ATP pasižymi tuo, kad turi polimero struktūrą. Atf nukleorūgščių struktūra ir funkcija. Nukleotido sąvoka ir jos savybės

Prisiminkite, kas yra monomeras ir polimeras. Kokios medžiagos yra baltymų monomerai? Kuo baltymai kaip polimerai skiriasi nuo krakmolo?

Ypatingą vietą tarp jų užima nukleorūgštys organinės medžiagos ląstelės. Pirmiausia jie buvo išskirti iš ląstelių branduolių, dėl kurių ir gavo savo pavadinimą (iš lotynų branduolio - branduolys). Vėliau nukleorūgščių buvo rasta citoplazmoje ir kai kuriose kitose ląstelės organelėse. Tačiau pirminis pavadinimas jiems buvo išsaugotas.

Nukleino rūgštys, kaip ir baltymai, yra polimerai, tačiau jų nukleotidų monomerai turi sudėtingesnę struktūrą. Nukleotidų skaičius grandinėje gali siekti 30 000. Nukleino rūgštys yra didžiausios molekulinės masės ląstelės organinės medžiagos.

Ryžiai. 24. Nukleotidų sandara ir rūšys

Ląstelėse yra dviejų tipų nukleorūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleino rūgštis (RNR). Jie skiriasi nukleotidų sudėtimi, polinukleotidų grandinės struktūra, molekuline mase ir atliekamomis funkcijomis.

Ryžiai. 25. Polinukleotidinė grandinė

DNR sudėtis ir struktūra. DNR molekulės nukleotidai apima fosforo rūgštį, angliavandenių dezoksiribozę (tai yra DNR pavadinimo priežastis) ir azotines bazes - adeniną (A), timiną (T), guaniną (G), citoziną (C). 24, 25).

Šios bazės poromis atitinka viena kitos struktūrą (A = T, G = C) ir gali būti lengvai sujungtos naudojant vandenilio jungtis. Tokios suporuotos bazės vadinamos papildomomis (iš lotynų kalbos papildo - papildymas).

Britų mokslininkai Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas 1953 metais nustatė, kad DNR molekulę sudaro dvi spirališkai susuktos grandinės. Grandinės stuburą sudaro fosforo rūgšties ir dezoksiribozės liekanos, o azotinės bazės nukreiptos į spiralės vidų (26, 27 pav.). Abi grandinės yra sujungtos viena su kita dėl vandenilio jungčių tarp vienas kitą papildančių bazių.

Ryžiai. 26. DNR molekulės schema

Ląstelėse DNR molekulės randamos branduolyje. Jie sudaro chromatino gijas, o prieš ląstelių dalijimąsi spiralizuojasi, susijungia su baltymais ir virsta chromosomomis. Be to, specifinė DNR randama mitochondrijose ir chloroplastuose.

DNR ląstelėje yra atsakinga už paveldimos informacijos saugojimą ir perdavimą. Jame užkoduota informacija apie visų organizmo baltymų struktūrą. DNR molekulių skaičius yra tam tikro tipo organizmo genetinis bruožas, o nukleotidų seka yra specifinė kiekvienam asmeniui.

RNR struktūra ir tipai. RNR molekulėje yra fosforo rūgšties, angliavandenių - ribozės (taigi ir ribonukleino rūgšties pavadinimas), azoto bazių: adenino (A), uracilo (U), guanino (G), citozino (C). Vietoj timino čia randamas uracilas, kuris papildo adeniną (A = Y). RNR molekulės, priešingai nei DNR, susideda iš vienos polinukleotidų grandinės (25 pav.), Kuri gali turėti tiesias ir spiralines sekcijas, ir sudaro kilpas tarp vienas kitą papildančių bazių, naudojant vandenilio jungtis. RNR molekulinė masė yra žymiai mažesnė nei DNR.

Ląstelėse RNR molekulės randamos branduolyje, citoplazmoje, chloroplastuose, mitochondrijose ir ribosomose. Yra trys RNR tipai, kurie turi skirtingą molekulinį svorį, molekulinę formą ir skirtingas funkcijas.

„Messenger“ RNR (mRNR) perduoda informaciją apie baltymo struktūrą nuo DNR iki jo sintezės vietos ribosomose. Kiekvienoje mRNR molekulėje yra išsami informacija, reikalinga vienos baltymo molekulės sintezei. Iš visų RNR tipų didžiausia mRNR.

Ryžiai. 27. Dviguba DNR molekulės spiralė (trimatis modelis)

Transporto RNR (tRNR) yra trumpiausios molekulės. Jų struktūra savo forma primena dobilo lapą (62 pav.). Jie perneša amino rūgštis į baltymų sintezės vietą ribosomose.

Ribosominė RNR (rRNR) sudaro daugiau nei 80% visos ląstelės RNR masės ir kartu su baltymais yra ribosomų dalis.

ATP. Be polinukleotidų grandinių, ląstelėje yra mononukleotidų, kurių sudėtis ir struktūra yra tokia pati kaip nukleotidų, sudarančių DNR ir RNR. Svarbiausias iš jų yra ATP - adenozino trifosfatas.

ATP molekulę sudaro ribozė, adeninas ir trys fosforo rūgšties liekanos, tarp kurių yra dvi didelės energijos jungtys (28 pav.). Kiekvieno iš jų energija yra 30,6 kJ / mol. Todėl jis vadinamas makroerginiu, priešingai nei paprastas ryšys, kurio energija yra apie 13 kJ / mol. Skaldant vieną ar dvi fosforo rūgšties liekanas iš ATP molekulės, susidaro atitinkamai ADP (adenozino difosfatas) arba AMP (adenozino monofosfatas) molekulė. Šiuo atveju energija išsiskiria du su puse karto daugiau, nei suskaidžius kitas organines medžiagas.

Ryžiai. 28. Alenozino trifosfato (ATP) molekulės sandara ir jos vaidmuo energijos konversijoje

ATP yra pagrindinė medžiagų apykaitos procesų ląstelėje medžiaga ir universalus energijos šaltinis. ATP molekulių sintezė vyksta mitochondrijose, chloroplastuose. Energija kaupiama dėl organinių medžiagų oksidacijos reakcijų ir saulės energijos kaupimosi. Ląstelė naudoja šią sukauptą energiją visuose gyvybės procesuose.

Pratimai ant uždengtos medžiagos

  1. Kas yra nukleorūgščių monomeras? Iš kokių komponentų jis susideda?
  2. Kuo nukleorūgštys kaip polimerai skiriasi nuo baltymų?
  3. Kas yra papildomumas? Pavadinkite genčių bazių grupę. Kokie ryšiai tarp jų susiformuoja?
  4. Kokį vaidmenį RNR molekulės vaidina gyvuose gamtos kūnuose?
  5. ATP funkcija ląstelėje kartais lyginama su įkraunama baterija arba baterija. Paaiškinkite šio palyginimo prasmę.

Visa gyvybė planetoje susideda iš daugybės ląstelių, kurios dėl branduolyje esančios genetinės informacijos palaiko savo organizacijos tvarką. Jį saugo, realizuoja ir perduoda sudėtingi didelės molekulės junginiai - nukleorūgštys, susidedančios iš monomerinių vienetų - nukleotidų. Negalima per daug pabrėžti nukleorūgščių vaidmens. Jų struktūros stabilumas lemia normalią gyvybinę organizmo veiklą, o bet kokie struktūros nukrypimai neišvengiamai lemia ląstelių organizavimo, fiziologinių procesų aktyvumo ir apskritai ląstelių gyvybingumo pasikeitimą.

Nukleotido sąvoka ir jos savybės

Kiekviena arba RNR yra surinkta iš mažesnių monomerinių junginių - nukleotidų. Kitaip tariant, nukleotidas yra statybinė medžiaga nukleorūgštims, kofermentams ir daugeliui kitų biologinių junginių, kurie yra gyvybiškai svarbūs ląstelei.

Pagrindinės šių nepakeičiamų medžiagų savybės yra šios:

Saugoti informaciją apie paveldimus bruožus;
... augimo ir dauginimosi kontrolė;
... dalyvavimas medžiagų apykaitoje ir daugelyje kitų fiziologinių procesų ląstelėje.

Kalbant apie nukleotidus, negalima tik susimąstyti apie tokį svarbų klausimą kaip jų struktūra ir sudėtis.

Kiekvienas nukleotidas susideda iš:

Cukraus likučiai;
... azoto bazė;
... fosfato grupė arba fosforo rūgšties liekana.

Galima sakyti, kad nukleotidas yra sudėtingas organinis junginys. Priklausomai nuo azotinių bazių rūšinės sudėties ir pentozės tipo nukleotidų struktūroje, nukleorūgštys skirstomos į:

Dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR;
... ribonukleino rūgštis arba RNR.

Nukleino rūgšties sudėtis

Nukleino rūgštyse cukrų žymi pentozė. Tai penkių anglių cukrus, DNR jis vadinamas dezoksiriboze, RNR-riboze. Kiekviena pentozės molekulė turi penkis anglies atomus, keturi iš jų kartu su deguonies atomu sudaro penkių narių žiedą, o penktoji priklauso HO-CH2 grupei.

Kiekvieno anglies atomo padėtis pentozės molekulėje žymima arabišku skaitmeniu su pradmeniu (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Kadangi visi nukleorūgšties molekulės skaitymo procesai yra griežtai nukreipti, anglies atomų numeracija ir jų išdėstymas žiede yra savotiškas teisingos krypties rodiklis.

Hidroksilo grupėje fosforo rūgšties liekana yra prijungta prie trečiojo ir penktojo anglies atomų (3C´ ir 5C´). Tai taip pat nustato cheminę DNR ir RNR priklausymą rūgščių grupei.

Azoto bazė yra prijungta prie pirmojo anglies atomo (1C´) cukraus molekulėje.

Rūšinė azoto bazių sudėtis

Azoto bazėje esantys DNR nukleotidai yra keturių tipų:

Adeninas (A);
... guaninas (G);
... citozinas (C);
... timinas (T).

Pirmieji du priklauso purinų klasei, paskutiniai du - pirimidinai. Kalbant apie molekulinę masę, purinai visada yra sunkesni už pirimidinus.

Pateikiami RNR nukleotidai azoto bazėje:

Adeninas (A);
... guaninas (G);
... citozinas (C);
... uracilis (U).

Uracilis, kaip ir timinas, yra pirimidino bazė.

Mokslinėje literatūroje dažnai galite rasti kitą azoto bazių pavadinimą - lotyniškomis raidėmis (A, T, C, G, U).

Leiskite mums išsamiau apsvarstyti purinų ir pirimidinų cheminę struktūrą.

Pirimidinai, būtent citozinas, timinas ir uracilas, susideda iš dviejų azoto ir keturių anglies atomų, sudarydami šešių narių žiedą. Kiekvienas atomas turi savo skaičių nuo 1 iki 6.

Purinus (adeniną ir guaniną) sudaro pirimidinas ir imidazolas arba du heterociklai. Purino pagrindo molekulę sudaro keturi azoto atomai ir penki anglies atomai. Kiekvienas atomas yra sunumeruotas nuo 1 iki 9.

Dėl azoto bazės ir pentozės liekanų derinio susidaro nukleozidas. Nukleotidas yra nukleozido ir fosfatų grupės junginys.

Fosfodiesterinių jungčių susidarymas

Svarbu suprasti klausimą, kaip nukleotidai susijungia į polipeptidinę grandinę ir sudaro nukleorūgšties molekulę. Taip yra dėl vadinamųjų fosfodiesterinių jungčių.

Dviejų nukleotidų sąveika suteikia dinukleotidą. Naujas junginys susidaro kondensacijos būdu, kai tarp vieno monomero fosfato liekanos ir kito pentozės hidroksi grupės atsiranda fosfodiesterinis ryšys.

Polinukleotidų sintezė yra pakartotas šios reakcijos kartojimas (kelis milijonus kartų). Polinukleotidų grandinė sukurta formuojant fosfodiesterinius ryšius tarp trečiojo ir penktojo angliavandenilių (3C´ ir 5C´).

Polinukleotido surinkimas yra sudėtingas procesas, apimantis fermentą DNR polimerazę, kuri užtikrina grandinės augimą tik iš vieno galo (3´) su laisva hidroksi grupe.

DNR molekulės struktūra

DNR molekulė, kaip ir baltymas, gali turėti pirminę, antrinę ir tretinę struktūrą.

Nukleotidų seka DNR grandinėje lemia jo pirminį susidarymą dėl vandenilio ryšių, kurie grindžiami papildomumo principu. Kitaip tariant, dublio sintezės metu veikia tam tikras modelis: vienos grandinės adeninas atitinka kitos timiną, guaninas - citoziną ir atvirkščiai. Adenino ir timino arba guanino ir citozino poros susidaro dėl dviejų vandenilio jungčių pirmuoju ir trijų - pastaruoju atveju. Šis nukleotidų ryšys užtikrina tvirtą ryšį tarp grandinių ir vienodą atstumą tarp jų.

Žinant vienos DNR grandinės nukleotidų seką, antrąją galima užbaigti pagal papildomumo arba papildymo principą.

Tretinė DNR struktūra susidaro dėl sudėtingų trimatių ryšių, todėl jos molekulė tampa kompaktiškesnė ir gali tilpti į mažą ląstelių tūrį. Pavyzdžiui, E. coli DNR ilgis yra didesnis nei 1 mm, o ląstelės ilgis yra mažesnis nei 5 mikronai.

Nukleotidų skaičius DNR, būtent jų kiekybinis santykis, paklūsta Chergaffo taisyklei (purino bazių skaičius visada lygus pirimidino bazių skaičiui). Atstumas tarp nukleotidų yra pastovi vertė, lygi 0,34 nm, taip pat jų molekulinė masė.

RNR molekulės struktūra

RNR vaizduojama viena polinukleotidų grandinė, susidaranti tarp pentozės (šiuo atveju ribozės) ir fosfato liekanos. Jis yra daug trumpesnis nei DNR. Iki rūšies sudėtis Taip pat yra nukleotido azoto bazių skirtumų. RNR vietoj timino pirimidino bazės naudojamas uracilis. Priklausomai nuo organizme atliekamų funkcijų, yra trijų tipų RNR.

Ribosominė (rRNR) - paprastai yra nuo 3000 iki 5000 nukleotidų. Kaip būtinas struktūrinis komponentas jis dalyvauja formuojant aktyvų ribosomų centrą, vieno svarbiausių ląstelės procesų - baltymų biosintezės - vietą.
... Transportas (tRNR) - susideda iš vidutiniškai 75–95 nukleotidų, atlieka norimos aminorūgšties perkėlimą į polipeptidų sintezės vietą ribosomoje. Kiekvienas tRNR tipas (mažiausiai 40) turi savo monomerų ar nukleotidų seką, būdingą tik jam.
... Informacinė (mRNR) yra labai įvairi nukleotidų sudėtyje. Jis perduoda genetinę informaciją iš DNR į ribosomas, veikia kaip baltymų molekulės sintezės matrica.

Nukleotidų vaidmuo organizme

Nukleotidai ląstelėje atlieka keletą svarbių funkcijų:

Naudojamas kaip nukleorūgščių (purino ir pirimidino nukleotidų) statybinė medžiaga;
... dalyvauti daugelyje medžiagų apykaitos procesų ląstelėje;
... yra ATP dalis - pagrindinis energijos šaltinis ląstelėse;
... veikti kaip redukcinių ekvivalentų nešėjai ląstelėse (NAD +, NADP +, FAD, FMN);
... atlieka bioreguliatorių funkciją;
... gali būti laikomi antraisiais tarpląstelinės reguliarios sintezės pasiuntiniais (pavyzdžiui, cAMP arba cGMP).

Nukleotidas yra monomerinis vienetas, kuris sudaro sudėtingesnius junginius - nukleorūgštis, be kurių neįmanoma perduoti genetinės informacijos, jos saugoti ir atgaminti. Laisvieji nukleotidai yra pagrindiniai signalizacijos ir energijos procesų komponentai, palaikantys normalų ląstelių ir viso kūno funkcionavimą.

Į nukleorūgštys apima didelio polimero junginius, kurie hidrolizės metu suyra į purino ir pirimidino bazes, pentozę ir fosforo rūgštį. Nukleino rūgštyse yra anglies, vandenilio, fosforo, deguonies ir azoto. Yra dvi nukleorūgščių klasės: ribonukleino rūgštys (RNR) ir dezoksiribonukleorūgštys (DNR).

DNR struktūra ir funkcijos

DNR- polimeras, kurio monomerai yra dezoksiribonukleotidai. Dvigubos spiralės formos DNR molekulės erdvinės struktūros modelį 1953 m. Pasiūlė J. Watsonas ir F. Crickas (šiam modeliui sukurti panaudojo M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaffas).

DNR molekulė suformuotas iš dviejų polinukleotidų grandinių, spirališkai susuktų viena aplink kitą ir kartu aplink įsivaizduojamą ašį, t.y. yra dviguba spiralė (išimtis - kai kurie DNR virusai turi vienos grandinės DNR). DNR dvigubos spiralės skersmuo yra 2 nm, atstumas tarp gretimų nukleotidų yra 0,34 nm, o kiekviename spiralės posūkyje yra 10 bazinių porų. Molekulės ilgis gali siekti kelis centimetrus. Molekulinė masė - dešimtys ir šimtai milijonų. Bendras žmogaus ląstelės branduolio DNR ilgis yra apie 2 m. Eukariotinėse ląstelėse DNR sudaro kompleksus su baltymais ir turi specifinę erdvinę struktūrą.

Monomero DNR - nukleotidas (dezoksiribonukleotidas)- susideda iš trijų medžiagų likučių: 1) azoto bazės, 2) penkių anglies monosacharidų (pentozės) ir 3) fosforo rūgšties. Azotinės nukleorūgščių bazės priklauso pirimidinų ir purinų klasėms. DNR pirimidino bazės(jų molekulėje yra vienas žiedas) - timinas, citozinas. Purino bazės(turi du žiedus) - adeninas ir guaninas.

DNR nukleotido monosacharidą vaizduoja dezoksiribozė.

Nukleotido pavadinimas kilęs iš atitinkamos bazės pavadinimo. Nukleotidai ir azoto bazės žymimos didžiosiomis raidėmis.

Polinukleotidų grandinė susidaro dėl nukleotidų kondensacijos reakcijų. Šiuo atveju tarp vieno nukleotido dezoksiribozės liekanos 3'-anglies ir kito fosforo rūgšties liekanos, fosfoeterio ryšys(priklauso stiprių kovalentinių obligacijų kategorijai). Vienas polinukleotidų grandinės galas baigiasi 5 colių anglimi (vadinamas 5 colių galu), kitas - 3 colių anglies (3 colių) galu.

Antroji grandinė yra priešais vieną nukleotidų grandinę. Šių dviejų grandinių nukleotidų išsidėstymas nėra atsitiktinis, bet griežtai apibrėžtas: timinas visada yra priešais vienos grandinės adeniną kitoje grandinėje, o citozinas visada yra prieš guaniną, tarp vandenilio ir timino atsiranda dvi vandenilio jungtys ryšiai tarp guanino ir citozino. Šablonas, pagal kurį skirtingų DNR grandinių nukleotidai yra griežtai išdėstyti (adeninas - timinas, guaninas - citozinas) ir selektyviai jungiasi vienas su kitu, vadinamas papildomumo principas... Pažymėtina, kad J. Watsonas ir F. Crickas suprato papildomumo principą, perskaitę E. Chargaffo kūrinius. E. Chargaffas, studijavęs puiki suma audinių ir organų mėginiai skirtingi organizmai, nustatė, kad bet kuriame DNR fragmente guanino liekanų kiekis visada tiksliai atitinka citozino, o adenino - timino kiekį ( „Chargaffo taisyklė“), tačiau jis negalėjo paaiškinti šio fakto.

Iš papildomumo principo matyti, kad vienos grandinės nukleotidų seka lemia kitos nukleotidų seką.

DNR grandinės yra antiparallelinės (daugiakryptės), t.y. skirtingų gijų nukleotidai yra priešingomis kryptimis, todėl priešais vienos sruogos 3 colių galą yra kitos 5 colių galas. DNR molekulė kartais lyginama su spiraliniais laiptais. Šių laiptų „turėklai“ yra cukraus fosfato pagrindas (kintamos dezoksiribozės ir fosforo rūgšties liekanos); „Žingsniai“ - papildančios azoto bazės.

DNR funkcija- paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas.

DNR replikacija (reduplikacija)

- savęs padvigubinimo procesas, pagrindinė DNR molekulės savybė. Replikacija priklauso matricos sintezės reakcijų, kuriose dalyvauja fermentai, kategorijai. Veikiant fermentams, DNR molekulė atsiskleidžia, o aplink kiekvieną grandinę užbaigiama nauja grandinė, kuri veikia kaip matrica pagal papildomumo ir antiparalelizmo principus. Taigi kiekvienos dukters DNR viena grandis yra motininė, o kita naujai susintetinta. Šis sintezės metodas vadinamas pusiau konservatyvus.

„Statybinė medžiaga“ ir energijos šaltinis replikacijai yra dezoksiribonukleozidų trifosfatai(ATP, TTF, GTP, CTP), kuriame yra trys fosforo rūgšties liekanos. Kai dezoksiribonukleozidų trifosfatai yra įtraukti į polinukleotidų grandinę, dvi galinės fosforo rūgšties liekanos yra suskaidomos, o išleista energija naudojama fosfodiesteriniam ryšiui tarp nukleotidų suformuoti.

Replikacijoje dalyvauja šie fermentai:

  1. helikazės („išvynioti“ DNR);
  2. destabilizuojantys baltymai;
  3. DNR topoizomerazės (DNR supjaustoma);
  4. DNR polimerazės (dezoksiribonukleozidų trifosfatai parenkami ir papildomai pritvirtinami prie šablono DNR grandinės);
  5. RNR primatai (sudaro RNR pradmenis, pradmenis);
  6. DNR ligazės (DNR fragmentų susiuvimas).

Helikazių pagalba jis atsiskleidžia tam tikruose DNR regionuose, viengrandės DNR sritis suriša destabilizuojantys baltymai ir replikacijos šakutė... Kai yra 10 bazinių porų (vienas spiralės posūkis) neatitikimas, DNR molekulė turi visiškai apsisukti aplink savo ašį. Siekiant užkirsti kelią šiam sukimui, DNR topoizomerazė suskaido vieną DNR grandinę ir leidžia jai suktis aplink antrąją grandinę.

DNR polimerazė gali prijungti nukleotidą tik prie ankstesnio nukleotido deoksiribozės 3 "anglies, todėl šis fermentas gali judėti išilgai šablono DNR tik viena kryptimi: nuo 3" galo iki 5 "galo šio šablono DNR ., tada jos skirtingose ​​grandinėse dukterinių polinukleotidų grandinių surinkimas vyksta įvairiais būdais ir priešingomis kryptimis. 3 "-5" grandinėje dukterinės polinukleotidų grandinės sintezė vyksta be pertrūkių; pirmaujantis... 5 -3 grandinėje - su pertrūkiais, fragmentais ( Okazaki fragmentai), kurie, pasibaigus DNR ligazių replikacijai, susiuvami į vieną grandinę; ši vaikų grandinė bus vadinama atsilikęs (atsilikęs).

DNR polimerazės ypatybė yra ta, kad ji gali pradėti savo darbą tik nuo "Sėklos" (gruntas). „Pradmenų“ vaidmenį atlieka trumpos RNR sekos, suformuotos dalyvaujant RNR primatų fermentui ir suporuotos su šablono DNR. RNR pradmenys pašalinami baigus surinkti polinukleotidų grandines.

Prokariotuose ir eukariotuose replikacija vyksta panašiai. DNR sintezės greitis prokariotuose yra eilės tvarka didesnis (1000 nukleotidų per sekundę) nei eukariotuose (100 nukleotidų per sekundę). Replikacija prasideda vienu metu keliuose DNR molekulės regionuose. DNR fragmentas iš vieno replikacijos pradžios taško į kitą sudaro replikacijos vienetą - replikonas.

Replikacija vyksta prieš ląstelių dalijimąsi. Dėl šio DNR gebėjimo paveldima informacija iš motinos ląstelės perduodama dukrai.

Remontas („remontas“)

Atlyginimas vadinamas DNR nukleotidų sekos pažeidimų taisymo procesu. Jį atlieka specialios ląstelės fermentų sistemos ( atstatyti fermentus). Atkuriant DNR struktūrą, galima išskirti šiuos etapus: 1) DNR atkuriančios nukleazės atpažįsta ir pašalina pažeistą vietą, dėl to susidaro tarpas DNR grandinėje; 2) DNR polimerazė užpildo šią spragą, nukopijuodama informaciją iš antrosios („geros“) grandinės; 3) DNR ligazė „susieja“ nukleotidus, užbaigdama remontą.

Labiausiai tiriami trys remonto mechanizmai: 1) fotoreparacija, 2) ekscizinis arba išankstinis replikacinis remontas, 3) remontas po replikacijos.

DNR struktūros pokyčiai ląstelėje nuolat vyksta veikiant reaktyviems metabolitams, ultravioletinei spinduliuotei, sunkiesiems metalams ir jų druskoms ir kt. Todėl remonto sistemų defektai padidina mutacijų procesus, yra paveldimų ligų priežastis (pigmentinės kserodermija, progerija ir kt.).

RNR struktūra ir funkcija

- polimeras, kurio monomerai yra ribonukleotidai... Skirtingai nuo DNR, RNR sudaro ne dvi, o viena polinukleotidų grandinė (išskyrus tai, kad kai kurie RNR turintys virusai turi dvigubą RNR). RNR nukleotidai gali tarpusavyje sudaryti vandenilio ryšius. RNR grandinės yra daug trumpesnės nei DNR grandinės.

RNR monomeras - nukleotidas (ribonukleotidas)- susideda iš trijų medžiagų likučių: 1) azoto bazės, 2) penkių anglies monosacharidų (pentozės) ir 3) fosforo rūgšties. RNR azoto bazės taip pat priklauso pirimidino ir purino klasei.

RNR pirimidino bazės - uracilas, citozinas, purino bazės - adeninas ir guaninas. RNR nukleotidų monosacharidą žymi ribozė.

Paskirti trijų tipų RNR: 1) informacinis(pasiuntinys) RNR - mRNR (mRNR), 2) transportas RNR - tRNR, 3) ribosominis RNR - rRNR.

Visos RNR rūšys yra nešakoti polinukleotidai, turi specifinę erdvinę konformaciją ir dalyvauja baltymų sintezės procesuose. Informacija apie visų tipų RNR struktūrą saugoma DNR. RNR sintezės procesas DNR šablone vadinamas transkripcija.

Transporto RNR paprastai yra 76 (nuo 75 iki 95) nukleotidų; molekulinė masė - 25 000–30 000. tRNR sudaro apie 10% viso ląstelės RNR kiekio. TRNR funkcijos: 1) amino rūgščių transportavimas į baltymų sintezės vietą, į ribosomas, 2) transliacijos tarpininkas. Ląstelėje yra apie 40 tipų tRNR, kurių kiekviena turi tik jai būdingų nukleotidų seką. Tačiau visos tRNR turi keletą intramolekulinių vienas kitą papildančių regionų, dėl kurių tRNR įgauna dobilo lapo konformaciją. Bet kuri tRNR turi kilpą, skirtą kontaktuoti su ribosoma (1), antikodono kilpą (2), kilpą, skirtą sąlyčiui su fermentu (3), akceptoriaus stiebą (4) ir antikodoną (5). Aminorūgštis prisijungia prie 3 colių akceptoriaus stiebo galo. Antikodonas- trys nukleotidai, „atpažįstantys“ mRNR kodoną. Reikėtų pabrėžti, kad specifinė tRNR gali pernešti griežtai apibrėžtą aminorūgštį, atitinkančią jos antikodoną. Aminorūgščių ir tRNR derinio specifiškumas pasiekiamas dėl fermento aminoacil-tRNR sintetazės savybių.

Ribosominė RNR yra 3000-5000 nukleotidų; molekulinė masė-1 000 000–1 500 000. rRNR sudaro 80–85% viso ląstelės RNR kiekio. Kartu su ribosominiais baltymais rRNR sudaro ribosomas - organelius, kurie atlieka baltymų sintezę. Eukariotinėse ląstelėse rRNR sintezė vyksta branduoliuose. RRNA funkcijos: 1) būtinas ribosomų struktūrinis komponentas ir taip užtikrinamas ribosomų funkcionavimas; 2) ribosomos ir tRNR sąveikos užtikrinimas; 3) pradinis ribosomos ir mRNR iniciatoriaus kodono surišimas ir skaitymo rėmo nustatymas, 4) aktyvaus ribosomos centro susidarymas.

„Messenger“ RNR yra įvairios nukleotidų kiekio ir molekulinės masės (nuo 50 000 iki 4 000 000). MRNA sudaro iki 5% viso ląstelės RNR kiekio. MRNR funkcijos: 1) genetinės informacijos perkėlimas iš DNR į ribosomas, 2) baltymo molekulės sintezės matrica, 3) baltymo molekulės pirminės struktūros aminorūgščių sekos nustatymas.

ATP struktūra ir funkcijos

Adenozino trifosforo rūgštis (ATP)- universalus šaltinis ir pagrindinis energijos kaupiklis gyvose ląstelėse. ATP yra visose augalų ir gyvūnų ląstelėse. ATP kiekis vidutiniškai yra 0,04% (šlapio ląstelės svorio), didžiausias ATP kiekis (0,2–0,5%) yra skeleto raumenyse.

ATP susideda iš liekanų: 1) azoto bazės (adenino), 2) monosacharido (ribozės), 3) trijų fosforo rūgščių. Kadangi ATP yra ne viena, o trys fosforo rūgšties liekanos, jis priklauso ribonukleozidų trifosfatams.

Daugeliui ląstelių darbo rūšių naudojama ATP hidrolizės energija. Tokiu atveju, kai galutinė fosforo rūgšties liekana yra suskaldyta, ATP virsta ADP (adenozino difosforo rūgštimi), o antroji fosforo rūgšties liekana - AMP (adenozino monofosforo rūgštis). Laisvos energijos išeiga pašalinant tiek galines, tiek antrąsias fosforo rūgšties liekanas yra 30,6 kJ. Skaldant trečiąją fosfatų grupę, išsiskiria tik 13,8 kJ. Ryšiai tarp terminalo ir antrosios, antrosios ir pirmosios fosforo rūgšties liekanų vadinami didelės energijos (didelės energijos).

ATP rezervai nuolat papildomi. Visų organizmų ląstelėse ATP sintezė vyksta fosforilinimo procese, t.y. fosforo rūgšties pridėjimas prie ADP. Fosforilinimas vyksta skirtingo intensyvumo kvėpavimo (mitochondrijų), glikolizės (citoplazmos), fotosintezės (chloroplastų) metu.

ATP yra pagrindinis ryšys tarp procesų, kuriuos lydi energijos išleidimas ir kaupimas, ir procesų, vykstančių sunaudojant energiją. Be to, ATP kartu su kitais ribonukleozidų trifosfatais (GTP, CTP, UTP) yra RNR sintezės substratas.

    Eiti į paskaitos numeris 3„Baltymų struktūra ir funkcijos. Fermentai "

    Eiti į paskaitos Nr„Ląstelių teorija. Korinio organizavimo tipai "

Į nukleorūgštys apima didelio polimero junginius, kurie hidrolizės metu suyra į purino ir pirimidino bazes, pentozę ir fosforo rūgštį. Nukleino rūgštyse yra anglies, vandenilio, fosforo, deguonies ir azoto. Yra dvi nukleorūgščių klasės: ribonukleino rūgštys (RNR) ir dezoksiribonukleorūgštys (DNR).

DNR struktūra ir funkcijos

DNR- polimeras, kurio monomerai yra dezoksiribonukleotidai. Dvigubos spiralės formos DNR molekulės erdvinės struktūros modelį 1953 m. Pasiūlė J. Watsonas ir F. Crickas (šiam modeliui sukurti panaudojo M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaffas).

DNR molekulė suformuotas iš dviejų polinukleotidų grandinių, spirališkai susuktų viena aplink kitą ir kartu aplink įsivaizduojamą ašį, t.y. yra dviguba spiralė (išimtis - kai kurie DNR virusai turi vienos grandinės DNR). DNR dvigubos spiralės skersmuo yra 2 nm, atstumas tarp gretimų nukleotidų yra 0,34 nm, o kiekviename spiralės posūkyje yra 10 bazinių porų. Molekulės ilgis gali siekti kelis centimetrus. Molekulinė masė - dešimtys ir šimtai milijonų. Bendras žmogaus ląstelės branduolio DNR ilgis yra apie 2 m. Eukariotinėse ląstelėse DNR sudaro kompleksus su baltymais ir turi specifinę erdvinę struktūrą.

Monomero DNR - nukleotidas (dezoksiribonukleotidas)- susideda iš trijų medžiagų likučių: 1) azoto bazės, 2) penkių anglies monosacharidų (pentozės) ir 3) fosforo rūgšties. Azotinės nukleorūgščių bazės priklauso pirimidinų ir purinų klasėms. DNR pirimidino bazės(jų molekulėje yra vienas žiedas) - timinas, citozinas. Purino bazės(turi du žiedus) - adeninas ir guaninas.

DNR nukleotido monosacharidą vaizduoja dezoksiribozė.

Nukleotido pavadinimas kilęs iš atitinkamos bazės pavadinimo. Nukleotidai ir azoto bazės žymimos didžiosiomis raidėmis.

Polinukleotidų grandinė susidaro dėl nukleotidų kondensacijos reakcijų. Šiuo atveju tarp vieno nukleotido dezoksiribozės liekanos 3'-anglies ir kito fosforo rūgšties liekanos, fosfoeterio ryšys(priklauso stiprių kovalentinių obligacijų kategorijai). Vienas polinukleotidų grandinės galas baigiasi 5 colių anglimi (vadinamas 5 colių galu), kitas - 3 colių anglies (3 colių) galu.

Antroji grandinė yra priešais vieną nukleotidų grandinę. Šių dviejų grandinių nukleotidų išsidėstymas nėra atsitiktinis, bet griežtai apibrėžtas: timinas visada yra priešais vienos grandinės adeniną kitoje grandinėje, o citozinas visada yra prieš guaniną, tarp vandenilio ir timino atsiranda dvi vandenilio jungtys ryšiai tarp guanino ir citozino. Šablonas, pagal kurį skirtingų DNR grandinių nukleotidai yra griežtai išdėstyti (adeninas - timinas, guaninas - citozinas) ir selektyviai jungiasi vienas su kitu, vadinamas papildomumo principas... Pažymėtina, kad J. Watsonas ir F. Crickas suprato papildomumo principą, perskaitę E. Chargaffo kūrinius. E. Chargaffas, ištyręs daugybę įvairių organizmų audinių ir organų mėginių, nustatė, kad bet kuriame DNR fragmente guanino liekanų kiekis visada tiksliai atitinka citozino, o adenino - timino ( „Chargaffo taisyklė“), tačiau jis negalėjo paaiškinti šio fakto.

Iš papildomumo principo matyti, kad vienos grandinės nukleotidų seka lemia kitos nukleotidų seką.

DNR grandinės yra antiparallelinės (daugiakryptės), t.y. skirtingų gijų nukleotidai yra priešingomis kryptimis, todėl priešais vienos sruogos 3 colių galą yra kitos 5 colių galas. DNR molekulė kartais lyginama su spiraliniais laiptais. Šių laiptų „turėklai“ yra cukraus fosfato pagrindas (kintamos dezoksiribozės ir fosforo rūgšties liekanos); „Žingsniai“ - papildančios azoto bazės.

DNR funkcija- paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas.

DNR replikacija (reduplikacija)

- savęs padvigubinimo procesas, pagrindinė DNR molekulės savybė. Replikacija priklauso matricos sintezės reakcijų, kuriose dalyvauja fermentai, kategorijai. Veikiant fermentams, DNR molekulė atsiskleidžia, o aplink kiekvieną grandinę užbaigiama nauja grandinė, kuri veikia kaip matrica pagal papildomumo ir antiparalelizmo principus. Taigi kiekvienos dukters DNR viena grandis yra motininė, o kita naujai susintetinta. Šis sintezės metodas vadinamas pusiau konservatyvus.

„Statybinė medžiaga“ ir energijos šaltinis replikacijai yra dezoksiribonukleozidų trifosfatai(ATP, TTF, GTP, CTP), kuriame yra trys fosforo rūgšties liekanos. Kai dezoksiribonukleozidų trifosfatai yra įtraukti į polinukleotidų grandinę, dvi galinės fosforo rūgšties liekanos yra suskaidomos, o išleista energija naudojama fosfodiesteriniam ryšiui tarp nukleotidų suformuoti.

Replikacijoje dalyvauja šie fermentai:

  1. helikazės („išvynioti“ DNR);
  2. destabilizuojantys baltymai;
  3. DNR topoizomerazės (DNR supjaustoma);
  4. DNR polimerazės (dezoksiribonukleozidų trifosfatai parenkami ir papildomai pritvirtinami prie šablono DNR grandinės);
  5. RNR primatai (sudaro RNR pradmenis, pradmenis);
  6. DNR ligazės (DNR fragmentų susiuvimas).

Helikazių pagalba jis atsiskleidžia tam tikruose DNR regionuose, viengrandės DNR sritis suriša destabilizuojantys baltymai ir replikacijos šakutė... Kai yra 10 bazinių porų (vienas spiralės posūkis) neatitikimas, DNR molekulė turi visiškai apsisukti aplink savo ašį. Siekiant užkirsti kelią šiam sukimui, DNR topoizomerazė suskaido vieną DNR grandinę ir leidžia jai suktis aplink antrąją grandinę.

DNR polimerazė gali prijungti nukleotidą tik prie ankstesnio nukleotido deoksiribozės 3 "anglies, todėl šis fermentas gali judėti išilgai šablono DNR tik viena kryptimi: nuo 3" galo iki 5 "galo šio šablono DNR ., tada jos skirtingose ​​grandinėse dukterinių polinukleotidų grandinių surinkimas vyksta įvairiais būdais ir priešingomis kryptimis. 3 "-5" grandinėje dukterinės polinukleotidų grandinės sintezė vyksta be pertrūkių; pirmaujantis... 5 -3 grandinėje - su pertrūkiais, fragmentais ( Okazaki fragmentai), kurie, pasibaigus DNR ligazių replikacijai, susiuvami į vieną grandinę; ši vaikų grandinė bus vadinama atsilikęs (atsilikęs).

DNR polimerazės ypatybė yra ta, kad ji gali pradėti savo darbą tik nuo "Sėklos" (gruntas). „Pradmenų“ vaidmenį atlieka trumpos RNR sekos, suformuotos dalyvaujant RNR primatų fermentui ir suporuotos su šablono DNR. RNR pradmenys pašalinami baigus surinkti polinukleotidų grandines.

Prokariotuose ir eukariotuose replikacija vyksta panašiai. DNR sintezės greitis prokariotuose yra eilės tvarka didesnis (1000 nukleotidų per sekundę) nei eukariotuose (100 nukleotidų per sekundę). Replikacija prasideda vienu metu keliuose DNR molekulės regionuose. DNR fragmentas iš vieno replikacijos pradžios taško į kitą sudaro replikacijos vienetą - replikonas.

Replikacija vyksta prieš ląstelių dalijimąsi. Dėl šio DNR gebėjimo paveldima informacija iš motinos ląstelės perduodama dukrai.

Remontas („remontas“)

Atlyginimas vadinamas DNR nukleotidų sekos pažeidimų taisymo procesu. Jį atlieka specialios ląstelės fermentų sistemos ( atstatyti fermentus). Atkuriant DNR struktūrą, galima išskirti šiuos etapus: 1) DNR atkuriančios nukleazės atpažįsta ir pašalina pažeistą vietą, dėl to susidaro tarpas DNR grandinėje; 2) DNR polimerazė užpildo šią spragą, nukopijuodama informaciją iš antrosios („geros“) grandinės; 3) DNR ligazė „susieja“ nukleotidus, užbaigdama remontą.

Labiausiai tiriami trys remonto mechanizmai: 1) fotoreparacija, 2) ekscizinis arba išankstinis replikacinis remontas, 3) remontas po replikacijos.

DNR struktūros pokyčiai ląstelėje nuolat vyksta veikiant reaktyviems metabolitams, ultravioletinei spinduliuotei, sunkiesiems metalams ir jų druskoms ir kt. Todėl remonto sistemų defektai padidina mutacijų procesus, yra paveldimų ligų priežastis (pigmentinės kserodermija, progerija ir kt.).

RNR struktūra ir funkcija

- polimeras, kurio monomerai yra ribonukleotidai... Skirtingai nuo DNR, RNR sudaro ne dvi, o viena polinukleotidų grandinė (išskyrus tai, kad kai kurie RNR turintys virusai turi dvigubą RNR). RNR nukleotidai gali tarpusavyje sudaryti vandenilio ryšius. RNR grandinės yra daug trumpesnės nei DNR grandinės.

RNR monomeras - nukleotidas (ribonukleotidas)- susideda iš trijų medžiagų likučių: 1) azoto bazės, 2) penkių anglies monosacharidų (pentozės) ir 3) fosforo rūgšties. RNR azoto bazės taip pat priklauso pirimidino ir purino klasei.

RNR pirimidino bazės - uracilas, citozinas, purino bazės - adeninas ir guaninas. RNR nukleotidų monosacharidą žymi ribozė.

Paskirti trijų tipų RNR: 1) informacinis(pasiuntinys) RNR - mRNR (mRNR), 2) transportas RNR - tRNR, 3) ribosominis RNR - rRNR.

Visos RNR rūšys yra nešakoti polinukleotidai, turi specifinę erdvinę konformaciją ir dalyvauja baltymų sintezės procesuose. Informacija apie visų tipų RNR struktūrą saugoma DNR. RNR sintezės procesas DNR šablone vadinamas transkripcija.

Transporto RNR paprastai yra 76 (nuo 75 iki 95) nukleotidų; molekulinė masė - 25 000–30 000. tRNR sudaro apie 10% viso ląstelės RNR kiekio. TRNR funkcijos: 1) amino rūgščių transportavimas į baltymų sintezės vietą, į ribosomas, 2) transliacijos tarpininkas. Ląstelėje yra apie 40 tipų tRNR, kurių kiekviena turi tik jai būdingų nukleotidų seką. Tačiau visos tRNR turi keletą intramolekulinių vienas kitą papildančių regionų, dėl kurių tRNR įgauna dobilo lapo konformaciją. Bet kuri tRNR turi kilpą, skirtą kontaktuoti su ribosoma (1), antikodono kilpą (2), kilpą, skirtą sąlyčiui su fermentu (3), akceptoriaus stiebą (4) ir antikodoną (5). Aminorūgštis prisijungia prie 3 colių akceptoriaus stiebo galo. Antikodonas- trys nukleotidai, „atpažįstantys“ mRNR kodoną. Reikėtų pabrėžti, kad specifinė tRNR gali pernešti griežtai apibrėžtą aminorūgštį, atitinkančią jos antikodoną. Aminorūgščių ir tRNR derinio specifiškumas pasiekiamas dėl fermento aminoacil-tRNR sintetazės savybių.

Ribosominė RNR yra 3000-5000 nukleotidų; molekulinė masė-1 000 000–1 500 000. rRNR sudaro 80–85% viso ląstelės RNR kiekio. Kartu su ribosominiais baltymais rRNR sudaro ribosomas - organelius, kurie atlieka baltymų sintezę. Eukariotinėse ląstelėse rRNR sintezė vyksta branduoliuose. RRNA funkcijos: 1) būtinas ribosomų struktūrinis komponentas ir taip užtikrinamas ribosomų funkcionavimas; 2) ribosomos ir tRNR sąveikos užtikrinimas; 3) pradinis ribosomos ir mRNR iniciatoriaus kodono surišimas ir skaitymo rėmo nustatymas, 4) aktyvaus ribosomos centro susidarymas.

„Messenger“ RNR yra įvairios nukleotidų kiekio ir molekulinės masės (nuo 50 000 iki 4 000 000). MRNA sudaro iki 5% viso ląstelės RNR kiekio. MRNR funkcijos: 1) genetinės informacijos perkėlimas iš DNR į ribosomas, 2) baltymo molekulės sintezės matrica, 3) baltymo molekulės pirminės struktūros aminorūgščių sekos nustatymas.

ATP struktūra ir funkcijos

Adenozino trifosforo rūgštis (ATP)- universalus šaltinis ir pagrindinis energijos kaupiklis gyvose ląstelėse. ATP yra visose augalų ir gyvūnų ląstelėse. ATP kiekis vidutiniškai yra 0,04% (šlapio ląstelės svorio), didžiausias ATP kiekis (0,2–0,5%) yra skeleto raumenyse.

ATP susideda iš liekanų: 1) azoto bazės (adenino), 2) monosacharido (ribozės), 3) trijų fosforo rūgščių. Kadangi ATP yra ne viena, o trys fosforo rūgšties liekanos, jis priklauso ribonukleozidų trifosfatams.

Daugeliui ląstelių darbo rūšių naudojama ATP hidrolizės energija. Tokiu atveju, kai galutinė fosforo rūgšties liekana yra suskaldyta, ATP virsta ADP (adenozino difosforo rūgštimi), o antroji fosforo rūgšties liekana - AMP (adenozino monofosforo rūgštis). Laisvos energijos išeiga pašalinant tiek galines, tiek antrąsias fosforo rūgšties liekanas yra 30,6 kJ. Skaldant trečiąją fosfatų grupę, išsiskiria tik 13,8 kJ. Ryšiai tarp terminalo ir antrosios, antrosios ir pirmosios fosforo rūgšties liekanų vadinami didelės energijos (didelės energijos).

ATP rezervai nuolat papildomi. Visų organizmų ląstelėse ATP sintezė vyksta fosforilinimo procese, t.y. fosforo rūgšties pridėjimas prie ADP. Fosforilinimas vyksta skirtingo intensyvumo kvėpavimo (mitochondrijų), glikolizės (citoplazmos), fotosintezės (chloroplastų) metu.

ATP yra pagrindinis ryšys tarp procesų, kuriuos lydi energijos išleidimas ir kaupimas, ir procesų, vykstančių sunaudojant energiją. Be to, ATP kartu su kitais ribonukleozidų trifosfatais (GTP, CTP, UTP) yra RNR sintezės substratas.

    Eiti į paskaitos numeris 3„Baltymų struktūra ir funkcijos. Fermentai "

    Eiti į paskaitos Nr„Ląstelių teorija. Korinio organizavimo tipai "

Tęsinys. Žr. Nr. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Biologijos pamokos gamtos mokslų kabinetuose

Išplėstinis planavimas, 10 klasė

Pamoka 19. ATP cheminė struktūra ir biologinis vaidmuo

Įranga: bendrosios biologijos lentelės, ATP molekulės struktūros diagrama, plastiko ir energijos apykaitos ryšio diagrama.

I. Žinių tikrinimas

Biologinio diktanto „Gyvosios medžiagos organiniai junginiai“ vedimas

Mokytojas skaito tezes po skaičiais, mokiniai užrašų knygelėje įrašo tų tezių numerius, kurie tinka jų versijos turiniui.

1 variantas - baltymai.
2 variantas - angliavandeniai.
3 variantas - lipidai.
4 variantas - nukleorūgštys.

1. Gryna forma jie susideda tik iš C, H, O atomų.

2. Be C, H, O atomų, juose yra N ir dažniausiai S atomų.

3. Be C, H, O atomų, yra N ir P.

4. Turėti palyginti mažą molekulinę masę.

5. Molekulinė masė gali būti nuo tūkstančių iki kelių dešimčių ir šimtų tūkstančių daltonų.

6. Didžiausi organiniai junginiai, kurių molekulinė masė yra iki kelių dešimčių ir šimtų milijonų daltonų.

7. Turėkite įvairių molekulinių svorių - nuo labai mažo iki labai didelio, priklausomai nuo to, ar medžiaga yra monomeras, ar polimeras.

8. Susideda iš monosacharidų.

9. Susideda iš amino rūgščių.

10. Susideda iš nukleotidų.

11. Ar aukštesniųjų riebalų rūgščių esteriai.

12. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „Azoto bazė - pentozė - fosforo rūgšties liekana“.

13. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „amino rūgštys“.

14. Pagrindinis struktūrinis vienetas: "monosacharidas".

15. Pagrindinis struktūrinis vienetas: „glicerino-riebalų rūgštis“.

16. Polimerų molekulės yra pagamintos iš tų pačių monomerų.

17. Polimerų molekulės yra pagamintos iš panašių, bet ne visiškai identiškų monomerų.

18. Ne polimerai.

19. Atlieka beveik vien tik energetines, konstrukcines ir saugojimo funkcijas, kai kuriais atvejais - apsaugines.

20. Be energijos ir konstrukcijos, jie atlieka katalizines, signalines, transporto, motorines ir apsaugines funkcijas;

21. Atlikti ląstelės ir organizmo paveldimų savybių saugojimą ir perdavimą.

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

II. Naujos medžiagos mokymasis

1. Adenozino trifosforo rūgšties sandara

Be baltymų, nukleorūgščių, riebalų ir angliavandenių, gyvojoje medžiagoje sintetinama daug kitų organinių junginių. Tarp jų svarbus vaidmuo ląstelės bioenergetikoje adenozino trifosforo rūgštis (ATP). ATP yra visose augalų ir gyvūnų ląstelėse. Ląstelėse adenozino trifosforo rūgšties dažniausiai būna druskų pavidalu adenozino trifosfatai... ATP kiekis svyruoja ir yra vidutiniškai 0,04% (vidutiniškai ląstelėje yra apie 1 milijardas ATP molekulių). Didžiausias ATP kiekis yra skeleto raumenyse (0,2–0,5%).

ATP molekulę sudaro azotinė bazė - adeninas, pentozė - ribozė ir trys fosforo rūgšties liekanos, t.y. ATP yra ypatingas adenilo nukleotidas. Skirtingai nuo kitų nukleotidų, ATP yra ne viena, o trys fosforo rūgšties liekanos. ATP priklauso didelės energijos medžiagoms - medžiagoms, kurių jungtyse yra daug energijos.

ATP molekulės erdvinis modelis (A) ir struktūrinė formulė (B)

Fosforo rūgšties liekana yra suskaidoma iš ATP kompozicijos veikiant ATPazės fermentams. ATP turi nuoseklią tendenciją atskirti galutinę fosfatų grupę:

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

nuo dėl to išnyksta energetiškai nepalankus elektrostatinis atstūmimas tarp kaimyninių neigiamų krūvių. Gautas fosfatas stabilizuojamas susidarius energetiškai palankiems vandenilio ryšiams su vandeniu. Įkrovos pasiskirstymas ADP + Fn sistemoje tampa stabilesnis nei ATP. Dėl šios reakcijos išsiskiria 30,5 kJ (nutrūkus normaliam kovalentiniam ryšiui, išsiskiria 12 kJ).

Siekiant pabrėžti didelę fosforo ir deguonies jungties energijos „kainą“ ATP, įprasta ją žymėti ~ ženklu ir vadinti makroenergijos ryšiu. Atskyrus vieną fosforo rūgšties molekulę, ATP pereina į ADP (adenozino difosforo rūgštį), o jei dvi fosforo rūgšties molekulės yra suskaidytos, ATP pereina į AMP (adenozino monofosforo rūgštį). Skaldant trečiąjį fosfatą, išsiskiria tik 13,8 kJ, todėl ATP molekulėje yra tik dvi didelės energijos jungtys.

2. ATP susidarymas ląstelėje

ATP atsargos ląstelėje yra mažos. Pavyzdžiui, raumenyse ATP atsargų pakanka 20–30 susitraukimų. Tačiau raumuo gali dirbti valandas ir sukelti tūkstančius susitraukimų. Todėl kartu su ATP skaidymu į ADP ląstelėje nuolat turi vykti atvirkštinė sintezė. Yra keli ATP sintezės būdai ląstelėse. Susipažinkime su jais.

1. Anaerobinis fosforilinimas. Fosforilinimas reiškia ATP sintezę iš ADP ir mažos molekulinės masės fosfato (Fn). Šiuo atveju mes kalbame apie anoksinius organinių medžiagų oksidacijos procesus (pavyzdžiui, glikolizę - anoksinio gliukozės oksidacijos į piruvinę rūgštį procesą). Maždaug 40% šių procesų metu išsiskiriančios energijos (apie 200 kJ / mol gliukozės) išleidžiama ATP sintezei, o likusi dalis išsiskiria šilumos pavidalu:

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

2. Oksidacinis fosforilinimas Ar ATP sintezės procesas atsiranda dėl organinių medžiagų oksidacijos deguonimi energijos. Šis procesas buvo atrastas 1930 -ųjų pradžioje. XX amžius V.A. Engelhardtas. Mitochondrijose vyksta organinių medžiagų oksidacijos deguonies procesai. Maždaug 55% šio proceso metu išsiskiriančios energijos (apie 2600 kJ / mol gliukozės) paverčiama energija cheminiai ryšiai ATP, o 45% išsiskiria kaip šiluma.

Oksidacinis fosforilinimas yra daug efektyvesnis nei anaerobinės sintezės: jei suskaidant gliukozės molekulę glikolizės metu susintetinamos tik 2 ATP molekulės, tai oksidacinio fosforilinimo metu susidaro 36 ATP molekulės.

3. Fotofosforilinimas- ATP sintezės procesas dėl saulės šviesos energijos. Šis ATP sintezės kelias būdingas tik ląstelėms, galinčioms fotosintezei (žali augalai, cianobakterijos). Saulės šviesos kvantų energiją fotosintezė naudoja šviesos fotosintezės fazėje ATP sintezei.

3. ATP biologinė reikšmė

ATP yra ląstelės medžiagų apykaitos procesų centras, būdamas ryšys tarp biologinės sintezės ir skilimo reakcijų. ATP vaidmenį ląstelėje galima palyginti su baterija, nes hidrolizuojant ATP išsiskiria energija, reikalinga įvairiems gyvybiniams procesams („iškrovimui“) ir fosforilinimo procesui („įkrovimui“). ), ATP vėl kaupia energiją.

Dėl energijos, išsiskiriančios ATP hidrolizės metu, vyksta beveik visi gyvybiniai ląstelės ir kūno procesai: nerviniai impulsai, medžiagų biosintezė, raumenų susitraukimai, medžiagų transportavimas ir kt.

III. Žinių įtvirtinimas

Biologinių problemų sprendimas

1 problema. Bėgdami greitai kvėpuojame dažnai, atsiranda prakaitavimas. Paaiškinkite šiuos reiškinius.

2 problema. Kodėl sustingę žmonės pradeda trypti ir šokinėti šaltyje?

Problema 3. Žinomame I. Ilfo ir E. Petrovo veikale „Dvylika kėdžių“ tarp daugelio naudingų patarimų taip pat galite rasti: „Giliai kvėpuok, esi susijaudinęs“. Pabandykite pagrįsti šį patarimą dėl organizme vykstančių energijos procesų.

IV. Namų darbai

Pradėkite ruoštis kontroliniam ir kontroliniam darbui (diktuokite testo klausimus - žr. 21 pamoką).

Pamoka 20. Žinių apibendrinimas skyriuje „Cheminis gyvenimo organizavimas“

Įranga: lentelės apie bendrąją biologiją.

I. Skyriaus žinių apibendrinimas

Mokinių darbas su klausimais (individualiai), po to patikrinimas ir diskusija

1. Pateikite organinių junginių, kurių sudėtyje yra anglies, sieros, fosforo, azoto, geležies, mangano, pavyzdžių.

2. Kaip galima atskirti gyvą ląstelę nuo negyvos pagal jos joninę sudėtį?

3. Kokios medžiagos ląstelėje yra neištirpusio pavidalo? Į kokius organus ir audinius jie patenka?

4. Pateikite makroelementų, įtrauktų į aktyvius fermentų centrus, pavyzdžių.

5. Kokie hormonai turi mikroelementų?

6. Koks yra halogenų vaidmuo žmogaus organizme?

7. Kuo baltymai skiriasi nuo dirbtinių polimerų?

8. Kuo skiriasi peptidai ir baltymai?

9. Kaip vadinamas baltymas, kuris yra hemoglobino dalis? Kiek subvienetų sudaro?

10. Kas yra ribonukleazė? Kiek jame yra amino rūgščių? Kada jis buvo sintetinamas dirbtinai?

11. Kodėl cheminių reakcijų greitis be fermentų yra mažas?

12. Kokias medžiagas baltymai perneša per ląstelės membraną?

13. Kuo skiriasi antikūnai ir antigenai? Ar vakcinoje yra antikūnų?

14. Į kokias medžiagas organizme suskaido baltymai? Kiek energijos šiuo atveju išsiskiria? Kur ir kaip neutralizuojamas amoniakas?

15. Pateikite peptidinių hormonų pavyzdį: kaip jie dalyvauja reguliuojant ląstelių metabolizmą?

16. Kokia yra cukraus, su kuriuo geriame arbatą, sandara? Kokius dar tris šios medžiagos sinonimus žinote?

17. Kodėl pieno riebalai nesikaupia ant paviršiaus, bet yra suspensijos pavidalu?

18. Kokia DNR masė somatinių ir lytinių ląstelių branduolyje?

19. Kiek ATP žmogus sunaudoja per dieną?

20. Iš kokių baltymų žmonės gamina drabužius?

Pirminė kasos ribonukleazės struktūra (124 amino rūgštys)

II. Namų darbai.

Tęskite pasiruošimą bandymų ir bandymų darbams skyriuje „Cheminė gyvenimo organizavimas“.

21 pamoka „Cheminė gyvenimo organizavimo“ pamoka

I. Žodinio poslinkio atlikimas klausimais

1. Elementari ląstelės sudėtis.

2. Organogeninių elementų charakteristikos.

3. Vandens molekulės sandara. Vandenilio ryšys ir jo svarba gyvenimo „chemijoje“.

4. Vandens savybės ir biologinės funkcijos.

5. Hidrofilinės ir hidrofobinės medžiagos.

6. Katijonai ir jų biologinė reikšmė.

7. Anijonai ir jų biologinė reikšmė.

8. Polimerai. Biologiniai polimerai. Skirtumai tarp partijų ir ne partijų polimerų.

9. Lipidų savybės, jų biologinės funkcijos.

10. Angliavandenių grupės, paskirstytos pagal struktūros ypatybes.

11. Angliavandenių biologinės funkcijos.

12. Elementari baltymų sudėtis. Amino rūgštys. Peptidų susidarymas.

13. Pirminė, antrinė, tretinė ir ketvirtinė baltymų struktūros.

14. Biologinė funkcija baltymai.

15. Fermentų ir ne biologinių katalizatorių skirtumai.

16. Fermentų sandara. Koenzimai.

17. Fermentų veikimo mechanizmas.

18. Nukleino rūgštys. Nukleotidai ir jų struktūra. Polinukleotidų susidarymas.

19. E. Chargaffo taisyklės. Papildomumo principas.

20. Dvigubos DNR molekulės susidarymas ir jos spiralizacija.

21. Ląstelinės RNR klasės ir jų funkcijos.

22. DNR ir RNR skirtumai.

23. DNR replikacija. Transkripcija.

24. Struktūra ir biologinis vaidmuo ATP.

25. ATP susidarymas ląstelėje.

II. Namų darbai

Tęskite pasiruošimą bandymui skyriuje „Cheminė gyvenimo organizacija“.

22 pamoka. Kontrolinė pamoka skyriuje „Cheminis gyvenimo organizavimas“

I. Egzamino raštu atlikimas

1 variantas

1. Yra trijų tipų amino rūgštys - A, B, C. Kiek variantų polipeptidinių grandinių, susidedančių iš penkių aminorūgščių, galite sukurti. Nurodykite šias parinktis. Ar šie polipeptidai turės tas pačias savybes? Kodėl?

2. Visas gyvas būtybes daugiausia sudaro anglies junginiai, o anglies analogas - silicis, kurio kiekis žemės plutoje yra 300 kartų didesnis nei anglies, randamas tik labai nedaugelyje organizmų. Paaiškinkite šį faktą pagal šių elementų atomų struktūrą ir savybes.

3. Į vieną ląstelę buvo įvestos ATP molekulės, pažymėtos radioaktyviuoju 32P paskutiniame, trečiame fosforo rūgšties likučiu, o ATP molekulės, pažymėtos 32P, esančia pirmoje arčiausiai ribozės esančioje liekanoje. Po 5 minučių abiejose ląstelėse buvo išmatuotas neorganinio fosfato jonų, pažymėtų 32P, kiekis. Kur jis bus žymiai didesnis?

4. Tyrimai parodė, kad 34% viso šios mRNR nukleotidų skaičiaus sudaro guaninas, 18% - uracilas, 28% - citozinas ir 20% - adeninas. Nustatykite dvigubos DNR azoto bazių procentinę dalį, kurios dalis yra nurodyta mRNR.

2 variantas

1. Riebalai sudaro „pirmąjį rezervą“ energijos mainai ir naudojami, kai išeikvojamas angliavandenių rezervas. Tačiau skeleto raumenyse, esant gliukozei ir riebalų rūgštims, pastarosios naudojamos daugiau. Baltymai kaip energijos šaltinis visada naudojami tik kaip paskutinė priemonė, kai organizmas badauja. Paaiškinkite šiuos faktus.

2. Sunkiųjų metalų (gyvsidabrio, švino ir kt.) Ir arseno jonai lengvai surišami baltymų sulfidinėmis grupėmis. Žinodami šių metalų sulfidų savybes, paaiškinkite, kas atsitinka baltymui, kai jis derinamas su šiais metalais. Kodėl sunkieji metalai yra nuodai organizmui?

3. Reaguojant medžiagos A oksidacijai į B medžiagą, išsiskiria 60 kJ energijos. Kiek ATP molekulių galima maksimaliai susintetinti šioje reakcijoje? Kaip bus panaudota likusi energija?

4. Tyrimai parodė, kad 27% viso šios mRNR nukleotidų skaičiaus sudaro guaninas, 15% - uracilas, 18% - citozinas ir 40% - adeninas. Nustatykite dvigubos DNR azoto bazių procentinę dalį, kurios dalis yra nurodyta mRNR.

Tęsti reikia