Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus? Mis oli enne: nukleiinhape või valk Miks nukleiinhappevalkude molekulid?

Küsimus 1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?
Molekulaarsel tasandil uuritakse organismi tähtsamaid eluprotsesse: selle kasvu ja arengut, ainevahetust ja energia muundumist, päriliku informatsiooni talletamist ja edasiandmist, muutlikkust. Molekulaarsel tasemel elementaarüksus on geen - nukleiinhappemolekuli fragment, milles on kvalitatiivses ja kvantitatiivses mõttes registreeritud teatud hulk bioloogilist teavet.

Küsimus 2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?
Elusorganism sisaldab rohkem kui 70-80 keemilised elemendidülekaalus on aga süsinik, hapnik, vesinik, lämmastik ja fosfor.

Küsimus 3. Miks on valgumolekulid nukleiinhapped, süsivesikuid ja lipiide peetakse biopolümeerideks ainult rakus?
Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekulid on polümeerid, kuna koosnevad korduvatest monomeeridest. Kuid ainult elussüsteemis (rakus, organismis) avaldavad need ained oma bioloogilist olemust, omades mitmeid spetsiifilisi omadusi ja täites paljusid olulisi funktsioone. Seetõttu nimetatakse selliseid aineid elussüsteemides biopolümeerideks. Väljaspool elussüsteemi kaotavad need ained oma bioloogilised omadused ega ole biopolümeerid.

Küsimus 4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?
Olenemata keerukusastmest ja rakus täidetavatest funktsioonidest on kõigil biopolümeeridel järgmised omadused:
nende molekulidel on vähe pikki oksi, kuid palju lühikesi;
polümeeri ahelad on tugevad ja ei purune spontaanselt;
on võimeline kandma mitmesuguseid funktsionaalseid rühmi ja molekulaarseid fragmente, mis tagavad biokeemilise funktsionaalse aktiivsuse, st võime rakusiseses lahuse keskkonnas läbi viia raku jaoks vajalikke biokeemilisi reaktsioone ja transformatsioone;
on piisavalt paindlik, et moodustada väga keeruline ruumilised struktuurid, mis on vajalik biokeemiliste funktsioonide täitmiseks, st valkude kui molekulaarmasinate, nukleiinhapete kui programmeerimismolekulide jne toimimiseks;
C-H sidemed ja C-C biopolümeerid, vaatamata oma tugevusele, on ka elektroonikaenergia patareid.
Biopolümeeride peamine omadus on polümeeri ahelate lineaarsus, kuna monomeeridest on lihtne kodeerida ja "kokku panna" ainult lineaarseid struktuure. Lisaks, kui polümeerniit on painduv, on sellest üsna lihtne kujundada soovitud ruumiline struktuur ning pärast sellisel viisil ehitatud molekulaarmasina amortiseerumist ja purunemist saab selle hõlpsasti oma komponentideks lahti võtta, et kasutage neid uuesti. Nende omaduste kombinatsiooni leidub ainult süsinikupõhistes polümeerides. Kõik elussüsteemides olevad biopolümeerid on võimelised toimima teatud omadused ja täidavad paljusid olulisi funktsioone. Biopolümeeride omadused sõltuvad nende koostises olevate monomeeride arvust, koostisest ja paigutuse järjekorrast. Võimalus muuta polümeeri struktuuris olevate monomeeride koostist ja järjestust võimaldab eksisteerida tohutul hulgal biopolümeeri võimalusi, olenemata organismi liigist. Kõigis elusorganismides on biopolümeerid ehitatud ühe plaani järgi.

Küsimus 1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?

Molekulaarsel tasandil uuritakse organismi tähtsamaid eluprotsesse: selle kasvu ja arengut, ainevahetust ja energia muundumist, päriliku informatsiooni talletamist ja edasiandmist, muutlikkust.

Küsimus 2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?

Elusorganism sisaldab üle 70-80 keemilise elemendi, kuid ülekaalus on süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik.

Küsimus 3. Miks loetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?

Valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekulid on polümeerid, kuna koosnevad korduvatest monomeeridest. Kuid ainult elussüsteemis (rakus, organismis) avaldavad need ained oma bioloogilist olemust, omades mitmeid spetsiifilisi omadusi ja täites paljusid olulisi funktsioone. Seetõttu nimetatakse selliseid aineid elussüsteemides biopolümeerideks. Väljaspool elussüsteemi kaotavad need ained oma bioloogilised omadused ega ole biopolümeerid.

Küsimus 4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?

Biopolümeeride omadused sõltuvad nende koostises olevate monomeeride arvust, koostisest ja paigutuse järjekorrast. Võimalus muuta polümeeri struktuuris olevate monomeeride koostist ja järjestust võimaldab eksisteerida tohutul hulgal erinevaid biopolümeere, olenemata organismi liigist. Kõigis elusorganismides on biopolümeerid ehitatud ühe plaani järgi.

1.1. Molekulaarne tase: üldised omadused

4,4 (87,5%) 8 häält

Sellelt lehelt otsiti:

milliseid protsesse teadlased molekulaarsel tasandil uurivad?
mida mõeldakse biopolümeeri molekulide universaalsuse all
millised elemendid on elusorganismides ülekaalus
miks valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule peetakse biopolümeerideks ainult rakus
miks molekulid valgud nukleiinhapped süsivesikud ja lipiidid

Praegune lehekülg: 2 (raamatul on kokku 16 lehekülge) [saadaval lugemislõik: 11 lehekülge]

Bioloogia– eluteadus on üks iidsed teadused. Inimene on elusorganismide kohta teadmisi kogunud tuhandete aastate jooksul. Teadmiste kogunedes diferentseerus bioloogia iseseisvateks teadusteks (botaanika, zooloogia, mikrobioloogia, geneetika jne). Üha enam suureneb bioloogiat teiste teadustega siduvate piiridistsipliinide – füüsika, keemia, matemaatika jne – tähtsus Integratsiooni tulemusena tekkisid biofüüsika, biokeemia, kosmosebioloogia jne.

Praegu on bioloogia keerukas teadus, mis on kujunenud erinevate teadusharude diferentseerumise ja lõimumise tulemusena.

Bioloogias kasutatakse erinevaid uurimismeetodeid: vaatlus, katse, võrdlus jne.

Bioloogia uurib elusorganisme. Need on avatud bioloogilised süsteemid energia ja toitainete saamine keskkond. Elusorganismid reageerivad välismõjudele, sisaldavad kogu arenguks ja paljunemiseks vajalikku informatsiooni ning on kohanenud konkreetse elupaigaga.

Kõigil elussüsteemidel, olenemata organiseerituse tasemest, on ühised jooned ja süsteemid ise on pidevas interaktsioonis. Teadlased eristavad järgmisi eluslooduse organiseerituse tasemeid: molekulaarne, rakuline, organismiline, populatsiooniliik, ökosüsteem ja biosfäär.

Peatükk 1. Molekulaarne tase

Molekulaarset tasandit võib nimetada elusolendite algseks, sügavaimaks organiseerituse tasemeks. Iga elusorganism koosneb molekulidest orgaaniline aine– valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, rasvad (lipiidid), mida nimetatakse bioloogilisteks molekulideks. Bioloogid uurivad nende oluliste bioloogiliste ühendite rolli organismide kasvus ja arengus, päriliku teabe talletamises ja edastamises, ainevahetuses ja energia muundamises elusrakkudes ning muudes protsessides.

Selles peatükis saate teada

Mis on biopolümeerid;

Mis struktuur on biomolekulidel?

Milliseid funktsioone täidavad biomolekulid?

Mis on viirused ja millised on nende omadused?

§ 4. Molekulaarne tase: üldised omadused

1. Mis on keemiline element?

2. Mida nimetatakse aatomiks ja molekuliks?

3. Milliseid orgaanilisi aineid tead?

Iga elav süsteem, ükskõik kui keeruliselt organiseeritud see ka poleks, avaldub bioloogiliste makromolekulide funktsioneerimise tasandil.

Elusorganisme uurides saite teada, et need koosnevad samadest keemilistest elementidest kui eluta. Praegu on teada üle 100 elemendi, enamik neist leidub elusorganismides. Eluslooduses levinumad elemendid on süsinik, hapnik, vesinik ja lämmastik. Just need elemendid moodustavad molekule (ühendeid) nn orgaaniline aine.

Kõige alus orgaanilised ühendid süsinik teenib. See võib suhelda paljude aatomite ja nende rühmadega, moodustades ahelaid, mis erinevad keemilise koostise, struktuuri, pikkuse ja kuju poolest. Molekulid moodustuvad aatomirühmadest ja viimastest - keerukamad molekulid, mis erinevad struktuuri ja funktsioonide poolest. Neid orgaanilisi ühendeid, mis moodustavad elusorganismide rakud, nimetatakse bioloogilised polümeerid või biopolümeerid.

Polümeer(kreeka keelest poliitikat- arvukad) - paljudest lülidest koosnev kett - monomeerid, millest igaüks on suhteliselt lihtne. Polümeeri molekul võib koosneda paljudest tuhandetest omavahel seotud monomeeridest, mis võivad olla samad või erinevad (joonis 4).

Riis. 4. Monomeeride ja polümeeride struktuuri skeem

Biopolümeeride omadused sõltuvad nende molekulide struktuurist: polümeeri moodustavate monomeerühikute arvust ja mitmekesisusest. Kõik need on universaalsed, kuna need on ehitatud sama plaani järgi kõigile elusorganismidele, olenemata liigist.

Igat tüüpi biopolümeeri iseloomustab spetsiifiline struktuur ja funktsioon. Jah, molekulid valgud Need on rakkude peamised struktuurielemendid ja reguleerivad neis toimuvaid protsesse. Nukleiinhapped osaleda geneetilise (päriliku) informatsiooni ülekandes rakust rakku, organismist organismi. Süsivesikud Ja rasvad Need on organismide eluks kõige olulisemad energiaallikad.

Just molekulaarsel tasandil toimub rakus igat tüüpi energia ja ainevahetuse muundumine. Nende protsesside mehhanismid on universaalsed ka kõigi elusorganismide jaoks.

Samal ajal selgus, et kõiki organisme moodustavate biopolümeeride mitmekesised omadused tulenevad vaid mõne tüüpi monomeeride erinevatest kombinatsioonidest, moodustades palju variante pikkadest polümeeriahelatest. See põhimõte on meie planeedi elu mitmekesisuse aluseks.

Biopolümeeride spetsiifilised omadused ilmnevad ainult elusrakus. Pärast rakkudest eraldamist kaotavad biopolümeeri molekulid oma bioloogilise olemuse ja neid iseloomustavad ainult nende ühendite klassi füüsikalis-keemilised omadused, millesse nad kuuluvad.

Alles pärast õppimist molekulaarne tase, saab aru, kuidas kulgesid elu tekke ja arengu protsessid meie planeedil, millised on pärilikkuse ja ainevahetusprotsesside molekulaarsed alused elusorganismis.

Järjepidevuse molekulaarse taseme ja järgmise rakutasandi vahel tagab see, et bioloogilised molekulid on materjal, millest moodustuvad supramolekulaarsed - rakulised - struktuurid.

Orgaanilised ained: valgud, nukleiinhapped, süsivesikud, rasvad (lipiidid). Biopolümeerid. Monomeerid

Küsimused

1. Milliseid protsesse uurivad teadlased molekulaarsel tasandil?

2. Millised elemendid on elusorganismide koostises ülekaalus?

3. Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?

4. Mida mõeldakse biopolümeeride molekulide universaalsuse all?

5. Kuidas saavutatakse elusorganisme moodustavate biopolümeeride omaduste mitmekesisus?

Ülesanded

Milliseid bioloogilisi mustreid saab sõnastada lõigu teksti analüüsi põhjal? Arutage neid klassiliikmetega.

§ 5. Süsivesikud

1. Milliseid süsivesikutega seotud aineid teate?

2. Millist rolli mängivad elusorganismis süsivesikud?

3. Millise protsessi tulemusena tekivad roheliste taimede rakkudes süsivesikud?

Süsivesikud, või sahhariidid, on üks peamisi orgaaniliste ühendite rühmi. Nad on osa kõigi elusorganismide rakkudest.

Süsivesikud koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Nad said nime "süsivesikud", kuna enamikul neist on molekulis sama vesiniku ja hapniku suhe kui veemolekulis. Süsivesikute üldvalem on C n (H 2 0) m.

Kõik süsivesikud jagunevad liht-, või monosahhariidid, ja kompleksne või polüsahhariidid(joonis 5). Monosahhariididest kõrgeim väärtus elusorganismide jaoks on riboos, desoksüriboos, glükoos, fruktoos, galaktoos.

Riis. 5. Liht- ja liitsüsivesikute molekulide struktuur

Di- Ja polüsahhariidid moodustuvad kahe või enama monosahhariidimolekuli kombineerimisel. Niisiis, sahharoos(roosuhkur), maltoos(linnasesuhkur), laktoos(piimasuhkur) - disahhariidid, mis on tekkinud kahe monosahhariidi molekuli liitmise tulemusena. Disahhariidid on omadustelt sarnased monosahhariididega. Näiteks mõlemad horony on vees lahustuvad ja neil on magus maitse.

Polüsahhariidid koosnevad suurest hulgast monosahhariididest. Nende hulka kuuluvad tärklis, glükogeen, tselluloos, kitiin jne (joonis 6). Monomeeride arvu suurenemisega polüsahhariidide lahustuvus väheneb ja magus maitse kaob.

Süsivesikute põhiülesanne on energiat. Süsivesikute molekulide lagunemisel ja oksüdeerumisel vabaneb energia (1 g süsivesikute lagunemisel - 17,6 kJ), mis tagab organismi elutähtsad funktsioonid. Kui süsivesikuid on üle, kogunevad need rakku varuainetena (tärklis, glükogeen) ja vajadusel kasutatakse neid energiaallikana. Süsivesikute suurenenud lagunemist rakkudes võib täheldada näiteks seemnete idanemise, intensiivse lihastöö ja pikaajalise paastu ajal.

Süsivesikuid kasutatakse ka kui ehitusmaterjal. Seega on tselluloos paljude ainuraksete organismide, seente ja taimede rakuseinte oluline struktuurne komponent. Tänu oma erilisele struktuurile on tselluloos vees lahustumatu ja kõrge tugevusega. Taimeraku seintes on keskmiselt 20-40% materjalist tselluloos ja puuvillakiud on peaaegu puhas tselluloos, mistõttu neid kasutatakse tekstiili valmistamiseks.

Riis. 6. Polüsahhariidide ehituse skeem

Kitiin on osa mõnede algloomade ja seente rakuseinast, seda leidub ka teatud loomarühmades, näiteks lülijalgsetes nende välisskeleti olulise komponendina.

Tuntud on ka komplekssed polüsahhariidid, mis koosnevad kahte tüüpi lihtsuhkrutest, mis vahelduvad regulaarselt pikkade ahelatena. Sellised polüsahhariidid toimivad struktuursed funktsioonid loomade tugikudedes. Need on osa naha, kõõluste ja kõhrede rakkudevahelisest ainest, andes neile tugevust ja elastsust.

Mõned polüsahhariidid on osa rakumembraanidest ja toimivad retseptoritena, võimaldades rakkudel üksteist ära tunda ja suhelda.

Süsivesikud ehk sahhariidid. Monosahhariidid. Disahhariidid. Polüsahhariidid. Riboos. Deoksüriboos. Glükoos. Fruktoos. galaktoos. sahharoos. Maltoos. Laktoos. Tärklis. Glükogeen. Kitiin

Küsimused

1. Millise koostise ja struktuuriga on süsivesikute molekulid?

2. Milliseid süsivesikuid nimetatakse mono-, di- ja polüsahhariidideks?

3. Milliseid funktsioone täidavad süsivesikud elusorganismides?

Ülesanded

Analüüsige joonist 6 "Polüsahhariidide struktuuriskeem" ja lõigu teksti. Milliseid oletusi saab teha, kui võrrelda molekulide struktuurseid iseärasusi ning tärklise, glükogeeni ja tselluloosi funktsioone elusorganismis? Arutage seda probleemi oma klassikaaslastega.

§ 6. Lipiidid

1. Milliseid rasvataolisi aineid sa tead?

2. Millised toidud on rasvarikkad?

3. Milline on rasvade roll organismis?

Lipiidid(kreeka keelest liposid- rasv) on suur rühm rasvataolisi aineid, mis ei lahustu vees. Enamik lipiide koosneb suure molekulmassiga rasvhapetest ja kolmehüdroksüülsest alkoholglütseroolist (joonis 7).

Lipiidid esinevad eranditult kõigis rakkudes, täites spetsiifilisi bioloogilisi funktsioone.

Rasvad- kõige lihtsamad ja levinumad lipiidid - mängivad olulist rolli energiaallikas. Oksüdeerituna annavad nad rohkem kui kaks korda rohkem energiat kui süsivesikud (38,9 kJ 1 g rasva lagundamisel).

Riis. 7. Triglütseriidi molekuli struktuur

Rasvad on peamine vorm lipiidide säilitamine puuris. Selgroogsetel pärineb umbes pool puhkeolekus rakkude poolt tarbitavast energiast rasvade oksüdatsioonist. Rasvu saab kasutada ka veeallikana (1 g rasva oksüdeerumisel tekib rohkem kui 1 g vett). See on eriti väärtuslik arktiliste ja kõrbeloomade jaoks, kes elavad vaba veepuuduse tingimustes.

Madala soojusjuhtivuse tõttu toimivad lipiidid kaitsefunktsioonid st need on mõeldud organismide soojusisolatsiooniks. Näiteks paljudel selgroogsetel on täpselt piiritletud nahaalune rasvakiht, mis võimaldab neil elada külmas kliimas ning vaalaliste puhul täidab see ka teist rolli – soodustab ujuvust.

Lipiidid täidavad ja ehitusfunktsioon, kuna nende vees lahustumatus muudab need rakumembraanide olulisteks komponentideks.

Paljud hormoonid(nt neerupealiste koor, sugunäärmed) on lipiidide derivaadid. Seetõttu iseloomustatakse lipiide reguleeriv funktsioon.

Lipiidid. Rasvad. Hormoonid. Lipiidide funktsioonid: energia, säilitamine, kaitse, ehitus, reguleerimine

Küsimused

1. Mis ained on lipiidid?

2. Milline on enamiku lipiidide struktuur?

3. Milliseid funktsioone täidavad lipiidid?

4. Millised rakud ja koed on lipiidide poolest kõige rikkamad?

Ülesanded

Pärast lõigu teksti analüüsimist selgitage, miks kipuvad paljud loomad enne talve ja siirdekalad enne kudemist rohkem rasva koguma. Tooge näiteid loomadest ja taimedest, kus see nähtus on kõige enam väljendunud. Kas liigne rasv on alati kehale kasulik? Arutage seda probleemi klassis.

§ 7. Valkude koostis ja struktuur

1. Milline on valkude roll organismis?

2. Millised toidud on valgurikkad?

Orgaaniliste ainete hulgas oravad, või valgud, on kõige arvukamad, mitmekesisemad ja ülima tähtsusega biopolümeerid. Need moodustavad 50–80% raku kuivmassist.

Valgu molekulid on suured, mistõttu neid nimetatakse makromolekulid. Lisaks süsinikule, hapnikule, vesinikule ja lämmastikule võivad valgud sisaldada väävlit, fosforit ja rauda. Valgud erinevad üksteisest monomeeride arvu (sajast kuni mitme tuhandeni), koostise ja järjestuse poolest. Valkude monomeerid on aminohapped (joonis 8).

Vaid 20 aminohappest koosnevate erinevate kombinatsioonidega luuakse lõputu valik valke. Igal aminohappel on oma nimi, eriline struktuur ja omadused. Nende üldine valem võib esitada järgmisel kujul:

Aminohappemolekul koosneb kahest kõigi aminohapetega identsest osast, millest üks on aluseliste omadustega aminorühm (-NH2), teine on karboksüülrühm (-COOH) happelised omadused. Molekuli osal, mida nimetatakse radikaaliks (R), on erinevate aminohapete jaoks erinev struktuur. Aluseliste ja happeliste rühmade olemasolu ühes aminohappe molekulis määrab nende kõrge reaktsioonivõime. Nende rühmade kaudu ühendatakse aminohapped valkude moodustamiseks. Sel juhul ilmub veemolekul ja moodustuvad vabanenud elektronid peptiidside. Sellepärast nimetatakse valke polüpeptiidid.

Riis. 8. Näiteid aminohapete ehitusest - valgumolekulide monomeerid

Valgu molekulidel võib olla erinev ruumiline konfiguratsioon - valgu struktuur, ja nende struktuuris on neli struktuurikorralduse taset (joonis 9).

Aminohapete järjestus polüpeptiidahelas on esmane struktuur orav. See on iga valgu jaoks ainulaadne ja määrab selle kuju, omadused ja funktsioonid.

Enamik valke on spiraalse kujuga, mis on tingitud vesiniksidemete moodustumisest polüpeptiidahela erinevate aminohappejääkide CO ja NH rühmade vahel. Vesiniksidemed on nõrgad, kuid koos annavad nad üsna tugeva struktuuri. See spiraal on sekundaarne struktuur orav.

Tertsiaarne struktuur– polüpeptiidahela kolmemõõtmeline ruumiline “pakendamine”. Tulemuseks on kummaline, kuid iga valgu spetsiifiline konfiguratsioon - kerake. Tertsiaarse struktuuri tugevuse tagavad erinevad sidemed, mis tekivad aminohappe radikaalide vahel.

Riis. 9. Valgu molekuli ehituse skeem: I, II, III, IV – esmased, sekundaarsed, tertsiaarsed, kvaternaarsed struktuurid

Kvaternaarne struktuur ei ole tüüpiline kõigile valkudele. See tekib mitme tertsiaarse struktuuriga makromolekuli kombineerimisel keerukaks kompleksiks. Näiteks inimese vere hemoglobiin on neljast valgu makromolekulist koosnev kompleks (joonis 10).

Valgumolekulide struktuuri keerukus on seotud nendele biopolümeeridele omaste funktsioonide mitmekesisusega.

Valgu loomuliku struktuuri rikkumist nimetatakse denatureerimine(joonis 11). See võib tekkida temperatuuri mõjul, kemikaalid, kiirgusenergia ja muud tegurid. Nõrga mõju korral laguneb ainult kvaternaarne struktuur, tugevama mõju korral tertsiaarne ja seejärel sekundaarne ning valk jääb polüpeptiidahela kujule.

Riis. 10. Hemoglobiini molekuli ehituse skeem

See protsess on osaliselt pöörduv: kui primaarstruktuur ei hävine, suudab denatureeritud valk oma struktuuri taastada. Sellest järeldub, et valgu makromolekuli kõik struktuuriomadused on määratud selle primaarstruktuuriga.

Välja arvatud lihtsad valgud, mis koosneb ainult aminohapetest, on ka komplekssed valgud, mis võivad sisaldada süsivesikuid ( glükoproteiinid), rasvad ( lipoproteiinid), nukleiinhapped ( nukleoproteiinid) jne.

Valkude roll raku elus on tohutu. Kaasaegne bioloogia näitas, et organismide sarnasused ja erinevused on lõpuks määratud valkude komplektiga. Mida lähemal on organismid üksteisele süstemaatilises asendis, seda sarnasemad on nende valgud.

Riis. 11. Valkude denatureerimine

Valgud ehk valgud. Lihtsad ja keerulised valgud. Aminohapped. Polüpeptiid. Valkude esmased, sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed struktuurid

Küsimused

1. Milliseid aineid nimetatakse valkudeks või valkudeks?

2. Mis on valgu esmane struktuur?

3. Kuidas moodustuvad sekundaarsed, tertsiaarsed ja kvaternaarsed valgustruktuurid?

4. Mis on valgu denatureerimine?

5. Mille alusel jaotatakse valgud lihtsateks ja kompleksseteks?

Ülesanded

Teate, et kanamuna valge koosneb peamiselt valkudest. Mõelge, mis seletab keedetud muna valgu struktuuri muutumist. Tooge teisi näiteid selle kohta, kus valgu struktuur võib muutuda.

§ 8. Valkude funktsioonid

1. Mis on süsivesikute ülesanne?

2. Milliseid valkude funktsioone sa tead?

Valgud täidavad äärmiselt olulisi ja mitmekesiseid funktsioone. See on võimalik suuresti tänu valkude endi vormide ja koostise mitmekesisusele.

Valgumolekulide üks olulisemaid funktsioone on ehitus (plastist). Valgud on osa kõigist rakumembraanidest ja rakuorganellidest. Veresoonte, kõhre, kõõluste, juuste ja küünte seinad koosnevad valdavalt valkudest.

Suure tähtsusega katalüütiline, või ensümaatiline, valgu funktsioon. Spetsiaalsed valgud – ensüümid on võimelised kiirendama biokeemilisi reaktsioone rakkudes kümneid ja sadu miljoneid kordi. Tuntakse umbes tuhat ensüümi. Iga reaktsiooni katalüüsib konkreetne ensüüm. Lisateavet selle kohta leiate allpool.

Mootori funktsioon teostada spetsiaalseid kontraktiilseid valke. Tänu neile liiguvad ripsmed ja lipud algloomades, kromosoomid liiguvad rakkude jagunemise käigus, lihased tõmbuvad kokku paljurakulistes organismides ning paranevad muud liigid elusorganismides.

See on oluline transpordifunktsioon valgud. Seega kannab hemoglobiin hapnikku kopsudest teiste kudede ja elundite rakkudesse. Lihastes on lisaks hemoglobiinile veel üks gaasi transportvalk - müoglobiin. Seerumivalgud soodustavad lipiidide ja rasvhapete ning erinevate bioloogiliselt aktiivsete ainete ülekannet. Rakkude välismembraanis olevad transpordivalgud transpordivad erinevaid aineid keskkonnast tsütoplasmasse.

Spetsiifilised valgud täidavad kaitsefunktsioon. Nad kaitsevad keha võõrvalkude ja mikroorganismide sissetungi ning kahjustuste eest. Seega blokeerivad lümfotsüütide toodetud antikehad võõrvalke; fibriin ja trombiin kaitsevad keha verekaotuse eest.

Reguleeriv funktsioon omane valkudele - hormoonid. Nad hoiavad püsivat ainete kontsentratsiooni veres ja rakkudes, osalevad kasvus, paljunemises ja muudes elutähtsates protsessides. Näiteks insuliin reguleerib veresuhkrut.

Valkudel on ka signaalimisfunktsioon. Rakumembraan sisaldab valke, mis võivad keskkonnategurite mõjul muuta oma tertsiaarset struktuuri. Nii võetakse vastu signaale väliskeskkonnast ja edastatakse informatsioon rakku.

Valgud võivad toimida energiafunktsioon, olles üks raku energiaallikatest. Kui 1 g valku laguneb täielikult lõpptoodeteks, vabaneb 17,6 kJ energiat. Valke kasutatakse energiaallikana aga üliharva. Valgumolekulide lagunemisel vabanevaid aminohappeid kasutatakse uute valkude ehitamiseks.

Valkude funktsioonid: ehitus-, mootor-, transport-, kaitse-, reguleerimis-, signaali-, energia-, katalüütiline. Hormoon. Ensüüm

Küsimused

1. Mis seletab valgu funktsioonide mitmekesisust?

2. Milliseid valkude funktsioone sa tead?

3. Millist rolli mängivad hormoonvalgud?

4. Millist funktsiooni täidavad ensüümvalgud?

5. Miks kasutatakse valke harva energiaallikana?

§ 9. Nukleiinhapped

1. Milline on tuuma roll rakus?

2. Milliste rakuorganellidega on seotud pärilike tunnuste edasikandumine?

3. Milliseid aineid nimetatakse hapeteks?

Nukleiinhapped(alates lat. tuum– tuum) avastati esmakordselt leukotsüütide tuumades. Seejärel leiti, et nukleiinhapped sisalduvad kõigis rakkudes, mitte ainult tuumas, vaid ka tsütoplasmas ja erinevates organellides.

Nukleiinhappeid on kahte tüüpi - desoksüribonukleiinsed(lühendatult DNA) Ja ribonukleiinne(lühendatult RNA). Nimede erinevus on seletatav sellega, et DNA molekul sisaldab süsivesikuid desoksüriboos, ja RNA molekul on riboos.

Nukleiinhapped on biopolümeerid, mis koosnevad monomeeridest - nukleotiidid. DNA ja RNA nukleotiidmonomeeridel on sarnane struktuur.

Iga nukleotiid koosneb kolmest komponendist, mida ühendab tugev keemilised sidemed. See lämmastikku sisaldav alus, süsivesik(riboos või desoksüriboos) ja fosforhappe jääk(joonis 12).

Kaasas DNA molekulid Lämmastikaluseid on nelja tüüpi: adeniin, guaniin, tsütosiin või tümiin. Need määravad ära vastavate nukleotiidide nimetused: adenüül (A), guanüül (G), tsütidüül (C) ja tümidüül (T) (joonis 13).

Riis. 12. Nukleotiidide struktuuri skeem - DNA (A) ja RNA (B) monomeerid

Iga DNA ahel on polünukleotiid, mis koosneb mitmekümnest tuhandest nukleotiidist.

DNA molekulil on keeruline struktuur. See koosneb kahest spiraalselt keerdunud ahelast, mis on kogu pikkuses üksteisega ühendatud vesiniksidemetega. Seda ainult DNA molekulidele iseloomulikku struktuuri nimetatakse topeltheeliks.

Riis. 13. DNA nukleotiidid

Riis. 14. Nukleotiidide komplementaarne ühendus

Kui moodustub DNA kaksikheeliks, paiknevad ühe ahela lämmastikualused rangelt kindlas järjekorras lämmastikualuste vastu on teine. Sel juhul ilmneb oluline muster: teise ahela tümiin asub alati ühe ahela adeniini vastas, tsütosiin asub alati guaniini vastas ja vastupidi. See on seletatav asjaoluga, et nukleotiidide paarid adeniin ja tümiin, samuti guaniin ja tsütosiin vastavad üksteisele rangelt ja on üksteist täiendavad või täiendavad(alates lat. komplementum- lisamine), üksteist. Ja mustrit ise nimetatakse täiendavuse põhimõte. Sel juhul tekib adeniini ja tümiini vahel alati kaks vesiniksidet ning guaniini ja tsütosiini vahel kolm (joonis 14).

Järelikult on igas organismis adenüülnukleotiidide arv võrdne tümidüülnukleotiidide arvuga ja guanüülnukleotiidide arv tsütidüülnukleotiidide arvuga. Teades nukleotiidide järjestust ühes DNA ahelas, saab komplementaarsuse printsiipi järgi määrata nukleotiidide järjekorra teises ahelas.

Nelja tüüpi nukleotiidide abil salvestab DNA kogu keha puudutava teabe, mis antakse edasi järgmistele põlvkondadele. Teisisõnu, DNA on päriliku teabe kandja.

DNA molekule leidub peamiselt rakkude tuumades, kuid vähesel määral leidub neid mitokondrites ja plastiidides.

RNA molekul, erinevalt DNA molekulist, on polümeer, mis koosneb ühest palju väiksemate mõõtmetega ahelast.

RNA monomeerid on nukleotiidid, mis koosnevad riboosist, fosforhappe jäägist ja ühest neljast lämmastiku alusest. Kolm lämmastikualust - adeniin, guaniin ja tsütosiin - on samad, mis DNA-s ja neljas - uratsiil.

RNA polümeeri moodustumine toimub kovalentsete sidemete kaudu riboosi ja naabernukleotiidide fosforhappejäägi vahel.

RNA-d on kolme tüüpi, mis erinevad struktuuri, molekuli suuruse, asukoha rakus ja teostatavate funktsioonide poolest.

Ribosomaalne RNA (rRNA) on osa ribosoomidest ja osalevad nende aktiivsete keskuste moodustamises, kus toimub valkude biosünteesi protsess.

RNA-de ülekandmine (tRNA) - suuruselt väikseim - transpordib aminohappeid valgusünteesi kohta.

Teave, või mall, RNA (mRNA) sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela lõigul ja edastavad teavet valgu struktuuri kohta raku tuumast ribosoomidesse, kus seda teavet rakendatakse.

Seega esindavad erinevat tüüpi RNAd ühtset funktsionaalset süsteemi, mille eesmärk on rakendada pärilikku teavet valgusünteesi kaudu.

RNA molekule leidub raku tuumas, tsütoplasmas, ribosoomides, mitokondrites ja plastiidides.

Nukleiinhape. Desoksüribonukleiinhape ehk DNA. Ribonukleiinhape ehk RNA. Lämmastiku alused: adeniin, guaniin, tsütosiin, tümiin, uratsiil, nukleotiid. Topeltspiraal. Vastastikune täiendavus. Transfer RNA (tRNA). Ribosomaalne RNA (rRNA). Messenger RNA (mRNA)

Küsimused

1. Milline on nukleotiidi ehitus?

2. Milline on DNA molekuli ehitus?

3. Mis on komplementaarsuse põhimõte?

4. Millised on DNA ja RNA molekulide struktuuri sarnasused ja erinevused?

5. Mis tüüpi RNA molekule te teate? Millised on nende funktsioonid?

Ülesanded

1. Kirjeldage oma lõiku.

2. Teadlased on leidnud, et DNA ahela fragmendil on järgmine koostis: C-G G A A A A T T C C. Kasutades komplementaarsuse põhimõtet, lõpeta teine ahel.

3. Uuringu käigus selgus, et uuritavas DNA molekulis moodustavad adeniinid 26% koguarv lämmastikku sisaldavad alused. Loendage selles molekulis teiste lämmastikualuste arv.

Millised elemendid domineerivad elusorganismides?
Miks peetakse valkude, nukleiinhapete, süsivesikute ja lipiidide molekule biopolümeerideks ainult rakus?
Mida tähendab sõna biopolümeeri molekulide universaalsus?

1.Milline aine on vees hästi lahustuv? a) kiudained b) valk c) glükoos d) lipiidid 2. Valgu molekulid erinevad üksteisest

a) aminohapete vaheldumise järjestus

b) aminohapete arv molekulis

c) tertsiaarse struktuuri vorm

d) kõik määratud omadused

3. Millisel juhul on DNA nukleotiidi koostis õigesti näidatud?

a) riboos, fosforhappe jääk, tümiin

b) fosforhape, uratsiil, desoksüriboos

c) fosforhappe jääk, desoksüriboos, adeniin

d) fosforhape, riboos, guaniin

4. Nukleiinhapete monomeerid on:

a) lämmastikalused

b) riboos või desoksüriboos

c) desoksüriboos- ja fosfaatrühmad

d) nukleotiidid

5. Valgu molekulis olevad aminohapped on omavahel seotud:

a) ioonne side

b) peptiidside

c) vesinikside

G) kovalentne side

6. Mis on ülekande-RNA funktsioon?

a) kannab aminohapped üle ribosoomidesse

b) edastab teavet DNA-st

c) moodustab ribosoome

d) kõik loetletud funktsioonid

7. Ensüümid on biokatalüsaatorid, mis koosnevad:

a) valgud b) nukleotiidid c) lipiidid c) rasvad

8. Polüsahhariidide hulka kuuluvad:

a) tärklis, riboos

b) glükogeen, glükoos

c) tselluloos, tärklis

d) tärklis, sahharoos

9. Süsinik kui element sisaldub:

a) valgud ja süsivesikud

b) süsivesikud ja lipiidid

c) süsivesikud ja nukleiinhapped

d) kõik raku orgaanilised ühendid

10. Rakk sisaldab DNA-d:

a) tuumas ja mitokondrites

b) tuumas, tsütoplasmas ja erinevates organellides

c) tuumas, mitokondrites ja tsütoplasmas

d) tuumas, mitokondrites, kloroplastides

MIS ON NULEIINHAPPE MONOMEETER? VÕIMALUSED (AMINOHAPE, NUKLEOTIID, VALGU MOLEKULL?) MIS KAASAS

NUKLEOTIIDI KOOSTIS

VALIKUD: (AMINOHAPE, LÄMMASTIKUALUS, FOSFORHAPPE JÄÄK, SÜSIVESIKUD?)

Aidake palun!

1. Teadust, mis uurib rakke, nimetatakse:
A) geneetika;
B) Valik;
B) ökoloogia;
B) Tsütoloogia.
2. Raku orgaanilised ained:
A) Vesi, mineraalid, rasvad;
B) Süsivesikud, lipiidid, valgud, nukleiinhapped;
C) Süsivesikud, mineraalid, rasvad;
D) Vesi, mineraalid, valgud.
3. Kõigist orgaanilistest ainetest koosneb põhiosa rakust:
A) Valgud.
B) Süsivesikud
B) Rasvad
D) Vesi.
4. Asendage esiletõstetud sõnad ühe sõnaga:
A) Orgaaniliste ainete väikesed molekulid moodustavad rakus keerulisi molekule.
B) Raku püsivad struktuurikomponendid täidavad raku jaoks elutähtsaid funktsioone.
B) Väga tellitud, poolvedel sisekeskkond rakud pakuvad keemiline reaktsioon kõik rakulised struktuurid.
D) Peamine fotosünteetiline pigment annab kloroplastidele rohelise värvi.
5. Kogumine ja pakendamine keemilised ühendid puuris teostavad nad:
A) mitokondrid;
B) ribosoomid;
B) lüsosoomid;
D) Golgi kompleks.
6. Intratsellulaarse seedimise funktsioone täidavad:
A) mitokondrid;
B) ribosoomid;
B) lüsosoomid;
D) Golgi kompleks.
7. Polümeerse valgu molekuli "kokkupanek" viiakse läbi:
A) mitokondrid;
B) ribosoomid;
B) lüsosoomid;
D) Golgi kompleks.
8. Totaalsus keemilised reaktsioonid mille tulemusena toimub orgaaniliste ainete lagunemine ja energia vabanemist nimetatakse:
A) katabolism;
B) anabolism;
B) Ainevahetus;
D) Assimilatsioon
9. Geneetilise teabe kopeerimist DNA molekulist mRNA loomise teel nimetatakse:
A) saade;
B) transkriptsioon;
B) Biosüntees;
D) Glükolüüs.
10. Orgaaniliste ainete moodustumise protsessi valguses kloroplastides vee ja süsinikdioksiidi abil nimetatakse:
A) Fotosüntees;
B) transkriptsioon;
B) Biosüntees;
D) Glükolüüs.
11. Orgaaniliste ainete ensümaatilist ja hapnikuvaba lagunemise protsessi nimetatakse:
A) Fotosüntees;
B) transkriptsioon;
B) Biosüntees;
D) Glükolüüs.
12. Nimeta rakuteooria põhisätted.

Ameerika teadlastel õnnestus luua molekul, mis võiks olla elusraku tänapäevaste päriliku teabe molekulaarsete kandjate - nukleiinhapete - esivanem. Seda kutsuti TNK-ks, kuna see sisaldab nelja süsinikusisaldusega suhkru tetroosi. Eeldatakse, et evolutsiooni käigus pärinesid meile tuntud DNA ja RNA sellest.

Seni umbes neli miljardit aastat tagasi Maal toimunud sündmuste rekonstrueerimisega tegelenud teadlased ei suuda vastata ühele lihtsale ja samas väga olulisele küsimusele – kuidas tekkis desoksüribonukleiinhape ehk lihtsamalt öeldes DNA?

Lõppude lõpuks, ilma selle molekulita ei saaks esimesed elusrakud (või nende eelkäijad) salvestada teavet valkude struktuuri kohta, mis on vajalik isepaljunemiseks. See tähendab, et ilma DNAta ei saaks elu lihtsalt üle meie planeedi nii ruumis kui ka ajas levida.

Arvukad katsed on näidanud, et DNA ise ei saa kokku panna, olenemata sellest, millistes tingimustes asetate kõik selle "varuosad". Selle molekuli loomiseks on vaja mitmekümne ensüümvalgu aktiivsust. Ja kui nii, siis tekib evolutsionistide mõttekäikudes kohe nõiaring, nagu kana ja muna ülimuslikkuse probleem: kust võiksid tulla ensüümid, kui DNA-d ennast pole? Lõppude lõpuks salvestatakse teave nende struktuuri kohta täpselt selles keerulises molekulis.

Tõsi, hiljuti on mõned molekulaarbioloogid pakkunud väljapääsu sellest ummikseisust: nad usuvad, et varem pärilikku teavet talletati "õe" DNA-sse, ribonukleiinhappesse või RNA-sse. No see molekul on teatud tingimustel võimeline isekopeeruma ja arvukad katsed kinnitavad seda (sellest saab lähemalt lugeda artiklist “Alguses oli... ribonukleiinhape”).

Tundub, et lahendus on leitud – esimesed ribosüümid (nii nimetatakse RNA molekule, millel on ensümaatiline aktiivsus) kopeerisid end ja muteerudes „omandasid“ teavet uute kasulike valkude kohta. Mõne aja pärast kogunes seda teavet nii palju, et RNA "mõistis" ühte lihtsat asja - nüüd ei pea ta enam tegema üsna keerulist isekopeerimise tööd. Ja peagi muutis järgmine mutatsioonitsükkel RNA keerulisemaks, kuid samal ajal stabiilsemaks DNA-ks, mis ei tegelenud enam selliste "lollustega".

Kuid lõplikku vastust küsimusele, kuidas nukleiinhapped ilmusid, pole leitud. Sest endiselt jäi ebaselgeks, kuidas ilmus kõige esimene RNA, millel oli võime ennast kopeerida. Lõppude lõpuks, nagu katsed on näidanud, pole isegi see võimeline ise kokku panema - selle molekul on ka selleks väga keeruline.

Mõned molekulaarbioloogid väitsid aga, et võib-olla võis neil kaugetel aegadel olla mõni teine nukleiinhape, mis oli struktureeritud lihtsamalt kui DNA ja RNA. Ja just tema oli alguses see molekul, mis teavet talletas.

Sellist eeldust on aga üsna raske kontrollida, kuna praegu pole nende hapete rühmast muid teabe "hoidjaid", välja arvatud DNA ja RNA. Sellegipoolest kaasaegsed meetodid biokeemia võimaldab sellist ühendit uuesti luua ja seejärel katseliselt katsetada, kas see sobib "elu põhimolekuli" rolli või mitte.

Ja hiljuti väitsid Arizona ülikooli (USA) teadlased, et DNA ja RNA ühine esivanem võib olla TNA ehk tetrosonukleiinhape. See erineb oma järglastest selle poolest, et selle aine "suhkru-fosfaadi sild", mis hoiab koos lämmastikaluseid (või nukleotiide), ei sisalda pentoosi - viie süsinikuaatomiga suhkrut, vaid nelja süsiniku tetroosi. Ja seda tüüpi suhkur on palju lihtsam kui DNA ja RNA viiest süsinikust koosnevad tsüklid. Ja mis kõige tähtsam, neid saab ise kokku panna – kahest identsest kahesüsinikusest tükist.

Ameerika biokeemikud püüdsid luua mitmeid lühikesi tetroosi molekule ja avastasid selle käigus, et see ei nõua massiivse ja keeruka ensümaatilise aparatuuri kasutamist - teatud tingimustel koguti hape "varuosadest" küllastunud lahusesse, kasutades ainult kaks ensüümi.

See tähendab, et see võis tõesti ilmneda elu kujunemise alguses. Ja kuni esimesed elusorganismid suutsid omandada RNA ja DNA sünteesimiseks võimelise ensümaatilise aparaadi, oli TNC päriliku teabe hoidja.

Kuid kas see molekul võiks põhimõtteliselt mängida nii olulist rolli? Nüüd on seda võimatu otse testida, kuna puuduvad valgud, mis suudaksid TNC-delt teavet lugeda. Arizona molekulaarbioloogid otsustasid aga valida teistsuguse tee. Nad viisid läbi huvitava eksperimendi – proovisid DNA ja TNC ahelaid omavahel ühendada. Tulemuseks oli hübriidmolekul – DNA ahela keskel oli 70 nukleotiidi pikkune TNA fragment. Huvitav on see, et see molekul oli võimeline paljunema, see tähendab ise kopeerima. Ja see omadus on iga molekulaarse teabekandja jaoks kõige olulisem.

Veelgi enam, teadlased on näidanud, et TNA molekul saab hõlpsasti valguga kombineerida ja saada vastavalt ensümaatilisi omadusi. Teadlased viisid läbi rea katseid, mis näitasid, et TNC suudab luua struktuuri, mis seondub spetsiifiliselt valgu trombiiniga: DNA ahelale moodustus TNC ahel, kuid pärast DNA lahkumist ei kaotanud see oma struktuuri tunnuseid ja jätkas. spetsiaalselt valku hoidmiseks.

TNK fragment oli 70 nukleotiidi pikkune, millest piisab ensüümvalkude jaoks ainulaadsete "istmete" loomiseks. See tähendab, et midagi ribosüümi sarnast võiks saada ka TNC-dest (tuletan meelde, et see koosneb valguga seotud RNA-st).

Seega on katsed näidanud, et TNK võib olla DNA ja RNA esivanem. Viimane võis tekkida mõnevõrra varem mitmete mutatsioonide tulemusena, mis viisid tetroosi asendamiseni pentoosiga. Ja siis selgus loodusliku valiku abil, et ribonukleiinhape on stabiilsem ja stabiilsem kui tema tetroosi eelkäija (tetroosid on tõepoolest mitmete keemiliste mõjude suhtes väga ebastabiilsed). Ja nii tõrjus järeltulija oma esivanema konkureerivalt molekulaarse infokandja nišist välja.

Tekib küsimus: kas TNC-del võis olla mõni esivanem, mis sisaldas lihtsamat suhkrut kui tetroos? Tõenäoliselt mitte ja siin on põhjus. Ainult nelja süsinikuaatomiga alustades võivad suhkrud moodustada tsüklilisi struktuure, kolme süsiniku süsivesikud ei suuda seda teha. Noh, ilma selleta ei moodustu nukleiinhapet - ainult tsüklilised suhkru molekulid suudavad hoida kõiki teisi selle aine komponente. Seega tundub, et TNK oli tõepoolest esimene.

Tuleb märkida, et töö autorid ei väida sugugi, et "see juhtus täpselt nii". Rangelt võttes tõestasid nad ainult ribonukleiinhapete esivanemate vormi, näiteks TNA olemasolu (mida, muide, tänapäeva maailmas looduslikus keskkonnas ei esine). Avastuse väärtus seisneb selles, et näidati üht tõenäolist päriliku teabe molekulaarsete kandjate evolutsiooni teed. Noh, ja lõpuks, vana vaidlus selle üle, mis oli enne - nukleiinhape või valk, on lahendatud...