Биологический факультет. ГОСник. Шпоры / ГОС Ответы / билет №29

Билет №29. Макромолекулы как основа организации биологических структур. Основу структурной организации живого составляют макромолекулы, прежде всего важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты. В макромолекулах происходят сложные процессы трансформации Е, включающие миграцию Е электронного возбуждения и транспорт электронов. В основе функционирования макромолекул лежит электронно-конформационные взаимодействия, которые проявляются в самых различных процессах, где участвуют биологически активные макромолекулярные комплексы. Тепловые движения атомов, входящие в полипептидную цепь, их повороты и вращения вокруг связей приводят к созданию большого количества внутренних степеней свободы. Это приводит к свертыванию цепи и образованию клубков макромолекул – макроскопические системы, в которых проявляются статический характер параметров (размеры, формы, степень свертывания). Как физический объект их своеобразие проявляются в сочетании как статических, так и механических особенностей поведения макромолекул. С одной стороны большое число взаимодействий атомов создают большое количество степеней свободы и возможны создания различных конформаций, с другой стороны наличие химической связи между атомами ограничено -возможно образование конформеров. Взаимодействия атомов химической ковалентной связи определяет: 1. цепное строение биополимеров. 2. соединение друг с другом мономеров. Клетки и их органоиды – гетерогенные системы. Их существование и функц-ие опред-ся межмолекулярными взаимодействиями нековалентного характера (взаимодействуют слабо, потому что сильные взаимодействия создали бы устойчивые жестские структуры, лишенные молекулярной подвижности, а молекулярная подвижность необходима для выполнения различных задач (регуляция химических реакций, трансформация Е). Слабое взаимодействие в биологических системах: 1.Вандервальсовы силы, 2.Ионные связи, 3.Водородные связи, 4.Гидрофобные взаимодействия. Первичная структура – линейная. Важную роль в конформации полипептидов играют вандевальсовые силы, гидрофбные взаимодействия, водородные связи. Вторичная структура. Пептидная цепь в белках имеет спиральную конфигурацию (-спираль). Каждый атом H₂ имеет избыточный «+» заряд, притягивающийся к «-» заряженному атому О₂ в следующем витке спирали. Внутри образуются пептидные связи, а боковые радикалы аминокислот обращены наружу и могут взаимод-ть с молекулами окружающей среды. Спиральная конфигурация – вторичная. Структура полипептидной цепи спирализована неполностью. Инсулин – 60%. Причиной нарушения спирали являются: 1. Образование дисульфидных связей, которые могут соединить несколько спиралей между собой. В местах образования их ослабляется Н-связь и нарушается спирализация. 2.Наличие радикалов некоторых аминокислот, которые не укладываются в спираль и образуют отдельные складки, скрещивания водородных связей. Такие параллельно расположенные участки - - структура, - конфигурация представляет собой складчатую структуру, которая включает параллельные цепи, связанные водородной связью. Исследования показали, если в полипептидной цепи есть остатки Глу, Ала, Лей- образуются ά – спираль, а если Мет, Вал, Изолей, то - структура. В зав-ти от хар-ра вторичной структуры белки делятся на три группы: 1.Белки с преобладанием - структуры (гемоглобин, миоглобин). 2.Белки, упакованы по типу - структуры. 3.Смешанная вторичная структура. Третичная структура – строго упорядоченная в пространстве укладка спирали и несколько участков цепи. Каждый белок имеет свою конфигурацию. Это связано с тем, что свободные карбоксильные, гидроксильные, аминные и другие группы боковых радикалов, взаимодействующих между собой с образованием амидных сложных эфирных связей. Водородные связи соединяют остатки двух соседних цепей и образуются дусульфидные мостики. Это делает структуру полужесткой. Четвертичная структура: Объединение двух и более субъединиц. Третичная структура приводит к созданию сложной активной белковой молекулы. Гемоглобин: 4 глобулы. В случае глобулы полипептидная цепь свернутая в клубок – третичная. Наличие нескольких сшивок S-S накладывает ограничение на конформацию. Глобула формирует слабые взаимодействия (гидрофобные→ взаимодействия цепных молекул друг с другом). Собранные в пачки рассматриваются и образуются фибриллярные структуры, которые функционируют вне раствора и формируют надмолекулярные белковые структуры, которые состоят из большего количества макромолекул с невалентными взаимодействиями- это клеточные мембраны, хромосомы, глобулы, нити в молекулах. Нуклеиновые кислоты. Уотсон Крик – структура ДНК, которая представляет собой правовинтовую спираль, из двух полинуклеиновых цепей, при этом одна цепь обвита вокруг другой. Таким образом, пары гетероциклических оснований нах-ся внутри. Обе цепи соединены между собой Н-связями, которые возникают между гетероциклическими основаниями.

Билет №29. Макромолекулы как основа организации биологических структур. Основу структурной организации живого составляют макромолекулы, прежде всего важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты. В макромолекулах происходят сложные процессы трансформации Е, включающие миграцию Е электронного возбуждения и транспорт электронов. В основе функционирования макромолекул лежит электронно-конформационные взаимодействия, которые проявляются в самых различных процессах, где участвуют биологически активные макромолекулярные комплексы. Тепловые движения атомов, входящие в полипептидную цепь, их повороты и вращения вокруг связей приводят к созданию большого количества внутренних степеней свободы. Это приводит к свертыванию цепи и образованию клубков макромолекул – макроскопические системы, в которых проявляются статический характер параметров (размеры, формы, степень свертывания). Как физический объект их своеобразие проявляются в сочетании как статических, так и механических особенностей поведения макромолекул. С одной стороны большое число взаимодействий атомов создают большое количество степеней свободы и возможны создания различных конформаций, с другой стороны наличие химической связи между атомами ограничено -возможно образование конформеров. Взаимодействия атомов химической ковалентной связи определяет: 1. цепное строение биополимеров. 2. соединение друг с другом мономеров. Клетки и их органоиды – гетерогенные системы. Их существование и функц-ие опред-ся межмолекулярными взаимодействиями нековалентного характера (взаимодействуют слабо, потому что сильные взаимодействия создали бы устойчивые жестские структуры, лишенные молекулярной подвижности, а молекулярная подвижность необходима для выполнения различных задач (регуляция химических реакций, трансформация Е). Слабое взаимодействие в биологических системах: 1.Вандервальсовы силы, 2.Ионные связи, 3.Водородные связи, 4.Гидрофобные взаимодействия. Первичная структура – линейная. Важную роль в конформации полипептидов играют вандевальсовые силы, гидрофбные взаимодействия, водородные связи. Вторичная структура. Пептидная цепь в белках имеет спиральную конфигурацию (-спираль). Каждый атом H₂ имеет избыточный «+» заряд, притягивающийся к «-» заряженному атому О₂ в следующем витке спирали. Внутри образуются пептидные связи, а боковые радикалы аминокислот обращены наружу и могут взаимод-ть с молекулами окружающей среды. Спиральная конфигурация – вторичная. Структура полипептидной цепи спирализована неполностью. Инсулин – 60%. Причиной нарушения спирали являются: 1. Образование дисульфидных связей, которые могут соединить несколько спиралей между собой. В местах образования их ослабляется Н-связь и нарушается спирализация. 2.Наличие радикалов некоторых аминокислот, которые не укладываются в спираль и образуют отдельные складки, скрещивания водородных связей. Такие параллельно расположенные участки - - структура, - конфигурация представляет собой складчатую структуру, которая включает параллельные цепи, связанные водородной связью. Исследования показали, если в полипептидной цепи есть остатки Глу, Ала, Лей- образуются ά – спираль, а если Мет, Вал, Изолей, то - структура. В зав-ти от хар-ра вторичной структуры белки делятся на три группы: 1.Белки с преобладанием - структуры (гемоглобин, миоглобин). 2.Белки, упакованы по типу - структуры. 3.Смешанная вторичная структура. Третичная структура – строго упорядоченная в пространстве укладка спирали и несколько участков цепи. Каждый белок имеет свою конфигурацию. Это связано с тем, что свободные карбоксильные, гидроксильные, аминные и другие группы боковых радикалов, взаимодействующих между собой с образованием амидных сложных эфирных связей. Водородные связи соединяют остатки двух соседних цепей и образуются дусульфидные мостики. Это делает структуру полужесткой. Четвертичная структура: Объединение двух и более субъединиц. Третичная структура приводит к созданию сложной активной белковой молекулы. Гемоглобин: 4 глобулы. В случае глобулы полипептидная цепь свернутая в клубок – третичная. Наличие нескольких сшивок S-S накладывает ограничение на конформацию. Глобула формирует слабые взаимодействия (гидрофобные→ взаимодействия цепных молекул друг с другом). Собранные в пачки рассматриваются и образуются фибриллярные структуры, которые функционируют вне раствора и формируют надмолекулярные белковые структуры, которые состоят из большего количества макромолекул с невалентными взаимодействиями- это клеточные мембраны, хромосомы, глобулы, нити в молекулах. Нуклеиновые кислоты. Уотсон Крик – структура ДНК, которая представляет собой правовинтовую спираль, из двух полинуклеиновых цепей, при этом одна цепь обвита вокруг другой. Таким образом, пары гетероциклических оснований нах-ся внутри. Обе цепи соединены между собой Н-связями, которые возникают между гетероциклическими основаниями.

Билет 29

3 вопрос: Факторы среды, их классификация. Свойства водной, воздушной и почвенной сред жизни. Влияние факторов среды на живые организмы. Роль термического фактора.

Факторы среды – это любое изменение среды, на кот организмы реагируют приспособительными реакциями. Классификация: 1)абиотич. Делятся на физич (свет, подвижность среды) химич (газ состав атмосферы, соленость вод) 2)биотические – факторы живой природы. Делятся на зоогенные. Фитогенные, микробогенные. 3)антропогенные. Выделяют приямое влияние (промысел) и косвенное (загрязнение среды). Свойства водной среды: вода им макс плотность при 4⁰. Если ниже или выше, то она более рыхлая. Следовательно, возникает проблема стоячих водоемов в умеренной зоне. Стагнация – водоемы делятся на слои. Вода явл местом существования многих гидробионтов (планктон). Также характерно разнообразие температурных условий. О₂ примерно в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Воздушная среда 1)неоднородность среды 2)низкая плотность воздуха 3)повышенное содержание кислорода (21%, СО₂ 0,02%). Почва – биокосная система (слагается из живой и неживой компоненты). Особ-ть: им специфический термический режим. Чем глубже, тем меньше разброс температур. На поверхности почва легко нагревается и легко охлаждается. Также плодородие (за счет мин веществ (анионов) и органич веществ (гумуса). Почвы разнообразны по кислотности, мех составу. Температура Большинство видов раст и жив приспособлены к узкому диапазону температур. Некоторые жив впадают в анабиоз и способны выдерживать низкие темп. От темп. Зависит интенсивность обмена веществ. В основном организмы живут при темп от 0 до -50⁰. Есть организмы в горячих источниках +80. -70 в вост. Сибири. Различают жив теплокровных (постоянная темп тела) и хладнокровных (меняется от ОС).

2 вопрос: Темновая стадия ФС. С₃-путь. С₄-путь ФС, предпосылки его возникновения. САМ-ФС.

В результате фотохимических реакций создается необходимый уровень АТР и NADPH. Это конечные продукты световой фазы фотосинтеза, стоят на входе в темновую фазу, где СО₂ восстанавливается до углевода. Однако сами по себе АТФ и NADPH не в состоянии восстановить углекислый газ. В настоящее время известны т.н. С₃ и С₄ – пути фиксации СО₂ , фотосинтез по типу толстостянковых и фотодыхание.

С₃ – путь (цикл Бенсона- Кальвина) присущ всем растениям. Был открыт Кальвином в 1946–56 гг. Этот цикл весьма напоминает обращенный пентозофосфатный путь дыхания, состоит из трех этапов: карбоксилирование, восстановление, регенерация.

Карбоксилирование. Молекулы рибулозо – 5 – фосфата, фосфорилирующиеся с участием АТФ и фосфорибулокитазы, образуют молекулы рибулозо1,5 дифосфата, к которым в свою очередь присоединяются СО₂ с помощью рибулозадифосфаткарбоксилазы. Полученный продукт расщепляется на две триозы: 2 молекулы 3 фосфоглицериновой кислоты (3-ФГК).

Восстановление. 3-ФГК восстанавливается до 3-фосфоглицеринового альдегида (3-ФГА) в два этапа. Сначала происходит фосфорилирование 3-ФГК при участии АТФ и фосфоглицерокиназы до 1,3 – дифосфоглицериновой кислоты, а затем восстановление 1,3 ФГК с помощью NADPH и дегидрогнназы до фосфоглицеринового альдегида.

Регенерация первичного акцептора диоксида углерода и синтеза конечного продукта ФС. В результате этих реакций при фиксации трех молекул СО₂ и образовании 6 мол. вост-х 3-фосфотриоз пять из них используются для регенерации рибулозо – 5 – фосфата, а один – для синтеза глюкозы. 3- ФГА под действием триозофосфатизомеразы изомеризуются с фосфодиоксиацетоном. При участии альдолазы 3-ФГА и фосфодиоксиацетоном конденсируются с образованием фруктозо – 1,6 – дифосфата, у которого отщепляется один фосфат с помощью фруктозо – 1,6 – дифосфотазы. В дальнейших реакциях, связанных с регенерацией первичного акцептора СО₂ , последовательно принимают участие транскектолазы и альдолазы. Транскетолаза катализирует перенос содержащего 2 углерода гликолевого альдегида от кетозы на альдозу: альдолаза затем осуществляет перенос 3х углеродного остатка фосфодиоксиацетона на альдозу. В рез-те чего синтезируется седогептулоза-1,7дифосфат, последний фосфолирируется под действием транскетолазы, из него и 3-ФГА образуется ксилулоза-5ф и рибулоза-5ф. 2 мол ксилулозы-5ф при участии рибулозофосфатэпимеразы и 1 мол. рибозо-5ф с участием рибозофосфатизомеразы превращаются в 3 мол. рибулозо-5ф, с кот. начинается новый цикл фиксации углерода. Для синтеза одной молекулы глюкозы в цикле Кальвина необходимо 12 НАДФН и 18 АТФ, получаются в результате фотохимических реакций фотосинтеза.

С-4 путь (Хэтча- Слэка). В работах 1957 г. было установлено, что при коротких эксплуатациях листьев кукурузы на свету ¹⁴С из ¹⁴СО₂ обнаруживается в аспарагиновой кислоте. В 1960 г. Карнилов и другие ученые представили данные о раннем образовании яблочной кислоты в листьях кукурузы. Корчак (1965 г.) впервые показал, что дикарбоновые кислоты являются первичными продуктами фиксации СО₂ и сахарного тростника. Затем этот цикл впервые описали Хетч и Слэк (1966) в Австралии. К группе растений с С₄ – путем фотосинтеза относят сахарный тростник, кукуруза и др. Листья этих растений содержат два разных типа хлоропластов: хлоропласты обычного вида – в клетках мезофилла и много крупных хлоропластов, часто не имеющих гранул в клетках обкладки. СО2 диффундирует в листья через устица, попадает в цитоплазму клеток мезофилла, где при участии ФЭП-карбоксилазы вступает в реакцию с ФЭП- образуется ЩУК. Затем уже в хл-х вост-ся до малата (яблочн к-ты) за счет НАДФН, образуещегося в световую фазу фотосинтеза. ЩУК в присутствии NH4 может обращаться в аспартат, а затем малат или аспартат переносится в хлоропласты кл.-обкладки, где он декарбоксилируется до пирувата и СО2. Возникающий при расщеплении малата в хлоропластах кл-обкладки пируват перемещается назад в хлоропласты клеток мезофилла, где может снова превращаться в первичный акцептор СО2 – ФЭП. Таким образом С₄ – растения имеет преимущества перед С₃ – растениями в засушливых местах обитания, благодаря интенсивности фотосинтеза даже при закрытых устьицах. Фиксация СО₂ с участием ФЕП и образование малата служит как бы насосом для поставки СО₂ в хлоропласты клеток обкладки, функционирующие по пути С₃.

САМ фотосинтез. Суккуленты также приспособились осуществлять фотосинтез в условиях резко засушливого климата. Для них характерен суточный цикл метаболизма С₄ – кислот с образованием яблочной кислоты ночью. САМ метаболизм, т.е. метаболизм сем-ва толстянковых. Устица этих растений днем обычно закрыты, что предотвращает потерю воды, и открываются ночью. СО₂ поступает в листья, где при участии содержащийся в цитоплазме ФЕП – карбоксплазы взаимодействует с ФЭП, образуя ЩУК. Источником ФЕП служит крахмал. Тоже самое происходит и с СО₂, который освобождается в клетках в процессе дыхания. Образовавшийся ЩУК восстанавливается под действием НАДН – зависимой малатдегидрогеназы до яблочной кислоты, которая накапливается в вакуолях клеток листа. Это приводит к закислению клеточного сока в ночное время. Как и у С₄ - растений оксалоцетат может быть источником аспартата, однако этот путь здесь менее выражен. Днем в условиях высокой температуры, когда устьица закрыты, малат транспотируется из вакуолей в цитоплазму и там декарбоксилируется при участии малатдегидрогеназы, с образованием СО₂ и пирувата. СО₂ поступает в хлоропласты и включается в них в цикл Кальвина, учавствуя в синтезе сахаров. Таким образом в САМ-фотосинтезе фиксация СО₂ с образованием малата (ночью) и декарбоксилирование малата с высвобождением О₂ и пирувата (днем) разделены во времени. У С₄ – растений эти же реакции разграничены в пространстве: первая идет в хлоропласте мезофилла, вторая в клетках обкладки.