ATP -d iseloomustab asjaolu, et sellel on polümeerne struktuur. Atf -nukleiinhapete struktuur ja funktsioon. Nukleotiidi mõiste ja selle omadused

Pidage meeles, mis on monomeer ja polümeer. Mis ained on valgu monomeerid? Mille poolest erinevad valgud kui polümeerid tärklisest?

Nukleiinhapped on nende seas erilisel kohal orgaaniline aine rakke. Esmalt eraldati nad rakkude tuumadest, mille jaoks nad said oma nime (ladina tuumast - tuumast). Seejärel leiti nukleiinhappeid tsütoplasmas ja mõnes teises raku organellis. Kuid esialgne nimi on neile säilinud.

Nukleiinhapped, nagu valgud, on polümeerid, kuid nende nukleotiidmonomeeridel on keerulisem struktuur. Ahelas võib nukleotiidide arv ulatuda 30 000. Nukleiinhapped on raku kõrgeima molekulmassiga orgaanilised ained.

Riis. 24. Nukleotiidide struktuur ja tüübid

Rakkudes leidub kahte tüüpi nukleiinhappeid: desoksüribonukleiinhape (DNA) ja ribonukleiinhape (RNA). Need erinevad nukleotiidide koostise, polünukleotiidi ahela struktuuri, molekulmassi ja täidetud funktsioonide poolest.

Riis. 25. Polünukleotiidide ahel

DNA koostis ja struktuur. DNA molekuli nukleotiidide hulka kuuluvad fosforhape, süsivesikute desoksüriboos (mis on DNA nime põhjus) ja lämmastikalused - adeniin (A), tümiin (T), guaniin (G), tsütosiin (C) (joonis 2). 24, 25).

Need alused vastavad struktuuris paarikaupa üksteisele (A = T, G = C) ja neid saab hõlpsasti ühendada vesiniksidemete abil. Selliseid paarisaluseid nimetatakse komplementaarseteks (ladinakeelsest täiendist - liitmine).

Briti teadlased James Watson ja Francis Crick tegid 1953. aastal kindlaks, et DNA molekul koosneb kahest spiraalselt keerdunud ahelast. Ahela selgroo moodustavad fosforhappe ja desoksüriboosi jäägid ning lämmastikalused on suunatud spiraali sisse (joonised 26, 27). Kaks ahelat on üksteisega ühendatud tänu komplementaarsete aluste vahelistele vesiniksidemetele.

Riis. 26. DNA molekuli skeem

Rakkudes leidub tuumas DNA molekule. Nad moodustavad kromatiini hõõgniidid ja enne rakkude jagunemist spiraaluvad, ühenduvad valkudega ja muutuvad kromosoomideks. Lisaks leidub spetsiifilist DNA -d mitokondrites ja kloroplastides.

DNA rakus vastutab päriliku teabe salvestamise ja edastamise eest. See kodeerib teavet kõigi keha valkude struktuuri kohta. DNA molekulide arv on teatud tüüpi organismi geneetiline tunnus ja nukleotiidjärjestus on iga inimese jaoks spetsiifiline.

RNA struktuur ja tüübid. RNA molekul sisaldab fosforhapet, süsivesikuid - riboosi (sellest ka nimi ribonukleiinhape), lämmastikaluseid: adeniini (A), uratsiili (U), guaniini (G), tsütosiini (C). Siin leidub tümiini asemel uratsiili, mis täiendab adeniini (A = Y). RNA molekulid, erinevalt DNA -st, koosnevad ühest polünukleotiidi ahelast (joonis 25), millel võivad olla sirged ja spiraalsed lõigud, ning moodustavad vesiniksidemete abil silmuseid komplementaarsete aluste vahel. RNA molekulmass on oluliselt madalam kui DNA -l.

Rakkudes leidub RNA molekule tuumas, tsütoplasmas, kloroplastides, mitokondrites ja ribosoomides. On kolme tüüpi RNA -d, millel on erinev molekulmass, molekulaarne kuju ja erinevad funktsioonid.

Sõnumitooja RNA -d (mRNA -d) kannavad teavet valgu struktuuri kohta DNA -st selle sünteesi kohale ribosoomidel. Iga mRNA molekul sisaldab täielikku teavet, mis on vajalik ühe valgu molekuli sünteesiks. Kõigist RNA tüüpidest suurim mRNA.

Riis. 27. DNA molekuli topeltheeliks (kolmemõõtmeline mudel)

Transpordi RNA -d (tRNA -d) on lühimad molekulid. Nende struktuur sarnaneb kujult ristiklehega (joonis 62). Nad transpordivad aminohappeid ribosoomide valgu sünteesi kohta.

Ribosomaalne RNA (rRNA) moodustab rohkem kui 80% raku RNA kogumassist ja on koos valkudega osa ribosoomidest.

ATP. Lisaks polünukleotiidide ahelatele sisaldab rakk mononukleotiide, millel on sama koostis ja struktuur nagu nukleotiididel, mis moodustavad DNA ja RNA. Kõige olulisem neist on ATP - adenosiintrifosfaat.

ATP molekul koosneb riboosist, adeniinist ja kolmest fosforhappe jäägist, mille vahel on kaks suure energiaga sidet (joonis 28). Igaühe energia on 30,6 kJ / mol. Seetõttu nimetatakse seda makroergiliseks, erinevalt lihtsast sidemest, mille energia on umbes 13 kJ / mol. Kui ATP molekulist eraldatakse üks või kaks fosforhappejääki, moodustub vastavalt ADP (adenosiindifosfaat) või AMP (adenosiinmonofosfaat) molekul. Sellisel juhul vabaneb energiat kaks ja pool korda rohkem kui teiste orgaaniliste ainete lagundamisel.

Riis. 28. Alenosiintrifosfaadi (ATP) molekuli struktuur ja selle roll energia muundamisel

ATP on raku ainevahetusprotsesside põhiaine ja universaalne energiaallikas. ATP molekulide süntees toimub mitokondrites, kloroplastides. Energia salvestatakse orgaaniliste ainete oksüdatsioonireaktsioonide ja päikeseenergia kogunemise tulemusena. Rakk kasutab seda salvestatud energiat kõikides eluprotsessides.

Harjutused kaetud materjaliga

  1. Mis on nukleiinhappe monomeer? Millistest komponentidest see koosneb?
  2. Mille poolest erinevad nukleiinhapped polümeeridena valkudest?
  3. Mis on täiendavus? Nimeta hõimubaaside rühm. Millised seosed nende vahel moodustuvad?
  4. Millist rolli mängivad RNA molekulid elusorganismides?
  5. ATP funktsiooni rakus võrreldakse mõnikord aku või akuga. Selgitage selle võrdluse tähendust.

Kogu elu planeedil koosneb paljudest rakkudest, mis säilitavad tuumas sisalduva geneetilise teabe tõttu oma organisatsiooni korrasoleku. Seda hoiavad, realiseerivad ja edastavad keerulised kõrgmolekulaarsed ühendid - nukleiinhapped, mis koosnevad monomeersetest üksustest - nukleotiididest. Nukleiinhapete rolli ei saa üle tähtsustada. Nende struktuuri stabiilsus määrab organismi normaalse elulise aktiivsuse ning kõik kõrvalekalded struktuuris toovad paratamatult kaasa muutuse rakulises organisatsioonis, füsioloogiliste protsesside aktiivsuses ja rakkude elujõulisuses üldiselt.

Nukleotiidi mõiste ja selle omadused

Iga või RNA on kokku pandud väiksematest monomeersetest ühenditest - nukleotiididest. Teisisõnu, nukleotiid on ehitusmaterjal nukleiinhapete, koensüümide ja paljude teiste bioloogiliste ühendite jaoks, mis on raku jaoks eluajal hädavajalikud.

Nende asendamatute ainete peamised omadused hõlmavad järgmist:

Teabe salvestamine ja päritud tunnuste kohta;
... kontroll kasvu ja paljunemise üle;
... osalemine ainevahetuses ja paljudes teistes raku füsioloogilistes protsessides.

Nukleotiididest rääkides ei saa vaid peatuda sellisel olulisel teemal nagu nende struktuur ja koostis.

Iga nukleotiid koosneb:

Suhkru jäägid;
... lämmastikku sisaldav alus;
... fosfaatrühm või fosforhappe jääk.

Võime öelda, et nukleotiid on keeruline orgaaniline ühend. Sõltuvalt lämmastikaluste liigilisest koostisest ja pentoosi tüübist nukleotiidstruktuuris jagatakse nukleiinhapped järgmisteks osadeks:

Deoksüribonukleiinhape või DNA;
... ribonukleiinhape või RNA.

Nukleiinhappe koostis

Nukleiinhapetes on suhkur esindatud pentoosiga. See on viie süsinikusisaldusega suhkur, DNA-s nimetatakse seda desoksüriboosiks, RNA-s aga riboosiks. Igal pentoosimolekulil on viis süsinikuaatomit, neist neli koos hapniku aatomiga moodustavad viieliikmelise tsükli ja viies kuulub HO-CH2 rühma.

Iga süsinikuaatomi asukoht pentoosimolekulis on tähistatud araabia numbriga algarvuga (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Kuna kõik nukleiinhappemolekuli lugemisprotsessid on rangelt suunatud, on süsinikuaatomite nummerdamine ja nende paigutus rõngas omamoodi õige suuna näitaja.

Hüdroksüülrühma juures on fosforhappe jääk seotud kolmanda ja viienda süsinikuaatomiga (3C´ ja 5C´). See määrab ka DNA ja RNA keemilise kuuluvuse hapete rühma.

Lämmastikku sisaldav alus on suhkru molekuli esimese süsinikuaatomi (1C´) külge kinnitatud.

Lämmastikku sisaldavate aluste liigiline koostis

DNA nukleotiide lämmastikalusel on neli tüüpi:

Adeniin (A);
... guaniin (G);
... tsütosiin (C);
... tümiin (T).

Kaks esimest kuuluvad puriinide klassi, kaks viimast on pürimidiinid. Molekulmassi poolest on puriinid alati raskemad kui pürimidiinid.

RNA nukleotiidid lämmastikalusel on esitatud:

Adeniin (A);
... guaniin (G);
... tsütosiin (C);
... uratsiil (U).

Uracil, nagu tümiin, on pürimidiini alus.

Teaduslikust kirjandusest leiate sageli lämmastikualuste jaoks teise nimetuse - ladina tähtedega (A, T, C, G, U).

Peatume üksikasjalikumalt puriinide ja pürimidiinide keemilisel struktuuril.

Pürimidiinid, nimelt tsütosiin, tümiin ja uratsiil, koosnevad kahest lämmastikuaatomist ja neljast süsinikuaatomist, moodustades kuueliikmelise tsükli. Igal aatomil on oma number vahemikus 1 kuni 6.

Puriinid (adeniin ja guaniin) koosnevad pürimidiinist ja imidasoolist või kahest heterotsüklist. Puriini alusmolekul koosneb neljast lämmastikuaatomist ja viiest süsinikuaatomist. Iga aatom on nummerdatud 1 kuni 9.

Lämmastikku sisaldava aluse ja pentoosi jäägi kombinatsiooni tulemusena moodustub nukleosiid. Nukleotiid on nukleosiidi ja fosfaatrühma ühend.

Fosfodiestersidemete moodustumine

Oluline on mõista küsimust, kuidas nukleotiidid ühinevad polüpeptiidahelaks ja moodustavad nukleiinhappe molekuli. Selle põhjuseks on nn fosfodiestersidemed.

Kahe nukleotiidi koostoime annab dinukleotiidi. Uue ühendi moodustumine toimub kondenseerumisel, kui ühe monomeeri fosfaatjäägi ja teise pentoosi hüdroksürühma vahel tekib fosfodiesterside.

Polünukleotiidide süntees on selle reaktsiooni korduv kordamine (mitu miljonit korda). Polünukleotiidide ahel on üles ehitatud fosfodiestersidemete moodustamise teel suhkru kolmanda ja viienda süsiniku (3C´ ja 5C´) vahel.

Polünukleotiidi kokkupanek on keeruline protsess, milles osaleb ensüüm DNA polümeraas, mis tagab vaba hüdroksürühmaga ahela kasvamise ainult ühest otsast (3´).

DNA molekuli struktuur

DNA molekulil, nagu valgul, võib olla primaarne, sekundaarne ja tertsiaarne struktuur.

DNA ahela nukleotiidide järjestus määrab selle esmase moodustumise vesiniksidemete tõttu, mis põhinevad komplementaarsuse põhimõttel. Teisisõnu, duubli sünteesi ajal toimib teatud muster: ühe ahela adeniin vastab teise tümiinile, guaniin tsütosiinile ja vastupidi. Adeniini ja tümiini või guaniini ja tsütosiini paarid moodustuvad kahe vesiniksideme tõttu esimesel ja kolmel juhul. See nukleotiidide ühendus tagab tugeva sideme ahelate vahel ja võrdse vahemaa nende vahel.

Teades ühe DNA ahela nukleotiidjärjestust, saab teise täiendada komplementaarsuse või liitmise põhimõttel.

DNA tertsiaarne struktuur moodustub keerukate kolmemõõtmeliste sidemete tõttu, mis muudab selle molekuli kompaktsemaks ja mahub väikesesse rakumahtu. Näiteks E. coli DNA pikkus on üle 1 mm, samas kui raku pikkus on alla 5 mikroni.

DNA nukleotiidide arv, nimelt nende kvantitatiivne suhe, järgib Chergaffi reeglit (puriinaluste arv on alati võrdne pürimidiinaluste arvuga). Nukleotiidide vaheline kaugus on konstantne väärtus, mis võrdub 0,34 nm, samuti nende molekulmass.

RNA molekuli struktuur

RNA -d esindab üksainus polünukleotiidahel, mis on moodustatud pentoosi (antud juhul riboosi) ja fosfaatjäägi vahel. See on palju lühem kui DNA. Kõrval liigiline koostis Nukleotiidi lämmastikalustes on samuti erinevusi. RNA -s kasutatakse tümiini pürimidiinaluse asemel uratsiili. Sõltuvalt kehas täidetavatest funktsioonidest on kolme tüüpi RNA -d.

Ribosomaalne (rRNA) - sisaldab tavaliselt 3000 kuni 5000 nukleotiidi. Vajaliku struktuurikomponendina osaleb see ribosoomide aktiivse keskuse moodustamises, mis on raku ühe olulisema protsessi - valgu biosünteesi - koht.
... Transport (tRNA) - koosneb keskmiselt 75–95 nukleotiidist, teostab soovitud aminohappe ülekande ribosoomi polüpeptiidi sünteesi kohta. Igal tRNA tüübil (vähemalt 40) on oma monomeeride või nukleotiidide järjestus, mis on omane ainult talle.
... Informatiivne (mRNA) - nukleotiidide koostise poolest on see väga mitmekesine. See kannab geneetilise teabe DNA -lt ribosoomidesse, toimib maatriksina valgumolekuli sünteesiks.

Nukleotiidide roll kehas

Rakus olevad nukleotiidid täidavad mitmeid olulisi funktsioone:

Kasutatakse ehitusplokkidena nukleiinhapetele (puriin- ja pürimidiinnukleotiidid);
... osaleda paljudes ainevahetusprotsessides rakus;
... on osa ATP -st - peamine energiaallikas rakkudes;
... toimima rakkudes (NAD +, NADP +, FAD, FMN) redutseerivate ekvivalentide kandjatena;
... täidab bioregulaatorite funktsiooni;
... võib pidada rakuvälise regulaarse sünteesi teiseks sõnumitoojaks (näiteks cAMP või cGMP).

Nukleotiid on monomeerne üksus, mis moodustab keerulisemaid ühendeid - nukleiinhappeid, ilma milleta on geneetilise teabe edastamine, selle salvestamine ja paljundamine võimatu. Vabad nukleotiidid on peamised komponendid, mis osalevad signaalimis- ja energiaprotsessides, mis toetavad rakkude ja keha kui terviku normaalset toimimist.

TO nukleiinhapped Siia kuuluvad kõrge polümeeriga ühendid, mis lagunevad hüdrolüüsi käigus puriini- ja pürimidiinalusteks, pentoosiks ja fosforhappeks. Nukleiinhapped sisaldavad süsinikku, vesinikku, fosforit, hapnikku ja lämmastikku. Nukleiinhappeid on kahte klassi: ribonukleiinhapped (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped (DNA).

DNA struktuur ja funktsioon

DNA- polümeer, mille monomeerideks on desoksüribonukleotiidid. DNA molekuli ruumilise struktuuri mudeli topeltheeliksi kujul pakkusid 1953. aastal välja J. Watson ja F. Crick (selle mudeli konstrueerimiseks kasutasid nad M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

DNA molekul mis on moodustatud kahest polünukleotiidi ahelast, keerdudes spiraalselt üksteise ümber ja koos kujuteldava telje ümber, s.t. on kahekordne spiraal (erandiks on see, et mõnel DNA viirusel on üheahelaline DNA). DNA topeltheeliksi läbimõõt on 2 nm, külgnevate nukleotiidide vaheline kaugus on 0,34 nm ja spiraali pöörde kohta on 10 aluspaari. Molekul võib olla kuni mitu sentimeetrit pikk. Molekulmass - kümneid ja sadu miljoneid. Inimese raku tuuma DNA kogupikkus on umbes 2 m. Eukarüootsetes rakkudes moodustab DNA valkudega komplekse ja omab spetsiifilist ruumilist konformatsiooni.

Monomeeri DNA - nukleotiid (desoksüribonukleotiid)- koosneb kolme aine jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus, 2) viie süsinikusisaldusega monosahhariid (pentoos) ja 3) fosforhape. Nukleiinhapete lämmastikalused kuuluvad pürimidiinide ja puriinide klassidesse. DNA pürimidiini alused(nende molekulis on üks ring) - tümiin, tsütosiin. Puriini alused(on kaks rõngast) - adeniin ja guaniin.

DNA nukleotiidi monosahhariidi esindab desoksüriboos.

Nukleotiidi nimi on tuletatud vastava aluse nimest. Nukleotiidid ja lämmastikalused on tähistatud suurte tähtedega.

Polünukleotiidide ahel moodustub nukleotiidide kondenseerumisreaktsioonide tulemusena. Sel juhul ühe nukleotiidi desoksüriboosi jäägi 3'-süsiniku ja teise fosforhappejäägi vahel, fosfoeeterside(kuulub tugevate kovalentsete sidemete kategooriasse). Polünukleotiidi ahela üks ots lõpeb 5 "süsinikuga (seda nimetatakse 5" otsaks), teine ​​ots 3 "süsinikuga (3" otsaga).

Teine ahel asub ühe nukleotiidi ahela vastas. Nukleotiidide paigutus nendes kahes ahelas ei ole juhuslik, vaid rangelt määratletud: tümiin asub alati teise ahela ühe ahela adeniini vastas ja tsütosiin paikneb alati guaniini vastu, kaks vesiniksidet tekivad adeniini ja tümiini vahel ning kolm vesinikku sidemed guaniini ja tsütosiini vahel. Mustrit, mille järgi erinevate DNA ahelate nukleotiidid on rangelt järjestatud (adeniin - tümiin, guaniin - tsütosiin) ja seonduvad valikuliselt üksteisega, nimetatakse vastastikuse täiendavuse põhimõtet... Tuleb märkida, et J. Watson ja F. Crick jõudsid pärast E. Chargaffi teoste lugemist arusaamisele komplementaarsuse põhimõttest. E. Chargaff, olles õppinud suurepärane summa koe- ja elundiproovid erinevad organismid, leidis, et mis tahes DNA fragmendis vastab guaniinijääkide sisaldus alati täpselt tsütosiini sisaldusele ja adeniin tümiinile ( "Chargaffi reegel"), kuid ta ei suutnud seda asjaolu seletada.

Komplementaarsuse põhimõttest tuleneb, et ühe ahela nukleotiidjärjestus määrab teise nukleotiidjärjestuse.

DNA ahelad on paralleelsed (mitmesuunalised), s.t. erinevate ahelate nukleotiidid asuvad vastassuundades ja seetõttu on ühe ahela 3 "otsa vastas teise 5" ots. DNA molekuli võrreldakse mõnikord keerdtrepiga. Selle trepi "reelinguks" on suhkru-fosfaadi selgroog (vahelduvad desoksüriboosi ja fosforhappe jäägid); "Sammud" - täiendavad lämmastikku sisaldavad alused.

DNA funktsioon- päriliku teabe säilitamine ja edastamine.

DNA replikatsioon (reduplikatsioon)

- enese kahekordistumise protsess, mis on DNA molekuli peamine omadus. Replikatsioon kuulub ensüüme hõlmavate maatriksi sünteesi reaktsioonide kategooriasse. Ensüümide toimel hargneb DNA molekul lahti ja iga ahela ümber valmib uus ahel, mis toimib maatriksina vastavalt komplementaarsuse ja paralleelsuse põhimõtetele. Seega on igas tütre DNA -s üks ahel emapoolne ja teine ​​sünteesitud. Seda sünteesimeetodit nimetatakse poolkonservatiivne.

"Ehitusmaterjal" ja energiaallikas replikatsiooniks on desoksüribonukleosiidi trifosfaadid(ATP, TTF, GTP, CTP), mis sisaldavad kolme fosforhappejääki. Kui polünukleotiidide ahelasse on lisatud desoksüribonukleosiidi trifosfaate, eraldatakse kaks fosforhappe terminaalset jääki ja vabanenud energiat kasutatakse fosfodiestersideme moodustamiseks nukleotiidide vahel.

Replikatsioonis osalevad järgmised ensüümid:

  1. helikaasid ("kerima" DNA);
  2. destabiliseerivad valgud;
  3. DNA topoisomeraasid (DNA lõigatakse);
  4. DNA polümeraasid (desoksüribonukleosiidi trifosfaadid valitakse välja ja kinnitatakse komplementaarselt matriitsi DNA ahela külge);
  5. RNA primaadid (moodustavad RNA praimerid, praimerid);
  6. DNA ligaasid (DNA fragmentide õmblemine).

Helikaaside abil lõdvestub see teatud DNA piirkondades, üheahelalised DNA piirkonnad on seotud destabiliseerivate valkudega ja replikatsiooni kahvel... Kui lahknevus on 10 aluspaari (heeliksi üks pööre), peab DNA molekul tegema oma telje ümber täieliku pöörde. Selle pöörlemise vältimiseks lõhustab DNA topoisomeraas ühe DNA ahela, võimaldades sellel pöörata ümber teise ahela.

DNA polümeraas suudab kinnitada nukleotiidi ainult eelmise nukleotiidi desoksüriboosi 3 "süsiniku külge, seetõttu saab see ensüüm mööda matriitsi DNA liikuda ainult ühes suunas: selle matriitsi DNA 3" otsast 5 "otsani. siis toimub selle erinevatel ahelatel tütarpolünukleotiidide ahelate kokkupanek erineval viisil ja vastassuundades. 3 "-5" ahelas toimub tütarpolünukleotiidi ahela süntees katkestusteta; juhtiv... Ahelal 5 "-3" - katkendlikult, fragmentidena ( Okazaki killud), mis pärast DNA ligaaside replikatsiooni lõpuleviimist õmmeldakse ühte ahelasse; seda ahelat nimetatakse mahajäänud (maha jäänud).

DNA polümeraasi eripära on see, et see saab oma tööd alustada ainult "Seemned" (praimer). "Praimerite" rolli täidavad lühikesed RNA järjestused, mis on moodustatud RNA primaasi ensüümi osalusel ja ühendatud matriits -DNA -ga. RNA praimerid eemaldatakse pärast polünukleotiidide ahelate kokkupanemise lõpetamist.

Replikatsioon on prokarüootides ja eukarüootides sarnane. DNA sünteesi kiirus prokarüootides on suurusjärgu võrra suurem (1000 nukleotiidi sekundis) kui eukarüootides (100 nukleotiidi sekundis). Replikatsioon algab samaaegselt DNA molekuli mitmes piirkonnas. DNA fragment ühest replikatsiooni alguspunktist teise moodustab replikatsiooniühiku - replikon.

Replikatsioon toimub enne rakkude jagunemist. Tänu sellele DNA võimele edastatakse pärilik teave emarakust tütrele.

Parandus ("remont")

Parandamine nimetatakse DNA nukleotiidjärjestuse kahjustuste parandamise protsessiks. Seda teostavad raku spetsiaalsed ensüümsüsteemid ( ensüüme parandada). DNA struktuuri taastamise käigus saab eristada järgmisi etappe: 1) DNA-d parandavad nukleaasid tunnevad ära ja eemaldavad kahjustatud ala, mille tagajärjel tekib DNA ahelasse tühimik; 2) DNA polümeraas täidab selle tühiku, kopeerides teavet teisest ("heast") ahelast; 3) DNA ligaas "seob" nukleotiide, lõpetades parandamise.

Enim uuritakse kolme parandusmehhanismi: 1) fotoreparatsioon, 2) ekstsisiooniline või eelreplitseeriv remont, 3) replikatsioonijärgne remont.

DNA struktuuri muutused toimuvad rakus pidevalt reaktiivsete metaboliitide, ultraviolettkiirguse, raskmetallide ja nende soolade jne mõjul. Seetõttu parandavad parandussüsteemide defektid mutatsiooniprotsesse, põhjustavad pärilikke haigusi (pigmenteerunud kseroderma, progeeria jne).

RNA struktuur ja funktsioon

- polümeer, mille monomeerid on ribonukleotiidid... Erinevalt DNA-st ei moodusta RNA mitte kahte, vaid ühte polünukleotiidi ahelat (välja arvatud see, et mõnel RNA-d sisaldaval viirusel on kaheahelaline RNA). RNA nukleotiidid on võimelised moodustama üksteisega vesiniksidemeid. RNA ahelad on palju lühemad kui DNA ahelad.

RNA monomeer - nukleotiid (ribonukleotiid)- koosneb kolme aine jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus, 2) viie süsinikusisaldusega monosahhariid (pentoos) ja 3) fosforhape. RNA lämmastikalused kuuluvad samuti pürimidiini ja puriini klassi.

RNA pürimidiinalused - uratsiil, tsütosiin, puriinalused - adeniin ja guaniin. RNA nukleotiidmonosahhariidi esindab riboos.

Eraldage kolme tüüpi RNA -d: 1) informatiivne(sõnumitooja) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomaalne RNA - rRNA.

Kõik RNA tüübid on hargnemata polünukleotiidid, neil on spetsiifiline ruumiline konformatsioon ja nad osalevad valkude sünteesi protsessides. Teave igat tüüpi RNA struktuuri kohta salvestatakse DNA -sse. RNA sünteesimise protsessi DNA matriitsil nimetatakse transkriptsiooniks.

Transpordi RNA -d sisaldavad tavaliselt 76 (75 kuni 95) nukleotiidi; molekulmass - 25 000-30 000. tRNA moodustab umbes 10% kogu RNA sisaldusest rakus. TRNA funktsioonid: 1) aminohapete transport valkude sünteesi kohta, ribosoomidesse, 2) translatsioonivahendaja. Rakk sisaldab umbes 40 tüüpi tRNA -d, millest igaühel on ainult talle iseloomulik nukleotiidide jada. Kõigil tRNA-del on aga mitu intramolekulaarset komplementaarset piirkonda, mille tõttu tRNA-d omandavad ristiklehe konformatsiooni. Igal tRNA -l on silmus ribosoomiga (1) kokkupuutumiseks, antikoodoon -aas (2), silmus ensüümiga kokkupuutumiseks (3), aktseptoritüvi (4) ja antikoodon (5). Aminohape kinnitub aktseptoritüve 3 "otsa. Antikoodon- kolm nukleotiidi, mis "tunnevad ära" mRNA koodoni. Tuleb rõhutada, et spetsiifiline tRNA võib transportida rangelt määratletud aminohapet, mis vastab selle antikoodonile. Aminohapete ja tRNA kombinatsiooni spetsiifilisus saavutatakse ensüümi aminoatsüül-tRNA süntetaasi omaduste tõttu.

Ribosomaalne RNA sisaldavad 3000-5000 nukleotiidi; molekulmass-1 000 000-1 500 000. rRNA moodustab 80-85% kogu RNA sisaldusest rakus. Koos ribosomaalsete valkudega moodustab rRNA ribosoomid - organellid, mis viivad läbi valkude sünteesi. Eukarüootsetes rakkudes toimub rRNA süntees nukleoolides. RRNA funktsioonid: 1) vajalik ribosoomide struktuurne komponent ja seega ribosoomide toimimise tagamine; 2) ribosoomi ja tRNA interaktsiooni tagamine; 3) ribosoomi ja mRNA initsiaatorkoodoni esialgne seondumine ja lugemisraami määramine, 4) ribosoomi aktiivse keskuse moodustumine.

Messengeri RNA -d on nukleotiidide sisalduse ja molekulmassi poolest erinevad (50 000 kuni 4 000 000). MRNA moodustab kuni 5% kogu RNA sisaldusest rakus. MRNA funktsioonid: 1) geneetilise teabe ülekandmine DNA -st ribosoomidesse, 2) maatriks valgumolekuli sünteesiks, 3) valgumolekuli primaarse struktuuri aminohappejärjestuse määramine.

ATP struktuur ja funktsioon

Adenosiini trifosforhape (ATP)- universaalne energiaallikas ja peamine akumulaator elusrakkudes. ATP -d leidub kõikides taimede ja loomade rakkudes. ATP kogus on keskmiselt 0,04% (raku niiskest massist), suurim ATP kogus (0,2–0,5%) sisaldub skeletilihastes.

ATP koosneb jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus (adeniin), 2) monosahhariid (riboos), 3) kolm fosforhapet. Kuna ATP sisaldab mitte ühte, vaid kolme fosforhappejääki, kuulub see ribonukleosiidi trifosfaatide hulka.

Enamiku rakkudes tehtavate tööde puhul kasutatakse ATP hüdrolüüsi energiat. Sel juhul, kui fosforhappe lõppjääk eraldatakse, muundatakse ATP ADP -ks (adenosiindifosforhape), kui teine ​​fosforhappejääk eraldatakse, AMP -ks (adenosiinmonofosforhape). Vaba energia saagis nii terminaalse kui ka teise fosforhappejäägi kõrvaldamise ajal on kumbki 30,6 kJ. Kolmanda fosfaatrühma lõhustamisega kaasneb ainult 13,8 kJ vabanemine. Terminali ja teise, teise ja esimese fosforhappejäägi vahelisi sidemeid nimetatakse suure energiaga (suure energiaga).

ATP varusid täiendatakse pidevalt. Kõigi organismide rakkudes toimub ATP süntees fosforüülimise protsessis, s.t. fosforhappe lisamine ADP -le. Fosforüülimine toimub erineva intensiivsusega hingamise (mitokondrid), glükolüüsi (tsütoplasma), fotosünteesi (kloroplastid) ajal.

ATP on peamine seos energia vabanemise ja kogunemisega kaasnevate protsesside ning energiakuluga toimuvate protsesside vahel. Lisaks on ATP koos teiste ribonukleosiidi trifosfaatidega (GTP, CTP, UTP) RNA sünteesi substraat.

    Minema loengud number 3"Valkude struktuur ja funktsioon. Ensüümid "

    Minema loengud nr 5"Rakkude teooria. Rakulise organisatsiooni tüübid "

TO nukleiinhapped Siia kuuluvad kõrge polümeeriga ühendid, mis lagunevad hüdrolüüsi käigus puriini- ja pürimidiinalusteks, pentoosiks ja fosforhappeks. Nukleiinhapped sisaldavad süsinikku, vesinikku, fosforit, hapnikku ja lämmastikku. Nukleiinhappeid on kahte klassi: ribonukleiinhapped (RNA) ja desoksüribonukleiinhapped (DNA).

DNA struktuur ja funktsioon

DNA- polümeer, mille monomeerideks on desoksüribonukleotiidid. DNA molekuli ruumilise struktuuri mudeli topeltheeliksi kujul pakkusid 1953. aastal välja J. Watson ja F. Crick (selle mudeli konstrueerimiseks kasutasid nad M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

DNA molekul mis on moodustatud kahest polünukleotiidi ahelast, keerdudes spiraalselt üksteise ümber ja koos kujuteldava telje ümber, s.t. on kahekordne spiraal (erandiks on see, et mõnel DNA viirusel on üheahelaline DNA). DNA topeltheeliksi läbimõõt on 2 nm, külgnevate nukleotiidide vaheline kaugus on 0,34 nm ja spiraali pöörde kohta on 10 aluspaari. Molekul võib olla kuni mitu sentimeetrit pikk. Molekulmass - kümneid ja sadu miljoneid. Inimese raku tuuma DNA kogupikkus on umbes 2 m. Eukarüootsetes rakkudes moodustab DNA valkudega komplekse ja omab spetsiifilist ruumilist konformatsiooni.

Monomeeri DNA - nukleotiid (desoksüribonukleotiid)- koosneb kolme aine jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus, 2) viie süsinikusisaldusega monosahhariid (pentoos) ja 3) fosforhape. Nukleiinhapete lämmastikalused kuuluvad pürimidiinide ja puriinide klassidesse. DNA pürimidiini alused(nende molekulis on üks ring) - tümiin, tsütosiin. Puriini alused(on kaks rõngast) - adeniin ja guaniin.

DNA nukleotiidi monosahhariidi esindab desoksüriboos.

Nukleotiidi nimi on tuletatud vastava aluse nimest. Nukleotiidid ja lämmastikalused on tähistatud suurte tähtedega.

Polünukleotiidide ahel moodustub nukleotiidide kondenseerumisreaktsioonide tulemusena. Sel juhul ühe nukleotiidi desoksüriboosi jäägi 3'-süsiniku ja teise fosforhappejäägi vahel, fosfoeeterside(kuulub tugevate kovalentsete sidemete kategooriasse). Polünukleotiidi ahela üks ots lõpeb 5 "süsinikuga (seda nimetatakse 5" otsaks), teine ​​ots 3 "süsinikuga (3" otsaga).

Teine ahel asub ühe nukleotiidi ahela vastas. Nukleotiidide paigutus nendes kahes ahelas ei ole juhuslik, vaid rangelt määratletud: tümiin asub alati teise ahela ühe ahela adeniini vastas ja tsütosiin paikneb alati guaniini vastu, kaks vesiniksidet tekivad adeniini ja tümiini vahel ning kolm vesinikku sidemed guaniini ja tsütosiini vahel. Mustrit, mille järgi erinevate DNA ahelate nukleotiidid on rangelt järjestatud (adeniin - tümiin, guaniin - tsütosiin) ja seonduvad valikuliselt üksteisega, nimetatakse vastastikuse täiendavuse põhimõtet... Tuleb märkida, et J. Watson ja F. Crick jõudsid pärast E. Chargaffi teoste lugemist arusaamisele komplementaarsuse põhimõttest. E. Chargaff, olles uurinud tohutul hulgal erinevate organismide koe- ja elundiproove, leidis, et mis tahes DNA fragmendis vastab guaniinijääkide sisaldus alati täpselt tsütosiini sisaldusele ja adeniin - tümiinile ( "Chargaffi reegel"), kuid ta ei suutnud seda asjaolu seletada.

Komplementaarsuse põhimõttest tuleneb, et ühe ahela nukleotiidjärjestus määrab teise nukleotiidjärjestuse.

DNA ahelad on paralleelsed (mitmesuunalised), s.t. erinevate ahelate nukleotiidid asuvad vastassuundades ja seetõttu on ühe ahela 3 "otsa vastas teise 5" ots. DNA molekuli võrreldakse mõnikord keerdtrepiga. Selle trepi "reelinguks" on suhkru-fosfaadi selgroog (vahelduvad desoksüriboosi ja fosforhappe jäägid); "Sammud" - täiendavad lämmastikku sisaldavad alused.

DNA funktsioon- päriliku teabe säilitamine ja edastamine.

DNA replikatsioon (reduplikatsioon)

- enese kahekordistumise protsess, mis on DNA molekuli peamine omadus. Replikatsioon kuulub ensüüme hõlmavate maatriksi sünteesi reaktsioonide kategooriasse. Ensüümide toimel hargneb DNA molekul lahti ja iga ahela ümber valmib uus ahel, mis toimib maatriksina vastavalt komplementaarsuse ja paralleelsuse põhimõtetele. Seega on igas tütre DNA -s üks ahel emapoolne ja teine ​​sünteesitud. Seda sünteesimeetodit nimetatakse poolkonservatiivne.

"Ehitusmaterjal" ja energiaallikas replikatsiooniks on desoksüribonukleosiidi trifosfaadid(ATP, TTF, GTP, CTP), mis sisaldavad kolme fosforhappejääki. Kui polünukleotiidide ahelasse on lisatud desoksüribonukleosiidi trifosfaate, eraldatakse kaks fosforhappe terminaalset jääki ja vabanenud energiat kasutatakse fosfodiestersideme moodustamiseks nukleotiidide vahel.

Replikatsioonis osalevad järgmised ensüümid:

  1. helikaasid ("kerima" DNA);
  2. destabiliseerivad valgud;
  3. DNA topoisomeraasid (DNA lõigatakse);
  4. DNA polümeraasid (desoksüribonukleosiidi trifosfaadid valitakse välja ja kinnitatakse komplementaarselt matriitsi DNA ahela külge);
  5. RNA primaadid (moodustavad RNA praimerid, praimerid);
  6. DNA ligaasid (DNA fragmentide õmblemine).

Helikaaside abil lõdvestub see teatud DNA piirkondades, üheahelalised DNA piirkonnad on seotud destabiliseerivate valkudega ja replikatsiooni kahvel... Kui lahknevus on 10 aluspaari (heeliksi üks pööre), peab DNA molekul tegema oma telje ümber täieliku pöörde. Selle pöörlemise vältimiseks lõhustab DNA topoisomeraas ühe DNA ahela, võimaldades sellel pöörata ümber teise ahela.

DNA polümeraas suudab kinnitada nukleotiidi ainult eelmise nukleotiidi desoksüriboosi 3 "süsiniku külge, seetõttu saab see ensüüm mööda matriitsi DNA liikuda ainult ühes suunas: selle matriitsi DNA 3" otsast 5 "otsani. siis toimub selle erinevatel ahelatel tütarpolünukleotiidide ahelate kokkupanek erineval viisil ja vastassuundades. 3 "-5" ahelas toimub tütarpolünukleotiidi ahela süntees katkestusteta; juhtiv... Ahelal 5 "-3" - katkendlikult, fragmentidena ( Okazaki killud), mis pärast DNA ligaaside replikatsiooni lõpuleviimist õmmeldakse ühte ahelasse; seda ahelat nimetatakse mahajäänud (maha jäänud).

DNA polümeraasi eripära on see, et see saab oma tööd alustada ainult "Seemned" (praimer). "Praimerite" rolli täidavad lühikesed RNA järjestused, mis on moodustatud RNA primaasi ensüümi osalusel ja ühendatud matriits -DNA -ga. RNA praimerid eemaldatakse pärast polünukleotiidide ahelate kokkupanemise lõpetamist.

Replikatsioon on prokarüootides ja eukarüootides sarnane. DNA sünteesi kiirus prokarüootides on suurusjärgu võrra suurem (1000 nukleotiidi sekundis) kui eukarüootides (100 nukleotiidi sekundis). Replikatsioon algab samaaegselt DNA molekuli mitmes piirkonnas. DNA fragment ühest replikatsiooni alguspunktist teise moodustab replikatsiooniühiku - replikon.

Replikatsioon toimub enne rakkude jagunemist. Tänu sellele DNA võimele edastatakse pärilik teave emarakust tütrele.

Parandus ("remont")

Parandamine nimetatakse DNA nukleotiidjärjestuse kahjustuste parandamise protsessiks. Seda teostavad raku spetsiaalsed ensüümsüsteemid ( ensüüme parandada). DNA struktuuri taastamise käigus saab eristada järgmisi etappe: 1) DNA-d parandavad nukleaasid tunnevad ära ja eemaldavad kahjustatud ala, mille tagajärjel tekib DNA ahelasse tühimik; 2) DNA polümeraas täidab selle tühiku, kopeerides teavet teisest ("heast") ahelast; 3) DNA ligaas "seob" nukleotiide, lõpetades parandamise.

Enim uuritakse kolme parandusmehhanismi: 1) fotoreparatsioon, 2) ekstsisiooniline või eelreplitseeriv remont, 3) replikatsioonijärgne remont.

DNA struktuuri muutused toimuvad rakus pidevalt reaktiivsete metaboliitide, ultraviolettkiirguse, raskmetallide ja nende soolade jne mõjul. Seetõttu parandavad parandussüsteemide defektid mutatsiooniprotsesse, põhjustavad pärilikke haigusi (pigmenteerunud kseroderma, progeeria jne).

RNA struktuur ja funktsioon

- polümeer, mille monomeerid on ribonukleotiidid... Erinevalt DNA-st ei moodusta RNA mitte kahte, vaid ühte polünukleotiidi ahelat (välja arvatud see, et mõnel RNA-d sisaldaval viirusel on kaheahelaline RNA). RNA nukleotiidid on võimelised moodustama üksteisega vesiniksidemeid. RNA ahelad on palju lühemad kui DNA ahelad.

RNA monomeer - nukleotiid (ribonukleotiid)- koosneb kolme aine jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus, 2) viie süsinikusisaldusega monosahhariid (pentoos) ja 3) fosforhape. RNA lämmastikalused kuuluvad samuti pürimidiini ja puriini klassi.

RNA pürimidiinalused - uratsiil, tsütosiin, puriinalused - adeniin ja guaniin. RNA nukleotiidmonosahhariidi esindab riboos.

Eraldage kolme tüüpi RNA -d: 1) informatiivne(sõnumitooja) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomaalne RNA - rRNA.

Kõik RNA tüübid on hargnemata polünukleotiidid, neil on spetsiifiline ruumiline konformatsioon ja nad osalevad valkude sünteesi protsessides. Teave igat tüüpi RNA struktuuri kohta salvestatakse DNA -sse. RNA sünteesimise protsessi DNA matriitsil nimetatakse transkriptsiooniks.

Transpordi RNA -d sisaldavad tavaliselt 76 (75 kuni 95) nukleotiidi; molekulmass - 25 000-30 000. tRNA moodustab umbes 10% kogu RNA sisaldusest rakus. TRNA funktsioonid: 1) aminohapete transport valkude sünteesi kohta, ribosoomidesse, 2) translatsioonivahendaja. Rakk sisaldab umbes 40 tüüpi tRNA -d, millest igaühel on ainult talle iseloomulik nukleotiidide jada. Kõigil tRNA-del on aga mitu intramolekulaarset komplementaarset piirkonda, mille tõttu tRNA-d omandavad ristiklehe konformatsiooni. Igal tRNA -l on silmus ribosoomiga (1) kokkupuutumiseks, antikoodoon -aas (2), silmus ensüümiga kokkupuutumiseks (3), aktseptoritüvi (4) ja antikoodon (5). Aminohape kinnitub aktseptoritüve 3 "otsa. Antikoodon- kolm nukleotiidi, mis "tunnevad ära" mRNA koodoni. Tuleb rõhutada, et spetsiifiline tRNA võib transportida rangelt määratletud aminohapet, mis vastab selle antikoodonile. Aminohapete ja tRNA kombinatsiooni spetsiifilisus saavutatakse ensüümi aminoatsüül-tRNA süntetaasi omaduste tõttu.

Ribosomaalne RNA sisaldavad 3000-5000 nukleotiidi; molekulmass-1 000 000-1 500 000. rRNA moodustab 80-85% kogu RNA sisaldusest rakus. Koos ribosomaalsete valkudega moodustab rRNA ribosoomid - organellid, mis viivad läbi valkude sünteesi. Eukarüootsetes rakkudes toimub rRNA süntees nukleoolides. RRNA funktsioonid: 1) vajalik ribosoomide struktuurne komponent ja seega ribosoomide toimimise tagamine; 2) ribosoomi ja tRNA interaktsiooni tagamine; 3) ribosoomi ja mRNA initsiaatorkoodoni esialgne seondumine ja lugemisraami määramine, 4) ribosoomi aktiivse keskuse moodustumine.

Messengeri RNA -d on nukleotiidide sisalduse ja molekulmassi poolest erinevad (50 000 kuni 4 000 000). MRNA moodustab kuni 5% kogu RNA sisaldusest rakus. MRNA funktsioonid: 1) geneetilise teabe ülekandmine DNA -st ribosoomidesse, 2) maatriks valgumolekuli sünteesiks, 3) valgumolekuli primaarse struktuuri aminohappejärjestuse määramine.

ATP struktuur ja funktsioon

Adenosiini trifosforhape (ATP)- universaalne energiaallikas ja peamine akumulaator elusrakkudes. ATP -d leidub kõikides taimede ja loomade rakkudes. ATP kogus on keskmiselt 0,04% (raku niiskest massist), suurim ATP kogus (0,2–0,5%) sisaldub skeletilihastes.

ATP koosneb jääkidest: 1) lämmastikku sisaldav alus (adeniin), 2) monosahhariid (riboos), 3) kolm fosforhapet. Kuna ATP sisaldab mitte ühte, vaid kolme fosforhappejääki, kuulub see ribonukleosiidi trifosfaatide hulka.

Enamiku rakkudes tehtavate tööde puhul kasutatakse ATP hüdrolüüsi energiat. Sel juhul, kui fosforhappe lõppjääk eraldatakse, muundatakse ATP ADP -ks (adenosiindifosforhape), kui teine ​​fosforhappejääk eraldatakse, AMP -ks (adenosiinmonofosforhape). Vaba energia saagis nii terminaalse kui ka teise fosforhappejäägi kõrvaldamise ajal on kumbki 30,6 kJ. Kolmanda fosfaatrühma lõhustamisega kaasneb ainult 13,8 kJ vabanemine. Terminali ja teise, teise ja esimese fosforhappejäägi vahelisi sidemeid nimetatakse suure energiaga (suure energiaga).

ATP varusid täiendatakse pidevalt. Kõigi organismide rakkudes toimub ATP süntees fosforüülimise protsessis, s.t. fosforhappe lisamine ADP -le. Fosforüülimine toimub erineva intensiivsusega hingamise (mitokondrid), glükolüüsi (tsütoplasma), fotosünteesi (kloroplastid) ajal.

ATP on peamine seos energia vabanemise ja kogunemisega kaasnevate protsesside ning energiakuluga toimuvate protsesside vahel. Lisaks on ATP koos teiste ribonukleosiidi trifosfaatidega (GTP, CTP, UTP) RNA sünteesi substraat.

    Minema loengud number 3"Valkude struktuur ja funktsioon. Ensüümid "

    Minema loengud nr 5"Rakkude teooria. Rakulise organisatsiooni tüübid "

Jätkamine. Vt nr 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Bioloogia tunnid loodusainete klassides

Täiustatud planeerimine, 10. klass

Õppetund 19. ATP keemiline struktuur ja bioloogiline roll

Varustus:üldbioloogia tabelid, ATP molekuli struktuuri skeem, plasti ja energia metabolismi seose skeem.

I. Teadmiste kontrollimine

Bioloogilise diktaadi "Elusaine orgaanilised ühendid" läbiviimine

Õpetaja loeb teesid numbrite alt, õpilased kirjutavad vihikusse nende teeside numbrid, mis sobivad nende versiooni sisuga.

Variant 1 - valgud.
Variant 2 - süsivesikud.
Variant 3 - lipiidid.
Variant 4 - nukleiinhapped.

1. Puhtal kujul koosnevad nad ainult aatomitest C, H, O.

2. Lisaks C, H, O aatomitele sisaldavad need N ja tavaliselt S.

3. Lisaks aatomitele C, H, O sisaldavad aatomeid N ja P.

4. Nende molekulmass on suhteliselt madal.

5. Molekulmass võib olla tuhandetest kuni mitukümmend ja sadu tuhandeid daltoneid.

6. Suurimad orgaanilised ühendid molekulmassiga kuni mitukümmend ja sadu miljoneid daltoneid.

7. Omada erinevaid molekulmasse - väga madalast kuni väga kõrgeni, sõltuvalt sellest, kas aine on monomeer või polümeer.

8. Koosneb monosahhariididest.

9. Koosneb aminohapetest.

10. Koosneb nukleotiididest.

11. Kas kõrgemate rasvhapete estrid.

12. Peamine struktuuriüksus: “Lämmastikbaas - pentoos - fosforhappe jääk”.

13. Peamine struktuuriüksus: "aminohapped".

14. Peamine struktuuriüksus: "monosahhariid".

15. Peamine struktuuriüksus: "glütseriin-rasvhape".

16. Polümeerimolekulid on ehitatud samadest monomeeridest.

17. Polümeerimolekulid on ehitatud sarnastest, kuid mitte täiesti identsetest monomeeridest.

18. Mitte polümeerid.

19. Täitma peaaegu eranditult energia-, ehitus- ja salvestusfunktsioone, mõnel juhul - kaitsvaid.

20. Lisaks energiale ja ehitusele täidavad nad katalüütilisi, signaalimis-, transpordi-, mootor- ja kaitsefunktsioone;

21. Raku ja organismi pärilike omaduste säilitamine ja ülekandmine.

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

II. Uue materjali õppimine

1. Adenosiini trifosforhappe struktuur

Lisaks valkudele, nukleiinhapetele, rasvadele ja süsivesikutele sünteesitakse elusas aines palju muid orgaanilisi ühendeid. Nende hulgas on oluline roll raku bioenergeetikas adenosiini trifosforhape (ATP). ATP -d leidub kõikides taimede ja loomade rakkudes. Rakkudes esineb adenosiintrifosforhapet kõige sagedamini soolade kujul, mida nimetatakse adenosiini trifosfaadid... ATP kogus kõigub ja on keskmiselt 0,04% (keskmiselt sisaldab rakk umbes 1 miljard ATP molekuli). Kõige rohkem ATP -d leidub skeletilihastes (0,2–0,5%).

ATP molekul koosneb lämmastikalusest - adeniinist, pentoosist - riboosist ja kolmest fosforhappe jäägist, s.t. ATP on spetsiaalne adenüülnukleotiid. Erinevalt teistest nukleotiididest ei sisalda ATP mitte ühte, vaid kolme fosforhappejääki. ATP kuulub suure energiaga ainete hulka - ained, mille sidemed sisaldavad suures koguses energiat.

ATP molekuli ruumiline mudel (A) ja struktuurivalem (B)

Fosforhappe jääk eraldatakse ATP -kompositsioonist ATPaasi ensüümide toimel. ATP -l on püsiv kalduvus eraldada oma terminaalne fosfaatrühm:

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

aastast see viib energeetiliselt ebasoodsa elektrostaatilise tõrjumise kadumiseni naabruses asuvate negatiivsete laengute vahel. Saadud fosfaat stabiliseerub energeetiliselt soodsate vesiniksidemete moodustamisega veega. Laengu jaotus ADP + Fn süsteemis muutub stabiilsemaks kui ATP -s. Selle reaktsiooni tulemusena vabaneb 30,5 kJ (normaalse kovalentse sideme purunemisel vabaneb 12 kJ).

Et rõhutada ATP-s oleva fosfori-hapniku sideme suurt energiakulu, on tavaks tähistada seda märgiga ~ ja nimetada seda makroenergia sidemeks. Kui üks fosforhappe molekul eraldatakse, läheb ATP ADP -ks (adenosiindifosforhape) ja kui kaks fosforhappe molekuli eraldatakse, läheb ATP AMP -ks (adenosiinmonofosforhape). Kolmanda fosfaadi lõhustamisega kaasneb ainult 13,8 kJ vabanemine, nii et ATP molekulis on ainult kaks suure energiaga sidet.

2. ATP moodustumine rakus

ATP varu rakkudes on väike. Näiteks lihastes piisab ATP varudest 20–30 kokkutõmbumiseks. Kuid lihas võib töötada tunde ja põhjustada tuhandeid kokkutõmbeid. Seetõttu peab koos ATP lagunemisega ADP -ks rakus pidevalt toimima ka vastupidine süntees. ATP sünteesiks rakkudes on mitu rada. Tutvume nendega.

1. Anaeroobne fosforüülimine. Fosforüülimine viitab ATP sünteesile ADP -st ja madala molekulmassiga fosfaadist (Fn). Sel juhul räägime orgaaniliste ainete oksüdeerumise anoksilistest protsessidest (näiteks glükolüüs - glükoosi anoksilise oksüdeerumise protsess püroviinhappeks). Ligikaudu 40% nende protsesside käigus vabanevast energiast (umbes 200 kJ / mol glükoosi) kulutatakse ATP sünteesiks ja ülejäänu hajub soojuse kujul:

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

2. Oksüdatiivne fosforüülimine Kas ATP sünteesi protsess on tingitud orgaaniliste ainete hapnikuga oksüdeerumise energiast. See protsess avastati 1930ndate alguses. XX sajand. V.A. Engelhardt. Orgaaniliste ainete oksüdeerimisprotsessid toimuvad mitokondrites. Ligikaudu 55% selle protsessi käigus vabanevast energiast (umbes 2600 kJ / mol glükoosi) muundatakse energiaks keemilised sidemed ATP ja 45% hajub soojusena.

Oksüdatiivne fosforüülimine on palju tõhusam kui anaeroobsed sünteesid: kui glükoosimolekuli lagunemise ajal glükolüüsi käigus sünteesitakse ainult 2 ATP molekuli, siis oksüdatiivse fosforüülimise käigus tekib 36 ATP molekuli.

3. Fotofosforüülimine- päikesevalguse energiast tingitud ATP sünteesi protsess. See ATP sünteesi rada on iseloomulik ainult rakkudele, mis on võimelised fotosünteesima (rohelised taimed, tsüanobakterid). Päikesevalguse kvantide energiat kasutavad fotosünteesid fotosünteesi valgusfaasis ATP sünteesiks.

3. ATP bioloogiline tähtsus

ATP on raku metaboolsete protsesside keskmes, olles ühenduslüliks bioloogilise sünteesi ja lagunemise vahel. ATP rolli rakus saab võrrelda aku omaga, kuna ATP hüdrolüüsi käigus vabaneb energia, mis on vajalik erinevate elutähtsate protsesside jaoks ("tühjenemine"), ja fosforüülimise protsessis ("laadimine") ), ATP kogub taas energiat.

ATP hüdrolüüsi käigus vabaneva energia tõttu toimuvad rakus ja kehas peaaegu kõik elutähtsad protsessid: närviimpulsid, ainete biosüntees, lihaste kokkutõmbed, ainete transport jne.

III. Teadmiste konsolideerimine

Bioloogiliste probleemide lahendus

Probleem 1. Kiirelt joostes hingame sageli ja tekib higistamine. Selgitage neid nähtusi.

Probleem 2. Miks hakkavad tarduvad inimesed külma käes trampima ja hüppama?

Ülesanne 3. I. Ilfi ja E. Petrovi tuntud teoses "Kaksteist tooli" paljude seas kasulikke näpunäiteid leiate ka selle: "Hinga sügavalt sisse, sa oled ärritunud." Proovige seda nõu õigustada kehas toimuvate energiaprotsesside osas.

IV. Kodutöö

Alustage testi ja testi ettevalmistamist (dikteerige testiküsimused - vt õppetund 21).

Õppetund 20. Teadmiste üldistamine jaotises "Elu keemiline korraldus"

Varustus: tabeleid üldbioloogia kohta.

I. Jao teadmiste üldistamine

Õpilaste töö küsimustega (individuaalselt), millele järgneb kontroll ja arutelu

1. Too näiteid orgaanilistest ühenditest, mille hulka kuuluvad süsinik, väävel, fosfor, lämmastik, raud, mangaan.

2. Kuidas eristada elusrakku surnud rakust selle ioonilise koostise järgi?

3. Millised ained on rakus lahustumata kujul? Millistesse elunditesse ja kudedesse nad sisenevad?

4. Too näiteid makrotoitainete kohta, mis sisalduvad ensüümide aktiivsetes keskustes.

5. Millised hormoonid sisaldavad mikroelemente?

6. Milline on halogeenide roll inimkehas?

7. Mille poolest erinevad valgud kunstlikest polümeeridest?

8. Mis vahe on peptiididel ja valkudel?

9. Mis nime kannab valk, mis on osa hemoglobiinist? Mitmest allüksusest see koosneb?

10. Mis on ribonukleaas? Mitu aminohapet selles on? Millal see kunstlikult sünteesiti?

11. Miks on keemiliste reaktsioonide kiirus ilma ensüümideta madal?

12. Milliseid aineid valgud transpordivad läbi rakumembraani?

13. Mis vahe on antikehadel ja antigeenidel? Kas vaktsiinid sisaldavad antikehi?

14. Millisteks aineteks valgud organismis lagunevad? Kui palju energiat sel juhul vabaneb? Kus ja kuidas ammoniaak neutraliseeritakse?

15. Too näide peptiidhormoonidest: kuidas nad osalevad raku ainevahetuse reguleerimises?

16. Milline on suhkru struktuur, millega me teed joome? Milliseid kolme muud selle aine sünonüümi teate?

17. Miks piimarasv ei kogune pinnale, vaid on suspensiooni kujul?

18. Kui suur on DNA mass somaatiliste ja sugurakkude tuumas?

19. Kui palju ATP -d inimene päevas kasutab?

20. Millistest valkudest valmistavad inimesed riideid?

Pankrease ribonukleaasi esmane struktuur (124 aminohapet)

II. Kodutöö.

Jätkake ettevalmistust testideks ja katsetöödeks jaotises "Elu keemiline korraldus".

Õppetund 21. Testtund jaotises "Elu keemiline korraldus"

I. Suulise tasakaalustamise läbiviimine küsimustes

1. Raku elementaarne koostis.

2. Organogeensete elementide omadused.

3. Veemolekuli struktuur. Vesinikside ja selle tähtsus elu "keemias".

4. Vee omadused ja bioloogilised funktsioonid.

5. Hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed ained.

6. Katioonid ja nende bioloogiline tähtsus.

7. Anioonid ja nende bioloogiline tähtsus.

8. Polümeerid. Bioloogilised polümeerid. Erinevused partii- ja partiiväliste polümeeride vahel.

9. Lipiidide omadused, nende bioloogilised funktsioonid.

10. Süsivesikute rühmad, mis on jaotatud vastavalt struktuuri omadustele.

11. Süsivesikute bioloogilised funktsioonid.

12. Valkude elementaarne koostis. Aminohapped. Peptiidide moodustumine.

13. Valkude primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur.

14. Bioloogiline funktsioon valgud.

15. Ensüümide ja mittebioloogiliste katalüsaatorite erinevused.

16. Ensüümide struktuur. Koensüümid.

17. Ensüümide toimemehhanism.

18. Nukleiinhapped. Nukleotiidid ja nende struktuur. Polünukleotiidide moodustumine.

19. E. Chargaffi reeglid. Täiendavuse põhimõte.

20. Kaheahelalise DNA molekuli moodustumine ja selle spiraalimine.

21. Rakulise RNA klassid ja nende funktsioonid.

22. DNA ja RNA erinevused.

23. DNA replikatsioon. Transkriptsioon.

24. Struktuur ja bioloogiline roll ATP.

25. ATP moodustumine rakus.

II. Kodutöö

Jätkake testi ettevalmistamist jaotises "Elu keemiline korraldus".

Õppetund 22. Kontrolltund jaotises "Elu keemiline korraldus"

I. Kirjaliku testi läbiviimine

valik 1

1. Aminohappeid on kolme tüüpi - A, B, C. Kui palju polüpeptiidahelate variante, mis koosnevad viiest aminohappest, saate ehitada. Märkige need valikud. Kas neil polüpeptiididel on samad omadused? Miks?

2. Kõik elusolendid koosnevad peamiselt süsinikuühenditest ja süsiniku analoog - räni, mille sisaldus maapõues on 300 korda suurem kui süsinik, leidub vaid väga vähestes organismides. Selgitage seda fakti nende elementide aatomite struktuuri ja omaduste poolest.

3. ATP molekulid, mis olid märgistatud radioaktiivse 32P -ga fosforhappe viimases, kolmandas jäägis, viidi ühte rakku ja ATP molekulid, mis olid märgistatud 32P -ga riboosi lähimas esimeses jäägis, sisestati teise rakku. 5 minuti pärast mõõdeti mõlemas rakus 32P -ga märgistatud anorgaanilise fosfaatiooni sisaldus. Kus see oluliselt kõrgem saab olema?

4. Uuringud on näidanud, et 34% selle mRNA nukleotiidide koguarvust moodustab guaniin, 18% - uratsiil, 28% - tsütosiin ja 20% - adeniin. Määrake kaheahelalise DNA lämmastikaluste protsent, mille valatud osa on näidatud mRNA.

2. valik

1. Rasvad moodustavad "esimese reservi" aastal energiavahetus ja neid kasutatakse siis, kui süsivesikute varu on ammendunud. Kuid skeletilihastes glükoosi ja rasvhapete juuresolekul kasutatakse neid viimaseid suuremal määral. Valke kui energiaallikat kasutatakse alati ainult viimase abinõuna, kui keha nälgib. Selgitage neid fakte.

2. Raskmetallide (elavhõbe, plii jne) ja arseeni ioonid seonduvad kergesti valkude sulfiidrühmadega. Teades nende metallide sulfiidide omadusi, selgitage, mis juhtub valkudega nende metallidega kombineerimisel. Miks on raskmetallid kehale mürgised?

3. Aine A oksüdeerumisel aineks B vabaneb 60 kJ energiat. Mitu ATP molekuli saab selles reaktsioonis maksimaalselt sünteesida? Kuidas kulutatakse ülejäänud energia?

4. Uuringud on näidanud, et guaniin moodustab 27% selle mRNA nukleotiidide koguarvust, 15% uratsiil, 18% tsütosiin ja 40% adeniin. Määrake kaheahelalise DNA lämmastikaluste protsent, mille valatud osa on näidatud mRNA.

Jätkub