Anorgaanilised ühendid rakubioloogias. Anorgaanilised ained ja nende roll rakus

Raku anorgaanilistest ainetest vesi moodustab umbes 65% selle massist: noortes kiiresti kasvavates rakkudes kuni 95%, vanades rakkudes - umbes 60%. Vee roll rakkudes on väga suur, see on keskkond ja lahusti, osaleb enamikus keemilised reaktsioonid, ainete liikumine, termoregulatsioon, rakustruktuuride teke, määrab raku mahu ja elastsuse. Enamik aineid siseneb kehasse ja eritub sealt vesilahusena.

orgaaniline aine- moodustavad 20-30% raku koostisest. Nad võivad olla lihtne(aminohapped, glükoos, rasvhapped) ja keeruline(valgud, polüsahhariidid, nukleiinhapped, lipiidid). Enamik tähtsust sisaldavad valke, rasvu, süsivesikuid, nukleiinhappeid.

Valgud on mis tahes raku põhilised ja kõige keerulisemad ained. Valgu molekuli suurus on sadu ja tuhandeid kordi suurem kui anorgaaniliste ühendite molekulidel. Valgu molekulid moodustuvad lihtsatest ühenditest – aminohapetest (looduslikud valgud sisaldavad 20 aminohapet). Erinevates järjestustes ja kogustes kombineerides moodustavad nad väga erinevaid (kuni 1000) valke. Nende roll raku elus on tohutu: ehitusmaterjal organism, katalüsaatorid (ensüümvalgud kiirendavad keemilisi reaktsioone), transport (vere hemoglobiin toimetab rakkudesse hapnikku ja toitaineid ning viib minema süsihappegaasi ja lagunemissaadused). Valgud täidavad kaitsefunktsioon, energiline. Süsivesikud on orgaanilised ained, mis koosnevad süsinikust, vesinikust ja hapnikust. Lihtsamad neist on monosahhariidid – heksoos, fruktoos, glükoos (leidub puuviljades, mesi), galaktoos (piimas) ja polüsahhariidid – mis koosnevad mitmest lihtsüsivesikust. Nende hulka kuuluvad tärklis ja glükogeen. Süsivesikud on kõigi rakutegevuse vormide (liikumine, biosüntees, sekretsioon jne) peamiseks energiaallikaks ja täidavad varuainete rolli. Lipiidid on vees lahustumatud rasvad ja rasvataolised ained. Need on bioloogiliste membraanide peamised struktuurikomponendid. Lipiidid täidavad energiafunktsiooni, sisaldavad rasvlahustuvaid vitamiine. Nukleiinhapped - (ladina sõnast "tuum" - tuum) - tekivad raku tuumas. Neid on kahte tüüpi: desoksüribonukleiinhapped (DNA) ja ribonukleiinhapped (RNA). Bioloogiline roll nende väga suured. Need määravad valkude sünteesi ja päriliku teabe edastamise.

Raku keemiline koostis.

Elusorganismide rakud sisaldavad sama kemikaali. e., nagu ümbritsevas elutus looduses. Üle 80 el. tabelist D.I. Mendelejev. Neist 27 funktsioonid on määratletud.

makro email umbes 99% raku massist O, C, H, N. F, K, S, Fe, Mg, Na, Ca.

Mikro email 0,001% kuni 0,000001% kehamassist B, koobalt, Cu, molübdeen, Zn, vanaadium, I, Br.

Ultra mikro el. alla 0,000001% raadiumi, kulda, berülliumi, tseesiumi, kanget jne.

Kõik need e. on osa orgaanilistest ja anorgaanilistest ühenditest.

anorgaanilised ained.

I. Vesi (H2O). Elusrakk sisaldab umbes 70% H2O massist.

1) Universaalne lahusti.

2) osaleb biokeemilises. reaktsioonid (hüdrolüüs, redoks, fotosüntees)

3) Osaleb osmoosi nähtustes.

4) Transport.

5) Vesi praktiliselt ei suru kokku, määrates seega turgori.

6) on pindpinevusega.

7) Sellel on kõrge soojusmahtuvus, soojusjuhtivus.

II. Mineraalid. Mineraalid rakus on soolade kujul.

2) Reguleerige bio. - keemia. protsessid.

orgaanilised ained.

I. Süsivesikud (sahhariidid). Loomarakkudes 1-5% süsivesikuid, taimerakkudes kuni 90% (fotosüntees). Monomeer on glükoos.

Funktsioonid: struktuurne, kaitsev, ladustamine, ehitus, energia.

II. Lipiidid on rasvad, rasvataolised ühendid. Monomeer on glütserool ja suure molekulmassiga rasvhapped.

Funktsioonid: struktuurne (ehitus), ladustamine, kaitsev, reguleeriv, energeetiline.

III. Valgud on suure molekulmassiga polümeersed orgaanilised ühendid. Valkude sisaldus erinevates rakkudes on 50-80%. Monomeerid on aminohapped.

Funktsioonid: struktuurne, retseptor, transport, kaitsev, motoorne, reguleeriv, energeetiline.

IV. DNA - desoksü ribonukleiinhape.

Funktsioonid: päriliku teabe säilitamine, geeniülekanne. teave, struktuurne komponent.

V. ATP - adenosiintrifosforhape.

Funktsioonid: universaalne energia hoidja ja kandja rakus.

Vesi ja mineraalid

Elusrakk sisaldab umbes 70% H2O massist. H2O esineb kahel kujul:

1) Vaba (95%) - rakkudevahelises ruumis, veresoontes, vakuoolides, elundiõõntes.

2) Seotud (5%) - kõrgmolekulaarsete orgaaniliste ainetega.

Omadus:

8) Universaalne lahusti. Vees lahustuvuse järgi jagunevad ained hüdrofiilseteks – lahustuvateks ja hüdrofoobseteks – lahustumatuks (rasvad, nukleiinhapped, mõned valgud).

9) osaleb biokeemilises. reaktsioonid (hüdrolüüs, redoks, fotosüntees)

10) Osaleb osmoosi nähtustes - osmootse rõhu jõu toimel lahusti läbiminek läbi poolläbilaskva kesta lahustuva aine suunas. Osmootne rõhk imetajatel on 0,9% NaCl lahus.

11) Transport – vees lahustuvad ained transporditakse difusiooni teel rakku sisse või sealt välja.

12) Vesi praktiliselt ei suru kokku, mis määrab turgori.

13) Omab pindpinevusjõudu – see jõud viib taimedes läbi kapillaarverevoolu tõusvalt ja laskuvalt.

14) Sellel on kõrge soojusmahtuvus, soojusjuhtivus, mis säilitab soojusliku tasakaalu.

H2O puudumisega on ainevahetusprotsessid häiritud, 20% H2O kaotus viib surma.

Mineraalid.

Mineraalid rakus on soolade kujul. Vastavalt reaktsioonile võivad lahused olla happelised, aluselised, neutraalsed. Seda kontsentratsiooni väljendatakse pH väärtusega.

pH = 7 neutraalne vedel reaktsioon

pH< 7 кислая

pH > 7 aluseline

PH muutus 1-2 ühiku võrra on rakule kahjulik.

Mineraalsoolade funktsioon:

1) Säilitage raku turgor.

2) Reguleerida biokeemilist. protsessid.

3) Säilitada sisekeskkonna pidev koostis.

1) Kaltsiumiioonid stimuleerivad lihaste kokkutõmbumist. Verekontsentratsiooni langus põhjustab krampe.

2) Kaaliumi, naatriumi, kaltsiumi soolad. Nende ioonide suhe tagab südamesüsteemi normaalse kontraktsiooni.

3) Jood on kilpnäärme komponent.

9) Raku orgaanilised ühendid: süsivesikud, lipiidid, valgud, aminohapped, ensüümid.

I. Süsivesikud

Nad on osa kõigi elusorganismide rakkudest. Loomarakkudes 1-5% süsivesikuid, taimerakkudes kuni 90% (fotosüntees).

Chem. koostis: C, H, O. Monomeer - glükoos.

Süsivesikute rühmad:

1) Monosahhariidid - värvitud, magusad, vees hästi lahustuvad (glükoos, fruktoos, galaktoos, riboos, desoksüriboos).

2) Oligosahhariid (disahhariidid) - magus, lahustuv (sahharoos, maltoos, laktoos).

3) Polüsahhariidid - magustamata, vees halvasti lahustuvad (tärklis, tselluloos - taimerakkudes, kitiin seentel ja lülijalgsetel, glükogeen loomadel ja inimestel). Glükogeen ladestub lihastes ja maksas. Kui see laguneb, vabaneb glükoos.

Süsivesikute funktsioonid:

1) Struktuurne – on osa taimerakkude membraanidest.

2) Kaitsev – näärmete eritatavad saladused sisaldavad süsivesikuid, mis kaitsevad õõnsaid organeid (bronhid, magu, sooled) karva eest. Kahjustused ja taimed patogeensete bakterite tungimisest

3) Reserv. Toitaineid (tärklis, glükogeen) hoitakse rakkudes varuks.

4) Ehitus. Monosahhariidid on orgaaniliste ainete ehitamise lähteaineks.

5) Energia. 60% keha energiast tuleb süsivesikute lagundamisel. 1 grammi süsivesikute jagamisel vabaneb 17,6 kJ energiat.

II. Lipiidid (rasvad, rasvataolised ühendid).

Chem. ühend

C, O, H. Monomeer - glütserool ja suure molekulmassiga rasvhapped.

Omadused: ei lahustu vees, lahustub orgaanilistes lahustites (bensiin, kloroform, eeter, atsetoon).

Vastavalt chem. Lipiidide struktuur jaguneb järgmistesse rühmadesse:

1) Neutraalne. Need jagunevad kõvadeks (20 kraadi juures jäävad tahkeks), pehmeteks ( võid ja inimrasv keha), vedel (taimeõlid).

2) Vaha. Kate: nahk, vill, loomade suled, varred, lehed, taimede viljad.

Rasvhapete ja mitmehüdroksüülse alkoholiga moodustunud estrid.

3) Fosfolipiidid. Üks või kaks rasvhappejääki asendatakse fosforhappejäägiga. Rakumembraani põhikomponent.

4) Steroidid on lipiidid, mis ei sisalda rasvhappeid. Steroidide hulka kuuluvad hormoonid (kortisoon, sugu), vitamiinid (A, D, E).

Steroidkolesterool: rakumembraani oluline komponent. Liigne kolesterool võib põhjustada südame-veresoonkonna haigusi ja sapikivide teket.

Lipiidide funktsioonid:

1) Struktuurne (konstruktsioon) - rakumembraanide osaks olemine.

2) Säilitamine - ladestuvad reservi taimedes viljades ja seemnetes, loomadel nahaaluses rasvkoes. Kui 1 g rasva oksüdeeritakse, tekib rohkem kui 1 g vett.

3) Kaitsev - organismide soojusisolatsiooniks, tk. on halva soojusjuhtivusega.

4) Reguleeriv – hormoonid (kortikosteroon, androgeenid, östrogeenid jne) reguleerivad ainevahetusprotsesse organismis.

5) Energia: 1 g rasva oksüdeerumisel eraldub 38,9 kJ.

III. Oravad.

Kõrgmolekulaarsed polümeersed orgaanilised ühendid. Valkude sisaldus erinevates rakkudes on 50-80%. Iga pers. Maal on oma ainulaadne valkude kogum, mis on omane ainult talle (erandiks on identsed kaksikud). Valgukomplektide spetsiifilisus tagab iga inimese immuunstaatuse.

Chem. ühend: C, O, N, H, S, P, Fe.

Monomeerid. Neid on 20, neist 9 on asendamatud. Nad sisenevad kehasse koos toiduga valmis kujul.

Omadused:

1) Denatureerimine - valgumolekulide hävitamine kõrge temperatuuri, hapete, kemikaalide mõjul. ained, dehüdratsioon, kiirgus.

2) Renatureerimine - varasema struktuuri taastamine normaalsete keskkonnatingimuste (v.a esmane) taastumisel.

Struktuur (valgumolekuli organiseerituse tasemed):

1) Esmane struktuur.

See on polüpeptiidahel, mis koosneb aminohapete järjestusest.

2) Sekundaarne struktuur.

Spiraalkeerdusega polüpeptiidahel.

3) Tertsiaarne struktuur.

Spiraal omandab veidra konfiguratsiooni – kerakese.

4) Kvaternaarne struktuur.

Mitmed gloobulid on ühendatud kompleksseks kompleksiks.

Valkude funktsioonid:

1) Katalüütiline (ensümaatiline) - valgud toimivad katalüsaatoritena (biokeemiliste reaktsioonide kiirendajad).

2) Struktuursed – on osa membraanidest, rakuorganellidest, luudest, juustest, kõõlustest jne.

3) Retseptor – retseptorvalgud tajuvad väliskeskkonnast tuleva signaali ja edastavad selle rakku.

4) Transport – kandevalgud teostavad ainete ülekandmist läbi rakumembraanid(Valk hemoglobiin kannab hapnikku kopsudest teiste kudede rakkudesse).

5) Kaitsev – valgud kaitsevad organismi kahjustuste ja võõrorganismide sissetungi eest (immunoglobuliinivalgud neutraliseerivad võõrvalke. Interferoon pärsib viiruste arengut).

6) Motoorne – aktiini- ja lüsiinivalgud osalevad lihaskiudude kokkutõmbumisel.

7) Reguleeriv – valgud hormoonid reguleerivad füsioloogilisi protsesse. Näiteks insuliin ja glükagoon reguleerivad vere glükoosisisaldust.

8) Energia - 1g valgu lagundamisel vabaneb 17,6 kJ energiat.

IV. Aminohapped.

See on valgu monomeer.

Valem:

Aminohappe koostis sisaldab aminorühmi H2N ja karboksüülrühma COOH. Aminohapped erinevad üksteisest R-radikaalide poolest.

Aminohapped on ühendatud peptiidsidemetega, moodustades polüpeptiidahelaid.

NH-CO---NH-CO---NH-CO

polüpeptiidside.

Ühe aminohappe karboksüülrühm on seotud külgneva aminohappe aminorühmaga.

V. Ensüümid.

Need on valgumolekulid, mis on võimelised katalüüsima (kiirendama biokeemilisi reaktsioone uinuva hiire rakus, miljoneid kordi).

Funktsioonid ja omadused:

Ensüümid on spetsiifilised, st katalüüsivad ainult teatud kemikaali. reaktsioon või muu sarnane.

Need toimivad rangelt määratletud järjekorras.

Ensüümide aktiivsus sõltub temperatuurist, keskkonna reaktsioonist, koensüümide - mittevalguühendite olemasolust, need võivad olla vitamiinid, ioonid, mitmesugused Me. Optimaalne temperatuur ensüümide toimimiseks on 37-40 kraadi.

Ensüümi aktiivsust reguleerivad:

Temperatuuri tõustes see suureneb, ravimite, mürkide mõjul on see alla surutud.

Ensüümide puudumine või puudus põhjustab tõsiseid haigusi (hemofiiliat põhjustab vere hüübimise eest vastutava ensüümi puudumine).

Ensüüme kasutatakse meditsiinis vaktsiinide tootmiseks. Tööstuses tärklisest suhkru, suhkrust alkoholi ja muude ainete tootmiseks.

Struktuur:

Aktiivses kohas interakteerub substraat ensüümiga, mis sobivad kokku nagu "luku võti".

10) Nukleiinhapped: DNA, RNA, ATP.

DNA ja RNA eraldas esmakordselt rakkude tuumast 1869. aastal Šveitsi teadlane Miescher. Nukleiinhapped on polümeerid, mille monomeerideks on nukleotiidid, mis koosnevad 2 nukleiinalusest adeniinist ja guaniinist ning 3 pürimidiinist tsütosiinist, uratsiilist, tümiinist.

I) DNA (desoksüribonukleiinhape).

Dešifreerisid 1953. aastal Watson ja Crick. 2 niiti spiraalselt üksteise ümber. DNA on tuumas.

Nukleotiid koosneb kolmest jäägist:

1) Süsivesikud – desoksüriboos.

2) Fosforhape.

3) Lämmastikku sisaldavad alused.

Nukleotiidid erinevad üksteisest ainult lämmastikualuste poolest.

C - tsütidüül, G - guaniin, T - tümidüül, A - adeniin.

DNA molekulide kokkupanek.

Nukleotiidide ühendamine DNA ahelas toimub kovalentsete sidemete kaudu ühe nukleotiidi süsivesikute ja külgneva nukleotiidi fosforhappejäägi kaudu.

Kahe keerme ühendamine.

Need kaks ahelat on üksteisega ühendatud lämmastikualuste vaheliste vesiniksidemetega. Lämmastikalused ühendatakse komplementaarsuse põhimõttel A-T, G-C. Komplementaarsus (liitmine) on DNA paarisahelates paiknevate nukleotiidide range vastavus. Lämmastiku alused sisaldavad geneetilist koodi.

DNA omadused ja funktsioonid:

I) Replikatsioon (reduplikatsioon) – kahekordistamine. Esineb interfaasi sünteetilisel perioodil.

1) Ensüüm lõhub vesiniksidemeid ja spiraalid kerivad lahti.

2) Üks ahel eraldatakse teisest DNA molekuli osast (iga ahelat kasutatakse matriitsina).

3) Molekule mõjutab DNA ensüüm – polümeraas.

4) Komplementaarsete nukleotiidide iga DNA ahela kinnitus.

5) Kahe DNA molekuli moodustumine.

II) Päriliku teabe talletamine nukleotiidide jada kujul.

III) Ülekanne geenile. inf.

IV) Struktuurne DNA esineb kromosoomis struktuurikomponendina.

II) RNA (ribonukleiinhape).

Ühest ketist koosnev polümeer. Nemad on: tuumas, tsütoplasmas, ribosoomides, mitokondrites, plastiidides.

Monomeer on nukleotiid, mis koosneb kolmest jäägist:

1) Süsivesikud – riboos.

2) Ülejäänud fosforhape.

3) Lämmastikalus (paarimata) (A, G, C, U - tümiini asemel).

RNA funktsioonid: päriliku teabe edastamine ja rakendamine valgusünteesi kaudu.

RNA tüübid:

1) Informatiivne (mRNA) või matriits (mRNA) 5% kogu RNA-st.

See sünteesitakse transkriptsiooni käigus DNA molekuli kindlas kohas - geenis. mRNA kannab inf. Valgu struktuuril (nukleotiidide järjestus) tuumast tsütoplasmasse ribosoomideni ja muutub valgusünteesi maatriksiks.

2) Ribosomaalne (ribosomaalne rRNA) 85% kogu tuumas sünteesitud RNA-st on osa kromosoomidest, moodustavad ribosoomi aktiivse keskuse, kus toimub valkude biosüntees.

3) Transport (tRNA) 10% kogu RNA-st moodustub tuumas ja läheb tsütoplasmasse ja transpordib aminohappeid valgusünteesi kohta ehk ribosoomidesse. Seetõttu on sellel ristiku lehe kuju:

III) ATP (adenosiintrifosforhape).

Nukleotiid, mis koosneb 3 jäägist:

1) Lämmastikalus on adeniin.

2) Süsivesikute jääk - riboos.

3) Kolm fosforhappe jääki.

Fosforhappejääkide vahelised sidemed on energiarikkad ja neid nimetatakse makrotoitaineteks. Ühe fosforhappemolekuli elimineerimisel läheb ATP ADP-ks ja kaks molekuli AMP-ks. Sel juhul vabaneb energiat 40 kJ.

ATP (tri) > ADP (di) > AMP (mono).

ATP sünteesitakse mitokondrites fosforüülimisreaktsiooni tulemusena.

Üks fosforhappe jääk on seotud ADP-ga. Need on rakus alati olemas selle elutähtsa tegevuse tulemusena.

ATP funktsioonid: universaalne teabe hoidja ja kandja.

õppetunni tüüp - kombineeritud

Meetodid: osaliselt uurimuslik, problemaatiline esitus, selgitav ja näitlik.

Sihtmärk:

Õpilaste tervikliku teadmiste süsteemi kujundamine eluslooduse, selle süsteemse korralduse ja evolutsiooni kohta;

Oskus anda põhjendatud hinnang uuele teabele bioloogiliste küsimuste kohta;

Kodanikuvastutuse, iseseisvuse, algatusvõime kasvatamine

Ülesanded:

Hariduslik: bioloogiliste süsteemide kohta (rakk, organism, liik, ökosüsteem); tänapäevaste eluslooduse ideede kujunemise ajalugu; silmapaistvad avastused bioloogiateaduses; bioloogiateaduse roll kaasaegse loodusteadusliku maailmapildi kujundamisel; teaduslike teadmiste meetodid;

Areng loomingulised võimed bioloogia silmapaistvate saavutuste uurimisel, mis on kaasatud universaalsesse kultuuri; keerukad ja vastuolulised moodused kaasaegsete teaduslike vaadete, ideede, teooriate, kontseptsioonide, erinevate hüpoteeside (elu olemuse ja päritolu, inimese kohta) arendamiseks erinevate teabeallikatega töötamise käigus;

Kasvatus veendumus eluslooduse tundmise võimalikkuses, vajadus hoolika suhtumise järele looduskeskkond, enda tervis; austus vastase arvamuse vastu bioloogiliste probleemide arutamisel

Bioloogia õppimise isiklikud tulemused:

1. Vene kodanikuidentiteedi kasvatamine: patriotism, armastus ja austus isamaa vastu, uhkustunne oma kodumaa üle; teadlikkus oma rahvusest; mitmerahvuselise Venemaa ühiskonna humanistlike ja traditsiooniliste väärtuste assimilatsioon; vastutustunde ja kohusetunde kasvatamine kodumaa ees;

2. vastutustundliku õpihoiaku kujundamine, õpilaste valmisolek ja võime enesearenguks ja -harimiseks, mis põhineb õppimis- ja tunnetusmotivatsioonil, teadlikul valikul ja edasise individuaalse hariduse trajektoori kujundamisel, mis põhineb erialamaailmas orienteerumisel ja professionaalseid eelistusi, võttes arvesse jätkusuutlikku kognitiivsed huvid;

Metaainete õpitulemused bioloogias:

1. oskus iseseisvalt määrata oma õppimise eesmärke, püstitada ja sõnastada endale uusi õppeülesandeid ning kognitiivne tegevus, arendada oma tunnetusliku tegevuse motiive ja huve;

2. uurimistöö komponentide valdamine ja projekti tegevused, sh oskus näha probleemi, tõstatada küsimusi, püstitada hüpoteese;

3. töövõime erinevatest allikatest bioloogiline teave: leidke bioloogilist teavet erinevatest allikatest (õpikutekst, teaduslik populaarne kirjandus, bioloogilised sõnaraamatud ja teatmeteosed), analüüsida ja

hinnata teavet;

kognitiivne: bioloogiliste objektide ja protsesside oluliste tunnuste valik; tõendite (argumentide) toomine inimese suguluse kohta imetajatega; inimese ja keskkonna suhe; inimeste tervise sõltuvus keskkonnaseisundist; vajadus kaitsta keskkonda; bioloogiateaduse meetodite valdamine: bioloogiliste objektide ja protsesside vaatlemine ja kirjeldamine; bioloogiliste katsete korraldamine ja nende tulemuste selgitamine.

Regulatiivne: oskus iseseisvalt planeerida eesmärkide saavutamise viise, sh alternatiivseid, valida teadlikult kõige rohkem tõhusaid viise hariduslike ja kognitiivsete probleemide lahendamine; hariduskoostöö korraldamise oskus ja ühistegevusõpetaja ja kaaslastega; töötada individuaalselt ja rühmas: leida ühine otsus ning lahendama konflikte seisukohtade kooskõlastamise ja huvide arvestamise alusel; info- ja kommunikatsioonitehnoloogiate kasutamise valdkonna pädevuse (edaspidi IKT pädevused) kujundamine ja arendamine.

Kommunikatiivne: kommunikatiivse pädevuse kujunemine suhtlemisel ja koostöös eakaaslastega, soolise sotsialiseerumise tunnuste mõistmine noorukieas, sotsiaalselt kasulik, haridus-, uurimis-, loome- ja muu tegevus.

Tehnoloogia : Tervist säästev, probleemne, arendav õpetus, rühmategevus

Vastuvõtud: analüüs, süntees, järeldus, teabe ülekandmine ühest tüübist teise, üldistamine.

Tundide ajal

Ülesanded

Tutvustage õpilastele rakkude keemilist koostist.

Selgitada välja veemolekulide struktuuriomadused, mis määravad nende rolli rakkude ja organismide elus.

Iseloomustada mineraalsoolade ning nende koostises olevate katioonide ja anioonide rolli raku elus.

Võtmepunktid

Bioloogiline evolutsioon on aine kui terviku arengu loomulik etapp.

Elu tekkimise kosmilisteks ja planetaarseteks eeldusteks on planeedi suurus, kaugus Päikesest, ringikujuline orbiit ja tähe kiirguse püsivus.

Primitiivse Maa atmosfääri taastavat olemust peetakse meie planeedil elu tekkimise keemiliseks eelduseks.

Abiogeensel viisil Maa primaarse atmosfääri komponentidest pikselahenduste energia mõjul võimas kõva ultraviolettkiirgust Päike jne, võivad tekkida erinevad lihtsad orgaanilised molekulid - bioloogiliste polümeeride monomeerid.

AT vesilahused, leebemates tingimustes tekkisid lihtsate orgaaniliste molekulide vastasmõju tulemusena keerulisemad ühendid.

Koacervaadid on multimolekulaarsed kompleksid, mida ümbritseb ühine vesikiht.

Koacervaadi tilkadel on võime selektiivselt absorbeerida aineid keskkonnast ja kõige lihtsamad ainevahetusreaktsioonid.

Koatservaatide sisekeskkonna moodustumise ajal viisid neis toimuvad sünteesiprotsessid membraanide ja spetsiifiliste valgulise iseloomuga katalüsaatorite ilmnemiseni.

suursündmus prebioloogiline evolutsioon on tekkimine geneetiline kood RNA koodonite järjestuse kujul ja seejärel DNA, mis osutus võimeliseks salvestama teavet valgu molekulide kõige edukamate aminohapete kombinatsioonide kohta.

Esimeste rakuvormide ilmumine tähistas bioloogilise evolutsiooni algust, esialgsed etapid mida iseloomustas eukarüootsete organismide ilmumine, seksuaalprotsess ja esimeste hulkrakseliste organismide tekkimine.

Probleemsed alad

Kuidas saaks ületada kontsentratsioonibarjääri esmase ookeani vetes?

Millised on põhimõtted looduslik valik koacerveerub varajastes Maa tingimustes?

Millised suured evolutsioonilised muutused kaasnesid bioloogilise evolutsiooni esimeste sammudega?

Anorgaanilised ained, mis moodustavad raku

Erinevate organismide rakkudest on leitud umbes 70 elementi perioodiline süsteem keemilised elemendid D.I. Mendelejev, kuid ainult 24 neist on väljakujunenud väärtusega ja neid leidub pidevalt igat tüüpi rakkudes.

suurim erikaal raku elementaarses koostises langeb hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik. Need on nn põhi- ehk biogeensed elemendid. Need elemendid moodustavad rohkem kui 95% rakkude massist ja nende suhteline sisaldus elusaines on palju suurem kui maakoores.

Elutähtsad on kaltsium, fosfor, väävel, kaalium, kloor, naatrium, magneesium ja raud. Nende sisaldus lahtris arvutatakse kümnendikku ja sajandikku protsentides. Loetletud elemendid moodustavad makrotoitainete rühma.

muud keemilised elemendid: vask, koobalt, mangaan, molübdeen, tsink, boor, fluor, kroom, seleen, alumiinium, jood, räni – leidub vaid väikestes kogustes (alla 0,01% raku massist). Need kuuluvad mikroelementide rühma.

Ühe või teise elemendi protsent kehas ei iseloomusta kuidagi olulisuse ja vajalikkuse astet organismis. Nii näiteks on paljud mikroelemendid osa erinevatest bioloogiliselt aktiivsetest ainetest – ensüümidest, vitamiinidest, hormoonidest, need mõjutavad kasvu ja arengut, vereloomet, rakuhingamisprotsesse jne.

Vesi. Kõige levinum anorgaaniline ühend elusorganismides on vesi. Selle sisaldus on väga erinev: hambaemaili rakkudes on vett umbes 10% ja areneva embrüo rakkudes - üle 90%. Keskmiselt sisse mitmerakuline organism vesi moodustab umbes 80% kehamassist.

Vee roll rakus on väga suur. Selle funktsioonid on suuresti määratud keemilise olemusega. Molekulide struktuuri dipoolne olemus määrab vee võime erinevate ainetega aktiivselt suhelda. Selle molekulid põhjustavad paljude veeslahustuvate ainete lõhenemist katioonideks ja anioonideks. Selle tulemusena sisenevad ioonid kiiresti keemilistesse reaktsioonidesse. Enamik keemilisi reaktsioone on interaktsioonid vees lahustuvate ainete vahel.

Vesi. See mängib olulist rolli rakkude ja elusorganismide elus üldiselt. Lisaks sellele, et see on osa nende koostisest, on see paljude organismide jaoks ka elupaik. Vee rolli rakus määravad ära selle omadused. Need omadused on üsna ainulaadsed ja on seotud peamiselt veemolekulide väiksuse, molekulide polaarsusega ja nende võimega ühineda üksteisega vesiniksidemetega.

Veemolekulidel on mittelineaarne ruumiline struktuur. Veemolekuli aatomeid hoiavad koos polaarsed kovalentsed sidemed, mis seovad ühe hapnikuaatomi kahe vesinikuaatomiga. Kovalentsete sidemete polaarsus on sel juhul seletatav hapnikuaatomite tugeva elektronegatiivsusega vesinikuaatomi suhtes; hapnikuaatom tõmbab enda külge nende ühiste elektronpaaride elektronid.

Selle tulemusena tekib hapnikuaatomil osaliselt negatiivne laeng ja vesinikuaatomitel osaliselt positiivne laeng. Naaberveemolekulide hapniku- ja vesinikuaatomite vahel tekivad vesiniksidemed.

Vesi on suurepärane lahusti polaarsetele ainetele nagu soolad, suhkrud, alkoholid, happed. Vees lahustuvaid aineid nimetatakse hüdrofiilsed.

Vees lahustumatud aineid nimetatakse hüdrofoobne.

Vesi on kõrge soojusmahtuvus. Veemolekule koos hoidvate vesiniksidemete lõhkumiseks kulub palju energiat. See kinnisvara hooldab soojusbilanss organismide oluliste temperatuurikõikumiste ajal keskkonnas. Lisaks on vesi kõrge soojusjuhtivus, mis võimaldab kehal hoida kogu oma mahus sama temperatuuri. Vesi on ka kõrge aurustumissoojus, st. molekulide võime kanda ära märkimisväärne kogus soojust, jahutades keha. Seda vee omadust kasutatakse imetajatel higistamisel, krokodillidel kuuma hingeldamisel ja taimedes transpiratsioonil (aurustamisel), vältides nende ülekuumenemist.

Bioloogilised omadused vesi:

Transport. Vesi tagab ainete liikumise rakus ja kehas, ainete omastamise ja ainevahetusproduktide väljutamise.

metaboolne. Vesi on rakus paljude biokeemiliste reaktsioonide keskkond.

Struktuurne. Rakkude tsütoplasma sisaldab 60–95% vett. Taimedes määrab vesi rakkude turgori.

Vesi osaleb määrdevedelike ja lima moodustumisel. See on osa süljest, sapist, pisaratest jne.

mineraalsoolad. Suurem osa raku anorgaanilistest ainetest on soolade kujul. Vesilahuses dissotsieeruvad soolamolekulid katioonideks ja anioonideks. Kõrgeim väärtus omavad katioone: K+, Na+, Ca2+, Mg2+ ja anioone: Cl-, H2PO4-, HPO42-, HCO3-, NO3-, SO42-. Oluline pole mitte ainult sisu, vaid ka ioonide suhe rakus.

Raku puhvri omadused sõltuvad soolade kontsentratsioonist rakus.

puhverdamine nimetatakse raku võimeks säilitada konstantsel tasemel oma sisu kergelt aluselist reaktsiooni.

Arutelu küsimused

Mis on panus erinevaid elemente elava ja elutu aine organiseerimisel?

Kuidas need avalduvad füüsikalised keemilised omadused vesi raku ja kogu organismi elutegevuse protsesside tagamisel?

Küsimused ja ülesanded kordamiseks

1. Mis aine on elusorganismide sisekeskkonna aluseks?

2. Kuidas puudub igasugune vajalik element? Tooge näiteid sellistest nähtustest?

3. Milliste elementide katioonid tagavad elusorganismide kõige olulisema omaduse – ärrituvuse?

4. Leidke võrdlusmaterjalist elemendid, mida lahtris on kõige vähem. Mis on nende üldnimetus? Millist rolli nad rakus mängivad?

Anorgaanilineainedrakud

Vesi ja selle roll raku elus

Raku keemiline koostis. anorgaanilised ühendid.

Vahendid

V. B. ZAHAROV, S. G. MAMONTOV, N. I. SONIN, E. T. ZAKHAROVA ÕPIK "BIOLOOGIA" ÜLDHARIDUSASUTUSELE (10.-11. klass).

AP Plekhov Bioloogia koos ökoloogia alustega. Sari “Õpikud ülikoolidele. Erikirjandus.

Raamat õpetajatele Sivoglazov V.I., Sukhova T.S. Kozlova T. A. Bioloogia: üldised mustrid.

Esitluse hostimine

Anorgaanilistest ainetest sisaldab rakk 86 elementi. Perioodilisustabel, umbes 16-18 elementi on elusraku normaalseks eksisteerimiseks üliolulised.

Elementide hulgas on: organogeenid, makroelemendid, mikroelemendid ja ultramikroelemendid.

Organogeenid

Need on ained, mis moodustavad orgaanilise aine: hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik.

Hapnik(65-75%) - sisaldub tohutu hulk orgaanilised molekulid - valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped Oh. Lihtaine (O2) kujul moodustub hapnikufotosünteesi protsessis (tsüanobakterid, vetikad, taimed).

Funktsioonid: 1. Hapnik on tugev oksüdeerija (oksüdeerib glükoosi rakuhingamisel, protsessi käigus vabaneb energia)

2. Sisaldub raku orgaaniliste ainete hulka

3. Sisaldub vee molekulis

Süsinik(15-18%) - on kõigi orgaaniliste ainete struktuuri alus. Nagu süsinikdioksiid vabaneb hingamise käigus ja imendub fotosünteesi käigus. Võib olla süsinikmonooksiidi kujul. Kaltsiumkarbonaadi (CaCO3) kujul on osa luudest.

Vesinik(8 - 10%) - nagu süsinik, on see osa mis tahes orgaanilisest ühendist. See sisaldab ka vett.

Lämmastik(2-3%) - on osa aminohapetest ja seega ka valkudest, nukleiinhapetest, mõnedest vitamiinidest ja pigmentidest. Kinnitatakse atmosfääri bakterite poolt.

Makrotoitained

Magneesium (0,02 - 0,03%)

1. Rakus - on osa ensüümidest, osaleb DNA sünteesis ja energiavahetus

2. Taimedes - on klorofülli osa

3. Loomadel – see on osa lihaste, närvi- ja luukudede talitluses osalevatest ensüümidest.

Naatrium (0,02 - 0,03%)

1. Rakus - on osa kaalium-naatriumi kanalitest ja pumpadest

2. Taimedes - osaleb osmoosis, mis tagab vee imendumise mullast

3. Loomadel - osaleb neerude töös, hoides südame löögisagedust, on osa verest (NaCl), aitab säilitada happe-aluse tasakaalu

Kaltsium (0,04 - 2,0%)

1. Rakus - osaleb membraani selektiivses läbilaskvuses, DNA valkudega ühendamise protsessis

2. Taimedes - moodustab pektiinainete sooli, annab kõvadust taimerakke ühendavale rakkudevahelisele ainele ning osaleb ka rakkudevaheliste kontaktide tekkes

3. Loomadel on see osa selgroogsete luudest, molluskite kestadest ja korallipolüüpidest, osaleb sapi moodustumisel, suurendab seljaaju ja süljeerituskeskuse refleksi erutuvust, osaleb närvi sünaptilises ülekandes. impulss, vere hüübimisprotsessides, on vajalik tegur vöötlihaste vähendamisel

Raud (0,02%)

1. Rakus - on osa tsütokroomidest

2. Taimedes - osaleb klorofülli sünteesis, on osa hingamisel osalevatest ensüümidest, on osa tsütokroomidest

3. Loomadel - on osa hemoglobiinist

Kaalium (0,15 - 0,4%)

1. Rakus - säilitab tsütoplasma kolloidseid omadusi, on osa kaalium-naatriumi pumpadest ja kanalitest, aktiveerib glükolüüsi käigus valkude sünteesis osalevaid ensüüme

2. Taimedel - osaleb vee ainevahetuse ja fotosünteesi reguleerimises

3. Vajalik õigeks südamerütmiks, osaleb närviimpulsi juhtimises

Väävel (0,15 - 0,2%)

1. Rakus - on osa mõnedest aminohapetest - tsütiin, tsüsteiin ja metioniin, moodustab valgu tertsiaarses struktuuris disulfiidsildu, on osa mõnedest ensüümidest ja koensüüm A, on osa bakterioklorofüllist, mõned kemosünteesid kasutavad väävlit ühendid energia tootmiseks

2. Loomadel - on osa insuliinist, B1-vitamiinist, biotiinist

Fosfor (0,2 - 1,0%)

1. Rakus - fosforhappejääkide kujul, on osa DNA-st, RNA-st, ATP-st, nukleotiididest, koensüümidest NAD, NADP, FAD, fosforüülitud suhkrutest, fosfolipiididest ja paljudest ensüümidest, moodustab fosfolipiidide osana membraane

2. Loomadel - on osa luudest, hammastest, imetajatel puhversüsteemi komponent, hoiab koevedeliku happetasakaalu suhteliselt konstantsena

Kloor (0,05 - 0,1%)

1. Rakus - osaleb raku elektrilise neutraalsuse säilitamisel

2. Taimedes - osaleb turgorirõhu reguleerimises

3. Loomadel - osaleb vereplasma osmootse potentsiaali kujunemises, samuti ergastus- ja inhibeerimisprotsessides närvirakud esineb maomahlas vesinikkloriidhappena

mikroelemendid

Vask

1. Rakus - on osa tsütokroomide sünteesis osalevatest ensüümidest

2. Taimedes – see on osa fotosünteesi pimeda faasi reaktsioonides osalevatest ensüümidest

3. Loomadel - osaleb hemoglobiini sünteesis, selgrootutel on osa hemotsüaniinidest - hapnikukandjatest, inimestel - on osa naha pigmendist - melaniinist

Tsink

1. Osaleb alkohoolses kääritamises

2. Taimedes - see on osa ensüümidest, mis osalevad süsihappe lagundamisel ja taimsete hormoonide-auksiinide sünteesis

Jood

1. Selgroogsetel – on osa kilpnäärmehormoonidest (türoksiin)

Koobalt

1. Loomadel - see on osa vitamiinist B12 (osaleb hemoglobiini sünteesis), selle puudus põhjustab aneemiat

Fluor

1. Loomadel – annab tugevust luudele ja hambaemailile

Mangaan

1. Rakus - on osa ensüümidest, mis osalevad hingamises, rasvhapete oksüdatsioonis, suurendab karboksülaasi aktiivsust

2. Taimedes - ensüümide osana osaleb fotosünteesi tumedates reaktsioonides ja nitraatide redutseerimises

3. Loomadel - see on osa luude kasvuks vajalikest fosfataasi ensüümidest

Broom

1. Rakus - on osa B1-vitamiinist, mis osaleb püroviinamarihappe lagundamises

Molübdeen

1. Rakus – ensüümide osana osaleb õhulämmastiku fikseerimises

2. Taimedes – ensüümide osana osaleb stoomide ja aminohapete sünteesis osalevate ensüümide töös

Bor

1. Mõjutab taimede kasvu

Mineraalsoolade funktsioonid

Vesilahustes olevad mineraalsoolad dissotsieeruvad katioonideks (positiivsed ioonid) ja anioonideks (negatiivsed ioonid).

1. Happe-aluse tasakaalu säilitamine

Tänu puhversüsteemidele on söötme pH reguleeritud. Fosfaatpuhvri süsteem hoiab rakusisese keskkonna pH-d vahemikus 6,9-7,4. Bikarbonaat - tasemel 7,4.

2. Ensüümi aktiveerimine

Mõned katioonid on erinevate ensüümide, vitamiinide ja hormoonide aktivaatorid ja komponendid.

3. Struktuurne

Erinevad anorgaanilised ained toimivad orgaaniliste molekulide sünteesi allikana või osalevad organismide sisemise ja välise skeleti moodustamises.

4. Rakumembraani potentsiaalide loomine

Raku sees on ülekaalus kaaliumiioonid, väljaspool aga naatriumi- ja kloriidioonid. Selle tulemusena moodustub potentsiaalide erinevus välise ja sisepind rakumembraanid.

5. Osmootse rõhu tekitamine

Raku sees on soolaioonide kontsentratsioon suurem, mis tagab vee sisenemise rakku, tekitab turgorurõhu.

Kirilenko A. A. Bioloogia. KASUTADA. Sektsioon "Molekulaarbioloogia". teooria, treeningülesanded. 2017.

Organismid koosnevad rakkudest. Erinevate organismide rakkudel on sarnane keemiline koostis. Tabelis 1 on toodud peamised elusorganismide rakkudes leiduvad keemilised elemendid.

Tabel 1. Keemiliste elementide sisaldus rakus

Lahtri sisu järgi saab eristada kolme elementide rühma. Esimesse rühma kuuluvad hapnik, süsinik, vesinik ja lämmastik. Need moodustavad peaaegu 98% raku kogukoostisest. Teise rühma kuuluvad kaalium, naatrium, kaltsium, väävel, fosfor, magneesium, raud, kloor. Nende sisaldus lahtris on kümnendikku ja sajandikku protsenti. Nende kahe rühma elemendid kuuluvad makrotoitained(kreeka keelest. makro- suur).

Ülejäänud elemendid, mis on lahtris esindatud protsendi sajandikute ja tuhandikutega, kuuluvad kolmandasse rühma. seda mikroelemendid(kreeka keelest. mikro- väike).

Ainult elusloodusele omaseid elemente rakust ei leitud. Kõik ülaltoodud keemilised elemendid sisalduvad selles elutu loodus. See näitab elava ja eluta looduse ühtsust.

Mis tahes elemendi puudumine võib põhjustada haigusi ja isegi keha surma, kuna igal elemendil on kindel roll. Esimese rühma makrotoitained moodustavad biopolümeeride - valgud, süsivesikud, nukleiinhapped ja lipiidid - aluse, ilma milleta pole elu võimatu. Väävel on osa mõnedest valkudest, fosfor on osa nukleiinhapetest, raud on osa hemoglobiinist ja magneesium on osa klorofüllist. Kaltsium mängib ainevahetuses olulist rolli.

Osa rakus sisalduvatest keemilistest elementidest on osa anorgaanilistest ainetest – mineraalsooladest ja veest.

mineraalsoolad on rakus reeglina katioonide (K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+) ja anioonide (HPO 2-/4, H 2 PO -/4, CI -, HCO 3) kujul. ), mille suhe määrab söötme happesuse, mis on oluline rakkude elutegevuseks.

(Paljudes rakkudes on sööde kergelt leeliseline ja selle pH peaaegu ei muutu, kuna selles säilib pidevalt teatud katioonide ja anioonide suhe.)

Looduses leiduvatest anorgaanilistest ainetest mängib tohutut rolli vesi.

Elu on võimatu ilma veeta. See moodustab enamiku rakkude märkimisväärse massi. Ajurakkudes ja inimembrüodes sisaldub palju vett: üle 80% veest; rasvkoe rakkudes - ainult 40%.Vanaduseks veesisaldus rakkudes väheneb. Inimene, kes kaotab 20% veest, sureb.

Vee ainulaadsed omadused määravad selle rolli organismis. See osaleb termoregulatsioonis, mis on tingitud vee suurest soojusmahtuvusest - tarbimisest suur hulk energiat kuumutamisel. Millest sõltub vee kõrge soojusmahtuvus?

Veemolekulis on hapnikuaatom kovalentselt seotud kahe vesinikuaatomiga. Veemolekul on polaarne, kuna hapnikuaatomil on osaliselt negatiivne laeng ja mõlemal kahel vesinikuaatomil on

Osaliselt positiivne laeng. Ühe veemolekuli hapnikuaatomi ja teise molekuli vesinikuaatomi vahel moodustub vesinikside. Vesiniksidemed võimaldavad ühendada suure hulga veemolekule. Vee soojendamisel kulub märkimisväärne osa energiast vesiniksidemete lõhkumisele, mis määrab selle kõrge soojusmahtuvuse.

Vesi - hea lahusti. Polaarsuse tõttu interakteeruvad selle molekulid positiivselt ja negatiivselt laetud ioonidega, aidates seeläbi kaasa aine lahustumisele. Vee suhtes jagunevad kõik raku ained hüdrofiilseteks ja hüdrofoobseteks.

hüdrofiilsed(kreeka keelest. hüdro- vesi ja fileo- armastus) nimetatakse aineteks, mis lahustuvad vees. Nende hulka kuuluvad ioonsed ühendid (nt soolad) ja mõned mitteioonsed ühendid (nt suhkrud).

hüdrofoobne(kreeka keelest. hüdro- vesi ja fobos- hirm) nimetatakse aineteks, mis on vees lahustumatud. Nende hulka kuuluvad näiteks lipiidid.

Vesi mängib suur roll rakus vesilahustes toimuvates keemilistes reaktsioonides. See lahustab organismile mittevajalikud ainevahetusproduktid ja aitab seeläbi kaasa nende väljutamisele organismist. Kõrge veesisaldus rakus annab selle elastsus. Vesi hõlbustab erinevate ainete liikumist rakus või rakust rakku.

Elus ja elutu looduse kehad koosnevad samadest keemilistest elementidest. Elusorganismide koostis sisaldab anorgaanilisi aineid - vett ja mineraalsooli. Vee arvukad elutähtsad funktsioonid rakus tulenevad selle molekulide iseärasustest: nende polaarsusest, võimest moodustada vesiniksidemeid.

RAKU ANORGAANILISED KOMPONENDID

Elusorganismide rakkudes leidub umbes 90 elementi ja ligikaudu 25 neist leidub peaaegu kõigis rakkudes. Vastavalt raku sisaldusele jagunevad keemilised elemendid kolmeks suured rühmad: makrotoitained (99%), mikroelemendid (1%), ultramikrotoitained (alla 0,001%).

Makrotoitainete hulka kuuluvad hapnik, süsinik, vesinik, fosfor, kaalium, väävel, kloor, kaltsium, magneesium, naatrium ja raud.
Mikroelementide hulka kuuluvad mangaan, vask, tsink, jood, fluor.
Ultramikroelementide hulka kuuluvad hõbe, kuld, broom, seleen.

RAKU ORGAANILISED KOMPONENDID

Ensüümid.

Valkude kõige olulisem funktsioon on katalüütiline. Nimetatakse valgumolekule, mis suurendavad keemiliste reaktsioonide kiirust rakus mitme suurusjärgu võrra ensüümid. Ükski biokeemiline protsess kehas ei toimu ilma ensüümide osaluseta.

Praeguseks on avastatud üle 2000 ensüümi. Nende efektiivsus on kordades suurem kui tootmises kasutatavate anorgaaniliste katalüsaatorite efektiivsus. Niisiis, 1 mg rauda katalaasi ensüümi koostises asendab 10 tonni anorgaanilist rauda. Katalaas suurendab vesinikperoksiidi (H 2 O 2) lagunemise kiirust 10 11 korda. Süsihappe moodustumist katalüüsiv ensüüm (CO 2 + H 2 O \u003d H 2 CO 3) kiirendab reaktsiooni 10 7 korda.

Ensüümide oluline omadus on nende toime spetsiifilisus, iga ensüüm katalüüsib ainult ühte või väikest rühma sarnaseid reaktsioone.

Aine, millele ensüüm toimib, nimetatakse substraat. Ensüümmolekuli ja substraadi struktuurid peavad üksteisega täpselt ühtima. See seletab ensüümide toime spetsiifilisust. Substraadi kombineerimisel ensüümiga muutub ensüümi ruumiline struktuur.

Ensüümi ja substraadi interaktsiooni järjestust saab skemaatiliselt kujutada:

Substraat+Ensüüm – Ensüüm-substraadi kompleks – Ensüüm+toode.

Diagrammilt on näha, et substraat ühineb ensüümiga, moodustades ensüümi-substraadi kompleksi. Sel juhul muudetakse substraat uueks aineks - tooteks. Viimases etapis vabaneb ensüüm tootest ja interakteerub uuesti järgmise substraadi molekuliga.

Ensüümid toimivad ainult teatud temperatuuril, ainete kontsentratsioonil, keskkonna happesusel. Tingimuste muutumine toob kaasa valgu molekuli tertsiaarse ja kvaternaarse struktuuri muutumise ning sellest tulenevalt ensüümi aktiivsuse pärssimise. Kuidas see juhtub? Ainult teatud osa ensüümi molekulist omab katalüütilist aktiivsust, nn aktiivne keskus. Aktiivne keskus sisaldab 3 kuni 12 aminohappejääki ja moodustub polüpeptiidahela painutamise tulemusena.

Erinevate tegurite mõjul muutub ensüümi molekuli struktuur. Sel juhul on aktiivse keskuse ruumiline konfiguratsioon häiritud ja ensüüm kaotab oma aktiivsuse.

Ensüümid on valgud, mis toimivad bioloogiliste katalüsaatoritena. Tänu ensüümidele suureneb keemiliste reaktsioonide kiirus rakkudes mitme suurusjärgu võrra. Ensüümide oluline omadus on toime spetsiifilisus teatud tingimustel.

Nukleiinhapped.

Nukleiinhapped avastati 19. sajandi teisel poolel. Šveitsi biokeemik F. Miescher, kes eraldas rakkude tuumadest suure lämmastiku- ja fosforisisaldusega aine ja nimetas seda "nukleiiniks" (lat. tuum- tuum).

Nukleiinhapped salvestavad pärilikku teavet iga raku ja kõigi Maa elusolendite ehituse ja toimimise kohta. Nukleiinhappeid on kahte tüüpi – DNA (desoksüribonukleiinhape) ja RNA (ribonukleiinhape). Nukleiinhapped, nagu ka valgud, on liigispetsiifilised, see tähendab, et iga liigi organismidel on oma DNA tüüp. Liigispetsiifilisuse põhjuste väljaselgitamiseks kaaluge nukleiinhapete struktuuri.

Nukleiinhappemolekulid on väga pikad ahelad, mis koosnevad paljudest sadadest ja isegi miljonitest nukleotiididest. Iga nukleiinhape sisaldab ainult nelja tüüpi nukleotiide. Nukleiinhappemolekulide funktsioonid sõltuvad nende struktuurist, nende koostises olevatest nukleotiididest, nende arvust ahelas ja ühendi järjestusest molekulis.

Iga nukleotiid koosneb kolmest komponendist: lämmastiku alusest, süsivesikutest ja fosforhappest. Iga DNA nukleotiid sisaldab ühte neljast lämmastiku aluse tüübist (adeniin - A, tümiin - T, guaniin - G või tsütosiin - C), samuti desoksüriboosi süsivesikuid ja fosforhappe jääki.

Seega erinevad DNA nukleotiidid ainult lämmastikaluse tüübi poolest.

DNA molekul koosneb tohutust hulgast nukleotiididest, mis on ahelas teatud järjestuses ühendatud. Igal DNA molekuli tüübil on oma nukleotiidide arv ja järjestus.

DNA molekulid on väga pikad. Näiteks ühe inimese raku (46 kromosoomi) DNA molekulide nukleotiidide järjestuse üleskirjutamiseks oleks vaja umbes 820 000-leheküljelist raamatut. Nelja tüüpi nukleotiidide vaheldumine võib moodustada lõpmatu arvu DNA molekulide variante. Need DNA molekulide struktuuri omadused võimaldavad neil salvestada tohutul hulgal teavet kõigi organismide märkide kohta.

1953. aastal lõid Ameerika bioloog J. Watson ja inglise füüsik F. Crick DNA molekuli struktuuri mudeli. Teadlased on leidnud, et iga DNA molekul koosneb kahest omavahel ühendatud ja spiraalselt keerdunud ahelast. See näeb välja nagu topeltspiraal. Igas ahelas vahelduvad nelja tüüpi nukleotiidid kindlas järjestuses.

DNA nukleotiidide koostis on erinev erinevad tüübid bakterid, seened, taimed, loomad. Kuid see ei muutu vanusega, see sõltub vähe keskkonna muutustest. Nukleotiidid on paaris, see tähendab, et adeniini nukleotiidide arv mis tahes DNA molekulis võrdub tümidiini nukleotiidide (A-T) arvuga ja tsütosiini nukleotiidide arv on võrdne guaniini nukleotiidide (C-G) arvuga. See on tingitud asjaolust, et kahe ahela ühendamine DNA molekulis järgib teatud reeglit, nimelt: ühe ahela adeniin on alati ühendatud kahe vesiniksidemega ainult teise ahela tümiiniga ja guaniin kolme vesinikuga. sidemed tsütosiiniga, see tähendab, et ühe molekuli DNA nukleotiidahelad on komplementaarsed, täiendavad üksteist.

Nukleiinhappemolekulid – DNA ja RNA koosnevad nukleotiididest. DNA nukleotiidide koostis sisaldab lämmastikku sisaldavat alust (A, T, G, C), desoksüriboosi süsivesikuid ja fosforhappemolekuli jääki. DNA molekul on topeltheeliks, mis koosneb kahest ahelast, mis on komplementaarsuse põhimõttel ühendatud vesiniksidemetega. DNA ülesanne on talletada pärilikku teavet.

Kõigi organismide rakkudes on ATP - adenosiintrifosforhappe molekulid. ATP on universaalne rakuaine, mille molekulis on energiarikkad sidemed. ATP molekul on ühte tüüpi nukleotiid, mis, nagu ka teised nukleotiidid, koosneb kolmest komponendist: lämmastiku alus - adeniin, süsivesik - riboos, kuid ühe asemel sisaldab see kolme fosforhappemolekuli jääki (joonis 12). Joonisel ikooniga tähistatud sidemed on energiarikkad ja neid nimetatakse makroergiline. Iga ATP molekul sisaldab kahte makroergilist sidet.

Makroergilise sideme katkemisel ja ühe fosforhappe molekuli lõhustamisel ensüümide abil vabaneb 40 kJ / mol energiat ja ATP muundatakse ADP-ks - adenosiindifosforhappeks. Veel ühe fosforhappemolekuli elimineerimisel vabaneb veel 40 kJ / mol; Moodustub AMP - adenosiinmonofosforhape. Need reaktsioonid on pöörduvad, see tähendab, et AMP võib muutuda ADP-ks, ADP - ATP-ks.

ATP molekule mitte ainult ei lagundata, vaid ka sünteesitakse, mistõttu on nende sisaldus rakus suhteliselt konstantne. ATP tähtsus raku elus on tohutu. Need molekulid mängivad juhtivat rolli raku ja organismi kui terviku elutegevuse tagamiseks vajalikus energiavahetuses.

RNA molekul on reeglina üks ahel, mis koosneb nelja tüüpi nukleotiididest - A, U, G, C. Tuntud on kolm peamist RNA tüüpi: mRNA, rRNA, tRNA. RNA molekulide sisaldus rakus ei ole konstantne, nad osalevad valkude biosünteesis. ATP on raku universaalne energiaaine, milles on energiarikkad sidemed. ATP mängib keskset rolli rakus toimuvas energiavahetuses. RNA ja ATP leidub nii raku tuumas kui ka tsütoplasmas.

Ülesanded ja testid teemal "Teema 4. "Raku keemiline koostis."

• polümeer, monomeer;
• süsivesikud, monosahhariid, disahhariid, polüsahhariid;
• lipiid, rasvhape, glütserool;
• aminohape, peptiidside, valk;
• katalüsaator, ensüüm, aktiivne sait;
• nukleiinhape, nukleotiid.

Algoritm probleemide lahendamiseks.

Tüüp 1. DNA isekopeeruv.

Ühel DNA ahelal on järgmine nukleotiidjärjestus:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Milline nukleotiidide järjestus on sama molekuli teisel ahelal?

DNA molekuli teise ahela nukleotiidjärjestuse kirjutamiseks, kui esimese ahela järjestus on teada, piisab tümiini asendamisest adeniiniga, adeniini tümiiniga, guaniini tsütosiiniga ja tsütosiin guaniiniga. Selle asendusega saame järgmise jada:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

Tüüp 2. Valkude kodeerimine.

Ribonukleaasi valgu aminohappeahelal on järgmine algus: lüsiin-glutamiin-treoniin-alaniin-alaniin-alaniin-lüsiin ...
Milline nukleotiidide järjestus käivitab sellele valgule vastava geeni?

Selleks kasutage geneetilise koodi tabelit. Iga aminohappe jaoks leiame selle koodnimetuse vastava nukleotiidide trio kujul ja kirjutame selle välja. Järjestades need kolmikud üksteise järel samas järjekorras, nagu vastavad aminohapped lähevad, saame sõnumi RNA sektsiooni struktuuri valemi. Reeglina on selliseid kolmikuid mitu, valik tehakse teie otsuse järgi (kuid võetakse ainult üks kolmikutest). Lahendusi võib olla vastavalt mitu.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

Millise aminohappejärjestusega valk algab, kui seda kodeerib selline nukleotiidide järjestus:
ACGCCATGGCCGGT...

Komplementaarsuse põhimõtte kohaselt leiame DNA molekuli antud segmendil moodustatud informatsioonilise RNA sektsiooni struktuuri:
UGCGGGUACCCGCCCA...

Seejärel pöördume geneetilise koodi tabeli poole ja iga nukleotiidide trio jaoks, alustades esimesest, leiame ja kirjutame välja sellele vastava aminohappe:
Tsüsteiin-glütsiin-türosiin-arginiin-proliin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Üldine bioloogia". Moskva, "Valgustus", 2000

• Teema 4. "Raku keemiline koostis." §2-§7 lk 7-21
• Teema 5. "Fotosüntees". §16-17 lk 44-48
• Teema 6. "Rakuhingamine". §12-13 lk 34-38
• Teema 7. "Geneetiline teave". §14-15 lk 39-44