Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Новокузнецкое училище (техникум) олимпийского резерва»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химический состав клетки

Пособие по самостоятельному изучению темы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк,

2015.

 

 

   Организация самостоятельной работы студентов выступает одним из ключевых вопросов в современном образовательном процессе. Это связано не только с долей увеличения самостоятельной работы при освоении учебных дисциплин, но, прежде всего, с современным пониманием образования как выстраивания жизненной стратегии личности, включением в «образованием длиною в жизнь».

 

    Пособие является частью полного курса общей биологии, разработанного на основе федерального компонента государственного стандарта общего образования, утвержденного приказом Минобразования России "Об утверждении федерального компонента государственных стандартов начального общего, основного общего и среднего (полного) общего образования" от 5 марта 2004 г. N 1089 и примерной программы предмета (М., 2008).

 

    Оно предназначено для обучающихся училищ (техникумов) Олимпийского резерва, находящихся длительное время на сборах и соревнованиях. В этом пособии рассмотрены вопросы химического состава клеток, имеются задания для проверки знаний. 

 

    Пособие может быть использовано при подготовке к ЕГЭ по биологии, а также к вступительным экзаменам в высшие учебные заведения.

 

Цель этого пособия – помочь обучающимся освоить тему и узнать объективный уровень своих знаний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После изучения темы Вы должны

 

Знать:

·        краткую историю изучения клетки;

·        химическую организацию клетки;

·        органические и неорганические вещества клетки и живых организмов;

·        белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и их роль в клетке;

·     основные положения клеточной теории.

 

Уметь:

·        объяснять единство живой и неживой природы;

·         родство живых организмов;

·        сравнивать биологические объекты: химический состав тел живой и неживой природы;

·        объяснять рисунки  и схемы, представленные в учебнике по данной теме.

 

Основные термины и понятия:  цитология, макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, биогенные химические элементы, буферность, гидрофильность, гидрофобность, биополимеры, макромолекулы, мономеры, полимеры, аминогруппа, карбоксильная группа, аминокислоты, пептидная связь, полипептид, уровни организации белковой молекулы, глобулярные и фибриллярные белки, денатурация, ренатурация, ферменты, моносахариды, полисахариды,  триоза, пентоза, тетроза, глюкоза, сахароза, крахмал, гликоген, клетчатка, нуклеиновые кислоты, аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил, нуклеозид, нуклеотид, правило Чаргаффа, принцип комплементарности, фосфодиэфирная связь, виды рибосом, АТФ, АДФ, АМФ, макроэргическая связь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              Неорганические вещества.

     Все клетки, независимо от уровня организации, сходны по химическому составу. В клетке содержится несколько тысяч веществ, которые участвуют в разнообразных химических реакциях.

      В клетке находится около 80 элементов периодической системы элементов Менделеева, 24 из них присутствуют во всех типах клеток:

*макроэлементы –Н, О, N, С; они составляют основную массу живого вещества (около 99%);

*микроэлементы – Мg, Nа, Са, Fе, К, Р, Сl, S;  (1,9%), входят в состав биологически активных веществ – ферментов, гормонов, витаминов;

*ультрамикроэлементы – Zп, Сu, I, F, Мп, Со, Si и др., роль большинства элементов этой группы до сих пор не выяснена.

      Макро- и микроэлементы присутствуют в живой материи в виде разнообразных химических соединений, которые подразделяются на неорганические и органические вещества.

     К неорганическим веществам относятся: вода, составляющая около 70 – 80% массы организма; минеральные соли – 1 – 1,5%.

 

Вода. Самое распространённое в живых организмах неорганическое соединение. Без воды жизнь невозможна. Она не только обязательный компонент живых клеток, но и среда обитания организмов. Биологическое значение воды основано на её химических и физических свойствах.

 Химические и физические свойства воды объясняются, прежде всего, малыми размерами молекул воды, их полярностью и способностью соединяться друг с другом водородными связями. В молекуле воды один атом кислорода ковалентно связан с двумя атомами водорода. Молекула полярна: кислородный атом несёт частично отрицательный заряд, а два водородных – частично положительный. Это делает молекулу воды диполем. Поэтому при взаимодействии молекул воды между ними устанавливаются водородные связи. Они в 15-20 раз слабее ковалентной, но поскольку каждая молекула воды способна образовывать 4 водородные связи, они существенно влияют на физические свойства воды. Большая теплоёмкость, теплота плавления и теплота парообразования объясняются тем, что большая часть поглощаемого водой тепла расходуется на разрыв водородных связей между её молекулами. Вода обладает высокой теплопроводностью. Вода практически не сжимается, прозрачна в видимом участке спектра. Вода, вещество, плотность котрого в жидком состоянии больше, чем в твёрдом, при 4⁰С у неё максимальная плотность.

Вода – хороший растворитель ионных (полярных), а также некоторых неионных соединений, в молекуле которых присутствуют заряженные (полярные) группы. Любые полярные соединения в воде гидратируются (окружаются молекулами воды), при этом молекулы воды участвуют в образовании структуры молекул органических веществ. Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества больше, чем энергия притяжения между молекулами вещества, то вещество растворяется. По отношению к воде различают: гидрофильные вещества – вещества хорошо растворимые в воде; гидрофобные вещества – вещества, практически нерастворимые в воде.

Большинство биохимических реакций может идти только в водном растворе (метаболическая функция); многие вещества поступают и выводятся из клетки в водном растворе (транспортная).

Большая теплоёмкость и теплопроводность воды способствуют равномерному распределению тепла в клетке.

Благодаря большой теплоте испарения воды происходит охлаждение организма.

Благодаря силам адгезии и когезии вода способна подниматься по капиллярам.

Вода – непосредственный участник многих химических реакций.

Вода определяет напряженное состояние клеточных стенок (тургор), а также выполняет опорную функцию.

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей и слизей, секретов и соков в организме.

 

Минеральные вещества клетки.

Для процессов жизнедеятельности клетки наиболее важны катионы К⁺,Nа⁺, Са²⁺, Мg²⁺, анионы НРО₄^2-, Сl^-, НСО₃^-. Концентрация ионов в клетке и среде её обитания различны. Например, во внешней среде (плазме крови, морской воде) К⁺ всегда меньше, а Nа⁺ всегда больше, чем в клетке. Существует ряд механизмов, позволяющих клетке поддерживать определенное соотношение ионов в протопласте и внешней среде.

Различные ионы принимают участие во многих процессах жизнедеятельности клетки:  К⁺, Nа⁺, Сl^- обеспечивают возбудимость живых организмов; Мg²⁺, Мп²⁺, Zп²⁺, Са²⁺ и др. необходимы для нормального функционирования многих ферментов; образование углеводов в процессе фотосинтеза невозможно без Мg²⁺ (составная часть хлорофилла); буферные свойства клетки (поддержание слабощелочной реакции содержимого клетки) поддерживаются анионами слабых кислот (НСО₃^-, НРО₄^2-) и слабыми кислотами (Н₂СО₃).

Фосфатная буферная система:

^{низкий рН                                                   Высокий рН}

НРО₄^2- + Н^{+     _________________}   Н₂РО₄^-

Гидрофосфат-ион               Дигидрофосфат-ион

 

Бикарбонатная буферная система:

^{Низкий рН                                    Высокий рН}

НСО₃^-  + Н⁺ ____________   Н₂СО₃

  Гидрокарбонат-ион               Угольная кислота

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую рН внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и её ионы поддерживают рН внеклеточной среды (плазмы крови) на уровне 7,4.

Соединения азота служат источником минерального питания, синтеза белков, нуклеиновых кислот. Некоторые неорганические вещества содержатся в клетке не только в растворенном, но и твёрдом состоянии, Например, Са и Р содержатся в костной ткани, в раковинах моллюсков в виде двойных углекислых и фосфорнокислых солей.

 

Органические вещества клетки.

Углеводы.

В состав клетки входят и органические вещества: белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и низкомолекулярные органические вещества.

Важное место среди них занимают углеводы, соединения в состав которых входят атомы углерода, кислорода и водорода. Их общая формула С_m(Н₂О)_п, они делятся на простые и сложные углеводы.

Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы, Важнейшие из пентоз – рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав ДНК, РНК и АТФ; из гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С₆Н₁₂О₆). Глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания; фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков.

Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов. Среди сложных углеводов различают олигосахариды и полисахариды.

Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахаридыи т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды:

сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях;

 

лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих;

мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в порастающих семенах.

Функции растворимых углеводов ( моно- и дисахаридов): транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая ( при расщеплении1г углеводов выделяется 17,6  кДж)

Полисахариды образуются в результате реакции поликонденсации. Важнейшие полисахариды:

крахмал – основной резервный углевод растений;

гликоген – основной резервный углевод у животных и человека;

целлюлоза (клетчатка) – основной структурный углевод клеточных стенок растений, она нерастворима в воде;

хитин – основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции нерастворимых углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная. Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы, легко высвобождая её по мере необходимости. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образуется панцирь членистоногих, различные олиго- и полисахариды образуют клеточную стенку бактерий). Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов.

Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными. Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов.

 

Липиды.

Это сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики. Их объединяет то, что все они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Содержатся во всех клетках растений и животных. Содержание липидов в клетках составляет 5- 15% сухой массы, но в жировой ткани может иногда достигать 90%. Виды липидов:

Жиры – самые распространенные в природе. Это сложные эфиры высших жирных кислот и глицерина. Жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку – карбоксильную (-СООН) и радикал, которым они отличаются друг от друга. Карбоксильная группа образует головку жирной кислоты. Она полярна, поэтому гидрофильна. Радикал представляет собой углеводородный хвост, отличающейся у разных жирных кислот количеством группировок –СН₂. Он неполярен, поэтому гидрофобен.

Воски – группа простых липидов, представляющие собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов.

Фосфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты. Присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании клеточных мембран.

Гликолипиды – это углеводные производные липидов. Локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.

Липоиды – жироподобные вещества. К ним относятся стероиды (широко распространенный в животных тканях холестерин, эстрадиол, тестостерон – соответственно женский и мужской половые гормоны), терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), гиббереллины (ростовые вещества растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), часть витаминов (А, D, Е, К) и др.

Функции липидов. Энергетическая – в ходе расщепления 1г жиров до СО₂ и Н₂О освобождается 38,9 кДж. Структурная – липиды принимают участие в образовании клеточных мембран. Запасающая – жиры являются запасным веществом животных и растений. Это особенно важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания (верблюды в пустыне). Семена многих растений содержат жир, необходимый для обеспечения энергией развивающегося растения. Терморегуляторная – являются хорошими термоизоляторами вследствие плохой теплопроводности. Защитно-механическая – защищают организм от механических воздействий. Каталитическая функция связана с жирорастворимыми витаминами А, D, Е, 

 Сами по себе витамины не обладают каталитической активностью, но они входят в состав ферментов, без них ферменты не могут выполнять свои функции. Источник метаболической воды. Одним из продуктов окисления жиров является вода. Эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустынь. Так, жир, которым заполнен горб верблюда, служит в первую очередь не источником энергии, а источником воды (при окислении 1кг жира выделяется 1,1 кг воды). Запасы жира повышают плавучесть водных животных.

 

   Белки.

Белки высокомолекулярные органические вещества. Они являются  полимерами, мономерами которых являются аминокислоты. В клетках и тканях обнаружено свыше 170 различных аминокислот, но в состав белков входит лишь 26. Причём 6 из них являются нестандартными. Они образуются в результате модификации стандартных аминокислот уже после их включения  в полипептидную цепь. Поэтому обычными компонентами белков считают лишь 20 a-аминокислот.

В зависимости от того, могут ли аминокислоты синтезироваться в организме, различают: заменимые аминокислоты – 10 аминокислот, синтезируемых в организме; незаменимые аминокислоты – аминокислоты, которые в организме не синтезируются (они должны поступать с пищей).

В зависимости от аминокислотного состава белки бывают: полноценными, если содержат весь набор аминокислот, неполноценными, если какие-то аминокислоты в их составе отсутствуют.

   Все аминокислоты содержат хотя бы одну карбоксильную группу (-СООН) и одну аминогруппу (-NН₂). Остальная часть молекулы представлена радикалом. Простейшая химическая формула: Н₂N-СН-СООН

                                                                                          !

                                                                                          R

Благодаря наличию амино- и карбоксильной групп, аминокислоты амфотерны и могут соединяться между собой, образуя прочную пептидную связь.

Пептиды –органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью. Образование пептидов происходит в результате реакции конденсации аминокислот. При взаимодействии аминогруппы одной аминокислоты с карбоксильной группой другой, между ними возникает ковалентная азот-углеродная связь, которую называют пептидной. В зависимости от количества аминокислотных остатков, входящих в состав пептида, различают дипептиды, трипептиды и т.д. Образование пептидной связи может повторяться многократно. Это приводит к образованию полипептидов. На одном конце молекулы находится свободная аминогруппа (его называют N-концом), а на другом свободная карбоксильная группа (его называют С-концом).

  Выполнение белками определенных специфических функций зависит от пространственной конфигурации их молекул. Кроме того, клетке энергетически невыгодно держать белки в развёрнутой форме – в виде цепочки. Поэтому полипептидные цепи подвергаются укладке, приобретая определённую трёхмерную структуру, или конформацию. Образование компактных конформаций возможно благодаря возникновению внутримолекулярных и межмолекулярных связей, возникающих между различными группировками аминокислотных остатков  полипептидных цепей, а также в результате гидрофобных взаимодействий между неполярными радикалами. Выделяют 4 уровня пространственной организации белков.

Под первичной структурой белка понимают последовательность расположения аминокислотных остатков в одной или нескольких полипептидных цепях, составляющих молекулу белка. Именно первичная структура белковой молекулы определяет свойства молекул белка и её пространственную конфигурацию. Замена всего лишь одной аминокислоты на другую в полипептидной цепочке приводит к изменению свойств и функций белка.

Вторичной структурой белка называют упорядоченное свертывание полипептидной цепи в виде спирали. Между СО и NН – группами аминокислотных остатков соседних витков спирали – возникают водородные связи, удерживающие цепь.. Они слабее пептидных, но многократно повторяясь, придают данной конфигурации устойчивость и жёсткость.

Третичная структура – это способ укладки полипептидных цепей в глобулы, возникающий в результате химических связей (водородных, ионных, дисульфидных) и установления гидрофобных взаимодействий между боковыми цепями аминокислотных остатков. Основную роль в образовании третичной структуры играют гидрофобные взаимодействия. У некоторых белков третичная структура стабилизируется дисульфидными ковалентными связями, возникающими между атомами серы двух остатков цистеина. Третичная структура специфична для каждого белка.

Четвертичная структура характерна для сложных белков, молекулы которых образованы двумя или более глобулами. Субъединицы удерживаются в молекуле благодаря ионным, гидрофобным и электростатическим взаимодействиям.

Внешние факторы могут вызвать нарушение структурной организации молекулы белка. Процесс утраты трёхмерной конформации, присущей данной молекуле белка, называют денатурацией. Причиной денатурации является разрыв связей, стабилизирующих определенную структуру белка. Причем первоначально рвутся наиболее слабые связи, а при ужесточении условий и более сильные. Поэтому сначала утрачивается четвертичная, затем третичная и вторичная структуры. Вместе с тем денатурация не сопровождается разрушением полипептидной цепи. Изменение пространственной конфигурации приводит к изменению свойств белка и, как следствие, делает невозможным выполнение белком свойственных ему функций. Денатурация может быть: обратимой, если возможно восстановление свойственной белку структуры. Такой денатурации подвергаются, например, рецепторные белки мембраны, процесс восстановления структуры белка после денатурации называется ренатурацией. Если восстановление пространственной конфигурации белка невозможно, то денатурация называется необратимой. Обычно это происходит при разрыве большого количества связей, например, при варке яиц. Функции белков разнообразны.

Одна из важнейших – строительная. Белки участвуют в образовании клеточных и внеклеточных структур.

Транспортная. Некоторые белки способны присоединять различные вещества и переносить их к различным тканям и органам тела, из одного места клетки в другое (гемоглобин).

Регуляторная. Большая группа белков организма принимает участие в регуляции процессов обмена веществ. Такими белками являются гормоны (инсулин).

Защитная. В ответ на проникновение в организм чужеродных белков образуются особые белки – антитела, способные связывать и обезвреживать их (фибрин останавливает кровотечение).

Двигательная. Особые сократительные белки участвуют во всех видах движения клетки и организма (движение листьев у растений).

Сигнальная. В поверхностную мембрану клетки встроены молекулы белков, способных изменять свою третичную структуру в ответ на действия факторов внешней среды.

Запасающая. Благодаря белкам в организме могут откладываться про запас некоторые вещества.

Энергетическая. Белки являются одним из источников энергии в клетке. При распаде 1г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж.

Каталитическая. В состав клеток входит большое количество веществ, химически мало активных. Тем не менее, все биохимические реакции протекают с огромной скоростью, благодаря участию в них биокатализаторов – ферментов – веществ белковой природы.Несмотря на большое количество и разнообразие ферментов, все их по особенностям строения молекул можно разделить на две группы: простые и сложные белки. У сложных ферментов, помимо белковой части, имеется добавочная группа небелковой природы – кофактор, например, многие витамины.. В молекуле однокомпонентного белка выделяют особую часть, представляющую собой уникальное сочетание нескольких аминокислотных остатков, располагающихся в определенной части белковой молекулы. Её называют активным центром фермента, который взаимодействует с молекулой субстрата с образованием фермент-субстратного комплекса. Затем фермент-субстратный комплекс распадается на фермент и продукт (продукты) реакции.

Согласно гипотезе, выдвинутой в 1890 году Э. Фишером, субстрат подходит к ферменту, как ключ к замку, т.е. пространственные конфигурации активного центра фермента и субстрата точно соответствуют друг другу. Субстрат сравнивается с «ключом», который подходит к «замку» - ферменту.

В 1959г. Д. Кошланд выдвинул гипотезу, по которой пространственное соответствие структуры субстрата и активного центра фермента создается лишь в момент их взаимодействия друг с другом. Эту гипотезу называют гипотезой «руки и перчатки».

Поскольку все ферменты являются белками, их активность наиболее высока при физиологически нормальных условиях: большинство ферментов наиболее активно работают только при определенной температуре. Кроме того, для каждого фермента существует оптимальное значение рН, при котором он проявляет максимальную активность.

 

Нуклеиновые кислоты.

К нуклеиновым кислотам относят высокополимерные соединения, распадающиеся при гидролизе на пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу, фосфорную кислоту. Нуклеиновые кислоты содержат С, Н, О, Р, N. В зависимости от углеводного компонента нуклеотидов различают два класса нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие рибозу, и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дезоксирибозу.

Значение нуклеиновых кислот для живых организмов заключается в обеспечении хранения, реализации и передачи наследственной информации.

ДНК.

Молекулы ДНК являются полимерами, мономерами которых являются дезоксирибонуклеотиды, образованные остатком пятиуглеродного сахара – дезоксирибозы, остатками азотистого основания (пуринового – аденина, гуанина или пиримидинового – Тимина, цитозина) и остатком фосфорной кислоты.

 Трехмерная модель пространственного строения молекулы ДНК была предложена в 1953г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком.

Э. Чаргафф вывел следующую закономерность: в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а Аденина – Тимину. Это положение получило название «правила Чаргаффа»: А=Т;    Г=Ц 

ДЖ. Уотсон и Ф. Крик воспользовались этим правилом при построении молекулы ДНК.

ДНК представляет собой двойную спираль. Её молекула образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси. В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2 м.

Нуклеотид – мономер нуклеиновых кислот. Молекула нуклеотида состоит из трёх частей: азотистого основания, пентозы, фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов.

Пиримидиновые основания  это тимин, цитозин . К пуриновым основаниям относятся аденин, гуанин.

Помимо азотистых оснований в образовании нуклеотидов принимает участие углеводный компонент, который представлен дезоксирибозой, относящейся к пентозам. Третьим компонентом нуклеотидов является остаток фосфорной кислоты – фосфат.

Названия нуклеотидов отличаются от названий соответствующих оснований. И те, и другие принято обозначать заглавными буквами:

Азотистое основание	Нуклеотид	Обозначение
Аденин Гуанин Цитозин Тимин	Адениловый Гуаниловый Цитидиловый Тимидиловый	А Г или G Ц или С Т

Одна цепь нуклеотидов образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3`-углеродом остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложноэфирная связь. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5`-углеродом, другой – 3`-углеродом.

Против одной цепи нуклеотидоврасполагается вторая цепь. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов, располагающихся друг против друга. Спаривание нуклеотидов не случайно, в его основе лежит принцип кмплементарного взаимодействия пар оснований: против аденина  одной цепи всегда располагается Тимин на другой цепи, а против гуанина одной цепи – всегда цитозин другой, т.е. аденин комплементарен Тимину и между ними две водородные связи, а гуанин – цитозину ( три водородные связи). Комплементарностью называют способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом. Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. против 3`-конца одной цепи находится 5`-конец другой. На периферию молекулы обращен сахаро-фосфатный остов, образованный чередующимися остатками дезоксирибрзы и фосфатными группами. Внутрь молекулы обращены азотистые основания.

Самоудвоение молекулы ДНК (воспроизведение точных копий исходной молекулы) – это уникальное свойство. Благодаря этой способности молекулы ДНК осуществляется передача наследственной информации от материнской клетки дочерним во время деления. Процесс самоудвоения молекулы ДНК называется репликацией. Она осуществляется полуконсервативным способом, т.е. под действием ферментов молекулы ДНК раскручиваются и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая – вновь синтезированной.

 

РНК.

Молекулы РНК являются полимерами, мономерами которых являются рибонуклеотиды, образованные остатками трёх веществ: пятиуглеродного сахара – рибозы; одним из азотистых оснований – из пуриновых – аденином и гуанином, из пиримидиновых – урацилом или цитозиноми; остатком фосфорной кислоты.

Молекула РНК представляет собой неразветвлённый полинуклеотид, имеющий  третичную структуру. В отличие от ДНК, она образована не двумя, а одной полинуклеотидной цепочкой. Однако её нуклеотиды также способны образовывать водородные связи между собой. Цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

Информация о структуре молекулы РНК заложена в молекулах ДНК. Последовательность нуклеотидов в РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК и идентична, за исключением замены Тимина на урацил, некодирующей цепи. Если содержание ДНК в клетке относительно постоянно, то содержание РНК сильно колеблется. Наибольшее количество РНК в клетках наблюдается во время синтеза белка.

Существует три основных класса нуклеиновых кислот:

Информационные РНК. Это переносчики генетической информации из ядра в цитоплазму. Они служат матрицей для синтеза молекулы белка, т.к. определяют аминокислотную последовательность первичной структуры белковой молекулы. На долю иРНК приходится 5% от общего содержания РНК в клетке.

 

Транспортные РНК. Молекулы тРНК содержат обычно 75-86 нуклеотидов. Это посредники в биосинтезе белка – они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка, в рибосомы. В клетке содержится более 30 видов тРНК. Каждый вид тРНК имеет характерную для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех молекул имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, благодаря наличию которых все тРНК имеют третичную структуру, напоминающую по форме лист клевера.

 

 

 

Рибосомные РНК. На их долю приходится 80-85% от общего содержания РНК в клетке. рРНК состоит из 3-5тыс. нуклеотидов. В комплексе с рибосомными белками рРНК образует рибосомы – органеллы, на которых происходит синтез белка. Основное значение р РНК состоит в том, что она обеспечивает первоначальное связывание и РНК и рибосомы и формирует активный центр рибосомы, в котором происходит образование пептидных связей между аминокислотами в процессе синтеза полипептидной цепи.

АТФ.

Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный переносчик и основной аккумулятор энергии в живых клетках. Наибольшее количество АТФ содержится в скелетных мышцах.

Это нуклеотид, образованный остатками азотистого основания (аденина), сахара (рибозы) и фосфорной кислоты. В отличие от других нуклеотидов АТФ содержит не один, а три остатка фосфорной кислоты. АТФ относится к макроэргическим веществам – веществам, содержащим в своих связях большое количество энергии.

АТФ – нестабильная молекула: при отщеплении концевого остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). Распаду может подвергаться и АДФ с образованием АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Т.К. гидролитическое отщепление концевых остатков требует затрат энергии, выход свободной энергии при отщеплении каждого концевого остатка составляет около 30,5 кДж. Отщепление третьей фосфорной группы сопровождается выделением только 13,8 кДж. Т.о., АТФ имеет две макроэргические связи.

Вместе с тем при наличии в клетке свободной энергии осуществляется образование АТФ. Синтез АТФ происходит в основном в митохондриях. Для образования каждой макроэргической связи требуется 40 кДж.

 

      ЗАДАНИЕ.

1.     Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

2.     Каково значение воды для жизнедеятельности клетки?

3.     Каково значение солей азота, фосфора, калия, натрия?

4.     Какие органические вещества входят в состав клетки?

5.     Что такое мономеры и полимеры?

6.     Почему белковую молекулу называют полимером?

7.     Чем характеризуется первичная, вторичная, третичная, четвертичная структура белка?

8.     Что такое денатурация и ренатурация белка?

9.     Каковы функции белков?

10. Каковы функции жиров в клетке и организме; где в клетке они расщепляются?

11. Какие запасные углеводы имеются в растительных и животных клетках?

12. Какие функции выполняют углеводы в клетке и организме?

13. Где синтезируется АТФ в клетке?

14. Каково строение АТФ, АДФ, АМФ?

15. Каково значение АТФ в жизнедеятельности клетки?

16. В каждой клетке содержится тысячи ферментов. Какова их химическая природа? Какую роль в клетке они выполняют?

17. Выявите черты сходства и различия в строении молекул  ДНК и РНК. Данные внесите в таблицу.

Сходства молекул ДНК и РНК	Различия
1 2 3 4	ДНК 1 2 3	РНК 1 2 3

 

18. Заполните таблицу:

                  Основные виды РНК

Вид РНК	Функция
1
2
3

 

 

                            

 

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ

Захаров, В.Б. Биология. Общая биология. Профильный уровень. 10 кл. [Текст] : учеб. для общеобразоват. учреждений / В.Б. Захаров /и др./. – М.: Дрофа, 2013.

ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ

Сайт учителя биологии Позднякова Алексея Петровича [Электронный ресурс] :в помощь моим ученикам- Режим доступа: http://www.biolog188.narod.ru/, свободный. – Загл с экрана. – 25.06.2013

Сайт Козленко Александра Григорьевича [Электронный ресурс] : этот сайт – учителя биологии для учителей, тех, кто учится сам и учит других; очно или дистанционно, биологии, экологии, химии - с помощью компьютера и Интернет.- Режим до-ступа: http://www.kozlenkoa.narod.ru/, свободный. – Загл. с экрана. – 25.06.2013