چرا مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان بیوپلیمر در نظر گرفته می شوند؟ چه چیزی اول شد: نوکلئیک اسید یا پروتئین؟چرا مولکول های پروتئین های اسید نوکلئیک؟

سوال 1. دانشمندان چه فرآیندهایی را در سطح مولکولی مطالعه می کنند؟
در سطح مولکولی، مهمترین فرآیندهای زندگی بدن مورد مطالعه قرار می گیرد: رشد و تکامل آن، متابولیسم و ​​تبدیل انرژی، ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی، تنوع. یک واحد ابتدایی در سطح مولکولی یک ژن است - قطعه ای از یک مولکول اسید نوکلئیک که در آن مقدار معینی از اطلاعات بیولوژیکی به معنای کیفی و کمی ثبت می شود.

سوال 2. چه عناصری در ترکیب موجودات زنده غالب است؟
یک موجود زنده حاوی بیش از 70-80 است عناصر شیمیاییبا این حال، کربن، اکسیژن، هیدروژن، نیتروژن و فسفر غالب است.

سوال 3. چرا مولکول های پروتئین هستند؟ اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان بیوپلیمر محسوب می شوند؟
مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها پلیمر هستند زیرا از مونومرهای تکرار شونده تشکیل شده اند. اما فقط در یک سیستم زنده (سلول، ارگانیسم) این مواد جوهر بیولوژیکی خود را آشکار می کنند، دارای تعدادی ویژگی خاص و انجام بسیاری از عملکردهای مهم هستند. بنابراین، در سیستم های زنده به چنین موادی بیوپلیمر می گویند. در خارج از یک سیستم زنده، این مواد خواص بیولوژیکی خود را از دست می دهند و زیست پلیمر نیستند.

سوال 4. منظور از جهانی بودن مولکول های بیوپلیمر چیست؟
صرف نظر از سطح پیچیدگی و عملکردهای انجام شده در سلول، همه پلیمرهای زیستی دارای ویژگی های زیر هستند:
مولکول های آنها شاخه های بلند کمی دارند، اما تعداد زیادی شاخه کوتاه دارند.
زنجیره های پلیمری قوی هستند و خود به خود از هم جدا نمی شوند.
قادر به حمل انواع گروه های عاملی و قطعات مولکولی است که فعالیت عملکردی بیوشیمیایی را فراهم می کند، به عنوان مثال، توانایی انجام واکنش های بیوشیمیایی و تبدیل های لازم برای سلول در محیط محلول درون سلولی.
دارای انعطاف پذیری کافی برای شکل دادن بسیار پیچیده هستند ساختارهای فضاییبرای انجام عملکردهای بیوشیمیایی ضروری است، یعنی برای عملکرد پروتئین ها به عنوان ماشین های مولکولی، اسیدهای نوکلئیک به عنوان مولکول های برنامه ریزی و غیره؛
پیوندهای C-H و بیوپلیمرهای C-Cبا وجود قدرت آنها، باتری های انرژی الکترونیکی نیز هستند.
ویژگی اصلی پلیمرهای زیستی خطی بودن زنجیره های پلیمری است، زیرا فقط ساختارهای خطی به راحتی از مونومرها رمزگذاری و "مونتاژ" می شوند. علاوه بر این، اگر نخ پلیمری انعطاف پذیر باشد، به راحتی می توان ساختار فضایی مورد نظر را از آن تشکیل داد و پس از استهلاک و شکستن ماشین مولکولی ساخته شده به این روش، می توان آن را به راحتی در عناصر تشکیل دهنده خود جدا کرد تا دوباره از آنها استفاده کنید ترکیب این خواص فقط در پلیمرهای مبتنی بر کربن یافت می شود. تمام پلیمرهای زیستی در سیستم های زنده قابلیت عملکرد دارند خواص خاصو بسیاری از وظایف ضروری را انجام می دهد. خواص بیوپلیمرها به تعداد، ترکیب و ترتیب آرایش مونومرهای تشکیل دهنده آنها بستگی دارد. توانایی تغییر ترکیب و توالی مونومرها در ساختار پلیمری امکان وجود طیف گسترده ای از گزینه های بیوپلیمری را بدون توجه به گونه های ارگانیسم فراهم می کند. در همه موجودات زنده، بیوپلیمرها بر اساس یک طرح واحد ساخته می شوند.

سوال 1. دانشمندان چه فرآیندهایی را در سطح مولکولی مطالعه می کنند؟

در سطح مولکولی، مهمترین فرآیندهای زندگی بدن مورد مطالعه قرار می گیرد: رشد و تکامل آن، متابولیسم و ​​تبدیل انرژی، ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی، تنوع.

سوال 2. چه عناصری در ترکیب موجودات زنده غالب است؟

یک موجود زنده حاوی بیش از 70-80 عنصر شیمیایی است، اما کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن غالب است.

سوال 3. چرا مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان بیوپلیمر در نظر گرفته می شوند؟

مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها پلیمر هستند زیرا از مونومرهای تکرار شونده تشکیل شده اند. اما فقط در یک سیستم زنده (سلول، ارگانیسم) این مواد جوهر بیولوژیکی خود را آشکار می کنند، دارای تعدادی ویژگی خاص و انجام بسیاری از عملکردهای مهم هستند. بنابراین، در سیستم های زنده به چنین موادی بیوپلیمر می گویند. در خارج از یک سیستم زنده، این مواد خواص بیولوژیکی خود را از دست می دهند و زیست پلیمر نیستند.

سوال 4. منظور از جهانی بودن مولکول های بیوپلیمر چیست؟

خواص بیوپلیمرها به تعداد، ترکیب و ترتیب آرایش مونومرهای تشکیل دهنده آنها بستگی دارد. توانایی تغییر ترکیب و توالی مونومرها در ساختار پلیمری امکان وجود طیف گسترده ای از گزینه های بیوپلیمری را بدون توجه به گونه های ارگانیسم فراهم می کند. در همه موجودات زنده، بیوپلیمرها بر اساس یک طرح واحد ساخته می شوند.

1.1. سطح مولکولی: خصوصیات عمومی

4.4 (87.5%) 8 رای

جستجو در این صفحه:

• دانشمندان چه فرآیندهایی را در سطح مولکولی مطالعه می کنند؟
• منظور از جهانی بودن مولکول های بیوپلیمر چیست؟
• چه عناصری در موجودات زنده غالب است
• چرا مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان پلیمرهای زیستی در نظر گرفته می شوند.
• چرا مولکول ها پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک کربوهیدرات ها و لیپیدها هستند

صفحه فعلی: 2 (کتاب در مجموع 16 صفحه دارد) [بخش خواندنی موجود: 11 صفحه]

زیست شناسی– علوم زیستی یکی از علوم باستانی. انسان در طول هزاران سال دانش درباره موجودات زنده انباشته کرده است. با انباشته شدن دانش، زیست شناسی به علوم مستقل (گیاه شناسی، جانورشناسی، میکروبیولوژی، ژنتیک و غیره) متمایز شد. اهمیت رشته های مرزی که زیست شناسی را با سایر علوم - فیزیک، شیمی، ریاضی و غیره مرتبط می کند، به طور فزاینده ای در حال افزایش است و در نتیجه ادغام، بیوفیزیک، بیوشیمی، زیست شناسی فضایی و غیره به وجود آمد.

در حال حاضر زیست شناسی یک علم پیچیده است که در نتیجه تمایز و ادغام رشته های مختلف شکل گرفته است.

در زیست شناسی از روش های مختلف تحقیق استفاده می شود: مشاهده، آزمایش، مقایسه و غیره.

زیست شناسی موجودات زنده را مطالعه می کند. آنها باز هستند سیستم های بیولوژیکیدریافت انرژی و مواد مغذی از محیط. موجودات زنده به تأثیرات خارجی پاسخ می دهند، حاوی تمام اطلاعات مورد نیاز برای رشد و تولید مثل هستند و با یک زیستگاه خاص سازگار هستند.

همه سیستم های زنده صرف نظر از سطح سازمانی دارای ویژگی های مشترک هستند و خود سیستم ها در تعامل مستمر هستند. دانشمندان سطوح زیر را از سازماندهی طبیعت زنده تشخیص می دهند: مولکولی، سلولی، ارگانیسمی، جمعیت-گونه، اکوسیستم و زیست کره.

فصل 1. سطح مولکولی

سطح مولکولی را می توان اولین و عمیق ترین سطح سازماندهی موجودات زنده نامید. هر موجود زنده ای از مولکول ها تشکیل شده است مواد آلی– پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، چربی ها (لیپیدها) که مولکول های بیولوژیکی نامیده می شوند. زیست شناسان نقش این ترکیبات بیولوژیکی ضروری را در رشد و نمو موجودات، ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی، متابولیسم و ​​تبدیل انرژی در سلول های زنده و سایر فرآیندها مطالعه می کنند.

در این فصل یاد خواهید گرفت

پلیمرهای زیستی چیست؟

مولکول های زیستی چه ساختاری دارند؟

مولکول های زیستی چه وظایفی را انجام می دهند؟

ویروس ها چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

§ 4. سطح مولکولی: خصوصیات عمومی

1. عنصر شیمیایی چیست؟

2. اتم و مولکول به چه چیزهایی گفته می شود؟

3. چه مواد آلی را می شناسید؟

هر سیستم زنده ای، مهم نیست که چقدر سازمان یافته باشد، خود را در سطح عملکرد درشت مولکول های بیولوژیکی نشان می دهد.

با مطالعه موجودات زنده، متوجه شدید که آنها از همان عناصر شیمیایی موجودات غیرزنده تشکیل شده اند. در حال حاضر بیش از 100 عنصر شناخته شده است که بیشتر آنها در موجودات زنده یافت می شوند. رایج ترین عناصر موجود در طبیعت شامل کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن است. این عناصر هستند که مولکول های (ترکیبات) به اصطلاح را تشکیل می دهند مواد آلی.

اساس همه ترکیبات آلیکربن خدمت می کند. این می تواند با بسیاری از اتم ها و گروه های آنها تعامل داشته باشد و زنجیره هایی را تشکیل دهد که از نظر ترکیب شیمیایی، ساختار، طول و شکل متفاوت هستند. مولکول ها از گروه هایی از اتم ها تشکیل می شوند و از دومی - مولکول های پیچیده تر که در ساختار و عملکرد متفاوت هستند. این ترکیبات آلی که سلول های موجودات زنده را تشکیل می دهند نامیده می شوند پلیمرهای بیولوژیکییا پلیمرهای زیستی.

پلیمر(از یونانی سیاست های- متعدد) - زنجیره ای متشکل از حلقه های متعدد - مونومرهاکه هر کدام نسبتا ساده هستند. یک مولکول پلیمر می تواند از هزاران مونومر به هم پیوسته تشکیل شده باشد که می توانند یکسان یا متفاوت باشند (شکل 4).

برنج. 4. طرح ساختار مونومرها و پلیمرها

خواص بیوپلیمرها به ساختار مولکولهای آنها بستگی دارد: تعداد و تنوع واحدهای مونومر تشکیل دهنده پلیمر. همه آنها جهانی هستند، زیرا طبق یک طرح برای همه موجودات زنده، صرف نظر از گونه، ساخته شده اند.

هر نوع بیوپلیمر با ساختار و عملکرد خاصی مشخص می شود. بله، مولکول ها پروتئین هاآنها عناصر ساختاری اصلی سلول ها هستند و فرآیندهای رخ داده در آنها را تنظیم می کنند. اسیدهای نوکلئیکمشارکت در انتقال اطلاعات ژنتیکی (ارثی) از سلولی به سلول دیگر، از ارگانیسمی به ارگانیسم دیگر. کربوهیدرات هاو چربی هاآنها مهمترین منابع انرژی لازم برای زندگی موجودات هستند.

در سطح مولکولی است که تبدیل انواع انرژی و متابولیسم در سلول اتفاق می افتد. مکانیسم های این فرآیندها نیز برای همه موجودات زنده جهانی است.

در همان زمان، مشخص شد که خواص متنوع پلیمرهای زیستی که همه ارگانیسم‌ها را تشکیل می‌دهند به دلیل ترکیب‌های مختلف تنها چند نوع مونومر است که انواع مختلفی از زنجیره‌های پلیمری بلند را تشکیل می‌دهند. این اصل زیربنای تنوع حیات در سیاره ما است.

خواص ویژه بیوپلیمرها فقط در یک سلول زنده ظاهر می شود. هنگامی که از سلول ها جدا می شوند، مولکول های بیوپلیمر ماهیت بیولوژیکی خود را از دست می دهند و تنها با ویژگی های فیزیکوشیمیایی کلاس ترکیباتی که به آن تعلق دارند مشخص می شوند.

فقط بعد از مطالعه سطح مولکولی، می توان درک کرد که فرآیندهای پیدایش و تکامل حیات در سیاره ما چگونه پیش رفتند، مبانی مولکولی وراثت و فرآیندهای متابولیک در یک موجود زنده چیست.

تداوم بین سطح مولکولی و سطح سلولی بعدی با این واقعیت تضمین می شود که مولکول های بیولوژیکی ماده ای هستند که ساختارهای فوق مولکولی - سلولی - از آن تشکیل می شوند.

مواد آلی: پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها، چربی ها (لیپیدها). پلیمرهای زیستی مونومرها

سوالات

1. دانشمندان چه فرآیندهایی را در سطح مولکولی مطالعه می کنند؟

2. چه عناصری در ترکیب موجودات زنده غالب است؟

3. چرا مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان بیوپلیمر در نظر گرفته می شوند؟

4. منظور از جهانی بودن مولکول های پلیمری زیستی چیست؟

5. تنوع خواص بیوپلیمرهای تشکیل دهنده موجودات زنده چگونه به دست می آید؟

وظایف

بر اساس تجزیه و تحلیل متن پاراگراف، چه الگوهای زیستی را می توان فرموله کرد؟ آنها را با اعضای کلاس بحث کنید.

§ 5. کربوهیدرات ها

1. چه مواد مرتبط با کربوهیدرات ها را می شناسید؟

2. کربوهیدرات ها چه نقشی در یک موجود زنده دارند؟

3. در نتیجه چه فرآیندی کربوهیدرات ها در سلول های گیاهان سبز تشکیل می شوند؟

کربوهیدرات ها، یا ساکاریدها، یکی از گروه های اصلی ترکیبات آلی است. آنها بخشی از سلول های همه موجودات زنده هستند.

کربوهیدرات ها از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده اند. آنها نام "کربوهیدرات" را دریافت کردند زیرا اکثر آنها نسبت هیدروژن و اکسیژن در مولکول مشابه مولکول آب دارند. فرمول کلی کربوهیدرات ها Cn (H 2 0) m است.

تمام کربوهیدرات ها به ساده یا تقسیم می شوند مونوساکاریدها، و پیچیده، یا پلی ساکاریدها(شکل 5). از مونوساکاریدها بالاترین ارزشبرای موجودات زنده دارند ریبوز، دئوکسی ریبوز، گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز.

برنج. 5. ساختار مولکول های کربوهیدرات های ساده و پیچیده

دیو پلی ساکاریدهااز ترکیب دو یا چند مولکول مونوساکارید تشکیل می شوند. بنابراین، ساکارز(شکر نیشکر) مالتوز(شکر مالت) لاکتوز(شیر شکر) – دی ساکاریدها، در نتیجه ادغام دو مولکول مونوساکارید به وجود آمده است. دی ساکاریدها از نظر خواص مشابه مونوساکاریدها هستند. برای مثال هر دو هورونی محلول در آب هستند و طعم شیرینی دارند.

پلی ساکاریدها از تعداد زیادی مونوساکارید تشکیل شده اند. این شامل نشاسته، گلیکوژن، سلولز، کیتینو غیره (شکل 6). با افزایش تعداد مونومرها، حلالیت پلی ساکاریدها کاهش می یابد و طعم شیرین از بین می رود.

عملکرد اصلی کربوهیدرات ها است انرژی. در طی تجزیه و اکسیداسیون مولکول های کربوهیدرات، انرژی آزاد می شود (با تجزیه 1 گرم کربوهیدرات - 17.6 کیلوژول)، که عملکردهای حیاتی بدن را تضمین می کند. هنگامی که کربوهیدرات ها زیاد باشد، به عنوان مواد ذخیره (نشاسته، گلیکوژن) در سلول تجمع می یابند و در صورت لزوم توسط بدن به عنوان منبع انرژی استفاده می شوند. افزایش تجزیه کربوهیدرات ها در سلول ها را می توان مشاهده کرد، به عنوان مثال، در طول جوانه زنی بذر، کار شدید ماهیچه ها، و روزه طولانی مدت.

کربوهیدرات ها نیز به عنوان مواد و مصالح ساختمانی. بنابراین، سلولز یک جزء ساختاری مهم دیواره سلولی بسیاری از موجودات تک سلولی، قارچ ها و گیاهان است. سلولز به دلیل ساختار خاص خود در آب نامحلول بوده و از استحکام بالایی برخوردار است. به طور متوسط ​​20 تا 40 درصد از مواد موجود در دیواره سلولی گیاه سلولز است و الیاف پنبه تقریباً سلولز خالص هستند و به همین دلیل از آنها برای تولید منسوجات استفاده می شود.

برنج. 6. طرح ساختار پلی ساکاریدها

کیتین بخشی از دیواره سلولی برخی از تک یاخته‌ها و قارچ‌ها است؛ همچنین در گروه‌های خاصی از حیوانات، مانند بندپایان، به‌عنوان جزء مهم اسکلت بیرونی آنها یافت می‌شود.

پلی ساکاریدهای پیچیده نیز شناخته شده‌اند که از دو نوع قند ساده تشکیل شده‌اند که به طور منظم در زنجیره‌های بلند متناوب می‌شوند. چنین پلی ساکاریدهایی عمل می کنند عملکردهای ساختاریدر بافت های حمایتی حیوانات آنها بخشی از ماده بین سلولی پوست، تاندون ها و غضروف هستند و به آنها قدرت و قابلیت ارتجاعی می بخشند.

برخی از پلی ساکاریدها بخشی از غشای سلولی هستند و به عنوان گیرنده عمل می کنند و به سلول ها اجازه می دهند یکدیگر را بشناسند و برهم کنش داشته باشند.

کربوهیدرات ها یا ساکاریدها مونوساکاریدها دی ساکاریدها پلی ساکاریدها ریبوز. دئوکسی ریبوز گلوکز. فروکتوز. گالاکتوز. ساکارز. مالتوز. لاکتوز. نشاسته. گلیکوژن. کیتین

سوالات

1. مولکول های کربوهیدرات چه ترکیب و ساختاری دارند؟

2- چه کربوهیدرات هایی مونو، دی و پلی ساکارید نامیده می شوند؟

3. کربوهیدرات ها چه وظایفی را در موجودات زنده انجام می دهند؟

وظایف

شکل 6 "نمودار ساختار پلی ساکاریدها" و متن پاراگراف را تجزیه و تحلیل کنید. بر اساس مقایسه ویژگی‌های ساختاری مولکول‌ها و عملکردهایی که توسط نشاسته، گلیکوژن و سلولز در یک موجود زنده انجام می‌شود، چه فرضیاتی می‌توانید داشته باشید؟ این موضوع را با همکلاسی های خود در میان بگذارید.

§ 6. لیپیدها

1. چه موادی مانند چربی را می شناسید؟

2. چه غذاهایی سرشار از چربی هستند؟

3. نقش چربی ها در بدن چیست؟

لیپیدها(از یونانی لیپوماتیک- چربی) گروه بزرگی از مواد چربی مانند هستند که در آب نامحلول هستند. بیشتر لیپیدها از اسیدهای چرب با وزن مولکولی بالا و گلیسرول الکل تری هیدریک تشکیل شده اند (شکل 7).

لیپیدها بدون استثنا در همه سلول ها وجود دارند و عملکردهای بیولوژیکی خاصی را انجام می دهند.

چربی ها- ساده ترین و گسترده ترین لیپیدها - نقش مهمی را ایفا می کنند منبع انرژی. هنگامی که اکسید می شوند، بیش از دو برابر کربوهیدرات ها انرژی می دهند (38.9 کیلوژول در هنگام تجزیه 1 گرم چربی).

برنج. 7. ساختار مولکول تری گلیسیرید

چربی ها شکل اصلی هستند ذخیره سازی چربیدر یک قفس در مهره داران تقریبا نیمی از انرژی مصرف شده توسط سلول ها در حالت استراحت از اکسیداسیون چربی حاصل می شود. از چربی ها می توان به عنوان منبع آب نیز استفاده کرد (اکسیداسیون 1 گرم چربی بیش از 1 گرم آب تولید می کند). این امر به ویژه برای حیوانات قطب شمال و بیابان که در شرایط کمبود آب آزاد زندگی می کنند بسیار ارزشمند است.

لیپیدها به دلیل رسانایی حرارتی کم خود عمل می کنند توابع حفاظتی، یعنی برای عایق کاری ارگانیسم ها استفاده می کنند. به عنوان مثال، بسیاری از مهره داران دارای یک لایه چربی زیر جلدی کاملاً مشخص هستند که به آنها امکان می دهد در آب و هوای سرد زندگی کنند و در سیتوسیان نیز نقش دیگری ایفا می کند - باعث شناوری می شود.

لیپیدها انجام می دهند و عملکرد ساخت و سازاز آنجایی که حل نشدن آنها در آب آنها را به اجزای ضروری غشای سلولی تبدیل می کند.

زیاد هورمون ها(مثلا قشر آدرنال، غدد جنسی) مشتقات لیپیدی هستند. بنابراین، لیپیدها مشخص می شوند عملکرد تنظیمی.

لیپیدها چربی ها هورمون ها توابع لیپیدها: انرژی، ذخیره سازی، حفاظتی، ساختمانی، تنظیمی

سوالات

1. لیپیدها چه موادی هستند؟

2. بیشتر لیپیدها چه ساختاری دارند؟

3. لیپیدها چه وظایفی را انجام می دهند؟

4. کدام سلول ها و بافت ها از نظر لیپید غنی ترند؟

وظایف

پس از تجزیه و تحلیل متن پاراگراف، توضیح دهید که چرا بسیاری از حیوانات قبل از زمستان، و ماهی های مهاجر قبل از تخم ریزی، تمایل به تجمع چربی بیشتری دارند. مثال هایی از حیوانات و گیاهانی که این پدیده در آنها بارزتر است را ذکر کنید. آیا چربی اضافی همیشه برای بدن مفید است؟ این مشکل را در کلاس مطرح کنید.

§ 7. ترکیب و ساختار پروتئین ها

1. نقش پروتئین ها در بدن چیست؟

2. چه غذاهایی سرشار از پروتئین هستند؟

در میان مواد آلی سنجاب ها، یا پروتئین هابیوپلیمرهای متعدد، متنوع ترین و دارای اهمیت بسیار بالایی هستند. آنها 50 تا 80 درصد از جرم خشک سلول را تشکیل می دهند.

مولکول های پروتئین از نظر اندازه بزرگ هستند، به همین دلیل به آنها می گویند درشت مولکول ها. علاوه بر کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن، پروتئین ها ممکن است حاوی گوگرد، فسفر و آهن باشند. پروتئین ها از نظر تعداد (از صد تا چند هزار)، ترکیب و توالی مونومرها با یکدیگر تفاوت دارند. مونومرهای پروتئینی اسیدهای آمینه هستند (شکل 8).

تنوع بی‌نهایتی از پروتئین‌ها با ترکیب‌های مختلف تنها از 20 اسید آمینه ایجاد می‌شود. هر اسید آمینه نام، ساختار و خواص خاص خود را دارد. آنها فرمول کلیرا می توان به شکل زیر نشان داد:

یک مولکول آمینو اسید از دو قسمت یکسان با همه اسیدهای آمینه تشکیل شده است که یکی از آنها یک گروه آمینه (-NH 2) با خواص پایه و دیگری یک گروه کربوکسیل (-COOH) با خواص اسیدی. بخشی از مولکول به نام رادیکال (R) ساختار متفاوتی برای اسیدهای آمینه مختلف دارد. وجود گروه های بازی و اسیدی در یک مولکول اسید آمینه، واکنش پذیری بالای آنها را تعیین می کند. از طریق این گروه ها، اسیدهای آمینه برای تشکیل پروتئین ترکیب می شوند. در این حالت، یک مولکول آب ظاهر می شود و الکترون های آزاد شده تشکیل می شوند پیوند پپتیدی. به همین دلیل پروتئین نامیده می شود پلی پپتیدها.

برنج. 8. نمونه هایی از ساختار اسیدهای آمینه - مونومرهای مولکول های پروتئین

مولکول های پروتئین می توانند پیکربندی های فضایی متفاوتی داشته باشند - ساختار پروتئینو در ساختار آنها چهار سطح سازماندهی ساختاری وجود دارد (شکل 9).

توالی اسیدهای آمینه در یک زنجیره پلی پپتیدی است ساختار اولیهسنجاب این برای هر پروتئینی منحصر به فرد است و شکل، خواص و عملکرد آن را تعیین می کند.

اکثر پروتئین ها در نتیجه تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین گروه های CO و NH باقیمانده های اسید آمینه مختلف زنجیره پلی پپتیدی شکل مارپیچی دارند. پیوندهای هیدروژنی ضعیف هستند، اما با هم ساختاری نسبتاً قوی ایجاد می کنند. این مارپیچ است ساختار ثانویهسنجاب

ساختار سوم- "بسته بندی" فضایی سه بعدی یک زنجیره پلی پپتیدی. نتیجه یک پیکربندی عجیب اما خاص برای هر پروتئین است - گلبول. استحکام ساختار سوم توسط پیوندهای مختلفی که بین رادیکال های اسید آمینه ایجاد می شود تضمین می شود.

برنج. 9. طرح ساختار یک مولکول پروتئین: I، II، III، IV - ساختارهای اولیه، ثانویه، سوم، چهارم

ساختار کواترنریبرای همه پروتئین ها معمول نیست. در نتیجه ترکیب چندین ماکرومولکول با ساختار سوم در یک مجتمع پیچیده ایجاد می شود. به عنوان مثال، هموگلوبین خون انسان مجموعه ای از چهار ماکرومولکول پروتئینی است (شکل 10).

این پیچیدگی ساختار مولکول های پروتئین با تنوع عملکردهای ذاتی این پلیمرهای زیستی مرتبط است.

نقض ساختار طبیعی یک پروتئین نامیده می شود دناتوره سازی(شکل 11). این می تواند تحت تأثیر دما رخ دهد، مواد شیمیایی، انرژی تابشی و عوامل دیگر. با یک ضربه ضعیف، فقط ساختار چهارتایی متلاشی می شود، با ضربه قوی تر، سوم و سپس ثانویه، و پروتئین به شکل یک زنجیره پلی پپتیدی باقی می ماند.

برنج. 10. طرح ساختار مولکول هموگلوبین

این فرآیند تا حدی قابل برگشت است: اگر ساختار اولیه از بین نرود، پروتئین دناتوره شده قادر به بازیابی ساختار خود است. نتیجه این است که تمام ویژگی های ساختاری یک ماکرومولکول پروتئین توسط ساختار اولیه آن تعیین می شود.

بجز پروتئین های ساده، که فقط از اسیدهای آمینه تشکیل شده است، نیز وجود دارد پروتئین های پیچیدهکه ممکن است شامل کربوهیدرات باشد ( گلیکوپروتئین ها، چربی ها ( لیپوپروتئین ها)، اسیدهای نوکلئیک ( نوکلئوپروتئین ها) و غیره.

نقش پروتئین ها در زندگی یک سلول بسیار زیاد است. زیست شناسی مدرننشان داد که شباهت ها و تفاوت های موجود بین موجودات در نهایت توسط مجموعه پروتئین ها تعیین می شود. هر چه موجودات زنده در موقعیت سیستماتیک به یکدیگر نزدیکتر باشند، پروتئین های آنها شبیه تر است.

برنج. 11. دناتوره شدن پروتئین

پروتئین ها یا پروتئین ها پروتئین های ساده و پیچیده آمینو اسید. پلی پپتید ساختارهای اولیه، ثانویه، سوم و چهارم پروتئین ها

سوالات

1. به چه موادی پروتئین یا پروتئین می گویند؟

2. ساختار اولیه پروتئین چیست؟

3. ساختارهای پروتئینی ثانویه، سوم و چهارم چگونه تشکیل می شوند؟

4. دناتوره شدن پروتئین چیست؟

5. پروتئین ها بر چه اساسی به ساده و پیچیده تقسیم می شوند؟

وظایف

می دانید که سفیده تخم مرغ عمدتاً از پروتئین تشکیل شده است. به این فکر کنید که چه چیزی تغییر در ساختار پروتئین تخم مرغ آب پز را توضیح می دهد. مثال های دیگری را که می دانید در مورد مکان هایی که ساختار پروتئین می تواند تغییر کند، بیاورید.

§ 8. عملکرد پروتئین ها

1. عملکرد کربوهیدرات ها چیست؟

2. چه وظایف پروتئین ها را می دانید؟

پروتئین ها عملکردهای بسیار مهم و متنوعی را انجام می دهند. این تا حد زیادی به دلیل تنوع شکل ها و ترکیب خود پروتئین ها امکان پذیر است.

یکی از مهمترین وظایف مولکول های پروتئین است ساخت و ساز (پلاستیک). پروتئین ها بخشی از تمام غشای سلولی و اندامک های سلولی هستند. دیواره رگ های خونی، غضروف، تاندون ها، موها و ناخن ها عمدتاً از پروتئین تشکیل شده است.

واجد اهمیت زیاد کاتالیزوری، یا عملکرد آنزیمی، پروتئین. پروتئین های ویژه - آنزیم ها قادر به تسریع واکنش های بیوشیمیایی در سلول ها ده ها و صدها میلیون بار هستند. حدود هزار آنزیم شناخته شده است. هر واکنش توسط یک آنزیم خاص کاتالیز می شود. در ادامه با این موضوع بیشتر آشنا خواهید شد.

عملکرد موتورانجام پروتئین های انقباضی خاص به لطف آنها، مژک ها و تاژک ها در تک یاخته ها حرکت می کنند، کروموزوم ها در طول تقسیم سلولی حرکت می کنند، ماهیچه ها در موجودات چند سلولی منقبض می شوند و انواع دیگر حرکت در موجودات زنده بهبود می یابد.

مهم است عملکرد حمل و نقلپروتئین ها بنابراین، هموگلوبین اکسیژن را از ریه ها به سلول های سایر بافت ها و اندام ها می رساند. در ماهیچه ها، علاوه بر هموگلوبین، پروتئین انتقال گاز دیگری نیز وجود دارد - میوگلوبین. پروتئین های سرم انتقال لیپیدها و اسیدهای چرب و مواد مختلف بیولوژیکی فعال را افزایش می دهند. پروتئین های انتقال دهنده در غشای بیرونی سلول ها مواد مختلفی را از محیط به داخل سیتوپلاسم حمل می کنند.

پروتئین های خاص انجام می دهند عملکرد حفاظتی. آنها از بدن در برابر هجوم پروتئین ها و میکروارگانیسم های خارجی و آسیب محافظت می کنند. بنابراین، آنتی بادی های تولید شده توسط لنفوسیت ها پروتئین های خارجی را مسدود می کنند. فیبرین و ترومبین از بدن در برابر از دست دادن خون محافظت می کنند.

عملکرد تنظیمیذاتی پروتئین ها - هورمون ها. آنها غلظت ثابتی از مواد را در خون و سلول ها حفظ می کنند، در رشد، تولید مثل و سایر فرآیندهای حیاتی شرکت می کنند. به عنوان مثال انسولین قند خون را تنظیم می کند.

پروتئین ها نیز دارند عملکرد سیگنالینگ. غشای سلولی حاوی پروتئین هایی است که می توانند ساختار سوم خود را در پاسخ به عوامل محیطی تغییر دهند. بدین ترتیب سیگنال ها از محیط خارجی دریافت می شوند و اطلاعات به سلول منتقل می شود.

پروتئین ها می توانند عمل کنند عملکرد انرژی، یکی از منابع انرژی در سلول است. هنگامی که 1 گرم پروتئین به طور کامل به محصولات نهایی تجزیه می شود، 17.6 کیلوژول انرژی آزاد می شود. با این حال، پروتئین ها به ندرت به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می گیرند. آمینو اسیدهایی که هنگام شکسته شدن مولکول های پروتئین آزاد می شوند برای ساخت پروتئین های جدید استفاده می شوند.

توابع پروتئین ها: ساخت و ساز، موتور، حمل و نقل، حفاظتی، تنظیمی، سیگنالینگ، انرژی، کاتالیزوری. هورمون. آنزیم

سوالات

1. چه چیزی تنوع عملکرد پروتئین را توضیح می دهد؟

2. چه وظایف پروتئین ها را می دانید؟

3. پروتئین های هورمونی چه نقشی دارند؟

4. پروتئین های آنزیمی چه عملکردی دارند؟

5. چرا پروتئین ها به ندرت به عنوان منبع انرژی استفاده می شوند؟

§ 9. اسیدهای نوکلئیک

1. نقش هسته در یک سلول چیست؟

2. انتقال ویژگی های ارثی با چه اندامک های سلولی مرتبط است؟

3. به چه موادی اسید می گویند؟

اسیدهای نوکلئیک(از لات هسته– هسته) اولین بار در هسته لکوسیت ها کشف شد. متعاقباً مشخص شد که اسیدهای نوکلئیک در تمام سلول ها، نه تنها در هسته، بلکه در سیتوپلاسم و اندامک های مختلف نیز وجود دارد.

دو نوع اسید نوکلئیک وجود دارد - دئوکسی ریبونوکلئیک(به اختصار DNA) و ریبونوکلئیک(به اختصار RNA). تفاوت در نام ها با این واقعیت توضیح داده می شود که مولکول DNA حاوی کربوهیدرات است دئوکسی ریبوز، و مولکول RNA است ریبوز.

اسیدهای نوکلئیک بیوپلیمرهایی هستند که از مونومرها تشکیل شده اند. نوکلئوتیدها. مونومرهای نوکلئوتیدی DNA و RNA ساختار مشابهی دارند.

هر نوکلئوتید از سه جزء تشکیل شده است که توسط قوی به هم متصل شده اند پیوندهای شیمیایی. این پایه نیتروژنی، کربوهیدرات(ریبوز یا دئوکسی ریبوز) و باقی مانده اسید فسفریک(شکل 12).

قسمت مولکول های DNAچهار نوع پایه نیتروژنی وجود دارد: آدنین، گوانین، سیتوزینیا تیمین. آنها نام نوکلئوتیدهای مربوطه را تعیین می کنند: آدنیل (A)، گوانیل (G)، سیتیدیل (C) و تیمیدیل (T) (شکل 13).

برنج. 12. طرح ساختار نوکلئوتیدها - مونومرهای DNA (A) و RNA (B)

هر رشته DNA یک پلی نوکلئوتید است که از چند ده هزار نوکلئوتید تشکیل شده است.

مولکول DNA ساختار پیچیده ای دارد. از دو زنجیر پیچ خورده مارپیچ تشکیل شده است که در تمام طول خود توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل شده اند. این ساختار، که فقط مشخصه مولکول های DNA است، نامیده می شود مارپیچ دوتایی.

برنج. 13. نوکلئوتیدهای DNA

برنج. 14. اتصال مکمل نوکلئوتیدها

هنگامی که یک مارپیچ دوگانه DNA تشکیل می شود، پایه های نیتروژنی یک زنجیره کاملاً در آن قرار می گیرند. به ترتیب خاصیدر مقابل بازهای نیتروژنی دیگری است. در این مورد، یک الگوی مهم آشکار می شود: تیمین یک زنجیره دیگر همیشه در مقابل آدنین یک زنجیره قرار دارد، سیتوزین همیشه در مقابل گوانین قرار دارد و بالعکس. این با این واقعیت توضیح داده می شود که جفت های نوکلئوتیدی آدنین و تیمین و همچنین گوانین و سیتوزین کاملاً با یکدیگر مطابقت دارند و مکمل یکدیگر هستند. مکمل(از لات مکمل- اضافه)، یکدیگر. و خود الگو نامیده می شود اصل مکمل بودن. در این مورد، همیشه دو پیوند هیدروژنی بین آدنین و تیمین، و سه پیوند بین گوانین و سیتوزین ایجاد می شود (شکل 14).

در نتیجه، در هر موجودی تعداد آدنیل نوکلئوتیدها برابر با تعداد نوکلئوتیدهای تیمیدیل و تعداد نوکلئوتیدهای گوانیل برابر با تعداد نوکلئوتیدهای سیتیدیل است. با دانستن توالی نوکلئوتیدها در یک زنجیره DNA، می توان از اصل مکمل بودن برای تعیین ترتیب نوکلئوتیدها در زنجیره دیگر استفاده کرد.

با کمک چهار نوع نوکلئوتید، DNA تمام اطلاعات مربوط به بدن را ثبت می کند که به نسل های بعدی منتقل می شود. به عبارت دیگر DNA حامل اطلاعات ارثی است.

مولکول های DNA عمدتاً در هسته سلول ها یافت می شوند، اما مقادیر کمی در میتوکندری ها و پلاستیدها یافت می شوند.

یک مولکول RNA، بر خلاف مولکول DNA، پلیمری است که از یک زنجیره واحد با ابعاد بسیار کوچکتر تشکیل شده است.

مونومرهای RNA نوکلئوتیدهایی هستند که از ریبوز، باقیمانده اسید فسفریک و یکی از چهار باز نیتروژنی تشکیل شده اند. سه باز نیتروژنی - آدنین، گوانین و سیتوزین - مانند DNA هستند و چهارمین - اوراسیل.

تشکیل یک پلیمر RNA از طریق پیوندهای کووالانسی بین ریبوز و باقی مانده اسید فسفریک نوکلئوتیدهای همسایه اتفاق می افتد.

سه نوع RNA وجود دارد که از نظر ساختار، اندازه مولکولی، مکان در سلول و عملکردهای انجام شده متفاوت است.

RNA ریبوزومی (rRNA) بخشی از ریبوزوم ها هستند و در تشکیل مراکز فعال آنها شرکت می کنند، جایی که فرآیند بیوسنتز پروتئین اتفاق می افتد.

انتقال RNA ها (tRNA) - کوچکترین اندازه - اسیدهای آمینه را به محل سنتز پروتئین منتقل می کند.

اطلاعات، یا الگو، RNA (mRNA) روی بخشی از یکی از زنجیره های مولکول DNA سنتز می شوند و اطلاعات مربوط به ساختار پروتئین را از هسته سلول به ریبوزوم ها منتقل می کنند، جایی که این اطلاعات پیاده سازی می شود.

بنابراین، انواع مختلف RNA نشان دهنده یک سیستم عملکردی واحد با هدف اجرای اطلاعات ارثی از طریق سنتز پروتئین است.

مولکول های RNA در هسته، سیتوپلاسم، ریبوزوم ها، میتوکندری ها و پلاستیدهای سلول یافت می شوند.

اسید نوکلئیک. دئوکسی ریبونوکلئیک اسید یا DNA. ریبونوکلئیک اسید یا RNA. بازهای نیتروژن: آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین، اوراسیل، نوکلئوتید. مارپیچ دوتایی. مکمل بودن. انتقال RNA (tRNA). RNA ریبوزومی (rRNA). RNA پیام رسان (mRNA)

سوالات

1. ساختار نوکلئوتید چیست؟

2. ساختار مولکول DNA چگونه است؟

3. اصل مکمل بودن چیست؟

4. شباهت ها و تفاوت های ساختار مولکول های DNA و RNA چیست؟

5. چه نوع مولکول های RNA را می شناسید؟ وظایف آنها چیست؟

وظایف

1. پاراگراف خود را مشخص کنید.

2. دانشمندان دریافته اند که قطعه ای از یک زنجیره DNA دارای ترکیب زیر است: C-G G A A A T T C C. با استفاده از اصل مکمل بودن، زنجیره دوم را تکمیل کنید.

3. در طول مطالعه، مشخص شد که در مولکول DNA مورد مطالعه، آدنین ها 26 درصد از تعداد کلپایه های نیتروژنی تعداد بازهای نیتروژنی دیگر را در این مولکول بشمارید.

چه عناصری در موجودات زنده غالب هستند؟
چرا مولکول های پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، کربوهیدرات ها و لیپیدها فقط در سلول به عنوان بیوپلیمر در نظر گرفته می شوند؟
منظور از کلمه جهانی بودن مولکول های پلیمری چیست؟

1-کدام ماده در آب بسیار محلول است؟ الف) فیبر ب) پروتئین ج) گلوکز د) لیپیدها 2. مولکول های پروتئین با یکدیگر متفاوت هستند

الف) توالی تناوب اسیدهای آمینه

ب) تعداد اسیدهای آمینه موجود در مولکول

ج) شکل ساختار سوم

د) تمام ویژگی های مشخص شده

3. در چه موردی ترکیب یک نوکلئوتید DNA به درستی نشان داده شده است؟

الف) ریبوز، باقیمانده اسید فسفریک، تیمین

ب) اسید فسفریک، اوراسیل، دئوکسی ریبوز

ج) باقی مانده اسید فسفریک، دئوکسی ریبوز، آدنین

د) اسید فسفریک، ریبوز، گوانین

4. مونومرهای اسیدهای نوکلئیک عبارتند از:

الف) بازهای نیتروژنی

ب) ریبوز یا دئوکسی ریبوز

ج) گروه دئوکسی ریبوز و فسفات

د) نوکلئوتیدها

5. اسیدهای آمینه در یک مولکول پروتئین از طریق:

الف) پیوند یونی

ب) پیوند پپتیدی

ج) پیوند هیدروژنی

ز) پیوند کووالانسی

6. وظیفه RNA انتقالی چیست؟

الف) اسیدهای آمینه را به ریبوزوم ها منتقل می کند

ب) اطلاعات را از DNA منتقل می کند

ج) ریبوزوم می سازد

د) تمام توابع فهرست شده

7. آنزیم ها بیوکاتالیست هایی هستند که شامل موارد زیر هستند:

الف) پروتئین ها ب) نوکلئوتیدها ج) لیپیدها ج) چربی ها

8. پلی ساکاریدها عبارتند از:

الف) نشاسته، ریبوز

ب) گلیکوژن، گلوکز

ج) سلولز، نشاسته

د) نشاسته، ساکارز

9. کربن به عنوان یک عنصر شامل موارد زیر است:

الف) پروتئین ها و کربوهیدرات ها

ب) کربوهیدرات ها و لیپیدها

ج) کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک

د) تمام ترکیبات آلی سلول

10. سلول حاوی DNA است:

الف) در هسته و میتوکندری

ب) در هسته، سیتوپلاسم و اندامک های مختلف

ج) در هسته، میتوکندری و سیتوپلاسم

د) در هسته، میتوکندری، کلروپلاست

مونومتر اسیدهای نوکلئیک چیست؟ گزینه ها (اسید آمینه، نوکلئوتید، مولکول پروتئین؟) شامل چه مواردی است

ترکیب نوکلئوتید

گزینه ها: (اسید آمینه، پایه نیتروژن، باقی مانده اسید فسفریک، کربوهیدرات؟)

لطفا کمکم کن!

1-علمی که به مطالعه سلول ها می پردازد:
الف) ژنتیک؛
ب) انتخاب؛
ب) اکولوژی؛
ب) سیتولوژی.
2. مواد آلی سلول:
الف) آب، مواد معدنی، چربی ها؛
ب) کربوهیدرات ها، لیپیدها، پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک.
ج) کربوهیدرات ها، مواد معدنی، چربی ها.
د) آب، مواد معدنی، پروتئین ها.
3. از همه مواد آلی، بخش عمده سلول شامل موارد زیر است:
الف) پروتئین ها
ب) کربوهیدرات ها
ب) چربی ها
د) آب.
4. کلمات برجسته شده را با یک کلمه جایگزین کنید:
الف) مولکول های کوچک مواد آلی، مولکول های پیچیده ای را در سلول تشکیل می دهند.
ب) اجزای ساختاری دائمی سلول وظایف حیاتی را برای سلول انجام می دهند.
ب) بسیار سفارشی، نیمه مایع محیط داخلیسلول ها را فراهم می کند واکنش شیمیاییتمام ساختارهای سلولی
د) رنگدانه اصلی فتوسنتزی رنگ سبز را به کلروپلاست می دهد.
5. تجمع و بسته بندی ترکیبات شیمیاییدر قفس انجام می دهند:
الف) میتوکندری؛
ب) ریبوزوم ها.
ب) لیزوزوم ها.
د) مجتمع گلژی.
6. وظایف هضم درون سلولی توسط:
الف) میتوکندری؛
ب) ریبوزوم ها.
ب) لیزوزوم ها.
د) مجتمع گلژی.
7. "مونتاژ" یک مولکول پروتئین پلیمری انجام می شود:
الف) میتوکندری؛
ب) ریبوزوم ها.
ب) لیزوزوم ها.
د) مجتمع گلژی.
8. کلیت واکنش های شیمیاییدر نتیجه تجزیه مواد آلی رخ می دهد و انرژی آزاد می شود:
الف) کاتابولیسم؛
ب) آنابولیسم؛
ب) متابولیسم؛
د) جذب
9. "کپی" اطلاعات ژنتیکی از یک مولکول DNA با ایجاد mRNA نامیده می شود:
الف) پخش؛
ب) رونویسی;
ب) بیوسنتز.
د) گلیکولیز.
10. فرآیند تشکیل مواد آلی در نور در کلروپلاست ها با استفاده از آب و دی اکسید کربن را می گویند:
الف) فتوسنتز؛
ب) رونویسی;
ب) بیوسنتز.
د) گلیکولیز.
11. فرآیند آنزیمی و بدون اکسیژن تجزیه مواد آلی نامیده می شود:
الف) فتوسنتز؛
ب) رونویسی;
ب) بیوسنتز.
د) گلیکولیز.
12- مفاد اصلی نظریه سلولی را نام ببرید.

دانشمندان آمریکایی موفق به ایجاد مولکولی شدند که می تواند جد حامل های مولکولی مدرن اطلاعات ارثی در یک سلول زنده - اسیدهای نوکلئیک باشد. TNK نامیده شد زیرا حاوی تتروز قند چهار کربنه است. فرض بر این است که در فرآیند تکامل، DNA و RNAی که ما می شناسیم از آن به وجود آمده است.

تا به حال، دانشمندانی که در بازسازی رویدادهایی که در حدود چهار میلیارد سال پیش روی زمین رخ داده اند، نمی توانند به یک سوال ساده و در عین حال بسیار مهم پاسخ دهند - اسید دئوکسی ریبونوکلئیک چگونه ظاهر شد یا به عبارت ساده تر، DNA؟

از این گذشته، بدون این مولکول، اولین سلول های زنده (یا پیشینیان آنها) نمی توانستند اطلاعات مربوط به ساختار پروتئین ها را ذخیره کنند، که برای تولید مثل خود لازم است. یعنی بدون DNA، حیات به سادگی نمی تواند در سیاره ما پخش شود، چه در فضا و چه در زمان.

آزمایش‌های متعدد نشان داده‌اند که DNA خود نمی‌تواند جمع شود، مهم نیست در چه شرایطی تمام «قطعات یدکی» آن را قرار دهید. برای ایجاد این مولکول، فعالیت چندین ده پروتئین آنزیمی ضروری است. و اگر چنین است، پس فوراً یک دور باطل در استدلال تکامل گرایان پدید می آید، مانند مشکل تقدم مرغ و تخم: اگر خود DNA وجود نداشته باشد، آنزیم ها از کجا می آیند؟ از این گذشته ، اطلاعات مربوط به ساختار آنها دقیقاً در این مولکول پیچیده ثبت می شود.

درست است، اخیراً برخی از زیست شناسان مولکولی راهی برای خروج از این بن بست پیشنهاد کرده اند: آنها معتقدند که اطلاعات ارثی قبلاً در DNA "خواهر"، اسید ریبونوکلئیک یا RNA ذخیره شده است. خوب، این مولکول، تحت شرایط خاصی، قابلیت کپی برداری خود را دارد و آزمایشات متعدد این را تأیید می کند (شما می توانید در مقاله "در ابتدا ... اسید ریبونوکلئیک وجود داشت" بیشتر در این مورد بخوانید).

به نظر می رسد که راه حلی پیدا شده است - اولین ریبوزیم ها (این نام مولکول های RNA است که دارای فعالیت آنزیمی) از خود کپی کردند و در طول مسیر، جهش یافتند، اطلاعاتی در مورد پروتئین های مفید جدید به دست آوردند. پس از مدتی، این اطلاعات آنقدر انباشته شد که RNA یک چیز ساده را "درک" کرد - اکنون دیگر نیازی به انجام کار نسبتاً پیچیده خود کپی کردن ندارد. و به زودی چرخه بعدی جهش RNA را به DNA پیچیده تر، اما در عین حال پایدار تبدیل کرد، که دیگر چنین "مزخرف" را انجام نمی داد.

با این حال، پاسخ قطعی به این سوال که اسیدهای نوکلئیک چگونه ظاهر شدند، یافت نشد. زیرا هنوز مشخص نیست که چگونه اولین RNA با توانایی کپی کردن خود ظاهر شد. از این گذشته ، همانطور که آزمایشات نشان داده است ، حتی آن نیز قادر به جمع آوری خود نیست - مولکول آن نیز برای این کار بسیار پیچیده است.

با این حال، برخی از زیست شناسان مولکولی پیشنهاد کردند که شاید در آن زمان های دور، اسید نوکلئیک دیگری وجود داشته باشد که ساختاری ساده تر از DNA و RNA داشته باشد. و این او بود که در ابتدا مولکولی بود که اطلاعات را ذخیره می کرد.

با این حال ، تأیید چنین فرضی بسیار دشوار است ، زیرا در حال حاضر هیچ "نگهدار" دیگری از اطلاعات از گروه این اسیدها به جز DNA و RNA وجود ندارد. با این اوصاف، روش های مدرنبیوشیمی امکان بازآفرینی چنین ترکیبی را فراهم می کند و سپس به طور تجربی آزمایش می کند که آیا برای نقش "مولکول اصلی زندگی" مناسب است یا خیر.

و اخیراً دانشمندان دانشگاه آریزونا (ایالات متحده آمریکا) پیشنهاد کردند که جد مشترک DNA و RNA می تواند TNA یا اسید تتروسونوکلئیک باشد. تفاوت آن با نوادگانش در این است که "پل قند فسفات" این ماده، که پایه های نیتروژنی (یا نوکلئوتیدها) را در کنار هم نگه می دارد، حاوی پنتوز نیست - قندی با پنج اتم کربن، بلکه یک تتروز چهار کربنه است. و این نوع قند بسیار ساده تر از حلقه های پنج کربنی DNA و RNA است. و مهمتر از همه، آنها را می توان خود مونتاژ کرد - از دو قطعه دو کربنه یکسان.

بیوشیمی دانان آمریکایی سعی کردند چندین مولکول کوتاه تتروز ایجاد کنند و در این فرآیند دریافتند که این نیازی به استفاده از یک دستگاه آنزیمی عظیم و پیچیده ندارد - تحت شرایط خاص، اسید در یک محلول اشباع از "قطعات یدکی" فقط با استفاده از آن جمع آوری شد. دو آنزیم

یعنی واقعاً می توانست در همان ابتدای شکل گیری زندگی ظاهر شود. و تا زمانی که اولین موجودات زنده قادر به دستیابی به یک دستگاه آنزیمی با قابلیت سنتز RNA و DNA بودند، این TNC بود که نگهبان اطلاعات ارثی بود.

اما آیا اصولاً این مولکول می تواند چنین نقش مهمی را ایفا کند؟ اکنون آزمایش مستقیم این غیرممکن است، زیرا هیچ پروتئینی وجود ندارد که بتواند اطلاعات TNC ها را بخواند. با این حال، زیست شناسان مولکولی آریزونا تصمیم گرفتند مسیر متفاوتی را در پیش بگیرند. آنها آزمایش جالبی انجام دادند - آنها سعی کردند رشته های DNA و TNC را با یکدیگر متصل کنند. نتیجه یک مولکول هیبریدی بود - در وسط زنجیره DNA قطعه ای از نوکلئوتید TNA 70 به طول وجود داشت. جالب اینجاست که این مولکول قابلیت تکثیر یعنی خود کپی شدن را داشت. و این ویژگی برای هر حامل اطلاعات مولکولی مهم است.

علاوه بر این، دانشمندان نشان داده اند که مولکول TNA می تواند به راحتی با یک پروتئین ترکیب شود و بر این اساس، خواص آنزیمی را به دست آورد. محققان مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را انجام دادند که نشان داد TNC می‌تواند ساختاری تولید کند که به طور خاص به ترومبین پروتئین متصل می‌شود: یک زنجیره TNC روی یک زنجیره DNA تشکیل شد، اما پس از خروج DNA، ویژگی‌های ساختار خود را از دست نداد و ادامه داد. برای نگهداری خاص پروتئین

قطعه TNK 70 نوکلئوتید طول داشت که برای ایجاد "صندلی" منحصر به فرد برای پروتئین های آنزیمی کافی است. یعنی چیزی شبیه یک ریبوزیم را می توان از TNC ها نیز به دست آورد (به شما یادآوری می کنم که از RNA مرتبط با پروتئین تشکیل شده است).

بنابراین، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که TNK به خوبی می‌تواند جد DNA و RNA باشد. دومی ممکن است کمی زودتر در نتیجه یک سری جهش شکل گرفته باشد که منجر به جایگزینی تتروز با پنتوز شد. و سپس، با کمک انتخاب طبیعی، مشخص شد که اسید ریبونوکلئیک نسبت به سلف تتروز خود پایدارتر و پایدارتر است (تتروزها در واقع در برابر تعدادی از تأثیرات شیمیایی بسیار ناپایدار هستند). و به این ترتیب این نسل به طور رقابتی جد خود را از جایگاه حامل اطلاعات مولکولی بیرون کرد.

این سوال مطرح می شود: آیا TNC ها می توانستند اجدادی داشته باشند که حاوی قند ساده تری از تتروز باشد؟ به احتمال زیاد نه، و دلیل آن اینجاست. فقط با شروع چهار اتم کربن، قندها می توانند ساختارهای حلقوی ایجاد کنند؛ کربوهیدرات های سه کربنه قادر به انجام این کار نیستند. خوب، بدون این، اسید نوکلئیک تشکیل نمی شود - فقط مولکول های حلقوی قند قادر به نگه داشتن سایر اجزای این ماده هستند. بنابراین به نظر می رسد که TNK در واقع اولین بوده است.

لازم به ذکر است که نویسندگان اثر به هیچ وجه ادعا نمی کنند که "دقیقاً اینگونه اتفاق افتاده است". به بیان دقیق، آنها فقط امکان وجود شکل اجدادی اسیدهای ریبونوکلئیک مانند TNA را ثابت کردند (که اتفاقاً در محیط طبیعی در دنیای مدرن وجود ندارد). ارزش این کشف در این است که یکی از مسیرهای احتمالی تکامل حامل های مولکولی اطلاعات ارثی نشان داده شد. خوب، و در نهایت، اختلاف قدیمی در مورد آنچه که اول شد - اسید نوکلئیک یا پروتئین حل شد ...