لماذا تعتبر جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية في الخلية فقط؟ ما الذي جاء أولا: الحمض النووي أم البروتين؟لماذا جزيئات بروتينات الحمض النووي؟

السؤال 1. ما هي العمليات التي يدرسها العلماء على المستوى الجزيئي؟
على المستوى الجزيئي، تتم دراسة أهم العمليات في حياة الجسم: نموه وتطوره، والتمثيل الغذائي وتحويل الطاقة، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية، والتقلب. الوحدة الأولية على المستوى الجزيئي هي الجين - وهو جزء من جزيء الحمض النووي يتم فيه تسجيل كمية معينة من المعلومات البيولوجية بالمعنى النوعي والكمي.

السؤال 2. ما هي العناصر السائدة في تكوين الكائنات الحية؟
يحتوي الكائن الحي على أكثر من 70-80 العناصر الكيميائيةومع ذلك، فإن الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين والفوسفور هي السائدة.

السؤال 3. لماذا جزيئات البروتين احماض نوويةهل تعتبر الكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية في الخلية فقط؟
جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون هي بوليمرات لأنها تتكون من مونومرات متكررة. ولكن فقط في النظام الحي (الخلية، الكائن الحي) تظهر هذه المواد جوهرها البيولوجي، وتمتلك عددًا من الخصائص المحددة وتؤدي العديد من الوظائف المهمة. ولذلك، في الأنظمة الحية تسمى هذه المواد البوليمرات الحيوية. خارج النظام الحي، تفقد هذه المواد خصائصها البيولوجية ولا تعتبر بوليمرات حيوية.

السؤال 4. ما المقصود بعالمية جزيئات البوليمر الحيوي؟
بغض النظر عن مستوى التعقيد والوظائف التي تؤديها الخلية، فإن جميع البوليمرات الحيوية تتمتع بالميزات التالية:
تحتوي جزيئاتها على عدد قليل من الفروع الطويلة، ولكن هناك العديد من الفروع القصيرة؛
سلاسل البوليمر قوية ولا تنكسر تلقائيًا؛
قادرة على حمل مجموعة متنوعة من المجموعات الوظيفية والشظايا الجزيئية التي توفر النشاط الوظيفي الكيميائي الحيوي، أي القدرة على تنفيذ التفاعلات الكيميائية الحيوية والتحولات اللازمة للخلية في بيئة المحاليل داخل الخلايا؛
تتمتع بالمرونة الكافية لتكوين معقدة للغاية الهياكل المكانية، ضروري لأداء الوظائف البيوكيميائية، أي لتشغيل البروتينات كآلات جزيئية، والأحماض النووية كجزيئات برمجة، وما إلى ذلك؛
روابط C-H و البوليمرات الحيوية CCوعلى الرغم من قوتها، فهي أيضًا بطاريات للطاقة الإلكترونية.
الخاصية الرئيسية للبوليمرات الحيوية هي خطية سلاسل البوليمر، حيث أن الهياكل الخطية فقط هي التي يمكن تشفيرها و"تجميعها" بسهولة من المونومرات. بالإضافة إلى ذلك، إذا كان خيط البوليمر مرنًا، فمن السهل جدًا تشكيل البنية المكانية المطلوبة منه، وبعد استهلاك الآلة الجزيئية التي تم بناؤها بهذه الطريقة وكسرها، يمكن تفكيكها بسهولة إلى العناصر المكونة لها من أجل استخدامها مرة أخرى. تم العثور على مزيج من هذه الخصائص فقط في البوليمرات القائمة على الكربون. جميع البوليمرات الحيوية في الأنظمة الحية قادرة على الأداء خصائص معينةوأداء العديد من الوظائف الأساسية. تعتمد خصائص البوليمرات الحيوية على عدد وتكوين وترتيب ترتيب المونومرات المكونة لها. تتيح القدرة على تغيير تركيبة وتسلسل المونومرات في بنية البوليمر وجود مجموعة كبيرة ومتنوعة من خيارات البوليمر الحيوي، بغض النظر عن نوع الكائن الحي. في جميع الكائنات الحية، يتم بناء البوليمرات الحيوية وفقًا لخطة واحدة.

السؤال 1. ما هي العمليات التي يدرسها العلماء على المستوى الجزيئي؟

على المستوى الجزيئي، تتم دراسة أهم العمليات في حياة الجسم: نموه وتطوره، والتمثيل الغذائي وتحويل الطاقة، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية، والتقلب.

السؤال 2. ما هي العناصر السائدة في تكوين الكائنات الحية؟

يحتوي الكائن الحي على أكثر من 70-80 عنصرًا كيميائيًا، لكن الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين هي السائدة.

السؤال 3. لماذا تعتبر جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية فقط في الخلية؟

جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون هي بوليمرات لأنها تتكون من مونومرات متكررة. ولكن فقط في النظام الحي (الخلية، الكائن الحي) تظهر هذه المواد جوهرها البيولوجي، وتمتلك عددًا من الخصائص المحددة وتؤدي العديد من الوظائف المهمة. ولذلك، في الأنظمة الحية تسمى هذه المواد البوليمرات الحيوية. خارج النظام الحي، تفقد هذه المواد خصائصها البيولوجية ولا تعتبر بوليمرات حيوية.

السؤال 4. ما المقصود بعالمية جزيئات البوليمر الحيوي؟

تعتمد خصائص البوليمرات الحيوية على عدد وتكوين وترتيب ترتيب المونومرات المكونة لها. تتيح القدرة على تغيير تركيبة وتسلسل المونومرات في بنية البوليمر وجود مجموعة كبيرة ومتنوعة من خيارات البوليمر الحيوي، بغض النظر عن نوع الكائن الحي. في جميع الكائنات الحية، يتم بناء البوليمرات الحيوية وفقًا لخطة واحدة.

1.1. المستوى الجزيئي: الخصائص العامة

4.4 (87.5%) 8 أصوات

بحثت في هذه الصفحة:

• ما هي العمليات التي يدرسها العلماء على المستوى الجزيئي؟
• ما هو المقصود بعالمية جزيئات البوليمر الحيوي
• ما هي العناصر السائدة في الكائنات الحية
• لماذا تعتبر جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية فقط في الخلية
• لماذا الجزيئات البروتينات الأحماض النووية الكربوهيدرات والدهون

الصفحة الحالية: 2 (يحتوي الكتاب على 16 صفحة إجمالاً) [مقطع القراءة المتاح: 11 صفحة]

مادة الاحياء– علوم الحياة هي واحدة من العلوم القديمة. لقد تراكمت لدى الإنسان المعرفة حول الكائنات الحية على مدى آلاف السنين. مع تراكم المعرفة، تمايز علم الأحياء إلى علوم مستقلة (علم النبات، علم الحيوان، علم الأحياء الدقيقة، علم الوراثة، وما إلى ذلك). تتزايد بشكل متزايد أهمية التخصصات الحدودية التي تربط علم الأحياء بالعلوم الأخرى - الفيزياء والكيمياء والرياضيات وما إلى ذلك. ونتيجة للتكامل، نشأت الفيزياء الحيوية والكيمياء الحيوية وبيولوجيا الفضاء وما إلى ذلك.

يعد علم الأحياء حاليًا علمًا معقدًا، تم تشكيله نتيجة للتمايز والتكامل بين التخصصات المختلفة.

في علم الأحياء، يتم استخدام طرق بحث مختلفة: الملاحظة، التجربة، المقارنة، إلخ.

يدرس علم الأحياء الكائنات الحية. إنها مفتوحة النظم البيولوجيةاستخلاص الطاقة والعناصر الغذائية منها بيئة. تستجيب الكائنات الحية للمؤثرات الخارجية، وتحتوي على جميع المعلومات التي تحتاجها للتطور والتكاثر، وتتكيف مع موطن معين.

جميع الأنظمة الحية، بغض النظر عن مستوى التنظيم، لها سمات مشتركة، والأنظمة نفسها في تفاعل مستمر. يميز العلماء المستويات التالية لتنظيم الطبيعة الحية: الجزيئية، والخلوية، والعضوية، والأنواع السكانية، والنظام البيئي، والمحيط الحيوي.

الفصل 1. المستوى الجزيئي

يمكن تسمية المستوى الجزيئي بالمستوى الأولي والأعمق لتنظيم الكائنات الحية. يتكون كل كائن حي من جزيئات المواد العضوية– البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون (الدهون) وتسمى الجزيئات البيولوجية. يدرس علماء الأحياء دور هذه المركبات البيولوجية الأساسية في نمو وتطور الكائنات الحية، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية، والتمثيل الغذائي وتحويل الطاقة في الخلايا الحية وغيرها من العمليات.

في هذا الفصل سوف تتعلم

ما هي البوليمرات الحيوية؟

ما هي البنية التي تمتلكها الجزيئات الحيوية؟

ما هي الوظائف التي تؤديها الجزيئات الحيوية؟

ما هي الفيروسات وما هي مميزاتها؟

§ 4. المستوى الجزيئي: الخصائص العامة

1. ما هو العنصر الكيميائي؟

2. ما يسمى الذرة والجزيء؟

3. ما هي المواد العضوية التي تعرفها؟

أي نظام حي، بغض النظر عن مدى تعقيد تنظيمه، يتجلى على مستوى عمل الجزيئات البيولوجية.

من خلال دراسة الكائنات الحية، تعلمت أنها تتكون من نفس العناصر الكيميائية التي تتكون منها العناصر غير الحية. حاليا، هناك أكثر من 100 عنصر معروف، معظمها موجود في الكائنات الحية. العناصر الأكثر شيوعًا في الطبيعة الحية تشمل الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين. هذه العناصر هي التي تشكل جزيئات (مركبات) مما يسمى المواد العضوية.

أساس كل شيء مركبات العضويةيخدم الكربون. ويمكن أن تتفاعل مع العديد من الذرات ومجموعاتها، وتشكل سلاسل تختلف في التركيب الكيميائي والبنية والطول والشكل. تتشكل الجزيئات من مجموعات من الذرات، ومن الأخيرة - جزيئات أكثر تعقيدًا تختلف في البنية والوظيفة. وتسمى هذه المركبات العضوية التي تشكل خلايا الكائنات الحية البوليمرات البيولوجيةأو البوليمرات الحيوية.

البوليمر(من اليونانية سياسات- عديدة) - سلسلة تتكون من روابط عديدة - المونومرات، كل منها بسيط نسبيا. يمكن أن يتكون جزيء البوليمر من عدة آلاف من المونومرات المترابطة، والتي يمكن أن تكون متماثلة أو مختلفة (الشكل 4).

أرز. 4. مخطط هيكل المونومرات والبوليمرات

تعتمد خصائص البوليمرات الحيوية على بنية جزيئاتها: على عدد وتنوع وحدات المونومر التي تشكل البوليمر. كلها عالمية، لأنها مبنية على نفس الخطة لجميع الكائنات الحية، بغض النظر عن الأنواع.

يتميز كل نوع من البوليمرات الحيوية ببنية ووظيفة محددة. نعم، الجزيئات البروتيناتإنها العناصر الهيكلية الرئيسية للخلايا وتنظم العمليات التي تحدث فيها. احماض نوويةالمشاركة في نقل المعلومات الجينية (الوراثية) من خلية إلى أخرى، ومن كائن حي إلى آخر. الكربوهيدراتو الدهونوهي أهم مصادر الطاقة الضرورية لحياة الكائنات الحية.

على المستوى الجزيئي يحدث تحول جميع أنواع الطاقة والتمثيل الغذائي في الخلية. كما أن آليات هذه العمليات عالمية لجميع الكائنات الحية.

وفي الوقت نفسه، اتضح أن الخصائص المتنوعة للبوليمرات الحيوية التي تشكل جميع الكائنات الحية ترجع إلى مجموعات مختلفة من أنواع قليلة فقط من المونومرات، مما يشكل العديد من المتغيرات لسلاسل البوليمر الطويلة. هذا المبدأ يكمن وراء تنوع الحياة على كوكبنا.

تظهر الخصائص المحددة للبوليمرات الحيوية فقط في الخلية الحية. بمجرد عزل جزيئات البوليمر الحيوي عن الخلايا، فإنها تفقد جوهرها البيولوجي وتتميز فقط بالخصائص الفيزيائية والكيميائية لفئة المركبات التي تنتمي إليها.

إلا بعد الدراسة المستوى الجزيئييمكن للمرء أن يفهم كيف جرت عمليات أصل وتطور الحياة على كوكبنا، وما هي الأسس الجزيئية للوراثة وعمليات التمثيل الغذائي في الكائن الحي.

يتم ضمان الاستمرارية بين المستوى الجزيئي والمستوى الخلوي التالي من خلال حقيقة أن الجزيئات البيولوجية هي المادة التي تتشكل منها الهياكل فوق الجزيئية - الخلوية.

المواد العضوية: البروتينات، الأحماض النووية، الكربوهيدرات، الدهون (الدهون). البوليمرات الحيوية. المونومرات

أسئلة

1. ما هي العمليات التي يدرسها العلماء على المستوى الجزيئي؟

2. ما هي العناصر التي تهيمن على تكوين الكائنات الحية؟

3. لماذا تعتبر جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية في الخلية فقط؟

4. ما المقصود بعالمية جزيئات البوليمر الحيوي؟

5. كيف يتم تحقيق تنوع خصائص البوليمرات الحيوية التي تشكل الكائنات الحية؟

مهام

ما هي الأنماط البيولوجية التي يمكن صياغتها بناءً على تحليل نص الفقرة؟ ناقشها مع أعضاء الفصل.

§ 5. الكربوهيدرات

1. ما هي المواد المتعلقة بالكربوهيدرات التي تعرفها؟

2. ما هو الدور الذي تلعبه الكربوهيدرات في الكائن الحي؟

3. نتيجة لأي عملية تتكون الكربوهيدرات في خلايا النباتات الخضراء؟

الكربوهيدرات، أو السكريات، هي إحدى المجموعات الرئيسية للمركبات العضوية. وهي جزء من خلايا جميع الكائنات الحية.

تتكون الكربوهيدرات من الكربون والهيدروجين والأكسجين. لقد حصلوا على اسم "الكربوهيدرات" لأن معظمهم لديهم نفس نسبة الهيدروجين والأكسجين في الجزيء كما هو الحال في جزيء الماء. الصيغة العامة للكربوهيدرات هي C n (H 2 0) m.

وتنقسم جميع الكربوهيدرات إلى بسيطة، أو السكريات الأحادية، ومعقدة، أو السكريات(الشكل 5). من السكريات الأحادية أعلى قيمةللكائنات الحية لديها الريبوز، الديوكسي ريبوز، الجلوكوز، الفركتوز، الجالاكتوز.

أرز. 5. هيكل جزيئات الكربوهيدرات البسيطة والمعقدة

دي-و السكرياتتتشكل من اتحاد جزيئين أو أكثر من السكريات الأحادية. لذا، السكروز(علبة سكر)، المالتوز(سكر الشعير)، اللاكتوز(سكر الحليب) - السكريات الثنائية، تشكلت نتيجة اندماج جزيئين من السكريات الأحادية. السكريات الثنائية تتشابه في خصائصها مع السكريات الأحادية. على سبيل المثال، كل من الهوروني قابل للذوبان في الماء وله طعم حلو.

تتكون السكريات من عدد كبير من السكريات الأحادية. وتشمل هذه النشا، الجليكوجين، السليلوز، الكيتينإلخ (الشكل 6). مع زيادة عدد المونومرات، تنخفض ذوبان السكريات ويختفي الطعم الحلو.

الوظيفة الرئيسية للكربوهيدرات هي طاقة. أثناء انهيار وأكسدة جزيئات الكربوهيدرات، يتم إطلاق الطاقة (مع انهيار 1 غرام من الكربوهيدرات - 17.6 كيلوجول)، مما يضمن الوظائف الحيوية للجسم. عندما يكون هناك فائض من الكربوهيدرات، فإنها تتراكم في الخلية كمواد احتياطية (النشا والجليكوجين)، وإذا لزم الأمر، يستخدمها الجسم كمصدر للطاقة. يمكن ملاحظة زيادة تحلل الكربوهيدرات في الخلايا، على سبيل المثال، أثناء إنبات البذور، وعمل العضلات المكثف، والصيام لفترات طويلة.

وتستخدم الكربوهيدرات أيضا مواد بناء. وبالتالي، يعتبر السليلوز مكونًا هيكليًا مهمًا لجدران الخلايا للعديد من الكائنات وحيدة الخلية والفطريات والنباتات. نظرًا لبنيته الخاصة، فإن السليلوز غير قابل للذوبان في الماء وله قوة عالية. في المتوسط، 20-40٪ من المواد الموجودة في جدران الخلايا النباتية هي السليلوز، وألياف القطن هي السليلوز النقي تقريبا، ولهذا السبب يتم استخدامها لصنع المنسوجات.

أرز. 6. مخطط هيكل السكريات

الكيتين هو جزء من جدران الخلايا لبعض الأوليات والفطريات، ويوجد أيضًا في مجموعات معينة من الحيوانات، مثل المفصليات، كعنصر مهم في هيكلها الخارجي.

ومن المعروف أيضًا أن السكريات المعقدة تتكون من نوعين من السكريات البسيطة، والتي تتناوب بانتظام في سلاسل طويلة. أداء مثل هذه السكريات الوظائف الهيكليةفي دعم أنسجة الحيوانات. وهي جزء من المادة الموجودة بين الخلايا في الجلد والأوتار والغضاريف، مما يمنحها القوة والمرونة.

بعض السكريات هي جزء من أغشية الخلايا وتعمل كمستقبلات، مما يسمح للخلايا بالتعرف على بعضها البعض والتفاعل.

الكربوهيدرات، أو السكريات. السكريات الأحادية. السكريات الثنائية. السكريات. ريبوز. ديوكسيريبوز. الجلوكوز. الفركتوز. الجالاكتوز. السكروز. المالتوز. اللاكتوز. نشاء. الجليكوجين. كيتين

أسئلة

1. ما هو التركيب والبنية التي تمتلكها جزيئات الكربوهيدرات؟

2. ما هي الكربوهيدرات التي تسمى السكريات الأحادية والثنائية والسكريات؟

3. ما هي الوظائف التي تؤديها الكربوهيدرات في الكائنات الحية؟

مهام

تحليل الشكل 6 "مخطط هيكل السكريات" ونص الفقرة. ما هي الافتراضات التي يمكنك القيام بها بناءً على مقارنة السمات الهيكلية للجزيئات والوظائف التي يؤديها النشا والجليكوجين والسليلوز في الكائن الحي؟ ناقش هذه المشكلة مع زملائك في الفصل.

§ 6. الدهون

1. ما هي المواد الشبيهة بالدهون التي تعرفها؟

2. ما هي الأطعمة الغنية بالدهون؟

3. ما هو دور الدهون في الجسم؟

الدهون(من اليونانية ليبوس- الدهون) هي مجموعة كبيرة من المواد الشبيهة بالدهون غير القابلة للذوبان في الماء. تتكون معظم الدهون من أحماض دهنية ذات وزن جزيئي عالي وجلسرين كحول ثلاثي الهيدريك (الشكل 7).

الدهون موجودة في جميع الخلايا دون استثناء، وتؤدي وظائف بيولوجية محددة.

الدهون- أبسط الدهون وأكثرها انتشارًا - تلعب دورًا مهمًا مصدر طاقة. عندما تتأكسد، فإنها توفر أكثر من ضعف الطاقة التي توفرها الكربوهيدرات (38.9 كيلوجول عند تكسير 1 جرام من الدهون).

أرز. 7. هيكل جزيء الدهون الثلاثية

الدهون هي الشكل الرئيسي تخزين الدهونفي قفص. في الفقاريات، ما يقرب من نصف الطاقة التي تستهلكها الخلايا في حالة الراحة تأتي من أكسدة الدهون. يمكن أيضًا استخدام الدهون كمصدر للمياه (تنتج أكسدة 1 جرام من الدهون أكثر من 1 جرام من الماء). وهذا مهم بشكل خاص للحيوانات القطبية الشمالية والصحراوية التي تعيش في ظروف ندرة المياه المجانية.

بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة، أداء الدهون وظائف الحماية، أي أنها تعمل على العزل الحراري للكائنات الحية. على سبيل المثال، تحتوي العديد من الفقاريات على طبقة دهنية تحت الجلد محددة جيدًا، مما يسمح لها بالعيش في مناخات باردة، كما أنها تلعب دورًا آخر في الحيتانيات - فهي تساهم في الطفو.

أداء الدهون و وظيفة البناءلأن عدم قابليتها للذوبان في الماء تجعلها مكونات أساسية لأغشية الخلايا.

كثير الهرمونات(على سبيل المثال، قشرة الغدة الكظرية، الغدد التناسلية) هي مشتقات الدهون. ولذلك، تتميز الدهون وظيفة تنظيمية.

الدهون. الدهون. الهرمونات. وظائف الدهون: الطاقة، التخزين، الحماية، البناء، التنظيم

أسئلة

1. ما هي المواد الدهنية؟

2. ما هي البنية التي تمتلكها معظم الدهون؟

3. ما هي الوظائف التي تؤديها الدهون؟

4. ما هي الخلايا والأنسجة الأكثر ثراءً بالدهون؟

مهام

بعد تحليل نص الفقرة، اشرح لماذا تميل العديد من الحيوانات قبل الشتاء، والأسماك المهاجرة قبل وضع البيض، إلى تراكم المزيد من الدهون. أعط أمثلة على الحيوانات والنباتات التي تكون فيها هذه الظاهرة أكثر وضوحًا. هل الدهون الزائدة دائما مفيدة للجسم؟ ناقش هذه المشكلة في الفصل.

§ 7. تكوين وبنية البروتينات

1. ما هو دور البروتينات في الجسم؟

2. ما هي الأطعمة الغنية بالبروتينات؟

بين المواد العضوية السناجب، أو البروتينات، هي البوليمرات الحيوية الأكثر عددًا والأكثر تنوعًا وذات أهمية قصوى. وهي تمثل 50-80% من الكتلة الجافة للخلية.

جزيئات البروتين كبيرة الحجم ولهذا سميت جزيئات كبيرة. بالإضافة إلى الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين، قد تحتوي البروتينات على الكبريت والفوسفور والحديد. تختلف البروتينات عن بعضها البعض في العدد (من مائة إلى عدة آلاف) وتكوينها وتسلسل المونومرات. مونومرات البروتين هي أحماض أمينية (الشكل 8).

يتم إنشاء مجموعة لا حصر لها من البروتينات من خلال مجموعات مختلفة من 20 حمضًا أمينيًا فقط. كل حمض أميني له اسمه الخاص وبنيته وخصائصه الخاصة. هُم صيغة عامةيمكن تمثيلها بالشكل التالي:

يتكون جزيء الحمض الأميني من جزأين متطابقين مع جميع الأحماض الأمينية، أحدهما عبارة عن مجموعة أمينية (-NH 2) لها خصائص أساسية، والآخر عبارة عن مجموعة كربوكسيل (-COOH) مع الخصائص الحمضية. يحتوي جزء الجزيء المسمى بالجذر (R) على بنية مختلفة للأحماض الأمينية المختلفة. إن وجود المجموعات الأساسية والحمضية في جزيء واحد من الأحماض الأمينية يحدد تفاعلها العالي. ومن خلال هذه المجموعات، يتم دمج الأحماض الأمينية لتكوين البروتينات. في هذه الحالة، يظهر جزيء الماء، وتتشكل الإلكترونات المنطلقة السندات الببتيد. ولهذا السبب تسمى البروتينات الببتيدات.

أرز. 8. أمثلة على بنية الأحماض الأمينية - مونومرات جزيئات البروتين

يمكن أن يكون لجزيئات البروتين تكوينات مكانية مختلفة - هيكل البروتينوفي بنيتها هناك أربعة مستويات من التنظيم الهيكلي (الشكل 9).

تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة عديد الببتيد هو الهيكل الأساسيسنجاب. وهو فريد من نوعه لأي بروتين ويحدد شكله وخصائصه ووظائفه.

معظم البروتينات لها شكل حلزوني نتيجة لتكوين روابط هيدروجينية بين مجموعات CO و NH من بقايا الأحماض الأمينية المختلفة لسلسلة البولي ببتيد. الروابط الهيدروجينية ضعيفة، لكنها معًا توفر بنية قوية إلى حد ما. هذه دوامة هيكل ثانويسنجاب.

هيكل التعليم العالي- "تغليف" مكاني ثلاثي الأبعاد لسلسلة بولي ببتيد. والنتيجة هي تكوين غريب، ولكن محدد لكل بروتين - الكرية كرة صغيرة. يتم ضمان قوة البنية الثلاثية من خلال الروابط المختلفة التي تنشأ بين جذور الأحماض الأمينية.

أرز. 9. مخطط هيكل جزيء البروتين: I، II، III، IV – الهياكل الأولية والثانوية والثالثية والرباعية

هيكل رباعيليست نموذجية لجميع البروتينات. ينشأ نتيجة لدمج عدة جزيئات كبيرة مع بنية ثلاثية في مجمع معقد. على سبيل المثال، الهيموجلوبين في الدم البشري عبارة عن مركب من أربعة جزيئات بروتينية كبيرة (الشكل 10).

يرتبط هذا التعقيد في بنية جزيئات البروتين بتنوع الوظائف الكامنة في هذه البوليمرات الحيوية.

يسمى انتهاك البنية الطبيعية للبروتين تمسخ(الشكل 11). يمكن أن يحدث تحت تأثير درجة الحرارة، المواد الكيميائيةوالطاقة الإشعاعية وعوامل أخرى. وبتأثير ضعيف يتفكك فقط البنية الرباعية، وبتأثير أقوى الثالثي ثم الثانوي، ويبقى البروتين على شكل سلسلة متعددة الببتيد.

أرز. 10. مخطط هيكل جزيء الهيموجلوبين

هذه العملية قابلة للعكس جزئيًا: إذا لم يتم تدمير البنية الأساسية، فإن البروتين المشوه يكون قادرًا على استعادة بنيته. ويترتب على ذلك أن جميع السمات الهيكلية لجزيء البروتين الكبير يتم تحديدها من خلال بنيته الأولية.

يستثني بروتينات بسيطة، تتكون فقط من الأحماض الأمينية، وهناك أيضا البروتينات المعقدةوالتي قد تشمل الكربوهيدرات ( البروتينات السكرية) ، الدهون ( البروتينات الدهنية)، احماض نووية ( البروتينات النووية) وإلخ.

دور البروتينات في حياة الخلية هائل. علم الأحياء الحديثأظهر أن أوجه التشابه والاختلاف بين الكائنات الحية يتم تحديدها في النهاية من خلال مجموعة البروتينات. كلما كانت الكائنات الحية أقرب إلى بعضها البعض في وضع نظامي، كلما كانت بروتيناتها أكثر تشابهًا.

أرز. 11. تمسخ البروتين

البروتينات، أو البروتينات. البروتينات البسيطة والمعقدة. أحماض أمينية. متعدد الببتيد. الهياكل الأولية والثانوية والثالثية والرباعية للبروتينات

أسئلة

1. ما هي المواد التي تسمى البروتينات أو البروتينات؟

2. ما هو الهيكل الأساسي للبروتين؟

3. كيف يتم تشكيل هياكل البروتين الثانوية والثالثية والرباعية؟

4. ما هو تمسخ البروتين؟

5. على أي أساس يتم تقسيم البروتينات إلى بسيطة ومعقدة؟

مهام

أنت تعلم أن بياض بيضة الدجاج يتكون أساسًا من البروتينات. فكر فيما يفسر التغير في البنية البروتينية للبيضة المسلوقة. أعط أمثلة أخرى تعرفها عن الأماكن التي يمكن أن تتغير فيها بنية البروتين.

§ 8. وظائف البروتينات

1. ما هي وظيفة الكربوهيدرات؟

2. ما هي وظائف البروتينات التي تعرفها؟

تؤدي البروتينات وظائف مهمة للغاية ومتنوعة. وهذا ممكن إلى حد كبير بسبب تنوع أشكال وتكوين البروتينات نفسها.

واحدة من أهم وظائف جزيئات البروتين بناء (بلاستيك). البروتينات هي جزء من جميع أغشية الخلايا وعضيات الخلية. تتكون جدران الأوعية الدموية والغضاريف والأوتار والشعر والأظافر في الغالب من البروتين.

ذو اهمية قصوى المحفز، أو وظيفة الأنزيمية والبروتين. البروتينات الخاصة - الإنزيمات قادرة على تسريع التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلايا بعشرات ومئات الملايين من المرات. حوالي ألف إنزيمات معروفة. يتم تحفيز كل تفاعل بواسطة إنزيم معين. سوف تتعلم المزيد عن هذا أدناه.

وظيفة المحركأداء بروتينات مقلصة خاصة. بفضلهم، تتحرك الأهداب والأسواط في الأوليات، وتتحرك الكروموسومات أثناء انقسام الخلايا، وتتقلص العضلات في الكائنات متعددة الخلايا، وتتحسن أنواع الحركة الأخرى في الكائنات الحية.

انه مهم وظيفة النقلالبروتينات. وهكذا، يحمل الهيموجلوبين الأكسجين من الرئتين إلى خلايا الأنسجة والأعضاء الأخرى. في العضلات، بالإضافة إلى الهيموجلوبين، يوجد بروتين آخر لنقل الغاز - الميوجلوبين. تعمل بروتينات المصل على تعزيز نقل الدهون والأحماض الدهنية والمواد النشطة بيولوجيا المختلفة. تحمل بروتينات النقل الموجودة في الغشاء الخارجي للخلايا مواد مختلفة من البيئة إلى السيتوبلازم.

تؤدي بروتينات محددة وظيفة وقائية. أنها تحمي الجسم من غزو البروتينات والكائنات الحية الدقيقة الأجنبية ومن الضرر. وبالتالي، فإن الأجسام المضادة التي تنتجها الخلايا الليمفاوية تحجب البروتينات الأجنبية؛ الفيبرين والثرومبين يحميان الجسم من فقدان الدم.

الوظيفة التنظيميةمتأصل في البروتينات - الهرمونات. وهي تحافظ على تركيزات ثابتة من المواد في الدم والخلايا، وتشارك في النمو والتكاثر والعمليات الحيوية الأخرى. على سبيل المثال، ينظم الأنسولين نسبة السكر في الدم.

البروتينات لديها أيضا وظيفة الإشارة. يحتوي غشاء الخلية على بروتينات يمكنها تغيير بنيتها الثلاثية استجابة للعوامل البيئية. هذه هي الطريقة التي يتم بها استقبال الإشارات من البيئة الخارجية ونقل المعلومات إلى الخلية.

البروتينات يمكن أن تؤدي وظيفة الطاقةكونه أحد مصادر الطاقة في الخلية. عندما يتم تقسيم 1 جم من البروتين بالكامل إلى منتجات نهائية، يتم إطلاق 17.6 كيلوجول من الطاقة. ومع ذلك، نادرا ما تستخدم البروتينات كمصدر للطاقة. يتم استخدام الأحماض الأمينية المنطلقة عند تحلل جزيئات البروتين لبناء بروتينات جديدة.

وظائف البروتينات: البناء، المحرك، النقل، الحماية، التنظيم، الإشارة، الطاقة، التحفيز. هرمون. إنزيم

أسئلة

1. ما الذي يفسر تنوع وظائف البروتين؟

2. ما هي وظائف البروتينات التي تعرفها؟

3. ما هو الدور الذي تلعبه البروتينات الهرمونية؟

4. ما هي الوظيفة التي تؤديها بروتينات الإنزيم؟

5. لماذا نادرا ما تستخدم البروتينات كمصدر للطاقة؟

§ 9. الأحماض النووية

1. ما هو دور النواة في الخلية؟

2. ما هي عضيات الخلية التي ترتبط بنقل الخصائص الوراثية؟

3. ما هي المواد التي تسمى الأحماض؟

احماض نووية(من اللات. نواة– النواة) تم اكتشافها لأول مرة في نواة الكريات البيض. بعد ذلك، وجد أن الأحماض النووية موجودة في جميع الخلايا، ليس فقط في النواة، ولكن أيضًا في السيتوبلازم والعضيات المختلفة.

هناك نوعان من الأحماض النووية - منقوص الأكسجين النووي(مختصر الحمض النووي) و ريبونوكلي(مختصر الحمض النووي الريبي). يرجع الاختلاف في الأسماء إلى حقيقة أن جزيء الحمض النووي يحتوي على كربوهيدرات ديوكسيريبوز، وجزيء الحمض النووي الريبي (RNA) هو الريبوز.

الأحماض النووية هي بوليمرات حيوية تتكون من مونومرات - النيوكليوتيدات. مونومرات النيوكليوتيدات في DNA و RNA لها بنية مماثلة.

يتكون كل نيوكليوتيد من ثلاثة مكونات متصلة ببعضها بواسطة قوية الروابط الكيميائية. هذا قاعدة نيتروجينية، كربوهيدرات(الريبوز أو الديوكسيريبوز) و بقايا حمض الفوسفوريك(الشكل 12).

جزء جزيئات الحمض النوويهناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية: الأدينين، الجوانين، السيتوزينأو الثايمين. وهي تحدد أسماء النيوكليوتيدات المقابلة: الأدينيل (A)، والغوانيل (G)، والسيتيديل (C)، والثيميديل (T) (الشكل 13).

أرز. 12. مخطط بنية النيوكليوتيدات - مونومرات DNA (A) و RNA (B)

كل شريط DNA عبارة عن بولي نيوكليوتيد يتكون من عدة عشرات الآلاف من النيوكليوتيدات.

يحتوي جزيء الحمض النووي على بنية معقدة. وتتكون من سلسلتين ملتويتين حلزونيًا، متصلتين ببعضهما البعض بطول كاملهما بواسطة روابط هيدروجينية. يسمى هذا الهيكل المميز فقط لجزيئات الحمض النووي الحلزون المزدوج.

أرز. 13. نيوكليوتيدات الحمض النووي

أرز. 14. الاتصال التكميلي للنيوكليوتيدات

عندما يتم تشكيل الحلزون المزدوج للحمض النووي، فإن القواعد النيتروجينية لسلسلة واحدة تقع بشكل صارم بترتيب معينضد القواعد النيتروجينية هو شيء آخر. في هذه الحالة، تم الكشف عن نمط مهم: الثيمين من سلسلة أخرى يقع دائمًا مقابل الأدينين من سلسلة واحدة، والسيتوزين يقع دائمًا مقابل الجوانين، والعكس صحيح. ويفسر ذلك حقيقة أن أزواج النوكليوتيدات الأدينين والثايمين، وكذلك الجوانين والسيتوزين، تتوافق بشكل صارم مع بعضها البعض وتكون متكاملة، أو مكمل(من اللات. تكملة- بالإضافة) بعضها البعض. ويسمى النمط نفسه مبدأ التكامل. في هذه الحالة، تنشأ دائمًا روابط هيدروجينية بين الأدينين والثايمين، وثلاث روابط هيدروجينية بين الجوانين والسيتوزين (الشكل 14).

وبالتالي، فإن عدد نيوكليوتيدات الأدينيل في أي كائن حي يساوي عدد نيوكليوتيدات الثيميديل، وعدد نيوكليوتيدات الجوانيل يساوي عدد نيوكليوتيدات سيتيديل. بمعرفة تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة DNA واحدة، يمكن استخدام مبدأ التكامل لتحديد ترتيب النيوكليوتيدات في سلسلة أخرى.

بمساعدة أربعة أنواع من النيوكليوتيدات، يسجل الحمض النووي جميع المعلومات المتعلقة بالجسم، والتي يتم نقلها إلى الأجيال اللاحقة. وبعبارة أخرى، الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الوراثية.

توجد جزيئات الحمض النووي بشكل رئيسي في نوى الخلايا، ولكن توجد كميات صغيرة في الميتوكوندريا والبلاستيدات.

جزيء RNA، على عكس جزيء DNA، هو بوليمر يتكون من سلسلة واحدة ذات أبعاد أصغر بكثير.

مونومرات الحمض النووي الريبي (RNA) هي نيوكليوتيدات تتكون من الريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك وواحدة من أربع قواعد نيتروجينية. ثلاث قواعد نيتروجينية - الأدينين والجوانين والسيتوزين - هي نفسها الموجودة في الحمض النووي، والرابعة - اليوراسيل.

يحدث تكوين بوليمر الحمض النووي الريبي (RNA) من خلال روابط تساهمية بين الريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك من النيوكليوتيدات المجاورة.

هناك ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA)، تختلف في البنية والحجم الجزيئي والموقع في الخلية والوظائف التي تؤديها.

الريبوسوم RNA (الرنا الريباسي) هي جزء من الريبوسومات وتشارك في تكوين مراكزها النشطة، حيث تحدث عملية التخليق الحيوي للبروتين.

نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) - الأصغر حجمًا - ينقل الأحماض الأمينية إلى موقع تخليق البروتين.

معلومة، أو القالب، RNA (مرنا) يتم تصنيعها على مقطع من إحدى سلاسل جزيء الحمض النووي ونقل المعلومات حول بنية البروتين من نواة الخلية إلى الريبوسومات، حيث يتم تنفيذ هذه المعلومات.

وبالتالي، تمثل الأنواع المختلفة من الحمض النووي الريبي (RNA) نظامًا وظيفيًا واحدًا يهدف إلى تنفيذ المعلومات الوراثية من خلال تخليق البروتين.

توجد جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) في النواة والسيتوبلازم والريبوسومات والميتوكوندريا والبلاستيدات في الخلية.

حمض نووي. حمض الديوكسي ريبونوكلييك، أو الحمض النووي. حمض الريبونوكلييك أو RNA. القواعد النيتروجينية: الأدينين، الجوانين، السيتوزين، الثايمين، اليوراسيل، النوكليوتيدات. الحلزون المزدوج. التكامل. نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). الريبوسوم RNA (الرنا الريباسي). رسول الحمض النووي الريبي (mRNA)

أسئلة

1. ما هو هيكل النوكليوتيدات؟

2. ما هو هيكل جزيء الحمض النووي؟

3. ما هو مبدأ التكامل؟

4. ما هي أوجه التشابه والاختلاف في بنية جزيئات DNA و RNA؟

5. ما هي أنواع جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تعرفها؟ ما هي وظائفهم؟

مهام

1. الخطوط العريضة للفقرة الخاصة بك.

2. لقد وجد العلماء أن جزءًا من سلسلة الحمض النووي يحتوي على التركيبة التالية: C-G G A A A T T C C. باستخدام مبدأ التكامل، أكمل السلسلة الثانية.

3. خلال الدراسة وجد أنه في جزيء الحمض النووي محل الدراسة يشكل الأدينين 26% من الرقم الإجماليالقواعد النيتروجينية. احسب عدد القواعد النيتروجينية الأخرى في هذا الجزيء.

ما هي العناصر التي تسود في الكائنات الحية؟
لماذا تعتبر جزيئات البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات والدهون بوليمرات حيوية في الخلية فقط؟
ما المقصود بكلمة عالمية جزيئات البوليمر الحيوي؟

1- ما هي المادة شديدة الذوبان في الماء؟ أ) الألياف ب) البروتين ج) الجلوكوز د) الدهون 2. تختلف جزيئات البروتين عن بعضها البعض

أ) تسلسل تناوب الأحماض الأمينية

ب) عدد الأحماض الأمينية في الجزيء

ج) شكل الهيكل الثالث

د) جميع الميزات المحددة

3. في أي حالة يتم تحديد تركيبة نيوكليوتيدات الحمض النووي بشكل صحيح؟

أ) الريبوز، بقايا حمض الفوسفوريك، الثايمين

ب) حامض الفوسفوريك، اليوراسيل، ديوكسيريبوز

ج) بقايا حمض الفوسفوريك، ديوكسيريبوز، الأدينين

د) حامض الفوسفوريك، الريبوز، الجوانين

4. مونومرات الأحماض النووية هي:

أ) القواعد النيتروجينية

ب) الريبوز أو الديوكسيريبوز

ج) مجموعات الديوكسي ريبوز والفوسفات

د) النيوكليوتيدات

5. ترتبط الأحماض الأمينية الموجودة في جزيء البروتين من خلال:

أ) الرابطة الأيونية

ب) الرابطة الببتيدية

ج) الرابطة الهيدروجينية

ز) الرابطة التساهمية

6. ما هي وظيفة نقل الحمض النووي الريبي (RNA)؟

أ) ينقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات

ب) ينقل المعلومات من الحمض النووي

ج) تشكل الريبوسومات

د) جميع الوظائف المدرجة

7. الإنزيمات عبارة عن محفزات حيوية تتكون من:

أ) البروتينات ب) النيوكليوتيدات ج) الدهون ج) الدهون

8. السكريات تشمل:

أ) النشا والريبوز

ب) الجليكوجين والجلوكوز

ج) السليلوز والنشا

د) النشا والسكروز

9. يتم تضمين الكربون كعنصر في:

أ) البروتينات والكربوهيدرات

ب) الكربوهيدرات والدهون

ج) الكربوهيدرات والأحماض النووية

د) جميع المركبات العضوية للخلية

10. تحتوي الخلية على الحمض النووي:

أ) في النواة والميتوكوندريا

ب) في النواة والسيتوبلازم والعضيات المختلفة

ج) في النواة والميتوكوندريا والسيتوبلازم

د) في النواة والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء

ما هو مونومتر الأحماض النووية؟ الخيارات (الحمض الأميني، النوكليوتيدات، جزيء البروتين؟) ما الذي تم تضمينه؟

تكوين النوكليوتيدات

الخيارات: (حمض أميني، قاعدة نيتروجين، بقايا حمض الفوسفوريك، كربوهيدرات؟)

ساعدني من فضلك!

1. العلم الذي يدرس الخلايا يسمى :
أ) علم الوراثة.
ب) الاختيار؛
ب) البيئة.
ب) علم الخلايا.
2. المواد العضوية للخلية:
أ) الماء والمعادن والدهون.
ب) الكربوهيدرات والدهون والبروتينات والأحماض النووية.
ج) الكربوهيدرات والمعادن والدهون.
د) الماء والمعادن والبروتينات.
3. من بين جميع المواد العضوية يتكون الجزء الأكبر من الخلية من:
أ) البروتينات.
ب) الكربوهيدرات
ب) الدهون
د) الماء.
4. استبدل الكلمات المميزة بكلمة واحدة:
أ) تشكل الجزيئات الصغيرة من المواد العضوية جزيئات معقدة في الخلية.
ب) تقوم المكونات الهيكلية الدائمة للخلية بوظائف حيوية للخلية.
ب) عالي الترتيب وشبه سائل البيئة الداخليةتوفر الخلايا تفاعل كيميائيجميع الهياكل الخلوية.
د) صبغة التمثيل الضوئي الرئيسية تعطي اللون الأخضر للبلاستيدات الخضراء.
5. التجميع والتعبئة مركبات كيميائيةفي القفص ينفذون:
أ) الميتوكوندريا.
ب) الريبوسومات.
ب) الليزوزومات.
د) مجمع جولجي.
6. يتم تنفيذ وظائف الهضم داخل الخلايا عن طريق:
أ) الميتوكوندريا.
ب) الريبوسومات.
ب) الليزوزومات.
د) مجمع جولجي.
7. يتم تنفيذ "تجميع" جزيء البروتين البوليمري:
أ) الميتوكوندريا.
ب) الريبوسومات.
ب) الليزوزومات.
د) مجمع جولجي.
8. الكلية التفاعلات الكيميائيةونتيجة لذلك يحدث تحلل المواد العضوية ويسمى إطلاق الطاقة:
أ) الهدم.
ب) الابتنائية.
ب) التمثيل الغذائي.
د) الاستيعاب
9. "نسخ" المعلومات الوراثية من جزيء DNA عن طريق إنشاء mRNA يسمى:
أ) البث.
ب) النسخ.
ب) التخليق الحيوي.
د) تحلل السكر.
10. تسمى عملية تكوين المواد العضوية في الضوء في البلاستيدات الخضراء باستخدام الماء وثاني أكسيد الكربون بما يلي:
أ) التمثيل الضوئي.
ب) النسخ.
ب) التخليق الحيوي.
د) تحلل السكر.
11. تسمى عملية تحلل المواد العضوية الأنزيمية والخالية من الأكسجين بما يلي:
أ) التمثيل الضوئي.
ب) النسخ.
ب) التخليق الحيوي.
د) تحلل السكر.
12. تسمية الأحكام الرئيسية لنظرية الخلية.

تمكن العلماء الأمريكيون من إنشاء جزيء يمكن أن يكون سلف الناقلات الجزيئية الحديثة للمعلومات الوراثية في الخلية الحية - الأحماض النووية. سمي بـ TNK لأنه يحتوي على سكر رباعي الكربون. ومن المفترض أنه في عملية التطور، جاء منه الحمض النووي الريبوزي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) الذي نعرفه.

حتى الآن، لا يستطيع العلماء المشاركون في إعادة بناء الأحداث التي حدثت على الأرض منذ حوالي أربعة مليارات عام، الإجابة على سؤال واحد بسيط وفي نفس الوقت مهم للغاية - كيف ظهر حمض الديوكسي ريبونوكلييك، أو ببساطة، الحمض النووي؟

بعد كل شيء، بدون هذا الجزيء، لا تستطيع الخلايا الحية الأولى (أو أسلافها) تخزين معلومات حول بنية البروتينات الضرورية للتكاثر الذاتي. وهذا يعني أنه بدون الحمض النووي، لن تتمكن الحياة ببساطة من الانتشار عبر كوكبنا، سواء في المكان أو الزمان.

لقد أظهرت العديد من التجارب أن الحمض النووي نفسه لا يمكنه التجمع، بغض النظر عن الظروف التي يتم فيها وضع جميع "قطع الغيار" الخاصة به. من أجل إنشاء هذا الجزيء، من الضروري نشاط عشرات البروتينات الإنزيمية. وإذا كان الأمر كذلك، تنشأ على الفور حلقة مفرغة في منطق أنصار التطور، مثل مشكلة أولوية الدجاجة والبيضة: من أين يمكن أن تأتي الإنزيمات إذا لم يكن هناك DNA نفسه؟ بعد كل شيء، يتم تسجيل المعلومات حول هيكلها بدقة في هذا الجزيء المعقد.

صحيح أن بعض علماء الأحياء الجزيئية اقترحوا مؤخرا طريقة للخروج من هذا المأزق: فهم يعتقدون أن المعلومات الوراثية السابقة كانت مخزنة في الحمض النووي "الشقيق"، أو الحمض النووي الريبي، أو الحمض النووي الريبي (RNA). حسنًا، هذا الجزيء، في ظل ظروف معينة، قادر على النسخ الذاتي، وتؤكد العديد من التجارب ذلك (يمكنك قراءة المزيد عن هذا في المقالة "في البداية كان هناك... حمض الريبونوكلييك").

يبدو أنه تم العثور على حل - الريبوزيمات الأولى (هذا هو اسم جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) التي لها النشاط الأنزيمي) نسخوا أنفسهم، وعلى طول الطريق، تحوروا، "اكتسبوا" معلومات حول البروتينات المفيدة الجديدة. بعد مرور بعض الوقت، تراكمت هذه المعلومات كثيرًا لدرجة أن الحمض النووي الريبي "فهم" شيئًا واحدًا بسيطًا - ولم يعد الآن بحاجة إلى القيام بعمل النسخ الذاتي المعقد إلى حد ما. وسرعان ما حولت الدورة التالية من الطفرات الحمض النووي الريبي (RNA) إلى حمض نووي أكثر تعقيدًا، ولكن في نفس الوقت حمض نووي مستقر، والذي لم يعد يفعل مثل هذا "الهراء".

ومع ذلك، لم يتم العثور على إجابة محددة لسؤال كيفية ظهور الأحماض النووية. لأنه لا يزال من غير الواضح كيف ظهر أول RNA مع القدرة على نسخ نفسه. بعد كل شيء، حتى أنه، كما أظهرت التجارب، غير قادر على التجميع الذاتي - جزيئه معقد للغاية لهذا الغرض.

ومع ذلك، اقترح بعض علماء الأحياء الجزيئية أنه ربما كان هناك حمض نووي آخر في تلك الأوقات البعيدة، أكثر بساطة في البنية من DNA وRNA. وكانت هي في البداية الجزيء الذي يخزن المعلومات.

ومع ذلك، من الصعب للغاية التحقق من هذا الافتراض، لأنه في الوقت الحاضر لا يوجد "حافظون" آخرون على المعلومات من مجموعة هذه الأحماض، باستثناء الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). مع ذلك، الأساليب الحديثةتتيح الكيمياء الحيوية إعادة إنشاء مثل هذا المركب، ثم اختباره تجريبيًا ما إذا كان مناسبًا لدور "الجزيء الرئيسي للحياة" أم لا.

ومؤخرًا، اقترح علماء من جامعة أريزونا (الولايات المتحدة الأمريكية) أن السلف المشترك للحمض النووي الريبوزي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) يمكن أن يكون TNA، أو حمض التتروسونوكلييك. وهو يختلف عن نسله في أن "جسر السكر والفوسفات" لهذه المادة، والذي يجمع القواعد النيتروجينية (أو النيوكليوتيدات)، لا يحتوي على البنتوز - سكر مكون من خمس ذرات كربون، ولكن رباعي رباعي الكربون. وهذا النوع من السكر أبسط بكثير من حلقات الكربون الخمسة للحمض النووي الريبوزي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). والأهم من ذلك أنه يمكن تجميعها بأنفسهم - من قطعتين متطابقتين من الكربون.

حاول علماء الكيمياء الحيوية الأمريكيون إنشاء عدة جزيئات قصيرة من التتروز وفي هذه العملية اكتشفوا أن هذا لا يتطلب استخدام جهاز أنزيمي ضخم ومعقد - في ظل ظروف معينة، تم جمع الحمض في محلول مشبع من "قطع الغيار" باستخدام فقط اثنين من الانزيمات.

أي أنه كان من الممكن أن يظهر بالفعل في بداية تكوين الحياة. وإلى أن تمكنت الكائنات الحية الأولى من الحصول على جهاز إنزيمي قادر على تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض النووي (DNA)، كان TNC هو الوصي على المعلومات الوراثية.

ولكن هل يمكن لهذا الجزيء، من حيث المبدأ، أن يلعب مثل هذا الدور المهم؟ من المستحيل الآن اختبار ذلك بشكل مباشر، حيث لا توجد بروتينات قادرة على قراءة المعلومات من الشركات عبر الوطنية. ومع ذلك، قرر علماء الأحياء الجزيئية في أريزونا أن يسلكوا طريقًا مختلفًا. لقد أجروا تجربة مثيرة للاهتمام - لقد حاولوا ربط خيوط DNA و TNC مع بعضها البعض. وكانت النتيجة جزيء هجين - في منتصف سلسلة الحمض النووي كان هناك جزء من TNA يبلغ طوله 70 نيوكليوتيدات. ومن المثير للاهتمام أن هذا الجزيء كان قادرًا على التكاثر، أي النسخ الذاتي. وهذه الخاصية هي الأهم بالنسبة لأي حامل معلومات جزيئي.

علاوة على ذلك، أظهر العلماء أن جزيء TNA يمكن أن يتحد بسهولة مع البروتين، وبالتالي الحصول على خصائص إنزيمية. أجرى الباحثون سلسلة من التجارب التي أثبتت أن TNC يمكن أن تنتج بنية ترتبط على وجه التحديد ببروتين الثرومبين: تم تشكيل سلسلة TNC على سلسلة الحمض النووي، ولكن بعد مغادرة الحمض النووي، لم تفقد ميزات بنيتها واستمرت. للاحتفاظ بالبروتين على وجه التحديد.

كان طول جزء TNK 70 نيوكليوتيدًا، وهو ما يكفي لإنشاء "مقاعد" فريدة لبروتينات الإنزيم. وهذا يعني أنه يمكن أيضًا الحصول على شيء مثل الريبوزيم من الشركات عبر الوطنية (دعني أذكرك أنه يتكون من الحمض النووي الريبي (RNA) المرتبط بالبروتين).

لذلك، أظهرت التجارب أن TNK يمكن أن يكون سلف الحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). ربما يكون الأخير قد تشكل مبكرًا إلى حد ما نتيجة لسلسلة من الطفرات التي أدت إلى استبدال البنتوز بالتروز. وبعد ذلك، وبمساعدة الانتقاء الطبيعي، اتضح أن حمض الريبونوكلييك أكثر استقرارًا واستقرارًا من سلفه التيتروز (التتروزات في الواقع غير مستقرة جدًا لعدد من التأثيرات الكيميائية). وهكذا قام السليل بطرد سلفه بشكل تنافسي من مكان حامل المعلومات الجزيئية.

والسؤال الذي يطرح نفسه هو: هل كان من الممكن أن يكون لدى الشركات عبر الوطنية أسلاف يحتوي على سكر أبسط من التيتروز؟ على الأرجح لا، وهذا هو السبب. فقط بدءًا من أربع ذرات كربون، يمكن للسكريات أن تشكل هياكل حلقية، بينما لا تستطيع الكربوهيدرات ثلاثية الكربون القيام بذلك. حسنًا، بدون هذا، لا يتشكل الحمض النووي - فقط جزيئات السكر الحلقية هي القادرة على الاحتفاظ بجميع المكونات الأخرى لهذه المادة. لذا يبدو أن TNK كانت الأولى بالفعل.

وتجدر الإشارة إلى أن مؤلفي العمل لا يزعمون على الإطلاق أن "هذا هو بالضبط ما حدث". بالمعنى الدقيق للكلمة، لقد أثبتوا فقط إمكانية وجود شكل أسلافي من الأحماض الريبية النووية، مثل TNA (والذي، بالمناسبة، لا يحدث في البيئة الطبيعية في العالم الحديث). تكمن قيمة الاكتشاف في حقيقة أنه تم عرض أحد المسارات المحتملة لتطور الناقلات الجزيئية للمعلومات الوراثية. حسنًا، وأخيرًا، تم حل النزاع القديم حول ما جاء أولاً: الحمض النووي أم البروتين.