UZ nukleīnskābes ietver augsta polimēra savienojumus, kas hidrolīzes laikā sadalās purīna un pirimidīna bāzēs, pentozē un fosforskābē. Nukleīnskābes satur oglekli, ūdeņradi, fosforu, skābekli un slāpekli. Ir divas nukleīnskābju klases: ribonukleīnskābes (RNS) Un dezoksiribonukleīnskābes (DNS).

DNS struktūra un funkcijas

DNS- polimērs, kura monomēri ir dezoksiribonukleotīdi. DNS molekulas telpiskās struktūras modeli dubultspirāles formā 1953. gadā ierosināja J. Vatsons un F. Kriks (šī modeļa izveidošanai viņi izmantoja M. Vilkinsa, R. Franklina, E. Šargafa darbus ).

DNS molekula ko veido divas polinukleotīdu ķēdes, kas spirālveidīgi savītas viena ap otru un kopā ap iedomātu asi, t.i. ir dubultspirāle (izņemot to, ka dažiem DNS saturošiem vīrusiem ir vienpavedienu DNS). DNS dubultspirāles diametrs ir 2 nm, attālums starp blakus esošajiem nukleotīdiem ir 0,34 nm, un vienā spirāles apgriezienā ir 10 nukleotīdu pāri. Molekulas garums var sasniegt vairākus centimetrus. Molekulmasa - desmitiem un simtiem miljonu. Kopējais DNS garums cilvēka šūnas kodolā ir aptuveni 2 m Eikariotu šūnās DNS veido kompleksus ar olbaltumvielām un tai ir specifiska telpiskā konformācija.

DNS monomērs - nukleotīds (dezoksiribonukleotīds)- sastāv no trīs vielu atliekām: 1) slāpekļa bāzes, 2) piecu oglekļa monosaharīda (pentozes) un 3) fosforskābes. Nukleīnskābju slāpekļa bāzes pieder pie pirimidīnu un purīnu klasēm. DNS pirimidīna bāzes(molekulā ir viens gredzens) - timīns, citozīns. Purīna bāzes(ir divi gredzeni) - adenīns un guanīns.

DNS nukleotīda monosaharīds ir dezoksiriboze.

Nukleotīda nosaukums ir atvasināts no atbilstošās bāzes nosaukuma. Nukleotīdi un slāpekļa bāzes ir apzīmētas ar lielajiem burtiem.

Polinukleotīdu ķēde veidojas nukleotīdu kondensācijas reakciju rezultātā. Šajā gadījumā starp viena nukleotīda dezoksiribozes atlikuma 3" oglekli un cita nukleotīda fosforskābes atlikumu, fosfoestera saite(pieder stipro kovalento saišu kategorijai). Viens polinukleotīdu ķēdes gals beidzas ar 5" oglekli (saukts par 5" galu), otrs beidzas ar 3" oglekli (3" gals).

Pretī vienai nukleotīdu virknei ir otra virkne. Nukleotīdu izvietojums šajās divās ķēdēs nav nejaušs, bet gan stingri noteikts: timīns vienmēr atrodas pretī vienas ķēdes adenīnam otrā ķēdē, bet citozīns vienmēr atrodas pretī guanīnam; starp adenīnu un timīnu ir divi ūdeņraža saites, starp guanīnu un citozīnu ir trīs ūdeņraža saites. Tiek saukts modelis, saskaņā ar kuru dažādu DNS ķēžu nukleotīdi ir stingri sakārtoti (adenīns - timīns, guanīns - citozīns) un selektīvi savienojas viens ar otru. komplementaritātes principu. Jāpiebilst, ka J. Vatsons un F. Kriks komplementaritātes principu saprata pēc iepazīšanās ar E. Šargafa darbiem. E. Čargafs, izpētījis milzīgu skaitu dažādu organismu audu un orgānu paraugu, atklāja, ka jebkurā DNS fragmentā guanīna atlieku saturs vienmēr precīzi atbilst citozīna saturam, bet adenīna – timīna ( "Čargafa likums"), taču viņš nevarēja izskaidrot šo faktu.

No komplementaritātes principa izriet, ka vienas ķēdes nukleotīdu secība nosaka otras ķēdes nukleotīdu secību.

DNS pavedieni ir pretparalēli (daudzvirzienu), t.i. dažādu ķēžu nukleotīdi atrodas pretējos virzienos, un tāpēc pretī vienas ķēdes 3" galam atrodas otras ķēdes 5" gals. DNS molekulu dažreiz salīdzina ar spirālveida kāpnēm. Šo kāpņu “margas” ir cukura-fosfāta mugurkauls (mainīgi dezoksiribozes un fosforskābes atlikumi); “soļi” ir komplementāras slāpekļa bāzes.

DNS funkcija- iedzimtas informācijas glabāšana un pārraide.

DNS replikācija (reduplikācija)

- pašdublēšanās process, galvenā DNS molekulas īpašība. Replikācija pieder pie reakciju kategorijas matricas sintēze, nāk ar fermentu līdzdalību. Enzīmu ietekmē DNS molekula atritinās, un ap katru ķēdi tiek veidota jauna ķēde, kas darbojas kā veidne saskaņā ar komplementaritātes un pretparalēlisma principiem. Tādējādi katrā meitas DNS viena virkne ir mātes virkne, bet otrā ir tikko sintezēta. Šo sintēzes metodi sauc puskonservatīvs.

“Būvmateriāls” un enerģijas avots replikācijai ir dezoksiribonukleozīdu trifosfāti(ATP, TTP, GTP, CTP), kas satur trīs fosforskābes atlikumus. Kad dezoksiribonukleozīdu trifosfāti tiek iekļauti polinukleotīdu ķēdē, tiek atdalīti divi terminālie fosforskābes atlikumi, un atbrīvotā enerģija tiek izmantota, lai izveidotu fosfodiestera saiti starp nukleotīdiem.

Replikācijā ir iesaistīti šādi fermenti:

helikāzes ("atritināt" DNS);
destabilizējoši proteīni;
DNS topoizomerāzes (sagriezta DNS);
DNS polimerāzes (izvēlas dezoksiribonukleozīdu trifosfātus un komplementāri pievieno tos DNS šablona virknei);
RNS primāzes (veido RNS praimerus);
DNS ligāzes (savieno DNS fragmentus kopā).

Ar helikāžu palīdzību DNS tiek atšķetināta noteiktās sekcijās, vienas virknes DNS sekcijas saista ar destabilizējošiem proteīniem un replikācijas dakša. Atšķiroties par 10 nukleotīdu pāriem (viens spirāles apgrieziens), DNS molekulai ir jāveic pilns apgrieziens ap savu asi. Lai novērstu šo rotāciju, DNS topoizomerāze sagriež vienu DNS virkni, ļaujot tai griezties ap otro virkni.

DNS polimerāze var piesaistīt nukleotīdu tikai iepriekšējā nukleotīda dezoksiribozes 3" ogleklim, tāpēc šis enzīms spēj pārvietoties pa šablona DNS tikai vienā virzienā: no šīs šablona DNS 3" gala līdz 5" galam. Tā kā mātes DNS ķēdes ir pretparalēlas, tad uz tās dažādajām ķēdēm meitas polinukleotīdu ķēžu salikšana notiek atšķirīgi un pretējos virzienos. Ķēdē 3"-5" meitas polinukleotīdu ķēdes sintēze notiek bez pārtraukuma, šī meita ķēde tiks izsaukta vadošais. Uz 5"-3" ķēdes - ar pārtraukumiem, fragmentos ( Okazaki fragmenti), kuras pēc replikācijas pabeigšanas DNS ligāzes sašuj vienā virknē; šī bērnu ķēde tiks saukta atpaliek (atpaliek).

DNS polimerāzes īpatnība ir tā, ka tā var sākt savu darbu tikai ar "sēklas" (gruntējums). “Primeru” lomu veic īsas RNS sekvences, ko veido enzīms RNS primāze un ir savienotas pārī ar šablona DNS. RNS praimeri tiek noņemti pēc polinukleotīdu ķēžu montāžas pabeigšanas.

Replikācija notiek līdzīgi prokariotos un eikariotos. DNS sintēzes ātrums prokariotos ir par vienu pakāpi augstāks (1000 nukleotīdi sekundē) nekā eikariotos (100 nukleotīdi sekundē). Replikācija sākas vienlaikus vairākās DNS molekulas daļās. DNS fragments no viena replikācijas sākuma līdz otram veido replikācijas vienību - replikons.

Replikācija notiek pirms šūnu dalīšanās. Pateicoties šai DNS spējai, iedzimtā informācija tiek pārnesta no mātes šūnas uz meitas šūnām.

Remonts (“remonts”)

Reparācijas ir DNS nukleotīdu secības bojājumu novēršanas process. To veic īpašas šūnas enzīmu sistēmas ( remonta fermenti). DNS struktūras atjaunošanas procesā var izdalīt šādus posmus: 1) DNS remonta nukleāzes atpazīst un noņem bojāto vietu, kā rezultātā DNS ķēdē veidojas sprauga; 2) DNS polimerāze aizpilda šo robu, kopējot informāciju no otrās (“labās”) virknes; 3) DNS ligāze “šķērssaitē” nukleotīdus, pabeidzot remontu.

Visvairāk pētīti trīs labošanas mehānismi: 1) fotoremonts, 2) ekscīzijas jeb pirmsreplikācijas remonts, 3) pēcreplikācijas remonts.

DNS struktūras izmaiņas šūnā notiek pastāvīgi reaktīvo metabolītu, ultravioletā starojuma, smago metālu un to sāļu uc ietekmē. Tāpēc remontsistēmu defekti palielina mutācijas procesu ātrumu un ir cēlonis iedzimtas slimības(xeroderma pigmentosum, progērija utt.).

RNS struktūra un funkcijas

- polimērs, kura monomēri ir ribonukleotīdi. Atšķirībā no DNS, RNS veido nevis divas, bet viena polinukleotīdu ķēde (ar izņēmumu, ka dažiem RNS saturošiem vīrusiem ir divpavedienu RNS). RNS nukleotīdi spēj viens ar otru veidot ūdeņraža saites. RNS ķēdes ir daudz īsākas nekā DNS ķēdes.

RNS monomērs - nukleotīds (ribonukleotīds)- sastāv no trīs vielu atliekām: 1) slāpekļa bāzes, 2) piecu oglekļa monosaharīda (pentozes) un 3) fosforskābes. RNS slāpekļa bāzes pieder arī pirimidīnu un purīnu klasēm.

RNS pirimidīna bāzes ir uracils un citozīns, un purīna bāzes ir adenīns un guanīns. RNS nukleotīdu monosaharīds ir riboze.

Izcelt trīs veidu RNS: 1) informatīvs(ziņnesis) RNS — mRNS (mRNS), 2) transports RNS — tRNS, 3) ribosomāls RNS – rRNS.

Visi RNS veidi ir nesazaroti polinukleotīdi, tiem ir specifiska telpiskā konformācija un tie piedalās proteīnu sintēzes procesos. Informācija par visu veidu RNS struktūru tiek glabāta DNS. RNS sintezēšanas procesu uz DNS veidnes sauc par transkripciju.

Pārnest RNS parasti satur 76 (no 75 līdz 95) nukleotīdus; molekulmasa - 25 000-30 000. tRNS veido apmēram 10% no kopējā RNS satura šūnā. tRNS funkcijas: 1) aminoskābju transportēšana uz proteīnu sintēzes vietu, uz ribosomām, 2) translācijas starpnieks. Šūnā ir atrodami aptuveni 40 tRNS veidi, katram no tiem ir unikāla nukleotīdu secība. Tomēr visām tRNS ir vairāki intramolekulāri komplementāri reģioni, kuru dēļ tRNS iegūst āboliņa lapām līdzīgu konformāciju. Jebkurai tRNS ir cilpa kontaktam ar ribosomu (1), antikodona cilpa (2), cilpa kontaktam ar enzīmu (3), akceptora kāts (4) un antikodons (5). Aminoskābi pievieno akceptora kāta 3" galam. Antikodons- trīs nukleotīdi, kas "identificē" mRNS kodonu. Jāuzsver, ka specifiska tRNS var transportēt stingri noteiktu aminoskābi, kas atbilst tās antikodonam. Aminoskābes un tRNS savienojuma specifika tiek panākta, pateicoties fermenta aminoacil-tRNS sintetāzes īpašībām.

Ribosomu RNS satur 3000-5000 nukleotīdus; molekulmasa - 1 000 000-1 500 000. rRNS veido 80-85% no kopējā RNS satura šūnā. Kompleksā ar ribosomu proteīniem rRNS veido ribosomas - organellus, kas veic olbaltumvielu sintēzi. Eikariotu šūnās rRNS sintēze notiek nukleolus. rRNS funkcijas: 1) nepieciešamā ribosomu strukturālā sastāvdaļa un līdz ar to ribosomu funkcionēšanas nodrošināšana; 2) ribosomas un tRNS mijiedarbības nodrošināšana; 3) sākotnējā ribosomas un mRNS iniciatorkodona saistīšanās un nolasīšanas rāmja noteikšana, 4) ribosomas aktīvā centra veidošana.

Messenger RNS mainījās pēc nukleotīdu satura un molekulmasas (no 50 000 līdz 4 000 000). mRNS veido līdz 5% no kopējā RNS satura šūnā. MRNS funkcijas: 1) ģenētiskās informācijas pārnešana no DNS uz ribosomām, 2) matrica proteīna molekulas sintēzei, 3) proteīna molekulas primārās struktūras aminoskābju secības noteikšana.

ATP uzbūve un funkcijas

Adenozīna trifosforskābe (ATP)- universāls avots un galvenais enerģijas akumulators dzīvās šūnās. ATP ir atrodams visās augu un dzīvnieku šūnās. ATP daudzums ir vidēji 0,04% (no šūnas mitrās masas), lielākais ATP daudzums (0,2-0,5%) ir atrodams skeleta muskuļos.

ATP sastāv no atliekām: 1) slāpekļa bāzes (adenīna), 2) monosaharīda (ribozes), 3) trīs fosforskābēm. Tā kā ATP satur nevis vienu, bet trīs fosforskābes atlikumus, tas pieder pie ribonukleozīdu trifosfātiem.

Lielākā daļa darba, kas notiek šūnās, izmanto ATP hidrolīzes enerģiju. Šajā gadījumā, kad fosforskābes terminālais atlikums tiek izvadīts, ATP pārvēršas par ADP (adenozīndifosforskābi), un, kad tiek izvadīts otrais fosforskābes atlikums, tas pārvēršas par AMP (adenozīnmonofosforskābi). Brīvās enerģijas iznākums, likvidējot gan gala, gan otro fosforskābes atlikumu, ir 30,6 kJ. Trešās fosfātu grupas likvidēšanu pavada tikai 13,8 kJ izdalīšanās. Saites starp gala un otro, otro un pirmo fosforskābes atlikumu sauc par augstas enerģijas (augstas enerģijas).

ATP rezerves tiek pastāvīgi papildinātas. Visu organismu šūnās ATP sintēze notiek fosforilēšanās procesā, t.i. fosforskābes pievienošana ADP. Fosforilācija notiek ar dažādu intensitāti elpošanas (mitohondriji), glikolīzes (citoplazmas) un fotosintēzes (hloroplasti) laikā.

ATP ir galvenā saikne starp procesiem, ko pavada enerģijas izdalīšanās un uzkrāšanās, un procesiem, kas notiek ar enerģijas patēriņu. Turklāt ATP kopā ar citiem ribonukleozīdu trifosfātiem (GTP, CTP, UTP) ir RNS sintēzes substrāts.

Iet uz lekcijas Nr.3“Olbaltumvielu struktūra un funkcijas. Fermenti"

Iet uz lekcijas Nr.5"Šūnu teorija. Šūnu organizācijas veidi"

DNS struktūra un funkcijas

DNS nukleotīda monosaharīds ir dezoksiriboze.

Nukleotīda nosaukums ir atvasināts no atbilstošās bāzes nosaukuma. Nukleotīdi un slāpekļa bāzes ir apzīmētas ar lielajiem burtiem.

Pretī vienai nukleotīdu virknei ir otra virkne. Nukleotīdu izvietojums šajās divās ķēdēs nav nejaušs, bet stingri noteikts: timīns vienmēr atrodas pretī vienas ķēdes adenīnam otrā ķēdē, bet citozīns vienmēr atrodas pretī guanīnam, starp adenīnu un timīnu rodas divas ūdeņraža saites, un trīs starp guanīnu un citozīnu rodas ūdeņraža saites. Tiek saukts modelis, saskaņā ar kuru dažādu DNS ķēžu nukleotīdi ir stingri sakārtoti (adenīns - timīns, guanīns - citozīns) un selektīvi savienojas viens ar otru. komplementaritātes principu. Jāpiebilst, ka J. Vatsons un F. Kriks komplementaritātes principu saprata pēc iepazīšanās ar E. Šargafa darbiem. E. Čargafs, izpētījis milzīgu skaitu dažādu organismu audu un orgānu paraugu, atklāja, ka jebkurā DNS fragmentā guanīna atlieku saturs vienmēr precīzi atbilst citozīna saturam, bet adenīna – timīna ( "Čargafa likums"), taču viņš nevarēja izskaidrot šo faktu.

No komplementaritātes principa izriet, ka vienas ķēdes nukleotīdu secība nosaka otras ķēdes nukleotīdu secību.

DNS funkcija- iedzimtas informācijas glabāšana un pārraide.

DNS replikācija (reduplikācija)

- pašdublēšanās process, galvenā DNS molekulas īpašība. Replikācija pieder pie matricas sintēzes reakciju kategorijas un notiek, piedaloties fermentiem. Enzīmu ietekmē DNS molekula atritinās, un ap katru ķēdi tiek veidota jauna ķēde, kas darbojas kā veidne saskaņā ar komplementaritātes un pretparalēlisma principiem. Tādējādi katrā meitas DNS viena virkne ir mātes virkne, bet otrā ir tikko sintezēta. Šo sintēzes metodi sauc puskonservatīvs.

Replikācijā ir iesaistīti šādi fermenti:

helikāzes ("atritināt" DNS);
destabilizējoši proteīni;
DNS topoizomerāzes (sagriezta DNS);
DNS polimerāzes (izvēlas dezoksiribonukleozīdu trifosfātus un komplementāri pievieno tos DNS šablona virknei);
RNS primāzes (veido RNS praimerus);
DNS ligāzes (savieno DNS fragmentus kopā).

Replikācija notiek pirms šūnu dalīšanās. Pateicoties šai DNS spējai, iedzimtā informācija tiek pārnesta no mātes šūnas uz meitas šūnām.

Remonts (“remonts”)

Visvairāk pētīti trīs labošanas mehānismi: 1) fotoremonts, 2) ekscīzijas jeb pirmsreplikācijas remonts, 3) pēcreplikācijas remonts.

DNS struktūras izmaiņas šūnā notiek pastāvīgi reaktīvo metabolītu, ultravioletā starojuma, smago metālu un to sāļu uc ietekmē. Tāpēc remontsistēmu defekti paātrina mutāciju procesus un izraisa iedzimtas slimības (pigmentoza kseroderma, progērija, utt.).

RNS struktūra un funkcijas

RNS pirimidīna bāzes ir uracils un citozīns, un purīna bāzes ir adenīns un guanīns. RNS nukleotīdu monosaharīds ir riboze.

Izcelt trīs veidu RNS: 1) informatīvs(ziņnesis) RNS — mRNS (mRNS), 2) transports RNS — tRNS, 3) ribosomāls RNS – rRNS.

ATP uzbūve un funkcijas

Iet uz lekcijas Nr.3“Olbaltumvielu struktūra un funkcijas. Fermenti"

Iet uz lekcijas Nr.5"Šūnu teorija. Šūnu organizācijas veidi"

Turpinājums. Skatīt Nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Bioloģijas stundas dabaszinību stundās

Padziļināta plānošana, 10. klase

19. nodarbība. ATP ķīmiskā struktūra un bioloģiskā loma

Aprīkojums: tabulas par vispārējo bioloģiju, ATP molekulas struktūras diagramma, plastmasas un enerģijas metabolisma saistību diagramma.

I. Zināšanu pārbaude

Bioloģiskā diktāta vadīšana “Dzīvās vielas organiskie savienojumi”

Skolotājs lasa tēzes zem cipariem, skolēni pieraksta savās kladēs to kopsavilkumu numurus, kas atbilst viņu versijas saturam.

1. variants – olbaltumvielas.
2. variants – ogļhidrāti.
3. variants – lipīdi.
4. variants – nukleīnskābes.

1. Tīrā veidā tie sastāv tikai no C, H, O atomiem.

2. Papildus C, H, O atomiem tie satur N un parasti S atomus.

3. Papildus C, H, O atomiem tie satur N un P atomus.

4. Tiem ir salīdzinoši maza molekulmasa.

5. Molekulmasa var būt no tūkstošiem līdz vairākiem desmitiem un simtiem tūkstošu daltonu.

6. Lielākie organiskie savienojumi ar molekulmasu līdz vairākiem desmitiem un simtiem miljonu daltonu.

7. Tiem ir dažāda molekulmasa – no ļoti mazas līdz ļoti lielai, atkarībā no tā, vai viela ir monomērs vai polimērs.

8. Sastāv no monosaharīdiem.

9. Sastāv no aminoskābēm.

10. Sastāv no nukleotīdiem.

11. Tie ir augstāko taukskābju esteri.

12. Pamatstruktūrvienība: “slāpekļa bāze–pentoze–fosforskābes atlikums”.

13. Pamatstruktūrvienība: “aminoskābes”.

14. Pamatstruktūrvienība: “monosaharīds”.

15. Pamatstruktūrvienība: “glicerīns–taukskābe”.

16. Polimēru molekulas tiek veidotas no identiskiem monomēriem.

17. Polimēru molekulas tiek veidotas no līdzīgiem, bet ne gluži identiskiem monomēriem.

18. Tie nav polimēri.

19. Tie pilda gandrīz tikai enerģijas, celtniecības un uzglabāšanas funkcijas, atsevišķos gadījumos – arī aizsargfunkcijas.

20. Papildus enerģētikai un būvniecībai tie veic katalītiskās, signalizācijas, transporta, motora un aizsardzības funkcijas;

21. Tie uzglabā un nodod šūnas un organisma iedzimtās īpašības.

1. iespēja – 2; 5; 9; 13; 17; 20.
2. iespēja – 1; 7; 8; 14; 16; 19.
3. iespēja – 1; 4; 11; 15; 18; 19.
4. iespēja– 3; 6; 10; 12; 17; 21.

II. Jauna materiāla apgūšana

1. Adenozīna trifosforskābes uzbūve

Papildus olbaltumvielām, nukleīnskābēm, taukiem un ogļhidrātiem dzīvās vielās tiek sintezēts liels skaits citu organisko savienojumu. Starp tiem svarīga loma ir šūnas bioenerģētikā. adenozīna trifosforskābe (ATP). ATP ir atrodams visās augu un dzīvnieku šūnās. Šūnās adenozīna trifosforskābe visbiežāk atrodas sāļu veidā, ko sauc adenozīna trifosfāti. ATP daudzums svārstās un ir vidēji 0,04% (vidēji šūnā ir aptuveni 1 miljards ATP molekulu). Lielākais ATP daudzums ir skeleta muskuļos (0,2–0,5%).

ATP molekula sastāv no slāpekļa bāzes – adenīna, pentozes – ribozes un trīs fosforskābes atlikumiem, t.i. ATP ir īpašs adenila nukleotīds. Atšķirībā no citiem nukleotīdiem, ATP satur nevis vienu, bet trīs fosforskābes atlikumus. ATP attiecas uz makroerģiskām vielām - vielām, kuru saitēs ir liels enerģijas daudzums.

ATP molekulas telpiskais modelis (A) un strukturālā formula (B).

Fosforskābes atlikums tiek atdalīts no ATP ATPāzes enzīmu ietekmē. ATP ir spēcīga tendence atdalīt savu terminālo fosfātu grupu:

ATP 4– + H 2 O ––> ADP 3– + 30,5 kJ + Fn,

jo tas noved pie enerģētiski nelabvēlīgās elektrostatiskās atgrūšanās izzušanas starp blakus esošajiem negatīvajiem lādiņiem. Iegūtais fosfāts tiek stabilizēts, jo veidojas enerģētiski labvēlīgas ūdeņraža saites ar ūdeni. Uzlādes sadalījums ADP + Fn sistēmā kļūst stabilāks nekā ATP. Šī reakcija atbrīvo 30,5 kJ (pārraujot parasto kovalento saiti, atbrīvojas 12 kJ).

Lai uzsvērtu ATP fosfora-skābekļa saites augstās enerģijas “izmaksas”, to parasti apzīmē ar zīmi ~ un sauc par makroenerģētisko saiti. Kad tiek noņemta viena fosforskābes molekula, ATP tiek pārveidota par ADP (adenozīndifosforskābi), un, ja tiek noņemtas divas fosforskābes molekulas, ATP tiek pārveidots par AMP (adenozīnmonofosforskābi). Trešā fosfāta šķelšanos pavada tikai 13,8 kJ izdalīšanās, tāpēc ATP molekulā ir tikai divas faktiskas augstas enerģijas saites.

2. ATP veidošanās šūnā

ATP piegāde šūnā ir neliela. Piemēram, ATP rezerves muskulī ir pietiekamas 20–30 kontrakcijām. Taču muskuļi var strādāt stundām ilgi un radīt tūkstošiem kontrakciju. Tāpēc līdz ar ATP sadalīšanos līdz ADP šūnā nepārtraukti jānotiek reversajai sintēzei. Ir vairāki veidi ATP sintēzešūnās. Iepazīsim viņus.

1. Anaerobā fosforilēšana. Fosforilēšana ir ATP sintēzes process no ADP un zemas molekulmasas fosfāta (Pn). Šajā gadījumā mēs runājam par organisko vielu oksidācijas procesiem, kas nesatur skābekli (piemēram, glikolīze ir bezskābekļa glikozes oksidācijas process par pirovīnskābi). Apmēram 40% no šo procesu laikā atbrīvotās enerģijas (apmēram 200 kJ/mol glikozes) tiek tērēti ATP sintēzei, bet pārējā daļa tiek izkliedēta siltuma veidā:

C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn ––> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.

2. Oksidatīvā fosforilēšana ir ATP sintēzes process, izmantojot organisko vielu oksidēšanas enerģiju ar skābekli. Šis process tika atklāts pagājušā gadsimta trīsdesmito gadu sākumā. XX gadsimts V.A. Engelhards. Organisko vielu oksidācijas skābekļa procesi notiek mitohondrijās. Apmēram 55% no šajā gadījumā atbrīvotās enerģijas (apmēram 2600 kJ/mol glikozes) tiek pārvērsti ATP ķīmisko saišu enerģijā, un 45% tiek izkliedēti kā siltums.

Oksidatīvā fosforilēšana ir daudz efektīvāka nekā anaerobā sintēze: ja glikolīzes procesā glikozes molekulas sadalīšanās laikā tiek sintezētas tikai 2 ATP molekulas, tad oksidatīvās fosforilēšanas laikā veidojas 36 ATP molekulas.

3. Fotofosforilēšana– ATP sintēzes process, izmantojot enerģiju saules gaisma. Šis ATP sintēzes ceļš ir raksturīgs tikai šūnām, kas spēj veikt fotosintēzi (zaļie augi, zilaļģes). Saules gaismas kvantu enerģiju izmanto fotosintētika gaismas fāze fotosintēze, lai sintezētu ATP.

3. ATP bioloģiskā nozīme

ATP ir vielmaiņas procesu centrā šūnā, kas ir saikne starp bioloģiskās sintēzes un sabrukšanas reakcijām. ATP lomu šūnā var salīdzināt ar akumulatora lomu, jo ATP hidrolīzes laikā tiek atbrīvota enerģija, kas nepieciešama dažādiem dzīvībai svarīgiem procesiem (“izlāde”), bet fosforilēšanās (“uzlādes”) procesā ATP. atkal uzkrāj enerģiju.

Pateicoties ATP hidrolīzes laikā izdalītajai enerģijai, šūnā un organismā notiek gandrīz visi dzīvībai svarīgie procesi: nervu impulsu pārnešana, vielu biosintēze, muskuļu kontrakcijas, vielu transportēšana u.c.

III. Zināšanu nostiprināšana

Bioloģisko problēmu risināšana

Uzdevums 1. Ātri skrienot, ātri elpojam, rodas pastiprināta svīšana. Izskaidrojiet šīs parādības.

Problēma 2. Kāpēc nosaluši cilvēki aukstumā sāk štancēt un lēkāt?

3. uzdevums. Slavenajā I. Ilfa un E. Petrova darbā “Divpadsmit krēsli”, starp daudziem noderīgi padomi jūs varat arī atrast šo: "Elpojiet dziļi, jūs esat satraukti." Mēģiniet pamatot šo padomu no organismā notiekošo enerģētisko procesu viedokļa.

IV. Mājasdarbs

Sāciet gatavoties ieskaitei un ieskaitiet (diktējiet testa jautājumus – skat. 21. nodarbību).

20. nodarbība. Zināšanu vispārinājums sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

Aprīkojums: tabulas par vispārējo bioloģiju.

I. Sadaļas zināšanu vispārināšana

Studenti strādā ar jautājumiem (individuāli), kam seko pārbaude un diskusija

1. Sniedziet piemērus organiskajiem savienojumiem, kas ietver oglekli, sēru, fosforu, slāpekli, dzelzi, mangānu.

2. Kā var atšķirt pēc jonu sastāva dzīvā šūna no mirušajiem?

3. Kādas vielas ir atrodamas šūnā neizšķīdinātā veidā? Kādus orgānus un audus tie satur?

4. Sniedziet piemērus makroelementiem, kas iekļauti enzīmu aktīvajās vietās.

5. Kādi hormoni satur mikroelementus?

6. Kāda ir halogēnu loma cilvēka organismā?

7. Ar ko proteīni atšķiras no mākslīgajiem polimēriem?

8. Kā peptīdi atšķiras no olbaltumvielām?

9. Kā sauc proteīnu, kas veido hemoglobīnu? No cik apakšvienībām tas sastāv?

10. Kas ir ribonukleāze? Cik daudz aminoskābju tas satur? Kad tas tika mākslīgi sintezēts?

11. Kāpēc ātrums ķīmiskās reakcijas bez fermentiem ir mazs?

12. Kādas vielas olbaltumvielas transportē pa šūnas membrānu?

13. Kā antivielas atšķiras no antigēniem? Vai vakcīnas satur antivielas?

14. Kādās vielās olbaltumvielas sadalās organismā? Cik daudz enerģijas izdalās? Kur un kā tiek neitralizēts amonjaks?

15. Sniedziet peptīdu hormonu piemēru: kā tie ir iesaistīti šūnu metabolisma regulēšanā?

16. Kāda ir cukura struktūra, ar kuru mēs dzeram tēju? Kādus trīs citus šīs vielas sinonīmus jūs zināt?

17. Kāpēc piena tauki netiek savākti uz virsmas, bet gan suspensijas veidā?

18. Kāda ir DNS masa somatisko un dzimumšūnu kodolā?

19. Cik daudz ATP cilvēks lieto dienā?

20. Kādus proteīnus cilvēki izmanto apģērbu izgatavošanai?

Aizkuņģa dziedzera ribonukleāzes primārā struktūra (124 aminoskābes)

II. Mājasdarbs.

Turpiniet gatavoties testam un testam sadaļā “Dzīvības ķīmiskā organizācija”.

Nodarbība 21. Pārbaudes nodarbība sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

I. Mutiskas pārbaudes veikšana uz jautājumiem

1. Šūnas elementārais sastāvs.

2. Organogēno elementu raksturojums.

3. Ūdens molekulas uzbūve. Ūdeņraža saite un tās nozīme dzīvības “ķīmijā”.

4. Ūdens īpašības un bioloģiskās funkcijas.

5. Hidrofilās un hidrofobās vielas.

6. Katjoni un to bioloģiskā nozīme.

7. Anjoni un to bioloģiskā nozīme.

8. Polimēri. Bioloģiskie polimēri. Atšķirības starp periodiskiem un neperiodiskiem polimēriem.

9. Lipīdu īpašības, to bioloģiskās funkcijas.

10. Ogļhidrātu grupas, kas atšķiras pēc struktūras pazīmēm.

11. Ogļhidrātu bioloģiskās funkcijas.

12. Olbaltumvielu elementārais sastāvs. Aminoskābes. Peptīdu veidošanās.

13. Olbaltumvielu primārās, sekundārās, terciārās un kvartārās struktūras.

14. Olbaltumvielu bioloģiskā funkcija.

15. Atšķirības starp fermentiem un nebioloģiskajiem katalizatoriem.

16. Fermentu struktūra. Koenzīmi.

17. Fermentu darbības mehānisms.

18. Nukleīnskābes. Nukleotīdi un to uzbūve. Polinukleotīdu veidošanās.

19. E.Šargafa noteikumi. Komplementaritātes princips.

20. Divpavedienu DNS molekulas veidošanās un tās spiralizācija.

21. Šūnu RNS klases un to funkcijas.

22. Atšķirības starp DNS un RNS.

23.DNS replikācija. Transkripcija.

24. Struktūra un bioloģiskā loma ATP.

25. ATP veidošanās šūnā.

II. Mājasdarbs

Turpiniet gatavoties testam sadaļā “Dzīvības ķīmiskā organizācija”.

Nodarbība 22. Pārbaudes nodarbība sadaļā “Dzīves ķīmiskā organizācija”

I. Rakstiskas pārbaudes veikšana

1. iespēja

1. Ir trīs veidu aminoskābes - A, B, C. Cik var uzbūvēt polipeptīdu ķēdes variantus, kas sastāv no piecām aminoskābēm. Lūdzu, norādiet šīs iespējas. Vai šiem polipeptīdiem būs tādas pašas īpašības? Kāpēc?

2. Visas dzīvās būtnes galvenokārt sastāv no oglekļa savienojumiem, un oglekļa analogs ir silīcijs, kura saturs ir zemes garoza 300 reižu vairāk nekā ogleklis, sastopams ļoti nedaudzos organismos. Izskaidrojiet šo faktu, ņemot vērā šo elementu atomu struktūru un īpašības.

3. ATP molekulas, kas marķētas ar radioaktīvo 32P pie pēdējā, trešā fosforskābes atlikuma, tika ievadītas vienā šūnā, bet ATP molekulas, kas marķētas ar 32P pirmajā atliekā, kas ir vistuvāk ribozei, tika ievadītas otrā šūnā. Pēc 5 minūtēm abās šūnās tika mērīts neorganiskā fosfāta jonu saturs, kas marķēts ar 32P. Kur tas būs ievērojami augstāks?

4. Pētījumi liecina, ka 34% no kopējā šīs mRNS nukleotīdu skaita ir guanīns, 18% ir uracils, 28% ir citozīns un 20% ir adenīns. Nosakiet divpavedienu DNS slāpekļa bāzu procentuālo sastāvu, kuras kopija ir norādītā mRNS.

2. iespēja

1. Tauki veido “pirmo rezervi”. enerģijas metabolisms un tiek izmantoti, kad ogļhidrātu rezerves ir izsmeltas. Tomēr skeleta muskuļos, glikozes un taukskābju klātbūtnē, pēdējās tiek izmantotas lielākā mērā. Olbaltumvielas vienmēr tiek izmantotas kā enerģijas avots tikai kā pēdējais līdzeklis, kad ķermenis cieš no bada. Izskaidrojiet šos faktus.

2. Smago metālu (dzīvsudraba, svina u.c.) un arsēna jonus viegli saistās ar proteīnu sulfīdu grupām. Zinot šo metālu sulfīdu īpašības, paskaidrojiet, kas notiks ar olbaltumvielām, ja to apvienos ar šiem metāliem. Kāpēc smagie metāli ir organisma indes?

3. Vielas A oksidēšanās reakcijā vielā B izdalās 60 kJ enerģijas. Cik daudz ATP molekulu var maksimāli sintezēt šajā reakcijā? Kā tiks izmantota pārējā enerģija?

4. Pētījumi liecina, ka 27% kopējais skaitsŠīs mRNS nukleotīdi ir guanīns, 15% ir uracils, 18% ir citozīns un 40% ir adenīns. Nosakiet divpavedienu DNS slāpekļa bāzu procentuālo sastāvu, kuras kopija ir norādītā mRNS.

Turpinājums sekos

Ogļhidrāti- Tie ir organiskie savienojumi, kas ietver oglekli, ūdeņradi un skābekli. Ogļhidrātus iedala mono-, di- un polisaharīdos.

Monosaharīdi ir vienkāršie cukuri, kas sastāv no 3 vai vairāk C atomiem Monosaharīdi: glikoze, riboze un dezoksiriboze. Nehidrolizēt, var kristalizēties, šķīst ūdenī, ir salda garša

Polisaharīdi veidojas monosaharīdu polimerizācijas rezultātā. Tajā pašā laikā tie zaudē spēju kristalizēties un saldo garšu. Piemērs - ciete, glikogēns, celuloze.

1. Enerģija ir galvenais enerģijas avots šūnā (1 grams = 17,6 kJ)

2. strukturālā - daļa no augu šūnu (celulozes) un dzīvnieku šūnu membrānām

3. avots citu savienojumu sintēzei

4. uzglabāšana (glikogēns - dzīvnieku šūnās, ciete - augu šūnās)

5. savienošana

Lipīdi- glicerīna un taukskābju kompleksie savienojumi. Nešķīst ūdenī, tikai organiskos šķīdinātājos. Ir vienkārši un sarežģīti lipīdi.

Lipīdu funkcijas:

1. strukturālais - visu šūnu membrānu pamats

2. enerģija (1 g = 37,6 kJ)

3. uzglabāšana

4. siltumizolācija

5. intracelulārā ūdens avots

ATP - viena universāla energoietilpīga viela augu, dzīvnieku un mikroorganismu šūnās. Ar ATP palīdzību šūnā tiek uzkrāta un transportēta enerģija. ATP sastāv no slāpekļa bāzes adeīna, ogļhidrātu ribozes un trīs fosforskābes atlikumiem. Fosfātu grupas ir savienotas viena ar otru, izmantojot augstas enerģijas saites. ATP funkcijas ir enerģijas pārnešana.

Vāveres ir dominējošā viela visos dzīvajos organismos. Proteīns ir polimērs, kura monomērs ir aminoskābes (20). Aminoskābes ir savienotas proteīna molekulā, izmantojot peptīdu saites, kas veidojas starp vienas aminoskābes aminogrupu un citas aminoskābes karboksilgrupu. Katrai šūnai ir unikāls olbaltumvielu komplekts.

Ir vairāki proteīna molekulas organizācijas līmeņi. Primārs struktūra - aminoskābju secība, kas savienota ar peptīdu saiti. Šī struktūra nosaka proteīna specifiku. In sekundārais Molekulas struktūrai ir spirāles forma, tās stabilitāti nodrošina ūdeņraža saites. Terciārais struktūra veidojas spirāles pārtapšanas rezultātā trīsdimensiju sfēriskā formā - globulā. Kvartārs rodas, kad vairākas olbaltumvielu molekulas apvienojas vienā kompleksā. Olbaltumvielu funkcionālā aktivitāte izpaužas 2, 3 vai 3 struktūrā.

Olbaltumvielu struktūra mainās dažādu ķīmisko vielu (skābes, sārmu, spirta un citu) un fizikālo faktoru (augsts un zems t starojums), fermentu ietekmē. Ja šīs izmaiņas saglabā primāro struktūru, process ir atgriezenisks un tiek izsaukts denaturācija. Tiek saukta primārās struktūras iznīcināšana koagulācija(neatgriezenisks olbaltumvielu iznīcināšanas process)

Olbaltumvielu funkcijas

1. strukturālā

2. katalītiskais

3. saraušanās (aktīna un miozīna proteīni muskuļu šķiedrās)

4. transports (hemoglobīns)

5. regulējošs (insulīns)

6. signāls

7. aizsargājošs

8. enerģija (1 g = 17,2 kJ)

Nukleīnskābju veidi. Nukleīnskābes- fosforu saturoši dzīvo organismu biopolimēri, kas nodrošina iedzimtības informācijas uzglabāšanu un pārraidi. Tos 1869. gadā atklāja Šveices bioķīmiķis F. Mišers leikocītu un laša spermas kodolos. Pēc tam nukleīnskābes tika atrastas visās augu un dzīvnieku šūnās, vīrusos, baktērijās un sēnēs.

Dabā ir divu veidu nukleīnskābes - dezoksiribonukleīnskābe (DNS) Un ribonukleīnskābe (RNS). Atšķirība nosaukumos ir izskaidrojama ar to, ka DNS molekulā ir piecu ogļu cukura dezoksiriboze, bet RNS molekulā ir riboze.

DNS galvenokārt atrodama šūnas kodola hromosomās (99% no visas šūnas DNS), kā arī mitohondrijās un hloroplastos. RNS ir daļa no ribosomām; RNS molekulas atrodas arī citoplazmā, plastidu matricā un mitohondrijās.

Nukleotīdi- nukleīnskābju strukturālās sastāvdaļas. Nukleīnskābes ir biopolimēri, kuru monomēri ir nukleotīdi.

Nukleotīdi- sarežģītas vielas. Katrs nukleotīds satur slāpekļa bāzi, piecu oglekļa cukuru (ribozi vai dezoksiribozi) un fosforskābes atlikumu.

Ir piecas galvenās slāpekļa bāzes: adenīns, guanīns, uracils, timīns un citozīns.

DNS. DNS molekula sastāv no divām polinukleotīdu ķēdēm, kas ir spirāli savītas viena pret otru.

DNS molekulas nukleotīdi ietver četru veidu slāpekļa bāzes: adenīnu, guanīnu, timīnu un citocīnu. Polinukleotīdu ķēdē blakus esošie nukleotīdi ir savienoti viens ar otru ar kovalentām saitēm.

DNS polinukleotīdu ķēde ir savīti spirāles veidā kā spirālveida kāpnes un ir savienota ar citu, komplementāru ķēdi, izmantojot ūdeņraža saites, kas veidojas starp adenīnu un timīnu (divas saites), kā arī guanīnu un citozīnu (trīs saites). Nukleotīdus A un T, G un C sauc papildinoši.

Rezultātā jebkurā organismā adenilnukleotīdu skaits ir vienāds ar timidilnukleotīdu skaitu, un guanilnukleotīdu skaits ir vienāds ar citidilnukleotīdu skaitu. Pateicoties šai īpašībai, nukleotīdu secība vienā ķēdē nosaka to secību otrā. Šo spēju selektīvi apvienot nukleotīdus sauc komplementaritāte, un šī īpašība ir pamatā jaunu DNS molekulu veidošanai, pamatojoties uz sākotnējo molekulu (replikācija, i., dubultošana).

Mainoties apstākļiem, DNS, tāpat kā olbaltumvielas, var denaturēties, ko sauc par kušanu. Pakāpeniski atgriežoties normālos apstākļos, DNS renaturējas.

DNS funkcija ir ģenētiskās informācijas glabāšana, pārraide un reproducēšana paaudzēs. Jebkuras šūnas DNS kodē informāciju par visām konkrētā organisma olbaltumvielām, par to, kuras olbaltumvielas, kādā secībā un kādos daudzumos tiks sintezētas. Aminoskābju secību olbaltumvielās DNS ieraksta tā sauktais ģenētiskais (tripleta) kods.

Galvenā īpašums DNS ir tās spēja replicēties.

Replikācija - Tas ir DNS molekulu pašdublēšanās process, kas notiek fermentu kontrolē. Replikācija notiek pirms katra kodola dalījuma. Tas sākas ar DNS spirāles īslaicīgu atvienošanos enzīma DNS polimerāzes ietekmē. Uz katras no ķēdēm, kas veidojas pēc ūdeņraža saišu pārrāvuma, tiek sintezēta meitas DNS virkne pēc komplementaritātes principa. Sintēzes materiāls ir brīvie nukleotīdi, kas atrodas kodolā

Tādējādi katrai polinukleotīdu ķēdei ir sava loma matricas jaunai komplementārai ķēdei (tādēļ DNS molekulu dubultošanās process attiecas uz reakcijām matricas sintēze). Rezultātā tiek iegūtas divas DNS molekulas, no kurām katrai ir viena ķēde, kas ir palikusi no mātes molekulas (puse), bet otra ir tikko sintezēta. Turklāt viena jauna ķēde tiek sintezēta nepārtraukti, bet otra - vispirms īsu fragmentu veidā, kas pēc tam tiek iešūtas garā ķēdē īpašs enzīms - DNS ligāze. Replikācijas rezultātā divas jaunas DNS molekulas ir precīza sākotnējās molekulas kopija.

Replikācijas bioloģiskā nozīme slēpjas precīzā iedzimtās informācijas pārnešanā no mātes šūnas uz meitas šūnām, kas notiek somatisko šūnu dalīšanās laikā.

RNS. RNS molekulu struktūra daudzējādā ziņā ir līdzīga DNS molekulu struktūrai. Tomēr ir vairākas būtiskas atšķirības. RNS molekulā nukleotīdi satur ribozi dezoksiribozes vietā un uridilnukleotīdu (U) timidilnukleotīda (T) vietā. Galvenā atšķirība no DNS ir tā, ka RNS molekula ir viena virkne. Tomēr tā nukleotīdi spēj veidot ūdeņraža saites savā starpā (piemēram, tRNS, rRNS molekulās), bet šajā gadījumā mēs runājam par komplementāru nukleotīdu ķēdes savienojumu. RNS ķēdes ir daudz īsākas nekā DNS.

Šūnā ir vairāki RNS veidi, kas atšķiras pēc molekulārā izmēra, struktūras, atrašanās vietas šūnā un funkcijām:

1. Messenger RNS (mRNS) - pārnes ģenētisko informāciju no DNS uz ribosomām

2. Ribosomu RNS (rRNS) - ribosomu daļa

3. 3. Transfer RNS (tRNS) - proteīnu sintēzes laikā pārnes aminoskābes uz ribosomām

No augu un dzīvnieku bioloģijas kursa atcerieties, kur šūnās tiek glabāta iedzimta informācija. Kādas vielas ir atbildīgas par iedzimtības informācijas uzglabāšanu un pavairošanu? Vai šīs vielas augos un dzīvniekos ir vienādas?

Nukleīnskābes un nukleotīdi

Nukleīnskābju molekulas ir lielas organiskas molekulas – biopolimēri, kuru monomēri ir nukleotīdi. Katrs nukleotīds sastāv no trim komponentiem - slāpekļa bāzes, monosaharīda (ribozes vai dezoksiribozes) un ortofosfāta skābes atlikuma (8.1. att.).

Nukleīnskābes satur piecu veidu slāpekļa bāzes (8.2. att.). Faktiski ir piecu veidu nukleotīdi: timidils (bāze - timīns), citidils (bāze - citozīns), uridils (bāze - uracils), adenils (bāze - adenīns), guanils (bāze - guanīns).

Dzīvu organismu šūnās atsevišķi nukleotīdi tiek izmantoti arī dažādos vielmaiņas procesos kā neatkarīgi savienojumi.

Kad nukleīnskābes molekulas veidojas starp viena nukleotīda ortofosfāta skābes atlikumu un cita nukleotīda monosaharīdu

veidojas spēcīga kovalentā saite. Tāpēc šādā veidā izveidotajām nukleīnskābēm ir ķēdes forma, kurā nukleotīdi atrodas secīgi viens pēc otra. To skaits vienā biopolimēra molekulā var sasniegt vairākus miljonus.

DNS un RNS

Dzīvo organismu šūnās ir divu veidu nukleīnskābes - RNS (ribonukleīnskābe) un DNS (dezoksiribonukleīnskābe). Tie atšķiras viens no otra pēc sastāva un struktūras iezīmēm.

DNS un RNS galvenā funkcija ir iedzimtas informācijas glabāšana un reproducēšana, ko veicina to molekulu uzbūve.

RNS uzglabā iedzimto informāciju mazāk ticami nekā DNS, tāpēc šī metode krātuvi izmanto tikai daži vīrusi.

Nukleīnskābju molekulu struktūra

DNS nukleotīdi ietver monosaharīdu dezoksiribozi un četras slāpekļa bāzes - adenīnu, timīnu, citozīnu un guanīnu. Un pašas DNS molekulas parasti sastāv no divām nukleotīdu ķēdēm, kuras savā starpā ir savienotas ar ūdeņraža saitēm (8.3. att.).

RNS nukleotīdi satur monosaharīdu ribozi dezoksiribozes vietā un uracilu timīna vietā. RNS molekula parasti sastāv no vienas nukleotīdu ķēdes, kuras dažādie fragmenti veido viens ar otru ūdeņraža saites. Trīs šādas saites veidojas starp guanīnu un citozīnu un divas starp adenīnu un timīnu vai adenīnu un uracilu.

DNS molekula sastāv no divām nukleotīdu ķēdēm, kas savienotas pēc komplementaritātes principa: pretī katram vienas ķēdes nukleotīdam atrodas tai atbilstošais otrās ķēdes nukleotīds. Tādējādi pretī adenilnukleotīdam ir timidilnukleotīds, bet pretī citidilnukleotīdam ir guanilnukleotīds (8.4. att.). Tāpēc DNS molekulās adenilnukleotīdu skaits vienmēr ir vienāds ar timidilnukleotīdu skaitu, un guanilnukleotīdu skaits vienmēr ir vienāds ar citidilnukleotīdu skaitu.

ATP un tā loma šūnu dzīvē

Šūnas dzīvē aktīvi piedalās ne tikai RNS un DNS, bet arī atsevišķi nukleotīdi. Īpaši svarīgi ir nukleotīdu savienojumi ar ortofosfāta skābes atlikumiem. Nukleotīdam var pievienot vienu līdz trīs šādus atlikumus. Attiecīgi tos sauc pēc šo atlieku skaita: ATP - adenozīna triortofosfāts (adenozīntriortofosfāts), GTP - guanozīna triortofosfāts, ADP - adenozīna diortofosfāts, AMP - adenozīna monoortofosfāts. visi nukleotīdi, kas veido nukleīnskābes, ir monofosfāti. Tri- un difosfātiem ir arī svarīga loma šūnu bioķīmiskajos procesos.

Visizplatītākais dzīvo organismu šūnās ir ATP. Tas spēlē universāla enerģijas avota lomu bioķīmisko reakciju veikšanā, kā arī piedalās šūnu augšanas, kustības un reprodukcijas procesos. Šūnu elpošanas un fotosintēzes procesos veidojas liels skaits ATP molekulu.

Enerģijas konversijas un saplūšanas reakcijas bioloģiskajās sistēmās

ATP nodrošina enerģiju lielākajai daļai procesu, kas notiek šūnās. Pirmkārt, tie ir organisko vielu sintēzes procesi, kas tiek veikti ar fermentu palīdzību.

Lai fermenti varētu veikt bioķīmisko reakciju, tiem vairumā gadījumu ir nepieciešama enerģija.

ATP molekulas, mijiedarbojoties ar fermentiem, sadalās divās molekulās - ortofosfātskābē un ADP. Tas atbrīvo enerģiju:

Šo enerģiju fermenti izmanto darbam. Kāpēc ATP? Jo ortofosfātskābes atlieku saite šajā molekulā nav parasta, bet gan makroerģiska (augstas enerģijas) (8.5. att.). Šīs saites veidošana prasa daudz enerģijas, taču tās iznīcināšanas laikā enerģija izdalās lielos daudzumos.

Kad šūnās tiek sadalītas ogļhidrātu, olbaltumvielu un lipīdu molekulas, tiek atbrīvota enerģija. Šūna uzglabā šo enerģiju. Lai to izdarītu, monoortofosfāta nukleotīdiem (piemēram, AMP) pievieno vienu vai divus ortofosfāta skābes atlikumus un veidojas di- vai triortofosfātu (attiecīgi ADP vai ATP) molekulas. Izveidotās saites ir augstas enerģijas. Tādējādi

ADP satur vienu augstas enerģijas saiti, bet ATP - divas. Jaunu organisko savienojumu sintēzes laikā tiek iznīcinātas augstas enerģijas saites, kas nodrošina attiecīgos procesus ar enerģiju.

Visas mūsu planētas šūnu dzīvības formas savās šūnās satur gan RNS, gan DNS. Bet vīrusi satur tikai viena veida nukleīnskābes. to virioni zem proteīna apvalka satur vai nu RNS, vai DNS. Tikai tad, kad vīruss nonāk saimniekšūnā, tas parasti sāk sintezēt gan DNS, gan RNS.

Nukleīnskābes ir biopolimēri, kas dzīvo organismu DNS un RNS veidā. To monomēri ir nukleotīdi. DNS parasti ir dubultspirāles forma, kas sastāv no diviem pavedieniem. RNS visbiežāk izpaužas kā viena virkne. Nukleīnskābju galvenā funkcija ir ģenētiskās informācijas uzglabāšana un reproducēšana. Nukleotīdi ir iesaistīti arī šūnas bioķīmiskajos procesos, un ATP ir universāla enerģijas avota loma bioķīmisko reakciju veikšanā.

Pārbaudi savas zināšanas

1. Kā DNS atšķiras no RNS? 2. Kāpēc dzīviem organismiem ir vajadzīgas nukleīnskābes? 3. Kādas funkcijas ATP veic šūnās? 4. Pabeigt otro DNS virkni pēc komplementaritātes principa, ja pirmā virkne ir šāda: AGGTTATATCGCCTAGAATTCGGGGAA. 5*. DNS nevar būt bioķīmisko reakciju katalizators. Bet dažas RNS molekulas (tās sauc par ribozīmiem) var būt katalizatori. Ar kādām šo molekulu strukturālajām iezīmēm tas varētu būt saistīts? 6*. Kāpēc augstas enerģijas saites ir ērtas izmantošanai šūnu bioķīmiskos procesos?

Tēmas vispārināšanas uzdevumi “ Ķīmiskais sastāvsšūnas un bioloģiskās molekulas"

1.-9. uzdevumā izvēlieties vienu pareizo atbildi.

1 Parādīts attēlā. 1 struktūra veic funkciju:

a) saglabā un pavairo iedzimtu informāciju

b) transportē vielas

B) rada barības vielu piegādi

d) katalizē reakcijas

2) No tiem pašiem monomēriem kā viela attēlā. 1, sastāv no:

a) kolagēns b) ciete c) RNS d) estrogēns

3) viela attēlā. 1 var uzkrāties:

a) uz mitohondriju ārējās membrānas

b) rauga šūnu sieniņā

B) cilvēka aknu šūnās

d) kukurūzas hloroplastos

4 Parādīts attēlā. 2 struktūra ir sastāvdaļa:

a) augu šūnu siena

b) olbaltumvielas

d) šūnas membrānas iekšējais slānis

5) Cipars 3 attēlā. 2 apzīmēti:

a) karbonilgrupa c) karboksilgrupa

b) hidroksilgrupa d) radikāls

6) Aminogrupa attēlā. 2 ir apzīmēts ar skaitli:

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4

7) Struktūra attēlā. 2 ir monomērs:

a) nukleīnskābe b) lipīds

b) proteīns d) polisaharīds

8) Monosaharīds attēlā. 3 apzīmē ar skaitli:

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4

9) Struktūra attēlā. 3 ir monomērs:

a) nukleīnskābe b) proteīns

b) lipīds d) polisaharīds

10 Uzrakstiet to organisko vielu grupu nosaukumus, kurās ir attēlos redzamās molekulas:

11 Apsveriet strukturālā formula attēlā parādītā molekula. Paskaidrojiet, kā šīs molekulas struktūra ļauj tai efektīvi veikt savas funkcijas.

12 Pabeidziet komplementāro DNS virkni: ATTGACCCGATTAGC.

13 Izveidot atbilstību starp organisko vielu grupām un tām piederošajām vielām.

Vielu grupas

1 proteīni a) progesterons

2 ogļhidrāti b) hemoglobīns

3 lipīdi c) ciete

d) insulīns

e) fruktoze

e) testosterons

Pārbaudi savas zināšanas par tēmu “Šūnu un bioloģisko molekulu ķīmiskais sastāvs”.

Mini direktorijs

Informācija par organiskajām vielām

Struktūra organiskā molekula izmantojot alanīnu kā piemēru

Saišu veidi proteīna molekulā

Kovalentās saites

Veidojas starp elementu atomiem vielas molekulā kopīgu elektronu pāru dēļ. Olbaltumvielu molekulas satur peptīdu un disulfīdu saites. Nodrošina spēcīgu ķīmisko mijiedarbību.

Peptīdu saite

Peptīdu saites rodas starp vienas aminoskābes karboksilgrupu (-COOH) un citas aminoskābes aminogrupu (-NH2).

Disulfīda saite

Disulfīda saite var rasties starp dažādām vienas polipeptīda ķēdes daļām, un tā notur ķēdi saliektā stāvoklī. Ja starp diviem polipeptīdiem veidojas disulfīda saite, tā tos savieno vienā molekulā.

Nekovalentās saites

Olbaltumvielu molekulas satur ūdeņraža saites, jonu saites un hidrofobas mijiedarbības. Nodrošina vāju ķīmisko mijiedarbību.

Ūdeņraža saite

Veidojas starp vienas funkcionālās grupas pozitīvi lādētiem H atomiem un negatīvi lādētu O vai N atomu, kuram ir citas funkcionālās grupas vientuļš elektronu pāris.

Jonu saite

Tas veidojas starp pozitīvi un negatīvi lādētām funkcionālajām grupām (papildu karboksilgrupas un aminogrupas), kas atrodamas lizīna, arginīna, histidīna, asparagīnskābes un glutamīnskābes radikāļos.

Hidrofobs

Mijiedarbība

Veidojas starp hidrofobo aminoskābju radikāļiem.

Šis ir mācību grāmatas materiāls