Karte

ATP se odlikuje činjenicom da ima polimernu strukturu. Struktura i funkcije nukleinskih kiselina atf. Pojam nukleotida i njegova svojstva

Podsjetimo šta su monomer i polimer. Koje su supstance proteinski monomeri? Po čemu se proteini kao polimeri razlikuju od škroba?

Nukleinske kiseline zauzimaju posebno mjesto među organska materijaćelije. Prvo su izolovani iz jezgra ćelija, po čemu su i dobili ime (od latinskog. Nucleus - jezgro). Nakon toga, nukleinske kiseline su pronađene u citoplazmi i u nekim drugim ćelijskim organelama. Ali njihov izvorni naziv je sačuvan.

Nukleinske kiseline, kao i proteini, su polimeri, ali njihovi monomeri, nukleotidi, imaju složeniju strukturu. Broj nukleotida u lancu može dostići 30 000. Nukleinske kiseline su najvisokomolekularne organske supstance ćelije.

Rice. 24. Struktura i tipovi nukleotida

Postoje dvije vrste nukleinskih kiselina koje se nalaze u stanicama: deoksiribonukleinska kiselina (DNK) i ribonukleinska kiselina (RNA). Razlikuju se po sastavu nukleotida, strukturi polinukleotidnog lanca, molekulskoj težini i funkcijama koje se obavljaju.

Rice. 25. Polinukleotidni lanac

Sastav i struktura DNK. Sastav nukleotida molekule DNK uključuje fosfornu kiselinu, dezoksiribozu ugljikohidrat (što je razlog za naziv DNK) i dušične baze - adenin (A), timin (T), gvanin (G), citozin (C) (sl. 24, 25).

Ove baze odgovaraju u parovima jedna drugoj po strukturi (A = T, G = C) i lako se mogu kombinovati pomoću vodoničnih veza. Takve uparene baze nazivaju se komplementarne (od latinskog compplementum - dodavanje).

Engleski naučnici James Watson i Francis Crick su 1953. godine otkrili da se molekul DNK sastoji od dva spiralna lanca. Okosnicu lanca čine ostaci fosforne kiseline i dezoksiriboze, a azotne baze su usmjerene unutar spirale (sl. 26, 27). Dva lanca su međusobno povezana vodoničnim vezama između komplementarnih baza.

Rice. 26. Dijagram molekula DNK

U ćelijama, molekuli DNK se nalaze u jezgru. Oni formiraju niti hromatina, a prije diobe stanice spiraliziraju se, spajaju se s proteinima i pretvaraju u hromozome. Osim toga, specifična DNK se nalazi u mitohondrijima i hloroplastima.

DNK u ćeliji je odgovoran za skladištenje i prijenos nasljednih informacija. On kodira informacije o strukturi svih proteina u tijelu. Broj molekula DNK služi kao genetska osobina određene vrste organizma, a nukleotidni niz je specifičan za svakog pojedinca.

Struktura i tipovi RNK. Sastav RNK molekula uključuje fosfornu kiselinu, ugljikohidrat - ribozu (otuda naziv ribonukleinska kiselina), azotne baze: adenin (A), uracil (U), guanin (G), citozin (C). Umjesto timina, ovdje se nalazi uracil, koji je komplementaran adeninu (A = Y). Molekuli RNK, za razliku od DNK, sastoje se od jednog polinukleotidnog lanca (slika 25), koji može imati ravne i spiralne presjeke, formiraju petlje između komplementarnih baza koristeći vodikove veze. Molekularna težina RNK je mnogo manja od one DNK.

U ćelijama, RNK molekuli se nalaze u jezgru, citoplazmi, hloroplastima, mitohondrijima i ribosomima. Postoje tri vrste RNK, koje imaju različite molekularne težine, molekularne oblike i obavljaju različite funkcije.

Messenger RNA (mRNA) prenose informacije o strukturi proteina od DNK do mjesta njegove sinteze na ribosomima. Svaka molekula mRNA sadrži potpune informacije potrebne za sintezu jednog proteinskog molekula. Od svih vrsta RNK, najveća mRNA.

Rice. 27. Dvostruka spirala molekule DNK (3D model)

Transfer RNA (tRNA) su najkraći molekuli. Njihova struktura po obliku podsjeća na list djeteline (Sl. 62). Oni prenose aminokiseline do mjesta sinteze proteina na ribosomima.

Ribosomalna RNK (rRNA) čini više od 80% ukupne mase RNK u ćeliji i, zajedno sa proteinima, dio je ribozoma.

ATP. Pored polinukleotidnih lanaca, ćelija sadrži mononukleotide koji imaju isti sastav i strukturu kao nukleotidi koji čine DNK i RNK. Najvažniji od njih je ATP - adenozin trifosfat.

ATP molekul se sastoji od riboze, adenina i tri ostatka fosforne kiseline, između kojih postoje dvije visokoenergetske veze (slika 28). Energija svakog od njih je 30,6 kJ/mol. Stoga se naziva makroergijskim, za razliku od jednostavne veze, čija je energija oko 13 kJ / mol. Kada se jedan ili dva ostatka fosforne kiseline odcijepe od ATP molekula, formira se ADP (adenozin difosfat) odnosno AMP (adenozin monofosfat) molekul. U ovom slučaju energija se oslobađa dva i po puta više nego prilikom cijepanja drugih organskih tvari.

Rice. 28. Struktura molekule alenozin trifosfata (ATP) i njena uloga u konverziji energije

ATP je ključna supstanca metaboličkih procesa u ćeliji i univerzalni izvor energije. Sinteza ATP molekula odvija se u mitohondrijima, hloroplastima. Energija se skladišti kao rezultat reakcija oksidacije organskih tvari i akumulacije sunčeve energije. Ćelija koristi ovu pohranjenu energiju u svim životnim procesima.

Vježbe naučene lekcije

Šta je monomer nukleinske kiseline? Od kojih se komponenti sastoji?
Po čemu se nukleinske kiseline, kao polimeri, razlikuju od proteina?
Šta je komplementarnost? Imenujte plemenske fondacije. Koje veze se stvaraju između njih?
Kakvu ulogu imaju molekuli RNK u živim tijelima prirode?
Funkcija ATP-a u ćeliji ponekad se uspoređuje s baterijom ili baterijom. Objasnite značenje ovog poređenja.

Sav život na planeti sastoji se od mnogih ćelija koje održavaju urednost svoje organizacije zahvaljujući genetskim informacijama sadržanim u jezgru. Pohranjuju, implementiraju i prenose složena visokomolekularna jedinjenja - nukleinske kiseline, koje se sastoje od monomernih jedinica - nukleotida. Uloga nukleinskih kiselina ne može se precijeniti. Stabilnost njihove strukture određuje normalnu vitalnu aktivnost organizma, a svaka odstupanja u strukturi neminovno dovode do promjene stanične organizacije, aktivnosti fizioloških procesa i vitalnosti stanica u cjelini.

Pojam nukleotida i njegova svojstva

Svaka ili RNK sastavljena je od manjih monomernih jedinjenja - nukleotida. Drugim riječima, nukleotid je građevinski materijal za nukleinske kiseline, koenzime i mnoga druga biološka jedinjenja koja su bitna za ćeliju tokom njenog života.

Glavna svojstva ovih nezamjenjivih supstanci uključuju:

Čuvanje informacija o i naslijeđenim osobinama;
. vršenje kontrole nad rastom i reprodukcijom;
. učešće u metabolizmu i mnogim drugim fiziološkim procesima koji se odvijaju u ćeliji.

Govoreći o nukleotidima, ne može se ne zadržati na tako važnom pitanju kao što je njihova struktura i sastav.

Svaki nukleotid se sastoji od:

ostatak šećera;
. azotna baza;
. fosfatnu grupu ili ostatak fosforne kiseline.

Možemo reći da je nukleotid složeno organsko jedinjenje. U zavisnosti od sastava vrsta dušičnih baza i vrste pentoze u strukturi nukleotida, nukleinske kiseline se dijele na:

Deoksiribonukleinska kiselina, ili DNK;
. ribonukleinska kiselina ili RNK.

Sastav nukleinskih kiselina

U nukleinskim kiselinama, šećer je predstavljen pentozom. Ovo je šećer sa pet ugljenika, u DNK se zove deoksiriboza, u RNK se zove riboza. Svaki molekul pentoze ima pet atoma ugljika, od kojih četiri zajedno s atomom kisika čine petočlani prsten, a peti je uključen u HO-CH2 grupu.

Položaj svakog atoma ugljika u molekulu pentoze označen je arapskim brojem sa prostim brojem (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Budući da svi procesi čitanja iz molekula nukleinske kiseline imaju strogi smjer, numeriranje atoma ugljika i njihov raspored u prstenu služe kao svojevrsni pokazatelji ispravnog smjera.

Na hidroksilnoj grupi, ostatak fosforne kiseline je vezan za treći i peti atom ugljika (3S´ i 5S´). Određuje hemijsku pripadnost DNK i RNK grupi kiselina.

Dušična baza je vezana za prvi atom ugljika (1C´) u molekulu šećera.

Vrsni sastav azotnih baza

DNK nukleotidi prema dušičnoj bazi predstavljeni su u četiri tipa:

Adenin (A);
. gvanin (G);
. citozin (C);
. timin (T).

Prva dva pripadaju klasi purina, posljednja dva su pirimidini. Što se tiče molekularne težine, purini su uvijek teži od pirimidina.

RNA nukleotidi po dušičnoj bazi su predstavljeni:

Adenin (A);
. gvanin (G);
. citozin (C);
. uracil (U).

Uracil, kao i timin, je pirimidinska baza.

U naučnoj literaturi se često može naći još jedna oznaka azotnih baza - latiničnim slovima (A, T, C, G, U).

Zaustavimo se detaljnije na hemijskoj strukturi purina i pirimidina.

Pirimidini, odnosno citozin, timin i uracil, u svom sastavu su predstavljeni sa dva atoma dušika i četiri atoma ugljika, tvoreći šesteročlani prsten. Svaki atom ima svoj broj od 1 do 6.

Purini (adenin i gvanin) se sastoje od pirimidina i imidazola ili dva heterocikla. Molekul baze purina predstavljen je sa četiri atoma dušika i pet atoma ugljika. Svaki atom je numerisan od 1 do 9.

Kao rezultat kombinacije dušične baze i pentoznog ostatka, nastaje nukleozid. Nukleotid je spoj nukleozida i fosfatne grupe.

Formiranje fosfodiestarskih veza

Važno je razumjeti pitanje kako su nukleotidi povezani u polipeptidni lanac i formiraju molekul nukleinske kiseline. To se događa zbog takozvanih fosfodiestarskih veza.

Interakcija dva nukleotida daje dinukleotid. Do stvaranja novog spoja dolazi kondenzacijom, kada se fosfodiesterska veza javlja između fosfatnog ostatka jednog monomera i hidroksi grupe pentoze drugog.

Sinteza polinukleotida je ponovljeno ponavljanje ove reakcije (nekoliko miliona puta). Polinukleotidni lanac se gradi formiranjem fosfodiestarskih veza između trećeg i petog ugljika šećera (3C' i 5C').

Sklapanje polinukleotida je složen proces koji se odvija uz učešće enzima DNK polimeraze, koji osigurava rast lanca sa samo jednog kraja (3´) sa slobodnom hidroksilnom grupom.

Struktura molekula DNK

Molekul DNK, kao i protein, može imati primarnu, sekundarnu ili tercijarnu strukturu.

Redoslijed nukleotida u lancu DNK određuje njegovo primarno formiranje zbog vodoničnih veza, koje se zasnivaju na principu komplementarnosti. Drugim riječima, tokom sinteze dvojnika djeluje određeni obrazac: adenin jednog lanca odgovara timinu drugog, gvanin citozinu, i obrnuto. Parovi adenina i timina ili gvanina i citozina nastaju zbog dvije u prvom i tri u posljednjem slučaju vodikovih veza. Takva veza nukleotida osigurava snažnu vezu između lanaca i jednaku udaljenost između njih.

Poznavajući nukleotidnu sekvencu jednog lanca DNK, drugi se može kompletirati po principu komplementarnosti ili adicije.

Tercijarna struktura DNK formirana je složenim trodimenzionalnim vezama, što čini njenu molekulu kompaktnijom i sposobnom da stane u mali volumen ćelije. Tako je, na primjer, dužina DNK E. coli veća od 1 mm, dok je dužina ćelije manja od 5 mikrona.

Broj nukleotida u DNK, odnosno njihov kvantitativni odnos, poštuje Chergaffovo pravilo (broj purinskih baza je uvijek jednak broju pirimidinskih baza). Udaljenost između nukleotida je konstantna vrijednost jednaka 0,34 nm, kao i njihova molekularna težina.

Struktura molekula RNK

RNK je predstavljena jednim polinukleotidnim lancem formiranim između pentoze (u ovom slučaju riboze) i fosfatnog ostatka. Po dužini je mnogo kraći od DNK. By sastav vrsta azotne baze u nukleotidu takođe imaju razlike. U RNK se umjesto pirimidinske baze timina koristi uracil. U zavisnosti od funkcija koje se obavljaju u tijelu, RNK može biti tri vrste.

Ribosomalna (rRNA) - obično sadrži od 3000 do 5000 nukleotida. Kao neophodna strukturna komponenta, učestvuje u formiranju aktivnog centra ribozoma, mesta jednog od najvažnijih procesa u ćeliji – biosinteze proteina.
. Transport (tRNA) - sastoji se od prosječno 75 - 95 nukleotida, vrši prijenos željene aminokiseline do mjesta sinteze polipeptida u ribosomu. Svaki tip tRNA (najmanje 40) ima svoju jedinstvenu sekvencu monomera ili nukleotida.
. Informativni (mRNA) - sastav nukleotida je vrlo raznolik. Prenosi genetske informacije od DNK do ribozoma, djeluje kao matrica za sintezu proteinske molekule.

Uloga nukleotida u tijelu

Nukleotidi u ćeliji obavljaju niz važnih funkcija:

Koriste se kao strukturni blokovi za nukleinske kiseline (nukleotidi purinskog i pirimidinskog niza);
. učestvuju u mnogim metaboličkim procesima u ćeliji;
. dio su ATP-a - glavnog izvora energije u stanicama;
. djeluju kao nosioci redukcijskih ekvivalenata u ćelijama (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. obavljaju funkciju bioregulatora;
. mogu se smatrati drugim glasnicima ekstracelularne regularne sinteze (na primjer, cAMP ili cGMP).

Nukleotid je monomerna jedinica koja tvori složenije spojeve - nukleinske kiseline, bez kojih je prijenos genetskih informacija, njihovo pohranjivanje i reprodukcija nemoguć. Slobodni nukleotidi su glavne komponente uključene u signalne i energetske procese koji podržavaju normalno funkcioniranje stanica i tijela u cjelini.

To nukleinske kiseline uključuju visokopolimerna jedinjenja koja se tokom hidrolize raspadaju na purinske i pirimidinske baze, pentozu i fosfornu kiselinu. Nukleinske kiseline sadrže ugljik, vodonik, fosfor, kisik i dušik. Postoje dvije klase nukleinskih kiselina: ribonukleinske kiseline (RNA) i dezoksiribonukleinske kiseline (DNK).

Struktura i funkcije DNK

DNK- polimer čiji su monomeri deoksiribonukleotidi. Model prostorne strukture molekule DNK u obliku dvostruke spirale predložili su 1953. J. Watson i F. Crick (za izgradnju ovog modela koristili su rad M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

DNK molekul formirana od dva polinukleotidna lanca, spiralno uvijena jedan oko drugog i zajedno oko zamišljene ose, tj. je dvostruka spirala (izuzetak - neki virusi koji sadrže DNK imaju jednolančanu DNK). Promjer dvostruke spirale DNK je 2 nm, udaljenost između susjednih nukleotida je 0,34 nm, a po okretu spirale ima 10 pari nukleotida. Dužina molekula može doseći nekoliko centimetara. Molekularna težina - desetine i stotine miliona. Ukupna dužina DNK u jezgru ljudske ćelije je oko 2 m. U eukariotskim ćelijama DNK formira komplekse sa proteinima i ima specifičnu prostornu konformaciju.

DNK monomer - nukleotid (deoksiribonukleotid)- sastoji se od ostataka tri supstance: 1) azotne baze, 2) monosaharida sa pet ugljenika (pentoze) i 3) fosforne kiseline. Dušične baze nukleinskih kiselina pripadaju klasama pirimidina i purina. Pirimidinske baze DNK(imaju jedan prsten u svojoj molekuli) - timin, citozin. Purinske baze(imaju dva prstena) - adenin i gvanin.

Monosaharid nukleotida DNK je predstavljen dezoksiribozom.

Ime nukleotida izvedeno je iz imena odgovarajuće baze. Nukleotidi i azotne baze su označeni velikim slovima.

Polinukleotidni lanac nastaje kao rezultat reakcija kondenzacije nukleotida. U ovom slučaju, između 3"-ugljika ostatka deoksiriboze jednog nukleotida i ostatka fosforne kiseline drugog, fosfoeterska veza(spada u kategoriju jakih kovalentnih veza). Jedan kraj polinukleotidnog lanca završava sa 5 "ugljika (to se zove 5" kraj), drugi završava sa 3 "ugljika (3" kraja).

Protiv jednog lanca nukleotida nalazi se drugi lanac. Raspored nukleotida u ova dva lanca nije slučajan, već je strogo definisan: timin se uvek nalazi nasuprot adenina jednog lanca u drugom lancu, a citozin se uvek nalazi nasuprot gvanina, između adenina i timina nastaju dve vodikove veze, tri vodonik veze između gvanina i citozina. Obrazac prema kojem su nukleotidi različitih lanaca DNK strogo uređeni (adenin - timin, gvanin - citozin) i selektivno se kombinuju jedni s drugima naziva se princip komplementarnosti. Treba napomenuti da su J. Watson i F. Crick shvatili princip komplementarnosti nakon čitanja djela E. Chargaffa. E. Chargaff, nakon što je studirao velika količina uzorci tkiva i organa raznih organizama, otkrili su da u bilo kojem fragmentu DNK sadržaj ostataka gvanina uvijek tačno odgovara sadržaju citozina, a adenina timinu ( "Chargaffovo pravilo"), ali tu činjenicu nije mogao objasniti.

Iz principa komplementarnosti slijedi da nukleotidni niz jednog lanca određuje nukleotidni niz drugog.

DNK lanci su antiparalelni (suprotni), tj. nukleotidi različitih lanaca nalaze se u suprotnim smjerovima, pa je, prema tome, nasuprot 3 "kraja jednog lanca 5" kraj drugog. Molekul DNK se ponekad upoređuje sa spiralnim stepenicama. "Ograda" ove ljestvice je šećerno-fosfatna kičma (naizmjenični ostaci dezoksiriboze i fosforne kiseline); "stepenice" su komplementarne azotne baze.

Funkcija DNK- čuvanje i prenošenje nasljednih informacija.

Replikacija (reduplikacija) DNK

- proces samo-udvostručavanja, glavno svojstvo molekula DNK. Replikacija pripada kategoriji reakcija sinteze matriksa i uključuje enzime. Pod djelovanjem enzima, molekula DNK se odmotava, a oko svakog lanca koji djeluje kao šablon, dovršava se novi lanac prema principima komplementarnosti i antiparalelnosti. Dakle, u svakoj ćerki DNK, jedan lanac je roditeljski lanac, a drugi lanac je novosintetizovan. Ova vrsta sinteze se zove polukonzervativan.

"Građevinski materijal" i izvor energije za replikaciju su deoksiribonukleozid trifosfati(ATP, TTP, GTP, CTP) koji sadrži tri ostatka fosforne kiseline. Kada su deoksiribonukleozid trifosfati uključeni u polinukleotidni lanac, dva terminalna ostatka fosforne kiseline se odcjepljuju, a oslobođena energija se koristi za formiranje fosfodiestarske veze između nukleotida.

U replikaciji su uključeni sljedeći enzimi:

helikaze ("odmotavanje" DNK);
destabilizirajući proteini;
DNK topoizomeraze (isječena DNK);
DNK polimeraze (odaberite deoksiribonukleozid trifosfate i komplementarno ih povežite na lanac DNK šablona);
RNA primaze (formiraju RNA prajmeri, prajmeri);
DNK ligaze (zašiju fragmente DNK zajedno).

Uz pomoć helikaza, DNK se odmotava u određenim regijama, jednolančani DNK regioni su vezani destabilizirajućim proteinima i viljuška za replikaciju. Uz neslaganje od 10 pari nukleotida (jedan okret spirale), molekula DNK mora završiti potpunu revoluciju oko svoje ose. Da bi sprečila ovu rotaciju, DNK topoizomeraza preseca jedan lanac DNK, dozvoljavajući mu da se rotira oko drugog lanca.

DNK polimeraza može vezati nukleotid samo za 3" ugljik deoksiriboze prethodnog nukleotida, tako da se ovaj enzim može kretati duž DNK šablona samo u jednom smjeru: od 3" kraja do 5" kraja ovog šablonskog DNK. lanci u majčinoj DNK su antiparalelni , tada se na njenim različitim lancima sklapanje ćerki polinukleotidnih lanaca odvija na različite načine iu suprotnim smjerovima. Na 3 "-5" lancu, sinteza ćerki polinukleotidnog lanca teče bez prekida; ova kćerka lanac će biti pozvan vodeći. Na lancu 5 "-3" - povremeno, u fragmentima ( fragmenti Okazakija), koji se, nakon završetka replikacije DNK ligazama, spajaju u jedan lanac; ovaj podređeni lanac će biti pozvan zaostajanje (zaostaje).

Karakteristika DNK polimeraze je da može započeti svoj rad samo sa "sjemenke" (prajmer). Ulogu "semena" obavljaju kratke RNA sekvence formirane uz učešće enzima RNA primaze i uparene sa šablonskom DNK. RNA prajmeri se uklanjaju nakon završetka sklapanja polinukleotidnih lanaca.

Replikacija se odvija slično kod prokariota i eukariota. Stopa sinteze DNK kod prokariota je red veličine veća (1000 nukleotida u sekundi) nego kod eukariota (100 nukleotida u sekundi). Replikacija počinje istovremeno u nekoliko regiona molekule DNK. Komad DNK od jednog izvora replikacije do drugog formira jedinicu replikacije - replicon.

Replikacija se događa prije diobe ćelije. Zahvaljujući ovoj sposobnosti DNK, vrši se prijenos nasljednih informacija sa ćelije majke na ćelije kćeri.

Popravka ("popravka")

reparacije je proces popravljanja oštećenja nukleotidne sekvence DNK. Obavljaju ga posebni enzimski sistemi ćelije ( popravljaju enzime). U procesu popravke strukture DNK mogu se razlikovati sljedeće faze: 1) nukleaze koje popravljaju DNK prepoznaju i uklanjaju oštećeno područje, što rezultira prazninom u lancu DNK; 2) DNK polimeraza popunjava ovu prazninu kopiranjem informacija iz drugog (“dobrog”) lanca; 3) DNK ligaza "poprečno povezuje" nukleotide, dovršavajući popravku.

Najviše su proučavana tri mehanizma popravke: 1) fotoreparacija, 2) akcizna ili predreplikacijska popravka, 3) postreplikacijska popravka.

U ćeliji se konstantno dešavaju promjene u strukturi DNK pod uticajem reaktivnih metabolita, ultraljubičastog zračenja, teških metala i njihovih soli itd. Zbog toga defekti sistema popravke povećavaju brzinu mutacijskih procesa i uzrokuju nasljedne bolesti (xeroderma pigmentosa, progerija). , itd.).

Struktura i funkcije RNK

je polimer čiji su monomeri ribonukleotidi. Za razliku od DNK, RNK se ne formira od dva, već od jednog polinukleotidnog lanca (izuzetak - neki virusi koji sadrže RNK imaju dvolančanu RNK). RNA nukleotidi su sposobni da formiraju vodonične veze jedni s drugima. RNK lanci su mnogo kraći od lanaca DNK.

RNA monomer - nukleotid (ribonukleotid)- sastoji se od ostataka tri supstance: 1) azotne baze, 2) monosaharida sa pet ugljenika (pentoze) i 3) fosforne kiseline. Azotne baze RNK takođe pripadaju klasama pirimidina i purina.

Pirimidinske baze RNK su uracil, citozin, a purinske baze su adenin i gvanin. RNK nukleotidni monosaharid je predstavljen ribozom.

Dodijeli tri vrste RNK: 1) informativni(matrica) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomalni RNA - rRNA.

Sve vrste RNK su nerazgranati polinukleotidi, imaju specifičnu prostornu konformaciju i učestvuju u procesima sinteze proteina. Informacije o strukturi svih vrsta RNK pohranjene su u DNK. Proces sinteze RNK na DNK šablonu naziva se transkripcija.

Transfer RNA obično sadrže 76 (od 75 do 95) nukleotida; molekulska težina - 25 000-30 000. Udio tRNA čini oko 10% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. tRNA funkcije: 1) transport aminokiselina do mesta sinteze proteina, do ribozoma, 2) translacioni medijator. U ćeliji se nalazi oko 40 tipova tRNA, a svaka od njih ima nukleotidnu sekvencu karakterističnu samo za nju. Međutim, sve tRNA imaju nekoliko intramolekularnih komplementarnih regiona, zbog čega tRNA dobijaju konformaciju koja po obliku podsjeća na list djeteline. Svaka tRNA ima petlju za kontakt sa ribozomom (1), petlju antikodona (2), petlju za kontakt sa enzimom (3), akceptorsku stabljiku (4) i antikodon (5). Aminokiselina je vezana za 3' kraj akceptorske stabljike. Anticodon- tri nukleotida koji "prepoznaju" kodon mRNA. Treba naglasiti da određena tRNA može transportirati striktno definiranu aminokiselinu koja odgovara njenom antikodonu. Specifičnost veze aminokiselina i tRNA postiže se zahvaljujući svojstvima enzima aminoacil-tRNA sintetaze.

Ribosomalna RNA sadrže 3000-5000 nukleotida; molekulska težina - 1 000 000-1 500 000. rRNA čini 80-85% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. U kombinaciji s ribosomskim proteinima, rRNA formira ribozome - organele koje provode sintezu proteina. U eukariotskim ćelijama, sinteza rRNA se odvija u nukleolu. rRNA funkcije: 1) neophodna strukturna komponenta ribozoma i time osigurava funkcionisanje ribozoma; 2) obezbeđivanje interakcije ribozoma i tRNK; 3) početno vezivanje ribozoma i kodona inicijatora mRNA i određivanje okvira čitanja, 4) formiranje aktivnog centra ribozoma.

Information RNA varirao u sadržaju nukleotida i molekularnoj težini (od 50.000 do 4.000.000). Udio mRNA čini do 5% ukupnog sadržaja RNK u ćeliji. Funkcije mRNA: 1) prenos genetske informacije sa DNK na ribozome, 2) matriks za sintezu proteinskog molekula, 3) određivanje aminokiselinske sekvence primarne strukture proteinskog molekula.

Struktura i funkcije ATP-a

Adenozin trifosforna kiselina (ATP) je univerzalni izvor i glavni akumulator energije u živim ćelijama. ATP se nalazi u svim biljnim i životinjskim ćelijama. Količina ATP-a u prosjeku iznosi 0,04% (od sirove mase ćelije), najveća količina ATP-a (0,2-0,5%) nalazi se u skeletnim mišićima.

ATP se sastoji od ostataka: 1) azotne baze (adenin), 2) monosaharida (riboza), 3) tri fosforne kiseline. Budući da ATP ne sadrži jedan, već tri ostatka fosforne kiseline, on pripada ribonukleozid trifosfatima.

Za većinu vrsta rada koji se odvijaju u ćelijama koristi se energija hidrolize ATP-a. U isto vrijeme, kada se terminalni ostatak fosforne kiseline odcijepi, ATP se pretvara u ADP (adenozin difosforna kiselina), kada se drugi ostatak fosforne kiseline odcijepi, on postaje AMP (adenozin monofosforna kiselina). Prinos slobodne energije prilikom eliminacije terminalnih i drugih ostataka fosforne kiseline je po 30,6 kJ. Cepanje treće fosfatne grupe je praćeno oslobađanjem samo 13,8 kJ. Veze između terminala i drugog, drugog i prvog ostataka fosforne kiseline nazivaju se makroergijske (visokoenergetske).

Rezerve ATP-a se stalno popunjavaju. U ćelijama svih organizama do sinteze ATP-a dolazi u procesu fosforilacije, tj. dodavanje fosforne kiseline u ADP. Fosforilacija se javlja različitim intenzitetom tokom disanja (mitohondrije), glikolize (citoplazma), fotosinteze (hloroplasti).

ATP je glavna veza između procesa praćenih oslobađanjem i akumulacijom energije i procesa koji se odvijaju uz troškove energije. Osim toga, ATP, zajedno sa drugim ribonukleozid trifosfatima (GTP, CTP, UTP), je supstrat za sintezu RNK.

Idi predavanja №3„Struktura i funkcija proteina. Enzimi»

Idi predavanja broj 5„Teorija ćelija. Vrste ćelijske organizacije»

Struktura i funkcije DNK

Monosaharid nukleotida DNK je predstavljen dezoksiribozom.

Ime nukleotida izvedeno je iz imena odgovarajuće baze. Nukleotidi i azotne baze su označeni velikim slovima.

Protiv jednog lanca nukleotida nalazi se drugi lanac. Raspored nukleotida u ova dva lanca nije slučajan, već je strogo definisan: timin se uvek nalazi nasuprot adenina jednog lanca u drugom lancu, a citozin se uvek nalazi nasuprot gvanina, između adenina i timina nastaju dve vodikove veze, tri vodonik veze između gvanina i citozina. Obrazac prema kojem su nukleotidi različitih lanaca DNK strogo uređeni (adenin - timin, gvanin - citozin) i selektivno se kombinuju jedni s drugima naziva se princip komplementarnosti. Treba napomenuti da su J. Watson i F. Crick shvatili princip komplementarnosti nakon čitanja djela E. Chargaffa. E. Chargaff, proučavajući ogroman broj uzoraka tkiva i organa različitih organizama, otkrio je da u bilo kojem fragmentu DNK sadržaj ostataka gvanina uvijek tačno odgovara sadržaju citozina, a adenina timinu ( "Chargaffovo pravilo"), ali tu činjenicu nije mogao objasniti.

Iz principa komplementarnosti slijedi da nukleotidni niz jednog lanca određuje nukleotidni niz drugog.

Funkcija DNK- čuvanje i prenošenje nasljednih informacija.

Replikacija (reduplikacija) DNK

U replikaciji su uključeni sljedeći enzimi:

helikaze ("odmotavanje" DNK);
destabilizirajući proteini;
DNK topoizomeraze (isječena DNK);
DNK polimeraze (odaberite deoksiribonukleozid trifosfate i komplementarno ih povežite na lanac DNK šablona);
RNA primaze (formiraju RNA prajmeri, prajmeri);
DNK ligaze (zašiju fragmente DNK zajedno).

Replikacija se događa prije diobe ćelije. Zahvaljujući ovoj sposobnosti DNK, vrši se prijenos nasljednih informacija sa ćelije majke na ćelije kćeri.

Popravka ("popravka")

Najviše su proučavana tri mehanizma popravke: 1) fotoreparacija, 2) akcizna ili predreplikacijska popravka, 3) postreplikacijska popravka.

Struktura i funkcije RNK

Pirimidinske baze RNK su uracil, citozin, a purinske baze su adenin i gvanin. RNK nukleotidni monosaharid je predstavljen ribozom.

Dodijeli tri vrste RNK: 1) informativni(matrica) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomalni RNA - rRNA.

Struktura i funkcije ATP-a

Idi predavanja №3„Struktura i funkcija proteina. Enzimi»

Idi predavanja broj 5„Teorija ćelija. Vrste ćelijske organizacije»

Nastavak. Vidi br. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005.

Časovi biologije na časovima prirodnih nauka

Napredno planiranje, 10. razred

Lekcija 19

Oprema: tabele iz opšte biologije, dijagram strukture molekula ATP, dijagram odnosa plastike i razmene energije.

I. Test znanja

Izvođenje biološkog diktata "Organska jedinjenja žive materije"

Nastavnik čita teze pod brojevima, učenici zapisuju u svesku brojeve onih teza koji po sadržaju odgovaraju njihovoj verziji.

Opcija 1 - proteini.
Opcija 2 - ugljikohidrati.
Opcija 3 - lipidi.
Opcija 4 - nukleinske kiseline.

1. U svom čistom obliku, oni se sastoje samo od C, H, O atoma.

2. Pored C, H, O atoma, sadrže N i obično S atome.

3. Pored C, H, O atoma, sadrže N i P atome.

4. Imaju relativno malu molekulsku masu.

5. Molekularna težina može biti od hiljada do nekoliko desetina i stotina hiljada daltona.

6. Najveća organska jedinjenja sa molekulskom težinom do nekoliko desetina i stotina miliona daltona.

7. Imaju različite molekularne težine – od vrlo male do veoma velike, u zavisnosti od toga da li je supstanca monomer ili polimer.

8. Sastoje se od monosaharida.

9. Sastoje se od aminokiselina.

10. Sastoje se od nukleotida.

11. Oni su estri viših masnih kiselina.

12. Glavni strukturna jedinica: "azotna baza - pentoza - ostatak fosforne kiseline".

13. Osnovna strukturna jedinica: "aminokiseline".

14. Osnovna strukturna jedinica: "monosaharid".

15. Osnovna strukturna jedinica: "glicerol-masna kiselina".

16. Molekuli polimera su građeni od istih monomera.

17. Molekuli polimera su građeni od sličnih, ali ne baš identičnih monomera.

18. Nisu polimeri.

19. Obavljaju gotovo isključivo energetske, građevinske i skladišne funkcije, u nekim slučajevima - zaštitne.

20. Osim energetske i građevinske, obavljaju katalitičke, signalne, transportne, motorne i zaštitne funkcije;

21. Oni čuvaju i prenose nasledna svojstva ćelije i tela.

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

II. Učenje novog gradiva

1. Struktura adenozin trifosforne kiseline

Osim proteina, nukleinskih kiselina, masti i ugljikohidrata, u živoj tvari se sintetiše i veliki broj drugih organskih spojeva. Među njima važnu ulogu u bioenergetici ćelije imaju adenozin trifosfat (ATP). ATP se nalazi u svim biljnim i životinjskim ćelijama. U ćelijama je adenozin trifosforna kiselina najčešće prisutna u obliku soli tzv adenozin trifosfati. Količina ATP-a varira i iznosi u prosjeku 0,04% (u jednoj ćeliji u prosjeku ima oko 1 milijardu ATP molekula). Najveća količina ATP-a nalazi se u skeletnim mišićima (0,2-0,5%).

ATP molekul se sastoji od azotne baze - adenina, pentoze - riboze i tri ostatka fosforne kiseline, tj. ATP je poseban adenil nukleotid. Za razliku od drugih nukleotida, ATP sadrži ne jedan, već tri ostatka fosforne kiseline. ATP se odnosi na makroergijske supstance - supstance koje sadrže veliku količinu energije u svojim vezama.

Prostorni model (A) i strukturna formula (B) molekula ATP

Iz sastava ATP-a, pod dejstvom enzima ATPaze, odvaja se ostatak fosforne kiseline. ATP ima jaku tendenciju da odvoji svoju terminalnu fosfatnu grupu:

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

jer to dovodi do nestanka energetski nepovoljnog elektrostatičkog odbijanja između susjednih negativnih naboja. Nastali fosfat se stabilizuje stvaranjem energetski povoljnih vodikovih veza sa vodom. Raspodjela naboja u sistemu ADP + Fn postaje stabilnija nego u ATP. Kao rezultat ove reakcije oslobađa se 30,5 kJ (kada se prekine konvencionalna kovalentna veza, oslobađa se 12 kJ).

Kako bi se naglasila visoka energetska "cijena" veze fosfor-kiseonik u ATP-u, uobičajeno je da se ona označi znakom ~ i nazove makroenergetskom vezom. Kada se jedan molekul fosforne kiseline odcijepi, ATP se pretvara u ADP (adenozin difosforna kiselina), a ako se odcijepe dva molekula fosforne kiseline, tada se ATP pretvara u AMP (adenozin monofosforna kiselina). Cepanje trećeg fosfata je praćeno oslobađanjem samo 13,8 kJ, tako da u molekulu ATP postoje samo dve makroergijske veze.

2. Formiranje ATP-a u ćeliji

Zalihe ATP-a u ćeliji su male. Na primjer, u mišićima, rezerve ATP-a su dovoljne za 20-30 kontrakcija. Ali mišić može raditi satima i proizvesti hiljade kontrakcija. Stoga, zajedno sa razgradnjom ATP-a u ADP, u ćeliji se mora kontinuirano odvijati obrnuta sinteza. Postoji nekoliko puteva za sintezu ATP-a u ćelijama. Hajde da ih upoznamo.

1. anaerobna fosforilacija. Fosforilacija je proces sinteze ATP-a iz ADP-a i niskomolekularnog fosfata (Pn). U ovom slučaju govorimo o procesima oksidacije organskih tvari bez kisika (na primjer, glikoliza je proces oksidacije glukoze bez kisika u pirogrožđanu kiselinu). Otprilike 40% energije koja se oslobađa tokom ovih procesa (oko 200 kJ/mol glukoze) troši se na sintezu ATP-a, a ostatak se raspršuje u obliku topline:

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

2. Oksidativna fosforilacija- to je proces sinteze ATP-a zbog energije oksidacije organskih tvari kisikom. Ovaj proces je otkriven početkom 1930-ih. 20ti vijek V.A. Engelhardt. U mitohondrijima se odvijaju kisikovi procesi oksidacije organskih tvari. Otprilike 55% energije oslobođene pri tome (oko 2600 kJ/mol glukoze) se pretvara u energiju hemijske veze ATP, a 45% se rasipa kao toplota.

Oksidativna fosforilacija je mnogo efikasnija od anaerobne sinteze: ako se samo 2 ATP molekula sintetiziraju tokom glikolize tokom razgradnje molekula glukoze, tada se 36 ATP molekula formira tokom oksidativne fosforilacije.

3. Fotofosforilacija- proces sinteze ATP-a zbog energije sunčeve svjetlosti. Ovaj put sinteze ATP-a karakterističan je samo za ćelije sposobne za fotosintezu (zelene biljke, cijanobakterije). Energiju kvanta sunčeve svjetlosti fotosintetika koristi u svjetlosnoj fazi fotosinteze za sintezu ATP-a.

3. Biološki značaj ATP-a

ATP je u središtu metaboličkih procesa u ćeliji, kao veza između reakcija biološke sinteze i propadanja. Uloga ATP-a u ćeliji može se uporediti sa ulogom baterije, jer se prilikom hidrolize ATP-a oslobađa energija neophodna za različite životne procese („pražnjenje“), a u procesu fosforilacije („punjenja“) , ATP ponovo akumulira energiju u sebi.

Zbog energije koja se oslobađa prilikom hidrolize ATP-a odvijaju se gotovo svi vitalni procesi u ćeliji i tijelu: nervnih impulsa, biosinteza supstanci, kontrakcije mišića, transport supstanci itd.

III. Konsolidacija znanja

Rješavanje bioloških problema

Zadatak 1. Pri brzom trčanju često dišemo, pojačano je znojenje. Objasnite ove pojave.

Zadatak 2. Zašto smrznuti ljudi počinju da gaze i skaču po hladnoći?

Problem 3. U poznatom djelu I. Ilfa i E. Petrova "Dvanaest stolica" među mnogim korisni savjeti možete pronaći i ovo: "Dišite duboko, uzbuđeni ste." Pokušajte opravdati ovaj savjet sa stanovišta energetskih procesa koji se odvijaju u tijelu.

IV. Zadaća

Počnite da se pripremate za test i test (diktirajte testna pitanja - pogledajte lekciju 21).

Lekcija 20

Oprema: tabele iz opšte biologije.

I. Generalizacija znanja iz odjeljka

Rad učenika sa pitanjima (pojedinačno) uz naknadnu provjeru i diskusiju

1. Navedite primjere organskih jedinjenja koja uključuju ugljik, sumpor, fosfor, dušik, željezo, mangan.

2. Kako se razlikuje po jonskom sastavu živa ćelija od mrtvih?

3. Koje supstance se nalaze u ćeliji u neotopljenom obliku? Koje organe i tkiva obuhvataju?

4. Navedite primjere makronutrijenata uključenih u aktivne centre enzima.

5. Koji hormoni sadrže elemente u tragovima?

6. Koja je uloga halogena u ljudskom tijelu?

7. Po čemu se proteini razlikuju od umjetnih polimera?

8. Koja je razlika između peptida i proteina?

9. Kako se zove protein koji je dio hemoglobina? Od koliko se podjedinica sastoji?

10. Šta je ribonukleaza? Koliko aminokiselina ima u njemu? Kada je umjetno sintetiziran?

11. Zašto je brzina hemijskih reakcija bez enzima niska?

12. Koje supstance se prenose proteinima kroz ćelijsku membranu?

13. Kako se antitela razlikuju od antigena? Da li vakcine sadrže antitela?

14. Koje tvari razgrađuju proteine u tijelu? Koliko energije se oslobađa u ovom slučaju? Gdje i kako se neutralizira amonijak?

15. Navedite primjer peptidnih hormona: kako oni učestvuju u regulaciji ćelijskog metabolizma?

16. Kakva je struktura šećera sa kojim pijemo čaj? Koja još tri sinonima za ovu supstancu znate?

17. Zašto se mast u mlijeku ne skuplja na površini, već je u suspenziji?

18. Kolika je masa DNK u jezgru somatskih i zametnih ćelija?

19. Koliko ATP-a potroši osoba dnevno?

20. Od kojih proteina ljudi prave odjeću?

Primarna struktura ribonukleaze pankreasa (124 aminokiseline)

II. Zadaća.

Nastavite sa pripremama za test i test u rubrici "Hemijska organizacija života".

Lekcija 21

I. Izvođenje usmenog testa na pitanja

1. Elementarni sastav ćelije.

2. Karakteristike organogenih elemenata.

3. Struktura molekula vode. Vodikova veza i njen značaj u "hemiji" života.

4. Svojstva i biološke funkcije vode.

5. Hidrofilne i hidrofobne supstance.

6. Kationi i njihov biološki značaj.

7. Anjoni i njihov biološki značaj.

8. Polimeri. biološki polimeri. Razlike između periodičnih i neperiodičnih polimera.

9. Osobine lipida, njihove biološke funkcije.

10. Grupe ugljikohidrata koje se razlikuju po strukturnim karakteristikama.

11. Biološke funkcije ugljikohidrata.

12. Elementarni sastav proteina. Amino kiseline. Formiranje peptida.

13. Primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture proteina.

14. Biološka funkcija proteini.

15. Razlike između enzima i nebioloških katalizatora.

16. Struktura enzima. Koenzimi.

17. Mehanizam djelovanja enzima.

18. Nukleinske kiseline. Nukleotidi i njihova struktura. Formiranje polinukleotida.

19. Pravila E.Chargaffa. Princip komplementarnosti.

20. Formiranje dvolančane DNK molekule i njena spiralizacija.

21. Klase stanične RNK i njihove funkcije.

22. Razlike između DNK i RNK.

23. Replikacija DNK. Transkripcija.

24. Struktura i biološka uloga ATP.

25. Stvaranje ATP-a u ćeliji.

II. Zadaća

Nastavite sa pripremama za test u rubrici "Hemijska organizacija života".

Lekcija 22

I. Sprovođenje pismenog testa

Opcija 1

1. Postoje tri vrste aminokiselina - A, B, C. Koliko se varijanti polipeptidnih lanaca koji se sastoje od pet aminokiselina može izgraditi. Navedite ove opcije. Hoće li ovi polipeptidi imati ista svojstva? Zašto?

2. Sva živa bića se uglavnom sastoje od jedinjenja ugljika, a analog ugljika je silicijum, čiji sadržaj u zemljine kore 300 puta više od ugljika, nalazi se u samo nekoliko organizama. Objasnite ovu činjenicu u smislu strukture i svojstava atoma ovih elemenata.

3. ATP molekuli označeni radioaktivnim 32P na posljednjem, trećem ostatku fosforne kiseline uvedeni su u jednu ćeliju, a molekuli ATP označeni sa 32P na prvom ostatku najbližem ribozi uvedeni su u drugu ćeliju. Nakon 5 minuta u obje ćelije mjeren je sadržaj neorganskog fosfatnog jona označenog sa 32P. Gdje će biti znatno veći?

4. Istraživanja su pokazala da 34% ukupnog broja nukleotida ove mRNK čini gvanin, 18% uracil, 28% citozin, a 20% adenin. Odredite procentualni sastav azotnih baza dvolančane DNK, od kojih je određena mRNA sastavljena.

Opcija 2

1. Masti su "prva rezerva" u razmjena energije a koriste se kada je rezerva ugljikohidrata iscrpljena. Međutim, u skeletnim mišićima, u prisustvu glukoze i masnih kiselina, potonje se u većoj mjeri koriste. Proteini kao izvor energije uvijek se koriste samo u krajnjoj nuždi, kada tijelo gladuje. Objasnite ove činjenice.

2. Joni teških metala (živa, olovo itd.) i arsena lako se vezuju sulfidnim grupama proteina. Poznavajući svojstva sulfida ovih metala, objasnite šta se dešava sa proteinima kada se kombinuju sa ovim metalima. Zašto su teški metali otrovni za organizam?

3. U reakciji oksidacije supstance A u supstancu B oslobađa se 60 kJ energije. Koliko se ATP molekula može maksimalno sintetizirati u ovoj reakciji? Kako će se iskoristiti ostatak energije?

4. Studije su pokazale da 27% ukupan broj nukleotida ove mRNA je gvanin, 15% je uracil, 18% je citozin, a 40% je adenin. Odredite procentualni sastav azotnih baza dvolančane DNK, od kojih je određena mRNA sastavljena.

Nastavlja se