Билет 7
1, Неорганические вещества клетки - это вода и минеральные соли.
Содержание воды выше в клетках с интенсивным обменом веществ. В клетках эмбрионов млекопитающих до 85% воды, а в клетках старческого организма — 65%. Различается содержание воды и в клетках различных тканей, например в клетках мозга воды не менее 80%, а в клетках костной ткани — не более 20%. Вода выполняет в клетке целый ряд функций: растворяет вещества, что дает возможность протекания химических реакций; все реакции в клетке происходят в растворах;
•является участником многих химических реакций, происходящих в клетках (например, фотосинтеза);
придает клеткам упругость; обеспечивает процесс теплового равновесия клетки и целого организма;
•обеспечивает транспорт веществ от клетки к клетке. Минеральные соли, и отдельные химические элементы участвуют во всех реакциях, происходящих в живых клетках. Чаще всего они входят в состав небелковой части молекул ферментов под названием коферментов.
Важнейшие органические вещества клетки - белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и АТФ.
Белки — это гетерополимеры, состоящие из 20 различных мономеров — природных альфа-аминокислот, то есть нерегулярные полимеры.
Общее строение аминокислоты может быть представлено следующим образом:
R-C(NH2)-COOH.
Аминокислоты в белке связаны пептидной связью:
-N(H)-C(=.O)
Аминокислоты разделяют на заменимые, которые синтезируются в самом организме, и незаменимые, которые животный организм получает с пищей.
Среди белков различают протеины, которые состоят только из аминокислот, и протеиды, содержащие небелковую часть (например, гемоглобин состоит из белка — глобина и порфи-рина — гема).
В строении молекулы белка различают первичную структуру — последовательность аминокислотных остатков; вторичную — как правило, это спиральная структура (альфа-спираль), которая удерживается множеством водородных связей, возникающих между находящимся близко друг от друга С=О и NH-группами. Другой тип вторичной структуры — бета-слой, или складчатый слой — это две параллельные полипептидные цепи, связанные водородными связями, перпендикулярными цепям.
Третичная структура белковой молекулы — это пространственная конфигурация, напоминающая компактную глобулу. Она поддерживается ионными, водородными и дисульфидны-ми (S-S) связями, а также гидрофобным взаимодействием. Четвертичная структура образуется при взаимодействии нескольких глобул, например, молекула гемоглобина состоит из четырех таких субъединиц.
Утрату белковой молекулой своей структуры называют денатурацией. Она может быть вызвана температурой, обезвоживанием, облучением и другими факторами. Если при денатурации первичная структура не нарушается, то при восстановлении нормальных условий полностью воссоздается пространственная структура белка.
Функции белка в клетке и целом организме:
структурно-строительная — входят в состав мембран и органоидов клетки;
ферментативная — биологические катализаторы (ферменты) в подавляющем большинстве белки, способные ускорять скорость течения реакций в клетке в 10" раз;
•двигательная — движение внутри клетки обеспечивается белками цитоскелета, а движение большинства организмов происходит благодаря белкам актина и миозина;
•транспортная — многие вещества транспортируются при участии белков-носителей: гемоглобин переносит кислород, инсулин участвует в транспорте глюкозы из крови в клетки;
защитная — антитела являются белками; белки участвуют в реакции свертывания крови;
регуляторная — многие гормоны и медиаторы имеют белковую природу;
энергетическая — в крайних случаях белки могут служить источником энергии: распад 1 г белков приводит к выделению 17,6 кДж энергии.
Углеводы — органические соединения, в состав которых входят водород, углерод и кислород. Образуются из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза в хлоропластах зеленых растений (у бактерий в процессе бактериального фотосинтеза или хемосинтеза).
Различают моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза, ри-боза, дезоксирибоза и др.), дисахариды (сахароза, мальтоза и др.) и полисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген, хитин и др.).
Функции углеводов: энергетическая — углеводы являются основным источником энергии для большинства клеток: при распаде 1 г глюкозы выделяется 17,6 кДж энергии; структурно-строительная — углеводы входят в состав клеточной стенки растений (целлюлоза), образуют внешний скелет насекомых (хитин), входят в состав АТФ, ДНК, РНК;
•запасающая — запасными питательными веществами служат у растений крахмал, а у животных и грибов — гликоген. Жиры и липоиды относятся к группе неполярных органических соединений, то есть являются гидрофобными веществами. Жиры — это триглицериды высших жирных кислот, липоиды — большой класс органических веществ с гидрофобными свойства ми (например, холестерин). К липидам относят фосфолипиды (в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены группами, содержащими фосфор, а иногда также азот) и стероиды (в основе их структуры лежат 4 углеродных кольца).
Функции жиров:
энергетическая — при распаде 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии;
структурно-строительная — липиды являются основой стро ения всех биологических мембран;
источник эндогенной воды — при окислении 1 г жиров выг деляется 1,1 г воды;
регуляторная — являются источником для синтеза некото рых гормонов;
запасающая — откладываются в клетках и тканях как потен циальный источник энергии;
•защитная — играют термо- и гидрозащитную роль в организмах ряда животных.
1+2 ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота) — это молекула, состоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей. ДНК образует правую спираль, шириной примерно 20 ангстрем, длиной несколько сотен микрон и молекулярной массой 107 дальтон. Структура ДНК была расшифрована Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 г. Мономером ДНК является нуклеотид, состоящий из азотистого основания (аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г)), пентозы (дезокси-рибозы) и фосфата (рис. 4. 20).
Нуклеотиды соединяются в цепь за счет остатков фосфорной кислоты, расположенных между пентозами; в полинуклеотиде может быть до 30 000 нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов одной цепи комплементарна, то есть соответствует последовательности в другой цепи. Между комплементарными азотистыми основаниями образуются водородные связи: по две между А и Т и по три между Г и Ц.
ДНК содержится в основном в ядре; к внеядерным формам ДНК относятся митохондриальная и пластидная. Функции ДНК — носительство наследственной информации.
Перед делением клетки происходит удвоение ДНК для того, чтобы обеспечить нормальный набор генов в обеих образующихся клетках.
Удвоение ДНК получило название редупликации. При редупликации водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями аденином — тимином и гуанином — цитозином разрываются специальным ферментом. Нити, составляющие двойную спираль ДНК, расходятся, и к каждому нуклеотиду обеих нитей последовательно подстраиваются комплементарные нуклеотиды. Подстраивающиеся нуклеотиды соединяются в две нити ДНК, каждая из которых представляет копию разошедшихся нитей ДНК. Таким образом, в результате редупликации вера. Аминокислота прикрепляется к акцепторному участку т-РНК, который находится на «черешке листа». Противоположный конец т-РНК (на «верхушке листа») называется антикодон. Этот триплет различается у различных т-РНК и определяет аминокислоту, которую переносит данная т-РНК. Существует более 20 видов т-РНК;
•иРНК - информационная, переносящая информацию о после довательности аминокислот с ДНК на белок;
•рРНК — рибосомалъная, входящая в состав рибосом; •митохондриальная РНК и др.
АТФ — это аденозинтрифосфорная кислота, нуклеотид, относящийся к группе нуклеиновых кислот. Концентрация АТФ в клетке мала (0,04%; в скелетных мышцах 0,5%). Молекула АТФ состоит из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. При гидролизе остатка фосфорной кислоты выделяется энергия: АТФ + Н2О = АДФ + Н3РО4 + 40 кДж/моль.
Связь между остатками фосфорной кислоты макроэргическая: при ее расщеплении выделяется примерно в 4 раза больше энергии, чем при расщеплении других связей. Энергию АТФ клетка использует в процессах биосинтеза, при движении, при производстве тепла, при проведении нервных импульсов, в процессе фотосинтеза и др. АТФ служит универсальным аккумулятором энергии в живых организмах.
3. Особенности регуляции генов у эукариот: 1)нет оперонной организации генов.2) Гены, определяющие синтез ферментов рассеяны в геноме. 3)Регуляция транскрипции является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов. (промотор и энхансер) 4)белки-регуляторы контролируют транскрипцию генов, кодирующих другие белки-регуляторы 5)гормоны – индукторы транскрипции 6) процесс компактизации и декомпактизации хроматина 7) обратная связь между процессингом, сплайсингом и экзон-интронной организацией генов – например изменение схемы сплайсинга при синтезе антител