Какой простой углевод служит мономером крахмала гликогена. Органические вещества. Углеводы. Белки. Биологические полимеры – нуклеиновые кислоты

Текущая страница: 7 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 16 страниц]

Шрифт:

100% +

3.2.2. Органические молекулы – углеводы

Углеводы, или сахариды, – органические вещества с общей формулой С n (Н 2 O) m . У большинства простых углеводов число молекул воды соответствует количеству атомов углерода. Поэтому эти вещества и были названы углеводами.

В животной клетке углеводы находятся в количествах, не превышающих 1–2, реже 5 %. Наиболее богаты углеводами растительные клетки, где их содержание в некоторых случаях достигает 90 % сухой массы (клубни картофеля, семена и т. д.).

Углеводы бывают простыми и сложными. Простые углеводы называют моносахаридами. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахариды называют триозами – 3 атома, тетрозами – 4, пентозами – 5 или гексозами – 6 атомов углерода. Из шестиуглеродных моносахаридов – гексоз – наиболее важными являются глюкоза, фруктоза и галактоза (рис. 3.16). Глюкоза содержится в крови в количестве 0,08–0,12 %. Пентозы – рибоза и дезоксирибоза – входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Рис. 3.16. Моносахариды – гексозы

Рис. 3.17. Полисахариды: А – разветвлённый полимер; Б – линейный полимер (целлюлоза)

Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. К дисахаридам относятся пищевой сахар – сахароза, получаемый из тростника или сахарной свёклы и состоящий из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы, и молочный сахар – лактоза, образованный молекулами глюкозы и галактозы.

Сложные углеводы, которые образованы более, чем двумя моносахаридами, называют полисахаридами (рис. 3.17). Мономерами таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза. Полисахариды, как правило, представляют собой разветвлённые полимеры (рис. 3.17, А).

Углеводы выполняют ряд основных функций – пластическую (строительную), сигнальную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток, а сложный полисахарид хитин является главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов, образуя клеточные стенки. Не менее важна сигнальная функция углеводов. Небольшие олигосахариды, включающие 20–30 мономерных звеньев, входят в состав поверхностных и внутриклеточных рецепторов. Именно они, наряду с антигенами клеточной поверхности, определяют принадлежность клетки к определённой ткани. Кроме этого, углеводные части рецепторов выполняют функцию молекулярного «узнавания» и способствуют изменению пространственной конфигурации белкового компонента рецептора, что запускает определённые биохимические превращения веществ в клетке (см. рис. 3.11).

Также углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. Таким образом, крахмал у растений и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служат энергетическим резервом.

Опорные точки

Наибольшее количество углеводов содержится в растительных клетках.

Моносахариды являются основным источником энергии для большинства живых организмов.

Углеводы входят в состав рецепторов клетки и поверхностных антигенов, выполняя информационно-коммуникативные функции.

Полисахарид целлюлоза входит в состав клеточных стенок прокариот и растений.

Хитин образует наружный скелет членистоногих и клеточные оболочки грибов.

1. Какие химические соединения называют углеводами?

2. Перечислите типы клеток, наиболее богатых углеводами.

3. Охарактеризуйте моносахариды и приведите их примеры.

4. Что такое дисахариды? Приведите примеры.

5. Каковы особенности строения полисахаридов?

6. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?

7. Перечислите и раскройте функции углеводов.

3.2.3. Органические молекулы – жиры и липоиды

Жиры, или липиды (от греч. lipos – жир), представляют собой соединения высокомолекулярных жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина. Жиры не растворяются в воде, они гидрофобны (от греч. hydor – вода и phobos – страх). В клетках помимо жиров есть и другие сложные гидрофобные жироподобные вещества, называемые липоидами. К ним относят фосфолипиды, стерины и др.

Также важна роль жиров и как растворителей гидрофобных органических соединений, например витаминов A, D, Е, необходимых для нормального протекания биохимических превращений в организме.

Жиры и липоиды выполняют и строительную функцию. Так, фосфолипиды образуют клеточные мембраны. Примеры фосфолипидов, входящих в состав мембран различных структур, представлены на рисунке 3.18. Более подробно вы прочтёте о фосфолипидах в главе 5.

Благодаря плохой теплопроводности жир способен выполнять функцию теплоизолятора. У некоторых животных (тюленей, китов) он откладывается в подкожной жировой ткани, которая, например у китов, образует слой толщиной до 1 м.

Ещё одна важная функция жиров – энергетическая. В ходе расщепления 1 г жиров до СO 2 и Н 2 O освобождается большое количество энергии – 38,9 кДж.

Холестерин (рис. 3.19) относят к стеринам – жироподобным веществам, липоидам природного происхождения. Он содержится практически во всех тканях организма, входит в состав биологических мембран, укрепляя, стабилизируя их структуру. Нарушение обмена холестерина лежит в основе некоторых патологических состояний (от греч. patos – болезнь). Например, при атеросклерозе он откладывается на стенках кровеносных сосудов, затрудняя или препятствуя кровотоку.

Рис. 3.18. Строение разных фосфолипидов

Кроме этого, близкие по структуре вещества выполняют функцию половых гормонов и гормонов коры надпочечников, регулирующих углеводный и минеральный обмен. Образование некоторых липоидов предшествует синтезу гормонов коры надпочечников. Следовательно, этим веществам присуща и функция регуляции обменных процессов.

Большое значение в жизнедеятельности клетки и организма играют и такие сложные соединения, как гликолипиды, состоящие из углеводов и липидов. Особенно их много в составе ткани мозга и нервных волокон. Здесь же надо назвать и липопротеиды, представляющие собой комплексные соединения различных белков с жирами.

В клетках человека и животных из ненасыщенных жирных кислот синтезируются такие регуляторные вещества, как простагландины. Они обладают широким спектром биологической активности: регулируют сокращение мускулатуры внутренних органов, поддерживают тонус сосудов, регулируют функции различных отделов мозга.

Рис. 3.19. Холестерин – обязательный компонент биологических мембран

Опорные точки

Жиры и липоиды гидрофобны, т. е. не растворяются в воде.

Фосфолипиды являются основой биологических мембран.

Как растворители жиры обеспечивают проникновение в организм жирорастворимых веществ, например витаминов D, Е, А.

Вопросы и задания для повторения

1. Что такое жиры?

2. Опишите химический состав жиров и фосфолипидов.

3. Какие функции выполняют жиры и липоиды? Какими физическими свойствами обусловлена строительная функция фосфолипидов?

4. В каких клетках и тканях наиболее велико количество жиров? Зачем эти клетки синтезируют и накапливают большое количество жиров?

5. В чём заключается регуляторная роль жиров?

6. Что такое холестерин? Каково его значение в клетке и организме?

Вопросы и задания для обсуждения

1. Чем определяется специфичность деятельности биологических катализаторов – ферментов? Как вы представляете себе роль воды в работе ферментов?

2. Каков механизм действия рецепторов клеточной поверхности? В чём вы видите биологический смысл воздействия различных веществ на клетку через рецепторы, а не непосредственно на процессы обмена веществ?

3. Как моносахариды объединяются в полимеры? Какие химические связи определяют пространственную конфигурацию полисахаридов?

4. Какие моносахариды входят в состав ди– и полисахаридов?

5. В чём заключается биологическое значение липоидов? Охарактеризуйте роль холестерина в организации клеточных мембран и в организме в целом.

3.2.4. Биологические полимеры – нуклеиновые кислоты

К середине XIX в. было установлено, что способность к наследованию признаков определяется материалом, находящимся в ядре клетки. В 1869 г. Ф. Мишер, исследуя химический состав ядер клеток гнойного содержимого, выделил из них вещество кислого характера, названное им нуклеином. Это событие расценивается сейчас как открытие нуклеиновых кислот.

Сам термин «нуклеиновые кислоты» был введён в 1889 г. немецким биохимиком А. Кёсселем, описавшим гидролиз нуклеиновых кислот. Учёный установил, что они состоят из остатков сахара (пентозы), фосфорной кислоты и одного из четырёх гетероциклических азотистых оснований, принадлежащих к пуринам или пиримидинам (рис. 3.20).

Значение нуклеиновых кислот огромно. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани на определённом этапе индивидуального развития.

Стабильность нуклеиновых кислот – важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и целых организмов. Часто изменения строения нуклеиновых кислот (мутации) влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность клеток, тканей и организмов в целом. С другой стороны, именно изменения структуры ДНК лежат в основе эволюционных преобразований.

Структуру нуклеиновых кислот впервые установили американский биохимик Дж. Уотсон и английский физик Ф. Крик (1953). Её изучение имеет исключительно важное значение для понимания наследования признаков у организмов и закономерностей функционирования отдельных клеток и клеточных систем – тканей и органов.

Рис. 3.20. Строение нуклеотида и его компонентов

Существуют два различных типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК).

3.2.4.1. ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ДНК представляет собой генетический материал большинства организмов. В прокариотических клетках кроме основной хромосомной ДНК часто встречаются внехромосомные ДНК – плазмиды. В эукариотических клетках основная масса ДНК расположена в клеточном ядре, где она связана с различными белками в хромосомах, а также содержится в некоторых органеллах – митохондриях и пластидах.

ДНК – это линейный, нерегулярный биологический полимер, состоящий, как правило, из двух полинуклеотидных цепей, соединённых друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, – сложные органические соединения – нуклеотиды. Одни из важнейших компонентов нуклеотидов представляют собой азотистые основания.

В подавляющем большинстве случаев в состав нуклеотидов ДНК входят азотистые основания тимин (Т) и цитозин (Ц) – производные пиримидина, а также аденин (А) и гуанин (Г), относящиеся к производным пурина. Кроме того, нуклеотиды включают в себя пятиатомный сахар (пентозу) – дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. На рисунке 3.20 показано, как компоненты нуклеотида соединены друг с другом. Обратите внимание, что атомы углерода в дезоксирибозе пронумерованы как 1", 2", 3", 4" и 5". К С 1" -атому присоединено азотистое основание, к С 5" -атому – остаток фосфорной кислоты, а С 3" -атом предназначен для соединения с последующим нуклеотидом в полинуклеотидной цепи.

ДНК – полимер с очень большой молекулярной массой: в одну молекулу может входить 10 8 и более нуклеотидов. В каждой полинуклеотидной цепи нуклеотиды соединяются между собой благодаря образованию эфирных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида (рис. 3.21). При этом в начале молекулы – у первого нуклеотида – свободным от образования эфирной связи остаётся остаток фосфорной кислоты. Это так называемый 5"-конец молекулы. На другом, «заднем» конце молекулы, не задействованным в образовании эфирной связи, оказывается 3"-атом углерода дезоксирибозы – 3"-конец полинуклеотидной цепи. Подобный принцип лежит и в основе строения РНК.

Две полинуклеотидные цепи объединяются в единую молекулу при помощи водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеотидов и образующих разные цепи. Количество таких связей между разными азотистыми основаниями неодинаково, и вследствие этого азотистое основание А одной цепи полинуклеотидов всегда связано двумя водородными связями с Т другой цепи, а Г – тремя водородными связями с азотистым основанием Ц противоположной полинуклеотидной цепочки. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов, в результате чего формируются пары А-Т и Г-Ц, называется комплементарностью (рис. 3.22). Если известна последовательность нуклеотидов в одной цепи (например, Т-Ц-А-Т-Г), то благодаря принципу комплементарности легко определить последовательность оснований противоположной цепи (А-Г-Т-А-Ц).

Последовательность соединения нуклеотидов одной цепи противоположна таковой в другой, т. е. цепи, составляющие одну молекулу ДНК, разнонаправлены, или антипараллельны. Сахарофосфатные группировки нуклеотидов находятся снаружи, а комплементарно связанные нуклеотиды – внутри. Цепи закручиваются друг вокруг друга, а также вокруг общей оси и образуют правозакрученные объёмные спирали по 10 пар оснований в каждом витке – двойную спираль (рис. 3.23).

Рис. 3.21. Схема строения полинуклеотидных цепей – молекул ДНК и РНК

Рис. 3.22. Схема комплементарного соединения полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК

При соединении с определёнными белками – гистонами – степень спирализации молекулы повышается. Молекула утолщается и укорачивается, возникает нуклеосомная нить, представляющая собой по сути дезоксинуклеопротеид (рис. 3.24). В дальнейшем степень спирализации возрастает: нуклеосомная нить, закручиваясь вокруг своей оси, формирует хроматиновую фибриллу (рис. 3.25). Последняя в результате дальнейшей спирализации образует петлистую структуру, молекула ещё более укорачивается и утолщается (рис. 3.26). Наконец, спирализация достигает максимума, возникает спираль ещё более высокого уровня – суперспираль. При этом молекула ДНК, связанная с различными белками, становится различима в световой микроскоп как вытянутое, хорошо окрашиваемое тельце – хромосома (см. рис. 3.26).

Рис. 3.23. Объёмная модель двойной спирали ДНК (первый уровень спирализации). Открыта Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953)

Хромосомой можно назвать самостоятельное ядерное тельце вытянутой формы, имеющее плечи и первичную перетяжку – центромеру. До удвоения в S-периоде митотического цикла хромосома состоит из одной молекулы ДНК – хроматиды (однохроматидная хромосома), а после редупликации – из двух хроматид (двухроматидная хромосома), связанных в области центромеры. Важно отметить, что наблюдать хромосому в состоянии суперспирализации ДНК можно лишь в метафазе митоза или делений мейоза. В другие периоды жизненного цикла клетки хромосомный материал – молекулы ДНК находятся в состоянии меньшей спирализации или деспирализованы, раскручены. Участки молекулы ДНК (хромосомы), полностью деспирализованные из-за своей малой толщины, видны лишь при максимальном увеличении электронного микроскопа.

Рис. 3.24. Строение нуклеосомной нити (второй уровень спирализации): А – схема; Б – электронная микрофотография

Рис. 3.25. Схема строения хроматиновой фибриллы (третий уровень спирализации)

Запись генетической информации в молекуле ДНК – генетический код. Всё многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках, тканях и организмах различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в полипептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот пептидов зашифрована в молекулах ДНК с помощью генетического кода. В процессе транскрипции генетический код из кодонов ДНК переводится в последовательность кодонов информационной РНК (рис. 3.27).

В 1954 г. Г. Гамов высказал предположение, что кодирование информации в молекулах ДНК должно осуществляться сочетаниями нескольких нуклеотидов. Для шифровки двадцати различных аминокислот достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котором каждая аминокислота шифруется тремя расположенными друг за другом в полинуклеотидной цепи нуклеотидами. В этом случае комбинация из четырёх нуклеотидов образует 64 триплета (4 3 = 64).

Рис. 3.26. Схема уровней спирализации хромосомного материала (ДНК)

Одним из самых важных этапов в изучении функции нуклеиновых кислот стала расшифровка способа записи информации в ДНК и принцип передачи её на белковую структуру, т. е. формулирование генетического кода. В 1961 г. Ф. Крик и С. Бреннер доказали, что каждой аминокислоте в белке соответствует триплет нуклеотидов. Полностью генетический код, состоящий из 64 кодонов, был установлен в 1966 г. благодаря работам М. Ниренберга, Г. Кораны и С. Очоа.

Генетическим кодом называют принцип записи наследственной информации, который состоит в том, что генетическая информация о структуре белков заключена в ДНК в последовательности нуклеотидов одной из её цепей. Эта цепь получила название кодогенной, а комплементарная ей цепь нуклеотидов – матричной. На матричной цепи по принципу комплементарности синтезируются молекулы РНК (рис. 3.28).

Оказалось, что из 64 возможных триплетов ДНК 61 триплет кодирует различные аминокислоты, а оставшиеся 3 получили название бессмысленных или нонсенс-триплетов. Они не шифруют аминокислоты и выполняют функцию знаков препинания (стоп-триплеты) при считывании наследственной информации. К ним относятся триплеты АТТ, АЦТ, АТЦ. Кроме этого, существует метиониновый кодон ТАЦ, выполняющий роль ещё и стартового триплета, с которого начинается любой ген. Впоследствии при доработке белковой молекулы первая аминокислота метионин удаляется из полипептидной цепи.

Рис. 3.27. Таблица генетического кода в триплетах иРНК

Свойства генетического кода. Помимо упомянутой выше, генетический код обладает и другими свойствами. В процессе изучения свойств генетического кода была обнаружена его специфичность: каждый триплет способен кодировать только одну определённую аминокислоту. Обращает на себя внимание явная избыточность кода, проявляющаяся в том, что многие аминокислоты шифруются несколькими триплетами (см. таблицу генетического кода). Это свойство триплетного кода, названное вырожденностью, имеет очень важное значение, так как возникновение в структуре молекулы ДНК изменений по типу замены одного нуклеотида в полинуклеотидной цепи может не изменить смысла триплета. Возникшее таким образом новое сочетание из трёх нуклеотидов определяет ту же самую аминокислоту.

Рис. 3.28. Последовательность нуклеотидов иРНК повторяет последовательность нуклеотидов кодогенной цепи

Установлено полное соответствие, идентичность кода у различных видов живых организмов. Такая универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всего многообразия живых форм на Земле, возникших в процессе биологической эволюции.

Незначительные отличия генетического кода обнаружены в ДНК митохондрий некоторых видов. Это не противоречит в целом положению об универсальности кода, но свидетельствует в пользу определённой дивергентности (расхождения) в его эволюции на ранних этапах существования жизни. Расшифровка кода ДНК митохондрий различных видов живых организмов показала, что во всех случаях в митохондриальных ДНК отмечается общая особенность: триплет АЦТ читается как АЦЦ, и поэтому из нонсенстриплета он превращается в шифр аминокислоты триптофана.

Другие особенности специфичны для различных видов организмов. У дрожжей триплет ГАТ, и, возможно, всё семейство ГА кодирует вместо аминокислоты лейцина – треонин. У млекопитающих триплет ТАГ имеет то же значение, что и ТАЦ, и соответствует аминокислоте метионину вместо изолейцина. Триплеты ТЦГ и ТЦЦ в ДНК митохондрий некоторых видов не определяют какой-либо аминокислоты, становясь нонсенс-триплетами.

Наряду с триплетностью, вырожденностью, специфичностью и универсальностью важнейшими характеристиками генетического кода являются его непрерывность и неперекрываемость кодонов при считывании. Это означает, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков, при этом соседние триплеты не перекрывают друг друга, т. е. каждый отдельный нуклеотид входит в состав только одного триплета при заданной рамке считывания (рис. 3.29).

Говоря о генетическом коде, мы имели в виду кодирующую цепь ДНК. Такая же последовательность нуклеотидов оказывается и в информационной, или матричной, РНК с учётом замены в полинуклеотидной цепи РНК нуклеотида с азотистым основанием тимин на рибозосодержащий нуклеотид, включающий урацил (У) (см. рис. 3.28).

Рис. 3.29. Схема соответствия нуклеотидов кодонам иРНК

Триплеты иРНК, соответствующие триплетам ДНК, также называются кодонами. В действительности именно их линейное расположение непосредственно определяет порядок включения аминокислот в синтезируемую на рибосоме полипептидную цепь.

Структурно-функциональная единица наследственной информации – ген. Ген с молекулярно-биологической точки зрения – это участок молекулы ДНК, последовательность нуклеотидов (кодонов) которого определяет последовательность аминокислот в одном полипептиде. В данном случае полипептид – элементарный, наипростейший признак. Однако мы знаем, что многие функционально активные белки, имеющие четвертичную структурную организацию, состоят из нескольких, часто различающихся субъединиц – полипептидов. Например, гемоглобин включает по две α– и β-цепи. Следовательно, за развитие такого более сложного признака отвечает уже не один, а два гена: первый определяет структуру α-цепей, а второй – β-цепей гемоглобина. Рассматривая более сложные признаки, мы понимаем, что в их развитии принимает участие гораздо большее количество генов.

Ответьте на следующие вопросы: Какие органеллы клетки выполняют пищеварительную функцию у простейших? Какое простейшее имеет клеточный «рот»? Какие

органоиды движения характерны для саркодовых? Назовите приспособление, при помощи которого одноклеточные животные переносят неблагоприятные условия. Из тел каких простейших образовались отложения известняков на морском дне?

. Химические элементы, входящие в состав углеродов 21. Количество молекул в моносахаридах 22. Количество мономеров в полисахаридах 23. Глюкозу, фруктозу,

галактозу, рибозу и дезоксирибозу относят к типу веществ 24. Мономер полисахаридах 25. Крахмал, хитин, целлюлоза, гликоген относится к группе веществ 26. Запасной углерод у растений 27. Запасной углерод у животных 28. Структурный углерод у растений 29. Структурный углерод у животных 30. Из глицерина и жирных кислот состоят молекулы 31. Самое энергоемкое органическое питательное вещество 32. Количество энергии, выделяемое при распаде белков 33. Количество энергии, выделяемое при распаде жиров 34. Количество энергии, выделяемое при распаде углеродов 35. Вместо одной из жирных кислот фосфорная кислота участвует в формирование молекулы 36. Фосфолипиды входят в состав 37. Мономером белков являются 38. Количество видов аминокислот в составе белков существует 39. Белки – катализаторы 40. Разнообразие молекул белков 41. Кроме ферментативной, одна из важнейших функций белков 42. Этих органических веществ в клетке больше всего 43. По типу веществ ферменты являются 44. Мономер нуклеиновых кислот 45. Нуклеотиды ДНК могут отличаться друг от друга только 46. Общее вещество Нуклеотиды ДНК и РНК 47. Углевод в Нуклеотидах ДНК 48. Углевод в Нуклеотидах РНК 49. Только для ДНК характерно азотистое основание 50. Только для РНК характерно азотистое основание 51. Двуцепочная Нуклеиновая кислота 52. Одноцепочная Нуклеиновая кислота 53. Типы химической связи между нуклеотидами в одной цепи ДНК 54. Типы химической связи между цепями ДНК 55. Двойная водородная связь в ДНК возникает между 56. Аденину комплемементарен 57. Гуанину комплемементарен 58. Хромосомы состоят из 59. Всего видов РНК существует 60. РНК в клетке находиться 61. Роль молекулы АТФ 62. Азотистое основание в молекуле АТФ 63. Тип углевода АТФ

Молекулярный уровень" 9 класс

1.Как называется органическое вещество,в молекулах которого содержатся атомы С,О,Н,выполняющее энегретическую и строительную функцию?
А-нуклеиновая кислота В-белок
Б-углевод Г-АТФ
2.Какие углеводы относятся к полимерам?
А-моносахариды Б-дисахариды В-полисахариды
3.К группе моносахаридов относят:
А-глюкозу Б-сахарозу В-целлюлозу
4.Какие из углеводов нерастворимы в воде?
А-глюкоза,фруктоза Б-крахмал В-рибоза,дезоксирибоза
5.Молекулы жиров образуются:
А-из глицерина,высших карбоновых кислот В-из глюкозы
Б-из аминокислот,воды Г-из этилового спирта,высших карбоновых кислот
6.Жиры выполняют в клетке функцию:
А-транспортную В-энергетическую
Б-каталитическую Г-информационную
7.К каким соединениям по отношению к воде относятся липиды?
А-гидрофильным Б-гидрофобным
8.Какое значение имеют жиры у животных?
А-структура мембран В-теплорегуляция
Б-источник энергии Г-источник воды Д-все перечисленное
9.Мономерами белков являются:
А-нуклеотиды Б-аминокислоты В-глюкоза Г-жиры
10. Важнейшее органическое вещество,входящее в состав клеток всех царств живой природы,обладающее первичной линейной конфигурацией,относится:
А-к полисахаридам В-к липидам
Б-к АТФ Г-к полипептидам
2. Напишите функции белков,приведите примеры.
3. Задача: По цепочки ДНК ААТГЦГАТГЦТТАГТТТАГГ, необходимо достроить комплементарную цепочку,и определить длину ДНК

Вариант 1

1. Дайте определение терминама) гидрофильные веществаб) полимер в) редупликация
2. Какие из перечисленных веществ являются гетерополимерами:а) инсулин б) крахмал в) РНК
3. Уберите лишнее из списка:C, Zn, O, N, H. Объясните свой выбор.
4. Установите соответствие между веществами и их функциямиВещества: Функции:а) белки 1. двигательнаяб) углеводы 2. запас пит. веществ 3. транспортная 4. регуляторная
5. Дана одна цепочка ДНК ААЦ- ГЦТ- ТАГ- ТГГ. Постройте комплементарную вторую цепочку.6. Выберите правильный ответ:1) Мономером белков являетсяа) нуклеотид б) аминокислотав) глюкоза г) глицерин2) Мономером крахмала являетсяа) нуклеотид б) аминокислотав) глюкоза г) глицерин3) Белки, регулирующие скорость и направление химических реакций в клетке а) гормоны б) ферменты в) витамины г) протеины

Вопрос 1. Какие химические соединения называют углеводами?
Углеводы - большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин "углеводы" введен впервые отечественным ученым К.Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: Сn(Н2О)n -углерод и вода.
Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза, фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например, гликоген, крахмал).
Угленоды выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток: сложный полисахарид хитин - главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается
17,6 кДж энергии. Крахмал у растенийй и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом.
Именно углеводы древних живых существ (прокариотов и растений) стали основой для образования ископаемого топлива - нефти, газа, угля.

Вопрос 2. Что такое моно- и дисахариды? Приведите примеры.
Моносахариды - это углеводы, количество атомов углерода (n) в которых относительно невелико (от 3 до 6-10). Моносахариды обычно существуют в циклической форме; наиболее важны среди них гексозы
(n = 6) и пентозы (n = 5). К гексозам относится глюкоза, кото¬nрая является важнейшим продуктом фотосинтеза растений и одним из основных источников энергии для животных; широко распространена также фруктоза - фруктовый сахар, придающий сладкий вкус плодам и меду. Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Тетрозы содержат 4 (n = 4), а триозы, соответственно, 3(n =3) атомов углерода. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Составные части (мономеры) дисахарида могут быть одинаковыми либо разными. Так, две глюкозы образуют мальтозу, а глюкоза и фруктоза - сахарозу. Мальтоза является промежуточным продуктом переваривания крахмала; Сахароза - тем самым сахаром, который можно купить в магазине.
Все они хорошо растворимы в воде и растворимость их значительно увеличивается с повышением температуры.

Вопрос 3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?
Моносахариды, соединяясь друг с другом, могут образовывать полисахариды. Наиболее распространенные полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) представляют собой длинные цепи особым образом соединенных молекул глюкозы. Глюкоза является гексозой (химическая формула С6Н12О6) и обладает несколькими -ОН - группами. За счет установления связей между ними отдельные молекулы глюкозы способны формировать линейные (целлюлоза) либо ветвящиеся (крахмал, гликоген) полимеры. Средний размер такого полимера - несколько тысяч молекул глюкозы.

Вопрос 4.Из каких органических соединений состоят белки?
Белки - высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи. Аминокислоты - органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кислотной группой (-СООН), аминогруппой
(-NН 2) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Аминокислоты - амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей. Этим обусловлена их способность взаимодействовать друг с другом. Две аминокислоты соединяются в одну молекулу путем установления связи между углеродом кислотной и азотом основной групп (- NH - СО -) с выделением молекулы воды. Связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой ковалентная. В данном случае она называется пептидной связью.
Соединение двух аминокислот называется дипептидом, трех - трипептидом и т. д., а соединение, состоящее из 20 аминокислотных остатков и более, - полипептидом.
Белки, входящие в состав живых организмов, включают сотни и тысячи аминокислот. Порядок их соединения в молекулах белков самый разнообразный, чем и определяется различие их свойств.

Вопрос 5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?
Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Многие белки, например коллаген, функционируют в форме закрученной спирали. Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению конфигурации белка и к снижению или утрате способности к участию в биохимических реакциях. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.

Вопрос 6. Назовите известные вам функции белков.
Белки выполняют следующие функции:
ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы). Ферменты выполняют функцию катализаторов химических реакций и участвуют во всех биологических процессах.
структурную (например, входят в состав мембран клетки). Структурные белки участвуют в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и соединительной ткани, а кератин является основным компонентом волос, ногтей, перьев.
рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению).
транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид углерода).
защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета).
двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон). Сократительная функция белков обеспечивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц.
гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген). Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию. Белковую природу имеет гормон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), гормоны, регулирующие работу почек, и др.
энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии). Энергетическую функцию белки начинают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Чаще мы наблюдаем, как пищевой белок, перевариваясь, расщепляется до аминокислот, из которых затем создаются белки, необходимые организму.

Вопрос 7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Денатурация - это утрата белковой молекулой своего нормального («природного») строения: третичной, вторичной и даже первичной структуры. При денатурации белковый клубок и спираль раскручиваются; водородные, а затем и пептидные связи разрушаются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денатурации являются высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов, органических растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сырого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина - денатурация яичного белка альбумина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.
При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией.

Вспомните!

Какие вещества называют биологическими полимерами?

Каково значение углеводов в природе?

Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?

Углеводы (сахара). Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5 % сухой массы, а в некоторых растительных (например, клубни картофеля) их содержание достигает 90 % сухого остатка. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (рис. 11). Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из основных источников энергии для животных. Широко распространена в природе фруктоза – фруктовый сахар, который значительно слаще других Сахаров. Этот моносахарид придает сладкий вкус плодам растений и меду.

Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Самый распространенный в природе дисахарид – сахароза, или тростниковый сахар, – состоит из глюкозы и фруктозы (рис. 12). Ее получают из сахарного тростника или сахарной свеклы. Именно она и есть тот самый «сахар», который мы покупаем в магазине.

Рис. 11. Структурные формулы моносахаридов

Рис. 12. Структурная формула сахарозы (дисахарида)

Рис. 13. Строение полисахаридов

Сложные углеводы – полисахариды, состоящие из простых Сахаров, выполняют в организме несколько важных функций (рис. 13). Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии.

Крахмал запасается в растительных клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Больше всего его откладывается в клубнях картофеля и в семенах бобовых и злаков. Гликоген у позвоночных содержится главным образом в клетках печени и мышцах. Крахмал, гликоген и целлюлоза построены из молекул глюкозы.

Целлюлоза и хитин выполняют в живых организмах структурную и защитную функции. Целлюлоза, или клетчатка, образует стенки растительных клеток. По общей массе она занимает первое место на Земле среди всех органических соединений. По своему строению очень близок к целлюлозе хитин, который составляет основу наружного скелета членистоногих и входит в состав клеточной стенки грибов.

Белки (полипептиды). Одними из наиболее важных органических соединений в живой природе являются белки. В каждой живой клетке присутствует одновременно более тысячи видов белковых молекул. И у каждого белка своя особая, только ему свойственная функция. О первостепенной роли этих сложных веществ догадывались еще в начале XX в., именно поэтому им дали название протеины (от греч. protos – первый). В различных клетках на долю белков приходится от 50 до 80 % сухой массы.

Рис. 14. Общая структурная формула аминокислот, входящих в состав белков

Строение белков. Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала (R) (рис. 14). Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи (рис. 15).

Две полипептидные цепи, из которых состоит гормон поджелудочной железы – инсулин, содержат 21 и 30 аминокислотных остатков. Это одни из самых коротких «слов» в белковом «языке». Миоглобин – белок, связывающий кислород в мышечной ткани, состоит из 153 аминокислот. Белок коллаген, составляющий основу коллагеновых волокон соединительной ткани и обеспечивающий ее прочность, состоит из трех полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков.

Последовательное расположение аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями, является первичной структурой белка и представляет собой линейную молекулу (рис. 16). Закручиваясь в виде спирали, белковая нить приобретает более высокий уровень организации – вторичную структуру. И наконец, спираль полипептида сворачивается, образуя клубок (глобулу) или фибриллу. Именно такая третичная структура белка и является его биологически активной формой, обладающей индивидуальной специфичностью. Однако для ряда белков третичная структура не является окончательной.

Рис. 15. Образование пептидной связи между двумя аминокислотами

Рис. 16. Строение белковой молекулы: А – первичная; Б – вторичная; В – третичная; Г – четвертичная структуры

Может существовать четвертичная структура – объединение нескольких белковых глобул или фибрилл в единый рабочий комплекс. Так, например, сложная молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидов, и только в таком виде она может выполнять свою функцию.

Функции белков. Огромное разнообразие белковых молекул подразумевает столь же широкое разнообразие их функций (рис. 17, 18). Около 10 тыс. белков-ферментов служат катализаторами химических реакций. Они обеспечивают слаженную работу биохимического ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.

Рис. 17. Основные группы белков

Вторая по величине группа белков выполняет структурную и двигательную функции. Белки участвуют в образовании всех мембран и органоидов клетки. Коллаген входит в состав межклеточного вещества соединительной и костной ткани, а основным компонентом волос, рогов и перьев, ногтей и копыт является белок кератин. Сократительную функцию мышц обеспечивают актин и миозин.

Транспортные белки связывают и переносят различные вещества и внутри клетки, и по всему организму.

Рис. 18. Синтезированные белки или остаются в клетке для внутриклеточного применения, или выводятся наружу для использования на уровне организма

Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию.

Например, соматотропный гормон, вырабатываемый гипофизом, регулирует общий обмен веществ и влияет на рост. Недостаток или избыток этого гормона в детском возрасте приводит, соответственно, к развитию карликовости или гигантизма.

Чрезвычайно важна защитная функция белков. При попадании в организм человека чужеродных белков, вирусов или бактерий на защиту встают иммуноглобулины – защитные белки. Фибриноген и протромбин обеспечивают свертываемость крови, предохраняя организм от кровопотери. Есть у белков и защитная функция несколько иного рода. Многие членистоногие, рыбы, змеи и другие животные выделяют токсины – сильные яды белковой природы. Белками являются и самые сильные микробные токсины, например ботулиновый, дифтерийный, холерный.

При нехватке пищи в организме животных начинается активный распад белков до конечных продуктов, и тем самым реализуется энергетическая функция этих полимеров. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.

Денатурация и ренатурация белков. Денатурация – это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жестких условиях – и первичной структуры (рис. 19). В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов и органических растворителей.

Рис. 19. Денатурация белка

Дезинфицирующее свойство этилового спирта основано на его способности вызывать денатурацию бактериальных белков, что приводит к гибели микроорганизмов.

Денатурация может быть обратимой и необратимой, частичной и полной. Иногда, если воздействие денатурирующих факторов оказалось не слишком сильным и разрушение первичной структуры молекулы не произошло, при наступлении благоприятных условий денатурированный белок может вновь восстановить свою трехмерную форму. Этот процесс называется ренатурацией, и он убедительно доказывает зависимость третичной структуры белка от последовательности аминокислотных остатков, т. е. от его первичной структуры.

Вопросы для повторения и задания

1. Какие химические соединения называют углеводами?

2. Что такое моно– и дисахариды? Приведите примеры.

3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?

4. Из каких органических соединений состоят белки?

5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?

6. Назовите известные вам функции белков.

7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?

<<< Назад

Вперед >>>