БЕЛКИ. Нуклеиновые кислоты
Белки - это нерегулярные биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Если в молекуле определенной закономерности повтора мономеров нет, то такой полимер называется нерегулярным.
Белок - это полипептид, выполняющий биологическую функцию. Белки по содержанию занимают первое место из органических веществ.
Функции белков:
1. Каталитическая функция стоит на первом месте!
Все ферменты в живых организмах имеют белковую природу, в небольших количествах они вступают в реакцию и по её окончании выходят неизменными. Ферменты - биологические катализаторы, увеличивающие скорость химических реакций в клетке в сотни тысяч раз. Ферменты отличаются специфичностью: например, фермент, расщепляющий белки, не действует на молекулу крахмала. Каждый фермент действует в определенных условиях, лучше всего при температуре 36, 6 – 38 градусов. Её повышение подавляет активность, а иногда и разрушает ферменты. На ферменты оказывает влияние и химическая среда: одни из них активны только в кислой среде (например пепсин - фермент желудка), другие – в щелочной (трипсин – фермент тонкой кишки).Не все белки являются ферментами!
2.Структурная или строительная функция:
Белки входят в состав всех клеточных и внеклеточных структур. Белки образуют клеточный скелет. Белки гистоны вместе с ДНК образуют хромосомы. Примеры: коллаген входит в состав сухожилий, кератин в состав волос и ногтей.
3. Защитная функция:
Антитела - это особые белки, которые вырабатываются в ответ на проникновение чужеродных веществ в организм, и обезвреживают их. Иммуноглобулины и интерфероны – белки, которые "склеивают" антигены. Белки плазмы крови фибрин и фибриноген участвуют в свертывании крови.
4. Регуляторная функция:
Некоторые гормоны - белки. Например, инсулин - гормон поджелудочной железы. Регулирует углеводный обмен.
5. Двигательная или сократительная функция:
Актин и миозин – это белки мышц, осуществляют сокращение мышц. Двигательные белки входят в состав жгутиков, ресничек животных, бактерий, водорослей. Белки веретена деления обеспечивают движение хромосом от экватора к полюсам клетки во время деления.
6. Транспортная функция:
Гемоглобинкрови осуществляет транспорт О2, СО2. Миоглобин - переносит О2 в мышцах. Мембранные белки обеспечивают транспорт в клетку, из клетки и внутри клетки.
7. Энергетическая функция:
Расщепляясь до аминокислот, и далее до более простых веществ Н2О и СО2. Они выделяют 17,6 кДЖ энергии. Эта функция крайне редко реализуется, только после того когда в организме заканчиваются углеводы и липиды.
8. Запасающая функция:
Запасные белки служат для развития зародыша и вскармливания младенца. Например, казеин - белок молока, яичный белок, белок зерен пшеницы. Много белка запасается в плодах семейства бобовых.
9.Сигнальная функция
Белки, встроенные в мембрану клетки, способны менять свою структуру в ответ на раздражение. Тем самым передаются сигналы из внешней среды внутрь клетки.
АМИНОКИСЛОТЫ
Мономерами белков являются аминокислоты, их 20. Существуют заменимые и незаменимые аминокислоты. Незаменимые должны поступать с пищей в организм человека, так как они не могут быть синтезированы организмом. Заменимые аминокислоты поступают в составе пищи и могут синтезироваться в организме человека.
Общая формула аминокислоты
В основе взаимодействия аминокислот между собой лежит образование прочной пептидной связи:
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВ
Первичная (I) структура белков.
Определение: первичная структура белка - это последовательность расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Аминокислоты соединяются в полипептид с помощью пептидных связей.
Вторичная (II) структура белков.
Имеет вид спирали. Такая структура удерживается благодаря большому количеству непрочных водородных связей.
Вторичная структура белка
Третичная (III) структура белка.
Определение: третичная структура белка - это пространственная трехмерная конфигурация (клубок), которую принимает в пространстве закрученная спираль. Удерживается такая структура с помощью гидрофобных взаимодействий, ковалентных связей. Определяющими являются гидрофобные взаимодействия.
Третичная структура белка.
Четвертичная (IV) структура.
Определение: четвертичная структура белка представляет собой способ взаимного расположения в пространстве полипептидных цепей в молекуле белка, необходимый для проявления специфических функций.
Четвертичной структурой обладает около 5% белков, в том числе гемоглобин. В эритроцитах содержится гемоглобин - комплекс белка глобина с небелковой железосодержащей частью - гемом. IVструктура возможна только, если белок состоит из нескольких полипептидных цепей или по-другому субъединиц.
Четвертичная структура гемоглобина.
Денатурация– это разрушение природной структуры белка, при этом белок теряет свои биологические свойства.Денатурацию могут вызвать высокие или низкие температуры, сильные кислоты и основания и др. Если первичная структура не разрушена, то возможна ренатурация – восстановление исходной структуры белка.
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Нуклеиновые кислоты – это нерегулярные, линейные биополимеры, играют основную роль в хранении (ДНК) и реализации (РНК) генетической информации. Впервые описаны в 19 веке швейцарцем Фридрихом Мишером. Различают 2 вида нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые построены из азотистого основания, пентозы (простого сахара) и остатка фосфорной кислоты. В РНК сахар – рибоза, в ДНК – дезоксирибоза.
В качестве оснований в ДНК содержаться :аденин (А), гуанин (Г),тимин (Т) и цитозин (Ц). В РНК вместо Т содержится урацил (У). Мономеры в нуклеиновых кислотах связаны между собой ковалентными связями.
Какова роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белка?
1) В ДНК содержится информация о первичной структуре молекул белка.
2) Эта информация переписывается на молекулу и-РНК, которая переносит ее из ядра к рибосоме, т. е. и-РНК служит матрицей для сборки молекул белка.
3) т-РНК присоединяют аминокислоты и доставляют их к месту синтеза белка — к рибосоме.
Принципы строения ДНК:
1. ДНК – это полимер, состоящий из мономеров - нуклеотидов. Основная функция ДНК – хранение наследственной информации и кодирование аминокислот.
2. Состав нуклеотидов ДНК подчиняется правилу Чаргаффа: в ДНК число остатков А всегда равно числу остатков Т, число остатков Г – числу остатков Ц.
3. Структура ДНК стабилизируется водородными связями между А и Т, Г и Ц. Такие пары называются комплементарными. В паре А и Т – 2 водородные связи, в паре Ц и Г – 3водородные связи. В связи с этим последовательность оснований в одной цепи определяет последовательность оснований в другой цепи. Это ключевое свойство ДНК.
В 1953 г. Уотсон и Крик предложили пространственную модель структуры ДНК, которая представляет собой правовинтовую спираль, образованную 2-мя полинуклеотидными цепями, закрученными друг относительно друга и вокруг общей оси.
Установление структуры ДНК позволило решить ряд проблем.
1) Проблема хранения наследственной информации. Решение: ДНК состоит из нуклеотидов, последовательность которых хранит и кодирует наследственную информацию.
2) Проблема передачи информации. Решение: ДНК состоит из двух комплементарных цепей и способна к самоудвоению с последующим расхождением по клетке. Решение – сначала наследственная информация удваивается, а затем передается потомству в первоначальном виде.
3) Проблема разнообразия наследственной информации. Каким образом всего 4 нуклеотида определяют различия между организмами? Решение: Количество нуклеотидов в ДНК насчитывает сотни тысяч. Они могут чередоваться в различной последовательности. Новая последовательность нуклеотидов определяет новый набор генетических признаков организма.
ДНК может находиться в линейной и кольцевой формах. Все одноцепочечные молекулы – кольцевые (хромосомы некоторых бактерий, геномы вирусов, большинство митохондриальных и хлоропластных ДНК). У прокариот ДНК расположена в цитоплазме.
Двухцепочечные молекулы ДНК – линейные, составляют основу хромосом эукариот. Содержание ДНК в клетке строго постоянно. У эукариот ДНК в основном находится в ядрев виде плотно упакованных, скрученных структурах – хромосомах.
Функции РНК: играет роль в трансляции (считывании) генетической информации с образованием белков. РНК предст. собой линейные полинуклеотиды с тем же принципом организации, что и ДНК. РНК в отличие от ДНК молекулы лабильные, то есть неустойчивые, подвижные, способные к образованию петель. Свою функцию РНК способна выполнять только в одноцепочечном состоянии.
Виды РНК: матричная или информационная, рибосомальная, транспортная.
1) иРНК (матричная или информационная) синтезируется с ДНК в ядре и выходит в цитоплазму, она содержит информацию о составе полипептидной цепи белка. Она имеет несколько областей с различной функцией: 1) инициирующий кодон АУГ с него начинается биосинтез белка; 2) кодирующая часть – содержит информацию о последовательности аминокислот в белке; 3)стоп кодон, на нем заканчивается биосинтез; Зрелые мРНК находятся в цитоплазме.
2) тРНК(транспортная) в основном содержится в цитоплазме клетки, и переносит аминокислоты к месту синтеза белка. тРНК имеет структуру «клеверного листа». тРНК содержит участок под названием акцепторный – присоединяет аминокислоту, на противоположном участке находятся – 3 нуклеотида, этот участок называется антикодон, он взаимодействует с кодоном иРНК. Это самые маленькие РНК.
Примечание: на рисунке Д – это акцепторный конец, Е - антикодон
3) рРНК (рибосомальная) – синтезируется в ядрышках и вместе с белками составляют большую и малую субъединицы рибосом. Это самая крупная РНК.
АТФ
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – это основной источник энергии для клеток живых организмов. АТФ состоит из аденина, сахара рибоза и трёх остатков фосфорной кислоты, которые соединены друг с другом высокоэнергетическими или, по-другому, макроэргическими (богатыми энергией) связями.
При отщеплении одного остатка фосфорной кислоты образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а если отщепляется два остатка фосфорной кислоты, то образуется АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Реакция отщепления каждого остатка фосфорной кислоты сопровождается выделением 40 кДЖ энергии. АТФ имеет 2 макроэргические связи (на схеме показаны красным цветом).
АТФ образуется в митохондриях в ходе кислородного этапа энергетического обмена. АТФ расходуется на различные процессы в клетке, например биосинтез белка, деление клетки, функционирование, движении и т.д.
Таким образом, АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
Задания
В чем проявляется взаимосвязь энергетического обмена и биосинтеза белка?
Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки, обозначенными цифрами на схеме: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРГАНОИДЫ
А) Построены из белка тубулина
Б) Содержат гидролитические ферменты
В) Имеют в своём составе ДНК
Г) Участвуют в синтезе белка
Д) Формируют веретено деления
Е) Состоят из РНК и белка
1) 2
2) 4
3) 9
4) 10
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:А Б В Г Д Е
В процессе гликолиза образовались 112 молекул пировиноградной кислоты (ПВК). Какое количество молекул глюкозы подверглось расщеплению и сколько молекул АТФ образуется при полном окислении глюкозы в клетках эукариот? Ответ поясните.
Рассмотрите таблицу «Структуры клетки» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин.
Структуры клетки Функция Хромосомы Хранение и передача наследственной информации клетки и организма
Биологическое окисление
4. Экспериментатор поместил дрожжи в ёмкость с подслащённой водой. Как изменились количество углеводов и белков в воде? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения:
1) уменьшилось 2) не изменилось 3) увеличилось
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Количество углеводов Количество белков
Сколько аутосом содержит яйцеклетка человека, если клетка кожи человека содержит 46 хромосом? В ответе запишите только соответствующее число.
У овса устойчивость к ржавчине доминирует над восприимчивостью (b) к этой болезни. Скрестили восприимчивое к ржавчине растение с гомозиготным устойчивым растением. Каким будет соотношение фенотипов в F2?
Каким номером на рисунке обозначен органоид, который в нервной ткани отвечает за секрецию нейромедиаторов?
Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки, обозначенными цифрами на схеме: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ОРГАНОИДЫ
А) Сливается с эндосомами Б) Синтезирует собственные белки В) Состоит из триплетов Г) Немембранный органоид
Д) Окисляет органические вещества до углекислого газа и воды Е) Синтезирует трансмембранные белки
1) 2 2) 3 3) 4 4) 10
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: А Б В Г Д Е
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже характеристик можно использовать для описания методов селекции микроорганизмов?
1) гибридизация разных штаммов 2) отбор по экстерьеру 3) инбридинг 4) искусственный мутагенез 5) генная инженерия
6) метод ментора
Установите последовательность расположения структур в эукариотной клетке растения (начиная снаружи).
1) плазматическая мембрана 2) клеточная стенка 3) ядро 4) цитоплазма 5) хромосомы
Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Если в процессе эволюции у животного сформировался головной мозг, изображённый на рисунке, то для этого животного характерны
1) четырёхкамерное сердце 2) наружное оплодотворение 3) кожные покровы с чешуйками или щитками
4) постоянная температура тела 5) ячеистые лёгкие 6) развитие зародыша в матке
Установите соответствие между особенностями строения дыхательной системы и классами, для которых эти особенности характерны.
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ КЛАСС
А) имеются воздушные мешки Б) лёгкие имеют губчатое строение В) отношение поверхности кожи к поверхности лёгких 2:3 Г) лёгкие представлены полыми мешками Д) дыхание двойное Е) частично кожное дыхание
1) Земноводные 2) Птицы
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A Б В Г Д Е
Расположите в правильном порядке кости задних конечностей птицы, начиная от позвоночника. В ответе запишите соответствующую последовательность цифр.
1) цевка 2) кость голени 3) фаланги пальцев 4) бедренная кость
Дальнозорким людям необходимо использовать очки:
1) так как у них изображение фокусируется перед сетчаткой
2) так как у них изображение фокусируется позади сетчатки
3) так как они плохо видят детали близко расположенных предметов
4) так как они плохо различают расположенные вдали предметы
5) имеющие двояковогнутые линзы, рассеивающие свет
6) имеющие двояковыпуклые линзы, усиливающие преломление лучей
Установите соответствие между отделами нервной системы и их функциями. ОТДЕЛ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
ВЫПОЛНЯЕМЫЕ ФУНКЦИИ
1) симпатическая 2) парасимпатическая
А) сужает сосуды кожи
Б) замедляет ритм работы сердца
В) сужает бронхи
Г) расширяет зрачки
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A Б В Г
Установите, в какой последовательности надо расположить кровеносные сосуды в порядке увеличения скорости движения в них крови
А) воротная вена печени
Б) подвздошная артерия
В) аорта
Г) капилляры
Какие из нижеперечисленных примеров характеризуют движущую форму естественного отбора?
1) возрастание численности тёмных бабочек в промышленных районах по сравнению со светлыми
2) появление устойчивости у животных к ядохимикатам
3) постоянство размеров и формы цветка у насекомоопыляемых растений
4) уменьшение размеров крабов, обитающих в мутной воде
5) уплощённое в спинно-брюшном направлении тело камбалы
6) сохранение до настоящего времени кистепёрой рыбы латимерии
Установите соответствие между событием и процессом, в соответствии с законом Харди-Вайнберга.
СОБЫТИЕ ПРОЦЕСС ЭВОЛЮЦИИ
А) мутационный процесс отсутствует Б) отсутствуют миграции и эмиграция
В) число доминантных аллелей намного превышает число рецессивных аллелей
Г) высокая гомозиготность популяций Д) отсутствует давление естественного отбора
Е) идёт обмен генами с другими популяциями
1) популяция эволюционирует
2) популяция считается «идеальной»
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам: A Б В Г Д Е
К экологическим характеристикам вида относят
1) сезонные явления в жизни организмов 2) характер пищи и способ питания
3) строение пищеварительной системы 4) особенности места обитания организма
5) особенности размножения и развития 6) наличие специфических паразитов у организма
Установите соответствие между примерами организмов и способами гетеротрофного питания: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.
ПРИМЕР СПОСОБ
А. мукор Б. болгарская палочка В. туберкулёзная палочка Г. спорынья Д. сенная палочка
1. сапротрофы
2. паразиты
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. А Б В Г Д