Americkým vedcom sa podarilo vytvoriť molekulu, ktorá by mohla byť predchodcom moderných molekulárnych nosičov dedičnej informácie v živej bunke – nukleových kyselín. Nazvali ho TNK, pretože obsahuje štvoruhlíkový cukor tetrózu. Predpokladá sa, že v procese evolúcie z nej pochádza nám známa DNA a RNA.
Vedci, ktorí sa podieľajú na rekonštrukcii udalostí, ktoré sa odohrali na Zemi asi pred štyrmi miliardami rokov, doteraz nevedia odpovedať na jednoduchú a zároveň veľmi dôležitú otázku – ako sa objavila deoxyribonukleová kyselina, alebo jednoduchšie DNA?
Koniec koncov, bez tejto molekuly by prvé živé bunky (alebo ich predchodcovia) nemohli uchovávať informácie o štruktúre bielkovín, ktoré sú potrebné na samoreprodukciu. To znamená, že bez DNA by sa život jednoducho nemohol šíriť po našej planéte v priestore aj v čase.
Početné experimenty ukázali, že samotná DNA sa nemôže zostaviť, bez ohľadu na to, v akých podmienkach umiestnite všetky jej „náhradné časti“. Na vytvorenie tejto molekuly je potrebná aktivita niekoľkých desiatok enzýmových proteínov. A ak áno, potom v úvahách evolucionistov okamžite vzniká začarovaný kruh, ako napríklad problém prvenstva sliepky a vajca: odkiaľ by mohli pochádzať enzýmy, ak neexistuje samotná DNA? Koniec koncov, informácie o ich štruktúre sú zaznamenané presne v tejto komplexnej molekule.
Je pravda, že nedávno niektorí molekulárni biológovia navrhli cestu z tejto slepej uličky: veria, že predtým dedičná informácia bola uložená v „sesterskej“ DNA, ribonukleovej kyseline alebo RNA. Nuž, táto molekula je za určitých podmienok schopná samokopírovania a mnohé experimenty to potvrdzujú (viac sa o tom dočítate v článku „Na začiatku bola... ribonukleová kyselina“).
Zdá sa, že sa našlo riešenie – najprv sa ribozýmy (takzvané molekuly RNA s enzymatickou aktivitou) skopírovali a popri tom mutovaním „získali“ informácie o nových užitočných proteínoch. Po nejakom čase sa týchto informácií nahromadilo toľko, že RNA „pochopila“ jednu jednoduchú vec – teraz už nemusí robiť dosť zložitú prácu sebakopírovania. A čoskoro ďalší cyklus mutácií zmenil RNA na zložitejšiu, no zároveň stabilnú DNA, ktorá už nerobila také „nezmysly“.
Definitívna odpoveď na otázku, ako sa objavili nukleové kyseliny, sa však nenašla. Pretože stále zostávalo nejasné, ako sa objavila úplne prvá RNA so schopnosťou kopírovať sa. Napokon, ani ona, ako ukázali experimenty, nie je schopná samozostavenia – na to je aj jej molekula veľmi zložitá.
Niektorí molekulárni biológovia však naznačili, že možno v tých vzdialených časoch mohla existovať iná nukleová kyselina, ktorá má jednoduchšiu štruktúru ako DNA a RNA. A bola to ona, ktorá bola najprv molekulou, ktorá uchovávala informácie.
Overiť si takýto predpoklad je však dosť ťažké, keďže v súčasnosti neexistujú iní „držitelia“ informácií zo skupiny týchto kyselín okrem DNA a RNA. Moderné metódy biochémie však umožňujú znovu vytvoriť takúto zlúčeninu a potom experimentálne vyskúšať, či je vhodná pre úlohu „hlavnej molekuly života“ alebo nie.
A nedávno vedci z University of Arizona (USA) navrhli, že spoločným predkom DNA a RNA by mohla byť TNA alebo kyselina tetrosonukleová. Od svojich potomkov sa líši tým, že „cukoro-fosfátový mostík“ tejto látky, ktorý drží pohromade dusíkaté bázy (alebo nukleotidy), neobsahuje pentózu – cukor s piatimi atómami uhlíka, ale štvoruhlíkovú tetrózu. A tento typ cukru je oveľa jednoduchší ako päťuhlíkové kruhy DNA a RNA. A čo je najdôležitejšie, dajú sa zložiť sami – z dvoch rovnakých dvojuhlíkových kusov.
Americkí biochemici sa pokúsili vytvoriť niekoľko krátkych molekúl tetrózy a pri tom zistili, že si to nevyžaduje použitie masívneho a zložitého enzymatického aparátu - kyselina sa za určitých podmienok zbierala v nasýtenom roztoku z „náhradných dielov“ iba pomocou dva enzýmy.
To znamená, že sa skutočne mohol objaviť na samom začiatku formovania života. A kým prvé živé organizmy neboli schopné získať enzymatický aparát schopný syntetizovať RNA a DNA, bola to práve TNC, ktorá bola správcom dedičnej informácie.
Mohla by však táto molekula v princípe hrať takú dôležitú úlohu? Teraz to nie je možné priamo otestovať, pretože neexistujú žiadne proteíny schopné čítať informácie z TNC. Arizonskí molekulárni biológovia sa však rozhodli ísť inou cestou. Uskutočnili zaujímavý experiment – pokúsili sa navzájom spojiť reťazce DNA a TNC. Výsledkom bola hybridná molekula – v strede reťazca DNA bol fragment TNA dlhý 70 nukleotidov. Je zaujímavé, že táto molekula bola schopná replikácie, teda sebakopírovania. A táto vlastnosť je pre každého nosiča molekulárnej informácie najdôležitejšia.
Okrem toho vedci ukázali, že molekula TNA sa môže ľahko spojiť s proteínom, a teda získať enzymatické vlastnosti. Vedci vykonali sériu experimentov, ktoré preukázali, že TNC dokáže vytvoriť štruktúru, ktorá sa špecificky viaže na proteín trombín: na reťazci DNA sa vytvoril reťazec TNC, ale po odchode DNA nestratil rysy svojej štruktúry a pokračoval ďalej. špecificky držať proteín.
Fragment TNK mal dĺžku 70 nukleotidov, čo stačí na vytvorenie jedinečných „sedadiel“ pre enzýmové proteíny. To znamená, že niečo ako ribozým by sa dalo získať aj z TNC (pripomínam, že pozostáva z RNA spojenej s proteínom).
Experimenty teda ukázali, že TNK by mohol byť predchodcom DNA a RNA. Ten sa mohol vytvoriť o niečo skôr v dôsledku série mutácií, ktoré viedli k nahradeniu tetrózy pentózou. A potom sa pomocou prirodzeného výberu ukázalo, že kyselina ribonukleová je stabilnejšia a stabilnejšia ako jej predchodkyňa tetróza (tetrózy sú skutočne veľmi nestabilné voči mnohým chemickým vplyvom). A tak potomok súťažne vytlačil svojho predka z výklenku molekulárneho nosiča informácií.
Vynára sa otázka: mohli mať TNC nejakého predka, ktorý obsahoval jednoduchší cukor ako tetróza? S najväčšou pravdepodobnosťou nie a tu je dôvod. Len počnúc štyrmi atómami uhlíka môžu cukry vytvárať cyklické štruktúry; sacharidy s tromi uhlíkmi to nedokážu. No, bez toho sa nukleová kyselina nevytvorí - iba molekuly cyklického cukru sú schopné držať všetky ostatné zložky tejto látky. Zdá sa teda, že TNK bol skutočne prvý.
Treba poznamenať, že autori diela vôbec netvrdia, že „presne sa to stalo“. Striktne vzaté, dokázali len možnosť existencie predkov formy ribonukleových kyselín, ako je TNA (ktorá sa mimochodom v modernom svete v prirodzenom prostredí nevyskytuje). Hodnota objavu spočíva v tom, že sa ukázala jedna z pravdepodobných ciest evolúcie molekulárnych nosičov dedičnej informácie. No, a nakoniec, starý spor o to, čo bolo skôr - nukleová kyselina alebo proteín, je vyriešený...
Otázka 1. Aké procesy vedci skúmajú na molekulárnej úrovni?
Na molekulárnej úrovni sa študujú najdôležitejšie procesy života tela: jeho rast a vývoj, metabolizmus a premena energie, ukladanie a prenos dedičných informácií, variabilita.
Otázka 2. Aké prvky prevládajú v zložení živých organizmov?
Živý organizmus obsahuje viac ako 70-80 chemických prvkov, ale prevláda uhlík, kyslík, vodík a dusík.
Otázka 3. Prečo sú molekuly bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov a lipidov považované za biopolyméry iba v bunke?
Molekuly proteínov, nukleových kyselín, uhľohydrátov a lipidov sú polyméry, pretože pozostávajú z opakujúcich sa monomérov. Ale iba v živom systéme (bunka, organizmus) tieto látky prejavujú svoju biologickú podstatu, majú množstvo špecifických vlastností a vykonávajú mnohé dôležité funkcie. Preto sa v živých systémoch takéto látky nazývajú biopolyméry. Mimo živého systému tieto látky strácajú svoje biologické vlastnosti a nie sú biopolymérmi.
Otázka 4. Čo znamená univerzálnosť molekúl biopolymérov?
Vlastnosti biopolymérov závisia od počtu, zloženia a poradia usporiadania ich základných monomérov. Schopnosť meniť zloženie a sekvenciu monomérov v polymérnej štruktúre umožňuje existenciu obrovského množstva možností biopolymérov bez ohľadu na druh organizmu. Vo všetkých živých organizmoch sa biopolyméry budujú podľa jediného plánu.
1.1. Molekulárna úroveň: všeobecná charakteristika
4,4 (87,5 %) 8 hlasovHľadané na tejto stránke:
- aké procesy vedci skúmajú na molekulárnej úrovni?
- čo sa myslí univerzálnosťou molekúl biopolymérov
- aké prvky prevládajú v živých organizmoch
- prečo sa molekuly bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov a lipidov považujú za biopolyméry iba v bunke
- prečo molekuly bielkoviny nukleové kyseliny sacharidy a lipidy
Aké prvky prevládajú v živých organizmoch?
Prečo sú molekuly bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov a lipidov považované za biopolyméry iba v bunke?
Čo sa myslí pod slovom univerzálnosť molekúl biopolymérov?
a) postupnosť striedania aminokyselín
b) počet aminokyselín v molekule
c) forma terciárnej štruktúry
d) všetky špecifikované vlastnosti
3. V akom prípade je správne uvedené zloženie nukleotidu DNA?
a) ribóza, zvyšok kyseliny fosforečnej, tymín
b) kyselina fosforečná, uracil, deoxyribóza
c) zvyšok kyseliny fosforečnej, deoxyribóza, adenín
d) kyselina fosforečná, ribóza, guanín
4. Monoméry nukleových kyselín sú:
a) dusíkaté zásady
b) ribóza alebo deoxyribóza
c) deoxyribózové a fosfátové skupiny
d) nukleotidy
5. Aminokyseliny v molekule proteínu sú spojené prostredníctvom:
a) iónová väzba
b) peptidová väzba
c) vodíková väzba
d) kovalentná väzba
6. Aká je funkcia transferovej RNA?
a) prenáša aminokyseliny na ribozómy
b) prenáša informácie z DNA
c) tvorí ribozómy
d) všetky uvedené funkcie
7. Enzýmy sú biokatalyzátory pozostávajúce z:
a) bielkoviny b) nukleotidy c) lipidy c) tuky
8. Polysacharidy zahŕňajú:
a) škrob, ribóza
b) glykogén, glukóza
c) celulóza, škrob
d) škrob, sacharóza
9. Uhlík ako prvok je zahrnutý v:
a) bielkoviny a sacharidy
b) sacharidy a lipidy
c) sacharidy a nukleové kyseliny
d) všetky organické zlúčeniny bunky
10. Bunka obsahuje DNA:
a) v jadre a mitochondriách
b) v jadre, cytoplazme a rôznych organelách
c) v jadre, mitochondriách a cytoplazme
d) v jadre, mitochondriách, chloroplastoch
ČO JE MONOMETER NUKLEOVÝCH KYSELÍN? MOŽNOSTI (AMINOKYSELINA, NUKLEOTID, MOLEKULA PROTEÍNU?) ČO JE ZAHRNUTÉZLOŽENIE NUKLEOTIDOV
MOŽNOSTI: (AMINOKYSELINA, DUSÍKOVÁ ZÁSADA, ZVYŠKY KYSELINY FOSOREČNEJ, SACHARIDY?)
Pomôž mi prosím!1.Veda, ktorá študuje bunky, sa nazýva:
A) genetika;
B) výber;
B) ekológia;
B) Cytológia.
2. Organické látky bunky:
A) Voda, minerály, tuky;
B) Sacharidy, lipidy, proteíny, nukleové kyseliny;
C) Sacharidy, minerály, tuky;
D) Voda, minerály, bielkoviny.
3. Zo všetkých organických látok tvoria väčšinu bunky:
A) Proteíny.
B) Sacharidy
B) Tuky
D) Voda.
4. Nahraďte zvýraznené slová jedným slovom:
A) Malé molekuly organických látok tvoria v bunke zložité molekuly.
B) Trvalé štrukturálne zložky bunky vykonávajú pre bunku životne dôležité funkcie.
C) Vysoko usporiadané, polotekuté vnútorné prostredie bunky zabezpečuje chemickú interakciu všetkých bunkových štruktúr.
D) Hlavný fotosyntetický pigment dáva chloroplastom zelenú farbu.
5. Akumulácia a balenie chemických zlúčenín v tyčinke sa vykonáva:
A) mitochondrie;
B) ribozómy;
B) lyzozómy;
D) Golgiho komplex.
6. Funkcie intracelulárneho trávenia vykonávajú:
A) mitochondrie;
B) ribozómy;
B) lyzozómy;
D) Golgiho komplex.
7. „Zostavenie“ molekuly polymérneho proteínu sa vykonáva:
A) mitochondrie;
B) ribozómy;
B) lyzozómy;
D) Golgiho komplex.
8. Súbor chemických reakcií, ktorých výsledkom je rozklad organických látok a uvoľnenie energie, sa nazýva:
A) katabolizmus;
B) anabolizmus;
B) metabolizmus;
D) Asimilácia
9. „Kopírovanie“ genetickej informácie z molekuly DNA vytvorením mRNA sa nazýva:
A) Vysielanie;
B) transkripcia;
B) biosyntéza;
D) Glykolýza.
10. Proces tvorby organických látok vo svetle v chloroplastoch pomocou vody a oxidu uhličitého sa nazýva:
A) Fotosyntéza;
B) transkripcia;
B) biosyntéza;
D) Glykolýza.
11. Enzymatický a bezkyslíkový proces rozkladu organických látok sa nazýva:
A) Fotosyntéza;
B) transkripcia;
B) biosyntéza;
D) Glykolýza.
12. Vymenujte hlavné ustanovenia bunkovej teórie.
Aktuálna strana: 2 (kniha má celkovo 16 strán) [dostupná pasáž na čítanie: 11 strán]
Biológia– veda o živote je jednou z najstarších vied. Človek nazbieral poznatky o živých organizmoch za tisíce rokov. Ako sa hromadili poznatky, biológia sa diferencovala na samostatné vedy (botanika, zoológia, mikrobiológia, genetika atď.). Stále viac narastá význam hraničných odborov spájajúcich biológiu s inými vedami - fyzikou, chémiou, matematikou a pod.. V dôsledku integrácie vznikla biofyzika, biochémia, vesmírna biológia atď.
V súčasnosti je biológia komplexnou vedou, ktorá vznikla ako výsledok diferenciácie a integrácie rôznych disciplín.
V biológii sa používajú rôzne výskumné metódy: pozorovanie, experiment, porovnávanie atď.
Biológia študuje živé organizmy. Sú to otvorené biologické systémy, ktoré prijímajú energiu a živiny z prostredia. Živé organizmy reagujú na vonkajšie vplyvy, obsahujú všetky informácie potrebné na vývoj a rozmnožovanie a sú prispôsobené konkrétnemu biotopu.
Všetky živé systémy, bez ohľadu na úroveň organizácie, majú spoločné črty a samotné systémy sú v nepretržitej interakcii. Vedci rozlišujú tieto úrovne organizácie živej prírody: molekulárna, bunková, organizmová, populačno-druhová, ekosystémová a biosféra.
Kapitola 1. Molekulárna úroveň
Molekulárnu úroveň možno nazvať počiatočnou, najhlbšou úrovňou organizácie živých vecí. Každý živý organizmus pozostáva z molekúl organických látok – bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov, tukov (lipidov), nazývaných biologické molekuly. Biológovia skúmajú úlohu týchto základných biologických zlúčenín pri raste a vývoji organizmov, ukladaní a prenose dedičných informácií, metabolizme a premene energie v živých bunkách a iných procesoch.
V tejto kapitole sa dozviete
Čo sú biopolyméry;
Akú štruktúru majú biomolekuly?
Aké funkcie plnia biomolekuly?
Čo sú vírusy a aké sú ich vlastnosti?
§ 4. Molekulárna úroveň: všeobecná charakteristika
1. Čo je chemický prvok?
2. Čo sa nazýva atóm a molekula?
3. Aké organické látky poznáte?
Akýkoľvek živý systém, nech je akokoľvek zložito organizovaný, sa prejavuje na úrovni fungovania biologických makromolekúl.
Štúdiom živých organizmov ste sa naučili, že sú zložené z rovnakých chemických prvkov ako neživé. V súčasnosti je známych viac ako 100 prvkov, väčšina z nich sa nachádza v živých organizmoch. Medzi najčastejšie prvky živej prírody patrí uhlík, kyslík, vodík a dusík. Práve tieto prvky tvoria molekuly (zlúčeniny) tzv organickej hmoty.
Základom všetkých organických zlúčenín je uhlík. Môže interagovať s mnohými atómami a ich skupinami a vytvárať reťazce, ktoré sa líšia chemickým zložením, štruktúrou, dĺžkou a tvarom. Molekuly sa tvoria zo skupín atómov az tých druhých - zložitejších molekúl, ktoré sa líšia štruktúrou a funkciou. Tieto organické zlúčeniny, ktoré tvoria bunky živých organizmov, sa nazývajú biologické polyméry alebo biopolyméry.
Polymér(z gréčtiny postupy- početné) - reťaz pozostávajúca z mnohých článkov - monoméry, z ktorých každý je pomerne jednoduchý. Molekula polyméru môže pozostávať z mnohých tisícok vzájomne prepojených monomérov, ktoré môžu byť rovnaké alebo rôzne (obr. 4).
Ryža. 4. Schéma štruktúry monomérov a polymérov
Vlastnosti biopolymérov závisia od štruktúry ich molekúl: od počtu a rozmanitosti monomérnych jednotiek, ktoré tvoria polymér. Všetky sú univerzálne, pretože sú postavené podľa rovnakého plánu pre všetky živé organizmy bez ohľadu na druh.
Každý typ biopolyméru sa vyznačuje špecifickou štruktúrou a funkciou. Áno, molekuly bielkoviny Sú hlavnými štrukturálnymi prvkami buniek a regulujú procesy, ktoré sa v nich vyskytujú. Nukleové kyseliny podieľať sa na prenose genetickej (dedičnej) informácie z bunky do bunky, z organizmu do organizmu. Sacharidy A tukov Sú najdôležitejším zdrojom energie potrebnej pre život organizmov.
Na molekulárnej úrovni dochádza k transformácii všetkých druhov energie a metabolizmu v bunke. Mechanizmy týchto procesov sú tiež univerzálne pre všetky živé organizmy.
Zároveň sa ukázalo, že rôznorodé vlastnosti biopolymérov, ktoré tvoria všetky organizmy, sú spôsobené rôznymi kombináciami len niekoľkých typov monomérov, tvoriacich mnoho variantov dlhých polymérnych reťazcov. Tento princíp je základom rozmanitosti života na našej planéte.
Špecifické vlastnosti biopolymérov sa prejavujú až v živej bunke. Po izolovaní z buniek strácajú molekuly biopolymérov svoju biologickú podstatu a vyznačujú sa len fyzikálno-chemickými vlastnosťami triedy zlúčenín, do ktorej patria.
Len štúdiom molekulárnej úrovne možno pochopiť, ako prebiehali procesy vzniku a vývoja života na našej planéte, aké sú molekulárne základy dedičnosti a metabolických procesov v živom organizme.
Kontinuita medzi molekulárnou úrovňou a ďalšou bunkovou úrovňou je zabezpečená tým, že biologické molekuly sú materiálom, z ktorého sa tvoria supramolekulárne - bunkové - štruktúry.
Organické látky: bielkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, tuky (lipidy). Biopolyméry. Monoméry
Otázky
1. Aké procesy vedci skúmajú na molekulárnej úrovni?
2. Aké prvky prevládajú v zložení živých organizmov?
3. Prečo sú molekuly bielkovín, nukleových kyselín, sacharidov a lipidov považované za biopolyméry len v bunke?
4. Čo znamená univerzálnosť molekúl biopolymérov?
5. Ako sa dosahuje rôznorodosť vlastností biopolymérov, ktoré tvoria živé organizmy?
Úlohy
Aké biologické vzorce možno formulovať na základe analýzy textu odseku? Diskutujte o nich s členmi triedy.
§ 5. Sacharidy
1. Aké látky súvisiace so sacharidmi poznáte?
2. Akú úlohu zohrávajú sacharidy v živom organizme?
3. V dôsledku akého procesu vznikajú sacharidy v bunkách zelených rastlín?
Sacharidy, alebo sacharidy, je jednou z hlavných skupín organických zlúčenín. Sú súčasťou buniek všetkých živých organizmov.
Sacharidy sú tvorené uhlíkom, vodíkom a kyslíkom. Dostali názov „sacharidy“, pretože väčšina z nich má rovnaký pomer vodíka a kyslíka v molekule ako v molekule vody. Všeobecný vzorec uhľohydrátov je C n (H 2 0) m.
Všetky sacharidy sa delia na jednoduché, príp monosacharidy, a zložité, príp polysacharidy(obr. 5). Z monosacharidov sú pre živé organizmy najdôležitejšie ribóza, deoxyribóza, glukóza, fruktóza, galaktóza.
Ryža. 5. Štruktúra molekúl jednoduchých a komplexných sacharidov
Di- A polysacharidy vznikajú spojením dvoch alebo viacerých molekúl monosacharidov. takže, sacharóza(trstinový cukor), maltóza(sladový cukor), laktóza(mliečny cukor) - disacharidy, ktorý vzniká ako výsledok fúzie dvoch molekúl monosacharidov. Disacharidy majú podobné vlastnosti ako monosacharidy. Napríklad oba horóny sú rozpustné vo vode a majú sladkú chuť.
Polysacharidy pozostávajú z veľkého počtu monosacharidov. Tie obsahujú škrob, glykogén, celulóza, chitín atď. (obr. 6). S nárastom počtu monomérov klesá rozpustnosť polysacharidov a vytráca sa sladká chuť.
Hlavnou funkciou sacharidov je energie. Pri rozklade a oxidácii sacharidových molekúl sa uvoľňuje energia (pri rozklade 1 g sacharidov - 17,6 kJ), ktorá zabezpečuje vitálne funkcie organizmu. Pri nadbytku sacharidov sa hromadia v bunke ako rezervné látky (škrob, glykogén) a v prípade potreby sú telom využité ako zdroj energie. Zvýšený rozklad uhľohydrátov v bunkách možno pozorovať napríklad pri klíčení semien, intenzívnej svalovej práci a dlhotrvajúcom pôste.
Sacharidy sa používajú aj ako stavebný materiál. Celulóza je teda dôležitou štruktúrnou zložkou bunkových stien mnohých jednobunkových organizmov, húb a rastlín. Vďaka svojej špeciálnej štruktúre je celulóza nerozpustná vo vode a má vysokú pevnosť. V priemere 20 – 40 % materiálu v stenách rastlinných buniek tvorí celulóza a bavlnené vlákna sú takmer čistou celulózou, a preto sa z nich vyrábajú textílie.
Ryža. 6. Schéma štruktúry polysacharidov
Chitín je súčasťou bunkových stien niektorých prvokov a húb, nachádza sa aj v určitých skupinách živočíchov, ako sú článkonožce, ako dôležitá súčasť ich exoskeletu.
Známe sú aj komplexné polysacharidy pozostávajúce z dvoch druhov jednoduchých cukrov, ktoré sa pravidelne striedajú v dlhých reťazcoch. Takéto polysacharidy vykonávajú štrukturálne funkcie v podporných tkanivách zvierat. Sú súčasťou medzibunkovej hmoty kože, šliach a chrupaviek, dodávajú im pevnosť a pružnosť.
Niektoré polysacharidy sú súčasťou bunkových membrán a slúžia ako receptory, vďaka ktorým sa bunky navzájom rozpoznávajú a interagujú.
Sacharidy alebo sacharidy. Monosacharidy. Disacharidy. Polysacharidy. Ribóza. deoxyribóza. Glukóza. Fruktóza. galaktóza. Sacharóza. maltóza. Laktóza. škrob. Glykogén. Chitin
Otázky
1. Aké zloženie a štruktúru majú molekuly sacharidov?
2. Aké sacharidy sa nazývajú mono-, di- a polysacharidy?
3. Aké funkcie plnia sacharidy v živých organizmoch?
Úlohy
Analyzujte obrázok 6 „Štruktúrny diagram polysacharidov“ a text odseku. Aké predpoklady môžete urobiť na základe porovnania štrukturálnych vlastností molekúl a funkcií, ktoré v živom organizme vykonávajú škrob, glykogén a celulóza? Diskutujte o tomto probléme so svojimi spolužiakmi.
§ 6. Lipidy
1. Aké látky podobné tuku poznáte?
2. Aké potraviny sú bohaté na tuky?
3. Aká je úloha tukov v tele?
Lipidy(z gréčtiny lipos- tuk) je veľká skupina tukom podobných látok, ktoré sú nerozpustné vo vode. Väčšina lipidov pozostáva z mastných kyselín s vysokou molekulovou hmotnosťou a trojsýtneho alkoholu glycerolu (obr. 7).
Lipidy sú prítomné vo všetkých bunkách bez výnimky a vykonávajú špecifické biologické funkcie.
Tuky- najjednoduchšie a najrozšírenejšie lipidy - hrajú dôležitú úlohu ako Zdroj energie. Po oxidácii poskytujú viac ako dvojnásobok energie ako sacharidy (38,9 kJ pri odbúravaní 1 g tuku).
Ryža. 7. Štruktúra molekuly triglyceridu
Hlavnou formou sú tuky ukladanie lipidov v klietke. U stavovcov približne polovica energie spotrebovanej bunkami v pokoji pochádza z oxidácie tukov. Ako zdroj vody možno použiť aj tuky (oxidáciou 1 g tuku vznikne viac ako 1 g vody). To je obzvlášť cenné pre arktické a púštne zvieratá žijúce v podmienkach nedostatku voľnej vody.
Vďaka nízkej tepelnej vodivosti fungujú lipidy ochranné funkcie, teda slúžia na tepelnú izoláciu organizmov. Napríklad mnohé stavovce majú dobre ohraničenú vrstvu podkožného tuku, ktorá im umožňuje žiť v chladnom podnebí a u veľrýb zohráva aj ďalšiu úlohu – podporuje vztlak.
Lipidy vykonávajú a konštrukčná funkcia pretože ich nerozpustnosť vo vode z nich robí základné zložky bunkových membrán.
veľa hormóny(napr. kôra nadobličiek, gonády) sú lipidové deriváty. Preto sú charakterizované lipidy regulačná funkcia.
Lipidy. Tuky. Hormóny. Funkcie lipidov: energetická, zásobná, ochranná, stavebná, regulačná
Otázky
1. Aké látky sú lipidy?
2. Akú štruktúru má väčšina lipidov?
3. Aké funkcie plnia lipidy?
4. Ktoré bunky a tkanivá sú najbohatšie na lipidy?
Úlohy
Po analýze textu odseku vysvetlite, prečo mnohé zvieratá pred zimou a sťahovavé ryby pred neresením majú tendenciu hromadiť viac tuku. Uveďte príklady živočíchov a rastlín, u ktorých je tento jav najvýraznejší. Je prebytočný tuk pre telo vždy dobrý? Diskutujte o tomto probléme v triede.
§ 7. Zloženie a štruktúra bielkovín
1. Aká je úloha bielkovín v tele?
2. Aké potraviny sú bohaté na bielkoviny?
Medzi organickými látkami veveričky, alebo bielkoviny, sú najpočetnejšie, najrozmanitejšie a najvýznamnejšie biopolyméry. Tvoria 50 – 80 % suchej hmoty bunky.
Proteínové molekuly majú veľkú veľkosť, a preto sa nazývajú makromolekuly. Okrem uhlíka, kyslíka, vodíka a dusíka môžu bielkoviny obsahovať síru, fosfor a železo. Proteíny sa navzájom líšia počtom (od sto do niekoľko tisíc), zložením a sekvenciou monomérov. Proteínové monoméry sú aminokyseliny (obr. 8).
Nekonečné množstvo proteínov je vytvorené rôznymi kombináciami iba 20 aminokyselín. Každá aminokyselina má svoj vlastný názov, špeciálnu štruktúru a vlastnosti. Ich všeobecný vzorec možno prezentovať takto:
Molekula aminokyseliny sa skladá z dvoch častí identických so všetkými aminokyselinami, z ktorých jedna je aminoskupina (-NH 2) so zásaditými vlastnosťami, druhá je karboxylová skupina (-COOH) s kyslými vlastnosťami. Časť molekuly nazývaná radikál (R) má odlišnú štruktúru pre rôzne aminokyseliny. Prítomnosť zásaditých a kyslých skupín v jednej molekule aminokyseliny určuje ich vysokú reaktivitu. Prostredníctvom týchto skupín sa aminokyseliny spájajú za vzniku bielkovín. V tomto prípade sa objaví molekula vody a vytvoria sa uvoľnené elektróny peptidová väzba. Preto sa proteíny nazývajú polypeptidy.
Ryža. 8. Príklady štruktúry aminokyselín - monomérov molekúl bielkovín
Molekuly proteínov môžu mať rôzne priestorové konfigurácie - proteínová štruktúra, a v ich štruktúre sú štyri úrovne štruktúrnej organizácie (obr. 9).
Sekvencia aminokyselín v polypeptidovom reťazci je primárna štruktúra veverička. Je jedinečný pre každý proteín a určuje jeho tvar, vlastnosti a funkcie.
Väčšina proteínov má špirálový tvar ako výsledok tvorby vodíkových väzieb medzi skupinami CO a NH rôznych aminokyselinových zvyškov polypeptidového reťazca. Vodíkové väzby sú slabé, ale spolu poskytujú pomerne silnú štruktúru. Táto špirála je sekundárna štruktúra veverička.
Terciárna štruktúra– trojrozmerné priestorové „obalenie“ polypeptidového reťazca. Výsledkom je bizarná, ale špecifická konfigurácia pre každý proteín - globule. Pevnosť terciárnej štruktúry je zabezpečená rôznymi väzbami, ktoré vznikajú medzi aminokyselinovými radikálmi.
Ryža. 9. Schéma štruktúry molekuly proteínu: I, II, III, IV – primárne, sekundárne, terciárne, kvartérne štruktúry
Kvartérna štruktúra nie je typické pre všetky bielkoviny. Vzniká ako výsledok spojenia viacerých makromolekúl s terciárnou štruktúrou do komplexného komplexu. Napríklad hemoglobín v ľudskej krvi je komplex štyroch proteínových makromolekúl (obr. 10).
Táto zložitosť štruktúry proteínových molekúl je spojená s rozmanitosťou funkcií, ktoré sú týmto biopolymérom vlastné.
Porušenie prirodzenej štruktúry proteínu sa nazýva denaturácia(obr. 11). Môže sa vyskytnúť pod vplyvom teploty, chemikálií, energie žiarenia a iných faktorov. Pri slabom náraze sa rozpadne len kvartérna štruktúra, pri silnejšom náraze terciárna a potom sekundárna a proteín zostáva vo forme polypeptidového reťazca.
Ryža. 10. Schéma štruktúry molekuly hemoglobínu
Tento proces je čiastočne reverzibilný: ak nie je zničená primárna štruktúra, potom je denaturovaný proteín schopný obnoviť svoju štruktúru. Z toho vyplýva, že všetky štruktúrne znaky makromolekuly proteínu sú určené jej primárnou štruktúrou.
Okrem jednoduché bielkoviny, pozostávajúce len z aminokyselín, existujú aj komplexné bielkoviny ktoré môžu zahŕňať sacharidy ( glykoproteíny), tuky ( lipoproteíny), nukleové kyseliny ( nukleoproteíny) a pod.
Úloha bielkovín v živote bunky je obrovská. Moderná biológia ukázala, že podobnosti a rozdiely medzi organizmami sú v konečnom dôsledku určené súborom proteínov. Čím bližšie sú organizmy k sebe v systematickej polohe, tým sú si ich proteíny podobné.
Ryža. 11. Denaturácia bielkovín
Proteíny, alebo proteíny. Jednoduché a zložité proteíny. Aminokyseliny. Polypeptid. Primárne, sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry proteínov
Otázky
1. Aké látky sa nazývajú bielkoviny alebo bielkoviny?
2. Aká je primárna štruktúra proteínu?
3. Ako vznikajú sekundárne, terciárne a kvartérne proteínové štruktúry?
4. Čo je denaturácia bielkovín?
5. Na základe čoho sa bielkoviny delia na jednoduché a zložité?
Úlohy
Viete, že bielok kuracieho vajca pozostáva hlavne z bielkovín. Zamyslite sa nad tým, čo vysvetľuje zmenu v štruktúre bielkovín uvareného vajíčka. Uveďte ďalšie príklady, o ktorých viete, kde sa môže zmeniť štruktúra bielkovín.
§ 8. Funkcie bielkovín
1. Akú funkciu majú sacharidy?
2. Aké funkcie bielkovín poznáte?
Proteíny plnia mimoriadne dôležité a rôznorodé funkcie. Je to možné najmä vďaka rôznorodosti foriem a zloženia samotných proteínov.
Jednou z najdôležitejších funkcií proteínových molekúl je výstavby (plast). Proteíny sú súčasťou všetkých bunkových membrán a bunkových organel. Steny krvných ciev, chrupaviek, šliach, vlasov a nechtov pozostávajú prevažne z bielkovín.
Veľký význam katalytický, alebo enzymatická, proteínová funkcia. Špeciálne bielkoviny – enzýmy sú schopné desať- až stomiliónkrát urýchliť biochemické reakcie v bunkách. Je známych asi tisíc enzýmov. Každá reakcia je katalyzovaná špecifickým enzýmom. Viac sa o tom dozviete nižšie.
Funkcia motora vykonávať špeciálne kontraktilné proteíny. Vďaka nim sa u prvokov pohybujú riasinky a bičíky, pri delení buniek sa pohybujú chromozómy, u mnohobunkových organizmov sa sťahujú svaly a u živých organizmov sa zlepšujú iné druhy pohybu.
To je dôležité dopravná funkcia bielkoviny. Hemoglobín teda prenáša kyslík z pľúc do buniek iných tkanív a orgánov. Vo svaloch je okrem hemoglobínu ďalší proteín transportujúci plyn - myoglobín. Sérové proteíny podporujú prenos lipidov a mastných kyselín a rôznych biologicky aktívnych látok. Transportné proteíny vo vonkajšej membráne buniek prenášajú rôzne látky z prostredia do cytoplazmy.
Účinkujú špecifické proteíny ochranná funkcia. Chránia telo pred inváziou cudzích proteínov a mikroorganizmov a pred poškodením. Protilátky produkované lymfocytmi teda blokujú cudzie proteíny; fibrín a trombín chránia telo pred stratou krvi.
Regulačná funkcia obsiahnuté v bielkovinách - hormóny. Udržiavajú konštantné koncentrácie látok v krvi a bunkách, podieľajú sa na raste, rozmnožovaní a iných životne dôležitých procesoch. Napríklad inzulín reguluje hladinu cukru v krvi.
Proteíny majú tiež signalizačná funkcia. Bunková membrána obsahuje proteíny, ktoré môžu zmeniť svoju terciárnu štruktúru v reakcii na faktory prostredia. Takto sa prijímajú signály z vonkajšieho prostredia a informácie sa prenášajú do bunky.
Proteíny môžu fungovať energetická funkcia, ktorý je jedným zo zdrojov energie v bunke. Keď sa 1 g bielkovín úplne rozloží na konečné produkty, uvoľní sa 17,6 kJ energie. Proteíny sa však ako zdroj energie používajú veľmi zriedkavo. Aminokyseliny uvoľnené pri rozklade proteínových molekúl sa používajú na vytvorenie nových proteínov.
Funkcie bielkovín: konštrukčné, motorické, transportné, ochranné, regulačné, signalizačné, energetické, katalytické. Hormón. Enzým
Otázky
1. Čo vysvetľuje rôznorodosť funkcií bielkovín?
2. Aké funkcie bielkovín poznáte?
3. Akú úlohu zohrávajú hormónové proteíny?
4. Akú funkciu plnia enzýmové proteíny?
5. Prečo sa bielkoviny zriedka používajú ako zdroj energie?
§ 9. Nukleové kyseliny
1. Aká je úloha jadra v bunke?
2. S akými bunkovými organelami je spojený prenos dedičných vlastností?
3. Aké látky sa nazývajú kyseliny?
Nukleové kyseliny(z lat. jadro– jadro) boli prvýkrát objavené v jadrách leukocytov. Následne sa zistilo, že nukleové kyseliny sú obsiahnuté vo všetkých bunkách, nielen v jadre, ale aj v cytoplazme a rôznych organelách.
Existujú dva typy nukleových kyselín - deoxyribonukleová(skrátene DNA) A ribonukleová(skrátene RNA). Rozdiel v názvoch sa vysvetľuje tým, že molekula DNA obsahuje uhľohydrát deoxyribóza a molekula RNA je ribóza.
Nukleové kyseliny sú biopolyméry pozostávajúce z monomérov - nukleotidy. Nukleotidové monoméry DNA a RNA majú podobnú štruktúru.
Každý nukleotid pozostáva z troch zložiek spojených silnými chemickými väzbami. Toto dusíkatá báza, sacharid(ribóza alebo deoxyribóza) a zvyšok kyseliny fosforečnej(obr. 12).
Časť molekuly DNA Existujú štyri typy dusíkatých zásad: adenín, guanín, cytozín alebo tymín. Určujú názvy zodpovedajúcich nukleotidov: adenyl (A), guanyl (G), cytidyl (C) a tymidyl (T) (obr. 13).
Ryža. 12. Schéma štruktúry nukleotidov - monomérov DNA (A) a RNA (B)
Každý reťazec DNA je polynukleotid pozostávajúci z niekoľkých desiatok tisíc nukleotidov.
Molekula DNA má zložitú štruktúru. Skladá sa z dvoch špirálovo stočených reťazcov, ktoré sú po celej dĺžke navzájom spojené vodíkovými väzbami. Táto štruktúra, charakteristická len pre molekuly DNA, sa nazýva Dvojitý helix.
Ryža. 13. DNA nukleotidy
Ryža. 14. Komplementárne spojenie nukleotidov
Keď sa vytvorí dvojitá špirála DNA, dusíkaté bázy jedného reťazca sú usporiadané v presne definovanom poradí oproti dusíkatým bázam druhého reťazca. V tomto prípade je odhalený dôležitý vzorec: tymín iného reťazca je vždy umiestnený oproti adenínu jedného reťazca, cytozín je vždy umiestnený oproti guanínu a naopak. Vysvetľuje sa to tým, že nukleotidové páry adenín a tymín, ako aj guanín a cytozín si navzájom striktne zodpovedajú a sú komplementárne, resp. komplementárne(z lat. komplementum- sčítanie), navzájom. A samotný vzor je tzv princíp komplementarity. V tomto prípade vznikajú vždy dve vodíkové väzby medzi adenínom a tymínom a tri medzi guanínom a cytozínom (obr. 14).
V dôsledku toho sa v akomkoľvek organizme počet adenylových nukleotidov rovná počtu tymidylových nukleotidov a počet guanylových nukleotidov sa rovná počtu cytidylových nukleotidov. Na základe znalosti sekvencie nukleotidov v jednom reťazci DNA možno na stanovenie poradia nukleotidov v inom reťazci použiť princíp komplementarity.
DNA pomocou štyroch typov nukleotidov zaznamenáva všetky informácie o tele, ktoré sa odovzdávajú ďalším generáciám. Inými slovami, DNA je nositeľom dedičnej informácie.
Molekuly DNA sa nachádzajú najmä v jadrách buniek, ale malé množstvá sa nachádzajú v mitochondriách a plastidoch.
Molekula RNA, na rozdiel od molekuly DNA, je polymér pozostávajúci z jedného reťazca oveľa menších rozmerov.
Monoméry RNA sú nukleotidy pozostávajúce z ribózy, zvyšku kyseliny fosforečnej a jednej zo štyroch dusíkatých báz. Tri dusíkaté bázy - adenín, guanín a cytozín - sú rovnaké ako v DNA a štvrtá - uracil.
K tvorbe RNA polyméru dochádza prostredníctvom kovalentných väzieb medzi ribózou a zvyškom kyseliny fosforečnej susedných nukleotidov.
Existujú tri typy RNA, ktoré sa líšia štruktúrou, veľkosťou molekuly, umiestnením v bunke a vykonávanými funkciami.
Ribozomálna RNA (rRNA) sú súčasťou ribozómov a podieľajú sa na tvorbe ich aktívnych centier, kde prebieha proces biosyntézy bielkovín.
Preneste RNA (tRNA) - veľkosťou najmenší - transportuje aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín.
Informácie, alebo templát, RNA (mRNA) sú syntetizované na úseku jedného z reťazcov molekuly DNA a prenášajú informácie o štruktúre proteínu z bunkového jadra do ribozómov, kde sú tieto informácie implementované.
Rôzne typy RNA teda predstavujú jeden funkčný systém zameraný na implementáciu dedičnej informácie prostredníctvom syntézy proteínov.
Molekuly RNA sa nachádzajú v jadre, cytoplazme, ribozómoch, mitochondriách a plastidoch bunky.
Nukleová kyselina. Deoxyribonukleová kyselina alebo DNA. Ribonukleová kyselina alebo RNA. Dusíkaté bázy: adenín, guanín, cytozín, tymín, uracil, nukleotid. Dvojitý helix. Komplementárnosť. Transfer RNA (tRNA). Ribozomálna RNA (rRNA). Messenger RNA (mRNA)
Otázky
1. Aká je štruktúra nukleotidu?
2. Aká je štruktúra molekuly DNA?
3. Aký je princíp komplementarity?
4. Aké sú podobnosti a rozdiely v štruktúre molekúl DNA a RNA?
5. Aké typy molekúl RNA poznáte? Aké sú ich funkcie?
Úlohy
1. Načrtnite si odsek.
2. Vedci zistili, že fragment reťazca DNA má nasledovné zloženie: C-G G A A A T T C C. Pomocou princípu komplementarity dokončite druhý reťazec.
3. Počas štúdie sa zistilo, že v skúmanej molekule DNA tvoria adeníny 26 % z celkového počtu dusíkatých báz. Spočítajte počet ďalších dusíkatých zásad v tejto molekule.
Pozrite sa na koreň!
Kozma Prutkov
Aké chemické prvky tvoria živú bunku? Akú úlohu hrajú cukry a lipidy? Ako sú bielkoviny štruktúrované a ako ich molekuly nadobúdajú určitý priestorový tvar? Čo sú enzýmy a ako rozpoznávajú svoje substráty? Aká je štruktúra molekúl RNA a DNA? Aké vlastnosti molekuly DNA jej umožňujú hrať úlohu nosiča genetickej informácie?
Lekcia-prednáška
ELEMENTÁRNE A MOLEKULÁRNE ZLOŽENIE ŽIVÝCH VECÍ. Zoznámenie sa so živými systémami začíname na molekulárnej genetickej úrovni. Ide o úroveň molekúl, ktoré tvoria štrukturálny a funkčný základ buniek živých organizmov.
Retrovírus. Vírusy predvádzajú úžasné geometrické tvary!
Pripomeňme si, že zo všetkých známych prvkov zaradených do Periodickej tabuľky D. I. Mendelejeva sa ich v živej bunke našlo asi 80. Navyše medzi nimi nie je ani jeden, ktorý by v neživej prírode chýbal. Slúži ako jeden z dôkazov o zhode živej a neživej prírody.
Viac ako 90 % hmoty bunky tvorí uhlík, vodík, dusík a kyslík. Síra, fosfor, draslík, sodík, vápnik, horčík, železo a chlór sa v bunke nachádzajú v oveľa menšom množstve. Všetky ostatné prvky (zinok, meď, jód, fluór, kobalt, mangán atď.) spolu tvoria najviac 0,02 % bunkovej hmoty. Preto sa nazývajú mikroelementy. Mikroelementy sú súčasťou hormónov, enzýmov a vitamínov, teda zlúčenín s vysokou biologickou aktivitou.
Napríklad nedostatok jódu v tele, potrebného na tvorbu hormónu štítnej žľazy - tyroxínu, vedie k zníženiu produkcie tohto hormónu a v dôsledku toho k rozvoju závažných ochorení, vrátane kretinizmu.
Väčšinu obsahu buniek tvorí voda. Mnohé látky vstupujú alebo vystupujú do bunky vo forme vodných roztokov, väčšina vnútrobunkových reakcií prebieha aj vo vodnom prostredí. Okrem toho sa voda priamo zúčastňuje mnohých chemických reakcií, pričom do výsledných zlúčenín odovzdáva ióny H+ alebo OH-. Voda vďaka svojej vysokej tepelnej kapacite stabilizuje teplotu vo vnútri článku, čím sa stáva menej závislým na kolísaní teploty v prostredí obklopujúcom článok.
Okrem vody, ktorá tvorí 70 % objemu bunky, obsahuje aj organické látky – zlúčeniny uhlíka. Medzi nimi sú malé molekuly obsahujúce až 30 atómov uhlíka a makromolekuly. Prvé zahŕňajú jednoduché cukry (monosacharidy), lipidy, aminokyseliny a nukleotidy. Slúžia ako štruktúrne zložky na stavbu makromolekúl a okrem toho sa významne podieľajú na metabolických procesoch a energii živej bunky.
A predsa, základom života na molekulárnej úrovni sú proteíny a nukleové kyseliny, o ktorých budeme diskutovať podrobnejšie.
AMINOKYSELINY A BIELKOVINY. Veveričky majú v živej prírode osobitnú úlohu. Slúžia ako stavebný materiál bunky a takmer žiadny z procesov, ktoré sa vyskytujú v bunkách, nemôže nastať bez ich účasti.
Proteínová molekula je reťazec aminokyselín a počet článkov v takomto reťazci sa môže pohybovať od desiatok až po niekoľko tisíc. Susedné aminokyseliny sú navzájom spojené špeciálnym typom chemickej väzby tzv peptid. Táto väzba vzniká pri procese syntézy bielkovín, kedy sa karboxylová skupina jednej aminokyseliny viaže na susednú aminoskupinu inej aminokyseliny (obr. 32).
Ryža. 32. Peptidová väzba
Všetkých 20 druhov aminokyselín sa podieľa na stavbe bielkovín. Poradie ich striedania v proteínovom reťazci je však veľmi odlišné, čo vytvára príležitosť pre obrovské množstvo kombinácií, a tým aj pre konštrukciu početných typov proteínových molekúl. Treba poznamenať, že iba rastliny sú schopné syntetizovať všetkých 20 aminokyselín potrebných na stavbu bielkovín. Živočíchy získavajú množstvo aminokyselín, ktoré sa nazývajú esenciálne aminokyseliny, konzumáciou rastlín.
Poradie aminokyselín v molekule proteínu sa označuje ako primárna štruktúra veverička (obr. 33). Existujú tiež sekundárna štruktúra proteínu, ktorý sa chápe ako povaha priestorového usporiadania jednotlivých fragmentov reťazca aminokyselín. V sekundárnej štruktúre sú časti molekuly proteínu tvarované ako skrutkovice alebo zložené vrstvy. Pri ich tvorbe zohrávajú významnú úlohu vodíkové väzby vytvorené medzi kyslíkom a vodíkom peptidových väzieb (-N-H...0=C-) rôznych aminokyselín.
Ryža. 33. Štruktúra bielkovín
Pod terciárna štruktúra proteín označuje priestorové usporiadanie celého reťazca aminokyselín.
Terciárna štruktúra má priamy vplyv na tvar molekuly proteínu, ktorý môže byť vláknitý alebo okrúhly. V druhom prípade je molekula zložená takým spôsobom, že jej hydrofóbne oblasti sú vo vnútri a jej polárne hydrofilné skupiny sú na povrchu. Výsledná priestorová štruktúra je tzv globule.
Nakoniec, niektoré proteíny môžu obsahovať niekoľko guľôčok, z ktorých každá je tvorená nezávislým reťazcom aminokyselín. Kombinácia niekoľkých guľôčok do jedného komplexu je označená pojmom kvartérna štruktúra veverička. Napríklad molekula hemoglobínového proteínu pozostáva zo štyroch guľôčok obsahujúcich neproteínovú časť – hem.
Molekula proteínu je schopná samoorganizovať sa do komplexnej priestorovej štruktúry, ktorej konfigurácia je špecifická a určená sekvenciou aminokyselín, t.j. primárnou štruktúrou proteínu.
Samoorganizácia je jednou z jedinečných vlastností bielkovín, ktorá je základom mnohých funkcií, ktoré vykonávajú. Najmä mechanizmus rozpoznávania vlastnými enzýmami (biologickými katalyzátormi) je založený na špecifickosti priestorovej štruktúry molekuly proteínu. substrát, teda molekula, ktorá po interakcii s enzýmom prechádza určitými chemickými premenami a mení sa na produktu.
Enzýmy sú bielkoviny, ktorých určitá časť molekuly tvorí aktívne centrum. Viaže substrát špecifický pre daný enzým a premieňa ho na produkt. V tomto prípade je enzým schopný rozlíšiť svoj substrát vďaka špeciálnej priestorovej konfigurácii aktívneho centra, špecifickej pre každý enzým. Môžete si predstaviť, že substrát zapadá do enzýmu ako kľúč k zámku.
Ste presvedčení, že všetky vlastnosti proteínu vychádzajú z jeho primárnej štruktúry – poradia aminokyselín v molekule. Dá sa to prirovnať k slovu, ktoré je napísané v abecede pozostávajúcej z 20 písmen aminokyselín. A ak existujú slová, potom môže existovať šifra, pomocou ktorej možno tieto slová zakódovať. Ako? Zoznámenie sa so štruktúrou nukleových kyselín pomôže zodpovedať túto otázku.
NUKLEOTIDY A NUKLEOVÉ KYSELINY. Nukleotidy pozostávajú z cyklickej zlúčeniny obsahujúcej dusík (dusíkovej bázy), päťuhlíkového cukru a zvyšku kyseliny fosforečnej. Z nich sa budujú makromolekuly nukleových kyselín.
Zloženie molekúl RNA(ribonukleová kyselina) zahŕňa nukleotidy postavené na cukre ribóze a obsahujúce adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a uracil (U) ako dusíkaté bázy. Nukleotidy, ktoré tvoria molekulu DNA(kyselina deoxyribonukleová), obsahujú deoxyribózu a namiesto uracilu - tymín (T).
Vzájomná väzba nukleotidov v molekule DNA (RNA) nastáva v dôsledku spojenia fosforového zvyšku jedného nukleotidu s deoxyribózou (ribózou) druhého (obr. 34).
Ryža. 34. Zloženie reťazca a štruktúra molekuly DNA
V priebehu štúdií zloženia molekúl DNA sa zistilo, že v každej z nich sa počet adenínových dusíkatých báz (A) rovná počtu tymínu (T) a počet guanínov (G) je rovnaký. na počet cytozínov (C). Tento objav poslúžil ako predpoklad na to, že J. Watson a F. Crick v roku 1953 vytvorili model molekuly DNA - slávnu dvojitú špirálu.
Podľa tohto modelu sa molekula DNA skladá z dvoch reťazcov, ktoré sú poskladané do pravotočivej špirály (obr. 35).
Ryža. 35. Model štruktúry DNA
Každý reťazec obsahuje sekvenciu nukleotidov, ktorá presne zodpovedá (komplementárnej) sekvencii druhého reťazca. Táto zhoda sa dosahuje prítomnosťou vodíkových väzieb medzi dusíkatými bázami dvoch reťazcov smerujúcich k sebe - A a T alebo G a C.
Komunikácia medzi inými pármi dusíkatých zásad je nemožná, pretože priestorová štruktúra molekúl dusíkatých zásad je taká, že iba A a T, ako aj G a C, sa môžu k sebe priblížiť natoľko, aby vytvorili vodíkové väzby medzi sebou.
Najdôležitejšou vlastnosťou DNA je možnosť jej autoduplikácie - replikácie, ktorá sa uskutočňuje za účasti skupiny enzýmov (obr. 36).
Ryža. 36. Schéma replikácie DNA
V určitých oblastiach, vrátane jedného z koncov, dvojvláknovej špirálovej molekuly DNA, sú vodíkové väzby medzi reťazcami prerušené. Oddeľujú sa a uvoľňujú sa.
Tento proces postupne preberá celú molekulu. Keď sa reťazce materskej molekuly rozchádzajú, vytvárajú sa na nich dcérske reťazce, ako na matrici, z nukleotidov dostupných v prostredí. Zostavenie nového reťazca prebieha striktne v súlade s princípom komplementarity: proti každému A je T, proti G - C atď. Výsledkom sú dve nové molekuly DNA, z ktorých každej zostal jeden reťazec pôvodná molekula DNA a druhá je nová. V tomto prípade sú dve molekuly DNA vytvorené počas replikácie totožné s tou pôvodnou.
Schopnosť molekuly DNA sa samokopírovať je základom prenosu dedičnej informácie živými organizmami. Sekvencia nukleotidových báz v molekule DNA slúži ako kód, ktorý kóduje informácie o proteínoch potrebných pre fungovanie tela.
Na rozdiel od DNA sa molekula RNA skladá z jedného polynukleotidového reťazca. Existuje niekoľko typov RNA, ktoré v bunke vykonávajú rôzne funkcie. RNA kópia úseku reťazca DNA sa nazýva informácia resp messenger RNA(mRNA) a zohráva úlohu sprostredkovateľa pri prenose genetickej informácie z DNA do bunkových štruktúr, ktoré syntetizujú proteín – ribozómy. Okrem toho bunka obsahuje ribozomálna RNA(rRNA), ktoré spolu s proteínmi tvoria ribozómy, transferové RNA(tRNA), transport aminokyselín do miesta syntézy bielkovín a niektoré ďalšie.
Molekula DNA pozostáva z dvoch komplementárnych reťazcov nukleotidov stočených do špirály, ktoré sú držané pohromade vodíkovými väzbami, ktoré tvoria páry báz A-T a G-C. Nukleotidová sekvencia reťazca DNA slúži ako kód, ktorý kóduje genetickú informáciu. Dešifrovanie týchto informácií sa uskutočňuje za účasti molekúl RNA. Schopnosť DNA sa samokopírovať (replikovať) poskytuje možnosť prenosu genetickej informácie v živej prírode.
- Prečo sa proteíny nazývajú molekuly života?
- Aká je úloha priestorových štruktúr bielkovín v životných procesoch bunky?
- Aký princíp je základom procesov replikácie DNA?
