Amerikāņu zinātniekiem izdevās izveidot molekulu, kas varētu būt priekštecis mūsdienu molekulārajiem iedzimtās informācijas nesējiem dzīvā šūnā - nukleīnskābēm. To sauca par TNK, jo tajā ir četru ogļu cukura tetroze. Tiek pieņemts, ka evolūcijas procesā mums zināmā DNS un RNS nāca no tā.
Līdz šim zinātnieki, kas bija iesaistīti notikumu, kas notika uz Zemes pirms aptuveni četriem miljardiem gadu, rekonstrukcijā, nevar atbildēt uz vienu vienkāršu un tajā pašā laikā ļoti svarīgu jautājumu – kā radās dezoksiribonukleīnskābe jeb, vienkāršāk sakot, DNS?
Galu galā bez šīs molekulas pirmās dzīvās šūnas (vai to priekšteči) nevarēja uzglabāt informāciju par proteīnu struktūru, kas nepieciešama pašatvairošanai. Tas ir, bez DNS dzīvība vienkārši nespētu izplatīties pa mūsu planētu gan telpā, gan laikā.
Daudzi eksperimenti ir parādījuši, ka DNS pati nevar savākties neatkarīgi no tā, kādos apstākļos jūs ievietojat visas tās "rezerves daļas". Lai izveidotu šo molekulu, ir nepieciešama vairāku desmitu fermentu proteīnu aktivitāte. Un ja tā, tad evolucionistu prātojumos uzreiz rodas apburtais loks, piemēram, vistas un olas pārākuma problēma: no kurienes varētu rasties fermenti, ja pašas DNS nav? Galu galā informācija par to struktūru tiek ierakstīta precīzi šajā sarežģītajā molekulā.
Tiesa, nesen daži molekulārie biologi ir ierosinājuši izeju no šī strupceļa: viņi uzskata, ka iepriekš iedzimtā informācija tika glabāta “māsas” DNS, ribonukleīnskābē vai RNS. Nu, šī molekula noteiktos apstākļos spēj paškopēties, un to apstiprina daudzi eksperimenti (par to vairāk varat lasīt rakstā “Sākumā bija... ribonukleīnskābe”).
Šķiet, ka risinājums tika atrasts - pirmkārt, ribozīmi (tā sauktās RNS molekulas ar enzīmu aktivitāti) sevi kopēja un pa ceļam mutējot “ieguva” informāciju par jaunām noderīgām olbaltumvielām. Pēc kāda laika šī informācija uzkrājās tik daudz, ka RNS “saprata” vienu vienkāršu lietu - tagad tai vairs nav jādara diezgan sarežģīts paškopēšanas darbs. Un drīz nākamais mutāciju cikls RNS pārvērta par sarežģītāku, bet tajā pašā laikā stabilāku DNS, kas vairs nedarīja šādas “muļķības”.
Tomēr galīga atbilde uz jautājumu par to, kā parādījās nukleīnskābes, nav atrasta. Jo joprojām nebija skaidrs, kā parādījās pati pirmā RNS ar spēju sevi kopēt. Galu galā, pat tas, kā parādīja eksperimenti, nav spējīgs pats salikt - arī tā molekula ir ļoti sarežģīta.
Tomēr daži molekulārie biologi ierosināja, ka, iespējams, tajos tālajos laikos varēja būt cita nukleīnskābe, kuras uzbūve ir vienkāršāka nekā DNS un RNS. Un tā bija viņa, kas sākumā bija molekula, kas glabāja informāciju.
Tomēr ir diezgan grūti pārbaudīt šādu pieņēmumu, jo pašlaik nav citu informācijas "glabātāju" no šo skābju grupas, izņemot DNS un RNS. Tomēr mūsdienu bioķīmijas metodes ļauj atjaunot šādu savienojumu un pēc tam eksperimentāli pārbaudīt, vai tas ir piemērots “dzīvības galvenās molekulas” lomai vai nē.
Un nesen zinātnieki no Arizonas Universitātes (ASV) ierosināja, ka DNS un RNS kopīgais sencis varētu būt TNA jeb tetrosonukleīnskābe. Tas atšķiras no saviem pēcnācējiem ar to, ka šīs vielas “cukura-fosfāta tilts”, kas satur kopā slāpekļa bāzes (vai nukleotīdus), satur nevis pentozi - piecu oglekļa atomu cukuru, bet četru oglekļa tetrozi. Un šāda veida cukurs ir daudz vienkāršāks nekā DNS un RNS piecu oglekļa gredzeni. Un, pats galvenais, tos var samontēt pašas – no diviem identiskiem divu oglekļa gabaliem.
Amerikāņu bioķīmiķi mēģināja izveidot vairākas īsas tetrozes molekulas un šajā procesā noskaidroja, ka tam nav nepieciešams izmantot masīvu un sarežģītu fermentatīvo aparātu - noteiktos apstākļos skābe tika savākta piesātinātā šķīdumā no “rezerves daļām”, izmantojot tikai divi fermenti.
Tas ir, tas tiešām varēja parādīties pašā dzīvības veidošanās sākumā. Un līdz brīdim, kad pirmie dzīvie organismi spēja iegūt enzīmu aparātu, kas spēj sintezēt RNS un DNS, tieši TNC bija iedzimtās informācijas glabātājs.
Bet vai šī molekula principā varētu spēlēt tik svarīgu lomu? Tagad to nav iespējams tieši pārbaudīt, jo nav olbaltumvielu, kas spēj nolasīt informāciju no TNC. Tomēr Arizonas molekulārie biologi nolēma izvēlēties citu ceļu. Viņi veica interesantu eksperimentu - viņi mēģināja savienot DNS un TNC pavedienus savā starpā. Rezultātā radās hibrīda molekula – DNS ķēdes vidū atradās 70 nukleotīdu garš TNS fragments. Interesanti, ka šī molekula spēja replikēties, tas ir, paškopēt. Un šī īpašība ir vissvarīgākā jebkuram molekulārās informācijas nesējam.
Turklāt zinātnieki ir pierādījuši, ka TNA molekula var viegli apvienoties ar proteīnu un attiecīgi iegūt fermentatīvas īpašības. Pētnieki veica virkni eksperimentu, kas pierādīja, ka TNC spēj radīt struktūru, kas specifiski saistās ar proteīna trombīnu: uz DNS ķēdes izveidojās TNC ķēde, bet pēc DNS aiziešanas tā nezaudēja savas struktūras iezīmes un turpināja. lai īpaši noturētu proteīnu.
TNK fragments bija 70 nukleotīdu garš, kas ir pietiekami, lai izveidotu unikālas "sēdvietas" fermentu proteīniem. Tas ir, kaut ko līdzīgu ribozīmam varētu iegūt arī no TNC (atgādināšu, ka tas sastāv no RNS, kas saistīta ar proteīnu).
Tātad eksperimenti ir parādījuši, ka TNK varētu būt DNS un RNS priekštecis. Pēdējais varēja veidoties nedaudz agrāk vairāku mutāciju rezultātā, kuru rezultātā tetroze tika aizstāta ar pentozi. Un tad ar dabiskās atlases palīdzību izrādījās, ka ribonukleīnskābe ir stabilāka un stabilāka nekā tās tetrozes priekštece (tetrozes patiešām ir ļoti nestabilas pret vairākām ķīmiskām ietekmēm). Un tādējādi pēcnācējs konkurētspējīgi izspieda savu priekšteci no molekulārās informācijas nesēja nišas.
Rodas jautājums: vai TNC varēja būt kāds sencis, kas saturēja vienkāršāku cukuru nekā tetroze? Visticamāk, nē, un lūk, kāpēc. Tikai sākot ar četriem oglekļa atomiem, cukuri var veidot cikliskas struktūras; trīs oglekļa ogļhidrāti to nespēj. Nu, bez tā nukleīnskābe neveidojas - tikai cikliskās cukura molekulas spēj noturēt visas pārējās šīs vielas sastāvdaļas. Tāpēc šķiet, ka TNK patiešām bija pirmais.
Jāpiebilst, ka darba autori nemaz neapgalvo, ka “tieši tā tas notika”. Stingri sakot, tie tikai pierādīja ribonukleīnskābju senču formas, piemēram, TNA (kas, starp citu, mūsdienu pasaulē dabiskajā vidē, nav). Atklājuma vērtība slēpjas tajā, ka tika parādīts viens no iespējamajiem iedzimtās informācijas molekulāro nesēju evolūcijas ceļiem. Nu, un, visbeidzot, vecais strīds par to, kas bija pirmais - nukleīnskābi vai proteīnu, ir atrisināts...
1. jautājums. Kādus procesus zinātnieki pēta molekulārā līmenī?
Molekulārā līmenī tiek pētīti svarīgākie organisma dzīves procesi: tā augšana un attīstība, vielmaiņa un enerģijas pārvēršana, iedzimtas informācijas uzglabāšana un pārraide, mainīgums.
2. jautājums. Kādi elementi dominē dzīvo organismu sastāvā?
Dzīvs organisms satur vairāk nekā 70-80 ķīmisko elementu, bet dominē ogleklis, skābeklis, ūdeņradis un slāpeklis.
3. jautājums. Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas tiek uzskatītas par biopolimēriem tikai šūnā?
Olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas ir polimēri, jo tie sastāv no atkārtotiem monomēriem. Bet tikai dzīvā sistēmā (šūnā, organismā) šīs vielas izpauž savu bioloģisko būtību, kurām piemīt vairākas specifiskas īpašības un tās veic daudzas svarīgas funkcijas. Tāpēc dzīvās sistēmās šādas vielas sauc par biopolimēriem. Ārpus dzīvās sistēmas šīs vielas zaudē savas bioloģiskās īpašības un nav biopolimēri.
4. jautājums. Ko nozīmē biopolimēru molekulu universālums?
Biopolimēru īpašības ir atkarīgas no to sastāvā esošo monomēru skaita, sastāva un izkārtojuma secības. Iespēja mainīt monomēru sastāvu un secību polimēra struktūrā ļauj pastāvēt ļoti daudzveidīgām biopolimēru iespējām neatkarīgi no organisma sugas. Visos dzīvajos organismos biopolimēri tiek veidoti pēc vienota plāna.
1.1. Molekulārais līmenis: vispārīgās īpašības
4,4 (87,5%) 8 balsisMeklēts šajā lapā:
- kādus procesus zinātnieki pēta molekulārā līmenī?
- ko nozīmē biopolimēru molekulu universālums
- kādi elementi dominē dzīvos organismos
- kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas tiek uzskatītas par biopolimēriem tikai šūnā
- kāpēc molekulas olbaltumvielas nukleīnskābes ogļhidrāti un lipīdi
Kādi elementi dominē dzīvos organismos?
Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas tiek uzskatītas par biopolimēriem tikai šūnā?
Ko nozīmē vārds biopolimēru molekulu universālums?
a) aminoskābju maiņas secība
b) aminoskābju skaits molekulā
c) terciārās struktūras forma
d) visas norādītās pazīmes
3. Kādā gadījumā pareizi norādīts DNS nukleotīda sastāvs?
a) riboze, fosforskābes atlikums, timīns
b) fosforskābe, uracils, dezoksiriboze
c) fosforskābes atlikums, dezoksiriboze, adenīns
d) fosforskābe, riboze, guanīns
4. Nukleīnskābju monomēri ir:
a) slāpekļa bāzes
b) riboze vai dezoksiriboze
c) dezoksiribozes un fosfātu grupas
d) nukleotīdi
5. Aminoskābes proteīna molekulā ir savienotas, izmantojot:
a) jonu saite
b) peptīdu saite
c) ūdeņraža saite
d) kovalentā saite
6. Kāda ir pārneses RNS funkcija?
a) pārnes aminoskābes uz ribosomām
b) pārsūta informāciju no DNS
c) veido ribosomas
d) visas uzskaitītās funkcijas
7. Fermenti ir biokatalizatori, kas sastāv no:
a) olbaltumvielas b) nukleotīdi c) lipīdi c) tauki
8. Polisaharīdi ietver:
a) ciete, riboze
b) glikogēns, glikoze
c) celuloze, ciete
d) ciete, saharoze
9. Ogleklis kā elements ir iekļauts:
a) olbaltumvielas un ogļhidrāti
b) ogļhidrāti un lipīdi
c) ogļhidrāti un nukleīnskābes
d) visi šūnas organiskie savienojumi
10. Šūna satur DNS:
a) kodolā un mitohondrijās
b) kodolā, citoplazmā un dažādās organellās
c) kodolā, mitohondrijās un citoplazmā
d) kodolā, mitohondrijās, hloroplastos
KAS IR NULEĪNSKĀBJU MONOMETRS? IESPĒJAS (AMINOKĀBES, NUKLOTĪDS, OLBALTUMA MOLEKULA?) KAS IR IEKĻAUTSNUKLEOTĪDU SASTĀVS
IESPĒJAS: (AMINOKĀBES, SLĀPEKĻA BĀZE, FOSFORSKĀBES ATLIKUMS, ogļhidrāti?)
Lūdzu palīdzi man!1. Zinātni, kas pēta šūnas, sauc:
A) ģenētika;
B) Atlase;
B) ekoloģija;
B) Citoloģija.
2. Šūnas organiskās vielas:
A) Ūdens, minerālvielas, tauki;
B) Ogļhidrāti, lipīdi, olbaltumvielas, nukleīnskābes;
C) Ogļhidrāti, minerālvielas, tauki;
D) Ūdens, minerālvielas, olbaltumvielas.
3. No visām organiskajām vielām šūnas lielāko daļu veido:
A) olbaltumvielas.
B) Ogļhidrāti
B) tauki
D) Ūdens.
4. Aizstājiet iezīmētos vārdus ar vienu vārdu:
A) Mazas organisko vielu molekulas šūnā veido sarežģītas molekulas.
B) Šūnas pastāvīgās strukturālās sastāvdaļas veic šūnai dzīvībai svarīgas funkcijas.
C) Augsti sakārtotā, daļēji šķidrā šūnas iekšējā vide nodrošina visu šūnu struktūru ķīmisko mijiedarbību.
D) Galvenais fotosintētiskais pigments piešķir hloroplastiem zaļo krāsu.
5. Ķīmisko savienojumu uzkrāšana un iepakošana nūjā tiek veikta:
A) mitohondriji;
B) Ribosomas;
B) Lizosomas;
D) Golgi komplekss.
6. Intracelulārās gremošanas funkcijas veic:
A) mitohondriji;
B) Ribosomas;
B) Lizosomas;
D) Golgi komplekss.
7. Tiek veikta polimēra proteīna molekulas “montāža”:
A) mitohondriji;
B) Ribosomas;
B) Lizosomas;
D) Golgi komplekss.
8. Ķīmisko reakciju kopumu, kuru rezultātā sadalās organiskās vielas un izdalās enerģija, sauc:
A) katabolisms;
B) anabolisms;
B) Metabolisms;
D) asimilācija
9. Ģenētiskās informācijas “kopēšanu” no DNS molekulas, izveidojot mRNS, sauc:
A) apraide;
B) transkripcija;
B) Biosintēze;
D) Glikolīze.
10. Organisko vielu veidošanās procesu gaismā hloroplastos, izmantojot ūdeni un oglekļa dioksīdu sauc:
A) Fotosintēze;
B) transkripcija;
B) Biosintēze;
D) Glikolīze.
11. Organisko vielu enzīmu un bezskābekļa sadalīšanās procesu sauc:
A) Fotosintēze;
B) transkripcija;
B) Biosintēze;
D) Glikolīze.
12. Nosauc galvenos šūnu teorijas nosacījumus.
Pašreizējā lapa: 2 (grāmatā kopā ir 16 lappuses) [pieejams lasīšanas fragments: 11 lapas]
Bioloģija– dzīvības zinātne ir viena no vecākajām zinātnēm. Cilvēks ir uzkrājis zināšanas par dzīviem organismiem tūkstošiem gadu. Zināšanām uzkrājoties, bioloģija diferencējās neatkarīgās zinātnēs (botānika, zooloģija, mikrobioloģija, ģenētika utt.). Arvien vairāk pieaug robeždisciplīnu nozīme, kas saista bioloģiju ar citām zinātnēm - fiziku, ķīmiju, matemātiku u.c.. Integrācijas rezultātā radās biofizika, bioķīmija, kosmosa bioloģija u.c.
Šobrīd bioloģija ir sarežģīta zinātne, kas veidojas dažādu disciplīnu diferenciācijas un integrācijas rezultātā.
Bioloģijā tiek izmantotas dažādas pētniecības metodes: novērošana, eksperiments, salīdzināšana u.c.
Bioloģija pēta dzīvos organismus. Tās ir atvērtas bioloģiskas sistēmas, kas saņem enerģiju un barības vielas no vides. Dzīvie organismi reaģē uz ārējām ietekmēm, satur visu attīstībai un pavairošanai nepieciešamo informāciju un ir pielāgoti konkrētam biotopam.
Visām dzīvajām sistēmām, neatkarīgi no organizācijas līmeņa, ir kopīgas iezīmes, un pašas sistēmas atrodas nepārtrauktā mijiedarbībā. Zinātnieki izšķir šādus dzīvās dabas organizācijas līmeņus: molekulārā, šūnu, organisma, populācijas sugas, ekosistēmas un biosfēras.
1. nodaļa. Molekulārais līmenis
Molekulāro līmeni var saukt par sākotnējo, dziļāko dzīvo būtņu organizācijas līmeni. Katrs dzīvs organisms sastāv no organisko vielu molekulām – olbaltumvielām, nukleīnskābēm, ogļhidrātiem, taukiem (lipīdiem), ko sauc par bioloģiskajām molekulām. Biologi pēta šo būtisko bioloģisko savienojumu lomu organismu augšanā un attīstībā, iedzimtas informācijas uzglabāšanā un pārraidē, vielmaiņu un enerģijas pārveidi dzīvās šūnās un citos procesos.
Šajā nodaļā jūs uzzināsit
Kas ir biopolimēri;
Kāda ir biomolekulu struktūra?
Kādas funkcijas veic biomolekulas?
Kas ir vīrusi un kādas ir to īpašības?
§ 4. Molekulārais līmenis: vispārīgie raksturlielumi
1. Kas ir ķīmiskais elements?
2. Ko sauc par atomu un molekulu?
3. Kādas organiskās vielas jūs zināt?
Jebkura dzīvā sistēma, lai cik sarežģīti tā būtu organizēta, izpaužas bioloģisko makromolekulu funkcionēšanas līmenī.
Pētot dzīvos organismus, jūs uzzinājāt, ka tie sastāv no tiem pašiem ķīmiskajiem elementiem kā nedzīvie. Pašlaik ir zināmi vairāk nekā 100 elementi, lielākā daļa no tiem ir atrodami dzīvos organismos. Dzīvajā dabā visizplatītākie elementi ir ogleklis, skābeklis, ūdeņradis un slāpeklis. Tieši šie elementi veido molekulas (savienojumus) tā saukto organiskās vielas.
Visu organisko savienojumu pamatā ir ogleklis. Tas var mijiedarboties ar daudziem atomiem un to grupām, veidojot ķēdes, kas atšķiras pēc ķīmiskā sastāva, struktūras, garuma un formas. Molekulas veidojas no atomu grupām, un no pēdējām - sarežģītākas molekulas, kas atšķiras pēc struktūras un funkcijas. Šos organiskos savienojumus, kas veido dzīvo organismu šūnas, sauc bioloģiskie polimēri vai biopolimēri.
Polimērs(no grieķu val politikas- daudzi) - ķēde, kas sastāv no daudzām saitēm - monomēri, no kuriem katrs ir salīdzinoši vienkāršs. Polimēra molekula var sastāvēt no daudziem tūkstošiem savstarpēji savienotu monomēru, kas var būt vienādi vai atšķirīgi (4. att.).
Rīsi. 4. Monomēru un polimēru uzbūves shēma
Biopolimēru īpašības ir atkarīgas no to molekulu struktūras: no polimēru veidojošo monomēru vienību skaita un daudzveidības. Visi no tiem ir universāli, jo tie ir veidoti saskaņā ar vienu un to pašu plānu visiem dzīviem organismiem neatkarīgi no sugas.
Katram biopolimēra veidam ir raksturīga noteikta struktūra un funkcija. Jā, molekulas olbaltumvielas Tie ir galvenie šūnu struktūras elementi un regulē tajās notiekošos procesus. Nukleīnskābes piedalīties ģenētiskās (iedzimtās) informācijas pārnesē no šūnas uz šūnu, no organisma uz organismu. Ogļhidrāti Un tauki Tie ir vissvarīgākie enerģijas avoti, kas nepieciešami organismu dzīvībai.
Tieši molekulārā līmenī notiek visu veidu enerģijas un vielmaiņas transformācija šūnā. Arī šo procesu mehānismi ir universāli visiem dzīvajiem organismiem.
Tajā pašā laikā izrādījās, ka biopolimēru daudzveidīgās īpašības, kas veido visus organismus, ir saistītas tikai ar dažu veidu monomēru dažādām kombinācijām, veidojot daudzus garu polimēru ķēžu variantus. Šis princips ir mūsu planētas dzīves daudzveidības pamatā.
Biopolimēru specifiskās īpašības parādās tikai dzīvā šūnā. Kad biopolimēra molekulas ir izolētas no šūnām, tās zaudē savu bioloģisko būtību, un tās raksturo tikai tās savienojumu klases fizikāli ķīmiskās īpašības, kurai tās pieder.
Tikai pētot molekulāro līmeni, var saprast, kā norisinājās dzīvības rašanās un evolūcijas procesi uz mūsu planētas, kādi ir iedzimtības un vielmaiņas procesu molekulārie pamati dzīvā organismā.
Nepārtrauktību starp molekulāro līmeni un nākamo šūnu līmeni nodrošina tas, ka bioloģiskās molekulas ir materiāls, no kura veidojas supramolekulāras – šūnu – struktūras.
Organiskās vielas: olbaltumvielas, nukleīnskābes, ogļhidrāti, tauki (lipīdi). Biopolimēri. Monomēri
Jautājumi
1. Kādus procesus zinātnieki pēta molekulārā līmenī?
2. Kādi elementi dominē dzīvo organismu sastāvā?
3. Kāpēc olbaltumvielu, nukleīnskābju, ogļhidrātu un lipīdu molekulas tiek uzskatītas par biopolimēriem tikai šūnā?
4. Ko nozīmē biopolimēru molekulu universālums?
5. Kā tiek panākta dzīvos organismus veidojošo biopolimēru īpašību daudzveidība?
Uzdevumi
Kādus bioloģiskos modeļus var formulēt, pamatojoties uz rindkopas teksta analīzi? Pārrunājiet tos ar klases dalībniekiem.
§ 5. Ogļhidrāti
1. Kādas vielas, kas saistītas ar ogļhidrātiem, jūs zināt?
2. Kādu lomu dzīvā organismā spēlē ogļhidrāti?
3. Kāda procesa rezultātā zaļo augu šūnās veidojas ogļhidrāti?
Ogļhidrāti, vai saharīdi, ir viena no galvenajām organisko savienojumu grupām. Tie ir daļa no visu dzīvo organismu šūnām.
Ogļhidrāti sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa. Viņi saņēma nosaukumu "ogļhidrāti", jo lielākajai daļai no tiem molekulā ir tāda pati ūdeņraža un skābekļa attiecība kā ūdens molekulā. Ogļhidrātu vispārējā formula ir C n (H 2 0) m.
Visi ogļhidrāti ir sadalīti vienkāršajos, vai monosaharīdi, un komplekss, vai polisaharīdi(5. att.). No monosaharīdiem dzīvajiem organismiem vissvarīgākie ir riboze, dezoksiriboze, glikoze, fruktoze, galaktoze.
Rīsi. 5. Vienkāršo un salikto ogļhidrātu molekulu uzbūve
Di- Un polisaharīdi veidojas, apvienojot divas vai vairākas monosaharīdu molekulas. Tātad, saharoze(niedru cukurs), maltoze(iesala cukurs), laktoze(piena cukurs) - disaharīdi, kas veidojas divu monosaharīdu molekulu saplūšanas rezultātā. Disaharīdi pēc īpašībām ir līdzīgi monosaharīdiem. Piemēram, abi horony šķīst ūdenī un tiem ir salda garša.
Polisaharīdi sastāv no liela skaita monosaharīdu. Tie ietver ciete, glikogēns, celuloze, hitīns utt. (6. att.). Palielinoties monomēru skaitam, samazinās polisaharīdu šķīdība un pazūd saldā garša.
Ogļhidrātu galvenā funkcija ir enerģiju. Ogļhidrātu molekulu sadalīšanās un oksidēšanās laikā izdalās enerģija (sadaloties 1 g ogļhidrātu - 17,6 kJ), kas nodrošina organisma dzīvībai svarīgās funkcijas. Ja ir ogļhidrātu pārpalikums, tie uzkrājas šūnā kā rezerves vielas (ciete, glikogēns) un, ja nepieciešams, organisms tos izmanto kā enerģijas avotu. Pastiprinātu ogļhidrātu sadalīšanos šūnās var novērot, piemēram, sēklu dīgšanas, intensīva muskuļu darba, ilgstošas badošanās laikā.
Ogļhidrātus izmanto arī kā celtniecības materiāls. Tādējādi celuloze ir svarīga daudzu vienšūnu organismu, sēņu un augu šūnu sieniņu strukturālā sastāvdaļa. Pateicoties tās īpašajai struktūrai, celuloze nešķīst ūdenī un tai ir augsta izturība. Augu šūnu sieniņās vidēji 20-40% materiāla ir celuloze, un kokvilnas šķiedras ir gandrīz tīra celuloze, tāpēc tās izmanto tekstilizstrādājumu ražošanā.
Rīsi. 6. Polisaharīdu uzbūves shēma
Hitīns ir daļa no dažu vienšūņu un sēnīšu šūnu sienām; tas ir atrodams arī noteiktās dzīvnieku grupās, piemēram, posmkājiem, kā svarīga to eksoskeleta sastāvdaļa.
Ir zināmi arī kompleksie polisaharīdi, kas sastāv no divu veidu vienkāršiem cukuriem, kas regulāri mijas garās ķēdēs. Šādi polisaharīdi veic strukturālas funkcijas dzīvnieku atbalsta audos. Tie ir daļa no ādas, cīpslu un skrimšļu starpšūnu vielas, piešķirot tiem spēku un elastību.
Daži polisaharīdi ir daļa no šūnu membrānām un kalpo kā receptori, ļaujot šūnām atpazīt viena otru un mijiedarboties.
Ogļhidrāti vai saharīdi. Monosaharīdi. Disaharīdi. Polisaharīdi. Ribose. Dezoksiriboze. Glikoze. Fruktoze. Galaktoze. Saharoze. Maltoze. Laktoze. Ciete. Glikogēns. Chitin
Jautājumi
1. Kāds sastāvs un struktūra ir ogļhidrātu molekulām?
2. Kādus ogļhidrātus sauc par mono-, di- un polisaharīdiem?
3. Kādas funkcijas dzīvajos organismos veic ogļhidrāti?
Uzdevumi
Analizējiet 6. attēlu “Polisaharīdu struktūras diagramma” un rindkopas tekstu. Kādus pieņēmumus jūs varat izdarīt, salīdzinot molekulu struktūras īpatnības un funkcijas, ko dzīvā organismā veic ciete, glikogēns un celuloze? Pārrunājiet šo jautājumu ar saviem klasesbiedriem.
§ 6. Lipīdi
1. Kādas taukiem līdzīgas vielas jūs zināt?
2. Kādi pārtikas produkti ir bagāti ar taukiem?
3. Kāda ir tauku loma organismā?
Lipīdi(no grieķu val lipos- tauki) ir liela taukiem līdzīgu vielu grupa, kas nešķīst ūdenī. Lielākā daļa lipīdu sastāv no taukskābēm ar augstu molekulmasu un trīsvērtīgā spirta glicerīnu (7. att.).
Lipīdi atrodas visās šūnās bez izņēmuma, veicot noteiktas bioloģiskas funkcijas.
Tauki- vienkāršākie un izplatītākie lipīdi - spēlē nozīmīgu lomu kā enerģijas avots. Oksidējoties, tie nodrošina vairāk nekā divas reizes vairāk enerģijas nekā ogļhidrāti (38,9 kJ, sadalot 1 g tauku).
Rīsi. 7. Triglicerīdu molekulas uzbūve
Tauki ir galvenā forma lipīdu uzglabāšana būrī. Mugurkaulniekiem aptuveni puse enerģijas, ko patērē šūnas miera stāvoklī, nāk no tauku oksidēšanās. Taukus var izmantot arī kā ūdens avotu (1 g tauku oksidēšanās rada vairāk nekā 1 g ūdens). Tas ir īpaši vērtīgi arktiskiem un tuksneša dzīvniekiem, kas dzīvo brīvā ūdens trūkuma apstākļos.
Zemās siltumvadītspējas dēļ lipīdi darbojas aizsardzības funkcijas, t.i., tie kalpo organismu siltumizolācijai. Piemēram, daudziem mugurkaulniekiem ir skaidri izteikts zemādas tauku slānis, kas ļauj tiem dzīvot aukstā klimatā, un vaļveidīgajiem tam ir arī cita loma - tas veicina peldspēju.
Lipīdi veic un būvniecības funkcija, jo to nešķīstība ūdenī padara tos par būtiskām šūnu membrānu sastāvdaļām.
Daudzi hormoni(piemēram, virsnieru garoza, dzimumdziedzeri) ir lipīdu atvasinājumi. Tāpēc tiek raksturoti lipīdi regulējošā funkcija.
Lipīdi. Tauki. Hormoni. Lipīdu funkcijas: enerģētiskā, uzglabāšanas, aizsargājošā, uzbūves, regulējošā
Jautājumi
1. Kādas vielas ir lipīdi?
2. Kāda struktūra ir lielākajai daļai lipīdu?
3. Kādas funkcijas veic lipīdi?
4. Kuras šūnas un audi ir lipīdiem bagātākie?
Uzdevumi
Pēc rindkopas teksta analīzes paskaidrojiet, kāpēc daudzi dzīvnieki pirms ziemas un migrējošās zivis pirms nārsta mēdz uzkrāt vairāk tauku. Sniedziet dzīvnieku un augu piemērus, kuros šī parādība ir visizteiktākā. Vai liekie tauki vienmēr ir noderīgi ķermenim? Pārrunājiet šo problēmu klasē.
§ 7. Olbaltumvielu sastāvs un struktūra
1. Kāda ir olbaltumvielu loma organismā?
2. Kādi pārtikas produkti ir bagāti ar olbaltumvielām?
Starp organiskajām vielām vāveres, vai olbaltumvielas, ir daudzskaitlīgākie, daudzveidīgākie un vissvarīgākie biopolimēri. Tie veido 50–80% no šūnas sausās masas.
Olbaltumvielu molekulas ir liela izmēra, tāpēc tās sauc makromolekulas. Papildus ogleklim, skābeklim, ūdeņradim un slāpeklim proteīni var saturēt sēru, fosforu un dzelzi. Olbaltumvielas savā starpā atšķiras pēc monomēru skaita (no simts līdz vairākiem tūkstošiem), sastāva un monomēru secības. Olbaltumvielu monomēri ir aminoskābes (8. att.).
Bezgalīgs olbaltumvielu daudzveidība tiek radīta, izmantojot dažādas tikai 20 aminoskābju kombinācijas. Katrai aminoskābei ir savs nosaukums, īpaša struktūra un īpašības. To vispārīgo formulu var attēlot šādi:
Aminoskābes molekula sastāv no divām daļām, kas ir identiskas visām aminoskābēm, no kurām viena ir aminogrupa (-NH 2) ar bāziskām īpašībām, otra ir karboksilgrupa (-COOH) ar skābām īpašībām. Molekulas daļai, ko sauc par radikāli (R), ir atšķirīga struktūra dažādām aminoskābēm. Bāzisko un skābo grupu klātbūtne vienā aminoskābes molekulā nosaka to augsto reaktivitāti. Caur šīm grupām aminoskābes tiek apvienotas, veidojot olbaltumvielas. Šajā gadījumā parādās ūdens molekula, un veidojas atbrīvotie elektroni peptīdu saite. Tāpēc proteīnus sauc polipeptīdi.
Rīsi. 8. Aminoskābju uzbūves piemēri - olbaltumvielu molekulu monomēri
Olbaltumvielu molekulām var būt dažādas telpiskās konfigurācijas - olbaltumvielu struktūra, un to struktūrā ir četri strukturālās organizācijas līmeņi (9. att.).
Aminoskābju secība polipeptīdu ķēdē ir primārā struktūra vāvere. Tas ir unikāls jebkuram proteīnam un nosaka tā formu, īpašības un funkcijas.
Lielākajai daļai olbaltumvielu ir spirālveida forma, jo veidojas ūdeņraža saites starp dažādu polipeptīdu ķēdes aminoskābju atlikumu CO un NH grupām. Ūdeņraža saites ir vājas, bet kopā tās nodrošina diezgan spēcīgu struktūru. Šī spirāle ir sekundārā struktūra vāvere.
Terciārā struktūra– polipeptīdu ķēdes trīsdimensiju telpiskais “iepakojums”. Rezultāts ir dīvaina, bet specifiska katra proteīna konfigurācija - globule. Terciārās struktūras izturību nodrošina dažādas saites, kas rodas starp aminoskābju radikāļiem.
Rīsi. 9. Olbaltumvielu molekulas uzbūves shēma: I, II, III, IV – primārās, sekundārās, terciārās, kvartārās struktūras
Kvartāra struktūra nav raksturīga visiem proteīniem. Tas rodas vairāku makromolekulu ar terciāro struktūru apvienošanas rezultātā kompleksā kompleksā. Piemēram, cilvēka asins hemoglobīns ir četru olbaltumvielu makromolekulu komplekss (10. att.).
Šī olbaltumvielu molekulu struktūras sarežģītība ir saistīta ar šiem biopolimēriem raksturīgo funkciju daudzveidību.
Tiek saukts proteīna dabiskās struktūras pārkāpums denaturācija(11. att.). Tas var rasties temperatūras, ķīmisko vielu, starojuma enerģijas un citu faktoru ietekmē. Ar vāju triecienu sadalās tikai kvartārā struktūra, ar spēcīgāku ietekmi terciārā un pēc tam sekundārā, un proteīns paliek polipeptīdu ķēdes formā.
Rīsi. 10. Hemoglobīna molekulas uzbūves shēma
Šis process ir daļēji atgriezenisks: ja primārā struktūra netiek iznīcināta, tad denaturētais proteīns spēj atjaunot savu struktūru. No tā izriet, ka visas proteīna makromolekulas struktūras iezīmes nosaka tās primārā struktūra.
Izņemot vienkāršie proteīni, kas sastāv tikai no aminoskābēm, ir arī kompleksi proteīni, kas var ietvert ogļhidrātus ( glikoproteīni), tauki ( lipoproteīni), nukleīnskābes ( nukleoproteīni) un utt.
Olbaltumvielu loma šūnas dzīvē ir milzīga. Mūsdienu bioloģija ir parādījusi, ka organismu līdzības un atšķirības galu galā nosaka olbaltumvielu kopums. Jo tuvāk organismi atrodas viens otram sistemātiskā stāvoklī, jo līdzīgāki ir to proteīni.
Rīsi. 11. Olbaltumvielu denaturācija
Olbaltumvielas vai olbaltumvielas. Vienkārši un sarežģīti proteīni. Aminoskābes. Polipeptīds. Olbaltumvielu primārās, sekundārās, terciārās un kvartārās struktūras
Jautājumi
1. Kādas vielas sauc par proteīniem vai proteīniem?
2. Kāda ir proteīna primārā struktūra?
3. Kā veidojas sekundārās, terciārās un kvartārās olbaltumvielu struktūras?
4. Kas ir olbaltumvielu denaturācija?
5. Uz kāda pamata olbaltumvielas iedala vienkāršajos un kompleksajos?
Uzdevumi
Jūs zināt, ka vistas olu baltums sastāv galvenokārt no olbaltumvielām. Padomājiet par to, kas izskaidro vārītas olas olbaltumvielu struktūras izmaiņas. Sniedziet citus zināmus piemērus, kur var mainīties olbaltumvielu struktūra.
§ 8. Olbaltumvielu funkcijas
1. Kāda ir ogļhidrātu funkcija?
2. Kādas olbaltumvielu funkcijas jūs zināt?
Olbaltumvielas pilda ārkārtīgi svarīgas un daudzveidīgas funkcijas. Tas lielā mērā ir iespējams pašu olbaltumvielu formu un sastāva daudzveidības dēļ.
Viena no svarīgākajām olbaltumvielu molekulu funkcijām ir celtniecība (plastmasas). Olbaltumvielas ir daļa no visām šūnu membrānām un šūnu organellām. Asinsvadu sienas, skrimšļi, cīpslas, mati un nagi galvenokārt sastāv no olbaltumvielām.
Liela nozīme katalītisks, vai fermentatīvā, olbaltumvielu funkcija. Īpaši proteīni – fermenti spēj paātrināt bioķīmiskās reakcijas šūnās desmitiem un simtiem miljonu reižu. Ir zināmi apmēram tūkstotis fermentu. Katru reakciju katalizē īpašs enzīms. Vairāk par to uzzināsiet tālāk.
Motora funkcija veikt īpašus kontrakcijas proteīnus. Pateicoties tiem, vienšūņos pārvietojas skropstas un flagellas, šūnu dalīšanās laikā pārvietojas hromosomas, daudzšūnu organismos saraujas muskuļi, kā arī uzlabojas cita veida kustība dzīvos organismos.
Tas ir svarīgi transporta funkcija olbaltumvielas. Tādējādi hemoglobīns pārvadā skābekli no plaušām uz citu audu un orgānu šūnām. Muskuļos papildus hemoglobīnam ir vēl viens gāzes transportēšanas proteīns - mioglobīns. Seruma proteīni veicina lipīdu un taukskābju un dažādu bioloģiski aktīvo vielu pārnesi. Transporta olbaltumvielas šūnu ārējā membrānā pārnēsā dažādas vielas no vides citoplazmā.
Veic specifiskas olbaltumvielas aizsardzības funkcija. Tie pasargā organismu no svešu proteīnu un mikroorganismu invāzijas un no bojājumiem. Tādējādi limfocītu ražotās antivielas bloķē svešas olbaltumvielas; fibrīns un trombīns aizsargā organismu no asins zuduma.
Regulējošā funkcija raksturīgs olbaltumvielām - hormoni. Tie uztur nemainīgu vielu koncentrāciju asinīs un šūnās, piedalās augšanā, reprodukcijā un citos dzīvībai svarīgos procesos. Piemēram, insulīns regulē cukura līmeni asinīs.
Proteīniem ir arī signalizācijas funkcija. Šūnu membrāna satur proteīnus, kas var mainīt savu terciāro struktūru, reaģējot uz vides faktoriem. Tādā veidā tiek uztverti signāli no ārējās vides un informācija tiek pārraidīta šūnā.
Olbaltumvielas var veikt enerģijas funkcija, kas ir viens no enerģijas avotiem šūnā. Kad 1 g proteīna pilnībā sadalās galaproduktos, atbrīvojas 17,6 kJ enerģijas. Tomēr olbaltumvielas kā enerģijas avotu izmanto ārkārtīgi reti. Aminoskābes, kas izdalās, sadalot olbaltumvielu molekulas, tiek izmantotas jaunu proteīnu veidošanai.
Olbaltumvielu funkcijas: konstrukcijas, motora, transporta, aizsardzības, regulēšanas, signalizācijas, enerģijas, katalītiskās. Hormons. Enzīms
Jautājumi
1. Kas izskaidro olbaltumvielu funkciju daudzveidību?
2. Kādas olbaltumvielu funkcijas jūs zināt?
3. Kādu lomu spēlē hormonu proteīni?
4. Kādu funkciju veic fermentu proteīni?
5. Kāpēc olbaltumvielas reti tiek izmantotas kā enerģijas avots?
§ 9. Nukleīnskābes
1. Kāda ir kodola loma šūnā?
2. Ar kādām šūnu organellām ir saistīta iedzimto īpašību pārnešana?
3. Kādas vielas sauc par skābēm?
Nukleīnskābes(no lat. kodols– kodols) pirmo reizi tika atklāti leikocītu kodolos. Pēc tam tika konstatēts, ka nukleīnskābes atrodas visās šūnās ne tikai kodolā, bet arī citoplazmā un dažādās organellās.
Ir divu veidu nukleīnskābes - dezoksiribonukleīns(saīsināti DNS) Un ribonukleīns(saīsināti RNS). Atšķirība nosaukumos ir izskaidrojama ar to, ka DNS molekula satur ogļhidrātu dezoksiriboze, un RNS molekula ir riboze.
Nukleīnskābes ir biopolimēri, kas sastāv no monomēriem - nukleotīdi. DNS un RNS nukleotīdu monomēriem ir līdzīga struktūra.
Katrs nukleotīds sastāv no trim komponentiem, kas savienoti ar spēcīgām ķīmiskām saitēm. Šis slāpekļa bāze, ogļhidrāti(riboze vai dezoksiriboze) un fosforskābes atlikums(12. att.).
daļa DNS molekulas Ir četru veidu slāpekļa bāzes: adenīns, guanīns, citozīns vai timīns. Tie nosaka atbilstošo nukleotīdu nosaukumus: adenils (A), guanils (G), citidils (C) un timidils (T) (13. att.).
Rīsi. 12. Nukleotīdu - DNS (A) un RNS (B) monomēru struktūras shēma
Katra DNS virkne ir polinukleotīds, kas sastāv no vairākiem desmitiem tūkstošu nukleotīdu.
DNS molekulai ir sarežģīta struktūra. Tas sastāv no divām spirāliski savītām ķēdēm, kuras savā starpā visā garumā ir savienotas ar ūdeņraža saitēm. Šo struktūru, kas raksturīga tikai DNS molekulām, sauc dubultspirāle.
Rīsi. 13.DNS nukleotīdi
Rīsi. 14. Nukleotīdu komplementārais savienojums
Kad veidojas DNS dubultspirāle, vienas ķēdes slāpekļa bāzes tiek sakārtotas stingri noteiktā secībā pretī otras ķēdes slāpekļa bāzēm. Šajā gadījumā tiek atklāts svarīgs modelis: citas ķēdes timīns vienmēr atrodas pretī vienas ķēdes adenīnam, citozīns vienmēr atrodas pretī guanīnam un otrādi. Tas izskaidrojams ar to, ka nukleotīdu pāri adenīns un timīns, kā arī guanīns un citozīns stingri atbilst viens otram un ir komplementāri, vai papildinoši(no lat. komplementum- papildinājums), viens otru. Un pats modelis tiek saukts komplementaritātes principu. Šajā gadījumā starp adenīnu un timīnu vienmēr rodas divas ūdeņraža saites, bet starp guanīnu un citozīnu – trīs (14. att.).
Līdz ar to jebkurā organismā adenilnukleotīdu skaits ir vienāds ar timidilnukleotīdu skaitu, un guanilnukleotīdu skaits ir vienāds ar citidilnukleotīdu skaitu. Zinot nukleotīdu secību vienā DNS ķēdē, komplementaritātes principu var izmantot, lai noteiktu nukleotīdu secību citā ķēdē.
Ar četru veidu nukleotīdu palīdzību DNS fiksē visu informāciju par ķermeni, kas tiek nodota nākamajām paaudzēm. Citiem vārdiem sakot, DNS ir iedzimtas informācijas nesējs.
DNS molekulas galvenokārt atrodamas šūnu kodolos, bet neliels daudzums ir atrodams mitohondrijās un plastidos.
RNS molekula, atšķirībā no DNS molekulas, ir polimērs, kas sastāv no vienas ķēdes ar daudz mazākiem izmēriem.
RNS monomēri ir nukleotīdi, kas sastāv no ribozes, fosforskābes atlikuma un vienas no četrām slāpekļa bāzēm. Trīs slāpekļa bāzes - adenīns, guanīns un citozīns - ir tādas pašas kā DNS, un ceturtā - uracils.
RNS polimēra veidošanās notiek, izmantojot kovalentās saites starp ribozi un blakus esošo nukleotīdu fosforskābes atlikumu.
Ir trīs RNS veidi, kas atšķiras pēc struktūras, molekulārā izmēra, atrašanās vietas šūnā un veiktajām funkcijām.
Ribosomu RNS (rRNS) ir daļa no ribosomām un piedalās to aktīvo centru veidošanā, kur notiek olbaltumvielu biosintēzes process.
Pārnest RNS (tRNS) - mazākā izmēra - transportē aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu.
Informācija, vai veidne, RNS (mRNS) tiek sintezēti vienā no DNS molekulas ķēdēm un pārraida informāciju par proteīna struktūru no šūnas kodola uz ribosomām, kur šī informācija tiek realizēta.
Tādējādi dažādi RNS veidi pārstāv vienu funkcionālu sistēmu, kuras mērķis ir ieviest iedzimtu informāciju, izmantojot proteīnu sintēzi.
RNS molekulas atrodas šūnas kodolā, citoplazmā, ribosomās, mitohondrijās un plastidos.
Nukleīnskābe. Dezoksiribonukleīnskābe vai DNS. Ribonukleīnskābe vai RNS. Slāpekļa bāzes: adenīns, guanīns, citozīns, timīns, uracils, nukleotīds. Dubultā spirāle. Papildināmība. Pārnes RNS (tRNS). Ribosomu RNS (rRNS). Messenger RNS (mRNS)
Jautājumi
1. Kāda ir nukleotīda uzbūve?
2. Kāda ir DNS molekulas uzbūve?
3. Kāds ir komplementaritātes princips?
4. Kādas ir DNS un RNS molekulu struktūras līdzības un atšķirības?
5. Kādus RNS molekulu veidus jūs zināt? Kādas ir viņu funkcijas?
Uzdevumi
1. Iezīmējiet savu rindkopu.
2. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka DNS ķēdes fragmentam ir šāds sastāvs: C-G G A A A T T C C. Izmantojot komplementaritātes principu, pabeidz otro ķēdi.
3. Pētījuma laikā tika konstatēts, ka pētāmajā DNS molekulā adenīni veido 26% no kopējā slāpekļa bāzu skaita. Saskaitiet citu slāpekļa bāzu skaitu šajā molekulā.
Paskaties uz sakni!
Kozma Prutkova
Kādi ķīmiskie elementi veido dzīvu šūnu? Kādu lomu spēlē cukuri un lipīdi? Kā tiek strukturēti proteīni un kā to molekulas iegūst noteiktu telpisku formu? Kas ir fermenti un kā tie atpazīst savus substrātus? Kāda ir RNS un DNS molekulu struktūra? Kādas DNS molekulas īpašības ļauj tai pildīt ģenētiskās informācijas nesēja lomu?
Nodarbība-lekcija
DZĪVO LIETU ELEMENTĀRAIS UN MOLEKULĀRAIS SASTĀVS. Mēs sākam savu iepazīšanos ar dzīvām sistēmām no molekulārā ģenētiskā līmeņa. Tas ir molekulu līmenis, kas veido dzīvo organismu šūnu strukturālo un funkcionālo pamatu.
Retrovīruss. Vīrusi demonstrē pārsteidzošas ģeometriskas formas!
Atcerēsimies, ka no visiem zināmajiem D.I.Mendeļejeva periodiskajā tabulā iekļautajiem elementiem dzīvā šūnā tika atrasti aptuveni 80. Turklāt starp tiem nav neviena, kura nebūtu nedzīvajā dabā. Tas kalpo kā viens no dzīvās un nedzīvās dabas kopības pierādījumiem.
Vairāk nekā 90% no šūnas masas veido ogleklis, ūdeņradis, slāpeklis un skābeklis. Sērs, fosfors, kālijs, nātrijs, kalcijs, magnijs, dzelzs un hlors šūnā ir atrodami daudz mazākos daudzumos. Visi pārējie elementi (cinks, varš, jods, fluors, kobalts, mangāns u.c.) kopā veido ne vairāk kā 0,02% no šūnu masas. Tāpēc tos sauc par mikroelementiem. Mikroelementi ir daļa no hormoniem, fermentiem un vitamīniem, t.i., savienojumi ar augstu bioloģisko aktivitāti.
Piemēram, joda trūkums organismā, kas nepieciešams vairogdziedzera hormona - tiroksīna - ražošanai, izraisa šī hormona ražošanas samazināšanos un līdz ar to nopietnu slimību attīstību, tostarp kretinismu.
Lielākā daļa šūnu satura ir ūdens. Daudzas vielas iekļūst šūnā vai iziet no tās ūdens šķīdumu veidā; lielākā daļa intracelulāro reakciju notiek arī ūdens vidē. Turklāt ūdens arī tieši piedalās vairākās ķīmiskās reakcijās, nododot H + vai OH - jonus iegūtajiem savienojumiem. Pateicoties augstajai siltumietilpībai, ūdens stabilizē temperatūru šūnas iekšienē, padarot to mazāk atkarīgu no temperatūras svārstībām šūnu apkārtējā vidē.
Papildus ūdenim, kas veido 70% no šūnas tilpuma, tajā ir arī organiskas vielas – oglekļa savienojumi. Starp tiem ir mazas molekulas, kas satur līdz 30 oglekļa atomiem un makromolekulas. Pirmie ietver vienkāršus cukurus (monosaharīdus), lipīdus, aminoskābes un nukleotīdus. Tie kalpo kā strukturālie komponenti makromolekulu konstruēšanai, turklāt tiem ir nozīmīga loma dzīvas šūnas vielmaiņas procesos un enerģētikā.
Un tomēr dzīvības pamats molekulārā līmenī ir olbaltumvielas un nukleīnskābes, par kurām mēs runāsim sīkāk.
AMINOSKĀBES UN PROTEĪNI. Dzīvajā dabā vāverēm ir īpaša loma. Tie kalpo kā šūnas celtniecības materiāls, un gandrīz neviens no šūnās notiekošajiem procesiem nevar notikt bez viņu līdzdalības.
Olbaltumvielu molekula ir aminoskābju ķēde, un saišu skaits šādā ķēdē var būt no desmitiem līdz vairākiem tūkstošiem. Blakus esošās aminoskābes ir saistītas viena ar otru ar īpašu ķīmiskās saites veidu, ko sauc peptīds. Šī saite veidojas proteīnu sintēzes procesā, kad vienas aminoskābes karboksilgrupa saistās ar blakus esošo citas aminoskābes aminogrupu (32. att.).
Rīsi. 32.Peptīdu saite
Olbaltumvielu veidošanā ir iesaistīti visi 20 aminoskābju veidi. Tomēr to maiņas secība olbaltumvielu ķēdē ir ļoti atšķirīga, kas rada iespēju ļoti daudzām kombinācijām un līdz ar to daudzu veidu olbaltumvielu molekulu konstruēšanai. Jāatzīmē, ka tikai augi spēj sintezēt visas 20 aminoskābes, kas nepieciešamas olbaltumvielu veidošanai. Dzīvnieki iegūst vairākas aminoskābes, ko sauc par neaizvietojamām, ēdot augus.
Aminoskābju secība proteīna molekulā tiek apzīmēta kā primārā struktūra vāvere (33. att.). Tur ir arī sekundārā struktūra proteīns, kas tiek saprasts kā atsevišķu aminoskābju ķēdes fragmentu telpiskā izvietojuma raksturs. Sekundārajā struktūrā proteīna molekulas sekcijas ir veidotas kā spirāles vai salocīti slāņi. To veidošanā liela nozīme ir ūdeņraža saitēm, kas izveidojušās starp skābekli un dažādu aminoskābju peptīdu saišu (-N-H...0=C-) ūdeņradi.
Rīsi. 33. Olbaltumvielu struktūra
Zem terciārā struktūra proteīns attiecas uz visas aminoskābju ķēdes telpisko izvietojumu.
Terciārajai struktūrai ir tieša ietekme uz proteīna molekulas formu, kas var būt pavedienam līdzīga vai apaļa. Pēdējā gadījumā molekula ir salocīta tā, ka tās hidrofobie reģioni atrodas iekšpusē, bet tās polārās hidrofilās grupas atrodas uz virsmas. Iegūto telpisko struktūru sauc globule.
Visbeidzot, daži proteīni var saturēt vairākas lodītes, no kurām katru veido neatkarīga aminoskābju ķēde. Vairāku globulu apvienošana vienā kompleksā tiek apzīmēta ar terminu kvartāra struktūra vāvere. Piemēram, hemoglobīna proteīna molekula sastāv no četrām globulām, kas satur neolbaltumvielu daļu - hemu.
Olbaltumvielu molekula spēj pašorganizēties sarežģītā telpiskā struktūrā, kuras konfigurācija ir specifiska un to nosaka aminoskābju secība, t.i., proteīna primārā struktūra.
Pašorganizācija ir viena no proteīnu unikālajām īpašībām, kas ir daudzu to veikto funkciju pamatā. Jo īpaši enzīmu (bioloģisko katalizatoru) atpazīšanas mehānisms ir balstīts uz proteīna molekulas telpiskās struktūras specifiku. substrāts, t.i., molekula, kas pēc mijiedarbības ar fermentu veic noteiktas ķīmiskas pārvērtības un pārvēršas par produkts.
Fermenti ir proteīni, kuru noteikta molekulas daļa veido aktīvo centru. Tas saistās ar substrātu, kas raksturīgs konkrētam fermentam, un pārvērš to produktā. Šajā gadījumā ferments spēj atšķirt savu substrātu, pateicoties aktīvā centra īpašajai telpiskajai konfigurācijai, kas raksturīga katram fermentam. Varat iedomāties, ka substrāts der fermentam kā atslēga uz slēdzeni.
Jūs esat pārliecināts, ka visas proteīna īpašības balstās uz tā primāro struktūru – aminoskābju secību molekulā. To var salīdzināt ar vārdu, kas rakstīts alfabētā, kas sastāv no 20 aminoskābju burtiem. Un, ja ir vārdi, tad var būt šifrs, ar kuru šos vārdus var iekodēt. Kā? Atbildēt uz šo jautājumu palīdzēs iepazīšanās ar nukleīnskābju struktūru.
NUKLEOTĪDI UN NULEĪNSKĀBES. Nukleotīdi sastāv no slāpekli saturoša cikliska savienojuma (slāpekļa bāzes), piecu oglekļa cukuru un fosforskābes atlikuma. No tām tiek veidotas nukleīnskābju makromolekulas.
Molekulu sastāvs RNS(ribonukleīnskābe) ietver nukleotīdus, kas veidoti uz cukura ribozes un satur adenīnu (A), guanīnu (G), citozīnu (C) un uracilu (U) kā slāpekļa bāzes. Nukleotīdi, kas veido molekulu DNS(dezoksiribonukleīnskābe), satur dezoksiribozi un uracila vietā - timīnu (T).
Nukleotīdu savstarpējā saite DNS (RNS) molekulā notiek, pateicoties viena nukleotīda fosfora atlikuma savienojumam ar cita nukleotīda dezoksiribozi (ribozi) (34. att.).
Rīsi. 34. DNS molekulas ķēdes sastāvs un struktūra
DNS molekulu sastāva izpētes gaitā tika konstatēts, ka katrā no tām adenīna slāpekļa bāzu (A) skaits ir vienāds ar timīna (T) skaitu, bet guanīna (G) skaits ir vienāds. uz citozīna (C) skaitu. Šis atklājums kalpoja par priekšnoteikumu, lai 1953. gadā J. Vatsons un F. Kriks izveidotu DNS molekulas modeli — slaveno dubulto spirāli.
Saskaņā ar šo modeli DNS molekula sastāv no divām ķēdēm, kas ir salocītas labās puses spirālē (35. att.).
Rīsi. 35.DNS struktūras modelis
Katra ķēde satur nukleotīdu secību, kas stingri atbilst (komplementāra) otras ķēdes secībai. Šī atbilstība tiek panākta ar ūdeņraža saišu klātbūtni starp divu ķēžu slāpekļa bāzēm, kas vērstas viena pret otru - A un T vai G un C.
Saziņa starp citiem slāpekļa bāzu pāriem nav iespējama, jo slāpekļa bāzu molekulu telpiskā struktūra ir tāda, ka tikai A un T, kā arī G un C var būt pietiekami tuvu viens otram, lai izveidotu ūdeņraža saites.
Vissvarīgākā DNS iezīme ir tās pašdublēšanās iespēja - replikācija, kas tiek veikta, piedaloties fermentu grupai (36. att.).
Rīsi. 36.DNS replikācijas shēma
Atsevišķos apgabalos, tostarp vienā no divpavedienu spirālveida DNS molekulas galiem, ūdeņraža saites starp ķēdēm tiek pārtrauktas. Viņi atdalās un atpūšas.
Šis process pakāpeniski pārņem visu molekulu. Sākotnējās molekulas ķēdēm atšķiroties, uz tām, kā uz matricas, no vidē pieejamajiem nukleotīdiem tiek veidotas meitas ķēdes. Jaunas ķēdes montāža notiek stingrā saskaņā ar komplementaritātes principu: pret katru A ir T, pret G - C utt. Rezultātā tiek iegūtas divas jaunas DNS molekulas, no kurām katrai ir palikusi viena ķēde no sākotnējā DNS molekula, bet otrā ir jauna. Šajā gadījumā divas replikācijas laikā izveidotās DNS molekulas ir identiskas oriģinālajai.
DNS molekulas spēja paškopēt ir pamats iedzimtas informācijas pārraidei ar dzīviem organismiem. Nukleotīdu bāzu secība DNS molekulā kalpo kā kods, kas kodē informāciju par organisma funkcionēšanai nepieciešamajiem proteīniem.
Atšķirībā no DNS, RNS molekula sastāv no vienas polinukleotīdu ķēdes. Ir vairāki RNS veidi, kas šūnā veic dažādas funkcijas. DNS ķēdes posma RNS kopiju sauc par informāciju vai kurjers RNS(mRNS) un pilda starpnieka lomu ģenētiskās informācijas pārnešanā no DNS uz šūnu struktūrām, kas sintezē olbaltumvielas – ribosomas. Turklāt šūna satur ribosomu RNS(rRNS), kas kopā ar olbaltumvielām veido ribosomas, pārnes RNS(tRNS), kas transportē aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu un dažas citas.
DNS molekula sastāv no divām komplementārām nukleotīdu virknēm, kas satītas spirālē, kuras kopā satur ūdeņraža saites, kas veido A-T un G-C bāzes pārus. DNS ķēdes nukleotīdu secība kalpo kā kods, kas kodē ģenētisko informāciju. Šīs informācijas atšifrēšana tiek veikta, piedaloties RNS molekulām. DNS spēja paškopēt (replicēties) nodrošina iespēju nodot ģenētisko informāciju dzīvajā dabā.
- Kāpēc olbaltumvielas sauc par dzīvības molekulām?
- Kāda loma šūnas dzīvības procesos ir olbaltumvielu telpiskajām struktūrām?
- Kāds princips ir DNS replikācijas procesu pamatā?
