ВходАтф и другие органические соединения клетки презентация. Атф и другие органические соединения клетки
В теле человека около 70 триллионов клеток. Для здорового роста каждой из них необходимы помощники - витамины. Молекулы витаминов малы, но их недостаток всегда заметен. Если тяжело адаптироваться к темноте, вам нужны витамины А и В2, появилась перхоть - не хватает B12, B6, P, долго не заживают синяки - дефицит витамина С. На этом уроке вы узнаете о том, как и где в клетке хранится и обрабатывается стратегический запас витаминов, как витамины активизируют работу организма, а также узнаете об АТФ - главном источнике энергии в клетке.
Тема: Основы цитологии
Урок: Строение и функции АТФ
Как вы помните, нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов . Оказалось, что в клетке нуклеотиды могут находиться в связанном состоянии или в свободном состоянии. В свободном состоянии они выполняют ряд важных для жизнедеятельности организма функций.
К таким свободным нуклеотидам относится молекула АТФ или аденозинтрифосфорная кислота (аденозинтрифосфат). Как и все нуклеотиды, АТФ состоит из пятиуглеродного сахара - рибозы , азотистого основания - аденина , и, в отличие от нуклеотидов ДНК и РНК, трех остатков фосфорной кислоты (рис. 1).
Рис. 1. Три схематических изображения АТФ
Важнейшая функция АТФ состоит в том, что она является универсальным хранителем и переносчиком энергии в клетке.
Все биохимические реакции в клетке, которые требуют затрат энергии, в качестве ее источника используют АТФ.
При отделении одного остатка фосфорной кислоты, АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфат ). Если отделяется ещё один остаток фосфорной кислоты (что случается в особых случаях), АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат) (рис. 2).
Рис. 2. Гидролиза АТФ и превращение её в АДФ
При отделении второго и третьего остатков фосфорной кислоты освобождается большое количество энергии, до 40 кДж. Именно поэтому связь между этими остатками фосфорной кислоты называют макроэргической и обозначают соответственным символом.
При гидролизе обычной связи выделяется (или поглощается) небольшое количество энергии, а при гидролизе макроэргической связи выделяется намного больше энергии (40 кДж). Связь между рибозой и первым остатком фосфорной кислоты не является макроэргической, при её гидролизе выделяется всего 14 кДж энергии.
Макроэргические соединения могут образовываться и на основе других нуклеотидов, например ГТФ (гуанозинтрифосфат) используется как источник энергии в биосинтезе белка, принимает участие в реакциях передачи сигнала, является субстратом для синтеза РНК в процессе транскрипции, но именно АТФ является наиболее распространенным и универсальным источником энергии в клетке.
АТФ содержится как в цитоплазме , так и в ядре, митохондриях и хлоропластах .
Таким образом, мы вспомнили, что такое АТФ, каковы её функции, и что такое макроэргическая связь.
Витамины - биологически активные органические соединения, которые в малых количествах необходимы для подержания процессов жизнедеятельности в клетке.
Они не являются структурными компонентами живой материи, и не используются в качестве источника энергии.
Большинство витаминов не синтезируются в организме человека и животных, а поступают в него с пищей, некоторые синтезируются в небольших количествах микрофлорой кишечника и тканями (витамин D синтезируется кожей).
Потребность человека и животных в витаминах не одинакова и зависит от таких факторов как пол, возраст, физиологическое состояние и условия среды обитания. Некоторые витамины нужны не всем животным.
Например, аскорбиновая кислота, или витамин С, необходим человеку и другим приматам. Вместе с тем, он синтезируется в организме рептилий (моряки брали в плавания черепах, для борьбы с цингой - авитаминозом витамина С).
Витамины были открыты в конце XIX века благодаря работам русских ученых Н. И. Лунина и В. Пашутина, которые показали, что для полноценного питания необходимо не только наличие белков, жиров и углеводов, но и ещё каких-то других, на тот момент неизвестных, веществ.
В 1912 году польский ученый К. Функ (Рис. 3), изучая компоненты шелухи риса, предохраняющей от болезни Бери-Бери (авитаминоз витамина В), предположил, что в состав этих веществ обязательно должны входить аминные группировки. Именно он предложили назвать эти вещества витаминами, то есть аминами жизни.
В дальнейшем было установлено, что многие из этих веществ аминогрупп не содержат, но термин витамины хорошо прижился в языке науки и практики.
По мере открытия отдельных витаминов, их обозначали латинскими буквами и называли в зависимости от выполняемых функций. Например, витамин Е назвали токоферол (от др.-греч. τόκος - «деторождение», и φέρειν - «приносить»).
Сегодня витамины делят по их способности растворяться в воде или в жирах.
К водорастворимым витаминам относят витамины H , C , P , В .
К жирорастворимым витаминам относят A , D , E , K (можно запомнить, как слово: кеда ) .
Как уже было отмечено, потребность в витаминах зависит от возраста, пола, физиологического состояния организма и среды обитания. В молодом возрасте отмечена явная нужда в витаминах. Ослабленный организм тоже требует больших доз этих веществ. С возрастом способность усваивать витамины падает.
Потребность в витаминах также определяется способностью организма их утилизировать.
В 1912 году польский ученый Казимир Функ получил из шелухи риса частично очищенный витамин B1 - тиамин. Ещё 15 лет понадобилось для получения этого вещества в кристаллическом состоянии.
Кристаллический витамин B1 бесцветен, обладает горьковатым вкусом и хорошо растворим в воде. Тиамин найден как в растительных, так и микробных клетках. Особенно много его в зерновых культурах и дрожжах (рис. 4).
Рис. 4. Тиамин в виде таблеток и в продуктах питания
Термическая обработка пищевых продуктов и различные добавки разрушают тиамин. При авитаминозе наблюдаются патологии нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Авитаминоз приводит к нарушению водного обмена и функции кроветворения. Один из ярких примеров авитаминоза тиамина - это развитие болезни Бери-Бери (рис. 5).
Рис. 5. Человек, страдающий от авитаминоза тиамина - болезни бери-бери
Витамин В1 широко применяется в медицинской практике для лечения различных нервных заболеваний, сердечно-сосудистых расстройств.
В хлебопечении тиамин вместе с другим витаминами - рибофлавином и никотиновой кислотой используется для витаминизации хлебобулочных изделий.
В 1922 году Г. Эванс и А. Бишо открыли жирорастворимый витамин, названный ими токоферолом или витамином Е (дословно: «способствующий родам»).
Витамин Е в чистом виде - маслянистая жидкость. Он широко распространен в злаковых культурах, например в пшенице. Его много в растительных, животных жирах (рис. 6).
Рис. 6. Токоферол и продукты, которые его содержат
Много витамина E в моркови, в яйцах и молоке. Витамин E является антиоксидантом , то есть защищает клетки от патологического окисления, которое приводит их к старению и гибели. Он является «витамином молодости». Огромно значение витамина для половой системы, поэтому его часто называют витамином размножения.
Вследствие этого, дефицит витамина Е, в первую очередь, приводит к нарушению эмбриогенеза и работы репродуктивных органов.
Производство витамина Е основано на выделении его из зародышей пшеницы - методом спиртовой экстракции и отгонки растворителей при низких температурах.
В медицинской практике используют как природные, так и синтетические препараты - токоферолаацетат в растительном масле, заключенный в капсулу (знаменитый «рыбий жир»).
Препараты витамина Е используются как антиоксиданты при облучениях и других патологических состояниях, связанных с повышенным содержанием в организме ионизированных частиц и активных форм кислорода.
Кроме того, витамин Е назначают беременным женщинам, а также используют в комплексной терапии лечения бесплодия, при мышечной дистрофии и некоторых заболеваниях печени.
Витамин А (рис. 7) был открыт Н. Друммондом в 1916 году.
Этому открытию предшествовали наблюдения за наличием жирорастворимого фактора в пище, необходимого для полноценного развития сельскохозяйственных животных.
Витамин А недаром занимает первое место в витамином алфавите. Он участвует практически во всех процессах жизнедеятельности. Этот витамин необходим для восстановления и сохранения хорошего зрения.
Он также помогает вырабатывать иммунитет ко многим заболеваниям, в том числе и простудным.
Без витамина А невозможно здоровое состояние эпителия кожи. Если у вас «гусиная кожа», которая чаще всего появляется на локтях, бедрах, коленях, голенях, если появилась сухость кожи на руках или возникают другие подобные явления, это означает, что вам недостает витамина А.
Витамин А, как и витамин Е, необходим для нормального функционирования половых желез (гонад). При гиповитаминозе витамина А отмечено повреждение репродуктивной системы и органов дыхания.
Одним из специфических последствий недостатка витамина А является нарушение процесса зрения, в частности снижение способности глаз к темновой адаптации - куриная слепота . Авитаминоз приводит к возникновению ксерофтальмии и разрушению роговицы. Последний процесс необратим, и характеризуется полной потерей зрения. Гипервитаминоз приводит к воспалению глаз и нарушению волосяного покрова, потери аппетита и полному истощению организма.
Рис. 7. Витамин А и продукты, которые его содержат
Витамины группы А, в первую очередь, содержатся в продуктах животного происхождения: в печени, в рыбьем жире, в масле, в яйцах (рис. 8).
Рис. 8. Содержание витамина А в продуктах растительного и животного происхождения
В продуктах растительного происхождения содержатся каротиноиды, которые в организме человека под действием фермента каротиназы переходят в витамин А.
Таким образом, Вы познакомились сегодня со структурой и функциями АТФ, а также вспомнили о значении витаминов и выяснили, как некоторые из них участвуют в процессах жизнедеятельности.
При недостаточном поступлении витаминов в организм развивается первичный авитаминоз. Разные продукты содержат разное количество витаминов.
Например, морковь содержит много провитамина А (каротина), капуста содержит витамин С и т. д. Отсюда проистекает необходимость сбалансированной диеты, включающей в себя разнообразные продукты растительного и животного происхождения.
Авитаминоз при нормальных условиях питания встречается очень редко, гораздо чаще встречаются гиповитаминозы , которые связаны с недостаточным поступлением с пищей витаминов.
Гиповитаминоз может возникать не только в результате несбалансированного питания, но и как следствие различных патологий со стороны желудочно-кишечного тракта или печени, или в результате различных эндокринных или инфекционных заболеваний, которые приводят к нарушению всасывания витаминов в организме.
Некоторые витамины вырабатываются кишечной микрофлорой (микробиотой кишечника). Подавление биосинтетических процессов в результате действия антибиотиков может также привести к развитию гиповитаминоза , как следствия дисбактериоза .
Чрезмерное употребление пищевых витаминных добавок, а также лекарственных средств, содержащих витамины, приводит к возникновению патологического состояния - гипервитаминоза . Особенно это характерно для жирорастворимых витаминов, таких как A , D , E , K .
Домашнее задание
1. Какие вещества называют биологически активными?
2. Что такое АТФ? В чем особенность строения молекулы АТФ? Какие типы химической связи существуют в этой комплексной молекуле?
3. Каковы функции АТФ в клетках живых организмов?
4. Где происходит синтез АТФ? Где осуществляется гидролиз АТФ?
5. Что такое витамины? Каковы их функции в организме?
6. Чем витамины отличаются от гормонов?
7. Какие классификации витаминов вам известны?
8. Что такое авитаминоз, гиповитаминоз и гипервитаминоз? Приведите примеры этих явлений.
9. Какие заболевания могут быть следствием недостаточного или избыточного поступления витаминов в организм?
10. Обсудите с друзьями и родственниками свое меню, подсчитайте, пользуясь дополнительной информацией о содержании витаминов в разных продуктах питания, достаточно ли витаминов вы получаете.
1. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().
2. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().
3. Единая коллекция Цифровых Образовательных Ресурсов ().
Список литературы
1. Каменский А. А., Криксунов Е. А., Пасечник В. В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Беляев Д. К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е изд., стереотип. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с.
3. Агафонова И. Б., Захарова Е. Т., Сивоглазов В. И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 6-е изд., доп. - Дрофа, 2010. - 384 с.
1. Какие органические вещества вы знаете?
Органические вещества: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, жиры (липиды), витамины.
2. Какие витамины вам известны? Какова их роль?
Выделяют водорастворимые (C, B1, B2, B6, PP, B12 и B5), жирорастворимые (А, В, Е и К) витамины.
3. Какие виды энергии вам известны?
Магнитная, тепловая, световая, химическая, электрическая, механическая, ядерная и др.
4. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
Энергия необходима для синтеза всех специфических веществ организма, поддержания его высокоупорядоченной организации, активного транспорта веществ внутри клеток, из одних клеток в другие, из одной части организма в другую, для передачи нервных импульсов, передвижения организмов, поддержания постоянной температуры тела и для других целей.
Вопросы
1. Какое строение имеет молекула АТФ?
Аденозинтрифосфат (АТФ) - нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трёх остатков фосфорной кислоты.
2. Какую функцию выполняет АТФ?
АТФ - универсальный источник энергии для всех реакций, протекающих в клетке.
3. Какие связи называются макроэргическими?
Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом ~), так как при её разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей.
4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Витамины - сложные оль органические соединения, необходимые в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. В отличие от других органических веществ, витамины не используются в качестве источника энергии или строительного материала.
Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды.
Задания
Обобщив имеющиеся у вас знания, подготовьте сообщение о роли витаминов в нормальном функционировании организма человека. Обсудите с одноклассниками вопрос: каким образом человек может обеспечить свой организм необходимым количеством витаминов?
Своевременное и сбалансированное получение необходимого количества витаминов способствует нормальной жизнедеятельности человека. Основное их количество поступает в организм с пищей, поэтому важно правильно питаться (чтобы пища содержала витамины в нужном количестве, она должна быть разнообразной и сбалансированной).
Роль витаминов в организме человека
Витамины – жизненно важные вещества, необходимые нашему организму для поддержания многих его функций. Поэтому достаточное и постоянное поступление витаминов в организм с пищей крайне важно.
Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Это имеет существенное значение в профилактике инфекционных заболеваний.
Витамины смягчают или устраняют неблагоприятное действие на организм человека многих лекарственных препаратов. Недостаток витаминов сказывается на состоянии отдельных органов и тканей, а также на важнейших функциях: рост, продолжение рода, интеллектуальные и физические возможности, защитные функции организма. Длительный недостаток витаминов ведет сначала к снижению трудоспособности, затем к ухудшению здоровья, а в самых крайних, тяжелых случаях это может закончиться смертью.
Только в некоторых случаях наш организм может синтезировать в небольших количествах отдельные витамины. Так, например, аминокислота триптофан может преобразовываться в организме в никотиновую кислоту. Витамины необходимы для синтеза гормонов – особых биологически активных веществ, которые регулируют самые разные функции организма.
Получается, что витамины – это вещества, относящиеся к незаменимым факторам питания человека, и имеют огромное значение для жизнедеятельности организма. Они необходимы для гормональной системы и ферментной системы нашего организма. Также регулируют наш обмен веществ, делая организм человека здоровым, бодрым и красивым.
Основное их количество поступает в организм с пищей, и только некоторые синтезируются в кишечнике обитающими в нём полезными микроорганизмами, однако в этом случае их бывает не всегда достаточно. Многие витамины быстро разрушаются и не накапливаются в организме в нужных количествах, поэтому человек нуждается в постоянном поступлении их с пищей.
Применение витаминов с лечебной целью (витаминотерапия) первоначально было целиком связано с воздействием на различные формы их недостаточности. С середины XX века витамины стали широко использовать для витаминизации пищи, а так же кормов в животноводстве.
Ряд витаминов представлен не одним, а несколькими родственными соединениями. Знание химического строения витаминов позволило получать их путем химического синтеза; наряду с микробиологическим синтезом это основной способ производства витаминов в промышленных масштабах.
Первоисточником витаминов являются растения, в которых витамины накапливаются. В организм витамины поступают в основном с пищей. Некоторые из них синтезируются в кишечнике под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, но образующиеся количества витаминов не всегда полностью удовлетворяют потребности организма.
Вывод: Витамины влияют на усвоение питательных веществ, способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Являясь составной частью ферментов, витамины определяют их нормальную функцию и активность. Недостаток, а тем более отсутствие в организме какого-либо витамина ведет к нарушению обмена веществ. При недостатке их в пище снижается работоспособность человека, сопротивляемость организма к заболеваниям, к действию неблагоприятных факторов окружающей среды. В результате дефицита или отсутствия витаминов, развивается витаминная недостаточность.
>> АТФ и другие органические соединения клетки
АТФ и другие органические соединения клетки.
1. Какие органические вещества вы знаете?
2. Какие витамины вам извеетны? Какова их роль?
3. Какие виды энергии вам известны?
4. Почему для жизнедеятельности любого организма необходима энергия?
Аденозинтрифосфат (АТФ) - нуклеотид, состоящий из азотистого основания аденина, углевода рибозы и трех остатков фосфорной кислоты (рис. 12), содержится в цитоплазме, митохондриях, пластидах и ядрах.
АТФ - неустойчивая структура. При отделении одного остатка фосфорной кислоты АТФ переходит в аденозиндифосфат (АДФ), если отделяется еще один остаток фосфорной кислоты (что бывает крайне редко), то АДФ переходит в аденозинмонофосфат (АМФ). При отделении каждого остатка фосфорной кислоты освобождается 40 кДж энергии.
АТФ + Н2О → АДФ + Н3РО4 + 40 кДж,
АДФ + Н2О →АМФ + Н3РО4 + 40 кДж.
Связь между остатками фосфорной кислоты называют макроэргической (она обозначается символом -)так как при ее разрыве выделяется почти в четыре раза больше энергии, чем при расщеплении других химических связей (рис. 13).
АТФ - универсальный источник энергии для всех реакций, протекающих в клетке.
Витамины (от лат. vita - жизнь) - сложные биоорганические соединения, необходимые в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов . В отличие от других органических веществ витамины не используются в качестве источника энергии или строительного материала. Некоторые витамины организмы могут синтезировать сами (например, бактерии способны синтезировать практически все витамины ), другие витамины поступают в организм с пищей.
Витамины принято обозначать буквами латинского алфавита. В основу современной классификации витаминов положена их способность растворяться в воде и жирах. Различают жирорастворимые (А, Д, Е и К) и водорастворимые (В, С, РР и др.) витамины.
Витамины играют большую роль в обмене веществ и других процессах жизнедеятельности организма. Как недостаток, так и избыток витаминов может привести к серьезным нарушениям многих физиологических функций в организме.
Кроме перечисленных выше органических соединений (углеводы, липиды , белки , нуклеиновые кислоты , витамины) в любой клетке всегда есть много других органических веществ. Они являются промежуточными или конечными продуктами биосинтеза и распада.
Аденозинтрифосфат (АТФ). Аденозиндифосфат (АДФ). Аденозинмонофосфат (АМФ). Макроэргическая связь.
Витамины жирорастворимые и водорастворимые.
1. Какое строение имеет молекула АТФ?
2. Какую функцию выполняет АТФ?
3. Какие связи называются макроэргическими?
4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
Полное название образовательного учреждения: Департамент среднего профессионального образования Томской области ОГБПОУ «Колпашевский социально-промышленный колледж»
Курс: Биология
Раздел: Общая биология
Возрастная группа: 10 класс
Тема: Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.
Цель занятия: продолжить изучение биополимеров, способствовать формированию приемов логической деятельности, познавательных способностей.
Задачи урока:
Образовательные: познакомить студентов с понятиями нуклеиновые кислоты, способствовать осмыслению и усвоению материала.
Развивающие: развивать когнитивные качества студентов (умение видеть проблему, умение задавать вопросы).
Воспитательные: формировать положительную мотивацию к изучению биологии, стремление получить конечный результат, умение принимать решения и делать выводы.
Время реализации: 90 мин.
Оборудование:
- ПК и видеопроектор;
- авторская презентация, созданная в среде Power Point;
- раздаточный дидактический материал (список кодирования аминокислот);
План:
1. Типы нуклеиновых кислот.
2. Строение ДНК.
3. Основные виды РНК.
4. Транскрипция.
5. АТФ и другие органические соединения клетки.
Ход занятия:
I. Организационный момент.
Проверка готовности к занятию.
II. Повторение.
Устный опрос:
1. Охарактеризуйте функции жиров в клетке.
2. В чем отличие биополимеров белков от биополимеров углеводов? В чем их сходство?
Тестирование (3 варианта)
III. Изучение нового материала.
1. Типы нуклеиновых кислот. Название нуклеиновые кислоты происходит от латинского слова «нуклеос», т.е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения и играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит триуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.
2. Строение ДНК . Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу; одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.
В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых основания.
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц.
Схематически сказанное можно выразить следующим образом:
А (аденин) - Т (тимин)
Т (тимин) - А (аденин)
Г (гуанин) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанин)
Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями.
Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.
3. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.
В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (т-РНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.
В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (р-РНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.
Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.
Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
4. Транскрипция.
Процесс образования и-РНК называется транскрипцией (от лат. «транскрипцио» - переписывание). Транскрипция происходит в ядре клетки. ДНК → и-РНК с участием фермента полимеразы. т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот, т-РНК получает команду от и-РНК - антикодон узнает кодон и несет аминокислоту.
5. АТФ и другие органические соединения клетки
В любой клетке, кроме белков, жиров, полисахаридов и нуклеиновых кислот, насчитывается несколько тысяч других органических соединений. Их можно условно разделить на конечные и промежуточные продукты биосинтеза и распада.
Конечными продуктами биосинтеза называют органические соединения, которые играют самостоятельную роль в организме или служат мономерами для синтеза биополимеров. К числу конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды - мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.
Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.
Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что, в конечном счете, приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.
Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.
АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
Средняя продолжительность жизни 1 молекулы АТФ в организме человека менее минуты, поэтому она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.
В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:
АТФ = АДФ + Ф + Е
В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).
АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия(40 кДж/моль)
АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия(40 кДж/моль)
АДФ + H3PO4 + энергия(60 кДж/моль) → АТФ + H2O
Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.
IV. Итог занятия.
1. О б о б щ е н и е изученного материала.
Вопросы к студентам:
1. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?
2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
4. Решите задачи:
Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т достройте вторую цепь.
Ответ: ДНК Г-Г-Г- А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т
Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А
(по принципу комплементарности)
2) Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК.
Ответ: и-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У
3) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:
- -А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. достройте вторую цепь.
- -Ц-Т-А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-.
5. Решите тест:
4) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?
а) тимин;
б) урацил;
в) гуанин;
г) цитозин;
д) аденин.
Ответ: б
5) Если нуклеотидный состав ДНК
АТТ-ГЦГ-ТАТ- то каким должен быть нуклеотидный состав и-РНК?
А) ТАА-ЦГЦ-УТА;
Б) ТАА-ГЦГ-УТУ;
В) УАА-ЦГЦ-АУА;
Г) УАА-ЦГЦ-АТА.
Ответ: в
Вопрос 1. Какое строение имеет молекула АТФ?
АТФ - это аденозинтрифосфат, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04 %; в скелетных мышцах 0,5 %). Молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) по своей структуре напоминает один из нуклеотидов молекулы РНК. АТФ включает три компонента: аденин, пятиуглеродный сахар рибозу и три остатка фосфорной кислоты, соединенных между собой особыми макроэргическими связями.
Вопрос 2. Какую функцию выполняет АТФ?
АТФ является универсальным источником энергии для всех реакций, протекающих в клетке. Энергия выделяется в случае отделения от молекулы АТФ остатков фосфорной кислоты при разрыве макроэргических связей. Связь между остатками фосфорной кислоты является макроэргической, при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Если отделяется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ переходит в АДФ (аденозиндифосфорную кислоту). При этом выделяется 40 кДж энергии. При отделении второго остатка фосфорной кислоты выделяется еще 40 кДж энергии, а АДФ переходит в АМФ (аденозинмонофосфат). Выделившаяся энергия используется клеткой. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и т.д. АТФ является универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия:
АТФ + Н 2 О = АДФ + Н 3 РО 4 + 40 кДж/моль
Вопрос 3. Какие связи называются макроэргическими?
Макроэргическими называются связи между остатками фосфорной кислоты, так как при их разрыве выделяется большое количество энергии (в четыре раза больше, чем при расщеплении других химических связей).
Вопрос 4. Какую роль выполняют в организме витамины?
Обмен веществ невозможен без участия витаминов. Витамины - низкомолекулярные органические вещества, жизненно необходимые для существования организма человека. Витамины или совсем не вырабатываются в человеческом организме, или вырабатываются в недостаточных количествах. Так как чаще всего витамины являются небелковой частью молекул ферментов (коферментами) и определяют интенсивность множества физиологических процессов в организме человека, то необходимо их постоянное поступление в организм. Исключения до некоторой степени составляют витамины группы В и А, способные в небольших количествах накапливаться в печени. Кроме того, некоторые витамины (В 1 В 2 , К, Е) синтезируются бактериями, обитающими в толстом кишечнике, откуда и всасываются в кровь человека. При недостатке витаминов в пище или заболеваниях желудочно-кишечного тракта поступление витаминов в кровь уменьшается, и возникают заболевания, имеющие общее название гиповитаминозов. При полном отсутствии какоголибо витамина возникает более тяжелое расстройство, получившее название авитаминоза. Например, витамин D регулирует обмен кальция и фосфора в организме человека, витамин К участвует в синтезе протромбина и способствует нормальной свертываемости крови.
Витамины подразделяются на водорастворимые (С, РР, витамины группы В) и жирорастворимые (А, D, E и др.). Водорастворимые витамины усваиваются в водном растворе, а при их избытке в организме легко выводятся с мочой. Жирорастворимые витамины усваиваются вместе с жирами, поэтому нарушение переваривания и всасывания жиров сопровождается нехваткой рада витаминов (А, О, К). Значительное увеличение содержания жирорастворимых витаминов в пище может вызвать ряд нарушений обмена веществ, так как эти витамины плохо выводятся из организма. В настоящее время насчитывается не менее двух десятков веществ, относящихся к витаминам.