Hvorfor regnes molekyler av proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater og lipider som biopolymerer kun i cellen? Hva kom først: nukleinsyre eller protein Hvilke fettlignende stoffer kjenner du til?
Nåværende side: 2 (boken har totalt 16 sider) [tilgjengelig lesepassasje: 11 sider]
Biologi– Livsvitenskap er en av de eldste vitenskapene. Mennesket har samlet kunnskap om levende organismer gjennom tusenvis av år. Etter hvert som kunnskap akkumulerte, differensierte biologi seg til uavhengige vitenskaper (botanikk, zoologi, mikrobiologi, genetikk, etc.). Betydningen av grensedisipliner som forbinder biologi med andre vitenskaper – fysikk, kjemi, matematikk osv. øker i økende grad Som et resultat av integrering oppsto biofysikk, biokjemi, rombiologi osv.
For tiden er biologi en kompleks vitenskap, dannet som et resultat av differensiering og integrasjon av forskjellige disipliner.
I biologi brukes ulike forskningsmetoder: observasjon, eksperiment, sammenligning, etc.
Biologi studerer levende organismer. De er åpne biologiske systemer som mottar energi og næringsstoffer fra miljøet. Levende organismer reagerer på ytre påvirkninger, inneholder all informasjon de trenger for utvikling og reproduksjon, og er tilpasset et spesifikt habitat.
Alle levende systemer, uavhengig av organisasjonsnivå, har vanlige trekk, og systemene i seg selv er i kontinuerlig interaksjon. Forskere skiller følgende nivåer av organisering av levende natur: molekylær, cellulær, organisme, populasjonsarter, økosystem og biosfære.
Kapittel 1. Molekylært nivå
Det molekylære nivået kan kalles det innledende, dypeste nivået av organisering av levende ting. Hver levende organisme består av molekyler av organiske stoffer - proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater, fett (lipider), kalt biologiske molekyler. Biologer studerer rollen til disse essensielle biologiske forbindelsene i vekst og utvikling av organismer, lagring og overføring av arvelig informasjon, metabolisme og energiomdannelse i levende celler og andre prosesser.
I dette kapittelet vil du lære
Hva er biopolymerer;
Hvilken struktur har biomolekyler?
Hvilke funksjoner utfører biomolekyler?
Hva er virus og hvilke funksjoner har de?
§ 4. Molekylært nivå: generelle kjennetegn
1. Hva er et kjemisk grunnstoff?
2. Hva kalles et atom og et molekyl?
3. Hvilke organiske stoffer kjenner du til?
Ethvert levende system, uansett hvor komplekst organisert det kan være, manifesterer seg på funksjonsnivået til biologiske makromolekyler.
Ved å studere levende organismer lærte du at de består av det samme kjemiske elementer, som livløs. For tiden er mer enn 100 grunnstoffer kjent, de fleste av dem finnes i levende organismer. De vanligste grunnstoffene i levende natur inkluderer karbon, oksygen, hydrogen og nitrogen. Det er disse grunnstoffene som danner molekyler (forbindelser) av den såkalte organisk materiale.
Grunnlaget for alt organiske forbindelser karbon tjener. Det kan komme i kontakt med mange atomer og deres grupper, og danner kjeder som er forskjellige kjemisk oppbygning, struktur, lengde og form. Molekyler er dannet fra grupper av atomer, og fra sistnevnte - mer komplekse molekyler som er forskjellige i struktur og funksjon. Disse organiske forbindelsene som utgjør cellene til levende organismer kalles biologiske polymerer eller biopolymerer.
Polymer(fra gresk retningslinjer- tallrike) - en kjede som består av mange ledd - monomerer, som hver er relativt enkel. Et polymermolekyl kan bestå av mange tusen sammenkoblede monomerer, som kan være like eller forskjellige (fig. 4).
Ris. 4. Skjema av strukturen til monomerer og polymerer
Egenskapene til biopolymerer avhenger av strukturen til molekylene deres: av antall og variasjon av monomerenheter som danner polymeren. Alle er universelle, siden de er bygget etter samme plan for alle levende organismer, uavhengig av art.
Hver type biopolymer er preget av en spesifikk struktur og funksjon. Ja, molekyler proteiner er de viktigste strukturelle elementer celler og regulerer prosessene som skjer i dem. Nukleinsyrer delta i overføring av genetisk (arvelig) informasjon fra celle til celle, fra organisme til organisme. Karbohydrater Og fett De er de viktigste energikildene som er nødvendige for organismers liv.
Akkurat på molekylært nivå Alle typer energi omdannes og metabolisme skjer i cellen. Mekanismene til disse prosessene er også universelle for alle levende organismer.
Samtidig viste det seg at de forskjellige egenskapene til biopolymerer som utgjør alle organismer, skyldes forskjellige kombinasjoner av bare noen få typer monomerer, og danner mange varianter av lange polymerkjeder. Dette prinsippet ligger til grunn for mangfoldet av liv på planeten vår.
De spesifikke egenskapene til biopolymerer vises bare i en levende celle. Når de er isolert fra celler, mister biopolymermolekyler sin biologiske essens og karakteriseres kun av de fysisk-kjemiske egenskapene til klassen av forbindelser de tilhører.
Bare ved å studere det molekylære nivået kan man forstå hvordan prosessene for opprinnelsen og utviklingen av livet på planeten vår fortsatte, hva er det molekylære grunnlaget for arv og metabolske prosesser i en levende organisme.
Kontinuitet mellom det molekylære nivået og det neste cellenivået sikres ved at biologiske molekyler er materialet som supramolekylære - cellulære - strukturer dannes av.
Organiske stoffer: proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater, fett (lipider). Biopolymerer. Monomerer
Spørsmål
1. Hvilke prosesser studerer forskere på molekylært nivå?
2. Hvilke elementer dominerer i sammensetningen av levende organismer?
3. Hvorfor regnes molekyler av proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater og lipider som biopolymerer kun i cellen?
4. Hva menes med universaliteten til biopolymermolekyler?
5. Hvordan oppnås mangfoldet av egenskaper til biopolymerer som utgjør levende organismer?
Oppgaver
Hvilke biologiske mønstre kan formuleres basert på analysen av teksten i avsnittet? Diskuter dem med klassemedlemmene.
§ 5. Karbohydrater
1. Hvilke stoffer relatert til karbohydrater kjenner du?
2. Hvilken rolle spiller karbohydrater i en levende organisme?
3. Som et resultat av hvilken prosess dannes karbohydrater i cellene til grønne planter?
Karbohydrater, eller sakkarider, er en av hovedgruppene av organiske forbindelser. De er en del av cellene til alle levende organismer.
Karbohydrater består av karbon, hydrogen og oksygen. De fikk navnet "karbohydrater" fordi de fleste av dem har samme forhold mellom hydrogen og oksygen i molekylet som i vannmolekylet. Den generelle formelen for karbohydrater er C n (H 2 0) m.
Alle karbohydrater er delt inn i enkle, eller monosakkarider, og kompleks, eller polysakkarider(Fig. 5). Av monosakkaridene er de viktigste for levende organismer ribose, deoksyribose, glukose, fruktose, galaktose.
Ris. 5. Strukturen til molekyler av enkle og komplekse karbohydrater
Di- Og polysakkarider dannes ved å kombinere to eller flere monosakkaridmolekyler. Så, sukrose(rørsukker), maltose(maltsukker), laktose(melkesukker) - disakkarider, dannet som et resultat av fusjonen av to monosakkaridmolekyler. Disakkarider ligner monosakkarider i egenskaper. For eksempel er begge horonene løselige i vann og har en søt smak.
Polysakkarider består av stort nummer monosakkarider. Disse inkluderer stivelse, glykogen, cellulose, kitin osv. (fig. 6). Med en økning i antall monomerer avtar løseligheten av polysakkarider og den søte smaken forsvinner.
Hovedfunksjonen til karbohydrater er energi. Under nedbrytning og oksidasjon av karbohydratmolekyler frigjøres energi (med nedbrytning av 1 g karbohydrater - 17,6 kJ), noe som sikrer kroppens vitale funksjoner. Når det er et overskudd av karbohydrater, samler de seg i cellen som reservestoffer (stivelse, glykogen) og brukes om nødvendig av kroppen som energikilde. Økt nedbrytning av karbohydrater i cellene kan observeres, for eksempel under frøspiring, intenst muskelarbeid og langvarig faste.
Karbohydrater brukes også som byggemateriale. Dermed er cellulose en viktig strukturell komponent i celleveggene til mange encellede organismer, sopp og planter. På grunn av sin spesielle struktur er cellulose uløselig i vann og har høy styrke. I gjennomsnitt er 20-40 % av materialet i plantecellevegger cellulose, og bomullsfibre er nesten ren cellulose, som er grunnen til at de brukes til å lage tekstiler.
Ris. 6. Skjema av strukturen til polysakkarider
Kitin er en del av celleveggene til noen protozoer og sopp; det finnes også i visse grupper av dyr, for eksempel leddyr, som en viktig komponent i deres eksoskeleton.
Det er også kjent komplekse polysakkarider, bestående av to typer enkle sukkerarter, som jevnlig veksler i lange kjeder. Slike polysakkarider utfører strukturelle funksjoner i støttevevet til dyr. De er en del av det intercellulære stoffet i huden, sener og brusk, og gir dem styrke og elastisitet.
Noen polysakkarider er en del av cellemembraner og fungerer som reseptorer, slik at cellene kan gjenkjenne hverandre og samhandle.
Karbohydrater, eller sakkarider. Monosakkarider. Disakkarider. Polysakkarider. Ribose. Deoksyribose. Glukose. Fruktose. Galaktose. sukrose. Maltose. Laktose. Stivelse. Glykogen. Kitin
Spørsmål
1. Hvilken sammensetning og struktur har karbohydratmolekyler?
2. Hvilke karbohydrater kalles mono-, di- og polysakkarider?
3. Hvilke funksjoner utfører karbohydrater i levende organismer?
Oppgaver
Analyser figur 6 "Strukturdiagram av polysakkarider" og teksten til avsnittet. Hvilke antakelser kan du gjøre basert på en sammenligning av molekylenes strukturelle egenskaper og funksjonene som utføres av stivelse, glykogen og cellulose i en levende organisme? Diskuter dette problemet med klassekameratene dine.
§ 6. Lipider
1. Hvilke fettlignende stoffer kjenner du til?
2. Hvilken mat er rik på fett?
3. Hvilken rolle har fett i kroppen?
Lipider(fra gresk lipos- fett) er en stor gruppe fettlignende stoffer som er uløselige i vann. De fleste lipider består av høymolekylære fettsyrer og den treverdige alkoholen glyserol (fig. 7).
Lipider er tilstede i alle celler uten unntak, og utfører spesifikke biologiske funksjoner.
Fett- de enkleste og mest utbredte lipidene - spiller en viktig rolle som energikilde. Ved oksidering gir de mer enn dobbelt så mye energi som karbohydrater (38,9 kJ ved nedbryting av 1 g fett).
Ris. 7. Strukturen til triglyseridmolekylet
Fett er hovedformen lipidlagring i et bur. Hos virveldyr kommer omtrent halvparten av energien som forbrukes av celler i hvile fra fettoksidasjon. Fett kan også brukes som vannkilde (oksidasjon av 1 g fett gir mer enn 1 g vann). Dette er spesielt verdifullt for arktiske og ørkendyr som lever under forhold med mangel på fritt vann.
På grunn av deres lave varmeledningsevne, fungerer lipider beskyttende funksjoner, dvs. de tjener til termisk isolasjon av organismer. For eksempel har mange virveldyr et veldefinert subkutant fettlag, som gjør at de kan leve i kaldt klima, og hos hvaler spiller det også en annen rolle - det fremmer oppdrift.
Lipider utføre og konstruksjonsfunksjon, siden deres uløselighet i vann gjør dem til essensielle komponenter i cellemembraner.
Mange hormoner(f.eks. binyrebarken, gonader) er lipidderivater. Derfor er lipider karakterisert regulatorisk funksjon.
Lipider. Fett. Hormoner. Funksjoner av lipider: energi, lagring, beskyttende, konstruksjon, regulering
Spørsmål
1. Hvilke stoffer er lipider?
2. Hvilken struktur har de fleste lipider?
3. Hvilke funksjoner utfører lipider?
4. Hvilke celler og vev er rikest på lipider?
Oppgaver
Etter å ha analysert teksten i avsnittet, forklar hvorfor mange dyr før vinteren, og trekkfisk før gyting, har en tendens til å samle opp mer fett. Gi eksempler på dyr og planter der dette fenomenet er mest uttalt. Er overflødig fett alltid bra for kroppen? Diskuter dette problemet i klassen.
§ 7. Sammensetning og struktur av proteiner
1. Hvilken rolle har proteiner i kroppen?
2. Hvilken mat er rik på proteiner?
Blant organiske stoffer ekorn, eller proteiner, er de mest tallrike, mest mangfoldige og av største betydning biopolymerer. De står for 50–80 % av cellens tørre masse.
Proteinmolekyler er store i størrelse, og det er derfor de kalles makromolekyler. I tillegg til karbon, oksygen, hydrogen og nitrogen kan proteiner inneholde svovel, fosfor og jern. Proteiner skiller seg fra hverandre i antall (fra hundre til flere tusen), sammensetning og sekvens av monomerer. Proteinmonomerer er aminosyrer (fig. 8).
Et uendelig utvalg av proteiner skapes av forskjellige kombinasjoner av bare 20 aminosyrer. Hver aminosyre har sitt eget navn, spesielle struktur og egenskaper. Deres generell formel kan representeres i følgende form:
Et aminosyremolekyl består av to deler som er identiske med alle aminosyrer, hvorav den ene er en aminogruppe (-NH 2) med grunnleggende egenskaper, den andre er en karboksylgruppe (-COOH) med sure egenskaper. Den delen av molekylet som kalles radikalet (R) har ulik struktur for ulike aminosyrer. Tilstedeværelsen av basiske og sure grupper i ett aminosyremolekyl bestemmer deres høye reaktivitet. Gjennom disse gruppene kombineres aminosyrer for å danne proteiner. I dette tilfellet dukker det opp et vannmolekyl, og de frigjorte elektronene dannes peptidbinding. Det er derfor proteiner kalles polypeptider.
Ris. 8. Eksempler på strukturen til aminosyrer - monomerer av proteinmolekyler
Proteinmolekyler kan ha forskjellige romlige konfigurasjoner - protein struktur, og i deres struktur er det fire nivåer strukturell organisering(Fig. 9).
Sekvensen av aminosyrer i en polypeptidkjede er primær struktur ekorn. Det er unikt for ethvert protein og bestemmer dets form, egenskaper og funksjoner.
De fleste proteiner har en spiralform som et resultat av dannelsen av hydrogenbindinger mellom CO- og NH-grupper av forskjellige aminosyrerester i polypeptidkjeden. Hydrogenbindinger er svake, men sammen gir de en ganske sterk struktur. Denne spiralen er sekundær struktur ekorn.
Tertiær struktur– tredimensjonal romlig "pakking" av en polypeptidkjede. Resultatet er en bisarr, men spesifikk konfigurasjon for hvert protein - kule. Styrken til den tertiære strukturen sikres av de ulike bindingene som oppstår mellom aminosyreradikaler.
Ris. 9. Skjema for strukturen til et proteinmolekyl: I, II, III, IV – primære, sekundære, tertiære, kvaternære strukturer
Kvartær struktur ikke typisk for alle proteiner. Det oppstår som et resultat av kombinasjonen av flere makromolekyler med en tertiær struktur til et komplekst kompleks. For eksempel er humant blodhemoglobin et kompleks av fire proteinmakromolekyler (fig. 10).
Denne kompleksiteten til strukturen til proteinmolekyler er assosiert med mangfoldet av funksjoner som er iboende i disse biopolymerene.
Krenkelse av den naturlige strukturen til et protein kalles denaturering(Fig. 11). Det kan oppstå under påvirkning av temperatur, kjemiske substanser, strålingsenergi og andre faktorer. Med en svak innvirkning desintegrerer bare den kvartære strukturen, med en sterkere innvirkning, den tertiære, og deretter den sekundære, og proteinet forblir i form av en polypeptidkjede.
Ris. 10. Skjema av strukturen til hemoglobinmolekylet
Denne prosessen er delvis reversibel: hvis den primære strukturen ikke blir ødelagt, er det denaturerte proteinet i stand til å gjenopprette strukturen. Det følger at alle strukturelle trekk ved et proteinmakromolekyl bestemmes av dets primære struktur.
Unntatt enkle proteiner, som bare består av aminosyrer, er det også komplekse proteiner, som kan inkludere karbohydrater ( glykoproteiner), fett ( lipoproteiner), nukleinsyrer ( nukleoproteiner) og så videre.
Proteiners rolle i en celles liv er enorm. Moderne biologi viste at likhetene og forskjellene mellom organismer til syvende og sist bestemmes av settet med proteiner. Jo nærmere organismer er hverandre i systematisk posisjon, jo mer like er proteinene deres.
Ris. 11. Proteindenaturering
Proteiner, eller proteiner. Enkle og komplekse proteiner. Aminosyrer. Polypeptid. Primære, sekundære, tertiære og kvaternære strukturer av proteiner
Spørsmål
1. Hvilke stoffer kalles proteiner eller proteiner?
2. Hva er den primære strukturen til et protein?
3. Hvordan dannes sekundære, tertiære og kvaternære proteinstrukturer?
4. Hva er proteindenaturering?
5. På hvilket grunnlag deles proteiner inn i enkle og komplekse?
Oppgaver
Du vet at det hvite i et kyllingegg hovedsakelig består av proteiner. Tenk på hva som forklarer endringen i proteinstrukturen til et kokt egg. Gi andre eksempler du kjenner på hvor proteinstruktur kan endre seg.
§ 8. Funksjoner av proteiner
1. Hva er funksjonen til karbohydrater?
2. Hvilke funksjoner til proteiner kjenner du til?
Proteiner utfører ekstremt viktige og mangfoldige funksjoner. Dette er mulig i stor grad på grunn av variasjonen av former og sammensetning av selve proteinene.
En av de viktigste funksjonene til proteinmolekyler er konstruksjon (plast). Proteiner er en del av alle cellemembraner og celleorganeller. Veggene i blodkar, brusk, sener, hår og negler består hovedsakelig av protein.
Av stor betydning katalytisk, eller enzymatisk proteinfunksjon. Spesielle proteiner - enzymer er i stand til å akselerere biokjemiske reaksjoner i celler titalls og hundrevis av millioner ganger. Omtrent tusen enzymer er kjent. Hver reaksjon katalyseres av et spesifikt enzym. Du vil lære mer om dette nedenfor.
Motor funksjon utføre spesielle kontraktile proteiner. Takket være dem beveger flimmerhår og flageller seg i protozoer, kromosomer beveger seg under celledeling, muskler trekker seg sammen i flercellede organismer, og andre typer bevegelser i levende organismer forbedres.
Det er viktig transportfunksjon proteiner. Dermed frakter hemoglobin oksygen fra lungene til cellene i andre vev og organer. I muskler, i tillegg til hemoglobin, er det et annet gasstransportprotein - myoglobin. Serumproteiner fremmer transporten av lipider og fettsyrer, biologisk mangfoldig aktive stoffer. Transportproteiner i den ytre membranen til celler frakter ulike stoffer fra miljøet inn i cytoplasmaet.
Spesifikke proteiner utfører beskyttende funksjon. De beskytter kroppen mot invasjon av fremmede proteiner og mikroorganismer og mot skade. Således blokkerer antistoffer produsert av lymfocytter fremmede proteiner; fibrin og trombin beskytter kroppen mot blodtap.
Regulerende funksjon iboende i proteiner - hormoner. De opprettholder konstante konsentrasjoner av stoffer i blodet og cellene, deltar i vekst, reproduksjon og andre vitale prosesser. For eksempel regulerer insulin blodsukkeret.
Proteiner har også signalfunksjon. Cellemembranen inneholder proteiner som kan endre deres tertiære struktur som respons på miljøfaktorer. Slik mottas signaler fra det ytre miljø og informasjon overføres inn i cellen.
Proteiner kan prestere energifunksjon, som er en av energikildene i cellen. Når 1 g protein brytes fullstendig ned til sluttprodukter, frigjøres 17,6 kJ energi. Proteiner brukes imidlertid ekstremt sjelden som energikilde. Aminosyrer som frigjøres når proteinmolekyler brytes ned, brukes til å bygge nye proteiner.
Funksjoner av proteiner: konstruksjon, motor, transport, beskyttende, regulatorisk, signalering, energi, katalytisk. Hormon. Enzym
Spørsmål
1. Hva forklarer mangfoldet av proteinfunksjoner?
2. Hvilke funksjoner til proteiner kjenner du til?
3. Hvilken rolle spiller hormonproteiner?
4. Hvilken funksjon utfører enzymproteiner?
5. Hvorfor brukes proteiner sjelden som energikilde?
§ 9. Nukleinsyrer
1. Hvilken rolle har kjernen i en celle?
2. Hvilke celleorganeller er overføring av arvelige egenskaper forbundet med?
3. Hvilke stoffer kalles syrer?
Nukleinsyrer(fra lat. cellekjernen- kjerne) ble først oppdaget i leukocyttkjernene. Deretter ble det funnet at nukleinsyrer finnes i alle celler, ikke bare i kjernen, men også i cytoplasma og forskjellige organeller.
Det er to typer nukleinsyrer - deoksyribonuklein(forkortet DNA) Og ribonuklein(forkortet RNA). Forskjellen i navn forklares med at DNA-molekylet inneholder et karbohydrat deoksyribose, og RNA-molekylet er ribose.
Nukleinsyrer er biopolymerer som består av monomerer - nukleotider. Nukleotidmonomerene til DNA og RNA har en lignende struktur.
Hvert nukleotid består av tre komponenter forbundet med sterke kjemiske bindinger. Dette nitrogenholdig base, karbohydrat(ribose eller deoksyribose) og fosforsyrerester(Fig. 12).
Del DNA-molekyler Det er fire typer nitrogenholdige baser: adenin, guanin, cytosin eller tymin. De bestemmer navnene på de tilsvarende nukleotidene: adenyl (A), guanyl (G), cytidyl (C) og tymidyl (T) (fig. 13).
Ris. 12. Skjema for strukturen til nukleotider - monomerer av DNA (A) og RNA (B)
Hver DNA-streng er et polynukleotid som består av flere titusenvis av nukleotider.
DNA-molekylet har en kompleks struktur. Den består av to spiralformede kjeder, som er forbundet med hverandre langs hele lengden med hydrogenbindinger. Denne strukturen, som bare er karakteristisk for DNA-molekyler, kalles dobbeltspiralen.
Ris. 13. DNA-nukleotider
Ris. 14. Komplementær kobling av nukleotider
Når en DNA-dobbelspiral dannes, er nitrogenbasene i den ene kjeden ordnet i en strengt definert rekkefølge motsatt nitrogenbasene til den andre. I dette tilfellet avsløres et viktig mønster: tymin i en annen kjede er alltid plassert overfor adeninet til en kjede, cytosin er alltid plassert overfor guanin, og omvendt. Dette forklares med det faktum at nukleotidparene adenin og tymin, samt guanin og cytosin, strengt tatt samsvarer med hverandre og er komplementære, eller komplementære(fra lat. komplementum- tillegg), hverandre. Og selve mønsteret heter prinsippet om komplementaritet. I dette tilfellet oppstår alltid to hydrogenbindinger mellom adenin og tymin, og tre mellom guanin og cytosin (fig. 14).
Følgelig er antallet adenylnukleotider i enhver organisme lik antallet tymidylnukleotider, og antallet guanylnukleotider er lik antallet cytidylnukleotider. Når man kjenner sekvensen til nukleotider i en DNA-kjede, kan komplementaritetsprinsippet brukes til å etablere rekkefølgen av nukleotider i en annen kjede.
Ved hjelp av fire typer nukleotider registrerer DNA all informasjon om kroppen, som blir gitt videre til påfølgende generasjoner. DNA er med andre ord bæreren av arvelig informasjon.
DNA-molekyler finnes hovedsakelig i cellekjerner, men små mengder finnes i mitokondrier og plastider.
Et RNA-molekyl, i motsetning til et DNA-molekyl, er en polymer som består av en enkelt kjede med mye mindre dimensjoner.
RNA-monomerer er nukleotider som består av ribose, en fosforsyrerest og en av fire nitrogenholdige baser. Tre nitrogenholdige baser - adenin, guanin og cytosin - er de samme som i DNA, og den fjerde - uracil.
Dannelsen av en RNA-polymer skjer gjennom kovalente bindinger mellom ribose og fosforsyreresten til nabonukleotider.
Det er tre typer RNA, forskjellig i struktur, molekylstørrelse, plassering i cellen og utførte funksjoner.
Ribosomalt RNA (rRNA) er en del av ribosomer og deltar i dannelsen av deres aktive sentre, der prosessen med proteinbiosyntese skjer.
Overfør RNA (tRNA) - den minste i størrelse - transporterer aminosyrer til stedet for proteinsyntese.
Informasjon, eller mal, RNA (mRNA) syntetiseres på en del av en av kjedene til DNA-molekylet og overfører informasjon om strukturen til proteinet fra cellekjernen til ribosomene, hvor denne informasjonen implementeres.
Således representerer forskjellige typer RNA et enkelt funksjonelt system som tar sikte på å implementere arvelig informasjon gjennom proteinsyntese.
RNA-molekyler finnes i cellens kjerne, cytoplasma, ribosomer, mitokondrier og plastider.
Nukleinsyre. Deoksyribonukleinsyre, eller DNA. Ribonukleinsyre, eller RNA. Nitrogenbaser: adenin, guanin, cytosin, tymin, uracil, nukleotid. Dobbeltspiralen. Komplementaritet. Overfør RNA (tRNA). Ribosomalt RNA (rRNA). Messenger RNA (mRNA)
Spørsmål
1. Hva er strukturen til et nukleotid?
2. Hva er strukturen til DNA-molekylet?
3. Hva er komplementaritetsprinsippet?
4. Hva er likhetene og forskjellene i strukturen til DNA- og RNA-molekyler?
5. Hvilke typer RNA-molekyler kjenner du til? Hva er deres funksjoner?
Oppgaver
1. Skisser avsnittet ditt.
2. Forskere har funnet ut at et fragment av en DNA-kjede har følgende sammensetning: C-G G A A A T T C C. Fullfør den andre kjeden ved å bruke komplementaritetsprinsippet.
3. Under studien ble det funnet at i DNA-molekylet som studeres utgjør adeniner 26 % av totalt antall nitrogenholdige baser. Tell antall andre nitrogenholdige baser i dette molekylet.
Se på roten!
Kozma Prutkov
Hvilke kjemiske elementer utgjør en levende celle? Hvilken rolle spiller sukker og lipider? Hvordan er proteiner strukturert og hvordan får molekylene deres en viss romlig form? Hva er enzymer og hvordan gjenkjenner de deres substrater? Hva er strukturen til RNA- og DNA-molekyler? Hvilke egenskaper ved DNA-molekylet gjør at det kan spille rollen som en bærer av genetisk informasjon?
Leksjon-forelesning
ELEMENT OG MOLEKYLÆR SAMMENSETNING AV LEVENDE TING. Vi begynner vårt bekjentskap med levende systemer fra det molekylærgenetiske nivået. Dette er nivået av molekyler som danner det strukturelle og funksjonelle grunnlaget for cellene til levende organismer.
Retrovirus. Virus viser fantastiske geometriske former!
La oss huske det av alle de kjente elementene som er inkludert i Periodiske tabell D.I. Mendeleev, rundt 80 ble funnet i en levende celle. Dessuten er det ikke en eneste som ville være fraværende i livløs natur. Dette fungerer som et av bevisene på fellesskapet mellom levende og livløs natur.
Mer enn 90 % av en celles masse består av karbon, hydrogen, nitrogen og oksygen. Svovel, fosfor, kalium, natrium, kalsium, magnesium, jern og klor finnes i mye mindre mengder i cellen. Alle andre grunnstoffer (sink, kobber, jod, fluor, kobolt, mangan osv.) utgjør til sammen ikke mer enn 0,02 % av cellemassen. Det er derfor de kalles mikroelementer. Mikroelementer er en del av hormoner, enzymer og vitaminer, dvs. forbindelser med høy biologisk aktivitet.
For eksempel fører en mangel på jod i kroppen, nødvendig for produksjonen av skjoldbruskkjertelhormonet - tyroksin, til en reduksjon i produksjonen av dette hormonet og, som en konsekvens, til utvikling av alvorlige sykdommer, inkludert kretinisme.
Det meste av celleinnholdet er vann. Mange stoffer kommer inn i eller forlater cellen i form av vandige løsninger; de fleste intracellulære reaksjoner skjer også i et vandig miljø. Dessuten er vann direkte involvert i en rekke kjemiske reaksjoner, donerer H+- eller OH-ioner til de resulterende forbindelsene. På grunn av sin høye varmekapasitet stabiliserer vann temperaturen inne i cellen, noe som gjør den mindre avhengig av temperatursvingninger i miljøet rundt cellen.
I tillegg til vann, som utgjør 70 % av cellevolumet, inneholder det også organiske stoffer – karbonforbindelser. Blant dem er det små molekyler som inneholder opptil 30 karbonatomer og makromolekyler. Førstnevnte inkluderer enkle sukkerarter (monosakkarider), lipider, aminosyrer og nukleotider. De tjener som strukturelle komponenter for konstruksjon av makromolekyler, og i tillegg spiller de en betydelig rolle i de metabolske prosessene og energien til en levende celle.
Og likevel er grunnlaget for livet på molekylært nivå proteiner og nukleinsyrer, som vi vil diskutere mer detaljert.
AMINOSYRER OG PROTEINER. Ekorn har en spesiell rolle i levende natur. De tjener som byggemateriale til cellen, og nesten ingen av prosessene som skjer i cellene kan skje uten deres deltakelse.
Et proteinmolekyl er en kjede av aminosyrer, og antall ledd i en slik kjede kan variere fra titalls til flere tusen. Tilstøtende aminosyrer er knyttet til hverandre spesiell type kjemisk forbindelse, som kalles peptid. Denne bindingen dannes under prosessen med proteinsyntese, når karboksylgruppen til en aminosyre binder seg til den tilstøtende aminogruppen til en annen aminosyre (fig. 32).
Ris. 32. Peptidbinding
Alle de 20 typene aminosyrer er involvert i konstruksjonen av proteiner. Imidlertid er rekkefølgen av deres veksling i proteinkjeden veldig forskjellig, noe som skaper muligheten for et stort antall kombinasjoner, og følgelig for konstruksjon av mange typer proteinmolekyler. Det skal bemerkes at bare planter er i stand til å syntetisere alle de 20 aminosyrene som er nødvendige for å bygge proteiner. Dyr får en rekke aminosyrer, kalt essensielle aminosyrer, ved å spise planter.
Sekvensen av aminosyrer i et proteinmolekyl er betegnet som primær struktur ekorn (fig. 33). Det er også sekundær struktur protein, som forstås som naturen til det romlige arrangementet av individuelle fragmenter av aminosyrekjeden. I den sekundære strukturen er deler av proteinmolekylet formet som helikser eller foldede lag. I deres dannelse spilles en viktig rolle av hydrogenbindinger etablert mellom oksygen og hydrogen av peptidbindinger (-N-H...0=C-) av forskjellige aminosyrer.
Ris. 33. Proteinstruktur
Under tertiær struktur protein refererer til det romlige arrangementet av hele aminosyrekjeden.
Tertiær struktur har direkte betydning for formen til proteinmolekylet, som kan være trådaktig eller rundt. I det siste tilfellet er molekylet foldet på en slik måte at dets hydrofobe områder er inne, og dets polare hydrofile grupper er på overflaten. Den resulterende romlige strukturen kalles kule.
Til slutt kan noen proteiner inneholde flere kuler, som hver er dannet av en uavhengig kjede av aminosyrer. Kombinasjonen av flere kuler til et enkelt kompleks er betegnet med begrepet kvartær struktur ekorn. For eksempel består hemoglobinproteinmolekylet av fire kuler som inneholder en ikke-proteindel - hem.
Et proteinmolekyl er i stand til å selvorganisere seg til en kompleks romlig struktur, hvis konfigurasjon er spesifikk og bestemt av sekvensen av aminosyrer, dvs. proteinets primære struktur.
Selvorganisering er en av de unike egenskaper proteiner, som ligger til grunn for mange av funksjonene de utfører. Spesielt er mekanismen for gjenkjennelse av egne enzymer (biologiske katalysatorer) basert på spesifisiteten til den romlige strukturen til proteinmolekylet. substrat, dvs. et molekyl som, etter å ha interagert med et enzym, gjennomgår visse kjemiske transformasjoner og blir til produkt.
Enzymer er proteiner, hvor en viss del av molekylet utgjør det aktive senteret. Det binder et substrat spesifikt for et gitt enzym og omdanner det til et produkt. I dette tilfellet er enzymet i stand til å skille substratet på grunn av den spesielle romlige konfigurasjonen til det aktive senteret, spesifikt for hvert enzym. Du kan tenke deg at underlaget passer til enzymet som en nøkkel til en lås.
Du er overbevist om at alle egenskapene til et protein er basert på dets primære struktur - sekvensen av aminosyrer i molekylet. Det kan sammenlignes med et ord som er skrevet i et alfabet bestående av 20 aminosyrebokstaver. Og hvis det er ord, kan det være et chiffer som disse ordene kan kodes med. Hvordan? Kjennskap til strukturen til nukleinsyrer vil bidra til å svare på dette spørsmålet.
NUKLEOTIDER OG NUKLEINSYRER. Nukleotider består av en nitrogenholdig syklisk forbindelse (nitrogenbase), et femkarbonsukker og en fosforsyrerest. Nukleinsyremakromolekyler er bygget fra dem.
Sammensetningen av molekyler RNA(ribonukleinsyre) inkluderer nukleotider bygget på sukkerribosen og inneholder adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og uracil (U) som nitrogenholdige baser. Nukleotider som utgjør et molekyl DNA(deoksyribonukleinsyre), inneholder deoksyribose, og i stedet for uracil - tymin (T).
Koblingen av nukleotider til hverandre i et DNA (RNA) molekyl skjer på grunn av koblingen av fosforresten til ett nukleotid med deoksyribosen (ribose) til et annet (fig. 34).
Ris. 34. Kjedesammensetning og struktur av DNA-molekylet
I løpet av studier av sammensetningen av DNA-molekyler ble det funnet at i hver av dem er antallet nitrogenholdige adeninbaser (A) lik antall tymin (T), og antallet guanin (G) er likt til antall cytosin (C). Denne oppdagelsen fungerte som en forutsetning for opprettelsen av J. Watson og F. Crick i 1953 av en modell av DNA-molekylet - den berømte doble helixen.
I følge denne modellen består DNA-molekylet av to kjeder som er foldet til en høyrehendt spiral (fig. 35).
Ris. 35. DNA-strukturmodell
Hver kjede inneholder en sekvens av nukleotider som strengt tatt tilsvarer (komplementær) til sekvensen til den andre kjeden. Denne korrespondansen oppnås ved tilstedeværelsen av hydrogenbindinger mellom nitrogenbasene til to kjeder rettet mot hverandre - A og T eller G og C.
Kommunikasjon mellom andre par nitrogenholdige baser er umulig, siden den romlige strukturen til molekylene av nitrogenholdige baser er slik at bare A og T, samt G og C, kan komme nær hverandre nok til å danne hydrogenbindinger med hverandre.
Den viktigste egenskapen til DNA er muligheten for selvduplisering - replikering, som utføres med deltakelse av en gruppe enzymer (fig. 36).
Ris. 36. DNA-replikasjonsskjema
I visse områder, inkludert i en av endene, av et dobbelttrådet spiralformet DNA-molekyl, brytes hydrogenbindinger mellom kjedene. De skiller seg og slapper av.
Denne prosessen tar gradvis over hele molekylet. Ettersom kjedene til modermolekylet divergerer på dem, som på en matrise, fra de som er tilgjengelige i miljø nukleotider, datterkjeder bygges. Monteringen av en ny kjede fortsetter i strengt samsvar med komplementaritetsprinsippet: mot hver A er det en T, mot G - C osv. Som et resultat oppnås to nye DNA-molekyler, som hver har en kjede igjen fra det opprinnelige DNA-molekylet, og det andre er et nytt . I dette tilfellet er de to DNA-molekylene som dannes under replikering identiske med den opprinnelige.
DNA-molekylets evne til selvkopiering er grunnlaget for overføring av arvelig informasjon fra levende organismer. Sekvensen av nukleotidbaser i et DNA-molekyl fungerer som koden som koder for informasjon om proteinene som er nødvendige for kroppens funksjon.
I motsetning til DNA, består et RNA-molekyl av en enkelt polynukleotidkjede. Det finnes flere typer RNA som utfører ulike funksjoner i cellen. En RNA-kopi av en del av en DNA-kjede kalles informasjon eller messenger RNA(mRNA) og spiller rollen som et mellomledd i overføringen av genetisk informasjon fra DNA til cellestrukturer som syntetiserer protein - ribosomer. I tillegg inneholder cellen ribosomalt RNA(rRNA), som sammen med proteiner danner ribosomer, overføre RNA(tRNA), transporterer aminosyrer til stedet for proteinsyntese, og noen andre.
DNA-molekylet består av to komplementære tråder av nukleotider kveilet til en spiral, som holdes sammen av hydrogenbindinger. danner A-T Og G-C-par begrunnelse. Nukleotidsekvensen til en DNA-kjede fungerer som en kode som koder for genetisk informasjon. Dechiffrering av denne informasjonen utføres med deltakelse av RNA-molekyler. DNAs evne til å kopiere seg selv (replisere) gir muligheten til å overføre genetisk informasjon i levende natur.
- Hvorfor kalles proteiner for livsmolekyler?
- Hva er rollen romlige strukturer proteiner i cellelivsprosesser?
- Hvilket prinsipp ligger til grunn for DNA-replikasjonsprosesser?
Spørsmål 1. Hvilke prosesser studerer forskere på molekylært nivå?
På molekylært nivå studeres de viktigste prosessene i kroppens liv: dens vekst og utvikling, metabolisme og energiomdannelse, lagring og overføring av arvelig informasjon, variasjon. Elementær enhet på molekylært nivå fungerer et gen som et fragment av et nukleinsyremolekyl, der en viss mengde biologisk informasjon er registrert i kvalitativ og kvantitativ forstand.
Spørsmål 2. Hvilke elementer dominerer i sammensetningen av levende organismer?
En levende organisme inneholder mer enn 70-80 kjemiske elementer, men karbon, oksygen, hydrogen, nitrogen og fosfor dominerer.
Spørsmål 3. Hvorfor regnes molekyler av proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater og lipider som biopolymerer kun i cellen?
Molekyler av proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater og lipider er polymerer fordi de består av repeterende monomerer. Men bare i et levende system (celle, organisme) manifesterer disse stoffene sin biologiske essens, har en rekke spesifikke egenskaper og utfører mange viktige funksjoner. Derfor kalles slike stoffer i levende systemer biopolymerer. Utenfor et levende system mister disse stoffene sine biologiske egenskaper og er ikke biopolymerer.
Spørsmål 4. Hva menes med universaliteten til biopolymermolekyler?
Uavhengig av kompleksitetsnivået og funksjonene som utføres i cellen, har alle biopolymerer følgende egenskaper:
deres molekyler har få lange grener, men mange korte;
polymerkjeder er sterke og brytes ikke spontant fra hverandre;
i stand til å bære en rekke funksjonelle grupper og molekylære fragmenter som gir biokjemisk funksjonell aktivitet, dvs. evnen til å utføre biokjemiske reaksjoner og transformasjoner som er nødvendige for cellen i det intracellulære løsningsmiljøet;
ha fleksibilitet tilstrekkelig til å danne svært komplekse romlige strukturer som er nødvendige for å utføre biokjemiske funksjoner, dvs. for drift av proteiner som molekylære maskiner, nukleinsyrer som programmeringsmolekyler, etc.;
CH- og C-C-bindingene til biopolymerer, til tross for deres styrke, er også batterier av elektronisk energi.
Hovedegenskapen til biopolymerer er lineariteten til polymerkjeder, siden bare lineære strukturer enkelt kan kodes og "settes sammen" fra monomerer. I tillegg, hvis polymertråden er fleksibel, er det ganske enkelt å danne den ønskede romlige strukturen fra den, og etter at den molekylære maskinen konstruert på denne måten er avskrevet og går i stykker, kan den enkelt demonteres i komponentelementene for å bruke dem igjen. Kombinasjonen av disse egenskapene finnes bare i karbonbaserte polymerer. Alle biopolymerer i levende systemer er i stand til å yte visse egenskaper og utføre mange viktige funksjoner. Egenskapene til biopolymerer avhenger av antall, sammensetning og rekkefølge av deres monomerer. Evnen til å endre sammensetningen og sekvensen av monomerer i polymerstrukturen tillater eksistensen av et stort utvalg av biopolymeralternativer, uavhengig av arten av organismen. I alle levende organismer bygges biopolymerer i henhold til en enkelt plan.
Hvilke elementer dominerer i levende organismer?
Hvorfor regnes molekyler av proteiner, nukleinsyrer, karbohydrater og lipider som biopolymerer kun i cellen?
Hva menes med ordet universalitet av biopolymermolekyler?
a) sekvens av veksling av aminosyrer
b) antall aminosyrer i molekylet
c) formen til tertiærstrukturen
d) alle spesifiserte funksjoner
3. I hvilket tilfelle er sammensetningen av et DNA-nukleotid korrekt indikert?
a) ribose, fosforsyrerest, tymin
b) fosforsyre, uracil, deoksyribose
c) fosforsyrerest, deoksyribose, adenin
d) fosforsyre, ribose, guanin
4. Monomerer av nukleinsyrer er:
a) nitrogenholdige baser
b) ribose eller deoksyribose
c) deoksyribose- og fosfatgrupper
d) nukleotider
5. Aminosyrer i et proteinmolekyl er forbundet gjennom:
a) ionebinding
b) peptidbinding
c) hydrogenbinding
6. Hva er funksjonen til transfer RNA?
a) overfører aminosyrer til ribosomer
b) overfører informasjon fra DNA
c) danner ribosomer
d) alle oppførte funksjoner
7. Enzymer er biokatalysatorer som består av:
a) proteiner b) nukleotider c) lipider c) fett
8. Polysakkarider inkluderer:
a) stivelse, ribose
b) glykogen, glukose
c) cellulose, stivelse
d) stivelse, sukrose
9. Karbon som grunnstoff er inkludert i:
a) proteiner og karbohydrater
b) karbohydrater og lipider
c) karbohydrater og nukleinsyrer
d) alle organiske forbindelser i cellen
10. Cellen inneholder DNA:
a) i kjernen og mitokondriene
b) i kjernen, cytoplasma og ulike organeller
c) i kjernen, mitokondrier og cytoplasma
d) i kjernen, mitokondrier, kloroplaster
HVA ER ET NUKLEINSYRE-MONOMETER? ALTERNATIVER (AMINOSYRE, NUKLEOTID, PROTEINMOLEKYL?) HVA ER INKLUDERTNUKLEOTIDSAMMENSETNING
ALTERNATIVER: (AMINOSYRE, NITROGENBASE, FOSFORSYRE REST, KARBOHYDRAT?)
Hjelp meg vær så snill!1. Vitenskapen som studerer celler kalles:
A) Genetikk;
B) Utvalg;
B) økologi;
B) Cytologi.
2. Organiske stoffer i cellen:
A) Vann, mineraler, fett;
B) Karbohydrater, lipider, proteiner, nukleinsyrer;
C) Karbohydrater, mineraler, fett;
D) Vann, mineraler, proteiner.
3. Av alle organiske stoffer består hoveddelen av cellen av:
A) Proteiner.
B) Karbohydrater
B) Fett
D) Vann.
4. Erstatt de uthevede ordene med ett ord:
A) Små molekyler av organiske stoffer danner komplekse molekyler i cellen.
B) De permanente strukturelle komponentene i cellen utfører vitale funksjoner for cellen.
C) Det høyt ordnede, halvflytende indre miljøet til cellen sikrer den kjemiske interaksjonen av alle cellulære strukturer.
D) Det viktigste fotosyntetiske pigmentet gir den grønne fargen til kloroplaster.
5. Akkumulering og pakking kjemiske forbindelser i buret utfører de:
A) mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
6. Funksjonene til intracellulær fordøyelse utføres av:
A) mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
7. "Sammensetningen" av et polymert proteinmolekyl utføres:
A) mitokondrier;
B) Ribosomer;
B) Lysosomer;
D) Golgi-kompleks.
8. Settet med kjemiske reaksjoner som resulterer i nedbrytning av organiske stoffer og frigjøring av energi kalles:
A) Katabolisme;
B) anabolisme;
B) Metabolisme;
D) Assimilering
9. Å "kopiere" genetisk informasjon fra et DNA-molekyl ved å lage mRNA kalles:
A) Kringkasting;
B) Transkripsjon;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
10. Prosessen med dannelse av organiske stoffer i lys i kloroplaster ved bruk av vann og karbondioksid kalles:
A) Fotosyntese;
B) Transkripsjon;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
11. Den enzymatiske og oksygenfrie prosessen med nedbrytning av organiske stoffer kalles:
A) Fotosyntese;
B) Transkripsjon;
B) Biosyntese;
D) Glykolyse.
12. Nevn hovedbestemmelsene i celleteorien.
Laster inn...