Карти

АТФ се характеризира с факта, че има полимерна структура. Структура и функция на atf нуклеинови киселини. Понятието за нуклеотид и неговите свойства

Спомнете си какво представляват мономерът и полимерът. Какви вещества са протеиновите мономери? По какво се различават протеините като полимери от нишестето?

Нуклеиновите киселини заемат специално място сред органична материяклетки. Първо са изолирани от клетъчни ядра, за което са получили името си (от лат. Nucleus - ядро). Впоследствие нуклеинови киселини бяха открити в цитоплазмата и в някои други органели на клетката. Но оригиналното име е запазено за тях.

Нуклеиновите киселини, подобно на протеините, са полимери, но техните нуклеотидни мономери имат по -сложна структура. Броят на нуклеотидите във верига може да достигне 30 000. Нуклеиновите киселини са органичните вещества с най -високо молекулно тегло на клетката.

Ориз. 24. Структура и видове нуклеотиди

В клетките има два вида нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК). Те се различават по състав на нуклеотиди, структура на полинуклеотидната верига, молекулно тегло и изпълнявани функции.

Ориз. 25. Полинуклеотидна верига

Съставът и структурата на ДНК.Нуклеотидите на молекулата на ДНК включват фосфорна киселина, въглехидратна дезоксирибоза (което е причината за името на ДНК) и азотни основи - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G), цитозин (С) (фиг. 24, 25).

Тези бази съответстват по двойки по структура (A = T, G = C) и могат лесно да бъдат свързани чрез водородни връзки. Такива сдвоени бази се наричат допълващи се (от лат. Complementum - добавяне).

Британските учени Джеймс Уотсън и Франсис Крик през 1953 г. установяват, че молекулата на ДНК се състои от две спирално усукани вериги. Гръбнакът на веригата се образува от остатъци от фосфорна киселина и дезоксирибоза, а азотните основи са насочени вътре в спиралата (фиг. 26, 27). Двете вериги са свързани помежду си поради водородни връзки между комплементарни бази.

Ориз. 26. Диаграма на молекула на ДНК

В клетките молекулите на ДНК се намират в ядрото. Те образуват нишки от хроматин и преди клетъчното делене се спирализират, комбинират се с протеини и се превръщат в хромозоми. В допълнение, специфична ДНК се открива в митохондриите и хлоропластите.

ДНК в клетката е отговорна за съхраняването и предаването на наследствена информация. Той кодира информация за структурата на всички протеини в тялото. Броят на молекулите на ДНК служи като генетична черта за определен тип организъм, а нуклеотидната последователност е специфична за всеки индивид.

Структурата и видовете РНК.Молекулата на РНК съдържа фосфорна киселина, въглехидрати - рибоза (оттук и името рибонуклеинова киселина), азотни основи: аденин (А), урацил (U), гуанин (G), цитозин (С). Вместо тимин тук се намира урацил, който е допълващ аденина (A = Y). РНК молекулите, за разлика от ДНК, се състоят от единична полинуклеотидна верига (фиг. 25), която може да има прави и спираловидни участъци и да образува бримки между комплементарни бази, използвайки водородни връзки. Молекулното тегло на РНК е значително по -ниско от това на ДНК.

В клетките молекулите на РНК се намират в ядрото, цитоплазмата, хлоропластите, митохондриите и рибозомите. Има три вида РНК, които имат различни молекулни тегла, молекулни форми и различни функции.

Пратените РНК (иРНК) носят информация за структурата на протеин от ДНК до мястото на неговия синтез върху рибозоми. Всяка молекула на иРНК съдържа пълна информация, необходима за синтеза на една протеинова молекула. От всички видове РНК, най -голямата иРНК.

Ориз. 27. Двойна спирала на молекулата на ДНК (триизмерен модел)

Транспортните РНК (тРНК) са най -късите молекули. Тяхната структура наподобява по форма лист от детелина (фиг. 62). Те транспортират аминокиселини до мястото на протеиновия синтез на рибозомите.

Рибозомната РНК (рРНК) съставлява повече от 80% от общата маса на РНК в клетката и заедно с протеините са част от рибозомите.

ATP.В допълнение към полинуклеотидните вериги, клетката съдържа мононуклеотиди, които имат същия състав и структура като нуклеотидите, които изграждат ДНК и РНК. Най -важният от тях е АТФ - аденозин трифосфат.

Молекулата АТФ се състои от рибоза, аденин и три остатъка от фосфорна киселина, между които има две високоенергийни връзки (фиг. 28). Енергията на всеки от тях е 30,6 kJ / mol. Следователно, той се нарича макроергичен, за разлика от простата връзка, чиято енергия е около 13 kJ / mol. Когато един или два остатъка от фосфорна киселина се отцепят от молекулата АТФ, се образува съответно молекула ADP (аденозин дифосфат) или AMP (аденозин монофосфат). В този случай енергията се отделя два и половина пъти повече, отколкото при разграждането на други органични вещества.

Ориз. 28. Структурата на молекулата на аленозин трифосфат (АТФ) и нейната роля в преобразуването на енергия

АТФ е ключово вещество на метаболитните процеси в клетката и универсален източник на енергия. Синтезът на молекули АТФ протича в митохондриите, хлоропластите. Енергията се съхранява в резултат на реакции на окисляване на органични вещества и натрупване на слънчева енергия. Клетката използва тази запасена енергия във всички жизнени процеси.

Упражнения върху покрития материал

Какво е мономер на нуклеинова киселина? От какви компоненти се състои?
По какво се различават нуклеиновите киселини като полимери от протеините?
Какво е взаимно допълване? Назовете групата на племенните бази. Какви връзки се образуват между тях?
Каква роля играят молекулите на РНК в живите тела на природата?
Функцията на АТФ в клетката понякога се сравнява с акумулаторна батерия или батерия. Обяснете значението на това сравнение.

Целият живот на планетата се състои от много клетки, които поддържат подредеността на своята организация поради генетичната информация, съдържаща се в ядрото. Той се съхранява, реализира и предава от сложни високомолекулни съединения - нуклеинови киселини, състоящи се от мономерни единици - нуклеотиди. Ролята на нуклеиновите киселини не може да бъде преувеличена. Стабилността на тяхната структура определя нормалната жизнена дейност на организма и всякакви отклонения в структурата неизбежно водят до промяна в клетъчната организация, активността на физиологичните процеси и жизнеспособността на клетките като цяло.

Понятието за нуклеотид и неговите свойства

Всяка или РНК е събрана от по -малки мономерни съединения - нуклеотиди. С други думи, нуклеотидът е строителен материал за нуклеинови киселини, коензими и много други биологични съединения, които са от съществено значение за клетката по време на нейния живот.

Основните свойства на тези незаменими вещества включват:

Съхраняване на информация за и наследени черти;
... контрол върху растежа и размножаването;
... участие в метаболизма и много други физиологични процеси в клетката.

Говорейки за нуклеотиди, не можем да не се спрем на такъв важен въпрос като тяхната структура и състав.

Всеки нуклеотид се състои от:

Захарен остатък;
... азотна основа;
... фосфатна група или остатък от фосфорна киселина.

Можем да кажем, че нуклеотидът е сложно органично съединение. В зависимост от видовия състав на азотни основи и вида пентоза в нуклеотидната структура, нуклеиновите киселини се разделят на:

Дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК;
... рибонуклеинова киселина или РНК.

Състав на нуклеинова киселина

В нуклеиновите киселини захарта е представена от пентоза. Това е пет въглеродна захар, в ДНК се нарича дезоксирибоза, в РНК се нарича рибоза. Всяка пентозна молекула има пет въглеродни атома, четири от тях, заедно с кислороден атом, образуват петчленен пръстен, а петият принадлежи към групата HO-CH2.

Положението на всеки въглероден атом в молекулата на пентозата е обозначено с арабска цифра с първоначално число (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Тъй като всички процеси на отчитане от молекула нуклеинова киселина са строго насочени, номерирането на въглеродните атоми и тяхното подреждане в пръстена служат като своеобразен индикатор за правилната посока.

При хидроксилната група остатъкът от фосфорна киселина е прикрепен към третия и петия въглероден атом (3C´ и 5C´). Той също така определя химическата принадлежност на ДНК и РНК към групата на киселините.

Азотна основа е прикрепена към първия въглероден атом (1C´) в молекулата на захарта.

Видов състав на азотни основи

ДНК нуклеотидите в азотната основа са представени от четири типа:

Аденин (А);
... гуанин (G);
... цитозин (С);
... тимин (Т).

Първите два принадлежат към класа на пурините, последните два са пиримидини. По отношение на молекулното тегло, пурините винаги са по -тежки от пиримидините.

Представени са РНК нуклеотиди на азотна основа:

Аденин (А);
... гуанин (G);
... цитозин (С);
... урацил (U).

Урацилът, подобно на тимина, е пиримидинова основа.

В научната литература често можете да намерите друго обозначение за азотни основи - с латински букви (A, T, C, G, U).

Нека се спрем по -подробно на химическата структура на пурините и пиримидините.

Пиримидините, а именно цитозин, тимин и урацил, са съставени от два азотни атома и четири въглеродни атома, образуващи шестчленен пръстен. Всеки атом има свой собствен номер от 1 до 6.

Пурините (аденин и гуанин) се състоят от пиримидин и имидазол или два хетероцикли. Молекулата на пуриновата основа е представена от четири азотни атома и пет въглеродни атома. Всеки атом е номериран от 1 до 9.

В резултат на комбинацията от азотна основа и пентозен остатък се образува нуклеозид. Нуклеотидът е съединение на нуклеозид и фосфатна група.

Образуване на фосфодиестерни връзки

Важно е да се разбере въпросът как нуклеотидите се комбинират в полипептидна верига и образуват молекула нуклеинова киселина. Това се дължи на така наречените фосфодиестерни връзки.

Взаимодействието на два нуклеотида дава динуклеотид. Образуването на ново съединение става чрез кондензация, когато възникне фосфодиестерна връзка между фосфатния остатък на един мономер и хидрокси групата на пентозата на друг.

Полинуклеотидният синтез е многократното повтаряне на тази реакция (няколко милиона пъти). Полинуклеотидната верига се изгражда чрез образуване на фосфодиестерни връзки между третия и петия въглерод захар (3C´ и 5C´).

Сглобяването на полинуклеотид е сложен процес, включващ ензим ДНК полимераза, който осигурява растежа на верига само от единия край (3´) със свободна хидрокси група.

Структура на молекулата на ДНК

ДНК молекула, подобно на протеин, може да има първична, вторична и третична структура.

Последователността на нуклеотидите в ДНК веригата определя нейното първично образуване поради водородни връзки, които се основават на принципа на комплементарност. С други думи, по време на синтеза на двойник действа определен модел: аденинът на едната верига съответства на тимина на другата, гуанинът на цитозин и обратно. Двойки аденин и тимин или гуанин и цитозин се образуват поради две водородни връзки в първия и три във втория случай. Тази връзка на нуклеотиди осигурява силна връзка между веригите и равно разстояние между тях.

Познавайки нуклеотидната последователност на една ДНК верига, втората може да бъде завършена по принципа на комплементарност или добавяне.

Третичната структура на ДНК се формира поради сложни триизмерни връзки, което прави нейната молекула по-компактна и способна да се побере в малък клетъчен обем. Например, дължината на Е. coli DNA е повече от 1 mm, докато дължината на клетката е по -малка от 5 микрона.

Броят на нуклеотидите в ДНК, а именно количественото им съотношение, се подчинява на правилото на Chergaff (броят на пуриновите бази винаги е равен на броя на пиримидиновите основи). Разстоянието между нуклеотидите е постоянна стойност, равна на 0,34 nm, както и тяхното молекулно тегло.

Структура на молекулата на РНК

РНК е представена от единична полинуклеотидна верига, образувана между пентозата (в този случай рибоза) и фосфатния остатък. Той е много по -къс по дължина от ДНК. От видов съставСъществуват и различия в азотните основи в нуклеотида. В РНК вместо пиримидиновата основа на тимина се използва урацил. Има три вида РНК, в зависимост от функциите, изпълнявани в организма.

Рибозомна (рРНК) - обикновено съдържа от 3000 до 5000 нуклеотиди. Като необходим структурен компонент, той участва в образуването на активния център на рибозомите, мястото на един от най -важните процеси в клетката - биосинтеза на протеини.
... Транспорт (тРНК) - състои се средно от 75 - 95 нуклеотида, осъществява прехвърлянето на желаната аминокиселина до мястото на синтеза на полипептиди в рибозомата. Всеки тип тРНК (поне 40) има своя собствена последователност от мономери или нуклеотиди, присъщи само на нея.
... Информационната (иРНК) е много разнообразна в състава на нуклеотидите. Той предава генетична информация от ДНК към рибозоми, действа като матрица за синтеза на протеинова молекула.

Ролята на нуклеотидите в организма

Нуклеотидите в клетката изпълняват редица важни функции:

Използва се като градивни елементи за нуклеинови киселини (пуринови и пиримидинови нуклеотиди);
... участват в много метаболитни процеси в клетката;
... са част от АТФ - основният източник на енергия в клетките;
... действат като носители на редуциращи еквиваленти в клетките (NAD +, NADP +, FAD, FMN);
... изпълняват функцията на биорегулатори;
... могат да се разглеждат като втори пратеници на извънклетъчен редовен синтез (например сАМР или цГМФ).

Нуклеотидът е мономерна единица, която образува по -сложни съединения - нуклеинови киселини, без които предаването на генетична информация, нейното съхранение и възпроизвеждане е невъзможно. Свободните нуклеотиди са основните компоненти, участващи в сигналните и енергийните процеси, които подпомагат нормалното функциониране на клетките и тялото като цяло.

ДА СЕ нуклеинова киселинавключват високо полимерни съединения, които при хидролиза се разлагат на пуринови и пиримидинови основи, пентоза и фосфорна киселина. Нуклеиновите киселини съдържат въглерод, водород, фосфор, кислород и азот. Има два класа нуклеинови киселини: рибонуклеинови киселини (РНК)и дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК).

Структура и функция на ДНК

ДНК- полимер, мономерите на който са дезоксирибонуклеотиди. Моделът на пространствената структура на молекулата на ДНК под формата на двойна спирала е предложен през 1953 г. от Дж. Уотсън и Ф. Крик (за конструирането на този модел те използват произведенията на М. Уилкинс, Р. Франклин, Е. Чаргаф).

ДНК молекулаобразувани от две полинуклеотидни вериги, спирално усукани една около друга и заедно около въображаема ос, т.е. е двойна спирала (изключение - някои ДНК вируси имат едноверижна ДНК). Диаметърът на двойната спирала на ДНК е 2 nm, разстоянието между съседните нуклеотиди е 0,34 nm и има 10 базови двойки на завъртане на спиралата. Молекулата може да бъде дълга до няколко сантиметра. Молекулно тегло - десетки и стотици милиони. Общата дължина на ДНК на ядрото на човешката клетка е около 2 м. В еукариотните клетки ДНК образува комплекси с протеини и има специфична пространствена конформация.

Мономерна ДНК - нуклеотид (дезоксирибонуклеотид)- се състои от остатъци от три вещества: 1) азотна основа, 2) пет въглероден монозахарид (пентоза) и 3) фосфорна киселина. Азотните основи на нуклеинови киселини принадлежат към класовете пиримидини и пурини. ДНК пиримидинови основи(те имат един пръстен в молекулата си) - тимин, цитозин. Пуринови основи(имат два пръстена) - аденин и гуанин.

Монозахаридът на ДНК нуклеотида е представен от дезоксирибоза.

Името на нуклеотида е получено от името на съответната основа. Нуклеотидите и азотните основи са обозначени с главни букви.

Полинуклеотидната верига се образува в резултат на реакции на кондензация на нуклеотиди. В този случай между 3'-въглерода на дезоксирибозния остатък на единия нуклеотид и остатъка от фосфорна киселина на другия, фосфоетерна връзка(принадлежи към категорията на силните ковалентни връзки). Единият край на полинуклеотидната верига завършва с 5 "въглерод (наречен 5" край), другият завършва с 3 "въглерод (3" край).

Втора верига се намира срещу една нуклеотидна нишка. Разположението на нуклеотидите в тези две вериги не е случайно, а строго определено: тиминът винаги се намира срещу аденина на едната верига в другата верига, а цитозинът винаги е разположен срещу гуанин, две водородни връзки възникват между аденин и тимин и три водородни връзки между гуанин и цитозин. Моделът, според който нуклеотидите от различни нишки на ДНК са строго подредени (аденин - тимин, гуанин - цитозин) и селективно се свързват един с друг, се нарича принцип на взаимно допълване... Трябва да се отбележи, че Дж. Уотсън и Ф. Крик са разбрали принципа на взаимно допълване, след като са прочели произведенията на Е. Чаргаф. Е. Чаргаф, след като е учил страхотна суматъканни и органични проби различни организми, установено, че във всеки ДНК фрагмент съдържанието на гуанинови остатъци винаги точно съответства на съдържанието на цитозин и аденин на тимин ( "Правилото на Чаргаф"), но той не може да обясни този факт.

От принципа на комплементарност следва, че нуклеотидната последователност на едната верига определя нуклеотидната последователност на другата.

ДНК веригите са антипаралелни (многопосочни), т.е. нуклеотидите на различни нишки са разположени в противоположни посоки и следователно срещу 3 "края на едната нишка е 5" краят на другата. ДНК молекулата понякога се сравнява с вита стълба. „Парапетът“ на това стълбище е захарно-фосфатен гръбнак (редуващи се остатъци от дезоксирибоза и фосфорна киселина); "Стъпки" - допълващи се азотни основи.

ДНК функция- съхранение и предаване на наследствена информация.

Репликация (редупликация) на ДНК

- процесът на самоудвояване, основното свойство на молекулата на ДНК. Репликацията принадлежи към категорията на реакциите на синтез на матрикса, включващи ензими. Под действието на ензимите молекулата на ДНК се размотава и около всяка верига се завършва нова верига, която действа като матрица, съгласно принципите на взаимно допълване и антипаралелизъм. Така във всяка дъщерна ДНК една нишка е майчина, а другата е ново синтезирана. Този метод на синтез се нарича полуконсервативен.

"Строителен материал" и източник на енергия за възпроизвеждане са дезоксирибонуклеозид трифосфати(ATP, TTF, GTP, CTP), съдържащ три остатъци от фосфорна киселина. Когато дезоксирибонуклеозид трифосфати са включени в полинуклеотидната верига, двата крайни остатъка от фосфорна киселина се отцепват и освободената енергия се използва за образуване на фосфодиестерна връзка между нуклеотиди.

Следните ензими участват в репликацията:

хеликази ("развийте" ДНК);
дестабилизиращи протеини;
ДНК топоизомерази (ДНК се нарязва);
ДНК полимерази (дезоксирибонуклеозид трифосфати са избрани и комплементарно прикрепени към матричната ДНК верига);
РНК примати (образуват РНК праймери, праймери);
ДНК лигази (зашиващи ДНК фрагменти).

С помощта на хеликази той се размотава в определени региони на ДНК, едноверижните ДНК области са свързани с дестабилизиращи протеини и вилица за репликация... Когато има разминаване на 10 базови двойки (едно завъртане на спиралата), молекулата на ДНК трябва да направи пълен оборот около оста си. За да се предотврати това въртене, ДНК топоизомеразата разцепва една верига ДНК, което й позволява да се върти около втора верига.

ДНК полимеразата може да прикрепи нуклеотид само към 3 "-въглерода на дезоксирибозата на предишния нуклеотид, следователно този ензим е в състояние да се движи по матричната ДНК само в една посока: от 3" края до 5 "края на тази матрична ДНК ., след това на различните му вериги сглобяването на дъщерните полинуклеотидни вериги се осъществява по различни начини и в противоположни посоки. На 3 "-5" веригата синтезът на дъщерната полинуклеотидна верига протича без прекъсване; водещ... На верига 5 "-3" - периодично, на фрагменти ( фрагменти от Оказаки), които след завършване на репликацията от ДНК лигази се зашиват в една верига; тази дъщерна верига ще бъде извикана изоставащи (изоставащ).

Характеристика на ДНК полимеразата е, че тя може да започне своята работа само с "Семена" (грунд). Ролята на "праймери" се изпълнява от къси РНК последователности, образувани с участието на ензима РНК примази и сдвоени с матрична ДНК. РНК праймерите се отстраняват след завършване на сглобяването на полинуклеотидни вериги.

Репликацията протича по същия начин при прокариоти и еукариоти. Скоростта на синтез на ДНК при прокариотите е с порядък по -висока (1000 нуклеотиди в секунда), отколкото при еукариотите (100 нуклеотида в секунда). Репликацията започва едновременно в няколко области на молекулата на ДНК. Фрагмент от ДНК от една точка на произход на репликация до друга образува единица на репликация - репликон.

Репликацията се случва преди клетъчното делене. Благодарение на тази способност на ДНК наследствената информация се предава от майчината клетка на дъщерята.

Ремонт ("ремонт")

Репарациянаречен процес на възстановяване на увреждане на нуклеотидната последователност на ДНК. Извършва се от специални ензимни системи на клетката ( възстановяващи ензими). В процеса на възстановяване на структурата на ДНК могат да се разграничат следните етапи: 1) нуклеази, възстановяващи ДНК, разпознават и отстраняват увредената област, в резултат на което се образува празнина във веригата на ДНК; 2) ДНК полимеразата запълва тази празнина, като копира информация от втората ("добра") верига; 3) ДНК лигазата "свързва" нуклеотидите, завършвайки възстановяването.

Три механизма на поправка са най-проучени: 1) фоторепарация, 2) ексцизионен или пре-репликативен ремонт, 3) пост-репликативен ремонт.

Промените в структурата на ДНК се случват в клетката постоянно под въздействието на реактивни метаболити, ултравиолетова радиация, тежки метали и техните соли и др. Следователно дефектите в възстановителните системи увеличават скоростта на мутационните процеси, са причина за наследствени заболявания (пигментирани ксеродерма, прогерия и др.).

Структура и функция на РНК

- полимер, мономерите на който са рибонуклеотиди... За разлика от ДНК, РНК се образува не от две, а от една полинуклеотидна верига (с изключение на това, че някои РНК-съдържащи вируси имат двуверижна РНК). РНК нуклеотидите са способни да образуват водородни връзки помежду си. РНК веригите са много по -къси от нишките на ДНК.

РНК мономер - нуклеотид (рибонуклеотид)- се състои от остатъци от три вещества: 1) азотна основа, 2) пет въглероден монозахарид (пентоза) и 3) фосфорна киселина. Азотните бази на РНК също принадлежат към класовете пиримидин и пурин.

РНК пиримидинови основи - урацил, цитозин, пуринови основи - аденин и гуанин. РНК нуклеотидният монозахарид е представен от рибоза.

Разпределете три вида РНК: 1) информационни(пратеник) РНК - тРНК (иРНК), 2) транспортРНК - тРНК, 3) рибозомниРНК - рРНК.

Всички видове РНК са неразклонени полинуклеотиди, имат специфична пространствена конформация и участват в процесите на синтез на протеини. Информация за структурата на всички видове РНК се съхранява в ДНК. Процесът на синтезиране на РНК върху ДНК матрица се нарича транскрипция.

Транспортни РНКобикновено съдържат 76 (от 75 до 95) нуклеотиди; молекулно тегло - 25 000-30 000. тРНК представлява около 10% от общото съдържание на РНК в клетката. Функции на тРНК: 1) транспорт на аминокиселини до мястото на протеиновия синтез, до рибозоми, 2) транслационен медиатор. Клетката съдържа около 40 вида тРНК, всеки от които има последователност от нуклеотиди, характерна само за нея. Въпреки това, всички тРНК имат няколко вътрешномолекулни комплементарни области, поради което тРНК придобиват конформация от листа на детелина. Всяка тРНК има контур за контакт с рибозомата (1), антикодонов контур (2), контур за контакт с ензим (3), акцепторен ствол (4) и антикодон (5). Аминокиселината се прикрепя към 3 "края на акцепторното стъбло. Антикодон- три нуклеотида, които "разпознават" кодона на тРНК. Трябва да се подчертае, че специфична тРНК може да транспортира строго определена аминокиселина, съответстваща на нейния антикодон. Специфичността на комбинацията от аминокиселини и тРНК се постига поради свойствата на ензима аминоацил-тРНК синтетаза.

Рибозомна РНКсъдържат 3000-5000 нуклеотиди; молекулно тегло-1 000 000-1 500 000. рРНК представлява 80-85% от общото съдържание на РНК в клетката. В комбинация с рибозомни протеини, рРНК образува рибозоми - органели, които осъществяват синтеза на протеини. В еукариотните клетки синтез на рРНК се случва в ядрата. Функции на RRNA: 1) необходимия структурен компонент на рибозомите и по този начин се гарантира функционирането на рибозомите; 2) осигуряване на взаимодействието на рибозомата и тРНК; 3) първоначално свързване на рибозомата и кодона на инициатора на тРНК и определяне на рамката за четене, 4) образуване на активния център на рибозомата.

Messenger РНКса разнообразни по съдържание на нуклеотиди и молекулно тегло (от 50 000 до 4 000 000). MRNA представлява до 5% от общото съдържание на РНК в клетката. Функции на тРНК: 1) пренос на генетична информация от ДНК към рибозоми, 2) матрица за синтез на протеинова молекула, 3) определяне на аминокиселинната последователност на първичната структура на протеинова молекула.

Структура и функция на АТФ

Аденозин трифосфорна киселина (АТФ)- универсален източник и основен акумулатор на енергия в живите клетки. АТФ се намира във всички клетки на растения и животни. Средното количество АТФ е 0,04% (от мокрото тегло на клетката), най-голямото количество АТФ (0,2-0,5%) се съдържа в скелетните мускули.

АТФ се състои от остатъци: 1) азотна основа (аденин), 2) монозахарид (рибоза), 3) три фосфорни киселини. Тъй като АТФ съдържа не един, а три остатъка фосфорна киселина, той принадлежи към рибонуклеозид трифосфати.

За повечето видове работа, извършвани в клетките, се използва енергията на хидролизата на АТФ. В този случай, когато крайният остатък от фосфорна киселина се отцепи, АТФ преминава в ADP (аденозин дифосфорна киселина), когато вторият остатък от фосфорна киселина се отделя, в AMP (аденозин монофосфорна киселина). Добивът на свободна енергия по време на елиминирането както на крайния, така и на втория остатък от фосфорна киселина е 30,6 kJ всеки. Разцепването на третата фосфатна група е придружено от отделяне само на 13,8 kJ. Връзките между терминала и втория, втория и първия остатък от фосфорна киселина се наричат високоенергийни (високоенергийни).

Резервите на АТФ непрекъснато се попълват. В клетките на всички организми синтезът на АТФ протича в процеса на фосфорилиране, т.е. добавяне на фосфорна киселина към ADP. Фосфорилирането протича с различен интензитет по време на дишане (митохондрии), гликолиза (цитоплазма), фотосинтеза (хлоропласти).

АТФ е основната връзка между процесите, придружени от освобождаването и натрупването на енергия, и процесите, протичащи с разхода на енергия. В допълнение, АТФ, заедно с други рибонуклеозидни трифосфати (GTP, CTP, UTP), е субстрат за синтез на РНК.

Отидете на лекции номер 3„Структурата и функцията на протеините. Ензими "

Отидете на лекции No5„Клетъчна теория. Видове клетъчна организация "

Структура и функция на ДНК

Монозахаридът на ДНК нуклеотида е представен от дезоксирибоза.

Втора верига се намира срещу една нуклеотидна нишка. Разположението на нуклеотидите в тези две вериги не е случайно, а строго определено: тиминът винаги се намира срещу аденина на едната верига в другата верига, а цитозинът винаги е разположен срещу гуанин, две водородни връзки възникват между аденин и тимин и три водородни връзки между гуанин и цитозин. Моделът, според който нуклеотидите от различни нишки на ДНК са строго подредени (аденин - тимин, гуанин - цитозин) и селективно се свързват един с друг, се нарича принцип на взаимно допълване... Трябва да се отбележи, че Дж. Уотсън и Ф. Крик са разбрали принципа на взаимно допълване, след като са прочели произведенията на Е. Чаргаф. Е. Чаргаф, след като проучи огромен брой тъканни и органни проби от различни организми, установи, че във всеки ДНК фрагмент съдържанието на гуанинови остатъци винаги точно съответства на съдържанието на цитозин, а аденин - на тимин ( "Правилото на Чаргаф"), но той не може да обясни този факт.

ДНК функция- съхранение и предаване на наследствена информация.

Репликация (редупликация) на ДНК

Следните ензими участват в репликацията:

хеликази ("развийте" ДНК);
дестабилизиращи протеини;
ДНК топоизомерази (ДНК се нарязва);
ДНК полимерази (дезоксирибонуклеозид трифосфати са избрани и комплементарно прикрепени към матричната ДНК верига);
РНК примати (образуват РНК праймери, праймери);
ДНК лигази (зашиващи ДНК фрагменти).

Ремонт ("ремонт")

Структура и функция на РНК

Структура и функция на АТФ

Отидете на лекции номер 3„Структурата и функцията на протеините. Ензими "

Отидете на лекции No5„Клетъчна теория. Видове клетъчна организация "

Продължение. Виж № 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Уроци по биология в класните стаи по природни науки

Разширено планиране, 10 клас

Урок 19. Химическа структура и биологична роля на АТФ

Оборудване:таблици по обща биология, диаграма на структурата на молекулата АТФ, диаграма на връзката между пластичния и енергийния метаболизъм.

I. Проверяване на знания

Провеждане на биологична диктовка "Органични съединения на живата материя"

Учителят чете тезите под номерата, учениците записват в тетрадката номерата на тези тези, които са подходящи за съдържанието на техния вариант.

Вариант 1 - протеини.
Вариант 2 - въглехидрати.
Вариант 3 - липиди.
Вариант 4 - нуклеинови киселини.

1. В чист вид те се състоят само от атоми C, H, O.

2. В допълнение към C, H, O атомите, те съдържат N и обикновено S атоми.

3. В допълнение към C, H, O атомите, съдържат N и P.

4. Да имат относително ниско молекулно тегло.

5. Молекулното тегло може да бъде от хиляди до няколко десетки и стотици хиляди далтони.

6. Най -големите органични съединения с молекулно тегло до няколко десетки и стотици милиони далтони.

7. Притежават различни молекулни тегла - от много ниски до много високи, в зависимост от това дали веществото е мономер или полимер.

8. Състоят се от монозахариди.

9. Състоят се от аминокиселини.

10. Състоят се от нуклеотиди.

11. Естери на висши мастни киселини.

12. Основен структурно звено: „Азотна основа - остатък от пентоза - фосфорна киселина“.

13. Основната структурна единица: "аминокиселини".

14. Основната структурна единица: "монозахарид".

15. Основната структурна единица: "глицерин-мастна киселина".

16. Полимерните молекули са изградени от същите мономери.

17. Полимерните молекули са изградени от подобни, но не напълно идентични мономери.

18. Не полимери.

19. Изпълняват почти изключително енергийни, конструктивни и складови функции, в някои случаи - защитни.

20. Освен енергийни и строителни, те изпълняват каталитични, сигнални, транспортни, двигателни и защитни функции;

21. Осъществявайте съхранение и прехвърляне на наследствени свойства на клетката и организма.

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

II. Изучаване на нов материал

1. Структурата на аденозин трифосфорната киселина

В допълнение към протеините, нуклеиновите киселини, мазнините и въглехидратите, в живата материя се синтезират голям брой други органични съединения. Сред тях важна роля в биоенергията на клетката играят аденозин трифосфорна киселина (АТФ).АТФ се намира във всички клетки на растения и животни. В клетките аденозинтрифосфорната киселина най -често присъства под формата на соли, наречени аденозин трифосфати... Количеството на АТФ се колебае и средно е 0,04% (в клетката има средно около 1 милиард молекули АТФ). Най -голямо количество АТФ се намира в скелетните мускули (0,2-0,5%).

АТФ молекулата се състои от азотна основа - аденин, пентоза - рибоза и три остатъка от фосфорна киселина, т.е. АТФ е специален аденилов нуклеотид. За разлика от другите нуклеотиди, АТФ съдържа не един, а три остатъка от фосфорна киселина. АТФ принадлежи към високоенергийните вещества - вещества, които съдържат голямо количество енергия във връзките си.

Пространствен модел (А) и структурна формула (В) на молекулата АТФ

Остатъкът от фосфорна киселина се отцепва от състава на АТФ под действието на ензимите АТФаза. АТФ има постоянна тенденция да отделя своята терминална фосфатна група:

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

от това води до изчезването на енергийно неблагоприятно електростатично отблъскване между съседните отрицателни заряди. Полученият фосфат се стабилизира чрез образуването на енергийно благоприятни водородни връзки с вода. Разпределението на заряда в системата ADP + Fn става по -стабилно, отколкото в ATP. В резултат на тази реакция се освобождават 30,5 kJ (когато нормалната ковалентна връзка се скъса, се освобождават 12 kJ).

За да се подчертае високата енергийна "цена" на фосфор-кислородната връзка в АТФ, обичайно е да се обозначава със знака ~ и да се нарича макроенергийна връзка. Когато една молекула фосфорна киселина се отцепи, АТФ преминава в ADP (аденозин дифосфорна киселина), а ако се отделят две молекули фосфорна киселина, тогава АТФ преминава в AMP (аденозин монофосфорна киселина). Разцепването на третия фосфат е придружено от отделянето само на 13,8 kJ, така че в молекулата на АТФ има само две високоенергийни връзки.

2. Образуването на АТФ в клетката

Запасът от АТФ в клетката е малък. Например в мускула резервите на АТФ са достатъчни за 20-30 контракции. Но един мускул може да работи с часове и да произвежда хиляди контракции. Следователно, заедно с разграждането на АТФ до АДФ в клетката, непрекъснато трябва да протича обратен синтез. Има няколко пътя за синтеза на АТФ в клетките. Нека ги опознаем.

1. Анаеробно фосфорилиране.Фосфорилирането се отнася до синтеза на АТФ от ADP и нискомолекулен фосфат (Fn). В този случай говорим за аноксични процеси на окисляване на органични вещества (например гликолиза - процес на аноксично окисляване на глюкоза до пировиновата киселина). Приблизително 40% от енергията, отделена по време на тези процеси (около 200 kJ / mol глюкоза), се изразходва за синтеза на АТФ, а останалата част се разсейва под формата на топлина:

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

2. Окислително фосфорилиранеДали процесът на синтез на АТФ се дължи на енергията на окисляване на органични вещества с кислород. Този процес е открит в началото на 30 -те години на миналия век. XX век. V.A. Енгелхард. Кислородните процеси на окисляване на органични вещества протичат в митохондриите. Приблизително 55% от освободената енергия по време на този процес (около 2600 kJ / mol глюкоза) се превръща в енергия химически връзкиАТФ, а 45% се разсейва като топлина.

Окислителното фосфорилиране е много по -ефективно от анаеробните синтези: ако по време на гликолизата по време на разграждането на глюкозна молекула се синтезират само 2 молекули АТФ, тогава по време на окислителното фосфорилиране се образуват 36 молекули АТФ.

3. Фотофосфорилиране- процесът на синтез на АТФ, дължащ се на енергията на слънчевата светлина. Този път на синтез на АТФ е характерен само за клетки, способни на фотосинтеза (зелени растения, цианобактерии). Енергията на кванти слънчева светлина се използва от фотосинтетиката в светлата фаза на фотосинтезата за синтеза на АТФ.

3. Биологичното значение на АТФ

АТФ е в центъра на метаболитните процеси в клетката, като е връзка между реакциите на биологичния синтез и разпадането. Ролята на АТФ в клетката може да се сравни с тази на батерията, тъй като по време на хидролизата на АТФ се отделя енергия, която е необходима за различни жизненоважни процеси ("разряд"), и в процеса на фосфорилиране ("зареждане" ), АТФ отново натрупва енергия.

Поради енергията, отделяна по време на хидролизата на АТФ, протичат почти всички жизненоважни процеси в клетката и тялото: нервни импулси, биосинтез на вещества, мускулни контракции, транспорт на вещества и др.

III. Укрепване на знанията

Решаване на биологични проблеми

Проблем 1. При бързо бягане дишаме често и се появява изпотяване. Обяснете тези явления.

Проблем 2. Защо замръзналите хора започват да тъпчат и да скачат в студа?

Задача 3. В добре познатото произведение на И. Илф и Е. Петров „Дванадесет стола“ сред многото полезни съветиможете да намерите и това: „Дишайте дълбоко, развълнувани сте“. Опитайте се да оправдаете този съвет по отношение на енергийните процеси, протичащи в тялото.

IV. Домашна работа

Започнете подготовката за теста и тестовата работа (диктувайте тестови въпроси - вижте урок 21).

Урок 20. Обобщение на знанията по раздел „Химическа организация на живота“

Оборудване:таблици по обща биология.

I. Обобщение на знанията по раздела

Работата на учениците с въпроси (индивидуално), последвана от проверка и дискусия

1. Дайте примери за органични съединения, които включват въглерод, сяра, фосфор, азот, желязо, манган.

2. Как може да се разграничи живата клетка от мъртвата по йонния си състав?

3. Какви вещества са в клетката в неразтворен вид? В какви органи и тъкани влизат?

4. Дайте примери за макроелементи, включени в активните ензимни центрове.

5. Какви хормони съдържат микроелементи?

6. Каква е ролята на халогените в човешкото тяло?

7. По какво се различават протеините от изкуствените полимери?

8. Каква е разликата между пептиди и протеини?

9. Как се казва протеинът, който е част от хемоглобина? От колко субединици се състои?

10. Какво е рибонуклеаза? Колко аминокиселини има в него? Кога е синтезиран изкуствено?

11. Защо скоростта на химичните реакции без ензими е ниска?

12. Какви вещества се транспортират от протеини през клетъчната мембрана?

13. Каква е разликата между антителата и антигените? Ваксините съдържат ли антитела?

14. Какви вещества разграждат протеините в организма? Колко енергия се отделя в този случай? Къде и как се неутрализира амонякът?

15. Дайте пример за пептидни хормони: как те участват в регулирането на клетъчния метаболизъм?

16. Каква е структурата на захарта, с която пием чай? Какви други три синонима за това вещество знаете?

17. Защо мазнината в млякото не се събира на повърхността, а е под формата на суспензия?

18. Каква е масата на ДНК в ядрото на соматичните и зародишните клетки?

19. Колко АТФ се използва от човек на ден?

20. От какви протеини хората правят дрехи?

Първична структура на панкреатичната рибонуклеаза (124 аминокиселини)

II. Домашна работа.

Продължете подготовката за теста и тестовата работа в раздел „Химическа организация на живота“.

Урок 21. Тестов урок по "Химическа организация на живота"

I. Провеждане на устен офсет по въпроси

1. Елементарен състав на клетката.

2. Характеристики на органогенните елементи.

3. Структурата на молекулата на водата. Водородната връзка и нейното значение в "химията" на живота.

4. Свойства и биологични функции на водата.

5. Хидрофилни и хидрофобни вещества.

6. Катиони и тяхното биологично значение.

7. Аниони и тяхното биологично значение.

8. Полимери. Биологични полимери. Разлики между партидни и не-партидни полимери.

9. Свойства на липидите, техните биологични функции.

10. Групи въглехидрати, разпределени според характеристиките на структурата.

11. Биологични функции на въглехидратите.

12. Елементарен състав на протеините. Аминокиселини. Образуване на пептиди.

13. Първични, вторични, третични и четвъртични структури на протеини.

14. Биологична функцияпротеини.

15. Разлики между ензими и небиологични катализатори.

16. Структурата на ензимите. Коензими.

17. Механизмът на действие на ензимите.

18. Нуклеинови киселини. Нуклеотиди и тяхната структура. Образуване на полинуклеотиди.

19. Правила на Е. Чаргаф. Принципът на взаимно допълване.

20. Образуване на двуверижна ДНК молекула и нейната спирализация.

21. Класове клетъчна РНК и техните функции.

22. Разлики между ДНК и РНК.

23. ДНК репликация. Транскрипция.

24. Структурата и биологична роля ATP.

25. Образуването на АТФ в клетката.

II. Домашна работа

Продължете подготовката за теста в раздел „Химическа организация на живота“.

Урок 22. Контролен урок по раздел „Химическа организация на живота“

I. Провеждане на писмен тест

Опция 1

1. Има три вида аминокиселини - A, B, C. Колко варианта на полипептидни вериги, състоящи се от пет аминокиселини, можете да изградите. Посочете тези опции. Ще имат ли тези полипептиди същите свойства? Защо?

2. Всички живи същества се състоят главно от въглеродни съединения, а аналогът на въглерод - силиций, чието съдържание в земната кора е 300 пъти повече от въглерода, се среща само в много малко организми. Обяснете този факт по отношение на структурата и свойствата на атомите на тези елементи.

3. АТФ молекули, белязани с радиоактивен 32Р в последния, трети остатък от фосфорна киселина, бяха въведени в една клетка, а молекулите АТФ, белязани с 32Р в първия остатък, най -близо до рибозата, бяха въведени в друга клетка. След 5 минути се измерва съдържанието на неорганичен фосфатен йон, маркиран с 32Р и в двете клетки. Къде ще бъде значително по -висока?

4. Изследванията показват, че 34% от общия брой нуклеотиди на тази тРНК се дължи на гуанин, 18% - на урацил, 28% - на цитозин и 20% - на аденин. Определете процента на азотни основи на двуверижна ДНК, чийто отлив е посочената иРНК.

Вариант 2

1. Мазнините представляват "първия резерв" в обмен на енергияи се използват, когато запасът от въглехидрати е изчерпан. Въпреки това, в скелетните мускули в присъствието на глюкоза и мастни киселини, последните се използват в по -голяма степен. Протеините като източник на енергия винаги се използват само в краен случай, когато тялото гладува. Обяснете тези факти.

2. Йони на тежки метали (живак, олово и др.) И арсен лесно се свързват със сулфидни групи протеини. Познавайки свойствата на сулфидите на тези метали, обяснете какво се случва с протеина, когато се комбинира с тези метали. Защо тежките метали са отрови за тялото?

3. При реакцията на окисляване на вещество А във вещество В се отделят 60 kJ енергия. Колко молекули АТФ могат да бъдат максимално синтезирани в тази реакция? Как ще се изразходва останалата енергия?

4. Изследванията показват, че 27% от общия брой нуклеотиди на тази тРНК се дължи на гуанин, 15% - на урацил, 18% - на цитозин и 40% - на аденин. Определете процента на азотни основи на двуверижна ДНК, чийто отлив е посочената иРНК.

Следва продължение