Ogljikovi hidrati- To so organske spojine, ki vključujejo ogljik, vodik in kisik. Ogljikove hidrate delimo na mono-, di- in polisaharide.

Monosaharidi so enostavni sladkorji, sestavljeni iz 3 ali več atomov C. Monosaharidi: glukoza, riboza in deoksiriboza. Ne hidrolizira, lahko kristalizira, topen v vodi, ima sladek okus

Polisaharidi nastanejo kot posledica polimerizacije monosaharidov. Ob tem izgubijo sposobnost kristalizacije in sladek okus. Primer - škrob, glikogen, celuloza.

1. Energija je glavni vir energije v celici (1 gram = 17,6 kJ)

2. strukturna - del membran rastlinskih celic (celuloza) in živalskih celic

3. vir za sintezo drugih spojin

4. shranjevanje (glikogen - v živalskih celicah, škrob - v rastlinskih celicah)

5. povezovanje

Lipidi- kompleksne spojine glicerola in maščobnih kislin. Netopen v vodi, samo v organskih topilih. Obstajajo preprosti in kompleksni lipidi.

Funkcije lipidov:

1. strukturna - osnova za vse celične membrane

2. energija (1 g = 37,6 kJ)

3. skladiščenje

4. toplotna izolacija

5. vir znotrajcelične vode

ATP - ena sama univerzalna energijsko intenzivna snov v celicah rastlin, živali in mikroorganizmov. S pomočjo ATP se energija kopiči in prenaša v celici. ATP je sestavljen iz dušikove baze adeina, ogljikovih hidratov riboze in treh ostankov fosforne kisline. Fosfatne skupine so med seboj povezane z visokoenergijskimi vezmi. Funkcije ATP so prenos energije.

Veverice so prevladujoča snov v vseh živih organizmih. Protein je polimer, katerega monomer je aminokisline (20). Aminokisline so v proteinski molekuli povezane s peptidnimi vezmi, ki nastanejo med amino skupino ene aminokisline in karboksilno skupino druge. Vsaka celica ima edinstven nabor beljakovin.

Obstaja več nivojev organizacije beljakovinske molekule. Primarni struktura - zaporedje aminokislin, povezanih s peptidno vezjo. Ta struktura določa specifičnost proteina. notri sekundarni Struktura molekule ima obliko spirale, njeno stabilnost zagotavljajo vodikove vezi. Terciar struktura nastane kot posledica preoblikovanja spirale v tridimenzionalno sferično obliko - globulo. Kvartar nastane, ko se več proteinskih molekul združi v en kompleks. Funkcionalna aktivnost proteinov se kaže v strukturi 2, 3 ali 3.

Struktura beljakovin se spreminja pod vplivom različnih kemikalij (kisline, alkalije, alkohol in drugi) in fizikalnih dejavnikov (visoka in nizka t sevanja), encimov. Če te spremembe ohranijo primarno strukturo, je proces reverzibilen in se kliče denaturacija. Uničenje primarne strukture se imenuje koagulacija(ireverzibilen proces uničenja beljakovin)

Funkcije beljakovin

1. strukturno

2. katalitično

3. kontraktilne (proteini aktin in miozin v mišičnih vlaknih)

4. transport (hemoglobin)

5. regulativni (insulin)

6. signal

7. zaščitni

8. energija (1 g=17,2 kJ)

Vrste nukleinskih kislin. Nukleinska kislina- biopolimeri živih organizmov, ki vsebujejo fosfor, ki zagotavljajo shranjevanje in prenos dednih informacij. Leta 1869 jih je odkril švicarski biokemik F. Miescher v jedrih levkocitov in semenčic lososa. Pozneje so nukleinske kisline našli v vseh rastlinskih in živalskih celicah, virusih, bakterijah in glivah.

V naravi obstajata dve vrsti nukleinskih kislin – deoksiribonukleinska kislina (DNK) in ribonukleinska kislina (RNA). Razlika v imenih je razložena z dejstvom, da molekula DNK vsebuje petogljikov sladkor deoksiribozo, molekula RNK pa vsebuje ribozo.

DNK najdemo predvsem v kromosomih celičnega jedra (99 % vse celične DNK), pa tudi v mitohondrijih in kloroplastih. RNA je del ribosomov; Molekule RNK so tudi v citoplazmi, matriksu plastidov in mitohondrijih.

Nukleotidi- strukturne komponente nukleinskih kislin. Nukleinske kisline so biopolimeri, katerih monomeri so nukleotidi.

Nukleotidi- kompleksne snovi. Vsak nukleotid vsebuje dušikovo bazo, sladkor s petimi ogljikovimi atomi (riboza ali deoksiriboza) in ostanek fosforne kisline.

Obstaja pet glavnih dušikovih baz: adenin, gvanin, uracil, timin in citozin.

DNK. Molekula DNK je sestavljena iz dveh polinukleotidnih verig, spiralno zavitih druga glede na drugo.

Nukleotidi molekule DNA vključujejo štiri vrste dušikovih baz: adenin, gvanin, timin in citocin. V polinukleotidni verigi so sosednji nukleotidi med seboj povezani s kovalentnimi vezmi.

Polinukleotidna veriga DNK je zavita v obliki spirale kot spiralno stopnišče in povezana z drugo, komplementarno verigo, s pomočjo vodikovih vezi, ki nastanejo med adeninom in timinom (dve vezi), ter gvaninom in citozinom (tri vezi). Nukleotidi A in T, G in C se imenujejo komplementarno.

Posledično je v katerem koli organizmu število adenilnih nukleotidov enako številu timidilnih nukleotidov, število gvanilnih nukleotidov pa je enako številu citidilnih nukleotidov. Zahvaljujoč tej lastnosti zaporedje nukleotidov v eni verigi določa njihovo zaporedje v drugi. Ta sposobnost selektivnega združevanja nukleotidov se imenuje komplementarnost, in ta lastnost je podlaga za tvorbo novih molekul DNA na osnovi prvotne molekule (replikacija, tj. podvojitev).

Ko se pogoji spremenijo, lahko DNK, tako kot beljakovine, doživi denaturacijo, kar imenujemo taljenje. S postopno vrnitvijo v normalne razmere se DNK ponovno naturira.

Funkcija DNK je shranjevanje, prenos in reprodukcija genetskih informacij skozi generacije. DNK katere koli celice kodira informacije o vseh beljakovinah določenega organizma, o tem, katere beljakovine, v kakšnem zaporedju in v kakšnih količinah bodo sintetizirane. Zaporedje aminokislin v beljakovinah je v DNK zapisano s tako imenovano genetsko (tripletno) kodo.

Glavni premoženje DNK je njegovo sposobnost razmnoževanja.

Replikacija - To je proces samopodvajanja molekul DNK, ki poteka pod nadzorom encimov. Replikacija se zgodi pred vsako delitvijo jedra. Začne se z začasno odvijanjem vijačnice DNA pod delovanjem encima DNA polimeraze. Na vsaki izmed verig, ki nastanejo po pretrganju vodikovih vezi, se po principu komplementarnosti sintetizira hčerinska veriga DNK. Material za sintezo so prosti nukleotidi, ki so prisotni v jedru

Tako ima vsaka polinukleotidna veriga svojo vlogo matrice za novo komplementarno verigo (zato se proces podvajanja molekul DNA nanaša na reakcije matrična sinteza). Rezultat sta dve molekuli DNA, od katerih ima vsaka eno verigo, ki je ostala od matične molekule (polovica), druga pa je na novo sintetizirana.Poleg tega je ena nova veriga sintetizirana neprekinjeno, druga pa prva v obliki kratkih fragmentov, ki se nato v dolgo verigo zašije poseben encim - DNA ligaza. Kot rezultat replikacije sta dve novi molekuli DNA natančna kopija originalne molekule.

Biološki pomen replikacije je v natančnem prenosu dednih informacij iz matične celice v hčerinske celice, ki se pojavi med delitvijo somatskih celic.

RNA. Struktura molekul RNK je v marsičem podobna strukturi molekul DNK. Vendar pa obstajajo številne bistvene razlike. V molekuli RNA vsebujejo nukleotidi ribozo namesto deoksiriboze in uridil nukleotid (U) namesto timidil nukleotida (T). Glavna razlika od DNK je, da je molekula RNK ena veriga. Vendar pa so njegovi nukleotidi sposobni tvoriti vodikove vezi med seboj (na primer v molekulah tRNA, rRNA), vendar v tem primeru govorimo o intraverižni povezavi komplementarnih nukleotidov. Verige RNK so veliko krajše od DNK.

V celici obstaja več vrst RNA, ki se razlikujejo po molekulski velikosti, strukturi, lokaciji v celici in funkcijah:

1. Messenger RNA (mRNA) – prenaša genetske informacije iz DNK v ribosome

2. Ribosomska RNA (rRNA) – del ribosomov

3. 3. Prenosna RNA (tRNA) – prenaša aminokisline do ribosomov med sintezo beljakovin



Nukleinska kislina(iz latinskega jedra - jedro) - kisline, ki so bile prvič odkrite v študiji jeder levkocitov; jih je leta 1868 odprl I.F. Miescher, švicarski biokemik. Biološki pomen nukleinske kisline - shranjevanje in prenos dednih informacij; potrebni so za vzdrževanje življenja in za njegovo razmnoževanje.

Nukleinska kislina

Nukleotid DNA in nukleotid RNA imata podobnosti in razlike.

Struktura nukleotidov DNA

Zgradba nukleotida RNA

Molekula DNK je dvojna veriga, zavita v spiralo.

Molekula RNA je enojna veriga nukleotidov, po strukturi podobna eni sami verigi DNA. Samo namesto deoksiriboze RNA vključuje drug ogljikov hidrat - ribozo (od tod tudi ime) in namesto timina - uracil.

Obe verigi DNK sta med seboj povezani z vodikovimi vezmi. V tem primeru opazimo pomemben vzorec: nasproti dušikove baze adenina A v eni verigi je dušikova baza timin T v drugi verigi, nasproti gvanina G pa vedno citozin C. Ti bazni pari se imenujejo komplementarni pari.

torej načelo komplementarnosti(iz latinskega komplementa - dodatek) je, da vsaka dušikova baza, vključena v nukleotid, ustreza drugi dušikovi bazi. Nastanejo strogo določeni bazni pari (A - T, G - C), ti pari so specifični. Med gvaninom in citozinom obstajajo tri vodikove vezi, med adeninom in timinom v nukleotidu DNA nastaneta dve vodikovi vezi, v RNA pa nastaneta dve vodikovi vezi med adeninom in uracilom.

Vodikove vezi med dušikovimi bazami nukleotidov

G ≡ C G ≡ C

Posledično je v katerem koli organizmu število adenilnih nukleotidov enako številu timidilnih nukleotidov, število gvanilnih nukleotidov pa je enako številu citidilnih nukleotidov. Zahvaljujoč tej lastnosti zaporedje nukleotidov v eni verigi določa njihovo zaporedje v drugi. To sposobnost selektivnega združevanja nukleotidov imenujemo komplementarnost in ta lastnost je osnova za tvorbo novih molekul DNA na osnovi prvotne molekule (replikacija, t.j. podvojitev).

Tako je kvantitativna vsebnost dušikovih baz v DNK podvržena določenim pravilom:

1) Vsota adenina in gvanina je enaka vsoti citozina in timina A + G = C + T.

2) Vsota adenina in citozina je enaka vsoti gvanina in timina A + C = G + T.

3) Količina adenina je enaka količini timina, količina gvanina je enaka količini citozina A = T; G = C.

Ko se pogoji spremenijo, lahko DNK, tako kot beljakovine, doživi denaturacijo, kar imenujemo taljenje.

DNK ima edinstvene lastnosti: sposobnost samopodvajanja (replikacija, reduplikacija) in sposobnost samozdravljenja (popravljanje). Replikacija zagotavlja natančno reprodukcijo v hčerinskih molekulah informacij, ki so bile zapisane v matični molekuli. Toda včasih pride do napak med postopkom replikacije. Sposobnost molekule DNA, da popravi napake, ki se pojavijo v njenih verigah, to je, da obnovi pravilno zaporedje nukleotidov, imenujemo popravilo.

Molekule DNK se nahajajo predvsem v jedrih celic in v majhnih količinah v mitohondrijih in plastidih – kloroplastih. Molekule DNK so nosilke dednih informacij.

Zgradba, funkcije in lokalizacija v celici. Obstajajo tri vrste RNA. Imena so povezana z opravljenimi funkcijami:

Primerjalne značilnosti nukleinskih kislin

Adenozin fosforne kisline - a denozin trifosforna kislina (ATP), A denozin difosforna kislina (ADP), A denozin monofosforna kislina (AMP).

Citoplazma vsake celice, pa tudi mitohondriji, kloroplasti in jedra, vsebuje adenozin trifosforno kislino (ATP). Zagotavlja energijo za večino reakcij, ki potekajo v celici. S pomočjo ATP celica sintetizira nove molekule beljakovin, ogljikovih hidratov, maščob, izvaja aktivni transport snovi, utripa flagele in cilije.

ATP je po strukturi podoben adenin nukleotidu, ki je del RNA, le da namesto ene fosforne kisline ATP vsebuje tri ostanke fosforne kisline.

Zgradba molekule ATP:

Nestabilne kemične vezi, ki povezujejo molekule fosforne kisline v ATP, so energijsko zelo bogate. Ko se te povezave prekinejo, se sprosti energija, ki jo vsaka celica porabi za podporo vitalnih procesov:

ATP ADP + P + E

ADP AMP + F + E,

kjer je F fosforna kislina H3PO4, E je sproščena energija.

Kemične vezi v ATP med ostanki fosforne kisline, ki so bogate z energijo, imenujemo makroergične povezave. Cepitev ene molekule fosforne kisline spremlja sproščanje energije - 40 kJ.

ATP nastane iz ADP in anorganskega fosfata zaradi energije, ki se sprosti pri oksidaciji organskih snovi in ​​pri fotosintezi. Ta proces se imenuje fosforilacija.

Pri tem je treba porabiti najmanj 40 kJ/mol energije, ki se akumulira v visokoenergijskih vezeh. Zato je glavni pomen procesov dihanja in fotosinteze določen z dejstvom, da dobavljajo energijo za sintezo ATP, s sodelovanjem katerega se v celici izvaja večina dela.

ATP se izjemno hitro obnavlja. Pri ljudeh se na primer vsaka molekula ATP razgradi in regenerira 2400-krat na dan, tako da je njena povprečna življenjska doba manj kot 1 minuto. Sinteza ATP poteka predvsem v mitohondrijih in kloroplastih (delno v citoplazmi). Tu nastali ATP se pošlje v tiste dele celice, kjer se pojavi potreba po energiji.

ATP ima pomembno vlogo v bioenergetiki celice: opravlja eno najpomembnejših funkcij - hranilnik energije, je univerzalni biološki akumulator energije.

Iz predmeta biologije rastlin in živali se spomnite, kje v celicah so shranjene dedne informacije. Katere snovi so odgovorne za shranjevanje in razmnoževanje dednih informacij? Ali so te snovi enake v rastlinah in živalih?

Nukleinske kisline in nukleotidi

Molekule nukleinske kisline so velike organske molekule - biopolimeri, katerih monomeri so nukleotidi. Vsak nukleotid je sestavljen iz treh komponent - dušikove baze, monosaharida (riboza ali deoksiriboza) in ostanka ortofosfatne kisline (slika 8.1).

Nukleinske kisline vsebujejo pet vrst dušikovih baz (slika 8.2). Dejansko obstaja pet vrst nukleotidov: timidil (baza - timin), citidil (baza - citozin), uridil (baza - uracil), adenil (baza - adenin), gvanil (baza - gvanin).

V celicah živih organizmov se posamezni nukleotidi uporabljajo tudi v različnih presnovnih procesih kot samostojne spojine.

Ko nastanejo molekule nukleinske kisline med ostankom ortofosfatne kisline enega nukleotida in monosaharidom drugega

nastane močna kovalentna vez. Zato imajo tako nastale nukleinske kisline obliko verige, v kateri so nukleotidi zaporedno nameščeni drug za drugim. Njihovo število v eni biopolimerni molekuli lahko doseže več milijonov.

DNK in RNK

V celicah živih organizmov obstajata dve vrsti nukleinskih kislin - RNA (ribonukleinska kislina) in DNA (deoksiribonukleinska kislina). Med seboj se razlikujejo po sestavi in ​​strukturnih značilnostih.

Glavna naloga DNK in RNK je shranjevanje in razmnoževanje dednih informacij, kar omogoča zgradba njunih molekul.

RNA shranjuje dedne informacije manj zanesljivo kot DNK, zato ta način shranjevanja uporabljajo le nekateri virusi.

Zgradba molekul nukleinskih kislin

Nukleotidi DNA vključujejo monosaharid deoksiribozo in štiri dušikove baze - adenin, timin, citozin in gvanin. In same molekule DNA so običajno sestavljene iz dveh nukleotidnih verig, ki sta med seboj povezani z vodikovimi vezmi (slika 8.3).

RNK nukleotidi vsebujejo monosaharid ribozo namesto deoksiriboze in uracil namesto timina. Molekula RNK je običajno sestavljena iz ene nukleotidne verige, katere različni fragmenti med seboj tvorijo vodikove vezi. Tri take vezi nastanejo med gvaninom in citozinom, dve pa med adeninom in timinom ali adeninom in uracilom.

Molekula DNK je sestavljena iz dveh nukleotidnih verig, povezanih po principu komplementarnosti: nasproti vsakega nukleotida ene verige je postavljen nukleotid druge verige, ki mu ustreza. Tako je nasproti adenilnega nukleotida timidilni nukleotid, nasproti citidilnega nukleotida pa gvanilni nukleotid (slika 8.4). Zato je v molekulah DNA število adenilnih nukleotidov vedno enako številu timidilnih nukleotidov, število gvanilnih nukleotidov pa vedno enako številu citidilnih nukleotidov.

ATP in njegova vloga v življenju celice

Ne le RNA in DNA, ampak tudi posamezni nukleotidi aktivno sodelujejo v življenju celice. Posebej pomembne so nukleotidne spojine z ostanki ortofosfatne kisline. Na nukleotid so lahko pritrjeni od enega do trije takšni ostanki. V skladu s tem se imenujejo po številu teh ostankov: ATP - adenozin triortofosfat (adenozin triortofosfat), GTP - gvanozin triortofosfat, ADP - adenozin diortofosfat, AMP - adenozin monoortofosfat. vsi nukleotidi, ki tvorijo nukleinske kisline, so monofosfati. Tri- in difosfati imajo tudi pomembno vlogo v biokemičnih procesih celic.

Najpogostejši v celicah živih organizmov je ATP. Ima vlogo univerzalnega vira energije za biokemične reakcije, sodeluje pa tudi v procesih rasti, gibanja in razmnoževanja celic. V procesih celičnega dihanja in fotosinteze nastane veliko število molekul ATP.

Pretvorba energije in fuzijske reakcije v bioloških sistemih

ATP zagotavlja energijo za večino procesov, ki potekajo v celicah. Najprej so to procesi sinteze organskih snovi, ki se izvajajo s pomočjo encimov.

Da bi encimi izvedli biokemično reakcijo, v večini primerov potrebujejo energijo.

Molekule ATP pri interakciji z encimi razpadejo na dve molekuli - ortofosfatno kislino in ADP. Pri tem se sprosti energija:

To energijo uporabljajo encimi za delovanje. Zakaj ATP? Ker vez ostankov ortofosfatne kisline v tej molekuli ni navadna, temveč makroergična (visokoenergijska) (slika 8.5). Tvorba te vezi zahteva veliko energije, med njenim uničenjem pa se energija sprosti v velikih količinah.

Ko se molekule ogljikovih hidratov, beljakovin in lipidov v celicah razgradijo, se sprosti energija. Celica to energijo shrani. Da bi to naredili, se monoortofosfatnim nukleotidom (na primer AMP) doda en ali dva ostanka ortofosfatne kisline in nastanejo molekule di- ali triortofosfatov (ADP oziroma ATP). Nastale vezi so visokoenergijske. torej

ADP vsebuje eno visokoenergijsko vez, ATP pa dve. Med sintezo novih organskih spojin se visokoenergetske vezi uničijo in ustreznim procesom zagotovijo energijo.

Vse celične oblike življenja na našem planetu vsebujejo tako RNK kot DNK v svojih celicah. Toda virusi vsebujejo samo eno vrsto nukleinske kisline. njihovi virioni vsebujejo RNA ali DNA pod beljakovinsko ovojnico. Šele ko virus vstopi v gostiteljsko celico, običajno začne sintetizirati DNK in RNK.

Nukleinske kisline so biopolimeri, ki so v živih organizmih prisotni v obliki DNK in RNK. Njihovi monomeri so nukleotidi. DNK ima običajno obliko dvojne vijačnice, sestavljene iz dveh verig. RNA je najpogosteje v obliki ene verige. Glavna funkcija nukleinskih kislin je shranjevanje in razmnoževanje genetskih informacij. Nukleotidi so vključeni tudi v biokemične procese celice, ATP pa igra vlogo univerzalnega vira energije za biokemične reakcije.

Preizkusite svoje znanje

1. Kako se DNK razlikuje od RNK? 2. Zakaj živi organizmi potrebujejo nukleinske kisline? 3. Katere funkcije ATP opravlja v celicah? 4. Dopolnite drugo verigo DNK po principu komplementarnosti, če je prva veriga takšna: AGGTTATATCGCCTAGAATTCGGGGAA. 5*. DNK ni sposoben biti katalizator biokemičnih reakcij. Toda nekatere molekule RNA (imenujejo se ribozimi) so lahko katalizatorji. S katerimi strukturnimi značilnostmi teh molekul bi to lahko bilo povezano? 6*. Zakaj so visokoenergetske vezi primerne za uporabo v biokemičnih procesih celice?

Splošne naloge za temo "Kemična sestava celic in bioloških molekul"

Pri nalogah 1-9 izberite en pravilen odgovor.

1 Prikazano na sl. 1 struktura opravlja funkcijo:

a) shranjuje in reproducira dedne informacije

b) prenaša snovi

B) ustvarja zalogo hranil

d) katalizira reakcije

2) Iz istih monomerov kot snov na sl. 1, sestavljajo:

a) kolagen b) škrob c) RNA d) estrogen

3) snov na sl. 1 lahko kopiči:

a) na zunanji membrani mitohondrijev

b) v celični steni kvasovk

B) v človeških jetrnih celicah

d) v kloroplastih koruze

4 Prikazano na sl. 2 struktura je komponenta:

a) rastlinska celična stena

b) beljakovine

d) notranja plast celične membrane

5) Številka 3 na sl. 2 označeno:

a) karbonilna skupina c) karboksilna skupina

b) hidroksilna skupina d) radikal

6) Amino skupina na sl. 2 je označen s številko:

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4

7) Struktura na sl. 2 je monomer:

a) nukleinska kislina b) lipid

b) beljakovine d) polisaharide

8) Monosaharid na sl. 3 je označen s številko:

a) 1 b) 2 c) 3 d) 4

9) Struktura na sl. 3 je monomer:

a) nukleinska kislina b) beljakovine

b) lipid d) polisaharid

10 Napiši imena skupin organskih snovi, ki vključujejo molekule, prikazane na slikah:

11 Razmislite o strukturni formuli molekule, prikazane na sliki. Pojasnite, kako struktura te molekule omogoča, da učinkovito opravlja svoje funkcije.

12 Dokončajte komplementarno verigo DNK: ATTGACCCGATTAGC.

13 Vzpostavite ujemanje med skupinami organskih snovi in ​​snovmi, ki jim pripadajo.

Skupine snovi

1 beljakovine a) progesteron

2 ogljikova hidrata b) hemoglobin

3 lipidi c) škrob

d) insulin

e) fruktoza

e) testosteron

Preverite svoje znanje na temo "Kemična sestava celic in bioloških molekul."

Mini imenik

Informacije o organskih snoveh

Struktura organske molekule na primeru alanina

Vrste vezi v proteinski molekuli

Kovalentne vezi

Nastane med atomi elementov v molekuli snovi zaradi skupnih elektronskih parov. Proteinske molekule vsebujejo peptidne in disulfidne vezi. Zagotavlja močno kemično interakcijo.

Peptidna vez

Peptidne vezi nastanejo med karboksilno skupino (-COOH) ene aminokisline in amino skupino (-NH 2) druge aminokisline.

Disulfidna vez

Disulfidna vez se lahko pojavi med različnimi deli iste polipeptidne verige in drži verigo v upognjenem stanju. Če med dvema polipeptidoma nastane disulfidna vez, ju ta poveže v eno molekulo.

Nekovalentne vezi

Proteinske molekule vsebujejo vodikove vezi, ionske vezi in hidrofobne interakcije. Zagotavljajo šibke kemične interakcije.

Vodikova vez

Nastane med pozitivno nabitimi atomi H ene funkcionalne skupine in negativno nabitim atomom O ali N, ki ima osamljen par elektronov druge funkcionalne skupine.

Ionska vez

Nastane med pozitivno in negativno nabitimi funkcionalnimi skupinami (dodatne karboksilne in amino skupine), ki jih najdemo v radikalih lizina, arginina, histidina, asparaginske in glutaminske kisline.

Hidrofobno

Interakcija

Nastane med radikali hidrofobnih aminokislin.

To je učbeniško gradivo

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

Pouk biologije pri pouku naravoslovja

Napredno načrtovanje, 10. razred

Lekcija 19. Kemična struktura in biološka vloga ATP

Oprema: tabele o splošni biologiji, diagram strukture molekule ATP, diagram razmerja med presnovo plastike in energije.

I. Preizkus znanja

Izvajanje biološkega diktata "Organske spojine žive snovi"

Učitelj prebere povzetke pod številkami, učenci si v zvezke zapišejo številke tistih povzetkov, ki se vsebinsko ujemajo z njihovo različico.

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

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

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

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

4. Imajo relativno majhno molekulsko maso.

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

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

7. Imajo različne molekulske mase – od zelo majhnih do zelo visokih, odvisno od tega, ali je snov monomer ali polimer.

8. Sestoji iz monosaharidov.

9. Sestoji iz aminokislin.

10. Sestavljeni so iz nukleotidov.

11. So estri višjih maščobnih kislin.

12. Osnovna strukturna enota: “dušikova baza–pentoza–ostanek fosforne kisline.”

13. Osnovna strukturna enota: “aminokisline”.

14. Osnovna strukturna enota: “monosaharid”.

15. Osnovna strukturna enota: »glicerol–maščobna kislina«.

16. Polimerne molekule so zgrajene iz enakih monomerov.

17. Polimerne molekule so zgrajene iz podobnih, vendar ne povsem enakih monomerov.

18. Niso polimeri.

19. Opravljajo skoraj izključno energetske, gradbene in skladiščne funkcije, v nekaterih primerih pa tudi zaščitne.

20. Poleg energetske in gradbene opravljajo katalitične, signalne, transportne, motorične in zaščitne funkcije;

21. Shranjujejo in prenašajo dedne 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 nove snovi

1. Zgradba 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 bioenergetika celice. adenozin trifosforna kislina (ATP). ATP najdemo v vseh rastlinskih in živalskih celicah. V celicah je adenozintrifosforjeva kislina najpogosteje prisotna v obliki soli, imenovane adenozin trifosfati. Količina ATP niha in v povprečju znaša 0,04 % (povprečno je v celici približno 1 milijarda molekul ATP). Največjo količino ATP vsebujejo skeletne mišice (0,2–0,5%).

Molekula ATP je sestavljena iz dušikove baze - adenina, pentoze - riboze in treh ostankov fosforne kisline, tj. ATP je poseben adenil nukleotid. Za razliko od drugih nukleotidov ATP ne vsebuje enega, ampak tri ostanke fosforne kisline. ATP se nanaša na makroergične snovi - snovi, ki vsebujejo veliko količino energije v svojih vezeh.

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

Ostanek fosforne kisline se odcepi od ATP pod delovanjem encimov ATPaze. ATP ima močno težnjo, da loči svojo končno fosfatno skupino:

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

Ker to vodi do izginotja energijsko neugodnega elektrostatičnega odboja med sosednjimi negativnimi naboji. Nastali fosfat se stabilizira zaradi tvorbe energijsko ugodnih vodikovih vezi z vodo. Porazdelitev naboja v sistemu ADP + Fn postane bolj stabilna kot v ATP. Pri tej reakciji se sprosti 30,5 kJ (pri prekinitvi normalne kovalentne vezi se sprosti 12 kJ).

Da bi poudarili visoko energijsko »ceno« vezi fosfor-kisik v ATP, jo običajno označujemo z znakom ~ in imenujemo makroenergetska vez. Ko odstranimo eno molekulo fosforne kisline, se ATP pretvori v ADP (adenozin difosforno kislino), če pa odstranimo dve molekuli fosforne kisline, se ATP pretvori v AMP (adenozin monofosforno kislino). Cepitev tretjega fosfata spremlja sprostitev le 13,8 kJ, tako da sta v molekuli ATP samo dve dejanski visokoenergijski vezi.

2. Tvorba ATP v celici

Zaloga ATP v celici je majhna. Na primer, rezerve ATP v mišici zadostujejo za 20–30 kontrakcij. Toda mišica lahko deluje več ur in povzroči na tisoče kontrakcij. Zato se mora skupaj z razpadom ATP v ADP v celici stalno pojavljati povratna sinteza. Obstaja več poti za sintezo ATP v celicah. Spoznajmo jih.

1. Anaerobna fosforilacija. Fosforilacija je proces sinteze ATP iz ADP in fosfata z nizko molekulsko maso (Pn). V tem primeru govorimo o brezkisikovih procesih oksidacije organskih snovi (na primer glikoliza je proces brezkisikove oksidacije glukoze v piruvično kislino). Približno 40 % energije, ki se med temi procesi sprosti (približno 200 kJ/mol glukoze), se porabi za sintezo ATP, preostanek pa se razprši kot toplota:

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

2. Oksidativna fosforilacija je proces sinteze ATP z uporabo energije oksidacije organskih snovi s kisikom. Ta proces je bil odkrit v zgodnjih tridesetih letih prejšnjega stoletja. XX stoletje V.A. Engelhardt. V mitohondrijih potekajo kisikovi procesi oksidacije organskih snovi. Približno 55 % energije, ki se v tem primeru sprosti (približno 2600 kJ/mol glukoze), se pretvori v energijo kemičnih vezi ATP, 45 % pa se razprši kot toplota.

Oksidativna fosforilacija je veliko bolj učinkovita od anaerobne sinteze: če se med procesom glikolize med razpadom molekule glukoze sintetizirata le 2 molekuli ATP, potem med oksidativno fosforilacijo nastane 36 molekul ATP.

3. Fotofosforilacija– proces sinteze ATP z uporabo energije sončne svetlobe. Ta pot sinteze ATP je značilna samo za celice, ki so sposobne fotosinteze (zelene rastline, cianobakterije). Energijo sončnih svetlobnih kvantov fotosintetiki uporabljajo 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 razpada. Vlogo ATP v celici lahko primerjamo z vlogo baterije, saj se med hidrolizo ATP sprošča energija, potrebna za različne vitalne procese (»praznjenje«), v procesu fosforilacije (»polnjenja«) pa ATP spet nabira energijo.

Zaradi energije, ki se sprosti pri hidrolizi ATP, potekajo skoraj vsi vitalni procesi v celici in telesu: prenos živčnih impulzov, biosinteza snovi, mišične kontrakcije, transport snovi itd.

III. Utrjevanje znanja

Reševanje bioloških problemov

Naloga 1. Pri hitrem teku hitro dihamo, pojavi se povečano potenje. Pojasnite te pojave.

Problem 2. Zakaj zmrznjeni ljudje začnejo teptati in skakati v mrazu?

Naloga 3. V znamenitem delu I. Ilfa in E. Petrova "Dvanajst stolov" je med številnimi koristnimi nasveti mogoče najti naslednje: "Globoko dihajte, navdušeni ste." Poskusite utemeljiti ta nasvet z vidika energetskih procesov, ki potekajo v telesu.

IV. Domača naloga

Začnite se pripravljati na test in test (narekujte testna vprašanja – glejte lekcijo 21).

Lekcija 20. Posplošitev znanja v razdelku "Kemijska organizacija življenja"

Oprema: tabele o splošni biologiji.

I. Posploševanje znanja oddelka

Učenci delajo z vprašanji (individualno), čemur sledi preverjanje in diskusija

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

2. Kako lahko na podlagi ionske sestave ločimo živo celico od mrtve?

3. Katere snovi se nahajajo v celici v neraztopljeni obliki? Katere organe in tkiva vsebujejo?

4. Navedite primere makroelementov, vključenih v aktivna mesta encimov.

5. Kateri hormoni vsebujejo mikroelemente?

6. Kakšna je vloga halogenov v človeškem telesu?

7. V čem se proteini razlikujejo od umetnih polimerov?

8. V čem se peptidi razlikujejo od proteinov?

9. Kako se imenuje beljakovina, ki sestavlja hemoglobin? Iz koliko podenot je sestavljen?

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

11. Zakaj je hitrost kemičnih reakcij brez encimov nizka?

12. Katere snovi prenašajo beljakovine skozi celično membrano?

13. Kako se protitelesa razlikujejo od antigenov? Ali cepiva vsebujejo protitelesa?

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

15. Navedite primer peptidnih hormonov: kako so vključeni v regulacijo celičnega metabolizma?

16. Kakšna je zgradba sladkorja, s katerim pijemo čaj? Katere tri druge sinonime za to snov poznate?

17. Zakaj se maščoba v mleku ne zbira na površini, temveč v obliki suspenzije?

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

19. Koliko ATP porabi oseba na dan?

20. Katere beljakovine ljudje uporabljajo za izdelavo oblačil?

Primarna struktura pankreasne ribonukleaze (124 aminokislin)

II. Domača naloga.

Nadaljujte s pripravo na test in test v poglavju "Kemijska organizacija življenja."

Lekcija 21. Preizkusna lekcija na razdelku "Kemijska organizacija življenja"

I. Izvedba ustnega preizkusa znanja na vprašanja

1. Elementarna sestava celice.

2. Značilnosti organogenih elementov.

3. Zgradba 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 periodičnimi in neperiodičnimi polimeri.

9. Lastnosti lipidov, njihove biološke funkcije.

10. Skupine ogljikovih hidratov, ki se razlikujejo po strukturnih značilnostih.

11. Biološke funkcije ogljikovih hidratov.

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

13. Primarne, sekundarne, terciarne in kvartarne strukture proteinov.

14. Biološka funkcija beljakovin.

15. Razlike med encimi in nebiološkimi katalizatorji.

16. Zgradba encimov. Koencimi.

17. Mehanizem delovanja encimov.

18. Nukleinske kisline. Nukleotidi in njihova struktura. 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. Replikacija DNK. Transkripcija.

24. Zgradba in biološka vloga ATP.

25. Tvorba ATP v celici.

II. Domača naloga

Nadaljujte s pripravo na test v poglavju "Kemijska organizacija življenja."

Lekcija 22. Preizkusna lekcija na razdelku "Kemijska organizacija življenja"

I. Izvedba pisnega preizkusa znanja

Možnost 1

1. Obstajajo tri vrste aminokislin - A, B, C. Koliko variant polipeptidnih verig, sestavljenih iz petih aminokislin, je mogoče zgraditi. Navedite te možnosti. Ali bodo ti polipeptidi imeli enake lastnosti? Zakaj?

2. Vsa živa bitja so v glavnem sestavljena iz ogljikovih spojin, ogljikov analog, silicij, katerega vsebnost v zemeljski skorji je 300-krat večja od ogljika, najdemo le v zelo redkih organizmih. Pojasnite to dejstvo z vidika zgradbe in lastnosti atomov teh elementov.

3. V eno celico smo vnesli molekule ATP, označene z radioaktivnim 32P na zadnjem, tretjem ostanku fosforne kisline, v drugo celico pa molekule ATP, označene z 32P na 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. Raziskave so pokazale, da je 34 % celotnega števila nukleotidov te mRNA gvanin, 18 % uracil, 28 % citozin in 20 % adenin. Določite odstotno sestavo dušikovih baz dvoverižne DNA, katere kopija je navedena mRNA.

Možnost 2

1. Maščobe predstavljajo »prvo rezervo« v energetski presnovi in ​​se porabijo, ko je rezerva ogljikovih hidratov izčrpana. Vendar pa se v skeletnih mišicah ob prisotnosti glukoze in maščobnih kislin slednje porabijo v večji meri. Beljakovine kot vir energije vedno uporabljamo le v skrajnem primeru, ko telo strada. Pojasnite ta dejstva.

2. Ione težkih kovin (živo srebro, svinec itd.) in arzen zlahka vežejo sulfidne skupine proteinov. Če poznate lastnosti sulfidov teh kovin, razložite, kaj se bo zgodilo z beljakovino v kombinaciji s temi kovinami. Zakaj so težke kovine strupi za telo?

3. Pri reakciji oksidacije snovi A v snov B se sprosti 60 kJ energije. Koliko molekul ATP se lahko maksimalno sintetizira v tej reakciji? Kako bo porabljena preostala energija?

4. Študije so pokazale, da je 27% celotnega števila nukleotidov te mRNA gvanin, 15% uracil, 18% citozin in 40% adenin. Določite odstotno sestavo dušikovih baz dvoverižne DNA, katere kopija je navedena mRNA.

Se nadaljuje

Vse življenje na planetu je sestavljeno iz številnih celic, ki ohranjajo urejenost svoje organizacije zaradi genetske informacije, ki jo vsebuje jedro. Shranjujejo, izvajajo in prenašajo kompleksne visokomolekularne spojine - nukleinske kisline, sestavljene iz monomernih enot - nukleotidov. Vloge nukleinskih kislin ni mogoče preceniti. Stabilnost njihove strukture določa normalno delovanje telesa, kakršna koli odstopanja v strukturi pa neizogibno vodijo do sprememb v celični organizaciji, aktivnosti fizioloških procesov in sposobnosti preživetja celic na splošno.

Pojem nukleotid in njegove lastnosti

Vsaka 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 bistvenih snovi vključujejo:

Shranjevanje informacij o in podedovanih lastnostih;
. izvajanje nadzora nad rastjo in razmnoževanjem;
. sodelovanje pri metabolizmu in številnih drugih fizioloških procesih, ki se dogajajo v celici.

Ko govorimo o nukleotidih, se ne moremo izogniti tako pomembnemu vprašanju, kot sta njihova struktura in sestava.

Vsak nukleotid je sestavljen iz:

Ostanek sladkorja;
. dušikova baza;
. fosfatno skupino ali ostanek fosforne kisline.

Lahko rečemo, da je nukleotid kompleksna organska spojina. Glede na vrstno sestavo dušikovih baz in vrsto pentoze v strukturi nukleotidov delimo nukleinske kisline na:

Deoksiribonukleinska kislina ali DNK;
. ribonukleinska kislina ali RNA.

Sestava nukleinske kisline

V nukleinskih kislinah je sladkor predstavljen s pentozo. Je sladkor s petimi ogljikovimi atomi, imenovan deoksiriboza v DNK in riboza v RNK. Vsaka molekula pentoze ima pet atomov ogljika, od katerih štirje skupaj z atomom kisika tvorijo petčlenski obroč, peti pa je del skupine HO-CH2.

Položaj vsakega atoma ogljika v molekuli pentoze je označen z arabsko številko s praštevilo (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Ker imajo vsi procesi branja iz molekule nukleinske kisline strogo smer, je oštevilčenje ogljikovih atomov in njihova lokacija v obroču nekakšen pokazatelj pravilne smeri.

Pri hidroksilni skupini je na tretji in peti ogljikov atom (3C´ in 5C´) vezan ostanek fosforne kisline. Določa kemijsko pripadnost DNK in RNK skupini kislin.

Dušikova baza je vezana na prvi ogljikov atom (1C´) v molekuli sladkorja.

Vrstna sestava dušikovih baz

DNA nukleotidi na osnovi dušikove baze so predstavljeni s štirimi vrstami:

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

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

RNA nukleotide na osnovi dušikove baze predstavljajo:

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 - z latinskimi črkami (A, T, C, G, U).

Oglejmo si podrobneje kemijsko strukturo 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 ima svojo številko od 1 do 6.

Purini (adenin in gvanin) so sestavljeni iz pirimidina in imidazola ali dveh heterociklov. Molekulo purinske baze predstavljajo štirje atomi dušika in pet atomov ogljika. Vsak atom je oštevilčen od 1 do 9.

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

Tvorba fosfodiestrskih vezi

Pomembno je razumeti vprašanje, kako so nukleotidi povezani v polipeptidno verigo in tvorijo molekulo nukleinske kisline. To se zgodi zaradi tako imenovanih fosfodiestrskih vezi.

Med interakcijo dveh nukleotidov nastane dinukleotid. Tvorba nove spojine se pojavi s kondenzacijo, ko nastane fosfodiesterska vez med fosfatnim ostankom enega monomera in hidroksi skupino pentoze drugega.

Sinteza polinukleotidov je večkratna ponovitev te reakcije (večmilijonkrat). Polinukleotidna veriga je zgrajena s tvorbo fosfodiestrskih vezi med tretjim in petim ogljikom sladkorjev (3C´ in 5C´).

Sestavljanje polinukleotidov je zapleten proces, ki poteka s sodelovanjem encima DNA polimeraze, ki zagotavlja rast verige samo z enega konca (3´) s prosto hidroksi skupino.

Zgradba molekule DNA

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

Zaporedje nukleotidov v verigi DNA določa njeno primarno, nastane zaradi vodikovih vezi, katerih osnova je načelo komplementarnosti. Z drugimi besedami, pri sintezi dvojne verige velja določen vzorec: adenin ene verige ustreza timinu druge, gvanin citozinu in obratno. Pari adenin in timin ali gvanin in citozin nastanejo zaradi dveh v prvem in treh v drugem primeru vodikovih vezi. Ta povezava nukleotidov zagotavlja močno povezanost verig in enako razdaljo med njimi.

Če poznamo nukleotidno zaporedje ene verige DNA, lahko drugo dopolnimo po principu komplementarnosti ali dodajanja.

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

Število nukleotidov v DNK, in sicer njihovo kvantitativno razmerje, je podrejeno Chergaffovemu pravilu (število purinskih baz je vedno enako številu pirimidinskih baz). Razdalja med nukleotidi je stalna vrednost, enaka 0,34 nm, prav tako njihova molekulska masa.

Zgradba molekule RNA

RNA je predstavljena z eno samo polinukleotidno verigo, ki nastane med pentozo (v tem primeru riboza) in fosfatnim ostankom. Po dolžini je veliko krajši od DNK. Razlike so tudi v vrstni sestavi dušikovih baz v nukleotidu. V RNA se namesto pirimidinske baze timin uporablja uracil. Glede na funkcije, ki se izvajajo v telesu, je lahko RNA treh vrst.

Ribosomska (rRNA) - običajno vsebuje od 3000 do 5000 nukleotidov. Kot nujna strukturna komponenta sodeluje pri tvorbi aktivnega središča ribosomov, kjer poteka eden najpomembnejših procesov v celici - biosinteza beljakovin.
. Transport (tRNA) - sestoji iz povprečno 75 - 95 nukleotidov, izvaja prenos želene aminokisline do mesta sinteze polipeptida v ribosomu. Vsaka vrsta tRNA (vsaj 40) ima svoje edinstveno zaporedje monomerov ali nukleotidov.
. Informacijska (mRNA) – po nukleotidni sestavi zelo raznolika. Prenaša genetske informacije iz DNK v ribosome in deluje kot matrica za sintezo beljakovinskih molekul.

Vloga nukleotidov v telesu

Nukleotidi v celici opravljajo številne pomembne funkcije:

Uporablja se kot gradnik za nukleinske kisline (nukleotidi purinske in pirimidinske serije);
. sodelujejo v številnih presnovnih procesih v celici;
. so del ATP - glavni vir energije v celicah;
. delujejo kot nosilci redukcijskih ekvivalentov v celicah (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. opravljajo funkcijo bioregulatorjev;
. lahko obravnavamo kot sekundarne prenašalce redne zunajcelične sinteze (na primer cAMP ali cGMP).

Nukleotid je monomerna enota, ki tvori kompleksnejše spojine - nukleinske kisline, brez katerih je prenos genetske informacije, njeno shranjevanje in razmnoževanje nemogoče. Prosti nukleotidi so glavne komponente, ki sodelujejo pri signalnih in energetskih procesih, ki podpirajo normalno delovanje celic in telesa kot celote.