasniva se na specifičnosti prostorne strukture proteinske molekule. supstrat, odnosno molekula koja nakon interakcije sa enzimom prolazi kroz određene hemijske transformacije i pretvara se u proizvod.
Enzimi su proteini, čiji određeni dio molekula čini aktivni centar. On veže supstrat specifičan za dati enzim i pretvara ga u proizvod. U ovom slučaju, enzim može razlikovati svoj supstrat zbog posebne prostorne konfiguracije aktivnog centra, specifičnog za svaki enzim. Možete zamisliti da supstrat pristaje enzimu kao ključ od brave.
Uvjereni ste da su sva svojstva proteina zasnovana na njegovoj primarnoj strukturi – redoslijedu aminokiselina u molekulu. Može se uporediti sa riječju koja je napisana abecedom koja se sastoji od 20 slova aminokiselina. A ako postoje riječi, onda može postojati šifra kojom se te riječi mogu kodirati. Kako? Poznavanje strukture nukleinskih kiselina pomoći će u odgovoru na ovo pitanje.
NUKLEOTIDI I NUKLEINSKE KISELINE. Nukleotidi se sastoje od cikličkog spoja koji sadrži dušik (azotna baza), šećera s pet ugljika i ostatka fosforne kiseline. Od njih se grade makromolekule nukleinske kiseline.
Sastav molekula RNA(ribonukleinska kiselina) uključuje nukleotide izgrađene na šećernoj ribozi i koji sadrže adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i uracil (U) kao azotne baze. Nukleotidi koji čine molekul DNK(deoksiribonukleinska kiselina), sadrže deoksiribozu, a umjesto uracila - timin (T).
Veza nukleotida međusobno u molekulu DNK (RNA) nastaje zbog veze fosfornog ostatka jednog nukleotida sa deoksiribozom (ribozom) drugog (slika 34).
Rice. 34. Lančani sastav i struktura molekula DNK
U toku proučavanja sastava molekula DNK ustanovljeno je da je u svakoj od njih broj adenin azotnih baza (A) jednak broju timina (T), a broj gvanina (G) jednak na broj citozina (C). Ovo otkriće poslužilo je kao preduslov za stvaranje modela molekula DNK od strane J. Watsona i F. Cricka 1953. godine - čuvene dvostruke spirale.
Prema ovom modelu, molekul DNK se sastoji od dva lanca koji su presavijeni u desnu spiralu (slika 35).
Rice. 35. Model strukture DNK
Svaki lanac sadrži niz nukleotida koji striktno odgovara (komplementaran) sekvenci drugog lanca. Ova korespondencija se postiže prisustvom vodoničnih veza između azotnih baza dva lanca usmjerena jedan prema drugom - A i T ili G i C.
Komunikacija između ostalih parova azotnih baza je nemoguća, budući da je prostorna struktura molekula azotnih baza takva da se samo A i T, kao i G i C, mogu približiti jedni drugima dovoljno da formiraju vodonične veze jedni s drugima.
Najvažnija karakteristika DNK je mogućnost njenog samoumnožavanja - replikacija, koji se izvodi uz učešće grupe enzima (slika 36).
Rice. 36. Šema replikacije DNK
U određenim područjima, uključujući na jednom od krajeva, dvolančane spiralne DNK molekule, vodikove veze između lanaca su prekinute. Odvajaju se i opuštaju.
Ovaj proces postepeno preuzima čitavu molekulu. Kako se lanci roditeljskog molekula na njima, kao na matrici, razilaze od onih dostupnih u okruženje nukleotidi, izgrađuju se lanci kćeri. Sastavljanje novog lanca odvija se u strogom skladu sa principom komplementarnosti: protiv svakog A postoji T, protiv G - C, itd. Kao rezultat, dobijaju se dva nova molekula DNK, od kojih svaki ima po jedan lanac od originalni DNK molekul, a drugi je novi. U ovom slučaju, dva molekula DNK formirana tokom replikacije su identična originalnoj.
Sposobnost molekula DNK da se samokopira je osnova za prijenos nasljednih informacija od strane živih organizama. Slijed nukleotidnih baza u molekuli DNK služi kao kod koji kodira informacije o proteinima neophodnim za funkcioniranje tijela.
Za razliku od DNK, RNK molekul se sastoji od jednog polinukleotidnog lanca. Postoji nekoliko vrsta RNK koje obavljaju različite funkcije u ćeliji. RNK kopija dijela lanca DNK naziva se informacija ili glasničku RNA(mRNA) i igra ulogu posrednika u prijenosu genetskih informacija sa DNK na ćelijske strukture koje sintetiziraju proteine - ribozome. Osim toga, ćelija sadrži ribosomska RNK(rRNA), koja zajedno sa proteinima formira ribozome, transfer RNK(tRNA), transport aminokiselina do mjesta sinteze proteina i neke druge.
Molekul DNK sastoji se od dva komplementarna lanca nukleotida umotanih u spiralu, koji se drže zajedno vodoničnim vezama. formiranje A-T I G-C parovi osnove. Nukleotidna sekvenca lanca DNK služi kao kod koji kodira genetske informacije. Dešifriranje ovih informacija vrši se uz učešće RNA molekula. Sposobnost DNK da se samokopira (replicira) pruža mogućnost prenošenja genetskih informacija u živoj prirodi.
- Zašto se proteini nazivaju molekuli života?
- Koja je uloga prostorne strukture proteini u životnim procesima ćelije?
- Koji princip je u osnovi procesa replikacije DNK?
Pitanje 1. Koje procese naučnici proučavaju na molekularnom nivou?
Na molekularnom nivou proučavaju se najvažniji procesi u životu tijela: njegov rast i razvoj, metabolizam i konverzija energije, skladištenje i prijenos nasljednih informacija, varijabilnost. Osnovna jedinica na molekularnom nivou, gen služi kao fragment molekula nukleinske kiseline, u kojem je zabilježena određena količina bioloških informacija u kvalitativnom i kvantitativnom smislu.
Pitanje 2. Koji elementi preovlađuju u sastavu živih organizama?
Živi organizam sadrži više od 70-80 hemijskih elemenata, ali prevladavaju ugljik, kisik, vodonik, dušik i fosfor.
Pitanje 3. Zašto se molekuli proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u ćeliji?
Molekule proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida su polimeri jer se sastoje od monomera koji se ponavljaju. Ali samo u živom sistemu (ćelija, organizam) ove supstance ispoljavaju svoju biološku suštinu, posjedujući niz specifičnih svojstava i obavljajući mnoge važne funkcije. Stoga se u živim sistemima takve tvari nazivaju biopolimeri. Izvan živog sistema, ove supstance gube svoja biološka svojstva i nisu biopolimeri.
Pitanje 4. Šta se podrazumijeva pod univerzalnošću molekula biopolimera?
Bez obzira na nivo složenosti i funkcije koje se obavljaju u ćeliji, svi biopolimeri imaju sljedeće karakteristike:
njihovi molekuli imaju nekoliko dugih grana, ali mnogo kratkih;
polimerni lanci su jaki i ne raspadaju se spontano;
sposoban za nošenje različitih funkcionalnih grupa i molekularnih fragmenata koji pružaju biohemijsku funkcionalnu aktivnost, odnosno sposobnost izvođenja biokemijskih reakcija i transformacija neophodnih za ćeliju u okruženju unutarćelijske otopine;
imaju fleksibilnost dovoljnu da formiraju veoma složene prostorne strukture neophodne za obavljanje biohemijskih funkcija, tj. za rad proteina kao molekularnih mašina, nukleinskih kiselina kao programskih molekula, itd.;
C-H i C-C veze biopolimera, uprkos njihovoj snazi, takođe su baterije elektronske energije.
Glavno svojstvo biopolimera je linearnost polimernih lanaca, jer se samo linearne strukture lako kodiraju i "sastavljaju" od monomera. Osim toga, ako je polimerna nit fleksibilna, onda je od nje prilično lako formirati željenu prostornu strukturu, a nakon što se ovako konstruirana molekularna mašina amortizira i pokvari, može se lako rastaviti na sastavne elemente kako bi se upotrijebite ih ponovo. Kombinacija ovih svojstava nalazi se samo u polimerima na bazi ugljika. Svi biopolimeri u živim sistemima su sposobni da rade određena svojstva i obavljaju mnoge bitne funkcije. Svojstva biopolimera zavise od broja, sastava i redosleda rasporeda njihovih sastavnih monomera. Sposobnost promjene sastava i redoslijeda monomera u strukturi polimera omogućava postojanje velikog broja biopolimernih opcija, bez obzira na vrstu organizma. U svim živim organizmima, biopolimeri su izgrađeni prema jednom planu.
Koji elementi prevladavaju u živim organizmima?
Zašto se molekuli proteina, nukleinskih kiselina, ugljikohidrata i lipida smatraju biopolimerima samo u ćeliji?
Šta se podrazumijeva pod riječju univerzalnost molekula biopolimera?
a) redoslijed izmjene aminokiselina
b) broj aminokiselina u molekulu
c) oblik tercijarne strukture
d) sve navedene karakteristike
3. U kom slučaju je pravilno 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) azotne baze
b) riboza ili deoksiriboza
c) dezoksiribozne i fosfatne grupe
d) nukleotidi
5. Aminokiseline u proteinskom molekulu su povezane preko:
a) jonska veza
b) peptidna veza
c) vodonična veza
6. Koja je funkcija prijenosne RNK?
a) prenosi aminokiseline na ribozome
b) prenosi informacije iz DNK
c) formira ribozome
d) sve navedene funkcije
7. Enzimi su biokatalizatori koji se sastoje od:
a) proteini b) nukleotidi c) lipidi c) masti
8. Polisaharidi uključuju:
a) skrob, riboza
b) glikogen, glukoza
c) celuloza, skrob
d) skrob, saharoza
9. Ugljik kao element je uključen u:
a) proteini i ugljikohidrati
b) ugljikohidrati i lipidi
c) ugljikohidrati i nukleinske kiseline
d) sva organska jedinjenja ćelije
10. Ćelija sadrži DNK:
a) u jezgru i mitohondrijama
b) u jezgru, citoplazmi i raznim organelama
c) u jezgru, mitohondrijama i citoplazmi
d) u jezgru, mitohondrijama, hloroplastima
ŠTA JE MONOMETAR NUKLEINSKE KISELINE? OPCIJE (AMINOKISELINA, NUKLEOTID, PROTEINSKI MOLEKULA?) ŠTA JE UKLJUČENONUKLEOTIDNI SASTAV
OPCIJE: (AMINOKISELINA, AZOTNA BAZA, OSTATAK FOSFORNE KISELINE, UGLJENI HIDRATI?)
Pomozi mi molim te!1.Nauka koja proučava ćelije zove se:
A) Genetika;
B) Selekcija;
B) ekologija;
B) Citologija.
2. Organske supstance ćelije:
A) Voda, minerali, masti;
B) Ugljikohidrati, lipidi, proteini, nukleinske kiseline;
C) Ugljeni hidrati, minerali, masti;
D) Voda, minerali, proteini.
3. Od svih organskih materija, glavninu ćelije čine:
A) Proteini.
B) Ugljikohidrati
B) Masti
D) Voda.
4. Zamijenite istaknute riječi jednom riječju:
A) Mali molekuli organskih supstanci formiraju složene molekule u ćeliji.
B) Stalne strukturne komponente ćelije obavljaju vitalne funkcije za ćeliju.
C) Visoko uređeno, polutečno unutrašnje okruženje ćelije obezbeđuje hemijsku interakciju svih ćelijskih struktura.
D) Glavni fotosintetski pigment daje zelenu boju hloroplastima.
5. Akumulacija i pakovanje hemijska jedinjenja u kavezu izvode:
A) Mitohondrije;
B) ribozomi;
B) Lizozomi;
D) Golgijev kompleks.
6. Funkcije unutarćelijske probave obavljaju:
A) Mitohondrije;
B) ribozomi;
B) Lizozomi;
D) Golgijev kompleks.
7. "Sastavljanje" polimernog proteinskog molekula se izvodi:
A) Mitohondrije;
B) ribozomi;
B) Lizozomi;
D) Golgijev kompleks.
8. Skup hemijskih reakcija koje rezultiraju razgradnjom organskih materija i oslobađanjem energije naziva se:
A) Katabolizam;
B) anabolizam;
B) Metabolizam;
D) Asimilacija
9. “Kopiranje” genetske informacije iz molekula DNK stvaranjem mRNA se naziva:
A) Emitovanje;
B) Transkripcija;
B) Biosinteza;
D) Glikoliza.
10. Proces stvaranja organskih supstanci na svjetlosti u hloroplastima pomoću vode i ugljičnog dioksida naziva se:
A) fotosinteza;
B) Transkripcija;
B) Biosinteza;
D) Glikoliza.
11. Enzimski proces razgradnje organskih materija bez kiseonika naziva se:
A) fotosinteza;
B) Transkripcija;
B) Biosinteza;
D) Glikoliza.
12. Navedite glavne odredbe ćelijske teorije.
Učitavanje...