Amerikkalaiset tutkijat onnistuivat luomaan molekyylin, joka voisi olla nykyaikaisten perinnöllisen tiedon molekyylikantajien esi-isä elävässä solussa - nukleiinihapot. Sitä kutsuttiin TNK:ksi, koska se sisältää nelihiilistä sokeritetroosia. Oletetaan, että evoluutioprosessissa tuntemamme DNA ja RNA ovat peräisin siitä.

Tähän asti maan päällä noin neljä miljardia vuotta sitten tapahtuneiden tapahtumien rekonstruoimiseen osallistuneet tiedemiehet eivät voi vastata yhteen yksinkertaiseen ja samalla erittäin tärkeään kysymykseen - kuinka deoksiribonukleiinihappo tai yksinkertaisemmin DNA ilmestyi?

Loppujen lopuksi ilman tätä molekyyliä ensimmäiset elävät solut (tai niiden edeltäjät) eivät voineet tallentaa tietoa proteiinien rakenteesta, mikä on välttämätöntä itsensä lisääntymiselle. Eli ilman DNA:ta elämä ei yksinkertaisesti pystyisi leviämään planeetallemme, sekä avaruudessa että ajassa.

Lukuisat kokeet ovat osoittaneet, että DNA ei itse voi koota, riippumatta siitä, mihin olosuhteisiin asetat kaikki sen "varaosat". Tämän molekyylin luomiseksi tarvitaan useiden kymmenien entsyymiproteiinien aktiivisuus. Ja jos on, niin evolutionistien päättelyyn syntyy välittömästi noidankehä, kuten kanan ja munan ensisijaisuuden ongelma: mistä entsyymit voisivat tulla, jos itse DNA:ta ei ole? Loppujen lopuksi tiedot niiden rakenteesta tallennetaan tarkasti tähän monimutkaiseen molekyyliin.

Totta, äskettäin jotkut molekyylibiologit ovat ehdottaneet ulospääsyä tästä umpikujasta: he uskovat, että aiemmin perinnöllistä tietoa on tallennettu "sisar"-DNA:han, ribonukleiinihappoon tai RNA:han. No, tämä molekyyli pystyy tietyissä olosuhteissa kopioimaan itseään, ja lukuisat kokeet vahvistavat tämän (voit lukea lisää artikkelista "Alussa oli... ribonukleiinihappoa").

Näyttää siltä, ​​​​että ratkaisu löytyi - ensin ribotsyymit (niin sanotut RNA-molekyylit, joilla on entsymaattinen aktiivisuus) kopioivat itseään ja matkan varrella mutatoituivat, "hankivat" tietoa uusista hyödyllisistä proteiineista. Jonkin ajan kuluttua tätä tietoa kertyi niin paljon, että RNA "ymmärsi" yhden yksinkertaisen asian - nyt sen ei enää tarvitse tehdä melko monimutkaista itsekopiointityötä. Ja pian seuraava mutaatiosykli muutti RNA:sta monimutkaisemmaksi, mutta samalla vakaammaksi DNA:ksi, joka ei enää tehnyt sellaista "hölynpölyä".

Lopullista vastausta kysymykseen siitä, kuinka nukleiinihapot ilmestyivät, ei kuitenkaan ole löydetty. Koska oli edelleen epäselvää, kuinka ensimmäinen RNA, jolla oli kyky kopioida itseään, ilmestyi. Loppujen lopuksi sekään, kuten kokeet ovat osoittaneet, ei pysty kokoamaan itseään - sen molekyyli on myös erittäin monimutkainen tähän.

Jotkut molekyylibiologit kuitenkin ehdottivat, että ehkä noina kaukaisina aikoina olisi voinut olla toinen nukleiinihappo, rakenteeltaan yksinkertaisempi kuin DNA ja RNA. Ja hän oli aluksi se molekyyli, joka tallensi tietoa.

Tällaista oletusta on kuitenkin melko vaikea varmistaa, koska tällä hetkellä näiden happojen ryhmästä ei ole muita "tiedonpitäjiä" DNA:n ja RNA:n lisäksi. Nykyaikaiset biokemian menetelmät mahdollistavat kuitenkin sellaisen yhdisteen luomisen uudelleen ja sitten kokeellisen testaamisen, sopiiko se "elämän päämolekyylin" rooliin vai ei.

Ja äskettäin Arizonan yliopiston (USA) tutkijat ehdottivat, että DNA:n ja RNA:n yhteinen esi-isä voisi olla TNA tai tetrosonukleiinihappo. Se eroaa jälkeläisistään siinä, että tämän aineen "sokeri-fosfaattisilta", joka pitää yhdessä typpipitoisia emäksiä (tai nukleotideja), ei sisällä pentoosia - viiden hiiliatomin sokeria, vaan neljän hiiliatomin tetroosia. Ja tämäntyyppinen sokeri on paljon yksinkertaisempaa kuin DNA:n ja RNA:n viiden hiilen renkaat. Ja mikä tärkeintä, ne voidaan koota itse - kahdesta identtisestä kaksihiilipalasta.

Amerikkalaiset biokemistit yrittivät luoda useita lyhyitä tetroosimolekyylejä ja prosessissa havaitsivat, että tämä ei vaatinut massiivisen ja monimutkaisen entsymaattisen laitteen käyttöä - tietyissä olosuhteissa happo kerättiin kyllästettyyn liuokseen "varaosista" käyttämällä vain kaksi entsyymiä.

Eli se olisi todella voinut ilmaantua elämän muodostumisen alussa. Ja kunnes ensimmäiset elävät organismit pystyivät hankkimaan entsymaattisen laitteen, joka pystyi syntetisoimaan RNA:ta ja DNA:ta, TNC oli perinnöllisten tietojen säilyttäjä.

Mutta voisiko tällä molekyylillä periaatteessa olla niin tärkeä rooli? Nyt tätä on mahdotonta testata suoraan, koska ei ole proteiineja, jotka pystyvät lukemaan tietoa TNC:stä. Arizonan molekyylibiologit päättivät kuitenkin valita toisenlaisen reitin. He suorittivat mielenkiintoisen kokeen - he yrittivät yhdistää DNA- ja TNC-säikeitä toisiinsa. Tuloksena oli hybridimolekyyli - DNA-ketjun keskellä oli 70 nukleotidin pituinen TNA-fragmentti. Mielenkiintoista on, että tämä molekyyli kykeni replikoitumaan, toisin sanoen kopioimaan itsensä. Ja tämä ominaisuus on tärkein mille tahansa molekyylitiedon kantajalle.

Lisäksi tutkijat ovat osoittaneet, että TNA-molekyyli voi helposti yhdistyä proteiinin kanssa ja saada siten entsymaattisia ominaisuuksia. Tutkijat suorittivat sarjan kokeita, jotka osoittivat, että TNC pystyi tuottamaan rakenteen, joka sitoutuu spesifisesti proteiinitrombiiniin: DNA-ketjuun muodostui TNC-ketju, mutta DNA:n poistuttua se ei menettänyt rakenteensa piirteitä ja jatkoi. pitääkseen erityisesti proteiinin.

TNK-fragmentti oli 70 nukleotidia pitkä, mikä riittää luomaan ainutlaatuiset "istuimet" entsyymiproteiineille. Eli jotain ribotsyymin kaltaista voisi saada myös TNC:istä (muistutan, että se koostuu proteiiniin liittyvästä RNA:sta).

Joten kokeet ovat osoittaneet, että TNK voisi hyvinkin olla DNA:n ja RNA:n esi-isä. Jälkimmäinen on saattanut muodostua jonkin verran aikaisemmin useiden mutaatioiden seurauksena, jotka johtivat tetroosin korvaamiseen pentoosilla. Ja sitten luonnollisen valinnan avulla kävi ilmi, että ribonukleiinihappo on vakaampi ja vakaampi kuin sen tetroosin edeltäjä (tetroosit ovat todellakin hyvin epävakaita useille kemiallisille vaikutuksille). Ja näin jälkeläinen kilpailevasti syrjäytti esi-isänsä molekyyli-informaation kantajan markkinaraosta.

Herää kysymys: olisiko TNC:llä voinut olla jokin esi-isä, joka sisälsi yksinkertaisempaa sokeria kuin tetroosi? Todennäköisesti ei, ja tässä syy. Vain neljästä hiiliatomista alkaen sokerit voivat muodostaa syklisiä rakenteita; kolmen hiilihydraatin hiilihydraatit eivät pysty siihen. No, ilman tätä nukleiinihappoa ei muodostu - vain sykliset sokerimolekyylit pystyvät pitämään kaikki muut tämän aineen komponentit. Joten näyttää siltä, ​​​​että TNK oli todellakin ensimmäinen.

On huomattava, että teoksen tekijät eivät lainkaan väitä, että "tämä on juuri näin". Tarkkaan ottaen he osoittivat vain ribonukleiinihappojen, kuten TNA:n, olemassaolon mahdollisuuden (jota muuten ei esiinny nykymaailman luonnollisessa ympäristössä). Löytön arvo on siinä, että yksi perinnöllisen tiedon molekyylikantajan todennäköisistä evoluution poluista esitettiin. No, ja lopuksi, vanha kiista siitä, mikä oli ensin - nukleiinihappo vai proteiini, on ratkaistu...

Kysymys 1. Mitä prosesseja tiedemiehet tutkivat molekyylitasolla?

Molekyylitasolla tutkitaan elimistön elämän tärkeimpiä prosesseja: sen kasvua ja kehitystä, aineenvaihduntaa ja energian muuntamista, perinnöllisen tiedon varastointia ja välittämistä, vaihtelua.

Kysymys 2. Mitkä alkuaineet hallitsevat elävien organismien koostumuksessa?

Elävä organismi sisältää yli 70-80 kemiallista alkuainetta, mutta hiili, happi, vety ja typpi ovat hallitsevia.

Kysymys 3. Miksi proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja lipidien molekyylejä pidetään biopolymeereinä vain solussa?

Proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja lipidien molekyylit ovat polymeerejä, koska ne koostuvat toistuvista monomeereistä. Mutta vain elävässä järjestelmässä (solussa, organismissa) nämä aineet ilmentävät biologista olemustaan, sillä niillä on useita erityisiä ominaisuuksia ja ne suorittavat monia tärkeitä tehtäviä. Siksi elävissä järjestelmissä tällaisia ​​aineita kutsutaan biopolymeereiksi. Elävän järjestelmän ulkopuolella nämä aineet menettävät biologiset ominaisuutensa eivätkä ole biopolymeerejä.

Kysymys 4. Mitä tarkoitetaan biopolymeerimolekyylien universaalisuudella?

Biopolymeerien ominaisuudet riippuvat niiden monomeerien lukumäärästä, koostumuksesta ja järjestyksestä. Kyky muuttaa monomeerien koostumusta ja järjestystä polymeerirakenteessa mahdollistaa valtavan valikoiman biopolymeerivaihtoehtoja organismin lajista riippumatta. Kaikissa elävissä organismeissa biopolymeerit rakennetaan yhden suunnitelman mukaan.

1.1. Molekyylitaso: yleiset ominaisuudet

4,4 (87,5 %) 8 ääntä

Haettu tältä sivulta:

• mitä prosesseja tutkijat tutkivat molekyylitasolla?
• mitä tarkoitetaan biopolymeerimolekyylien universaalisuudella
• mitkä alkuaineet hallitsevat elävissä organismeissa
• miksi proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja lipidien molekyylejä pidetään biopolymeereinä vain solussa
• miksi molekyylit proteiinit nukleiinihapot hiilihydraatit ja lipidit

Mitkä alkuaineet hallitsevat elävissä organismeissa?
Miksi proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja lipidien molekyylejä pidetään biopolymeereinä vain solussa?
Mitä tarkoitetaan sanalla biopolymeerimolekyylien universaalisuus?

1. Mikä aine liukenee hyvin veteen? a) kuitu b) proteiini c) glukoosi d) lipidit 2. Proteiinimolekyylit eroavat toisistaan

a) aminohappojen vuorottelusekvenssi

b) aminohappojen lukumäärä molekyylissä

c) tertiäärisen rakenteen muoto

d) kaikki määritellyt ominaisuudet

3. Missä tapauksessa DNA-nukleotidin koostumus on ilmoitettu oikein?

a) riboosi, fosforihappotähde, tymiini

b) fosforihappo, urasiili, deoksiriboosi

c) fosforihappotähde, deoksiriboosi, adeniini

d) fosforihappo, riboosi, guaniini

4. Nukleiinihappojen monomeerit ovat:

a) typpipitoiset emäkset

b) riboosi tai deoksiriboosi

c) deoksiriboosi- ja fosfaattiryhmät

d) nukleotidit

5. Proteiinimolekyylin aminohapot ovat yhteydessä toisiinsa:

a) ionisidos

b) peptidisidos

c) vetysidos

d) kovalenttinen sidos

6. Mikä on siirto-RNA:n tehtävä?

a) siirtää aminohappoja ribosomeihin

b) siirtää tietoa DNA:sta

c) muodostaa ribosomeja

d) kaikki luetellut toiminnot

7. Entsyymit ovat biokatalyyttejä, jotka koostuvat:

a) proteiinit b) nukleotidit c) lipidit c) rasvat

8. Polysakkarideja ovat:

a) tärkkelys, riboosi

b) glykogeeni, glukoosi

c) selluloosa, tärkkelys

d) tärkkelys, sakkaroosi

9. Hiili elementtinä sisältyy:

a) proteiinit ja hiilihydraatit

b) hiilihydraatit ja lipidit

c) hiilihydraatit ja nukleiinihapot

d) kaikki solun orgaaniset yhdisteet

10. Solu sisältää DNA:ta:

a) ytimessä ja mitokondrioissa

b) ytimessä, sytoplasmassa ja erilaisissa organelleissa

c) ytimessä, mitokondrioissa ja sytoplasmassa

d) ytimessä, mitokondrioissa, kloroplasteissa

MIKÄ ON nukleiinihappomonometri? VAIHTOEHDOT (AMINOHAPPO, NUKLEOTIDI, PROTEIINIMOLEKYYLI?) MITÄ SISÄLTYY

NUKLEOTIDIKOOSTUMUS

VAIHTOEHDOT: (AMINOHAPPO, TYPPEMÄS, FOSFORIHAPOJÄNNE, HIILIILIHAPPO?)

Auta minua kiitos!

1. Tiede, joka tutkii soluja, on nimeltään:
A) Genetiikka;
B) Valinta;
B) ekologia;
B) Sytologia.
2. Solun orgaaniset aineet:
A) Vesi, kivennäisaineet, rasvat;
B) Hiilihydraatit, lipidit, proteiinit, nukleiinihapot;
C) Hiilihydraatit, kivennäisaineet, rasvat;
D) Vesi, kivennäisaineet, proteiinit.
3. Kaikista orgaanisista aineista suurin osa solusta koostuu:
A) Proteiinit.
B) Hiilihydraatit
B) Rasvat
D) Vesi.
4. Korvaa korostetut sanat yhdellä sanalla:
A) Pienet orgaanisten aineiden molekyylit muodostavat solussa monimutkaisia ​​molekyylejä.
B) Solun pysyvät rakennekomponentit suorittavat solulle elintärkeitä toimintoja.
C) Solun erittäin järjestetty, puolinestemäinen sisäympäristö varmistaa kaikkien solurakenteiden kemiallisen vuorovaikutuksen.
D) Pääasiallinen fotosynteettinen pigmentti antaa vihreän värin kloroplasteille.
5. Kemiallisten yhdisteiden kerääntyminen ja pakkaaminen tikkuun suoritetaan:
A) mitokondriot;
B) ribosomit;
B) Lysosomit;
D) Golgi-kompleksi.
6. Solunsisäisen ruoansulatuksen toiminnot suorittavat:
A) mitokondriot;
B) ribosomit;
B) Lysosomit;
D) Golgi-kompleksi.
7. Polymeeriproteiinimolekyylin "kokoonpano" suoritetaan:
A) mitokondriot;
B) ribosomit;
B) Lysosomit;
D) Golgi-kompleksi.
8. Joukkoa kemiallisia reaktioita, jotka johtavat orgaanisten aineiden hajoamiseen ja energian vapautumiseen, kutsutaan:
A) katabolismi;
B) anabolismi;
B) Aineenvaihdunta;
D) Assimilaatio
9. Geneettisen tiedon "kopiointia" DNA-molekyylistä luomalla mRNA:ta kutsutaan:
A) Lähetys;
B) Transkriptio;
B) Biosynteesi;
D) Glykolyysi.
10. Orgaanisten aineiden muodostumisprosessia valossa kloroplasteissa käyttämällä vettä ja hiilidioksidia kutsutaan:
A) Fotosynteesi;
B) Transkriptio;
B) Biosynteesi;
D) Glykolyysi.
11. Entsymaattista ja hapetonta orgaanisten aineiden hajoamisprosessia kutsutaan:
A) Fotosynteesi;
B) Transkriptio;
B) Biosynteesi;
D) Glykolyysi.
12. Nimeä soluteorian päämääräykset.

Nykyinen sivu: 2 (kirjassa on yhteensä 16 sivua) [saatavilla lukukappale: 11 sivua]

Biologia– Life Science on yksi vanhimmista tieteistä. Ihminen on kerännyt tietoa elävistä organismeista tuhansien vuosien aikana. Tiedon kertyessä biologia eriytyi itsenäisiksi tieteiksi (kasvitiede, eläintiede, mikrobiologia, genetiikka jne.). Biologiaa muihin tieteisiin yhdistävien rajatieteiden - fysiikan, kemian, matematiikan jne. - merkitys kasvaa yhä enemmän. Integraation seurauksena syntyi biofysiikka, biokemia, avaruusbiologia jne.

Nykyään biologia on monimutkainen tiede, joka muodostuu eri tieteenalojen erilaistumisen ja integraation tuloksena.

Biologiassa käytetään erilaisia ​​tutkimusmenetelmiä: havainnointia, koetta, vertailua jne.

Biologia tutkii eläviä organismeja. Ne ovat avoimia biologisia järjestelmiä, jotka saavat energiaa ja ravinteita ympäristöstä. Elävät organismit reagoivat ulkoisiin vaikutuksiin, sisältävät kaiken kehitykseen ja lisääntymiseen tarvittavan tiedon ja ovat sopeutuneet tiettyyn elinympäristöön.

Kaikilla elävillä järjestelmillä organisaatiotasosta riippumatta on yhteisiä piirteitä, ja itse järjestelmät ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa. Tutkijat erottavat seuraavat elävän luonnon organisoitumistasot: molekyyli, solu, organismi, populaatio-laji, ekosysteemi ja biosfääri.

Luku 1. Molekyylitaso

Molekyylitasoa voidaan kutsua elävien olioiden organisoitumisen alkutasoksi, syvimmäksi tasoksi. Jokainen elävä organismi koostuu orgaanisten aineiden molekyyleistä - proteiineista, nukleiinihapoista, hiilihydraateista, rasvoista (lipideistä), joita kutsutaan biologisiksi molekyyleiksi. Biologit tutkivat näiden olennaisten biologisten yhdisteiden roolia organismien kasvussa ja kehityksessä, perinnöllisen tiedon varastoinnissa ja välittämisessä, aineenvaihdunnassa ja energian muuntamisessa elävissä soluissa ja muissa prosesseissa.

Tässä luvussa opit

Mitä ovat biopolymeerit;

Millainen rakenne biomolekyyleillä on?

Mitä toimintoja biomolekyylit suorittavat?

Mitä ovat virukset ja mitkä ovat niiden ominaisuudet?

§ 4. Molekyylitaso: yleiset ominaisuudet

1. Mikä on kemiallinen alkuaine?

2. Mitä kutsutaan atomiksi ja molekyyliksi?

3. Mitä orgaanisia aineita tiedät?

Mikä tahansa elävä järjestelmä, olipa se kuinka monimutkainen tahansa, ilmenee biologisten makromolekyylien toiminnan tasolla.

Tutkimalla eläviä organismeja opit, että ne koostuvat samoista kemiallisista alkuaineista kuin elämättömät. Tällä hetkellä tunnetaan yli 100 alkuainetta, joista suurin osa löytyy elävistä organismeista. Elävän luonnon yleisimpiä alkuaineita ovat hiili, happi, vety ja typpi. Juuri nämä elementit muodostavat molekyylejä (yhdisteitä) ns eloperäinen aine.

Kaikkien orgaanisten yhdisteiden perusta on hiili. Se voi olla vuorovaikutuksessa monien atomien ja niiden ryhmien kanssa muodostaen ketjuja, jotka eroavat kemiallisesta koostumuksesta, rakenteesta, pituudesta ja muodosta. Molekyylit muodostuvat atomiryhmistä, ja jälkimmäisistä - monimutkaisemmista molekyyleistä, jotka eroavat rakenteeltaan ja toiminnaltaan. Näitä orgaanisia yhdisteitä, jotka muodostavat elävien organismien solut, kutsutaan biologiset polymeerit tai biopolymeerit.

Polymeeri(kreikasta politiikkaa- lukuisia) - ketju, joka koostuu useista linkeistä - monomeerit, joista jokainen on suhteellisen yksinkertainen. Polymeerimolekyyli voi koostua useista tuhansista toisiinsa liittyneistä monomeereistä, jotka voivat olla samoja tai erilaisia ​​(kuvio 4).

Riisi. 4. Monomeerien ja polymeerien rakenteen kaavio

Biopolymeerien ominaisuudet riippuvat niiden molekyylien rakenteesta: polymeerin muodostavien monomeeriyksiköiden lukumäärästä ja monimuotoisuudesta. Kaikki ne ovat universaaleja, koska ne on rakennettu saman suunnitelman mukaan kaikille eläville organismeille lajista riippumatta.

Jokaiselle biopolymeerityypille on ominaista tietty rakenne ja toiminta. Kyllä, molekyylejä proteiinit Ne ovat solujen päärakenneosia ja säätelevät niissä tapahtuvia prosesseja. Nukleiinihapot osallistua geneettisen (perinnöllisen) tiedon siirtoon solusta soluun, organismista organismiin. Hiilihydraatit Ja rasvat Ne ovat tärkeimpiä organismien elämälle välttämättömiä energialähteitä.

Juuri molekyylitasolla tapahtuu kaikentyyppisen energian ja aineenvaihdunnan muutos solussa. Näiden prosessien mekanismit ovat myös yleisiä kaikille eläville organismeille.

Samalla kävi ilmi, että kaikki organismit muodostavien biopolymeerien monipuoliset ominaisuudet johtuvat vain muutaman tyyppisten monomeerien erilaisista yhdistelmistä, jotka muodostavat monia muunnelmia pitkistä polymeeriketjuista. Tämä periaate on planeettamme monimuotoisuuden taustalla.

Biopolymeerien erityisominaisuudet ilmenevät vain elävässä solussa. Kun biopolymeerimolekyylit on eristetty soluista, ne menettävät biologisen olemuksensa ja niille on tunnusomaista vain sen yhdisteluokan fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, johon ne kuuluvat.

Vain molekyylitasoa tutkimalla voidaan ymmärtää, miten elämän synty- ja kehitysprosessit planeetallamme etenivät, mikä on elävän organismin perinnöllisyyden ja aineenvaihduntaprosessien molekyyliperusta.

Jatkuvuus molekyylitason ja seuraavan solutason välillä varmistetaan sillä, että biologiset molekyylit ovat materiaali, josta muodostuu supramolekyylisiä - solurakenteita.

Orgaaniset aineet: proteiinit, nukleiinihapot, hiilihydraatit, rasvat (lipidit). Biopolymeerit. Monomeerit

Kysymyksiä

1. Mitä prosesseja tiedemiehet tutkivat molekyylitasolla?

2. Mitkä alkuaineet hallitsevat elävien organismien koostumuksessa?

3. Miksi proteiinien, nukleiinihappojen, hiilihydraattien ja lipidien molekyylejä pidetään biopolymeereinä vain solussa?

4. Mitä tarkoitetaan biopolymeerimolekyylien universaalisuudella?

5. Miten eläviä organismeja muodostavien biopolymeerien ominaisuuksien monimuotoisuus saavutetaan?

Tehtävät

Mitä biologisia malleja voidaan muotoilla kappaleen tekstin analyysin perusteella? Keskustele niistä luokan jäsenten kanssa.

§ 5. Hiilihydraatit

1. Mitä hiilihydraatteihin liittyviä aineita tiedät?

2. Mikä rooli hiilihydraatteilla on elävässä organismissa?

3. Minkä prosessin seurauksena viherkasvien soluihin muodostuu hiilihydraatteja?

Hiilihydraatit, tai sakkarideja, on yksi orgaanisten yhdisteiden pääryhmistä. Ne ovat osa kaikkien elävien organismien soluja.

Hiilihydraatit koostuvat hiilestä, vedystä ja hapesta. Ne saivat nimen "hiilihydraatit", koska useimmissa niistä on sama vedyn ja hapen suhde molekyylissä kuin vesimolekyylissä. Hiilihydraattien yleinen kaava on C n (H 2 0) m.

Kaikki hiilihydraatit on jaettu yksinkertaisiin tai monosakkaridit, ja monimutkainen, tai polysakkarideja(Kuva 5). Monosakkarideista tärkeimmät eläville organismeille ovat riboosi, deoksiriboosi, glukoosi, fruktoosi, galaktoosi.

Riisi. 5. Yksinkertaisten ja monimutkaisten hiilihydraattien molekyylien rakenne

Di- Ja polysakkarideja muodostuu yhdistämällä kaksi tai useampia monosakkaridimolekyyliä. Niin, sakkaroosia(ruokosokeri), maltoosi(mallassokeri), laktoosi(maitosokeri) - disakkarideja, muodostuu kahden monosakkaridimolekyylin fuusion tuloksena. Disakkaridit ovat ominaisuuksiltaan samanlaisia ​​kuin monosakkaridit. Esimerkiksi molemmat horonyt ovat veteen liukenevia ja niillä on makea maku.

Polysakkaridit koostuvat suuresta määrästä monosakkarideja. Nämä sisältävät tärkkelys, glykogeeni, selluloosa, kitiini jne. (kuva 6). Monomeerien määrän kasvaessa polysakkaridien liukoisuus heikkenee ja makea maku katoaa.

Hiilihydraattien päätehtävä on energiaa. Hiilihydraattimolekyylien hajoamisen ja hapettumisen aikana vapautuu energiaa (1 g hiilihydraattien hajoaminen - 17,6 kJ), mikä varmistaa kehon elintärkeät toiminnot. Kun hiilihydraatteja on liikaa, ne kerääntyvät soluun vara-aineina (tärkkelys, glykogeeni) ja tarvittaessa elimistö käyttää niitä energianlähteenä. Hiilihydraattien lisääntynyttä hajoamista soluissa voidaan havaita esimerkiksi siementen itämisen, intensiivisen lihastyön ja pitkittyneen paaston aikana.

Hiilihydraatteja käytetään myös mm rakennusmateriaali. Siten selluloosa on tärkeä rakennekomponentti monien yksisoluisten organismien, sienten ja kasvien soluseinissä. Erityisen rakenteensa ansiosta selluloosa on veteen liukenematonta ja lujaa. Kasvien soluseinien materiaalista keskimäärin 20-40 % on selluloosaa ja puuvillakuidut lähes puhdasta selluloosaa, minkä vuoksi niistä valmistetaan tekstiilejä.

Riisi. 6. Kaavio polysakkaridien rakenteesta

Kitiini on osa joidenkin alkueläinten ja sienten soluseiniä; sitä esiintyy myös tietyissä eläinryhmissä, kuten niveljalkaisissa, tärkeänä osana niiden ulkopuolista luurankoa.

Tunnetaan myös monimutkaisia ​​polysakkarideja, jotka koostuvat kahden tyyppisistä yksinkertaisista sokereista, jotka vuorottelevat säännöllisesti pitkiä ketjuja. Tällaiset polysakkaridit suorittavat rakenteellisia toimintoja eläinten tukikudoksissa. Ne ovat osa ihon, jänteiden ja ruston solujen välistä ainetta ja antavat niille voimaa ja joustavuutta.

Jotkut polysakkaridit ovat osa solukalvoja ja toimivat reseptoreina, jolloin solut voivat tunnistaa toisensa ja olla vuorovaikutuksessa.

Hiilihydraatteja tai sakkarideja. Monosakkaridit. Disakkaridit. Polysakkaridit. Ribose. Deoksiriboosi. Glukoosi. Fruktoosi. Galaktoosi. Sakkaroosi. Maltoosi. Laktoosi. Tärkkelys. Glykogeeni. Kitiini

Kysymyksiä

1. Millainen koostumus ja rakenne hiilihydraattimolekyylillä on?

2. Mitä hiilihydraatteja kutsutaan mono-, di- ja polysakkarideiksi?

3. Mitä toimintoja hiilihydraatit suorittavat elävissä organismeissa?

Tehtävät

Analysoi kuva 6 "Polysakkaridien rakennekaavio" ja kappaleen teksti. Mitä oletuksia voit tehdä vertaamalla molekyylien rakenteellisia ominaisuuksia ja tärkkelyksen, glykogeenin ja selluloosan toimintoja elävässä organismissa? Keskustele tästä asiasta luokkatovereidesi kanssa.

§ 6. Lipidit

1. Mitä rasvan kaltaisia ​​aineita tiedät?

2. Mitkä elintarvikkeet sisältävät runsaasti rasvaa?

3. Mikä on rasvojen rooli kehossa?

Lipidit(kreikasta lipos- rasva) on suuri joukko rasvan kaltaisia ​​aineita, jotka eivät liukene veteen. Suurin osa lipideistä koostuu suurimolekyylipainoisista rasvahapoista ja kolmiarvoisesta alkoholiglyserolista (kuva 7).

Lipidejä on poikkeuksetta kaikissa soluissa ja ne suorittavat erityisiä biologisia toimintoja.

Rasvat- yksinkertaisimmilla ja yleisimmillä lipideillä - on tärkeä rooli energian lähde. Hapetettuna ne tarjoavat yli kaksi kertaa enemmän energiaa kuin hiilihydraatit (38,9 kJ, kun hajotetaan 1 g rasvaa).

Riisi. 7. Triglyseridimolekyylin rakenne

Rasvat ovat pääasiallinen muoto lipidien varastointi häkissä. Selkärankaisilla noin puolet solujen levossa kuluttamasta energiasta tulee rasvan hapettumisesta. Rasvoja voidaan käyttää myös veden lähteenä (1 g rasvaa hapettuu yli 1 g vettä). Tämä on erityisen arvokasta arktisille ja aavikkoeläimille, jotka elävät vapaan veden niukkuuden olosuhteissa.

Alhaisen lämmönjohtavuutensa vuoksi lipidit toimivat suojatoiminnot eli ne palvelevat organismien lämmöneristystä. Esimerkiksi monilla selkärankaisilla on hyvin rajattu ihonalainen rasvakerros, jonka ansiosta ne voivat elää kylmässä ilmastossa, ja valaissa sillä on myös toinen rooli - se edistää kelluvuutta.

Lipidit suorittavat ja rakennustoiminto, koska niiden veteen liukenemattomuus tekee niistä olennaisia ​​solukalvojen komponentteja.

monet hormonit(esim. lisämunuaisen kuori, sukurauhaset) ovat lipidijohdannaisia. Siksi lipidit karakterisoidaan säätelytoiminto.

Lipidit. Rasvat. Hormonit. Lipidien tehtävät: energia, varastointi, suojaava, rakentava, säätelevä

Kysymyksiä

1. Mitä aineita ovat lipidit?

2. Mikä rakenne useimmilla lipideillä on?

3. Mitä toimintoja lipidillä on?

4. Mitkä solut ja kudokset sisältävät eniten lipidejä?

Tehtävät

Selitä kappaleen tekstin analysoinnin jälkeen, miksi monet eläimet keräävät enemmän rasvaa ennen talvea ja vaeltavat kalat ennen kutua. Anna esimerkkejä eläimistä ja kasveista, joissa tämä ilmiö on voimakkain. Onko ylimääräinen rasva aina hyväksi keholle? Keskustele tästä ongelmasta luokassa.

§ 7. Proteiinien koostumus ja rakenne

1. Mikä on proteiinien rooli kehossa?

2. Mitkä ruoat sisältävät runsaasti proteiineja?

Orgaanisten aineiden joukossa oravia, tai proteiinit, ovat lukuisimpia, monipuolisimpia ja ensiarvoisen tärkeitä biopolymeereja. Ne muodostavat 50–80 % solun kuivamassasta.

Proteiinimolekyylit ovat kooltaan suuria, minkä vuoksi niitä kutsutaan makromolekyylit. Proteiinit voivat sisältää hiilen, hapen, vedyn ja typen lisäksi rikkiä, fosforia ja rautaa. Proteiinit eroavat toisistaan ​​monomeerien lukumäärän (sadasta useisiin tuhansiin), koostumukseen ja sekvenssiin. Proteiinimonomeerit ovat aminohappoja (kuvio 8).

Vain 20 aminohapon eri yhdistelmillä syntyy ääretön valikoima proteiineja. Jokaisella aminohapolla on oma nimi, erityinen rakenne ja ominaisuudet. Niiden yleinen kaava voidaan esittää seuraavasti:

Aminohappomolekyyli koostuu kahdesta osasta, jotka ovat identtisiä kaikkien aminohappojen kanssa, joista toinen on emäksisiä ominaisuuksia omaava aminoryhmä (-NH 2) ja toinen karboksyyliryhmä (-COOH), jolla on happamia ominaisuuksia. Molekyylin osalla, jota kutsutaan radikaaliksi (R), on erilainen rakenne eri aminohappoille. Emäksisten ja happamien ryhmien läsnäolo yhdessä aminohappomolekyylissä määrittää niiden korkean reaktiivisuuden. Näiden ryhmien kautta aminohapot yhdistetään muodostaen proteiineja. Tässä tapauksessa vesimolekyyli ilmestyy ja vapautuneet elektronit muodostuvat peptidisidos. Siksi proteiineja kutsutaan polypeptidit.

Riisi. 8. Esimerkkejä aminohappojen rakenteesta - proteiinimolekyylien monomeerit

Proteiinimolekyyleillä voi olla erilaisia ​​avaruudellisia konfiguraatioita - proteiinin rakenne, ja niiden rakenteessa on neljä rakenteellisen organisaation tasoa (kuva 9).

Polypeptidiketjun aminohapposekvenssi on ensisijainen rakenne orava. Se on ainutlaatuinen kaikille proteiineille ja määrittää sen muodon, ominaisuudet ja toiminnot.

Useimmat proteiinit ovat spiraalin muotoisia polypeptidiketjun eri aminohappotähteiden CO- ja NH-ryhmien välisten vetysidosten muodostumisen seurauksena. Vetysidokset ovat heikkoja, mutta yhdessä ne muodostavat melko vahvan rakenteen. Tämä spiraali on toissijainen rakenne orava.

Tertiäärinen rakenne– polypeptidiketjun kolmiulotteinen spatiaalinen "pakkaus". Tuloksena on kummallinen, mutta erityinen konfiguraatio jokaiselle proteiinille - rae. Tertiäärisen rakenteen lujuuden takaavat erilaiset aminohapporadikaalien välille muodostuvat sidokset.

Riisi. 9. Proteiinimolekyylin rakenteen kaavio: I, II, III, IV – primaariset, sekundaariset, tertiaariset, kvaternaariset rakenteet

Kvaternaarirakenne ei ole tyypillistä kaikille proteiineille. Se syntyy useiden tertiäärisen rakenteen omaavien makromolekyylien yhdistämisen seurauksena monimutkaiseksi kompleksiksi. Esimerkiksi ihmisen veren hemoglobiini on neljän proteiinimakromolekyylin kompleksi (kuvio 10).

Tämä proteiinimolekyylien rakenteen monimutkaisuus liittyy näille biopolymeereille ominaisten toimintojen monimuotoisuuteen.

Proteiinin luonnollisen rakenteen rikkomista kutsutaan denaturaatio(Kuva 11). Se voi tapahtua lämpötilan, kemikaalien, säteilyenergian ja muiden tekijöiden vaikutuksesta. Heikosta vaikutuksesta vain kvaternäärinen rakenne hajoaa, voimakkaammalla vaikutuksella tertiäärinen ja sitten sekundaarinen, ja proteiini jää polypeptidiketjun muotoon.

Riisi. 10. Hemoglobiinimolekyylin rakenteen kaavio

Tämä prosessi on osittain palautuva: jos primäärirakenne ei tuhoudu, denaturoitunut proteiini pystyy palauttamaan rakenteensa. Tästä seuraa, että kaikki proteiinimakromolekyylin rakenteelliset piirteet määräytyvät sen primäärirakenteen perusteella.

Paitsi yksinkertaiset proteiinit, joka koostuu vain aminohapoista, on myös monimutkaiset proteiinit, jotka voivat sisältää hiilihydraatteja ( glykoproteiinit), rasvat ( lipoproteiinit), nukleiinihapot ( nukleoproteiinit) jne.

Proteiinien rooli solun elämässä on valtava. Nykyaikainen biologia on osoittanut, että organismien väliset yhtäläisyydet ja erot määräytyvät viime kädessä proteiinien perusteella. Mitä lähempänä toisiaan eliöt ovat systemaattisessa asemassa, sitä samankaltaisempia niiden proteiinit ovat.

Riisi. 11. Proteiinien denaturaatio

Proteiinit tai proteiinit. Yksinkertaiset ja monimutkaiset proteiinit. Aminohappoja. Polypeptidi. Proteiinien primaariset, sekundaariset, tertiaariset ja kvaternaariset rakenteet

Kysymyksiä

1. Mitä aineita kutsutaan proteiineiksi tai proteiineiksi?

2. Mikä on proteiinin primäärirakenne?

3. Miten sekundaariset, tertiaariset ja kvaternaariset proteiinirakenteet muodostuvat?

4. Mitä on proteiinien denaturaatio?

5. Millä perusteella proteiinit jaetaan yksinkertaisiin ja monimutkaisiin?

Tehtävät

Tiedät, että kananmunan valkuainen koostuu pääasiassa proteiineista. Mieti, mikä selittää keitetyn kananmunan proteiinirakenteen muutoksen. Anna muita esimerkkejä siitä, missä proteiinin rakenne voi muuttua.

§ 8. Proteiinien tehtävät

1. Mikä on hiilihydraattien tehtävä?

2. Mitä proteiinien tehtäviä tiedät?

Proteiinit suorittavat erittäin tärkeitä ja monipuolisia tehtäviä. Tämä on mahdollista suurelta osin itse proteiinien monimuotoisuuden ja koostumuksen vuoksi.

Yksi proteiinimolekyylien tärkeimmistä tehtävistä on rakentaminen (muovi). Proteiinit ovat osa kaikkia solukalvoja ja soluorganelleja. Verisuonten, ruston, jänteiden, hiusten ja kynsien seinämät koostuvat pääasiassa proteiineista.

Suuri merkitys katalyyttinen, tai entsymaattinen, proteiinitoiminto. Erityiset proteiinit - entsyymit pystyvät nopeuttamaan biokemiallisia reaktioita soluissa kymmeniä ja satoja miljoonia kertoja. Entsyymejä tunnetaan noin tuhat. Jokaista reaktiota katalysoi tietty entsyymi. Saat lisätietoja tästä alta.

Moottorin toiminta suorittaa erityisiä supistumisproteiineja. Niiden ansiosta värekarvot ja flagellat liikkuvat alkueläimissä, kromosomit liikkuvat solun jakautumisen aikana, lihakset supistuvat monisoluisissa organismeissa ja muun tyyppinen liike elävissä organismeissa paranee.

On tärkeää kuljetustoiminto proteiinit. Siten hemoglobiini kuljettaa happea keuhkoista muiden kudosten ja elinten soluihin. Lihaksissa hemoglobiinin lisäksi on toinen kaasunkuljetusproteiini - myoglobiini. Seerumin proteiinit edistävät lipidien ja rasvahappojen sekä erilaisten biologisesti aktiivisten aineiden siirtymistä. Solujen ulkokalvon kuljetusproteiinit kuljettavat erilaisia ​​aineita ympäristöstä sytoplasmaan.

Tietyt proteiinit toimivat suojaava toiminto. Ne suojaavat kehoa vieraiden proteiinien ja mikro-organismien tunkeutumiselta ja vaurioilta. Siten lymfosyyttien tuottamat vasta-aineet estävät vieraita proteiineja; fibriini ja trombiini suojaavat kehoa verenhukasta.

Sääntelytoiminto proteiinille ominaista - hormonit. Ne ylläpitävät pysyviä aineiden pitoisuuksia veressä ja soluissa, osallistuvat kasvuun, lisääntymiseen ja muihin elintärkeisiin prosesseihin. Esimerkiksi insuliini säätelee verensokeria.

Proteiineissa on myös signalointitoiminto. Solukalvo sisältää proteiineja, jotka voivat muuttaa tertiääristä rakennettaan vasteena ympäristötekijöille. Näin signaalit vastaanotetaan ulkoisesta ympäristöstä ja informaatio välitetään soluun.

Proteiinit voivat toimia energiatoiminto, joka on yksi solun energianlähteistä. Kun 1 g proteiinia hajoaa kokonaan lopputuotteiksi, vapautuu 17,6 kJ energiaa. Proteiineja käytetään kuitenkin erittäin harvoin energianlähteenä. Proteiinimolekyylien hajoamisen yhteydessä vapautuvia aminohappoja käytetään uusien proteiinien rakentamiseen.

Proteiinien toiminnot: rakentava, moottori, kuljetus, suojaava, säätelevä, signalointi, energia, katalyyttinen. Hormoni. Entsyymi

Kysymyksiä

1. Mikä selittää proteiinien toimintojen monimuotoisuuden?

2. Mitä proteiinien tehtäviä tiedät?

3. Mikä rooli hormoniproteiineilla on?

4. Mitä toimintoa entsyymiproteiinit suorittavat?

5. Miksi proteiineja käytetään harvoin energianlähteenä?

§ 9. Nukleiinihapot

1. Mikä on ytimen rooli solussa?

2. Mihin soluorganelleihin perinnöllisten ominaisuuksien siirtyminen liittyy?

3. Mitä aineita kutsutaan hapoiksi?

Nukleiinihapot(alkaen lat. ydin– ydin) löydettiin ensimmäisen kerran leukosyyttien ytimistä. Myöhemmin havaittiin, että nukleiinihappoja on kaikissa soluissa, ei vain ytimessä, vaan myös sytoplasmassa ja erilaisissa organelleissa.

Nukleiinihappoja on kahdenlaisia ​​- deoksiribonukleiini(lyhennettynä DNA) Ja ribonukleiini(lyhennettynä RNA). Nimien ero selittyy sillä, että DNA-molekyyli sisältää hiilihydraatin deoksiriboosi, ja RNA-molekyyli on riboosi.

Nukleiinihapot ovat biopolymeerejä, jotka koostuvat monomeereistä - nukleotidit. DNA:n ja RNA:n nukleotidimonomeerien rakenne on samanlainen.

Jokainen nukleotidi koostuu kolmesta komponentista, jotka on yhdistetty vahvoilla kemiallisilla sidoksilla. Tämä typpipitoinen emäs, hiilihydraatti(riboosi tai deoksiriboosi) ja fosforihappojäännös(Kuva 12).

Osa DNA-molekyylejä Typpipitoisia emäksiä on neljää tyyppiä: adeniini, guaniini, sytosiini tai tymiini. Ne määrittävät vastaavien nukleotidien nimet: adenyyli (A), guanyyli (G), sytidyyli (C) ja tymidyyli (T) (kuva 13).

Riisi. 12. Nukleotidien rakenteen kaavio - DNA (A) ja RNA (B) monomeerit

Jokainen DNA-juoste on polynukleotidi, joka koostuu useista kymmenistä tuhansista nukleotideista.

DNA-molekyylillä on monimutkainen rakenne. Se koostuu kahdesta kierteisesti kierretystä ketjusta, jotka on liitetty toisiinsa koko pituudeltaan vetysidoksilla. Tätä vain DNA-molekyyleille ominaista rakennetta kutsutaan kaksoiskierre.

Riisi. 13. DNA-nukleotidit

Riisi. 14. Nukleotidien komplementaarinen yhteys

Kun muodostuu DNA:n kaksoiskierre, yhden ketjun typpipitoiset emäkset järjestetään tiukasti määriteltyyn järjestykseen vastapäätä toisen ketjun typpipitoisia emäksiä. Tässä tapauksessa paljastuu tärkeä kuvio: toisen ketjun tymiini sijaitsee aina vastapäätä yhden ketjun adeniinia, sytosiini sijaitsee aina vastapäätä guaniinia ja päinvastoin. Tämä selittyy sillä, että nukleotidiparit adeniini ja tymiini sekä guaniini ja sytosiini vastaavat tiukasti toisiaan ja ovat toisiaan täydentäviä, tai täydentäviä(alkaen lat. täydentävä- lisäys) toisiaan. Ja itse mallia kutsutaan täydentävyyden periaate. Tässä tapauksessa adeniinin ja tymiinin välille syntyy aina kaksi vetysidosta ja guaniinin ja sytosiinin välille kolme (kuva 14).

Näin ollen missä tahansa organismissa adenyylinukleotidien lukumäärä on yhtä suuri kuin tymidyylinukleotidien lukumäärä ja guanyylinukleotidien lukumäärä on yhtä suuri kuin sytidyylinukleotidien lukumäärä. Kun tiedät yhden DNA-ketjun nukleotidisekvenssin, komplementaarisuuden periaatetta voidaan käyttää määrittämään nukleotidien järjestys toisessa ketjussa.

Neljän tyyppisen nukleotidin avulla DNA tallentaa kaikki kehosta tiedot, jotka siirtyvät seuraaville sukupolville. Toisin sanoen DNA on perinnöllisen tiedon kantaja.

DNA-molekyylejä löytyy pääasiassa solujen ytimistä, mutta pieniä määriä löytyy mitokondrioista ja plastideista.

RNA-molekyyli, toisin kuin DNA-molekyyli, on polymeeri, joka koostuu yhdestä ketjusta, jonka mitat ovat paljon pienempiä.

RNA-monomeerit ovat nukleotideja, jotka koostuvat riboosista, fosforihappotähteestä ja yhdestä neljästä typpipitoisesta emäksestä. Kolme typpipitoista emästä - adeniini, guaniini ja sytosiini - ovat samat kuin DNA:ssa, ja neljäs - urasiili.

RNA-polymeerin muodostuminen tapahtuu kovalenttisten sidosten kautta riboosin ja viereisten nukleotidien fosforihappotähteen välillä.

RNA:ta on kolmea tyyppiä, jotka eroavat rakenteeltaan, molekyylikoon, sijainnin solussa ja suoritettujen toimintojen osalta.

Ribosomaalinen RNA (rRNA) ovat osa ribosomeja ja osallistuvat niiden aktiivisten keskusten muodostumiseen, joissa proteiinien biosynteesiprosessi tapahtuu.

Siirrä RNA:ita (tRNA) - kooltaan pienin - kuljettaa aminohappoja proteiinisynteesikohtaan.

Tiedot, tai templaatti, RNA (mRNA) syntetisoituvat DNA-molekyylin yhden ketjun osassa ja välittävät tietoa proteiinin rakenteesta solun ytimestä ribosomeihin, joissa tämä tieto toteutetaan.

Siten erityyppiset RNA:t edustavat yhtä toiminnallista järjestelmää, jonka tarkoituksena on toteuttaa perinnöllistä tietoa proteiinisynteesin kautta.

RNA-molekyylejä löytyy solun ytimestä, sytoplasmasta, ribosomeista, mitokondrioista ja plastideista.

Nukleiinihappo. Deoksiribonukleiinihappo tai DNA. Ribonukleiinihappo tai RNA. Typpiemäkset: adeniini, guaniini, sytosiini, tymiini, urasiili, nukleotidi. Kaksoiskierre. Täydentävyys. Siirrä RNA (tRNA). Ribosomaalinen RNA (rRNA). Lähetti-RNA (mRNA)

Kysymyksiä

1. Mikä on nukleotidin rakenne?

2. Mikä on DNA-molekyylin rakenne?

3. Mikä on täydentävyyden periaate?

4. Mitä yhtäläisyyksiä ja eroja DNA- ja RNA-molekyylien rakenteessa on?

5. Minkä tyyppisiä RNA-molekyylejä tunnet? Mitkä ovat niiden tehtävät?

Tehtävät

1. Piirrä kappaleesi.

2. Tutkijat ovat havainneet, että DNA-ketjun fragmentilla on seuraava koostumus: C-G G A A A A T T C C. Täydennä toinen ketju käyttämällä komplementaarisuuden periaatetta.

3. Tutkimuksen aikana havaittiin, että tutkittavassa DNA-molekyylissä adeniinit muodostavat 26 % typpipitoisten emästen kokonaismäärästä. Laske muiden typpipitoisten emästen lukumäärä tässä molekyylissä.

Katso juuri!
Kozma Prutkov

Mitkä kemialliset alkuaineet muodostavat elävän solun? Mikä rooli sokereilla ja lipideillä on? Miten proteiinit rakentuvat ja miten niiden molekyylit saavat tietyn tilamuodon? Mitä entsyymit ovat ja miten ne tunnistavat substraattinsa? Mikä on RNA- ja DNA-molekyylien rakenne? Mitkä DNA-molekyylin ominaisuudet sallivat sen toimia geneettisen tiedon kantajana?

Oppitunti-luento

ELÄVIEN ASIOIDEN ELEMENTI- JA MOLEKUURIKOOSTUMUS. Aloitamme tutustumisemme eläviin järjestelmiin molekyyligeneettiseltä tasolta. Tämä on molekyylien taso, jotka muodostavat elävien organismien solujen rakenteellisen ja toiminnallisen perustan.

Retrovirus. Virukset osoittavat uskomattomia geometrisia muotoja!

Muistakaamme, että kaikista D.I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän tunnetuista alkuaineista löydettiin elävästä solusta noin 80. Lisäksi niiden joukossa ei ole ainuttakaan, joka puuttuisi elottomasta luonnosta. Tämä on yksi todiste elävän ja elottoman luonnon yhteisyydestä.

Yli 90 % solun massasta koostuu hiilestä, vedystä, typestä ja hapesta. Rikkiä, fosforia, kaliumia, natriumia, kalsiumia, magnesiumia, rautaa ja klooria löytyy solusta paljon pienempiä määriä. Kaikki muut alkuaineet (sinkki, kupari, jodi, fluori, koboltti, mangaani jne.) muodostavat yhteensä enintään 0,02 % solumassasta. Siksi niitä kutsutaan mikroelementeiksi. Mikroelementit ovat osa hormoneja, entsyymejä ja vitamiineja, eli yhdisteitä, joilla on korkea biologinen aktiivisuus.

Esimerkiksi jodin puute kehossa, joka on välttämätön kilpirauhashormonin - tyroksiinin - tuottamiseksi, johtaa tämän hormonin tuotannon vähenemiseen ja sen seurauksena vakavien sairauksien, mukaan lukien kretinismi, kehittymiseen.

Suurin osa solujen sisällöstä on vettä. Monet aineet tulevat soluun tai poistuvat sieltä vesiliuosten muodossa; useimmat solunsisäiset reaktiot tapahtuvat myös vesipitoisessa ympäristössä. Lisäksi vesi osallistuu suoraan useisiin kemiallisiin reaktioihin luovuttaen H + tai OH - ioneja syntyville yhdisteille. Suuren lämpökapasiteetin ansiosta vesi stabiloi lämpötilaa kennon sisällä, mikä tekee siitä vähemmän riippuvaisen solua ympäröivän ympäristön lämpötilan vaihteluista.

Veden lisäksi, joka muodostaa 70% solutilavuudesta, se sisältää myös orgaanisia aineita - hiiliyhdisteitä. Niiden joukossa on pieniä molekyylejä, jotka sisältävät jopa 30 hiiliatomia, ja makromolekyylejä. Ensimmäiset sisältävät yksinkertaiset sokerit (monosakkaridit), lipidit, aminohapot ja nukleotidit. Ne toimivat rakennekomponentteina makromolekyylien rakentamisessa, ja lisäksi niillä on merkittävä rooli elävän solun aineenvaihduntaprosesseissa ja energiassa.

Ja silti, elämän perusta molekyylitasolla on proteiinit ja nukleiinihapot, joista keskustelemme yksityiskohtaisemmin.

Aminohapot ja proteiinit. Oravilla on erityinen rooli elävässä luonnossa. Ne toimivat solun rakennusmateriaalina, ja melkein mikään soluissa tapahtuvista prosesseista ei voi tapahtua ilman heidän osallistumistaan.

Proteiinimolekyyli on aminohappoketju, ja linkkien lukumäärä tällaisessa ketjussa voi vaihdella kymmenistä useisiin tuhansiin. Vierekkäiset aminohapot on liitetty toisiinsa erityisellä kemiallisella sidoksella, jota kutsutaan peptidi. Tämä sidos muodostuu proteiinisynteesiprosessin aikana, kun yhden aminohapon karboksyyliryhmä sitoutuu toisen aminohapon viereiseen aminoryhmään (kuva 32).

Riisi. 32. Peptidisidos

Kaikki 20 aminohappotyyppiä osallistuvat proteiinien rakentamiseen. Niiden vuorottelujärjestys proteiiniketjussa on kuitenkin hyvin erilainen, mikä luo mahdollisuuden valtavalle määrälle yhdistelmiä ja siten useiden tyyppisten proteiinimolekyylien rakentamista. On huomattava, että vain kasvit pystyvät syntetisoimaan kaikki 20 aminohappoa, jotka ovat välttämättömiä proteiinien rakentamiseen. Eläimet saavat joukon aminohappoja, joita kutsutaan välttämättömiksi aminohapoiksi, syömällä kasveja.

Proteiinimolekyylin aminohapposekvenssiä kutsutaan nimellä ensisijainen rakenne orava (kuva 33). Siellä on myös toissijainen rakenne proteiini, joka ymmärretään aminohappoketjun yksittäisten fragmenttien avaruudellisen järjestyksen luonteena. Toissijaisessa rakenteessa proteiinimolekyylin osat ovat muotoiltuja kierteiksi tai laskostetuiksi kerroksiksi. Niiden muodostumisessa tärkeä rooli on eri aminohappojen peptidisidosten (-N-H...0=C-) hapen ja vedyn välille muodostuneilla vetysidoksilla.

Riisi. 33. Proteiinin rakenne

Alla tertiäärinen rakenne proteiini viittaa koko aminohappoketjun avaruudelliseen järjestykseen.

Tertiaarisella rakenteella on suora vaikutus proteiinimolekyylin muotoon, joka voi olla lankamainen tai pyöreä. Jälkimmäisessä tapauksessa molekyyli laskostuu siten, että sen hydrofobiset alueet ovat sisällä ja sen polaariset hydrofiiliset ryhmät ovat pinnalla. Tuloksena olevaa spatiaalista rakennetta kutsutaan ns rae.

Lopuksi jotkut proteiinit voivat sisältää useita palloja, joista jokainen muodostuu itsenäisestä aminohappoketjusta. Useiden pallosten yhdistäminen yhdeksi kompleksiksi on merkitty termillä kvaternäärinen rakenne orava. Esimerkiksi hemoglobiiniproteiinimolekyyli koostuu neljästä pallosta, jotka sisältävät ei-proteiiniosan - hemin.

Proteiinimolekyyli pystyy organisoitumaan itsestään monimutkaiseksi tilarakenteeksi, jonka konfiguraatio on spesifinen ja määräytyy aminohapposekvenssin eli proteiinin primäärirakenteen mukaan.

Itseorganisaatio on yksi proteiinien ainutlaatuisista ominaisuuksista, joka on monien niiden suorittamien toimintojen taustalla. Erityisesti entsyymien (biologisten katalyyttien) oma tunnistusmekanismi perustuu proteiinimolekyylin spatiaalisen rakenteen spesifisyyteen. substraatti, eli molekyyli, joka entsyymin kanssa vuorovaikutuksen jälkeen käy läpi tiettyjä kemiallisia muutoksia ja muuttuu tuote.

Entsyymit ovat proteiineja, joiden molekyylin tietty osa muodostaa aktiivisen keskuksen. Se sitoo tietylle entsyymille spesifisen substraatin ja muuntaa sen tuotteeksi. Tässä tapauksessa entsyymi pystyy erottamaan substraattinsa kullekin entsyymille ominaisen aktiivisen keskuksen erityisen spatiaalisen konfiguraation ansiosta. Voit kuvitella, että substraatti sopii entsyymiin kuin avain lukkoon.

Olet vakuuttunut siitä, että kaikki proteiinin ominaisuudet perustuvat sen primääriseen rakenteeseen - molekyylin aminohapposekvenssiin. Sitä voidaan verrata sanaan, joka on kirjoitettu 20 aminohapon kirjaimesta koostuvalla aakkosella. Ja jos on sanoja, voi olla salaus, jolla nämä sanat voidaan koodata. Miten? Nukleiinihappojen rakenteen tuntemus auttaa vastaamaan tähän kysymykseen.

NUKLEOTIDIT JA NUKLEEINIHAPOT. Nukleotidit koostuvat typpeä sisältävästä syklisestä yhdisteestä (typpiemäs), viiden hiilen sokerista ja fosforihappojäännöksestä. Niistä rakennetaan nukleiinihappomakromolekyylejä.

Molekyylien koostumus RNA(ribonukleiinihappo) sisältää nukleotideja, jotka on rakennettu sokeririboosin päälle ja sisältävät adeniinia (A), guaniinia (G), sytosiinia (C) ja urasiilia (U) typpipitoisina emäksinä. Nukleotidit, jotka muodostavat molekyylin DNA(deoksiribonukleiinihappo), sisältävät deoksiriboosia ja urasiilin sijaan tymiiniä (T).

Nukleotidien kytkeytyminen toisiinsa DNA (RNA) -molekyylissä tapahtuu johtuen yhden nukleotidin fosforitähteen kytkemisestä toisen deoksiriboosin (riboosin) kanssa (kuva 34).

Riisi. 34. DNA-molekyylin ketjukoostumus ja rakenne

DNA-molekyylien koostumusta koskevien tutkimusten aikana havaittiin, että kussakin niistä adeniinin typpipitoisten emästen lukumäärä (A) on yhtä suuri kuin tymiinin (T) lukumäärä ja guaniinin (G) määrä on yhtä suuri. sytosiinin (C) määrään. Tämä löytö toimi edellytyksenä sille, että J. Watson ja F. Crick loivat vuonna 1953 DNA-molekyylin mallin - kuuluisan kaksoiskierteen.

Tämän mallin mukaan DNA-molekyyli koostuu kahdesta ketjusta, jotka on laskostettu oikeakätiseksi spiraaliksi (kuva 35).

Riisi. 35. DNA-rakennemalli

Jokainen ketju sisältää nukleotidisekvenssin, joka vastaa tarkasti (komplementaarinen) toisen ketjun sekvenssiä. Tämä vastaavuus saavutetaan vetysidoksilla kahden toisiaan kohti suunnatun ketjun - A ja T tai G ja C - typpipitoisten emästen välillä.

Viestintä muiden typpipitoisten emäsparien välillä on mahdotonta, koska typpipitoisten emästen molekyylien tilarakenne on sellainen, että vain A ja T sekä G ja C voivat tulla riittävän lähelle toisiaan muodostamaan vetysidoksia keskenään.

DNA:n tärkein ominaisuus on sen itsensä monistumisen mahdollisuus - replikointi, joka suoritetaan entsyymien ryhmän osallistuessa (kuvio 36).

Riisi. 36. DNA:n replikaatiokaavio

Tietyillä alueilla, mukaan lukien kaksijuosteisen kierteisen DNA-molekyylin toisessa päässä, ketjujen väliset vetysidokset katkeavat. Ne erottuvat ja rentoutuvat.

Tämä prosessi valtaa vähitellen koko molekyylin. Kun emomolekyylin ketjut eroavat toisistaan, niihin rakennetaan tytärketjuja, kuten matriisiin, ympäristössä olevista nukleotideista. Uuden ketjun kokoaminen etenee tiukasti komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti: jokaista A:ta vastaan ​​on T, G:tä vastaan ​​C jne. Tuloksena saadaan kaksi uutta DNA-molekyyliä, joista jokaisessa on yksi ketju jäljellä alkuperäinen DNA-molekyyli, ja toinen on uusi. Tässä tapauksessa replikaation aikana muodostuneet kaksi DNA-molekyyliä ovat identtisiä alkuperäisen kanssa.

DNA-molekyylin kyky kopioida itseään on perusta perinnöllisen tiedon välittämiselle elävien organismien toimesta. DNA-molekyylin nukleotidiemästen sekvenssi toimii koodina, joka koodaa tietoa kehon toiminnan kannalta tarpeellisista proteiineista.

Toisin kuin DNA, RNA-molekyyli koostuu yhdestä polynukleotidiketjusta. On olemassa useita RNA-tyyppejä, jotka suorittavat erilaisia ​​​​toimintoja solussa. DNA-ketjun osan RNA-kopiota kutsutaan informaatioksi tai lähetti-RNA(mRNA) ja sillä on välittäjän rooli geneettisen tiedon siirtämisessä DNA:sta solurakenteisiin, jotka syntetisoivat proteiineja - ribosomeja. Lisäksi solu sisältää ribosomaalista RNA:ta(rRNA), joka yhdessä proteiinien kanssa muodostaa ribosomeja, siirtää RNA:ita(tRNA), joka kuljettaa aminohappoja proteiinisynteesikohtaan, ja jotkut muut.

DNA-molekyyli koostuu kahdesta komplementaarisesta nukleotidijuosteesta, jotka on kierretty spiraaliksi, joita pitävät yhdessä vetysidokset, jotka muodostavat A-T- ja G-C-emäspareja. DNA-ketjun nukleotidisekvenssi toimii koodina, joka koodaa geneettistä tietoa. Tämän tiedon salaus suoritetaan RNA-molekyylien osallistuessa. DNA:n kyky itsekopioida (replikoitua) tarjoaa mahdollisuuden siirtää geneettistä tietoa elävässä luonnossa.

• Miksi proteiineja kutsutaan elämän molekyyleiksi?
• Mikä on proteiinien tilarakenteiden rooli solun elämänprosesseissa?
• Mikä periaate on DNA:n replikaatioprosessien taustalla?