Kartice

Za ATP je značilno, da ima polimerno strukturo. Struktura in funkcija atf nukleinskih kislin. Koncept nukleotida in njegove lastnosti

Ne pozabite, kaj sta monomer in polimer. Katere snovi so monomeri beljakovin? Kako se proteini kot polimeri razlikujejo od škroba?

Nukleinske kisline zasedajo posebno mesto med organska snov celice. Najprej so jih izolirali iz celičnih jeder, po katerih so dobili ime (iz latinskega jedra - jedro). Nato so bile nukleinske kisline najdene v citoplazmi in v nekaterih drugih organelih celice. Toda prvotno ime se jim je ohranilo.

Nukleinske kisline so, tako kot beljakovine, polimeri, vendar imajo njihovi nukleotidni monomeri kompleksnejšo strukturo. Število nukleotidov v verigi lahko doseže 30 000. Nukleinske kisline so organske snovi z največjo molekulsko maso v celici.

Riž. 24. Zgradba in vrste nukleotidov

V celicah najdemo dve vrsti nukleinskih kislin: deoksiribonukleinsko kislino (DNA) in ribonukleinsko kislino (RNA). Razlikujejo se po sestavi nukleotidov, strukturi polinukleotidne verige, molekulski masi in izvedenih funkcijah.

Riž. 25. Polinukleotidna veriga

Sestava in struktura DNK. Nukleotidi molekule DNA vključujejo fosforno kislino, deoksiribozo ogljikovih hidratov (kar je razlog za ime DNK) in dušikove baze - adenin (A), timin (T), gvanin (G), citozin (C) (sl. 24, 25).

Te baze po strukturi (A = T, G = C) v parih ustrezajo med seboj in jih je mogoče enostavno povezati z vodikovimi vezmi. Takšne seznanjene baze se imenujejo komplementarne (iz latinščine complementum - seštevek).

Britanska znanstvenika James Watson in Francis Crick sta leta 1953 ugotovila, da molekulo DNK sestavljata dve spiralno zviti verigi. Hrbtenico verige tvorijo ostanki fosforne kisline in deoksiriboze, dušikove baze pa so usmerjene znotraj vijačnice (sl. 26, 27). Obe verigi sta med seboj povezani zaradi vodikovih vezi med komplementarnimi bazami.

Riž. 26. Diagram molekule DNA

V celicah se molekule DNA nahajajo v jedru. Tvorijo filamente kromatina, pred celično delitvijo pa se spiralizirajo, združijo z beljakovinami in spremenijo v kromosome. Poleg tega specifično DNK najdemo v mitohondrijih in kloroplastih.

DNK v celici je odgovorna za shranjevanje in prenos dednih informacij. Kodira informacije o zgradbi vseh beljakovin v telesu. Število molekul DNA služi kot genetska lastnost za določeno vrsto organizma, nukleotidno zaporedje pa je za vsakega posameznika posebno.

Struktura in vrste RNA. Molekula RNA vsebuje fosforno kislino, ogljikove hidrate - ribozo (od tod tudi ime ribonukleinska kislina), dušikove baze: adenin (A), uracil (U), gvanin (G), citozin (C). Namesto timina se tukaj nahaja uracil, ki se dopolnjuje z adeninom (A = Y). Molekule RNA so v nasprotju z DNK sestavljene iz ene same polinukleotidne verige (slika 25), ki ima lahko ravne in vijačne odseke ter tvori zanke med komplementarnimi bazami z uporabo vodikovih vezi. Molekulska masa RNA je bistveno manjša od DNK.

V celicah se molekule RNA nahajajo v jedru, citoplazmi, kloroplastih, mitohondrijih in ribosomih. Obstajajo tri vrste RNA, ki imajo različne molekulske mase, molekularne oblike in različne funkcije.

Messenger RNA (mRNA) nosijo informacije o strukturi proteina od DNA do mesta njegove sinteze na ribosomih. Vsaka molekula mRNA vsebuje popolne informacije, potrebne za sintezo ene proteinske molekule. Od vseh vrst RNA je največja mRNA.

Riž. 27. Dvojna vijačnica molekule DNA (tridimenzionalni model)

Transportne RNA (tRNA) so najkrajše molekule. Njihova struktura po obliki spominja na list detelje (slika 62). Prenašajo aminokisline na mesto sinteze beljakovin na ribosomih.

Ribosomska RNA (rRNA) predstavlja več kot 80% celotne mase RNA v celici in je skupaj z beljakovinami del ribosomov.

ATP. Poleg polinukleotidnih verig celica vsebuje mononukleotide, ki imajo enako sestavo in strukturo kot nukleotidi, ki sestavljajo DNA in RNA. Najpomembnejši med njimi je ATP - adenozin trifosfat.

Molekula ATP je sestavljena iz riboze, adenina in treh ostankov fosforne kisline, med katerimi sta dve visokoenergetski vezi (slika 28). Energija vsakega od njih je 30,6 kJ / mol. Zato se imenuje makroergična v nasprotju s preprosto vezjo, katere energija je približno 13 kJ / mol. Ko se iz molekule ATP odcepi en ali dva ostanka fosforne kisline, nastane molekula ADP (adenozin difosfat) oziroma AMP (adenozin monofosfat). V tem primeru se energija sprosti dvakrat in pol več kot pri razgradnji drugih organskih snovi.

Riž. 28. Struktura molekule alenozin trifosfata (ATP) in njena vloga pri pretvorbi energije

ATP je ključna snov presnovnih procesov v celici in univerzalni vir energije. Sinteza molekul ATP poteka v mitohondrijih, kloroplastih. Energija se shranjuje kot posledica reakcij oksidacije organskih snovi in kopičenja sončne energije. Celica porabi to shranjeno energijo v vseh življenjskih procesih.

Vaje na pokritem materialu

Kaj je monomer nukleinske kisline? Iz katerih sestavin je sestavljen?
Kako se nukleinske kisline kot polimeri razlikujejo od beljakovin?
Kaj je komplementarnost? Poimenujte skupino plemenskih baz. Kakšne povezave nastanejo med njimi?
Kakšno vlogo imajo molekule RNA v živih telesih narave?
Funkcijo ATP v celici včasih primerjamo z baterijo ali baterijo. Pojasnite pomen te primerjave.

Vse življenje na planetu je sestavljeno iz številnih celic, ki vzdržujejo urejenost svoje organizacije zaradi genetskih informacij, ki jih vsebuje jedro. Shranjujejo ga, realizirajo in prenašajo kompleksne visoko molekularne spojine - nukleinske kisline, sestavljene iz monomernih enot - nukleotidov. Vloge nukleinskih kislin ni mogoče preveč poudariti. Stabilnost njihove strukture določa normalno vitalno aktivnost organizma, vsa odstopanja v strukturi pa neizogibno vodijo do spremembe celične organizacije, delovanja fizioloških procesov in vitalnosti celic nasploh.

Koncept nukleotida in njegove lastnosti

Vsaka ali RNA je sestavljena iz manjših monomernih spojin - nukleotidov. Z drugimi besedami, nukleotid je gradbeni material za nukleinske kisline, koencime in številne druge biološke spojine, ki so bistvene za celico v njenem življenju.

Glavne lastnosti teh nenadomestljivih snovi so:

Shranjevanje informacij o podedovanih lastnostih;
... nadzor nad rastjo in razmnoževanjem;
... sodelovanje pri presnovi in mnogih drugih fizioloških procesih v celici.

Ko govorimo o nukleotidih, se ne moremo zadržati na tako pomembnem vprašanju, kot sta njihova zgradba in sestava.

Vsak nukleotid je sestavljen iz:

Ostanki sladkorja;
... dušikova baza;
... fosfatne skupine ali ostankov fosforne kisline.

Lahko rečemo, da je nukleotid kompleksna organska spojina. Odvisno od vrste sestave dušikovih baz in vrste pentoze v strukturi nukleotidov nukleinske kisline delimo na:

Deoksiribonukleinska kislina ali DNA;
... ribonukleinsko kislino ali RNA.

Sestava nukleinske kisline

V nukleinskih kislinah sladkor predstavlja pentoza. To je petogljikov sladkor, v DNK se imenuje deoksiriboza, v RNA se imenuje riboza. Vsaka molekula pentoze ima pet ogljikovih atomov, štirje skupaj z atomom kisika tvorijo petčlenski obroč, peti pa pripada skupini HO-CH2.

Položaj vsakega ogljikovega atoma v molekuli pentoze je označen z arabsko številko z začetnico (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Ker so vsi procesi branja iz molekule nukleinske kisline strogo usmerjeni, sta oštevilčenje ogljikovih atomov in njihova razporeditev v obroču nekakšen pokazatelj pravilne smeri.

Pri hidroksilni skupini je ostanek fosforjeve kisline vezan na tretji in peti ogljikov atom (3C´ in 5C´). Določa tudi kemijsko pripadnost DNA in RNA skupini kislin.

Na prvi ogljikov atom (1C´) v molekuli sladkorja je vezana dušikova baza.

Vrste sestave dušikovih baz

Nukleotidi DNA v dušikovi bazi so predstavljeni s štirimi vrstami:

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

Prva dva spadata v razred purinov, zadnja dva sta pirimidina. Glede na molekulsko maso so purini vedno težji od pirimidinov.

Predstavljeni so nukleotidi RNA na dušikovi osnovi:

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

Uracil je, tako kot timin, pirimidinska baza.

V znanstveni literaturi lahko pogosto najdete drugo oznako za dušikove baze - v latinici (A, T, C, G, U).

Podrobneje se ustavimo pri kemijski zgradbi purinov in pirimidinov.

Pirimidini, in sicer citozin, timin in uracil, so sestavljeni iz dveh atomov dušika in štirih atomov ogljika, ki tvorijo šestčlenski obroč. Vsak atom je oštevilčen od 1 do 6.

Purini (adenin in gvanin) so sestavljeni iz pirimidina in imidazola ali dveh heterociklov. Molekula purinske baze je predstavljena s štirimi atomi dušika in petimi atomi ogljika. Vsak atom je oštevilčen od 1 do 9.

Kot rezultat kombinacije dušikove baze in pentoznega ostanka nastane nukleozid. Nukleotid je spojina nukleozida in fosfatne skupine.

Nastanek fosfodiesterskih vezi

Pomembno je razumeti vprašanje, kako se nukleotidi združijo v polipeptidno verigo in tvorijo molekulo nukleinske kisline. To je posledica tako imenovanih fosfodiesterskih vezi.

Medsebojno delovanje dveh nukleotidov daje dinukleotid. Do nastanka nove spojine pride s kondenzacijo, ko med fosfatnim ostankom enega monomera in hidroksi skupino pentoze drugega nastane fosfodiesterska vez.

Sinteza polinukleotidov je večkratna ponovitev te reakcije (več milijonov krat). Polinukleotidna veriga je zgrajena s tvorbo fosfodiesterskih vezi med tretjim in petim ogljikom sladkorja (3C´ in 5C´).

Sestavljanje polinukleotida je kompleksen proces, v katerem sodeluje encim DNA polimeraza, ki zagotavlja rast verige le z enega konca (3´) s prosto hidroksi skupino.

Struktura molekul DNK

Molekula DNA, tako kot beljakovina, ima lahko primarno, sekundarno in terciarno strukturo.

Zaporedje nukleotidov v verigi DNA določa njeno primarno tvorbo zaradi vodikovih vezi, ki temeljijo na načelu komplementarnosti. Z drugimi besedami, med sintezo dvojnika deluje določen vzorec: adenin ene verige ustreza timinu druge, gvanin citozinu in obratno. Pari adenina in timina ali gvanina in citozina nastanejo zaradi dveh vodikovih vezi v prvem in treh v zadnjem primeru. Ta povezava nukleotidov zagotavlja močno vez med verigami in enako razdaljo med njimi.

Če poznamo nukleotidno zaporedje ene verige DNA, lahko drugo dopolnimo z načelom komplementarnosti ali adicije.

Terciarna struktura DNK je sestavljena iz kompleksnih tridimenzionalnih vezi, zaradi česar je njena molekula bolj kompaktna in se lahko prilega majhnemu volumnu celice. Na primer, dolžina DNA E. coli je več kot 1 mm, medtem ko je dolžina celice manjša od 5 mikronov.

Število nukleotidov v DNK, in sicer njihovo količinsko razmerje, je v skladu z Chergaffovim pravilom (število purinskih baz je vedno enako številu pirimidinskih baz). Razdalja med nukleotidi je konstantna vrednost, enaka 0,34 nm, pa tudi njihova molekulska masa.

Struktura molekul RNA

RNA je predstavljena z eno samo polinukleotidno verigo, ki nastane med pentozo (v tem primeru ribozo) in fosfatnim ostankom. Po dolžini je veliko krajši od DNK. Avtor: vrstna sestava Razlike so tudi v dušikovih bazah v nukleotidu. V RNA se namesto pirimidinske baze timina uporablja uracil. Glede na funkcije, ki jih opravlja telo, obstajajo tri vrste RNA.

Ribosomalna (rRNA) - običajno vsebuje od 3000 do 5000 nukleotidov. Kot nujna strukturna komponenta sodeluje pri tvorbi aktivnega središča ribosomov, kjer je eden najpomembnejših procesov v celici - biosinteza beljakovin.
... Transport (tRNA) - je sestavljen iz povprečno 75 - 95 nukleotidov, izvaja prenos želene aminokisline na mesto sinteze polipeptidov v ribosomu. Vsaka vrsta tRNA (najmanj 40) ima lastno zaporedje monomerov ali nukleotidov, ki so lastni le njej.
... Informacijska (mRNA) je po sestavi nukleotidov zelo raznolika. Prenaša genetske informacije iz DNK v ribosome, deluje kot matrika za sintezo proteinske molekule.

Vloga nukleotidov v telesu

Nukleotidi v celici opravljajo številne pomembne funkcije:

Uporablja se kot gradnik nukleinskih kislin (purinski in pirimidinski nukleotidi);
... sodelujejo pri številnih presnovnih procesih v celici;
... so del ATP - glavnega vira energije v celicah;
... delujejo kot nosilci redukcijskih ekvivalentov v celicah (NAD +, NADP +, FAD, FMN);
... opravljajo funkcijo bioregulatorjev;
... lahko štejemo za druge posrednike zunajcelične redne sinteze (na primer cAMP ali cGMP).

Nukleotid je monomerna enota, ki tvori bolj zapletene spojine - nukleinske kisline, brez katerih je prenos genetskih informacij, njihovo shranjevanje in razmnoževanje nemogoče. Prosti nukleotidi so glavne sestavine, vključene v signalne in energetske procese, ki podpirajo normalno delovanje celic in telesa kot celote.

TO nukleinska kislina vključujejo visoko polimerne spojine, ki se med hidrolizo razgradijo v purinske in pirimidinske baze, pentozo in fosforno kislino. Nukleinske kisline vsebujejo ogljik, vodik, fosfor, kisik in dušik. Obstajata dva razreda nukleinskih kislin: ribonukleinske kisline (RNA) in deoksiribonukleinske kisline (DNA).

Struktura in funkcija DNK

DNK- polimer, katerega monomeri so deoksiribonukleotidi. Model prostorske strukture molekule DNA v obliki dvojne vijačnice sta leta 1953 predlagala J. Watson in F. Crick (za izdelavo tega modela so uporabili dela M. Wilkins, R. Franklin, E. Chargaff).

Molekula DNA tvorjena iz dveh polinukleotidnih verig, spiralno zvita drug okoli drugega in skupaj okoli namišljene osi, t.j. je dvojna vijačnica (izjema - nekateri virusi DNK imajo enoverižno DNA). Premer dvojne vijačnice DNA je 2 nm, razdalja med sosednjima nukleotidoma je 0,34 nm, na zavoj vijačnice pa je 10 baznih parov. Molekula je lahko dolga do nekaj centimetrov. Molekularna teža - desetine in stotine milijonov. Skupna dolžina DNA jedra človeške celice je približno 2 m. V evkariontskih celicah DNA tvori komplekse z beljakovinami in ima specifično prostorsko konformacijo.

Monomerna DNA - nukleotid (deoksiribonukleotid)- je sestavljen iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petoogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforjeve kisline. Dušikove baze nukleinskih kislin spadajo v razrede pirimidinov in purinov. DNA pirimidinske baze(v svoji molekuli imajo en obroč) - timin, citozin. Purinske baze(imajo dva obroča) - adenin in gvanin.

Monosaharid DNK nukleotida predstavlja deoksiriboza.

Ime nukleotida izhaja iz imena ustrezne baze. Nukleotidi in dušikove baze so označeni z velikimi črkami.

Polinukleotidna veriga nastane kot posledica reakcij kondenzacije nukleotidov. V tem primeru med 3'-ogljikom ostanka deoksiriboze enega nukleotida in ostankom fosforne kisline drugega, fosfoetrska vez(spada v kategorijo močnih kovalentnih vezi). En konec polinukleotidne verige se konča s 5 "ogljikom (imenovan 5" konec), drugi konec s 3 "ogljikovim (3" koncem).

Druga veriga se nahaja nasproti ene nukleotidne verige. Razporeditev nukleotidov v teh dveh verigah ni naključna, ampak strogo določena: timin se vedno nahaja nasproti adenina ene verige v drugi verigi, citozin pa se vedno nahaja proti gvaninu, med adeninom in timinom nastaneta dve vodikovi vezi vodikove vezi med gvaninom in citozinom. Vzorec, po katerem so nukleotidi različnih verig DNK strogo urejeni (adenin - timin, gvanin - citozin) in se selektivno vežejo drug na drugega, se imenuje načelo komplementarnosti... Treba je opozoriti, da sta J. Watson in F. Crick po branju del E. Chargaffa prišla do razumevanja načela komplementarnosti. E. Chargaff, ki je študiral velika količina vzorce tkiv in organov različnih organizmov, ugotovili, da v katerem koli fragmentu DNA vsebnost ostankov gvanina vedno natančno ustreza vsebnosti citozina in adenina timinu ( "Chargaffovo pravilo"), vendar tega dejstva ni mogel pojasniti.

Iz načela komplementarnosti izhaja, da nukleotidno zaporedje ene verige določa nukleotidno zaporedje druge.

DNA verige so antiparalelne (večsmerne), tj. nukleotidi različnih pramenov se nahajajo v nasprotnih smereh, zato je nasproti 3 "konca ene verige 5" konec druge. Molekulo DNK včasih primerjajo z spiralnim stopniščem. "Ograja" tega stopnišča je hrbtenica sladkornega fosfata (izmenični ostanki deoksiriboze in fosforne kisline); "Koraki" - komplementarne dušikove baze.

Funkcija DNK- shranjevanje in prenos dednih informacij.

Replikacija (redukcija) DNK

- proces samopodvojitve, glavna lastnost molekule DNA. Podvajanje spada v kategorijo reakcij sinteze matriksa, ki vključujejo encime. Pod delovanjem encimov se molekula DNK sprosti in okoli vsake verige se zaključi nova veriga, ki v skladu z načeli komplementarnosti in antiparalelizma deluje kot matrika. Tako je v vsaki hčerinski DNK ena veriga materinska, druga pa na novo sintetizirana. Ta metoda sinteze se imenuje polkonzervativno.

"Gradbeni material" in vir energije za razmnoževanje sta deoksiribonukleozid trifosfati(ATP, TTF, GTP, CTP), ki vsebuje tri ostanke fosforne kisline. Ko so deoksiribonukleozid trifosfati vključeni v polinukleotidno verigo, se dva končna ostanka fosforjeve kisline odcepita, sproščena energija pa se uporabi za tvorbo fosfodiesterske vezi med nukleotidi.

Pri podvajanju sodelujejo naslednji encimi:

helikaze ("odvijte" DNK);
destabilizirajoče beljakovine;
DNA topoizomeraze (DNK se razreže);
DNA polimeraze (deoksiribonukleozid trifosfati so izbrani in komplementarno pritrjeni na verigo DNA šablone);
Primati RNA (tvorijo začetnike RNA, primerje);
DNA ligaze (šivanje fragmentov DNA).

S pomočjo helikaz se sprosti v določenih regijah DNK, enoverižne regije DNA so vezane z destabilizirajočimi proteini in vilice za podvajanje... Kadar pride do odstopanja 10 baznih parov (en obrat vijačnice), mora molekula DNA narediti popoln obrat okoli svoje osi. Da bi preprečili to rotacijo, DNA topoizomeraza razcepi eno verigo DNK, kar ji omogoča vrtenje okoli druge verige.

DNA polimeraza lahko veže nukleotid samo na 3 "-ogljik deoksiriboze prejšnjega nukleotida, zato se lahko ta encim premika vzdolž šablonske DNK le v eno smer: od 3" konca do 5 "konca te šablonske DNK., nato na različnih verigah pride do sestavljanja hčerinskih polinukleotidnih verig na različne načine in v nasprotnih smereh. Na verigi 3 "-5" sinteza hčerinske polinukleotidne verige poteka brez prekinitev; vodilni... Na verigi 5 "-3" - občasno, v fragmentih ( drobci Okazakija), ki jih po zaključku replikacije z DNA ligazami povežemo v eno verigo; ta otroška veriga se bo imenovala zaostajanje (zaostaja).

Značilnost DNA polimeraze je, da lahko začne delovati le z "Semena" (temeljni premaz). Vlogo "primerjev" opravljajo kratka zaporedja RNA, oblikovana s sodelovanjem encima primatov RNA in združena s šablonsko DNA. Primeri RNA se odstranijo po zaključku montaže polinukleotidnih verig.

Podvojitev poteka podobno pri prokariotih in evkariontih. Hitrost sinteze DNA pri prokariotih je za red velikosti višja (1000 nukleotidov na sekundo) kot pri evkariontih (100 nukleotidov na sekundo). Podvajanje se začne hkrati v več regijah molekule DNA. Odlomek DNK z enega mesta izvora replikacije na drugo tvori replikacijsko enoto - replikon.

Replikacija se pojavi pred delitvijo celic. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se dedne informacije prenašajo iz matične celice na hčerko.

Popravilo ("popravilo")

Popravilo imenovan proces popravljanja poškodb nukleotidnega zaporedja DNA. Izvajajo ga posebni encimski sistemi v celici ( popravlja encime). V procesu obnavljanja strukture DNK lahko ločimo naslednje stopnje: 1) nukleaze, ki popravljajo DNK, prepoznajo in odstranijo poškodovano območje, zaradi česar nastane vrzel v verigi DNA; 2) DNA polimeraza zapolni to vrzel s kopiranjem informacij iz druge ("dobre") verige; 3) DNA ligaza "poveže" nukleotide in s tem popravi.

Najbolj raziskani so trije mehanizmi popravljanja: 1) fotoreparacija, 2) ekscizijsko ali pred replikacijsko popravilo, 3) popravilo po replikaciji.

Spremembe v strukturi DNK se v celici nenehno pojavljajo pod vplivom reaktivnih presnovkov, ultravijoličnega sevanja, težkih kovin in njihovih soli itd. Zato okvare v sistemih za popravilo povečajo stopnjo mutacijskih procesov, so vzrok dednih bolezni (pigmentirane kseroderma, progerija itd.).

Struktura in funkcija RNA

- polimer, katerega monomeri so ribonukleotidi... Za razliko od DNA, RNA ne tvorita dve, ampak ena polinukleotidna veriga (z izjemo, da imajo nekateri virusi, ki vsebujejo RNA, dvoverižno RNA). Nukleotidi RNA lahko med seboj tvorijo vodikove vezi. RNK verige so veliko krajše od verig DNK.

RNK monomer - nukleotid (ribonukleotid)- je sestavljen iz ostankov treh snovi: 1) dušikove baze, 2) petogljikovega monosaharida (pentoze) in 3) fosforne kisline. Dušikove baze RNA spadajo tudi v razrede pirimidinov in purinov.

RNK pirimidinske baze - uracil, citozin, purinske baze - adenin in gvanin. Nukleotid RNA monosaharid predstavlja riboza.

Dodelite tri vrste RNA: 1) informativno(glasnik) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomski RNA - rRNA.

Vse vrste RNA so nerazvejani polinukleotidi, imajo posebno prostorsko konformacijo in so vključeni v procese sinteze beljakovin. Podatki o zgradbi vseh vrst RNA so shranjeni v DNK. Postopek sinteze RNA na šabloni DNK se imenuje transkripcija.

Transportne RNA običajno vsebujejo 76 (od 75 do 95) nukleotidov; molekulska masa - 25.000-30.000. tRNA predstavlja približno 10% celotne vsebnosti RNA v celici. Funkcije tRNA: 1) transport aminokislin do mesta sinteze beljakovin, do ribosomov, 2) translacijski mediator. Celica vsebuje približno 40 vrst tRNA, od katerih ima vsaka samo zanjo značilno zaporedje nukleotidov. Vendar imajo vse tRNA več znotrajmolekularnih komplementarnih regij, zaradi česar tRNA pridobijo konformacijo listov detelje. Vsaka tRNA ima zanko za stik z ribosomom (1), antikodonsko zanko (2), zanko za stik z encimom (3), akceptorsko steblo (4) in antikodon (5). Aminokislina se veže na 3 "konec akceptorskega stebla. Antikodon- trije nukleotidi, ki "prepoznajo" kodon mRNA. Poudariti je treba, da lahko določena tRNA prenaša strogo določeno aminokislino, ki ustreza njenemu antikodonu. Specifičnost kombinacije aminokislin in tRNA je dosežena zaradi lastnosti encima aminoacil-tRNA sintetaze.

Ribosomska RNA vsebujejo 3000-5000 nukleotidov; molekulska masa-1.000.000-1.500.000. rRNA predstavlja 80-85% celotne vsebnosti RNA v celici. RRNA v kombinaciji z ribosomskimi beljakovinami tvori ribosome - organele, ki izvajajo sintezo beljakovin. V evkariontskih celicah pride do sinteze rRNA v jedrih. Funkcije RRNA: 1) potrebna strukturna komponenta ribosomov in s tem zagotavljanje delovanja ribosomov; 2) zagotavljanje interakcije ribosoma in tRNA; 3) začetna vezava ribosoma in kodo iniciatorja mRNA ter določitev bralnega okvira, 4) nastanek aktivnega središča ribosoma.

Messenger RNA so različne po vsebnosti nukleotidov in molekulski masi (od 50.000 do 4.000.000). MRNA predstavlja do 5% celotne vsebnosti RNA v celici. Funkcije mRNA: 1) prenos genetskih informacij iz DNK v ribosome, 2) matrika za sintezo proteinske molekule, 3) določitev aminokislinskega zaporedja primarne strukture proteinske molekule.

Struktura in funkcija ATP

Adenozin trifosforna kislina (ATP)- univerzalni vir in glavni akumulator energije v živih celicah. ATP najdemo v vseh celicah rastlin in živali. Količina ATP je v povprečju 0,04% (mokre teže celice), največja količina ATP (0,2-0,5%) je v skeletnih mišicah.

ATP je sestavljen iz ostankov: 1) dušikove baze (adenin), 2) monosaharida (riboze), 3) treh fosfornih kislin. Ker ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline, spada v ribonukleozid trifosfate.

Pri večini vrst dela v celicah se uporablja energija hidrolize ATP. V tem primeru, ko se končni ostanek fosforjeve kisline odcepi, se ATP pretvori v ADP (adenozin difosforjeva kislina), ko se odcepi drugi ostanek fosforne kisline, v AMP (adenozin monofosforjeva kislina). Donos proste energije med odstranjevanjem tako terminalnih kot drugih ostankov fosforne kisline je 30,6 kJ vsak. Razcep tretje fosfatne skupine spremlja sproščanje le 13,8 kJ. Veze med terminalnim in drugim, drugim in prvim ostankom fosforne kisline imenujemo visokoenergijske (visokoenergijske).

Rezerve ATP se nenehno polnijo. V celicah vseh organizmov pride do sinteze ATP v procesu fosforilacije, t.j. dodajanje fosforne kisline ADP. Fosforilacija se pojavi z različno intenzivnostjo med dihanjem (mitohondriji), glikolizo (citoplazma), fotosintezo (kloroplasti).

ATP je glavna povezava med procesi, ki jih spremlja sproščanje in kopičenje energije, ter procesi, ki se pojavljajo pri porabi energije. Poleg tega je ATP skupaj z drugimi ribonukleozidnimi trifosfati (GTP, CTP, UTP) substrat za sintezo RNA.

Pojdi do predavanja številka 3"Struktura in funkcija beljakovin. Encimi "

Pojdi do predavanja št.5"Celična teorija. Vrste celične organizacije "

Struktura in funkcija DNK

Monosaharid DNK nukleotida predstavlja deoksiriboza.

Ime nukleotida izhaja iz imena ustrezne baze. Nukleotidi in dušikove baze so označeni z velikimi črkami.

Druga veriga se nahaja nasproti ene nukleotidne verige. Razporeditev nukleotidov v teh dveh verigah ni naključna, ampak strogo določena: timin se vedno nahaja nasproti adenina ene verige v drugi verigi, citozin pa se vedno nahaja proti gvaninu, med adeninom in timinom nastaneta dve vodikovi vezi vodikove vezi med gvaninom in citozinom. Vzorec, po katerem so nukleotidi različnih verig DNK strogo urejeni (adenin - timin, gvanin - citozin) in se selektivno vežejo drug na drugega, se imenuje načelo komplementarnosti... Treba je opozoriti, da sta J. Watson in F. Crick po branju del E. Chargaffa prišla do razumevanja načela komplementarnosti. E. Chargaff je po preučevanju ogromnega števila vzorcev tkiv in organov različnih organizmov ugotovil, da vsebnost ostankov gvanina v katerem koli fragmentu DNA vedno natančno ustreza vsebnosti citozina, adenina pa timinu ( "Chargaffovo pravilo"), vendar tega dejstva ni mogel pojasniti.

Iz načela komplementarnosti izhaja, da nukleotidno zaporedje ene verige določa nukleotidno zaporedje druge.

Funkcija DNK- shranjevanje in prenos dednih informacij.

Replikacija (redukcija) DNK

Pri podvajanju sodelujejo naslednji encimi:

helikaze ("odvijte" DNK);
destabilizirajoče beljakovine;
DNA topoizomeraze (DNK se razreže);
DNA polimeraze (deoksiribonukleozid trifosfati so izbrani in komplementarno pritrjeni na verigo DNA šablone);
Primati RNA (tvorijo začetnike RNA, primerje);
DNA ligaze (šivanje fragmentov DNA).

Replikacija se pojavi pred delitvijo celic. Zahvaljujoč tej sposobnosti DNK se dedne informacije prenašajo iz matične celice na hčerko.

Popravilo ("popravilo")

Najbolj raziskani so trije mehanizmi popravljanja: 1) fotoreparacija, 2) ekscizijsko ali pred replikacijsko popravilo, 3) popravilo po replikaciji.

Struktura in funkcija RNA

RNK pirimidinske baze - uracil, citozin, purinske baze - adenin in gvanin. Nukleotid RNA monosaharid predstavlja riboza.

Dodelite tri vrste RNA: 1) informativno(glasnik) RNA - mRNA (mRNA), 2) transport RNA - tRNA, 3) ribosomski RNA - rRNA.

Struktura in funkcija ATP

Pojdi do predavanja številka 3"Struktura in funkcija beljakovin. Encimi "

Pojdi do predavanja št.5"Celična teorija. Vrste celične organizacije "

Nadaljevanje. Glej št. 11, 12, 13, 14, 15, 16/2005

Pouk biologije v učilnicah naravoslovja

Napredno načrtovanje, razred 10

Lekcija 19. Kemična zgradba in biološka vloga ATP

Oprema: tabele splošne biologije, diagram strukture molekule ATP, diagram razmerja med plastično in energetsko presnovo.

I. Preverjanje znanja

Izvajanje biološkega narekovanja "Organske spojine žive snovi"

Učitelj bere teze pod številkami, učenci v zvezek zapišejo številke tistih tez, ki ustrezajo vsebini njihove različice.

Možnost 1 - beljakovine.
Možnost 2 - ogljikovi hidrati.
Možnost 3 - lipidi.
Možnost 4 - nukleinske kisline.

1. V čisti obliki so sestavljeni le iz atomov C, H, O.

2. Poleg atomov C, H, O vsebujejo N in običajno S.

3. Poleg atomov C, H, O vsebujejo N in P.

4. Imajo relativno nizko molekulsko maso.

5. Molekulska masa je lahko od tisoč do nekaj deset in sto tisoč daltonov.

6. Največje organske spojine z molekulsko maso do nekaj deset in stotine milijonov daltonov.

7. Imajo različne molekulske mase - od zelo nizke do zelo visoke, odvisno od tega, ali je snov monomer ali polimer.

8. Sestavljeni so iz monosaharidov.

9. Sestavljeni so iz aminokislin.

10. Sestavljeni so iz nukleotidov.

11. Ali so estri višjih maščobnih kislin.

12. Glavni strukturna enota: "Ostanek dušikove baze - pentoza - fosforjeva kislina".

13. Glavna strukturna enota: "aminokisline".

14. Glavna strukturna enota: "monosaharid".

15. Glavna strukturna enota: "glicerin-maščobna kislina".

16. Polimerne molekule so zgrajene iz istih monomerov.

17. Molekule polimerov so zgrajene iz podobnih, vendar ne povsem enakih monomerov.

18. Ne polimeri.

19. Izvajajo skoraj izključno energetske, gradbene in skladiščne funkcije, v nekaterih primerih - zaščitne.

20. Poleg energije in gradbeništva opravljajo katalitične, signalne, transportne, motorne in zaščitne funkcije;

21. Izvedite shranjevanje in prenos dednih lastnosti celice in organizma.

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

II. Učenje novega gradiva

1. Struktura adenozin trifosforne kisline

Poleg beljakovin, nukleinskih kislin, maščob in ogljikovih hidratov se v živi snovi sintetizira še veliko drugih organskih spojin. Med njimi ima pomembno vlogo v bioenergetiki celice adenozin trifosforna kislina (ATP). ATP najdemo v vseh celicah rastlin in živali. V celicah je adenozin trifosforjeva kislina najpogosteje prisotna v obliki soli, imenovanih adenozin trifosfati... Količina ATP niha in je v povprečju 0,04% (v celici je v povprečju približno 1 milijarda molekul ATP). Največjo količino ATP najdemo v skeletnih mišicah (0,2–0,5%).

Molekula ATP je sestavljena iz dušikove baze - adenina, pentoze - riboze in treh ostankov fosforne kisline, tj. ATP je poseben adenilni nukleotid. Za razliko od drugih nukleotidov ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline. ATP spada med visokoenergijske snovi - snovi, ki vsebujejo veliko količino energije v svojih vezah.

Prostorski model (A) in strukturna formula (B) molekule ATP

Ostanki fosforne kisline se izločijo iz sestave ATP pod delovanjem encimov ATPaze. ATP ima dosledno težnjo po ločevanju svoje terminalne skupine fosfatov:

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

od to vodi do izginotja energetsko neugodnega elektrostatičnega odbijanja med sosednjimi negativnimi naboji. Nastali fosfat se stabilizira z tvorbo energetsko ugodnih vodikovih vezi z vodo. Porazdelitev naboja v sistemu ADP + Fn postane bolj stabilna kot v ATP. Kot rezultat te reakcije se sprosti 30,5 kJ (pri prekinitvi normalne kovalentne vezi se sprosti 12 kJ).

Da bi poudarili visoke "stroške" energije vezi fosfor-kisik v ATP, je običajno, da jo označimo z znakom ~ in jo imenujemo makroenergijska vez. Ko se odcepi ena molekula fosforne kisline, ATP preide v ADP (adenozin difosforna kislina), če pa se odcepimo dve molekuli fosforne kisline, potem ATP preide v AMP (adenozin monofosforjeva kislina). Odstranitev tretjega fosfata spremlja sproščanje le 13,8 kJ, tako da sta v molekuli ATP le dve visokoenergetski vezi.

2. Nastanek ATP v celici

Zaloga ATP v celici je majhna. Na primer, v mišicah rezerve ATP zadostujejo za 20-30 kontrakcij. Toda mišica lahko deluje ure in povzroči na tisoče kontrakcij. Zato se mora skupaj z razgradnjo ATP na ADP v celici nenehno nadaljevati tudi obratna sinteza. Za sintezo ATP v celicah obstaja več poti. Spoznajmo jih.

1. Anaerobna fosforilacija. Fosforilacija se nanaša na sintezo ATP iz ADP in nizkomolekularnega fosfata (Fn). V tem primeru govorimo o anoksičnih procesih oksidacije organskih snovi (na primer glikoliza je proces anoksične oksidacije glukoze v piruvično kislino). Približno 40% energije, sproščene med temi procesi (približno 200 kJ / mol glukoze), se porabi za sintezo ATP, preostanek pa se razprši v obliki toplote:

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

2. Oksidativna fosforilacija Je proces sinteze ATP posledica energije oksidacije organskih snovi s kisikom. Ta proces so odkrili v zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja. XX stoletje V.A. Engelhardt. Kisikovi procesi oksidacije organskih snovi se pojavljajo v mitohondrijih. Približno 55% energije, sproščene v tem procesu (približno 2600 kJ / mol glukoze), se pretvori v energijo kemijske vezi ATP in 45% se odvaja kot toplota.

Oksidativna fosforilacija je veliko učinkovitejša od anaerobnih sintez: če med glikolizo med razgradnjo molekule glukoze nastaneta le 2 molekuli ATP, potem med oksidativno fosforilacijo nastane 36 molekul ATP.

3. Fotofosforilacija- proces sinteze ATP zaradi energije sončne svetlobe. Ta pot sinteze ATP je značilna le za celice, ki so sposobne fotosinteze (zelene rastline, cianobakterije). Energijo kvantov sončne svetlobe fotosintetika uporablja v svetlobni fazi fotosinteze za sintezo ATP.

3. Biološki pomen ATP

ATP je v središču presnovnih procesov v celici in je povezava med reakcijami biološke sinteze in razpadom. Vlogo ATP v celici lahko primerjamo z vlogo baterije, saj se med hidrolizo ATP sprošča energija, ki je potrebna za različne vitalne procese ("praznjenje") in v procesu fosforilacije ("polnjenje" ), ATP spet nabira energijo.

Zaradi energije, sproščene med hidrolizo ATP, se pojavijo skoraj vsi vitalni procesi v celici in telesu: živčni impulzi, biosinteza snovi, krčenje mišic, transport snovi itd.

III. Utrjevanje znanja

Rešitev bioloških problemov

Problem 1. Pri hitrem teku pogosto dihamo in pride do znojenja. Pojasnite te pojave.

Problem 2. Zakaj zmrznjeni ljudje začnejo tolkati in skakati na mrazu?

Problem 3. V znanem delu I. Ilfa in E. Petrova "Dvanajst stolov" med mnogimi koristne nasvete lahko najdete tudi to: "Globoko vdihni, vznemirjen si." Poskusite utemeljiti ta nasvet v smislu energetskih procesov, ki se pojavljajo v telesu.

IV. Domača naloga

Začnite se pripravljati na preizkus in preizkus (narekujte testna vprašanja - glejte lekcijo 21).

Lekcija 20. Posploševanje znanja na oddelku "Kemična organizacija življenja"

Oprema: tabele o splošni biologiji.

I. Posploševanje znanja oddelka

Delo učencev z vprašanji (posamično), čemur sledi preverjanje in razprava

1. Navedite primere organskih spojin, ki vključujejo ogljik, žveplo, fosfor, dušik, železo, mangan.

2. Kako se živa celica po svoji ionski sestavi razlikuje od mrtve?

3. Katere snovi so v celici v neraztopljeni obliki? V katere organe in tkiva vstopajo?

4. Navedite primere makrohranil, vključenih v aktivna središča encimov.

5. Kateri hormoni vsebujejo elemente v sledovih?

6. Kakšna je vloga halogenov v človeškem telesu?

7. Kako se proteini razlikujejo od umetnih polimerov?

8. Kakšna je razlika med peptidi in beljakovinami?

9. Kako se imenuje beljakovina, ki je del hemoglobina? Iz koliko podenot je sestavljena?

10. Kaj je ribonukleaza? Koliko aminokislin je v njem? Kdaj je bil umetno sintetiziran?

11. Zakaj je stopnja kemičnih reakcij brez encimov nizka?

12. Katere snovi proteini prenašajo skozi celično membrano?

13. Kakšna je razlika med protitelesi in antigeni? Ali cepiva vsebujejo protitelesa?

14. Na katere snovi se v telesu razgradijo beljakovine? Koliko energije se v tem primeru sprosti? Kje in kako se nevtralizira amoniak?

15. Navedite primer peptidnih hormonov: kako sodelujejo pri uravnavanju celične presnove?

16. Kakšna je struktura sladkorja, s katerim pijemo čaj? Katere tri sopomenke za to snov poznate?

17. Zakaj se maščoba v mleku ne nabira na površini, ampak je v obliki suspenzije?

18. Kolikšna je masa DNK v jedru somatskih in zarodnih celic?

19. Koliko ATP porabi oseba na dan?

20. Iz katerih beljakovin ljudje izdelujejo oblačila?

Primarna struktura ribonukleaze trebušne slinavke (124 aminokislin)

II. Domača naloga.

Nadaljujte s pripravami na preizkusno in preizkusno delo v poglavju "Kemična organizacija življenja".

Lekcija 21. Testna lekcija "Kemična organizacija življenja"

I. Izvajanje ustnega pobota o vprašanjih

1. Elementarna sestava celice.

2. Značilnosti organogenih elementov.

3. Struktura molekule vode. Vodikova vez in njen pomen v "kemiji" življenja.

4. Lastnosti in biološke funkcije vode.

5. Hidrofilne in hidrofobne snovi.

6. Kationi in njihov biološki pomen.

7. Anioni in njihov biološki pomen.

8. Polimeri. Biološki polimeri. Razlike med serijskimi in neserijskimi polimeri.

9. Lastnosti lipidov, njihove biološke funkcije.

10. Skupine ogljikovih hidratov, razporejene glede na značilnosti strukture.

11. Biološke funkcije ogljikovih hidratov.

12. Elementarna sestava beljakovin. Amino kisline. Tvorba peptidov.

13. Primarne, sekundarne, terciarne in četrtinske strukture beljakovin.

14. Biološka funkcija beljakovine.

15. Razlike med encimi in nebiološkimi katalizatorji.

16. Struktura encimov. Koencimi.

17. Mehanizem delovanja encimov.

18. Nukleinske kisline. Nukleotidi in njihova zgradba. Tvorba polinukleotidov.

19. Pravila E. Chargaffa. Načelo komplementarnosti.

20. Nastanek dvoverižne molekule DNA in njena spiralizacija.

21. Razredi celične RNA in njihove funkcije.

22. Razlike med DNA in RNA.

23. Podvajanje DNK. Transkripcija.

24. Struktura in biološka vloga ATP.

25. Nastanek ATP v celici.

II. Domača naloga

Nadaljujte s pripravami na preizkus v oddelku "Kemična organizacija življenja".

Lekcija 22. Kontrolna lekcija na temo "Kemična organizacija življenja"

I. Izvajanje pisnega preizkusa

Možnost 1

1. Obstajajo tri vrste aminokislin - A, B, C. Koliko različic polipeptidnih verig, sestavljenih iz petih aminokislin, lahko zgradite. Označite te možnosti. Ali bodo imeli ti polipeptidi enake lastnosti? Zakaj?

2. Vsa živa bitja so v glavnem sestavljena iz ogljikovih spojin, analog ogljika - silicija, katerega vsebnost v zemeljski skorji je 300 -krat večja od ogljika, pa najdemo le v zelo redkih organizmih. Razložite to dejstvo glede na strukturo in lastnosti atomov teh elementov.

3. V eno celico smo vnesli molekule ATP, označene z radioaktivnim 32P, zadnji, tretji ostanek fosforne kisline, v drugo celico pa molekule ATP, označene z 32P, pri prvem ostanku, ki je najbližje ribozi. Po 5 minutah smo v obeh celicah izmerili vsebnost anorganskega fosfatnega iona, označenega z 32P. Kje bo bistveno višja?

4. Študije so pokazale, da 34% celotnega števila nukleotidov te mRNA predstavlja gvanin, 18% - uracil, 28% - citozin in 20% - adenin. Določite odstotek dušikovih baz dvoverižne DNA, katere ulit je označena mRNA.

Možnost 2

1. Maščobe so "prva rezerva" v izmenjavo energije in se uporabljajo, ko je zaloga ogljikovih hidratov izčrpana. Vendar se v skeletnih mišicah v prisotnosti glukoze in maščobnih kislin slednje uporabljajo v večji meri. Beljakovine kot vir energije se vedno uporabljajo le kot zadnja možnost, ko telo strada. Pojasnite ta dejstva.

2. Ioni težkih kovin (živo srebro, svinec itd.) In arzen se zlahka vežejo s sulfidnimi skupinami beljakovin. Če poznate lastnosti sulfidov teh kovin, pojasnite, kaj se zgodi z beljakovinami v kombinaciji s temi kovinami. Zakaj so težke kovine strupene za telo?

3. Pri reakciji oksidacije snovi A v snov B se sprosti 60 kJ energije. Koliko molekul ATP je mogoče maksimalno sintetizirati v tej reakciji? Kako se bo preostala energija porabila?

4. Študije so pokazale, da 27% celotnega števila nukleotidov te mRNA predstavlja gvanin, 15% - uracil, 18% - citozin in 40% - adenin. Določite odstotek dušikovih baz dvoverižne DNA, katere ulit je označena mRNA.

Se nadaljuje