ATP sa vyznačuje tým, že má polymérnu štruktúru. Štruktúra a funkcia atf nukleových kyselín. Pojem nukleotid a jeho vlastnosti

Pamätajte si, čo sú monoméry a polyméry. Aké látky sú proteínové monoméry? Ako sa bielkoviny ako polyméry líšia od škrobu?

Nukleové kyseliny zaujímajú osobitné miesto medzi nimi organická hmota bunky. Najprv boli izolované z jadier buniek, pre ktoré dostali svoje meno (z latinského jadra - jadro). Následne boli nukleové kyseliny nájdené v cytoplazme a v niektorých ďalších organelách bunky. Pôvodný názov však pre nich zostal zachovaný.

Nukleové kyseliny, podobne ako proteíny, sú polyméry, ale ich nukleotidové monoméry majú zložitejšiu štruktúru. Počet nukleotidov v reťazci môže dosiahnuť 30 000. Nukleové kyseliny sú organickými látkami s najvyššou molekulovou hmotnosťou v bunke.

Ryža. 24. Štruktúra a typy nukleotidov

V bunkách sa nachádzajú dva typy nukleových kyselín: deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA). Líšia sa v zložení nukleotidov, štruktúre polynukleotidového reťazca, molekulovej hmotnosti a vykonávaných funkciách.

Ryža. 25. Polynukleotidový reťazec

Zloženie a štruktúra DNA. K nukleotidom molekuly DNA patrí kyselina fosforečná, uhľohydrát deoxyribóza (čo je dôvod názvu názvu DNA) a dusíkaté zásady - adenín (A), tymín (T), guanín (G), cytozín (C) (obr. 24, 25).

Tieto bázy si navzájom zodpovedajú v pároch štruktúrou (A = T, G = C) a dajú sa ľahko spojiť pomocou vodíkových väzieb. Takéto párované základy sa nazývajú komplementárne (z latinského doplnku - prídavok).

Britskí vedci James Watson a Francis Crick v roku 1953 zistili, že molekula DNA pozostáva z dvoch špirálovito skrútených reťazcov. Kostru reťazca tvoria zvyšky kyseliny fosforečnej a deoxyribózy a dusíkaté zásady sú nasmerované dovnútra špirály (obr. 26, 27). Tieto dva reťazce sú navzájom spojené pomocou vodíkových väzieb medzi komplementárnymi bázami.

Ryža. 26. Schéma molekuly DNA

V bunkách sa molekuly DNA nachádzajú v jadre. Vytvárajú chromatínové vlákna a pred delením buniek špirálizujú, spájajú sa s proteínmi a menia sa na chromozómy. Špecifická DNA sa navyše nachádza v mitochondriách a chloroplastoch.

DNA v bunke je zodpovedná za ukladanie a prenos dedičných informácií. Kóduje informácie o štruktúre všetkých bielkovín v tele. Počet molekúl DNA slúži ako genetický znak pre konkrétny typ organizmu a nukleotidová sekvencia je pre každého jednotlivca špecifická.

Štruktúra a typy RNA. Molekula RNA obsahuje kyselinu fosforečnú, uhľohydrát - ribózu (odtiaľ názov kyselina ribonukleová), dusíkaté zásady: adenín (A), uracil (U), guanín (G), cytozín (C). Namiesto tymínu sa tu nachádza uracil, ktorý je komplementárny k adenínu (A = Y). Molekuly RNA na rozdiel od DNA pozostávajú z jedného polynukleotidového reťazca (obr. 25), ktorý môže mať rovné a špirálové rezy a pomocou vodíkových väzieb vytvára slučky medzi komplementárnymi bázami. Molekulová hmotnosť RNA je výrazne nižšia ako molekulová hmotnosť DNA.

V bunkách sa molekuly RNA nachádzajú v jadre, cytoplazme, chloroplastoch, mitochondriách a ribozómoch. Existujú tri typy RNA, ktoré majú rôzne molekulové hmotnosti, molekulové tvary a rôzne funkcie.

Messenger RNA (mRNA) prenášajú informácie o štruktúre proteínu z DNA do miesta jeho syntézy na ribozómoch. Každá molekula mRNA obsahuje úplné informácie potrebné na syntézu jednej molekuly proteínu. Zo všetkých typov RNA najväčšia mRNA.

Ryža. 27. Dvojitá špirála molekuly DNA (trojrozmerný model)

Transportné RNA (tRNA) sú najkratšie molekuly. Ich štruktúra tvarom pripomína list ďateliny (obr. 62). Transportujú aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín na ribozómoch.

Ribozomálna RNA (rRNA) tvorí viac ako 80% celkovej hmotnosti RNA v bunke a spolu s proteínmi sú súčasťou ribozómov.

ATP. Bunka obsahuje okrem polynukleotidových reťazcov aj mononukleotidy, ktoré majú rovnaké zloženie a štruktúru ako nukleotidy, ktoré tvoria DNA a RNA. Najdôležitejším z nich je ATP - adenozíntrifosfát.

Molekula ATP pozostáva z ribózy, adenínu a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, medzi ktorými sú dve vysokoenergetické väzby (obr. 28). Energia každého z nich je 30,6 kJ / mol. Preto sa nazýva makroergická, na rozdiel od jednoduchej väzby, ktorej energia je asi 13 kJ / mol. Keď sa z molekuly ATP odštiepi jeden alebo dva zvyšky kyseliny fosforečnej, vytvorí sa molekula ADP (adenozíndifosfát) alebo AMP (adenozínmonofosfát). V tomto prípade sa energia uvoľní dva a pol krát viac, ako keď sa rozložia ostatné organické látky.

Ryža. 28. Štruktúra molekuly alenozíntrifosfátu (ATP) a jej úloha v premene energie

ATP je kľúčovou látkou metabolických procesov v bunke a univerzálnym zdrojom energie. Syntéza molekúl ATP prebieha v mitochondriách, chloroplastoch. Energia sa ukladá v dôsledku oxidačných reakcií organických látok a akumulácie slnečnej energie. Bunka používa túto uloženú energiu vo všetkých životných procesoch.

Cvičenia na zakrytom materiáli

  1. Čo je to monomér nukleovej kyseliny? Z akých komponentov pozostáva?
  2. Ako sa nukleové kyseliny ako polyméry líšia od bielkovín?
  3. Čo je komplementarita Vymenujte skupinu kmeňových základní. Aké spojenia medzi nimi vznikajú?
  4. Akú úlohu zohrávajú molekuly RNA v živých telách prírody?
  5. Funkcia ATP v článku sa niekedy porovnáva s batériou alebo batériou. Vysvetlite význam tohto porovnania.

Celý život na planéte pozostáva z mnohých buniek, ktoré si vďaka genetickej informácii obsiahnutej v jadre zachovávajú poriadok vo svojej organizácii. Skladujú, realizujú a prenášajú komplexné vysokomolekulárne zlúčeniny - nukleové kyseliny, pozostávajúce z monomérnych jednotiek - nukleotidov. Úlohu nukleových kyselín nemožno príliš zdôrazniť. Stabilita ich štruktúry určuje normálnu vitálnu aktivitu organizmu a akékoľvek odchýlky v štruktúre nevyhnutne vedú k zmene bunkovej organizácie, aktivity fyziologických procesov a životaschopnosti buniek vo všeobecnosti.

Pojem nukleotid a jeho vlastnosti

Každá alebo RNA je zostavená z menších monomérnych zlúčenín - nukleotidov. Inými slovami, nukleotid je stavebný materiál pre nukleové kyseliny, koenzýmy a mnoho ďalších biologických zlúčenín, ktoré sú nevyhnutné pre bunku v priebehu jej života.

Medzi hlavné vlastnosti týchto nenahraditeľných látok patria:

Ukladanie informácií o a zdedených vlastnostiach;
... kontrola rastu a reprodukcie;
... účasť na metabolizme a mnohých ďalších fyziologických procesoch v bunke.

Keď hovoríme o nukleotidoch, nemožno sa pozastaviť nad tak dôležitou otázkou, ako je ich štruktúra a zloženie.

Každý nukleotid pozostáva z:

Zvyšky cukru;
... dusíkatá báza;
... fosfátová skupina alebo zvyšok kyseliny fosforečnej.

Môžeme povedať, že nukleotid je komplexná organická zlúčenina. V závislosti od druhového zloženia dusíkatých báz a typu pentózy v nukleotidovej štruktúre sú nukleové kyseliny rozdelené na:

Kyselina deoxyribonukleová alebo DNA;
... ribonukleová kyselina alebo RNA.

Zloženie nukleovej kyseliny

V nukleových kyselinách je cukor reprezentovaný pentózou. Jedná sa o päťuhlíkový cukor, v DNA sa nazýva deoxyribóza, v RNA sa nazýva ribóza. Každá molekula pentózy má päť atómov uhlíka, štyri z nich spolu s atómom kyslíka tvoria päťčlenný kruh a piata patrí do skupiny HO-CH2.

Poloha každého atómu uhlíka v molekule pentózy je označená arabskou číslicou s prvočíslom (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Pretože všetky procesy čítania z molekuly nukleovej kyseliny sú prísne zamerané, číslovanie atómov uhlíka a ich usporiadanie v kruhu slúži ako druh indikátora správneho smeru.

Na hydroxylovej skupine je zvyšok kyseliny fosforečnej naviazaný na tretí a piaty atóm uhlíka (3C´ a 5C´). Tiež určuje chemickú príslušnosť DNA a RNA do skupiny kyselín.

K prvému atómu uhlíka (1C´) v molekule cukru je pripojená dusíkatá báza.

Druhové zloženie dusíkatých báz

Nukleotidy DNA na dusíkatej báze predstavujú štyri typy:

Adenín (A);
... guanín (G);
... cytozín (C);
... tymín (T).

Prvé dva patria do triedy purínov, posledné dva sú pyrimidíny. Pokiaľ ide o molekulovú hmotnosť, puríny sú vždy ťažšie ako pyrimidíny.

Nukleotidy RNA na dusíkatej báze sú uvedené:

Adenín (A);
... guanín (G);
... cytozín (C);
... uracil (U).

Uracil, podobne ako tymín, je pyrimidínová báza.

Vo vedeckej literatúre často nájdete ďalšie označenie dusíkatých báz - latinkou (A, T, C, G, U).

Pozrime sa podrobnejšie na chemickú štruktúru purínov a pyrimidínov.

Pyrimidíny, konkrétne cytozín, tymín a uracil, sa skladajú z dvoch atómov dusíka a štyroch atómov uhlíka a tvoria šesťčlenný kruh. Každý atóm má svoje vlastné číslo od 1 do 6.

Puríny (adenín a guanín) sa skladajú z pyrimidínu a imidazolu alebo dvoch heterocyklov. Molekula purínovej bázy je reprezentovaná štyrmi atómami dusíka a piatimi atómami uhlíka. Každý atóm je očíslovaný od 1 do 9.

V dôsledku kombinácie dusíkatej zásady a pentózového zvyšku vznikne nukleozid. Nukleotid je zlúčenina nukleozidovej a fosfátovej skupiny.

Tvorba fosfodiesterových väzieb

Je dôležité porozumieť otázke, ako sa nukleotidy spájajú do polypeptidového reťazca a tvoria molekulu nukleovej kyseliny. Môžu za to takzvané fosfodiesterové väzby.

Interakciou dvoch nukleotidov vzniká dinukleotid. K tvorbe novej zlúčeniny dochádza kondenzáciou, keď vzniká fosfodiesterová väzba medzi fosfátovým zvyškom jedného monoméru a hydroxyskupinou pentózy druhého.

Syntéza polynukleotidov je opakované opakovanie tejto reakcie (niekoľko miliónov krát). Polynukleotidový reťazec je budovaný tvorbou fosfodiesterových väzieb medzi tretím a piatym uhlíkom cukrov (3C´ a 5C´).

Zostavenie polynukleotidu je komplexný proces s účasťou enzýmu DNA polymerázy, ktorý zaisťuje rast reťazca iba z jedného konca (3 ') s voľnou hydroxyskupinou.

Štruktúra molekuly DNA

Molekula DNA, podobne ako proteín, môže mať primárnu, sekundárnu a terciárnu štruktúru.

Sekvencia nukleotidov v reťazci DNA určuje jeho primárnu tvorbu v dôsledku vodíkových väzieb, ktoré sú založené na princípe komplementarity. Inými slovami, počas syntézy dvojníka funguje určitý vzorec: adenín jedného reťazca zodpovedá tymínu druhého, guanín cytozínu a naopak. Páry adenínu a tymínu alebo guanínu a cytozínu sa tvoria v dôsledku dvoch vodíkových väzieb v prvom a troch v druhom prípade. Toto spojenie nukleotidov poskytuje silnú väzbu medzi reťazcami a rovnakú vzdialenosť medzi nimi.

Keď poznáme nukleotidovú sekvenciu jedného reťazca DNA, druhé je možné doplniť na základe zásady komplementarity alebo adície.

Terciárna štruktúra DNA je tvorená komplexnými trojrozmernými väzbami, vďaka ktorým je jej molekula kompaktnejšia a schopná sa zmestiť do malého objemu bunky. Napríklad dĺžka DNA E. coli je väčšia ako 1 mm, zatiaľ čo dĺžka bunky je menšia ako 5 mikrónov.

Počet nukleotidov v DNA, konkrétne ich kvantitatívny pomer, sa riadi Chergaffovým pravidlom (počet purínových báz sa vždy rovná počtu pyrimidínových báz). Vzdialenosť medzi nukleotidmi je konštantná hodnota rovnajúca sa 0,34 nm, ako aj ich molekulová hmotnosť.

Štruktúra molekuly RNA

RNA je reprezentovaná jediným polynukleotidovým reťazcom vytvoreným medzi pentózou (v tomto prípade ribózou) a fosfátovým zvyškom. Je oveľa kratšia ako DNA. Od druhové zloženie Existujú tiež rozdiely v dusíkatých zásadách v nukleotide. V RNA sa namiesto pyrimidínovej bázy tymínu používa uracil. V závislosti od funkcií vykonávaných v tele existujú tri typy RNA.

Ribozomálne (rRNA) - zvyčajne obsahuje od 3 000 do 5 000 nukleotidov. Ako nevyhnutná štrukturálna zložka sa podieľa na tvorbe aktívneho centra ribozómov, miesta jedného z najdôležitejších procesov v bunke - biosyntézy bielkovín.
... Transport (tRNA) - pozostáva v priemere zo 75 - 95 nukleotidov, uskutočňuje prenos požadovanej aminokyseliny do miesta syntézy polypeptidu v ribozóme. Každý typ tRNA (najmenej 40) má svoju vlastnú sekvenciu monomérov alebo nukleotidov, ktoré sú mu vlastné.
... Informačné (mRNA) sú v nukleotidovom zložení veľmi rozmanité. Prenáša genetickú informáciu z DNA do ribozómov, funguje ako matrica pre syntézu proteínovej molekuly.

Úloha nukleotidov v tele

Nukleotidy v bunke vykonávajú niekoľko dôležitých funkcií:

Používa sa ako stavebný blok pre nukleové kyseliny (purínové a pyrimidínové nukleotidy);
... podieľať sa na mnohých metabolických procesoch v bunke;
... sú súčasťou ATP - hlavného zdroja energie v bunkách;
... pôsobia ako nosiče redukujúcich ekvivalentov v bunkách (NAD +, NADP +, FAD, FMN);
... vykonávať funkciu bioregulátorov;
... môžu byť považovaní za druhých poslov extracelulárnej pravidelnej syntézy (napríklad cAMP alebo cGMP).

Nukleotid je monomérna jednotka, ktorá tvorí komplexnejšie zlúčeniny - nukleové kyseliny, bez ktorých nie je možný prenos genetickej informácie, jej uchovávanie a reprodukcia. Voľné nukleotidy sú hlavnými zložkami signálnych a energetických procesov, ktoré podporujú normálne fungovanie buniek a tela ako celku.

TO nukleové kyseliny Patria sem zlúčeniny s vysokým obsahom polymérov, ktoré sa po hydrolýze rozkladajú na purínové a pyrimidínové bázy, pentózu a kyselinu fosforečnú. Nukleové kyseliny obsahujú uhlík, vodík, fosfor, kyslík a dusík. Existujú dve triedy nukleových kyselín: ribonukleové kyseliny (RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA).

Štruktúra a funkcia DNA

DNA- polymér, ktorého monoméry sú deoxyribonukleotidy. Model priestorovej štruktúry molekuly DNA vo forme dvojitej špirály navrhli v roku 1953 J. Watson a F. Crick (na zostrojenie tohto modelu použili práce M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

Molekula DNA tvorené dvoma polynukleotidovými reťazcami, špirálovito stočenými okolo seba a dohromady okolo imaginárnej osi, t.j. je dvojitá špirála (výnimka - niektoré DNA vírusy majú jednovláknovú DNA). Priemer dvojitej špirály DNA je 2 nm, vzdialenosť medzi susednými nukleotidmi je 0,34 nm a na jeden závit skrutkovnice pripadá 10 párov báz. Molekula môže byť až niekoľko centimetrov dlhá. Molekulová hmotnosť - desiatky a stovky miliónov. Celková dĺžka DNA jadra ľudských buniek je asi 2 m. V eukaryotických bunkách tvorí DNA komplexy s proteínmi a má špecifickú priestorovú konformáciu.

Monomérna DNA - nukleotid (deoxyribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté bázy nukleových kyselín patria do tried pyrimidínov a purínov. DNA pyrimidínové bázy(v molekule majú jeden kruh) - tymín, cytozín. Purínové základy(majú dva krúžky) - adenín a guanín.

Monosacharid nukleotidu DNA je reprezentovaný deoxyribózou.

Názov nukleotidu je odvodený od názvu zodpovedajúcej bázy. Nukleotidy a dusíkaté zásady sú označené veľkými písmenami.

Polynukleotidový reťazec sa tvorí v dôsledku kondenzačných reakcií nukleotidov. V tomto prípade medzi 3'-uhlíkom deoxyribózového zvyšku jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého, fosfoéterová väzba(patrí do kategórie silných kovalentných väzieb). Jeden koniec polynukleotidového reťazca končí 5 "uhlíkom (nazývaným 5" koniec), druhý končí 3 "uhlíkom (3" koniec).

Druhé vlákno je umiestnené oproti jednému nukleotidovému vláknu. Usporiadanie nukleotidov v týchto dvoch reťazcoch nie je náhodné, ale striktne definované: tymín je vždy umiestnený oproti adenínu jedného reťazca v druhom reťazci a cytozín je vždy umiestnený proti guanínu, medzi adenínom a tymínom vznikajú dve vodíkové väzby vodíkové väzby medzi guanínom a cytozínom. Vzorec, podľa ktorého sú nukleotidy rôznych reťazcov DNA striktne usporiadané (adenín - tymín, guanín - cytozín) a selektívne sa na seba viažu, sa nazýva zásada komplementarity... Je potrebné poznamenať, že J. Watson a F. Crick pochopili princíp komplementarity po prečítaní diel E. Chargaffa. E. Chargaff, študoval veľké množstvo vzorky tkaniva a orgánov rôzne organizmy, zistil, že v každom fragmente DNA obsah guanínových zvyškov vždy presne zodpovedá obsahu cytozínu a adenínu k tymínu ( „Chargaffovo pravidlo“), ale túto skutočnosť nevedel vysvetliť.

Z princípu komplementarity vyplýva, že nukleotidová sekvencia jedného vlákna určuje nukleotidovú sekvenciu druhého.

Vlákna DNA sú antiparalelné (viacsmerové), t.j. nukleotidy rôznych vlákien sú umiestnené v opačných smeroch, a preto oproti 3 "koncu jedného vlákna je 5" koniec druhého vlákna. Molekula DNA je niekedy porovnávaná so špirálovým schodiskom. „Zábradlie“ tohto schodiska je kostra cukru a fosfátu (striedajúce sa zvyšky deoxyribózy a kyseliny fosforečnej); "Kroky" - komplementárne dusíkaté bázy.

Funkcia DNA- uchovávanie a prenos dedičných informácií.

Replikácia (duplikácia) DNA

- proces zdvojnásobenia energie, hlavná vlastnosť molekuly DNA. Replikácia patrí do kategórie reakcií syntézy matrice zahŕňajúcich enzýmy. Pôsobením enzýmov sa molekula DNA odvíja a okolo každého reťazca je dokončený nový reťazec, ktorý funguje ako matrica podľa zásad komplementarity a antiparalelizmu. V každej dcérskej DNA je teda jedno vlákno materské a druhé je novo syntetizované. Táto metóda syntézy sa nazýva polokonzervatívny.

„Stavebný materiál“ a zdroj energie na replikáciu sú deoxyribonukleozid trifosfáty(ATP, TTF, GTP, CTP) obsahujúci tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Keď sú deoxyribonukleozid trifosfáty zahrnuté v polynukleotidovom reťazci, dva koncové zvyšky kyseliny fosforečnej sa odštiepia a uvoľnená energia sa použije na vytvorenie fosfodiesterovej väzby medzi nukleotidmi.

Na replikácii sa podieľajú nasledujúce enzýmy:

  1. helikázy („odvíjať“ DNA);
  2. destabilizujúce proteíny;
  3. DNA topoizomerázy (DNA sa rozreže);
  4. DNA polymerázy (deoxyribonukleozid trifosfáty sú vybrané a komplementárne pripojené k templátovému vláknu DNA);
  5. RNA primáty (tvoria RNA priméry, priméry);
  6. DNA ligázy (zošívanie fragmentov DNA).

Pomocou helikázy sa odvíja v určitých oblastiach DNA, jednovláknové oblasti DNA sú viazané destabilizujúcimi proteínmi a replikačná vidlica... V prípade odchýlky 10 párov báz (jedno otočenie špirály) musí molekula DNA vykonať úplnú revolúciu okolo svojej osi. Aby sa zabránilo tejto rotácii, DNA topoizomeráza štiepi jeden reťazec DNA, čo mu umožňuje rotáciu okolo druhého vlákna.

DNA polymeráza môže pripojiť nukleotid iba k 3 "uhlíku deoxyribózy predchádzajúceho nukleotidu, preto je tento enzým schopný pohybovať sa pozdĺž templátovej DNA iba jedným smerom: od 3" konca k 5 "koncu tejto templátovej DNA .. potom na svojich rôznych reťazcoch prebieha zostavenie dcérskych polynukleotidových reťazcov rôznymi spôsobmi a v opačných smeroch. Na reťazci 3 "-5" prebieha syntéza dcérskeho polynukleotidového reťazca bez prerušenia; vedúci... Na reťazci 5 "-3" - prerušovane, vo fragmentoch ( fragmenty Okazaki), ktoré sú po dokončení replikácie DNA ligázami zošité do jedného vlákna; tento detský reťazec sa bude volať zaostávanie (zaostáva).

Vlastnosťou DNA polymerázy je, že môže začať svoju prácu iba s "Semená" (základný náter). Úlohu „primérov“ vykonávajú krátke sekvencie RNA vytvorené za účasti enzýmu RNA primáz a spárované s templátovou DNA. RNA priméry sa odstránia po dokončení zostavy polynukleotidových reťazcov.

Replikácia je podobná u prokaryotov a eukaryotov. Rýchlosť syntézy DNA v prokaryotoch je rádovo vyššia (1 000 nukleotidov za sekundu) ako v eukaryotoch (100 nukleotidov za sekundu). Replikácia začína súčasne v niekoľkých oblastiach molekuly DNA. Fragment DNA z jedného bodu pôvodu replikácie do druhého tvorí replikačnú jednotku - replikón.

Replikácia prebieha pred delením buniek. Vďaka tejto schopnosti DNA sa dedičné informácie prenášajú z materskej bunky na dcéru.

Oprava („oprava“)

Oprava nazýva sa proces opravy poškodenia nukleotidovej sekvencie DNA. Vykonávajú ho špeciálne enzýmové systémy bunky ( opravné enzýmy). V procese obnovy štruktúry DNA je možné rozlíšiť nasledujúce fázy: 1) Nukleázy opravujúce DNA rozpoznávajú a odstraňujú poškodenú oblasť, v dôsledku čoho sa v reťazci DNA vytvorí medzera; 2) DNA polymeráza vyplňuje túto medzeru skopírovaním informácií z druhého („dobrého“) vlákna; 3) DNA ligáza „spojí“ nukleotidy a dokončí opravu.

Najviac sa študujú tri mechanizmy opravy: 1) fotoreparácia, 2) excízna alebo pre-replikačná oprava, 3) post-replikatívna oprava.

K zmenám v štruktúre DNA dochádza v bunke neustále pod vplyvom reaktívnych metabolitov, ultrafialového žiarenia, ťažkých kovov a ich solí atď. Preto chyby v opravných systémoch zvyšujú rýchlosť mutačných procesov, sú príčinou dedičných chorôb (pigmentované xeroderma, progeria atď.).

Štruktúra a funkcia RNA

- polymér, ktorého monoméry sú ribonukleotidy... Na rozdiel od DNA nie je RNA tvorená dvoma, ale jedným polynukleotidovým reťazcom (s výnimkou toho, že niektoré vírusy obsahujúce RNA majú dvojvláknovú RNA). RNA nukleotidy sú schopné navzájom vytvárať vodíkové väzby. Vlákna RNA sú oveľa kratšie ako vlákna DNA.

RNA monomér - nukleotid (ribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. RNA dusíkaté bázy tiež patria do pyrimidínových a purínových tried.

RNA pyrimidínové bázy - uracil, cytozín, purínové bázy - adenín a guanín. RNA nukleotidový monosacharid je reprezentovaný ribózou.

Prideliť tri druhy RNA: 1) informačné(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) doprava RNA - tRNA, 3) ribozomálne RNA - rRNA.

Všetky typy RNA sú nerozvetvené polynukleotidy, majú špecifickú priestorovú konformáciu a podieľajú sa na procesoch syntézy bielkovín. Informácie o štruktúre všetkých typov RNA sú uložené v DNA. Proces syntézy RNA na templáte DNA sa nazýva transkripcia.

Transportné RNA zvyčajne obsahujú 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulová hmotnosť - 25 000 - 30 000. tRNA predstavuje asi 10% celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie tRNA: 1) transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín do ribozómov, 2) translačný mediátor. Bunka obsahuje asi 40 typov tRNA, z ktorých každá má sekvenciu nukleotidov charakteristických iba pre ňu. Všetky tRNA však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka ktorým tRNA získavajú konformáciu ďateliny a listu. Akákoľvek tRNA má slučku pre kontakt s ribozómom (1), antikodónovú slučku (2), slučku pre kontakt s enzýmom (3), akceptorový kmeň (4) a antikodón (5). Aminokyselina sa viaže na 3 "koniec akceptorového kmeňa. Anticodon- tri nukleotidy, ktoré „rozpoznávajú“ kodón mRNA. Je potrebné zdôrazniť, že špecifická tRNA môže transportovať striktne definovanú aminokyselinu zodpovedajúcu jej antikodónu. Špecifickosť kombinácie aminokyselín a tRNA sa dosahuje vďaka vlastnostiam enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy.

Ribozomálna RNA obsahujú 3 000-5 000 nukleotidov; molekulová hmotnosť-1 000 000-1 500 000. rRNA predstavuje 80-85% z celkového obsahu RNA v bunke. V kombinácii s ribozomálnymi proteínmi rRNA tvorí ribozómy - organely, ktoré vykonávajú syntézu bielkovín. V eukaryotických bunkách dochádza k syntéze rRNA v jadrách. Funkcie RRNA: 1) potrebná štruktúrna zložka ribozómov, a teda zabezpečenie fungovania ribozómov; 2) zaistenie interakcie ribozómu a tRNA; 3) počiatočná väzba ribozómu a kodónu iniciátora mRNA a stanovenie čítacieho rámca, 4) tvorba aktívneho centra ribozómu.

Messenger RNA sú rôzne v obsahu nukleotidov a molekulovej hmotnosti (od 50 000 do 4 000 000). MRNA predstavuje až 5% z celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie mRNA: 1) prenos genetickej informácie z DNA do ribozómov, 2) matica na syntézu molekuly proteínu, 3) stanovenie sekvencie aminokyselín primárnej štruktúry molekuly proteínu.

Štruktúra a funkcia ATP

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP)- univerzálny zdroj a hlavný akumulátor energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých bunkách rastlín a živočíchov. Množstvo ATP je v priemere 0,04% (z vlhkej hmotnosti bunky), najväčšie množstvo ATP (0,2 až 0,5%) je obsiahnuté v kostrových svaloch.

ATP pozostáva zo zvyškov: 1) dusíkatej zásady (adenínu), 2) monosacharidu (ribózy), 3) troch kyselín fosforečných. Pretože ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí k ribonukleozidtrifosfátom.

Na väčšinu typov prác prebiehajúcich v bunkách sa používa energia hydrolýzy ATP. V tomto prípade, keď je koncový zvyšok kyseliny fosforečnej odštiepený, ATP je prevedený na ADP (kyselina adenozíndifosforečná), keď je druhý zvyšok kyseliny fosforečnej odštiepený, na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Výťažok voľnej energie počas eliminácie koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je 30,6 kJ. Štiepenie tretej fosfátovej skupiny je sprevádzané uvoľnením iba 13,8 kJ. Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú vysokoenergetické (vysokoenergetické).

Rezervy ATP sa neustále dopĺňajú. V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP v procese fosforylácie, t.j. prídavok kyseliny fosforečnej k ADP. K fosforylácii dochádza s rôznou intenzitou počas dýchania (mitochondrie), glykolýzy (cytoplazma), fotosyntézy (chloroplasty).

ATP je hlavným spojením medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi, ktoré sa vyskytujú pri výdaji energie. Okrem toho je ATP spolu s ďalšími ribonukleozidtrifosfátmi (GTP, CTP, UTP) substrátom pre syntézu RNA.

    Ísť do prednášky číslo 3"Štruktúra a funkcia bielkovín." Enzýmy "

    Ísť do prednášky č. 5"Bunková teória." Typy bunkových organizácií "

TO nukleové kyseliny Patria sem zlúčeniny s vysokým obsahom polymérov, ktoré sa po hydrolýze rozkladajú na purínové a pyrimidínové bázy, pentózu a kyselinu fosforečnú. Nukleové kyseliny obsahujú uhlík, vodík, fosfor, kyslík a dusík. Existujú dve triedy nukleových kyselín: ribonukleové kyseliny (RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA).

Štruktúra a funkcia DNA

DNA- polymér, ktorého monoméry sú deoxyribonukleotidy. Model priestorovej štruktúry molekuly DNA vo forme dvojitej špirály navrhli v roku 1953 J. Watson a F. Crick (na zostrojenie tohto modelu použili práce M. Wilkinsa, R. Franklina, E. Chargaff).

Molekula DNA tvorené dvoma polynukleotidovými reťazcami, špirálovito stočenými okolo seba a dohromady okolo imaginárnej osi, t.j. je dvojitá špirála (výnimka - niektoré DNA vírusy majú jednovláknovú DNA). Priemer dvojitej špirály DNA je 2 nm, vzdialenosť medzi susednými nukleotidmi je 0,34 nm a na jeden závit skrutkovnice pripadá 10 párov báz. Molekula môže byť až niekoľko centimetrov dlhá. Molekulová hmotnosť - desiatky a stovky miliónov. Celková dĺžka DNA jadra ľudských buniek je asi 2 m. V eukaryotických bunkách tvorí DNA komplexy s proteínmi a má špecifickú priestorovú konformáciu.

Monomérna DNA - nukleotid (deoxyribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. Dusíkaté bázy nukleových kyselín patria do tried pyrimidínov a purínov. DNA pyrimidínové bázy(v molekule majú jeden kruh) - tymín, cytozín. Purínové základy(majú dva krúžky) - adenín a guanín.

Monosacharid nukleotidu DNA je reprezentovaný deoxyribózou.

Názov nukleotidu je odvodený od názvu zodpovedajúcej bázy. Nukleotidy a dusíkaté zásady sú označené veľkými písmenami.

Polynukleotidový reťazec sa tvorí v dôsledku kondenzačných reakcií nukleotidov. V tomto prípade medzi 3'-uhlíkom deoxyribózového zvyšku jedného nukleotidu a zvyškom kyseliny fosforečnej druhého, fosfoéterová väzba(patrí do kategórie silných kovalentných väzieb). Jeden koniec polynukleotidového reťazca končí 5 "uhlíkom (nazývaným 5" koniec), druhý končí 3 "uhlíkom (3" koniec).

Druhé vlákno je umiestnené oproti jednému nukleotidovému vláknu. Usporiadanie nukleotidov v týchto dvoch reťazcoch nie je náhodné, ale striktne definované: tymín je vždy umiestnený oproti adenínu jedného reťazca v druhom reťazci a cytozín je vždy umiestnený proti guanínu, medzi adenínom a tymínom vznikajú dve vodíkové väzby vodíkové väzby medzi guanínom a cytozínom. Vzorec, podľa ktorého sú nukleotidy rôznych reťazcov DNA striktne usporiadané (adenín - tymín, guanín - cytozín) a selektívne sa na seba viažu, sa nazýva zásada komplementarity... Je potrebné poznamenať, že J. Watson a F. Crick pochopili princíp komplementarity po prečítaní diel E. Chargaffa. E. Chargaff, ktorý študoval obrovské množstvo vzoriek tkanív a orgánov z rôznych organizmov, zistil, že v každom fragmente DNA obsah guanínových zvyškov vždy presne zodpovedá obsahu cytozínu a adenínu - tymínu ( „Chargaffovo pravidlo“), ale túto skutočnosť nevedel vysvetliť.

Z princípu komplementarity vyplýva, že nukleotidová sekvencia jedného vlákna určuje nukleotidovú sekvenciu druhého.

Vlákna DNA sú antiparalelné (viacsmerové), t.j. nukleotidy rôznych vlákien sú umiestnené v opačných smeroch, a preto oproti 3 "koncu jedného vlákna je 5" koniec druhého vlákna. Molekula DNA je niekedy porovnávaná so špirálovým schodiskom. „Zábradlie“ tohto schodiska je kostra cukru a fosfátu (striedajúce sa zvyšky deoxyribózy a kyseliny fosforečnej); "Kroky" - komplementárne dusíkaté bázy.

Funkcia DNA- uchovávanie a prenos dedičných informácií.

Replikácia (duplikácia) DNA

- proces zdvojnásobenia energie, hlavná vlastnosť molekuly DNA. Replikácia patrí do kategórie reakcií syntézy matrice zahŕňajúcich enzýmy. Pôsobením enzýmov sa molekula DNA odvíja a okolo každého reťazca je dokončený nový reťazec, ktorý funguje ako matrica podľa zásad komplementarity a antiparalelizmu. V každej dcérskej DNA je teda jedno vlákno materské a druhé je novo syntetizované. Táto metóda syntézy sa nazýva polokonzervatívny.

„Stavebný materiál“ a zdroj energie na replikáciu sú deoxyribonukleozid trifosfáty(ATP, TTF, GTP, CTP) obsahujúci tri zvyšky kyseliny fosforečnej. Keď sú deoxyribonukleozid trifosfáty zahrnuté v polynukleotidovom reťazci, dva koncové zvyšky kyseliny fosforečnej sa odštiepia a uvoľnená energia sa použije na vytvorenie fosfodiesterovej väzby medzi nukleotidmi.

Na replikácii sa podieľajú nasledujúce enzýmy:

  1. helikázy („odvíjať“ DNA);
  2. destabilizujúce proteíny;
  3. DNA topoizomerázy (DNA sa rozreže);
  4. DNA polymerázy (deoxyribonukleozid trifosfáty sú vybrané a komplementárne pripojené k templátovému vláknu DNA);
  5. RNA primáty (tvoria RNA priméry, priméry);
  6. DNA ligázy (zošívanie fragmentov DNA).

Pomocou helikázy sa odvíja v určitých oblastiach DNA, jednovláknové oblasti DNA sú viazané destabilizujúcimi proteínmi a replikačná vidlica... V prípade odchýlky 10 párov báz (jedno otočenie špirály) musí molekula DNA vykonať úplnú revolúciu okolo svojej osi. Aby sa zabránilo tejto rotácii, DNA topoizomeráza štiepi jeden reťazec DNA, čo mu umožňuje rotáciu okolo druhého vlákna.

DNA polymeráza môže pripojiť nukleotid iba k 3 "uhlíku deoxyribózy predchádzajúceho nukleotidu, preto je tento enzým schopný pohybovať sa pozdĺž templátovej DNA iba jedným smerom: od 3" konca k 5 "koncu tejto templátovej DNA .. potom na svojich rôznych reťazcoch prebieha zostavenie dcérskych polynukleotidových reťazcov rôznymi spôsobmi a v opačných smeroch. Na reťazci 3 "-5" prebieha syntéza dcérskeho polynukleotidového reťazca bez prerušenia; vedúci... Na reťazci 5 "-3" - prerušovane, vo fragmentoch ( fragmenty Okazaki), ktoré sú po dokončení replikácie DNA ligázami zošité do jedného vlákna; tento detský reťazec sa bude volať zaostávanie (zaostáva).

Vlastnosťou DNA polymerázy je, že môže začať svoju prácu iba s "Semená" (základný náter). Úlohu „primérov“ vykonávajú krátke sekvencie RNA vytvorené za účasti enzýmu RNA primáz a spárované s templátovou DNA. RNA priméry sa odstránia po dokončení zostavy polynukleotidových reťazcov.

Replikácia je podobná u prokaryotov a eukaryotov. Rýchlosť syntézy DNA v prokaryotoch je rádovo vyššia (1 000 nukleotidov za sekundu) ako v eukaryotoch (100 nukleotidov za sekundu). Replikácia začína súčasne v niekoľkých oblastiach molekuly DNA. Fragment DNA z jedného bodu pôvodu replikácie do druhého tvorí replikačnú jednotku - replikón.

Replikácia prebieha pred delením buniek. Vďaka tejto schopnosti DNA sa dedičné informácie prenášajú z materskej bunky na dcéru.

Oprava („oprava“)

Oprava nazýva sa proces opravy poškodenia nukleotidovej sekvencie DNA. Vykonávajú ho špeciálne enzýmové systémy bunky ( opravné enzýmy). V procese obnovy štruktúry DNA je možné rozlíšiť nasledujúce fázy: 1) Nukleázy opravujúce DNA rozpoznávajú a odstraňujú poškodenú oblasť, v dôsledku čoho sa v reťazci DNA vytvorí medzera; 2) DNA polymeráza vyplňuje túto medzeru skopírovaním informácií z druhého („dobrého“) vlákna; 3) DNA ligáza „spojí“ nukleotidy a dokončí opravu.

Najviac sa študujú tri mechanizmy opravy: 1) fotoreparácia, 2) excízna alebo pre-replikačná oprava, 3) post-replikatívna oprava.

K zmenám v štruktúre DNA dochádza v bunke neustále pod vplyvom reaktívnych metabolitov, ultrafialového žiarenia, ťažkých kovov a ich solí atď. Preto chyby v opravných systémoch zvyšujú rýchlosť mutačných procesov, sú príčinou dedičných chorôb (pigmentované xeroderma, progeria atď.).

Štruktúra a funkcia RNA

- polymér, ktorého monoméry sú ribonukleotidy... Na rozdiel od DNA nie je RNA tvorená dvoma, ale jedným polynukleotidovým reťazcom (s výnimkou toho, že niektoré vírusy obsahujúce RNA majú dvojvláknovú RNA). RNA nukleotidy sú schopné navzájom vytvárať vodíkové väzby. Vlákna RNA sú oveľa kratšie ako vlákna DNA.

RNA monomér - nukleotid (ribonukleotid)- pozostáva zo zvyškov troch látok: 1) dusíkatej zásady, 2) päťuhlíkového monosacharidu (pentózy) a 3) kyseliny fosforečnej. RNA dusíkaté bázy tiež patria do pyrimidínových a purínových tried.

RNA pyrimidínové bázy - uracil, cytozín, purínové bázy - adenín a guanín. RNA nukleotidový monosacharid je reprezentovaný ribózou.

Prideliť tri druhy RNA: 1) informačné(messenger) RNA - mRNA (mRNA), 2) doprava RNA - tRNA, 3) ribozomálne RNA - rRNA.

Všetky typy RNA sú nerozvetvené polynukleotidy, majú špecifickú priestorovú konformáciu a podieľajú sa na procesoch syntézy bielkovín. Informácie o štruktúre všetkých typov RNA sú uložené v DNA. Proces syntézy RNA na templáte DNA sa nazýva transkripcia.

Transportné RNA zvyčajne obsahujú 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulová hmotnosť - 25 000 - 30 000. tRNA predstavuje asi 10% celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie tRNA: 1) transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín do ribozómov, 2) translačný mediátor. Bunka obsahuje asi 40 typov tRNA, z ktorých každá má sekvenciu nukleotidov charakteristických iba pre ňu. Všetky tRNA však majú niekoľko intramolekulárnych komplementárnych oblastí, vďaka ktorým tRNA získavajú konformáciu ďateliny a listu. Akákoľvek tRNA má slučku pre kontakt s ribozómom (1), antikodónovú slučku (2), slučku pre kontakt s enzýmom (3), akceptorový kmeň (4) a antikodón (5). Aminokyselina sa viaže na 3 "koniec akceptorového kmeňa. Anticodon- tri nukleotidy, ktoré „rozpoznávajú“ kodón mRNA. Je potrebné zdôrazniť, že špecifická tRNA môže transportovať striktne definovanú aminokyselinu zodpovedajúcu jej antikodónu. Špecifickosť kombinácie aminokyselín a tRNA sa dosahuje vďaka vlastnostiam enzýmu aminoacyl-tRNA syntetázy.

Ribozomálna RNA obsahujú 3 000-5 000 nukleotidov; molekulová hmotnosť-1 000 000-1 500 000. rRNA predstavuje 80-85% z celkového obsahu RNA v bunke. V kombinácii s ribozomálnymi proteínmi rRNA tvorí ribozómy - organely, ktoré vykonávajú syntézu bielkovín. V eukaryotických bunkách dochádza k syntéze rRNA v jadrách. Funkcie RRNA: 1) potrebná štruktúrna zložka ribozómov, a teda zabezpečenie fungovania ribozómov; 2) zaistenie interakcie ribozómu a tRNA; 3) počiatočná väzba ribozómu a kodónu iniciátora mRNA a stanovenie čítacieho rámca, 4) tvorba aktívneho centra ribozómu.

Messenger RNA sú rôzne v obsahu nukleotidov a molekulovej hmotnosti (od 50 000 do 4 000 000). MRNA predstavuje až 5% z celkového obsahu RNA v bunke. Funkcie mRNA: 1) prenos genetickej informácie z DNA do ribozómov, 2) matica na syntézu molekuly proteínu, 3) stanovenie sekvencie aminokyselín primárnej štruktúry molekuly proteínu.

Štruktúra a funkcia ATP

Kyselina adenozíntrifosforečná (ATP)- univerzálny zdroj a hlavný akumulátor energie v živých bunkách. ATP sa nachádza vo všetkých bunkách rastlín a živočíchov. Množstvo ATP je v priemere 0,04% (z vlhkej hmotnosti bunky), najväčšie množstvo ATP (0,2 až 0,5%) je obsiahnuté v kostrových svaloch.

ATP pozostáva zo zvyškov: 1) dusíkatej zásady (adenínu), 2) monosacharidu (ribózy), 3) troch kyselín fosforečných. Pretože ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej, patrí k ribonukleozidtrifosfátom.

Na väčšinu typov prác prebiehajúcich v bunkách sa používa energia hydrolýzy ATP. V tomto prípade, keď je koncový zvyšok kyseliny fosforečnej odštiepený, ATP je prevedený na ADP (kyselina adenozíndifosforečná), keď je druhý zvyšok kyseliny fosforečnej odštiepený, na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Výťažok voľnej energie počas eliminácie koncových aj druhých zvyškov kyseliny fosforečnej je 30,6 kJ. Štiepenie tretej fosfátovej skupiny je sprevádzané uvoľnením iba 13,8 kJ. Väzby medzi koncovým a druhým, druhým a prvým zvyškom kyseliny fosforečnej sa nazývajú vysokoenergetické (vysokoenergetické).

Rezervy ATP sa neustále dopĺňajú. V bunkách všetkých organizmov dochádza k syntéze ATP v procese fosforylácie, t.j. prídavok kyseliny fosforečnej k ADP. K fosforylácii dochádza s rôznou intenzitou počas dýchania (mitochondrie), glykolýzy (cytoplazma), fotosyntézy (chloroplasty).

ATP je hlavným spojením medzi procesmi sprevádzanými uvoľňovaním a akumuláciou energie a procesmi, ktoré sa vyskytujú pri výdaji energie. Okrem toho je ATP spolu s ďalšími ribonukleozidtrifosfátmi (GTP, CTP, UTP) substrátom pre syntézu RNA.

    Ísť do prednášky číslo 3"Štruktúra a funkcia bielkovín." Enzýmy "

    Ísť do prednášky č. 5"Bunková teória." Typy bunkových organizácií "

Pokračovanie. Pozri č. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Lekcie biológie v prírodovedných triedach

Pokročilé plánovanie, stupeň 10

Lekcia 19. Chemická štruktúra a biologická úloha ATP

Vybavenie: tabuľky zo všeobecnej biológie, diagram štruktúry molekuly ATP, diagram vzťahu medzi plastovým a energetickým metabolizmom.

I. Testovanie znalostí

Vedenie biologického diktátu „Organické zlúčeniny živej hmoty“

Učiteľ prečíta práce pod číslami, študenti napíšu do zošita čísla tých prác, ktoré zodpovedajú obsahu ich verzie.

Možnosť 1 - proteíny.
Možnosť 2 - uhľohydráty.
Možnosť 3 - lipidy.
Možnosť 4 - nukleové kyseliny.

1. V čistej forme pozostávajú iba z atómov C, H, O.

2. Okrem atómov C, H, O obsahujú atómy N a spravidla S.

3. Okrem atómov C, H, O obsahujú aj atómy N a P.

4. Majú relatívne nízku molekulovú hmotnosť.

5. Molekulová hmotnosť môže byť od tisíc do niekoľko desiatok a stoviek tisíc daltonov.

6. Najväčšie organické zlúčeniny s molekulovou hmotnosťou až niekoľko desiatok a stoviek miliónov daltonov.

7. Majú rôzne molekulové hmotnosti - od veľmi nízkych po veľmi vysoké, v závislosti od toho, či je látka monomér alebo polymér.

8. Pozostáva z monosacharidov.

9. Skladá sa z aminokyselín.

10. Pozostáva z nukleotidov.

11. Sú estery vyšších mastných kyselín.

12. Hlavné štrukturálna jednotka: „Dusíkatá zásada - pentóza - zvyšok kyseliny fosforečnej“.

13. Hlavná štruktúrna jednotka: „aminokyseliny“.

14. Hlavná štruktúrna jednotka: „monosacharid“.

15. Hlavná štruktúrna jednotka: „glycerín-mastná kyselina“.

16. Molekuly polyméru sú vyrobené z rovnakých monomérov.

17. Molekuly polyméru sú vyrobené z podobných, ale nie úplne identických monomérov.

18. Nie polyméry.

19. Vykonávajte takmer výlučne energetické, stavebné a skladovacie funkcie, v niektorých prípadoch - ochranné.

20. Okrem energie a konštrukcie vykonávajú katalytické, signalizačné, dopravné, motorické a ochranné funkcie;

21. Vykonajte skladovanie a prenos dedičných vlastností bunky a organizmu.

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

II. Učenie sa nového materiálu

1. Štruktúra kyseliny adenozíntrifosforečnej

V živej hmote sa okrem bielkovín, nukleových kyselín, tukov a uhľohydrátov syntetizuje aj veľké množstvo ďalších organických zlúčenín. Medzi nimi hrá dôležitú úlohu v bioenergii bunky kyselina adenozíntrifosforečná (ATP). ATP sa nachádza vo všetkých bunkách rastlín a živočíchov. V bunkách je kyselina adenozíntrifosforečná najčastejšie prítomná vo forme solí tzv adenozíntrifosfáty... Množstvo ATP kolíše a je v priemere 0,04% (v priemere bunka obsahuje asi 1 miliardu molekúl ATP). Najväčšie množstvo ATP sa nachádza v kostrových svaloch (0,2 - 0,5%).

Molekula ATP pozostáva z dusíkatej zásady - adenínu, pentózy - ribózy a troch zvyškov kyseliny fosforečnej, t.j. ATP je špeciálny adenylový nukleotid. Na rozdiel od iných nukleotidov ATP neobsahuje jeden, ale tri zvyšky kyseliny fosforečnej. ATP patrí k vysokoenergetickým látkam - látkam, ktoré vo svojich väzbách obsahujú veľké množstvo energie.

Priestorový model (A) a štruktúrny vzorec (B) molekuly ATP

Zvyšok kyseliny fosforečnej sa odštiepi zo zmesi ATP pôsobením enzýmov ATPázy. ATP má pretrvávajúcu tendenciu oddeľovať svoju koncovú fosfátovú skupinu:

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

od to vedie k vymiznutiu energeticky nepriaznivého elektrostatického odporu medzi susednými negatívnymi nábojmi. Výsledný fosfát je stabilizovaný vytvorením energeticky priaznivých vodíkových väzieb s vodou. Rozdelenie náboja v systéme ADP + Fn sa stáva stabilnejším ako v ATP. V dôsledku tejto reakcie sa uvoľní 30,5 kJ (pri porušení normálnej kovalentnej väzby sa uvoľní 12 kJ).

Aby sa zdôraznilo vysoké „náklady“ na väzbu fosforu a kyslíka v ATP, je obvyklé ju označovať znamienkom ~ a nazývať makroenergickou väzbou. Keď sa odštiepi jedna molekula kyseliny fosforečnej, ATP prejde na ADP (kyselina adenozíndifosforečná) a ak sa odštiepia dve molekuly kyseliny fosforečnej, potom ATP prejde na AMP (kyselina adenozínmonofosforečná). Štiepenie tretieho fosfátu je sprevádzané uvoľnením iba 13,8 kJ, takže v molekule ATP sú iba dve vysokoenergetické väzby.

2. Tvorba ATP v bunke

Zásoba ATP v bunke je malá. Napríklad vo svale sú zásoby ATP dostatočné na 20-30 kontrakcií. Sval však môže pracovať hodiny a vytvárať tisíce kontrakcií. Preto spolu s rozpadom ATP na ADP v bunke musí kontinuálne pokračovať reverzná syntéza. Existuje niekoľko spôsobov syntézy ATP v bunkách. Poznajme ich.

1. Anaeróbna fosforylácia. Fosforylácia sa týka syntézy ATP z ADP a nízkomolekulárneho fosfátu (Fn). V tomto prípade hovoríme o anoxických procesoch oxidácie organických látok (napríklad glykolýza - proces anoxickej oxidácie glukózy na kyselinu pyrohroznovú). Približne 40% energie uvoľnenej počas týchto procesov (asi 200 kJ / mol glukózy) sa spotrebuje na syntézu ATP a zvyšok sa rozptýli vo forme tepla:

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

2. Oxidačná fosforylácia Je proces syntézy ATP spôsobený energiou oxidácie organických látok kyslíkom. Tento proces bol objavený na začiatku 30. rokov minulého storočia. XX storočie. V.A. Engelhardt. V mitochondriách sa vyskytujú kyslíkové procesy oxidácie organických látok. Približne 55% energie uvoľnenej počas tohto procesu (asi 2 600 kJ / mol glukózy) sa premení na energiu chemické väzby ATP a 45% sa rozptýli ako teplo.

Oxidačná fosforylácia je oveľa účinnejšia ako anaeróbne syntézy: ak sú počas glykolýzy počas rozkladu molekuly glukózy syntetizované iba 2 molekuly ATP, potom počas oxidačnej fosforylácie vznikne 36 molekúl ATP.

3. Fotofosforylácia- proces syntézy ATP v dôsledku energie slnečného svetla. Táto cesta syntézy ATP je charakteristická iba pre bunky schopné fotosyntézy (zelené rastliny, sinice). Energiu kvantov slnečného svetla využíva fotosyntetika vo svetelnej fáze fotosyntézy na syntézu ATP.

3. Biologický význam ATP

ATP je v centre metabolických procesov v bunke a je prepojením medzi reakciami biologickej syntézy a rozpadu. Úlohu ATP v článku je možné porovnať s batériou, pretože počas hydrolýzy ATP sa uvoľňuje energia, ktorá je potrebná pre rôzne životne dôležité procesy („vybíjanie“) a pre proces fosforylácie („nabíjanie“) ), ATP opäť akumuluje energiu.

Vďaka energii uvoľnenej počas hydrolýzy ATP dochádza takmer k všetkým životne dôležitým procesom v bunke a tele: nervové impulzy, biosyntéza látok, svalové kontrakcie, transport látok a pod.

III. Konsolidácia znalostí

Riešenie biologických problémov

Problém 1. Pri rýchlom behu často dýchame a dochádza k poteniu. Vysvetlite tieto javy.

Problém 2. Prečo mraziví ľudia začnú v chlade dupať a skákať?

Problém 3. V známej práci I. Ilfa a E. Petrova „Dvanásť stoličiek“ medzi mnohými užitočné rady môžete nájsť aj toto: „Zhlboka dýchaj, si rozrušený.“ Skúste tieto rady odôvodniť energetickými procesmi, ktoré sa vyskytujú v tele.

IV. Domáca úloha

Začnite sa pripravovať na test a test (nadiktujte testové otázky - pozri lekciu 21).

Lekcia 20. Zovšeobecnenie znalostí v časti „Chemická organizácia života“

Vybavenie: tabuľky zo všeobecnej biológie.

I. Zovšeobecnenie znalostí sekcie

Práca študentov s otázkami (individuálne), po ktorých nasleduje overenie a diskusia

1. Uveďte príklady organických zlúčenín, ktoré zahŕňajú uhlík, síru, fosfor, dusík, železo, mangán.

2. Ako možno rozlíšiť živú bunku od mŕtvej podľa iónového zloženia?

3. Aké látky sú v bunke v nerozpustenej forme? Do ktorých orgánov a tkanív vstupujú?

4. Uveďte príklady makroživín zahrnutých v aktívnych centrách enzýmov.

5. Aké hormóny obsahujú stopové prvky?

6. Akú úlohu majú v ľudskom tele halogény?

7. Ako sa líšia proteíny od umelých polymérov?

8. Aký je rozdiel medzi peptidmi a proteínmi?

9. Ako sa volá proteín, ktorý je súčasťou hemoglobínu? Z koľkých podjednotiek pozostáva?

10. Čo je ribonukleáza? Koľko aminokyselín je v ňom? Kedy bola syntetizovaná umelo?

11. Prečo je rýchlosť chemických reakcií bez enzýmov nízka?

12. Aké látky sú transportované proteínmi cez bunkovú membránu?

13. Aký je rozdiel medzi protilátkami a antigénmi? Obsahujú vakcíny protilátky?

14. Na aké látky sa bielkoviny v tele rozkladajú? Koľko energie sa v tomto prípade uvoľní? Kde a ako je neutralizovaný amoniak?

15. Uveďte príklad peptidových hormónov: ako sa podieľajú na regulácii bunkového metabolizmu?

16. Aká je štruktúra cukru, s ktorým pijeme čaj? Aké ďalšie tri synonymá pre túto látku poznáte?

17. Prečo sa tuk v mlieku nezhromažďuje na povrchu, ale je vo forme suspenzie?

18. Aká je hmotnosť DNA v jadre somatických a zárodočných buniek?

19. Koľko ATP používa osoba za deň?

20. Z akých bielkovín ľudia vyrábajú oblečenie?

Primárna štruktúra pankreatickej ribonukleázy (124 aminokyselín)

II. Domáca úloha.

Pokračujte v príprave na test a testovacie práce v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 21. Testovacia lekcia z „Chemickej organizácie života“

I. Vedenie ústneho ofsetu k problémom

1. Elementárne zloženie bunky.

2. Charakteristika organogénnych prvkov.

3. Štruktúra molekuly vody. Vodíková väzba a jej význam v „chémii“ života.

4. Vlastnosti a biologické funkcie vody.

5. Hydrofilné a hydrofóbne látky.

6. Katióny a ich biologický význam.

7. Anióny a ich biologický význam.

8. Polyméry. Biologické polyméry. Rozdiely medzi vsádzkovým a nedávkovým polymérom.

9. Vlastnosti lipidov, ich biologické funkcie.

10. Skupiny uhľohydrátov rozdelené podľa charakteristík štruktúry.

11. Biologické funkcie uhľohydrátov.

12. Základné zloženie bielkovín. Aminokyseliny. Tvorba peptidov.

13. Primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry bielkovín.

14. Biologická funkcia bielkoviny.

15. Rozdiely medzi enzýmami a nebiologickými katalyzátormi.

16. Štruktúra enzýmov. Koenzýmy.

17. Mechanizmus účinku enzýmov.

18. Nukleové kyseliny. Nukleotidy a ich štruktúra. Tvorba polynukleotidov.

19. Pravidlá E. Chargaffa. Zásada komplementarity.

20. Tvorba dvojvláknovej molekuly DNA a jej spiralizácia.

21. Triedy bunkovej RNA a ich funkcie.

22. Rozdiely medzi DNA a RNA.

23. Replikácia DNA. Prepis.

24. Štruktúra a biologickú úlohu ATP.

25. Tvorba ATP v bunke.

II. Domáca úloha

Pokračujte v príprave na test v časti „Chemická organizácia života“.

Lekcia 22. Kontrolná lekcia v časti „Chemická organizácia života“

I. Vykonanie písomného testu

možnosť 1

1. Existujú tri druhy aminokyselín - A, B, C. Koľko variantov polypeptidových reťazcov pozostávajúcich z piatich aminokyselín môžete zostaviť. Uveďte tieto možnosti. Budú mať tieto polypeptidy rovnaké vlastnosti? Prečo?

2. Všetky živé bytosti pozostávajú hlavne z uhlíkových zlúčenín a analóg uhlíka - kremíka, ktorého obsah v zemskej kôre je 300 -krát vyšší ako uhlík, sa nachádza iba vo veľmi málo organizmoch. Vysvetlite túto skutočnosť z hľadiska štruktúry a vlastností atómov týchto prvkov.

3. ATP molekuly označené rádioaktívnym 32P na poslednom, treťom zvyšku kyseliny fosforečnej boli zavedené do jednej bunky a ATP molekuly označené 32P na prvom zvyšku najbližšom k ribóze boli zavedené do inej bunky. Po 5 minútach sa v oboch bunkách zmeral obsah anorganického fosfátového iónu označeného 32P. Kde bude výrazne vyšší?

4. Štúdie ukázali, že 34% z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA tvorí guanín, 18% - uracil, 28% - cytozín a 20% - adenín. Určte percento dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, ktorých odliatok je uvedená mRNA.

Možnosť 2

1. Tuky predstavujú „prvú rezervu“ v výmena energie a používajú sa, keď sú zásoby sacharidov vyčerpané. Avšak v kostrových svaloch za prítomnosti glukózy a mastných kyselín sa vo väčšej miere používajú tieto posledné. Bielkoviny ako zdroj energie sa vždy používajú iba ako krajné riešenie, keď telo hladuje. Vysvetlite tieto skutočnosti.

2. Ióny ťažkých kovov (ortuť, olovo atď.) A arzén sú ľahko viazané sulfidovými skupinami bielkovín. Keď poznáte vlastnosti sulfidov týchto kovov, vysvetlite, čo sa stane s proteínom v kombinácii s týmito kovmi. Prečo sú jedy ťažkých kovov v tele?

3. Pri reakcii oxidácie látky A na látku B sa uvoľní 60 kJ energie. Koľko molekúl ATP je možné maximálne syntetizovať v tejto reakcii? Ako sa spotrebuje zvyšok energie?

4. Štúdie ukázali, že guanín tvorí 27% z celkového počtu nukleotidov tejto mRNA, 15% pre uracil, 18% pre cytozín a 40% pre adenín. Určte percento dusíkatých báz dvojvláknovej DNA, ktorých odliatok je uvedená mRNA.

Pokračovanie nabudúce