TILL nukleinsyror inkluderar högpolymera föreningar som sönderdelas under hydrolys till purin- och pyrimidinbaser, pentos och fosforsyra. Nukleinsyror innehåller kol, väte, fosfor, syre och kväve. Det finns två klasser av nukleinsyror: ribonukleinsyror (RNA) Och deoxiribonukleinsyror (DNA).

DNA:s struktur och funktioner

DNA- en polymer vars monomerer är deoxiribonukleotider. Modellen för den rumsliga strukturen för DNA-molekylen i form av en dubbelhelix föreslogs 1953 av J. Watson och F. Crick (för att bygga denna modell använde de arbetet av M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

DNA-molekyl bildas av två polynukleotidkedjor, spiralvridna runt varandra och tillsammans runt en tänkt axel, d.v.s. är en dubbelspiral (undantag - vissa DNA-innehållande virus har enkelsträngat DNA). Diametern på DNA-dubbelhelixen är 2 nm, avståndet mellan intilliggande nukleotider är 0,34 nm, och det finns 10 par nukleotider per varv av helixen. Längden på molekylen kan nå flera centimeter. Molekylvikt - tiotals och hundratals miljoner. Den totala längden av DNA i den mänskliga cellkärnan är cirka 2 m. I eukaryota celler bildar DNA komplex med proteiner och har en specifik rumslig konformation.

DNA-monomer - nukleotid (deoxiribonukleotid)- består av rester av tre ämnen: 1) en kvävebas, 2) en monosackarid med fem kolatomer (pentos) och 3) fosforsyra. De kvävehaltiga baserna av nukleinsyror tillhör klasserna pyrimidiner och puriner. Pyrimidinbaser av DNA(har en ring i sin molekyl) - tymin, cytosin. Purinbaser(har två ringar) - adenin och guanin.

DNA-nukleotidens monosackarid representeras av deoxiribos.

Namnet på nukleotiden kommer från namnet på motsvarande bas. Nukleotider och kvävehaltiga baser anges med versaler.

En polynukleotidkedja bildas som ett resultat av. I detta fall, mellan 3 "-kolet i deoxiribosresten i en nukleotid och fosforsyraresten i den andra, fosfoeterbindning(tillhör kategorin starka kovalenta bindningar). Ena änden av polynukleotidkedjan slutar med en 5 "kol (det kallas 5" änden), den andra änden med en 3 "kol (3" ände).

Mot en kedja av nukleotider finns en andra kedja. Arrangemanget av nukleotider i dessa två kedjor är inte slumpmässigt, utan strikt definierat: tymin är alltid beläget mittemot adeninet i en kedja i den andra kedjan, och cytosin är alltid beläget mittemot guanin, två vätebindningar uppstår mellan adenin och tymin, tre väte bindningar mellan guanin och cytosin. Mönstret enligt vilket nukleotiderna i olika DNA-strängar är strikt ordnade (adenin - tymin, guanin - cytosin) och selektivt kombineras med varandra kallas principen om komplementaritet. Det bör noteras att J. Watson och F. Crick kom att förstå principen om komplementaritet efter att ha läst verk av E. Chargaff. E. Chargaff, efter att ha studerat ett stort antal prover av vävnader och organ från olika organismer, fann att i alla DNA-fragment motsvarar innehållet av guaninrester alltid exakt innehållet av cytosin, och adenin till tymin ( "Chargaffs regel"), men han kunde inte förklara detta faktum.

Av komplementaritetsprincipen följer att nukleotidsekvensen i en kedja bestämmer nukleotidsekvensen för en annan.

DNA-strängar är antiparallella (motsatta), d.v.s. nukleotider av olika kedjor är belägna i motsatta riktningar, och därför, mittemot den 3 "änden av en kedja är 5"-änden av den andra. DNA-molekylen jämförs ibland med en spiraltrappa. "Räcket" på denna stege är sockerfosfatryggraden (omväxlande rester av deoxiribos och fosforsyra); "steg" är komplementära kvävebaser.

Funktion av DNA- lagring och överföring av ärftlig information.

Replikation (reduplicering) av DNA

- självfördubblingsprocessen, DNA-molekylens huvudegenskap. Replikering tillhör kategorin reaktioner matrissyntes, kommer med deltagande av enzymer. Under inverkan av enzymer lindas DNA-molekylen upp, och runt varje sträng som fungerar som mall kompletteras en ny sträng enligt principerna om komplementaritet och antiparallelism. Således, i varje dotter-DNA, är en sträng modersträngen, och den andra strängen är nysyntetiserad. Denna typ av syntes kallas halvkonservativ.

"Byggmaterialet" och energikällan för replikering är deoxiribonukleosidtrifosfater(ATP, TTP, GTP, CTP) som innehåller tre fosforsyrarester. När deoxiribonukleosidtrifosfater ingår i polynukleotidkedjan, klyvs två terminala rester av fosforsyra av, och den frigjorda energin används för att bilda en fosfodiesterbindning mellan nukleotider.

Följande enzymer är involverade i replikering:

helikaser ("varva ner" DNA);
destabiliserande proteiner;
DNA-topoisomeraser (klippt DNA);
DNA-polymeraser (välj deoxiribonukleosidtrifosfater och fäst dem komplementärt till DNA-mallkedjan);
RNA-primers (bildar RNA-primers, primers);
DNA-ligaser (sy ihop DNA-fragment).

Med hjälp av helikaser tvinnas DNA upp i vissa regioner, enkelsträngade DNA-regioner binds av destabiliserande proteiner, och replikeringsgaffel. Med en diskrepans på 10 par nukleotider (ett varv av helixen) måste DNA-molekylen fullborda ett helt varv runt sin axel. För att förhindra denna rotation skär DNA-topoisomeras en DNA-sträng, vilket gör att den kan rotera runt den andra strängen.

DNA-polymeras kan bara fästa en nukleotid till 3"-kolet i deoxiribosen från den tidigare nukleotiden, så detta enzym kan röra sig längs mall-DNA i endast en riktning: från 3"-änden till 5"-änden av denna mall-DNA Eftersom kedjorna i moderns DNA är antiparallella, sker på dess olika kedjor sammansättningen av dotterpolynukleotidkedjor på olika sätt och i motsatta riktningar. På kedjan 3 "-5" fortgår syntesen av dotterpolynukleotidkedjan utan avbrott; denna dotterkedja kommer att kallas ledande. På kedjan 5 "-3" - intermittent, i fragment ( fragment av Okazaki), som, efter fullbordad replikation av DNA-ligaser, sammansmälts till en sträng; denna barnkedja kommer att kallas släpar efter (släpar efter).

En egenskap hos DNA-polymeras är att det kan börja sitt arbete endast med "frön" (primer). Rollen som "frön" utförs av korta RNA-sekvenser bildade med deltagande av RNA-primasenzymet och parade med mall-DNA. RNA-primrar avlägsnas efter fullbordandet av sammansättningen av polynukleotidkedjor.

Replikation fortskrider på liknande sätt i prokaryoter och eukaryoter. Hastigheten för DNA-syntes i prokaryoter är en storleksordning högre (1000 nukleotider per sekund) än i eukaryoter (100 nukleotider per sekund). Replikation börjar samtidigt i flera regioner av DNA-molekylen. En bit DNA från ett replikationsursprung till ett annat bildar en replikationsenhet - replikon.

Replikation sker före celldelning. Tack vare denna förmåga hos DNA genomförs överföringen av ärftlig information från modercellen till dottercellerna.

Reparation ("reparation")

skadeståndär processen att reparera skador på nukleotidsekvensen av DNA. Det utförs av speciella enzymsystem i cellen ( reparera enzymer). Följande stadier kan särskiljas i processen för DNA-strukturreparation: 1) DNA-reparerande nukleaser känner igen och tar bort det skadade området, vilket resulterar i en lucka i DNA-kedjan; 2) DNA-polymeras fyller denna lucka genom att kopiera information från den andra ("bra") strängen; 3) DNA-ligas "tvärbinder" nukleotiderna, vilket fullbordar reparationen.

Tre reparationsmekanismer har studerats mest: 1) fotoreparation, 2) excis eller pre-replikativ reparation, 3) post-replikativ reparation.

Förändringar i strukturen av DNA sker ständigt i cellen under påverkan av reaktiva metaboliter, ultraviolett strålning, tungmetaller och deras salter, etc. Därför ökar defekter i reparationssystem hastigheten av mutationsprocesser, är orsaken ärftliga sjukdomar(pigment xerodermi, progeria, etc.).

RNA:s struktur och funktioner

är en polymer vars monomerer är ribonukleotider. Till skillnad från DNA, bildas RNA inte av två, utan av en polynukleotidkedja (undantag - vissa RNA-innehållande virus har dubbelsträngat RNA). RNA-nukleotider kan bilda vätebindningar med varandra. RNA-kedjor är mycket kortare än DNA-kedjor.

RNA-monomer - nukleotid (ribonukleotid)- består av rester av tre ämnen: 1) en kvävebas, 2) en monosackarid med fem kolatomer (pentos) och 3) fosforsyra. De kvävehaltiga baserna av RNA tillhör också klasserna pyrimidiner och puriner.

Pyrimidinbaserna i RNA är uracil, cytosin och purinbaserna är adenin och guanin. RNA-nukleotidmonosackariden representeras av ribos.

Fördela tre typer av RNA: 1) informativt(matris) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomalt RNA - rRNA.

Alla typer av RNA är ogrenade polynukleotider, har en specifik rumslig konformation och deltar i processerna för proteinsyntes. Information om strukturen hos alla typer av RNA lagras i DNA. Processen för RNA-syntes på en DNA-mall kallas transkription.

Överför RNA innehåller vanligtvis 76 (från 75 till 95) nukleotider; molekylvikt - 25 000-30 000. Andelen tRNA står för cirka 10% av det totala RNA-innehållet i cellen. tRNA funktioner: 1) transport av aminosyror till platsen för proteinsyntes, till ribosomer, 2) translationsmediator. Cirka 40 typer av tRNA finns i cellen, var och en av dem har en nukleotidsekvens som är karakteristisk endast för den. Men alla tRNA har flera intramolekylära komplementära regioner, på grund av vilka tRNA får en konformation som liknar ett klöverblad i form. Varje tRNA har en loop för kontakt med ribosomen (1), en antikodonloop (2), en loop för kontakt med enzymet (3), en acceptorstam (4) och ett antikodon (5). Aminosyran är fäst vid 3'-änden av acceptorstammen. Antikodon- tre nukleotider som "känner igen" mRNA-kodonet. Det bör betonas att ett visst tRNA kan transportera en strikt definierad aminosyra som motsvarar dess antikodon. Specificiteten för kopplingen av aminosyror och tRNA uppnås på grund av egenskaperna hos enzymet aminoacyl-tRNA-syntetas.

Ribosomalt RNA innehåller 3000-5000 nukleotider; molekylvikt - 1 000 000-1 500 000. rRNA står för 80-85 % av det totala RNA-innehållet i cellen. I kombination med ribosomala proteiner bildar rRNA ribosomer - organeller som utför proteinsyntes. I eukaryota celler sker rRNA-syntes i nukleolen. rRNA-funktioner: 1) en nödvändig strukturell komponent av ribosomer och därmed säkerställande av ribosomernas funktion; 2) säkerställande av interaktionen mellan ribosomen och tRNA; 3) initial bindning av ribosomen och mRNA-initiatorkodonet och bestämning av läsramen, 4) bildning av ribosomens aktiva centrum.

Information RNA varierade i nukleotidhalt och molekylvikt (från 50 000 till 4 000 000). Andelen mRNA står för upp till 5 % av det totala RNA-innehållet i cellen. Funktioner av mRNA: 1) överföring av genetisk information från DNA till ribosomer, 2) en matris för syntes av en proteinmolekyl, 3) bestämning av aminosyrasekvensen för en proteinmolekyls primära struktur.

ATP:s struktur och funktioner

Adenosintrifosforsyra (ATP)är en universell källa och huvudackumulator av energi i levande celler. ATP finns i alla växt- och djurceller. Mängden ATP är i genomsnitt 0,04% (av cellens råmassa), den största mängden ATP (0,2-0,5%) finns i skelettmuskulaturen.

ATP består av rester: 1) en kvävebas (adenin), 2) en monosackarid (ribos), 3) tre fosforsyror. Eftersom ATP inte innehåller en, utan tre rester av fosforsyra, tillhör den ribonukleosidtrifosfater.

För de flesta typer av arbete som sker i celler används energin från ATP-hydrolys. Samtidigt, när den terminala resten av fosforsyra spjälkas, omvandlas ATP till ADP (adenosin difosforsyra), när den andra fosforsyraresten spjälkas blir det AMP (adenosinmonofosforsyra). Utbytet av fri energi under elimineringen av både den terminala och den andra resten av fosforsyra är 30,6 kJ vardera. Klyvning av den tredje fosfatgruppen åtföljs av frisättning av endast 13,8 kJ. Bindningarna mellan den terminala och den andra, andra och första resten av fosforsyra kallas makroergiska (högenergi).

ATP-reserverna fylls på hela tiden. I alla organismers celler sker ATP-syntes i fosforyleringsprocessen, dvs. tillsats av fosforsyra till ADP. Fosforylering sker med olika intensitet under andning (mitokondrier), glykolys (cytoplasma), fotosyntes (kloroplaster).

ATP är huvudlänken mellan processer som åtföljs av frigöring och ackumulering av energi och processer som kräver energi. Dessutom är ATP, tillsammans med andra ribonukleosidtrifosfater (GTP, CTP, UTP), ett substrat för RNA-syntes.

Gå till föreläsningar №3"Proteins struktur och funktion. Enzymer»

Gå till föreläsning nummer 5"Cellteori. Typer av cellulär organisation»

DNA:s struktur och funktioner

DNA-nukleotidens monosackarid representeras av deoxiribos.

Namnet på nukleotiden kommer från namnet på motsvarande bas. Nukleotider och kvävehaltiga baser anges med versaler.

Av komplementaritetsprincipen följer att nukleotidsekvensen i en kedja bestämmer nukleotidsekvensen för en annan.

Funktion av DNA- lagring och överföring av ärftlig information.

Replikation (reduplicering) av DNA

- självfördubblingsprocessen, DNA-molekylens huvudegenskap. Replikation tillhör kategorin matrissyntesreaktioner och involverar enzymer. Under inverkan av enzymer lindas DNA-molekylen upp, och runt varje sträng som fungerar som mall kompletteras en ny sträng enligt principerna om komplementaritet och antiparallelism. Således, i varje dotter-DNA, är en sträng modersträngen, och den andra strängen är nysyntetiserad. Denna typ av syntes kallas halvkonservativ.

Följande enzymer är involverade i replikering:

helikaser ("varva ner" DNA);
destabiliserande proteiner;
DNA-topoisomeraser (klippt DNA);
DNA-polymeraser (välj deoxiribonukleosidtrifosfater och fäst dem komplementärt till DNA-mallkedjan);
RNA-primers (bildar RNA-primers, primers);
DNA-ligaser (sy ihop DNA-fragment).

Replikation sker före celldelning. Tack vare denna förmåga hos DNA genomförs överföringen av ärftlig information från modercellen till dottercellerna.

Reparation ("reparation")

Tre reparationsmekanismer har studerats mest: 1) fotoreparation, 2) excis eller pre-replikativ reparation, 3) post-replikativ reparation.

Förändringar i strukturen av DNA sker ständigt i cellen under påverkan av reaktiva metaboliter, ultraviolett strålning, tungmetaller och deras salter, etc. Därför ökar defekter i reparationssystem takten för mutationsprocesser och är orsaken till ärftliga sjukdomar (xeroderma) pigmentosa, progeria, etc.).

RNA:s struktur och funktioner

Pyrimidinbaserna i RNA är uracil, cytosin och purinbaserna är adenin och guanin. RNA-nukleotidmonosackariden representeras av ribos.

Fördela tre typer av RNA: 1) informativt(matris) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomalt RNA - rRNA.

ATP:s struktur och funktioner

Gå till föreläsningar №3"Proteins struktur och funktion. Enzymer»

Gå till föreläsning nummer 5"Cellteori. Typer av cellulär organisation»

Fortsättning. Se nr 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Biologilektioner i naturvetenskapsklasser

Avancerad planering, årskurs 10

Lektion 19

Utrustning: tabeller om allmän biologi, ett diagram över ATP-molekylens struktur, ett diagram över förhållandet mellan plast- och energiutbyten.

I. Kunskapstest

Genomför ett biologiskt diktat "Organiska föreningar av levande materia"

Läraren läser uppsatserna under siffrorna, eleverna skriver ner i anteckningsboken numren på de uppsatser som är lämpliga till sin version.

Alternativ 1 - proteiner.
Alternativ 2 - kolhydrater.
Alternativ 3 - lipider.
Alternativ 4 - nukleinsyror.

1. I sin rena form består de endast av C, H, O-atomer.

2. Förutom C-, H-, O-atomer innehåller de N- och vanligtvis S-atomer.

3. Förutom C-, H-, O-atomerna innehåller de N- och P-atomer.

4. De har en relativt liten molekylvikt.

5. Molekylvikten kan vara från tusentals till flera tiotals och hundratusentals dalton.

6. De största organiska föreningarna med en molekylvikt på upp till flera tiotals och hundratals miljoner dalton.

7. De har olika molekylvikter - från mycket liten till mycket hög, beroende på om ämnet är en monomer eller en polymer.

8. Består av monosackarider.

9. Består av aminosyror.

10. Består av nukleotider.

11. De är estrar av högre fettsyror.

12. Grundläggande strukturell enhet: "kvävehaltig bas - pentos - fosforsyrarest".

13. Grundläggande strukturell enhet: "aminosyror".

14. Grundläggande strukturell enhet: "monosackarid".

15. Grundläggande strukturell enhet: "glycerol-fettsyra".

16. Polymermolekyler är byggda av samma monomerer.

17. Polymermolekyler är byggda av liknande, men inte exakt identiska, monomerer.

18. Är inte polymerer.

19. De utför nästan uteslutande energi-, konstruktions- och lagringsfunktioner, i vissa fall - skyddande.

20. Förutom energi och konstruktion utför de katalytiska, signal-, transport-, motor- och skyddsfunktioner;

21. De lagrar och överför cellens och kroppens ärftliga egenskaper.

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

II. Att lära sig nytt material

1. Strukturen av adenosintrifosforsyra

Förutom proteiner, nukleinsyror, fetter och kolhydrater syntetiseras ett stort antal andra organiska föreningar i levande materia. Bland dem spelas en viktig roll i cellens bioenergetik adenosintrifosfat (ATP). ATP finns i alla växt- och djurceller. I celler är adenosintrifosforsyra oftast närvarande i form av salter som kallas adenosintrifosfater. Mängden ATP fluktuerar och är i genomsnitt 0,04 % (i genomsnitt finns det cirka 1 miljard ATP-molekyler i en cell). Den största mängden ATP finns i skelettmuskler (0,2–0,5%).

ATP-molekylen består av en kvävehaltig bas – adenin, pentos – ribos och tre rester av fosforsyra, d.v.s. ATP är en speciell adenylnukleotid. Till skillnad från andra nukleotider innehåller ATP inte en, utan tre fosforsyrarester. ATP hänvisar till makroerga ämnen - ämnen som innehåller en stor mängd energi i sina bindningar.

Rumslig modell (A) och strukturformel (B) för ATP-molekylen

Från sammansättningen av ATP under verkan av ATPas-enzymer spjälkas en rest av fosforsyra av. ATP har en stark tendens att ta bort sin terminala fosfatgrupp:

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

därför att detta leder till att den energimässigt ogynnsamma elektrostatiska repulsionen mellan närliggande negativa laddningar försvinner. Det resulterande fosfatet stabiliseras genom bildandet av energetiskt gynnsamma vätebindningar med vatten. Laddningsfördelningen i ADP + Fn-systemet blir mer stabil än i ATP. Som ett resultat av denna reaktion frigörs 30,5 kJ (när en konventionell kovalent bindning bryts frigörs 12 kJ).

För att understryka den höga energi-"kostnaden" för fosfor-syrebindningen i ATP är det vanligt att beteckna den med tecknet ~ och kalla det en makroenergetisk bindning. När en molekyl fosforsyra spjälkas av, omvandlas ATP till ADP (adenosin difosforsyra), och om två molekyler fosforsyra klyvs av, omvandlas ATP till AMP (adenosinmonofosforsyra). Klyvningen av det tredje fosfatet åtföljs av frisättningen av endast 13,8 kJ, så att det bara finns två makroerga bindningar i ATP-molekylen.

2. Bildning av ATP i cellen

Tillförseln av ATP i cellen är liten. Till exempel, i en muskel räcker ATP-reserver till 20–30 sammandragningar. Men en muskel kan arbeta i timmar och producera tusentals sammandragningar. Därför, tillsammans med nedbrytningen av ATP till ADP, måste omvänd syntes kontinuerligt ske i cellen. Det finns flera sätt ATP-syntes i celler. Låt oss lära känna dem.

1. anaerob fosforylering. Fosforylering är processen för ATP-syntes från ADP och fosfat med låg molekylvikt (Pn). I det här fallet talar vi om syrefria processer för oxidation av organiska ämnen (till exempel är glykolys processen för syrefri oxidation av glukos till pyrodruvsyra). Ungefär 40% av energin som frigörs under dessa processer (cirka 200 kJ / mol glukos) går åt till ATP-syntes, och resten försvinner i form av värme:

C6H12O6 + 2ADP + 2Fn -–> 2C3H4O3 + 2ATP + 4H.

2. Oxidativ fosforylering- detta är processen för ATP-syntes på grund av energin för oxidation av organiska ämnen med syre. Denna process upptäcktes i början av 1930-talet. 1900-talet V.A. Engelhardt. Syreprocesser för oxidation av organiska ämnen fortsätter i mitokondrier. Ungefär 55% av energin som frigörs i detta fall (cirka 2600 kJ / mol glukos) omvandlas till energin av kemiska bindningar av ATP, och 45% försvinner i form av värme.

Oxidativ fosforylering är mycket effektivare än anaeroba synteser: om endast 2 ATP-molekyler syntetiseras under glykolys under nedbrytningen av en glukosmolekyl, så bildas 36 ATP-molekyler under oxidativ fosforylering.

3. Fotofosforylering- processen för ATP-syntes på grund av energi solljus. Denna väg för ATP-syntes är karakteristisk endast för celler som kan fotosyntes (gröna växter, cyanobakterier). Energin från solljuskvanta används av fotosyntetik i lätt fas fotosyntes för syntes av ATP.

3. Biologisk betydelse av ATP

ATP är i centrum för metaboliska processer i cellen, och är länken mellan reaktionerna av biologisk syntes och sönderfall. Rollen av ATP i cellen kan jämföras med rollen av ett batteri, eftersom under hydrolysen av ATP frigörs den energi som är nödvändig för olika livsprocesser ("urladdning") och i processen för fosforylering ("laddning") ackumulerar ATP återigen energi i sig själv.

På grund av den energi som frigörs under ATP-hydrolys sker nästan alla vitala processer i cellen och kroppen: överföring av nervimpulser, biosyntes av ämnen, muskelsammandragningar, transport av ämnen, etc.

III. Konsolidering av kunskap

Att lösa biologiska problem

Uppgift 1. När vi springer snabbt andas vi ofta, det blir ökad svettning. Förklara dessa fenomen.

Uppgift 2. Varför börjar frysende människor stampa och hoppa i kylan?

Uppgift 3. I det välkända verket av I. Ilf och E. Petrov "De tolv stolarna" bland många användbara tips du kan också hitta detta: "Andas djupt, du är upphetsad." Försök att motivera detta råd utifrån de energiprocesser som sker i kroppen.

IV. Läxa

Börja förbereda provet och testa (diktera testfrågor - se lektion 21).

Lektion 20

Utrustning: tabeller om allmän biologi.

I. Generalisering av sektionens kunskaper

Arbete av studenter med frågor (enskilt) med efterföljande verifiering och diskussion

1. Ge exempel på organiska föreningar som inkluderar kol, svavel, fosfor, kväve, järn, mangan.

2. Hur kan du särskilja genom jonisk sammansättning levande cell från döda?

3. Vilka ämnen finns i cellen i olöst form? Vilka organ och vävnader omfattar de?

4. Ge exempel på makronäringsämnen som ingår i enzymernas aktiva centra.

5. Vilka hormoner innehåller spårämnen?

6. Vilken roll har halogener i människokroppen?

7. Hur skiljer sig proteiner från artificiella polymerer?

8. Vad är skillnaden mellan peptider och proteiner?

9. Vad heter proteinet som ingår i hemoglobin? Hur många underenheter består den av?

10. Vad är ribonukleas? Hur många aminosyror är det i det? När syntetiserades det på konstgjord väg?

11. Varför hastighet kemiska reaktioner liten utan enzymer?

12. Vilka ämnen transporteras av proteiner genom cellmembranet?

13. Hur skiljer sig antikroppar från antigener? Innehåller vacciner antikroppar?

14. Vilka ämnen bryter ner proteiner i kroppen? Hur mycket energi frigörs i detta fall? Var och hur neutraliseras ammoniak?

15. Ge ett exempel på peptidhormoner: hur deltar de i regleringen av cellulär metabolism?

16. Vilken struktur har socker som vi dricker te med? Vilka andra tre synonymer för detta ämne känner du till?

17. Varför samlas inte fett i mjölk på ytan, men är i suspension?

18. Vad är massan av DNA i kärnan i somatiska celler och könsceller?

19. Hur mycket ATP används av en person per dag?

20. Vilka proteiner gör folk kläder av?

Primär struktur av pankreatisk ribonukleas (124 aminosyror)

II. Läxa.

Fortsätt förberedelserna för testet och testet i avsnittet "Kemisk organisation av livet."

Lektion 21

I. Genomförande av ett muntligt prov på frågor

1. Elementär sammansättning av cellen.

2. Egenskaper hos organogena element.

3. Vattenmolekylens struktur. Vätebindningen och dess betydelse i livets "kemi".

4. Vattnets egenskaper och biologiska funktioner.

5. Hydrofila och hydrofoba ämnen.

6. Katjoner och deras biologiska betydelse.

7. Anjoner och deras biologiska betydelse.

8. Polymerer. biologiska polymerer. Skillnader mellan periodiska och icke-periodiska polymerer.

9. Lipiders egenskaper, deras biologiska funktioner.

10. Grupper av kolhydrater kännetecknade av strukturella egenskaper.

11. Biologiska funktioner av kolhydrater.

12. Elementär sammansättning av proteiner. Aminosyror. Bildandet av peptider.

13. Primära, sekundära, tertiära och kvartära strukturer av proteiner.

14. Biologisk funktion av proteiner.

15. Skillnader mellan enzymer och icke-biologiska katalysatorer.

16. Enzymernas struktur. Koenzymer.

17. Verkningsmekanismen för enzymer.

18. Nukleinsyror. Nukleotider och deras struktur. Bildandet av polynukleotider.

19. Regler för E.Chargaff. Principen om komplementaritet.

20. Bildning av en dubbelsträngad DNA-molekyl och dess spiralisering.

21. Klasser av cellulärt RNA och deras funktioner.

22. Skillnader mellan DNA och RNA.

23. DNA-replikation. Transkription.

24. Struktur och biologisk roll ATP.

25. Bildandet av ATP i cellen.

II. Läxa

Fortsätt förberedelserna för testet i avsnittet "Kemisk organisation av livet."

Lektion 22

I. Genomförande av ett skriftligt prov

Alternativ 1

1. Det finns tre typer av aminosyror - A, B, C. Hur många varianter av polypeptidkedjor bestående av fem aminosyror kan byggas. Ange dessa alternativ. Kommer dessa polypeptider att ha samma egenskaper? Varför?

2. Allt levande består huvudsakligen av kolföreningar, och analogen till kol är kisel, vars innehåll i jordskorpan 300 gånger mer än kol, som finns i endast ett fåtal organismer. Förklara detta faktum i termer av strukturen och egenskaperna hos dessa elements atomer.

3. ATP-molekyler märkta med radioaktivt 32P vid den sista, tredje fosforsyraresten infördes i en cell, och ATP-molekyler märkta med 32P vid den första resten närmast ribos infördes i en annan cell. Efter 5 minuter mättes innehållet av oorganisk fosfatjon märkt med 32P i båda cellerna. Var blir det betydligt högre?

4. Studier har visat att 34 % av det totala antalet nukleotider i detta mRNA är guanin, 18 % är uracil, 28 % är cytosin och 20 % är adenin. Bestäm den procentuella sammansättningen av de kvävehaltiga baserna av dubbelsträngat DNA, varav det specificerade mRNA:t är ett avgjutningsmaterial.

Alternativ 2

1. Fetter är "första reserv" i energiutbyte och används när reserven av kolhydrater är uttömd. Men i skelettmuskler, i närvaro av glukos och fettsyror, används de senare i större utsträckning. Proteiner som energikälla används alltid bara som en sista utväg, när kroppen svälter. Förklara dessa fakta.

2. Joner av tungmetaller (kvicksilver, bly, etc.) och arsenik binds lätt av sulfidgrupper av proteiner. Genom att känna till egenskaperna hos dessa metallers sulfider, förklara vad som händer med proteinet när det kombineras med dessa metaller. Varför är tungmetaller giftiga för kroppen?

3. Vid oxidationsreaktionen av ämne A till ämne B frigörs 60 kJ energi. Hur många ATP-molekyler kan syntetiseras maximalt i denna reaktion? Hur ska resten av energin användas?

4. Studier har visat att 27 % Totala numret av nukleotiderna i detta mRNA är guanin, 15% är uracil, 18% är cytosin och 40% är adenin. Bestäm den procentuella sammansättningen av de kvävehaltiga baserna av dubbelsträngat DNA, varav det specificerade mRNA:t är ett avgjutningsmaterial.

Fortsättning följer

Kolhydraterär organiska föreningar som innehåller kol, väte och syre. Kolhydrater delas in i mono-, di- och polysackarider.

Monosackarider - enkla sockerarter, bestående av 3 eller fler C-atomer Monosackarider: glukos, ribos och deoxiribos. Ej hydrolyserbar, kan kristallisera, löslig i vatten, har en söt smak

Polysackarider bildas som ett resultat av polymerisationen av monosackarider. Samtidigt tappar de förmågan att kristallisera, söt smak. Ett exempel är stärkelse, glykogen, cellulosa.

1. Energi är den huvudsakliga energikällan i cellen (1 gram = 17,6 kJ)

2. strukturell - är en del av membranen hos växtceller (cellulosa) och djurceller

3. källa för syntes av andra föreningar

4. lagring (glykogen - i djurceller, stärkelse - i växtceller)

5. ansluta

Lipider- komplexa föreningar av glycerol och fettsyror. Olösligt i vatten, endast i organiska lösningsmedel. Skilj mellan enkla och komplexa lipider.

Lipidfunktioner:

1. strukturell - grunden för alla cellmembran

2. energi (1 g = 37,6 kJ)

3. förvaring

4. värmeisolering

5. källa för intracellulärt vatten

ATP - ett enda universellt energikrävande ämne i cellerna hos växter, djur och mikroorganismer. Med hjälp av ATP lagras och transporteras energi i cellen. ATP består av den kvävehaltiga basen adein, kolhydraten ribos och tre fosforsyrarester. Fosfatgrupper är sammankopplade med hjälp av makroerga bindningar. ATP:s funktioner är överföring av energi.

Ekorrarär det dominerande ämnet i alla levande organismer. Protein är en polymer vars monomer är aminosyror (20). Aminosyror är sammankopplade i en proteinmolekyl med hjälp av peptidbindningar som bildas mellan aminogruppen i en aminosyra och karboxylgruppen i en annan. Varje cell har en unik uppsättning proteiner.

Det finns flera nivåer av organisation av en proteinmolekyl. Primär struktur - en sekvens av aminosyror sammankopplade med en peptidbindning. Denna struktur bestämmer proteinets specificitet. I sekundär molekylens struktur har formen av en spiral, dess stabilitet tillhandahålls av vätebindningar. Tertiär strukturen bildas som ett resultat av omvandlingen av helixen till en tredimensionell sfärisk form - en kula. Kvartär uppstår när flera proteinmolekyler kombineras till ett enda komplex. Den funktionella aktiviteten hos proteiner manifesteras i strukturen 2, 3 eller 3.

Strukturen av proteiner förändras under påverkan av olika kemikalier (syror, alkalier, alkohol och andra) och fysikaliska faktorer (högt och lågt t, strålning), enzymer. Om dessa förändringar bevarar den primära strukturen är processen reversibel och anropas denaturering. Förstörelsen av den primära strukturen kallas koagulering(irreversibel proteinnedbrytningsprocess)

Funktioner av proteiner

1. strukturell

2. katalytisk

3. kontraktil (proteiner aktin och myosin i muskelfibrer)

4. transport (hemoglobin)

5. reglerande (insulin)

6. signal

7. skyddande

8. energi (1 g = 17,2 kJ)

Typer av nukleinsyror. Nukleinsyror- Fosforhaltiga biopolymerer av levande organismer som tillhandahåller lagring och överföring av ärftlig information. De upptäcktes 1869 av den schweiziska biokemisten F. Miescher i kärnorna av leukocyter, laxspermatozoer. Därefter hittades nukleinsyror i alla växt- och djurceller, virus, bakterier och svampar.

I naturen finns det två typer av nukleinsyror - deoxiribonuklein (DNA) Och ribonuklein (RNA). Skillnaden i namn förklaras av att DNA-molekylen innehåller femkolssockret deoxiribos och RNA-molekylen innehåller ribos.

DNA finns huvudsakligen i cellkärnans kromosomer (99 % av det totala cell-DNA), samt i mitokondrier och kloroplaster. RNA är en del av ribosomer; RNA-molekyler finns också i cytoplasman, matrisen av plastider och mitokondrier.

Nukleotider- strukturella komponenter i nukleinsyror. Nukleinsyror är biopolymerer vars monomerer är nukleotider.

Nukleotider- komplexa ämnen. Varje nukleotid består av en kvävebas, ett socker med fem kolatomer (ribos eller deoxiribos) och en fosforsyrarest.

Det finns fem huvudsakliga kvävebaser: adenin, guanin, uracil, tymin och cytosin.

DNA. DNA-molekylen består av två polynukleotidkedjor spiralformigt vridna i förhållande till varandra.

Sammansättningen av nukleotiderna i DNA-molekylen inkluderar fyra typer av kvävehaltiga baser: adenin, guanin, tymin och cytocin. I en polynukleotidkedja är intilliggande nukleotider sammanlänkade med kovalenta bindningar.

Polynukleotidkedjan av DNA vrids i form av en spiral som en spiraltrappa och kopplas till en annan, komplementär kedja till den med hjälp av vätebindningar bildade mellan adenin och tymin (två bindningar), samt guanin och cytosin (tre bindningar). Nukleotiderna A och T, G och C kallas komplementär.

Som ett resultat, i vilken organism som helst, är antalet adenylnukleotider lika med antalet tymidyl, och antalet guanylnukleotider är lika med antalet cytidyl. På grund av denna egenskap bestämmer sekvensen av nukleotider i en kedja deras sekvens i en annan. Denna förmåga att selektivt kombinera nukleotider kallas komplementaritet, och denna egenskap ligger till grund för bildandet av nya DNA-molekyler baserade på den ursprungliga molekylen (replikationer, dvs fördubbling).

När förhållandena förändras kan DNA, liksom proteiner, genomgå denaturering, vilket kallas smältning. Med en gradvis återgång till normala förhållanden, renatureras DNA.

Funktion av DNA är lagring, överföring och reproduktion i ett antal generationer av genetisk information. Alla cellers DNA kodar för information om alla proteiner i en given organism, om vilka proteiner, i vilken sekvens och i vilken mängd som kommer att syntetiseras. Sekvensen av aminosyror i proteiner registreras i DNA med den så kallade genetiska (triplett) koden.

Main fast egendom DNAär dess förmåga att replikera.

Replikering - Detta är processen för självduplicering av DNA-molekyler, som sker under kontroll av enzymer. Replikation sker före varje nukleär division. Det börjar med det faktum att DNA-helixen tillfälligt lindas av under verkan av DNA-polymerasenzymet. På var och en av kedjorna som bildas efter att vätebindningar har brutits syntetiseras en dottersträng av DNA enligt komplementaritetsprincipen. Materialet för syntes är de fria nukleotiderna som finns i kärnan.

Således spelar varje polynukleotidkedja rollen matriser för en ny komplementär sträng (därför hänvisar processen för duplicering av DNA-molekyler till reaktionerna matrissyntes). Resultatet är två DNA-molekyler, var och en av vilka "en kedja kvarstår från modermolekylen (halva), och den andra är nysyntetiserad. Dessutom syntetiseras en ny kedja kontinuerligt, och den andra - först i form av korta fragment, som sedan sys in i en lång kedja ett speciellt enzym - DNA-ligas.Som ett resultat av replikering är två nya DNA-molekyler en exakt kopia av den ursprungliga molekylen.

Den biologiska innebörden av replikation ligger i den exakta överföringen av ärftlig information från modercellen till dottercellerna, vilket sker under delning av somatiska celler.

RNA. Strukturen hos RNA-molekyler liknar på många sätt strukturen hos DNA-molekyler. Men det finns också ett antal betydande skillnader. I RNA-molekylen, istället för deoxiribos, inkluderar sammansättningen av nukleotider ribos, och istället för tymidylnukleotiden (T) - uridyl (U). Den största skillnaden från DNA är att RNA-molekylen är en enkelsträng. Dess nukleotider kan emellertid bilda vätebindningar med varandra (till exempel i tRNA, rRNA-molekyler), men i det här fallet talar vi om en intrasträngförbindelse av komplementära nukleotider. RNA-kedjor är mycket kortare än DNA.

Det finns flera typer av RNA i cellen, som skiljer sig åt i storleken på molekylerna, struktur, placering i cellen och funktioner:

1. Information (matris) RNA (mRNA) - överför genetisk information från DNA till ribosomer

2. Ribosomalt RNA (rRNA) - är en del av ribosomer

3. 3. Transfer RNA (tRNA) - överför aminosyror till ribosomer under proteinsyntes

Kom ihåg var ärftlig information lagras i celler från växternas och djurens biologi. Vilka ämnen är ansvariga för lagring och reproduktion av ärftlig information? Är dessa ämnen samma i växter och djur?

Nukleinsyror och nukleotider

Nukleinsyramolekyler är stora organiska molekyler - biopolymerer, vars monomerer är nukleotider. Varje nukleotid består av tre komponenter - en kvävehaltig bas, en monosackarid (ribos eller deoxiribos) och en ortofosfatsyrarest (Fig. 8.1).

Sammansättningen av nukleinsyror inkluderar fem typer av kvävehaltiga baser (Fig. 8.2). Det finns faktiskt fem typer av nukleotider: tymidyl (bas - tymin), cytidyl (bas - cytosin), uridyl (bas - uracil), adenyl (bas - adenin), guanyl (bas - guanin).

I cellerna hos levande organismer används även individuella nukleotider i olika metaboliska processer som oberoende föreningar.

När nukleinsyramolekyler bildas mellan ortofosfatsyraresten i en nukleotid och monosackariden i en annan

en stark kovalent bindning bildas. Därför har nukleinsyrorna som bildas på detta sätt formen av en kedja i vilken nukleotiderna är sekventiellt ordnade efter varandra. Deras antal i en biopolymermolekyl kan nå flera miljoner.

DNA och RNA

Det finns två typer av nukleinsyror i cellerna hos levande organismer - RNA (ribonukleinsyra) och DNA (deoxiribonukleinsyra). De skiljer sig från varandra i sammansättning och strukturella egenskaper.

Huvudfunktionen hos DNA och RNA är lagring och reproduktion av ärftlig information, vilket underlättas av strukturen hos deras molekyler.

RNA lagrar ärftlig information mindre säkert än DNA, alltså den här metoden lagring använder bara en del av virusen.

Strukturen av nukleinsyramolekyler

DNA-nukleotider är sammansatta av monosackariden deoxiribos och fyra kvävehaltiga baser - adenin, tymin, cytosin och guanin. Och själva DNA-molekylerna består vanligtvis av två nukleotidkedjor, som är sammankopplade med vätebindningar (fig. 8.3).

RNA-nukleotider innehåller monosackariden ribos istället för deoxiribos och uracil istället för tymin. En RNA-molekyl består vanligtvis av en enda nukleotidkedja, vars olika fragment bildar vätebindningar med varandra. Tre sådana bindningar bildas mellan guanin och cytosin, och två mellan adenin och tymin eller adenin och uracil.

DNA-molekylen består av två nukleotidkedjor sammankopplade enligt komplementaritetsprincipen (addition): framför varje nukleotid i en kedja placeras nukleotiden i den andra kedjan som motsvarar den. Så, mittemot adenylnukleotiden är tymidyl, och mittemot cytidyl-guanyl (Fig. 8.4). Därför, i DNA-molekyler, är antalet adenylnukleotider alltid lika med antalet tymidylnukleotider, och antalet guanylnukleotider är alltid lika med antalet cytidylnukleotider.

ATP och dess roll i cellernas liv

Inte bara RNA och DNA, utan även enskilda nukleotider tar en aktiv del i cellens liv. Särskilt viktiga är föreningarna av nukleotider med ortofosfatsyrarester. Från en till tre sådana rester kan fästas till en nukleotid. Följaktligen kallas de enligt antalet av dessa rester: ATP - adenosintriortofosfat (adenosintriortofosforsyra), GTP - guanosintriortofosfat, ADP - adenosindiortofosfat, AMP - adenosinmonorotofosfat. alla nukleotider som utgör nukleinsyror är monofosfater. Tri- och difosfater spelar också en viktig roll i cellernas biokemiska processer.

Det vanligaste i cellerna hos levande organismer är ATP. Det spelar rollen som en universell energikälla för biokemiska reaktioner och deltar också i processerna för tillväxt, rörelse och reproduktion av celler. Ett stort antal ATP-molekyler bildas i processerna för cellandning och fotosyntes.

Energiomvandling och fusionsreaktioner i biologiska system

ATP ger energi till de flesta av de processer som sker i celler. Först och främst är dessa processer för syntes av organiska ämnen, som utförs med hjälp av enzymer.

För att enzymer ska kunna utföra en biokemisk reaktion kräver de i de flesta fall energi.

ATP-molekyler, när de interagerar med enzymer, bryts ner i två molekyler - ortofosfatsyra och ADP. Detta frigör energi:

Denna energi används av enzymer för att arbeta. Varför ATP? Eftersom bindningen av ortofosfatsyrarester i denna molekyl inte är vanlig, utan makroergisk (högenergi) (Fig. 8.5). Det krävs mycket energi för att bilda denna bindning, men även under dess förstörelse frigörs energi i stora mängder.

När molekyler av kolhydrater, proteiner, lipider i celler bryts ner frigörs energi. Cellen lagrar denna energi. För att göra detta fästs en eller två rester av ortofosfatsyra till nukleotider av monoortofosfater (till exempel AMP) och molekyler av di- eller triortofosfater (respektive ADP eller ATP) bildas. De resulterande bindningarna är makroergiska. Således,

ADP innehåller en makroergisk bindning och ATP har två. under syntesen av nya organiska föreningar förstörs makroerga bindningar och förser motsvarande processer med energi.

Alla cellulära livsformer på vår planet innehåller både RNA och DNA i sina celler. Men i virus finns det bara en typ av nukleinsyra. deras virioner innehåller antingen RNA eller DNA under proteinhöljet. Först när ett virus kommer in i en värdcell börjar det vanligtvis syntetisera både DNA och RNA.

Nukleinsyror är biopolymerer som finns i levande organismer i form av DNA och RNA. Deras monomerer är nukleotider. DNA har vanligtvis formen av en dubbelhelix, bestående av två strängar. RNA är oftast i form av en enda sträng. Nukleinsyrors huvudsakliga funktion är lagring och reproduktion av genetisk information. Nukleotider är också involverade i cellens biokemiska processer, och ATP spelar rollen som en universell energikälla för biokemiska reaktioner.

Testa dina kunskaper

1. Hur skiljer sig DNA från RNA? 2. Varför behöver levande organismer nukleinsyror? 3. Vilka funktioner utför ATP i celler? 4. Komplettera den andra DNA-strängen enligt komplementaritetsprincipen, om den första strängen är: AGGTTATATCGCCTAGAATCGGGAA. 5*. DNA kan inte vara en katalysator för biokemiska reaktioner. Men vissa RNA-molekyler (de kallas ribozymer) kan vara katalysatorer. Vilka egenskaper hos dessa molekylers struktur kan associeras med detta? 6*. Varför är makroerga bindningar lämpliga att använda i en cells biokemiska processer?

Generalisera uppgifter till ämnet " Kemisk sammansättning celler och biologiska molekyler

I uppgifterna 1-9, välj ett rätt svar.

1 Avbildad i fig. 1 struktur utför funktionen:

a) lagrar och återger ärftlig information

b) transporterar ämnen

B) skapar en tillgång på näringsämnen

d) katalyserar reaktioner

2) Från samma monomerer som ämnet i fig. 1, består av:

a) kollagen b) stärkelse c) RNA d) östrogen

3) ämnet i fig. 1 kan ackumuleras:

a) på mitokondriernas yttre membran

b) i jästcellväggen

B) i mänskliga leverceller

d) i majskloroplaster

4 Avbildad i fig. 2 struktur är en komponent:

a) växtcellvägg

b) proteiner

d) det inre skiktet av cellmembranet

5) Nummer 3 i fig. 2 markerade:

a) en karbonylgrupp c) en karboxylgrupp

b) hydroxylgrupp d) radikal

6) Aminogrupp i fig. 2 är markerad med ett nummer:

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

7) Struktur i fig. 2 är en monomer:

a) nukleinsyra c) lipid

b) protein d) polysackarid

8) Monosackarid i fig. 3 är markerad med ett nummer:

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

9) Strukturen i fig. 3 är en monomer:

a) nukleinsyra c) protein

b) lipid d) polysackarid

10 Skriv namnen på grupperna av organiska ämnen som molekylerna som visas i figurerna tillhör:

11 Tänk på Strukturformel molekylen som visas i figuren. Förklara hur strukturen hos denna molekyl gör att den kan utföra sina funktioner effektivt.

12 Komplettera den komplementära DNA-strängen: ATTGACCCGATTAGCC.

13 Upprätta en överensstämmelse mellan grupperna av organiska ämnen och de ämnen som tillhör dem.

Ämnesgrupper

1 proteiner a) progesteron

2 kolhydrater b) hemoglobin

3 lipider c) stärkelse

d) insulin

e) fruktos

e) testosteron

Testa dina kunskaper om ämnet "Cellens kemiska sammansättning och biologiska molekyler."

Miniguide

Information om organiska ämnen

Strukturera organisk molekyl på exemplet med alanin

Typer av bindningar i en proteinmolekyl

kovalenta bindningar

De bildas mellan grundämnenas atomer i en molekyl av ett ämne på grund av vanliga elektronpar. Proteinmolekyler har peptid- och disulfidbindningar. Ge stark kemisk interaktion.

Peptidbindning

Peptidbindningar förekommer mellan karboxylgruppen (-COOH) i en aminosyra och aminogruppen (-NH 2) i en annan aminosyra.

disulfidbindning

En disulfidbindning kan uppstå mellan olika regioner av samma polypeptidkedja, medan den håller denna kedja i ett böjt tillstånd. Om en disulfidbindning bildas mellan två polypeptider, kombinerar den dem till en molekyl.

Icke-kovalenta bindningar

Proteinmolekyler har väte, jonbindningar och hydrofoba interaktioner. Ger svaga kemiska interaktioner.

vätebindning

Den bildas mellan de positivt laddade H-atomerna i en funktionell grupp och den negativt laddade O- eller N-atomen, som har ett odelat elektronpar, från en annan funktionell grupp.

Jonbindning

Det bildas mellan positivt och negativt laddade funktionella grupper (ytterligare karboxyl- och aminogrupper) som finns i radikalerna lysin, arginin, histidin, asparaginsyra och glutaminsyra.

hydrofobisk

Samspel

Det bildas mellan radikaler av hydrofoba aminosyror.

Detta är läroboksmaterial.