Біополімери нуклеїнові кислоти, атф і. Основні положення клітинної теорії. Клітина – структурна та функціональна одиниця живого Нуклеотид РНК складається із залишків трьох речовин
Повна назва освітньої установи:Департамент середньої професійної освіти Томської області ВДБПОУ «Колпашівський соціально-промисловий коледж»
Курс: Біологія
Розділ: Загальна біологія
Вікова група: 10 клас
Тема: Біополімери. Нуклеїнові кислоти, АТФ та інші органічні сполуки.
Мета заняття: продовжити вивчення біополімерів, сприяти формуванню прийомів логічної діяльності, пізнавальних здібностей.
Завдання уроку:
Освітні:познайомити студентів з поняттями нуклеїнові кислоти, сприяти осмисленню та засвоєнню матеріалу.
Розвиваючі: розвивати когнітивні якості студентів (уміння бачити проблему, уміння ставити запитання).
Виховні: формувати позитивну мотивацію до вивчення біології, прагнення отримати кінцевий результат, уміння приймати рішення та робити висновки.
Час реалізації: 90 хв.
Обладнання:
- ПК та відеопроектор;
- авторська презентація, створена серед Power Point;
- роздатковий дидактичний матеріал (список кодування амінокислот);
План:
1. Типи нуклеїнових кислот.
2. Будова ДНК.
3. Основні види РНК.
4. Транскрипція.
5. АТФ та інші органічні сполуки клітини.
Хід заняття:
I. Організаційний момент.
Перевірка готовності до заняття.
ІІ. Повторення.
Усне опитування:
1. Охарактеризуйте функції жирів у клітині.
2. У чому відмінність біополімерів білків від біополімерів вуглеводів? У чому їхня схожість?
Тестування (3 варіанти)
ІІІ. Вивчення нового матеріалу.
1. Типи нуклеїнових кислот.Назва нуклеїнових кислот походить від латинського слова «нуклеос», тобто. ядро: вони вперше були виявлені у клітинних ядрах. У клітинах є два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) та рибонуклеїнова кислота (РНК). Ці біополімери складаються з мономерів, які називаються нуклеотидами. Мономери-нуклеотиди ДНК та РНК подібні в основних рисах будови та відіграють центральну роль у зберіганні та передачі спадкової інформації. Кожен нуклеотид складається із трьох компонентів, з'єднаних міцними хімічними зв'язками. Кожен із нуклеотидів, що входять до складу РНК, містить тривуглецевий цукор - рибозу; одна з чотирьох органічних сполук, які називають азотистими основами, - аденін, гуанін, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); залишок фосфорної кислоти.
2. Будова ДНК . Нуклеотиди, що входять до складу ДНК, містять п'ятивуглецевий цукор – дезоксирибозу; одна з чотирьох азотистих основ: аденін, гуанін, цитозин, тимін (А, Г, Ц, Т); залишок фосфорної кислоти.
У складі нуклеотидів до молекули рибози (або дезоксирибози однієї сторони приєднано азотисту основу, а з іншого - залишок фосфорної кислоти. Нуклеотиди з'єднуються між собою в довгі ланцюги. Остів такого ланцюга утворюють залишки цукру, що регулярно чергуються, і фосфорної кислоти, а бічні групи цього ланцюга - чотири типу нерегулярно чергуються азотисті основи.
Молекула ДНК є структурою, що складається з двох ниток, які по всій довжині з'єднані один з одним водневими зв'язками. Таку структуру, властиву лише молекулам ДНК, називають подвійною спіраллю. Особливістю структури ДНК є те, що проти азотистої основи А в одній лежить азотна основа Т в іншому ланцюгу, а проти азотистої основи Г завжди розташована азотна основа Ц.
Схематично сказане можна виразити так:
А (аденін) - Т (тимін)
Т (тимін) - А (аденін)
Г (гуанін) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанін)
Ці пари основ називають комплементарними основами (що доповнюють одна одну). Нитки ДНК, у яких основи розташовані комплементарно одна одній, називають комплементарними нитками.
Модель будови молекули ДНК запропонували Дж. Вотсон та Ф. Крик у 1953 р. Вона повністю підтверджена експериментально і відіграла виключно важливу роль у розвитку молекулярної біології та генетики.
Порядок розташування нуклеотидів у молекулах ДНК визначає порядок розташування амінокислот у лінійних молекулах білків, тобто їхню первинну структуру. Набір білків (ферментів, гормонів та ін) визначає властивості клітини та організму. Молекули ДНК зберігають відомості про ці властивості і передають їх поколінням нащадків, тобто носіями спадкової інформації. Молекули ДНК переважно знаходяться в ядрах клітин і в невеликій кількості в мітохондріях та хлоропластах.
3. Основні види РНК.Спадкова інформація, що зберігається у молекулах ДНК, реалізується через молекули білків. Інформація про будову білка передається до цитоплазми спеціальними молекулами РНК, які називаються інформаційними (і-РНК). Інформаційна РНК переноситься до цитоплазми, де за допомогою спеціальних органоїдів – рибосом йде синтез білка. Саме інформаційна РНК, яка будується комплементарно однією з ниток ДНК, визначає порядок розташування амінокислот у білкових молекулах.
У синтезі білка бере участь і інший вид РНК – транспортна (т-РНК), яка підносить амінокислоти до місця утворення білкових молекул – рибосом, своєрідних фабрик з виробництва білків.
До складу рибосом входить третій вид РНК, так звана рибосомна (р-РНК), яка визначає структуру та функціонування рибосом.
Кожна молекула РНК на відміну молекули ДНК представлена однією ниткою; замість дезоксирибози вона містить рибозу і замість тиміну – урацил.
Отже, нуклеїнові кислоти виконують у клітині найважливіші біологічні функції. У ДНК зберігається спадкова інформація про всі властивості клітини та організму в цілому. Різні види РНК беруть участь у реалізації спадкової інформації через синтез білка.
4. Транскрипція.
Процес утворення і-РНК називається транскрипцією (від латів. «Транскрипціо» - переписування). Транскрипція відбувається у ядрі клітини. ДНК → іРНК за участю ферменту полімерази.т-РНК виконує функцію перекладача з «мови» нуклеотидів на «мову» амінокислот,т-РНК отримує команду від і-РНК – антикодон дізнається кодон та несе амінокислоту.
5. АТФ та інші органічні сполуки клітини
У будь-якій клітині, крім білків, жирів, полісахаридів та нуклеїнових кислот, налічується кілька тисяч інших органічних сполук. Їх можна умовно розділити на кінцеві та проміжні продукти біосинтезу та розпаду.
Кінцевими продуктами біосинтезуназивають органічні сполуки, які грають самостійну роль організмі чи служать мономерами для синтезу біополімерів. До кінцевих продуктів біосинтезу відносяться амінокислоти, з яких у клітинах синтезуються білки; нуклеотиди - мономери, з яких синтезуються нуклеїнові кислоти (РНК та ДНК); глюкоза, яка є мономером для синтезу глікогену, крохмалю, целюлози.
Шлях до синтезу кожного з кінцевих продуктів лежить через низку проміжних сполук. Багато речовин піддаються в клітинах ферментативного розщеплення, розпаду.
Кінцевими продуктами біосинтезу є речовини, що відіграють важливу роль у регуляції фізіологічних процесів та розвитку організму. До них належать багато гормонів тварин. Гормони тривоги або стресу (наприклад, адреналін) в умовах напруги посилюють вихід глюкози в кров, що, зрештою, призводить до збільшення синтезу АТФ та активного використання енергії, запасеної організмом.
Аденозинфосфорні кислоти.Особливо важливу роль у біоенергетиці клітини грає аденіловий нуклеотид, до якого приєднано ще два залишки фосфорної кислоти. Таку речовину називають аденозинтрифосфорною кислотою (АТФ).Молекула АТФ являє собою нуклеотид, утворений азотистою основою аденіном, п'ятивуглецевим цукром рибозою та трьома залишками фосфорної кислоти. Фосфатні групи у молекулі АТФ з'єднані між собою високоенергетичними (макроергічними) зв'язками.
АТФ - Універсальний біологічний акумулятор енергії. Світлова енергія Сонця та енергія, укладена у споживаній їжі, запасаються в молекулах АТФ.
Середня тривалість життя 1 молекули АТФ в організмі людини менше хвилини, тому вона розщеплюється та відновлюється 2400 разів на добу.
У хімічних зв'язках між залишками фосфорної кислоти молекули АТФ запасено енергію (Е), яка звільняється при відщепленні фосфату:
АТФ = АДФ + Ф + Е
У цій реакції утворюється аденозиндифосфорна кислота (АДФ) та фосфорна кислота (фосфат, Ф).
АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + енергія (40 кДж/моль)
АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + енергія (40 кДж/моль)
АДФ + H3PO4 + енергія (60 кДж/моль) → АТФ + H2O
Енергію АТФ всі клітини використовують для процесів біосинтезу, руху, виробництва тепла, передачі нервових імпульсів, свічень (наприклад, у люмінесцентних бактерій), тобто для всіх процесів життєдіяльності.
IV. Підсумок заняття.
1. Спосіб вивченого матеріалу.
Запитання до студентів:
1. Які компоненти входять до складу нуклеотидів?
2. Чому сталість вмісту ДНК у різних клітинах організму вважається доказом того, що ДНК є генетичним матеріалом?
3. Дайте порівняльну характеристику ДНК та РНК.
4. Розв'яжіть завдання:
Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т добудуйте другий ланцюг.
Відповідь: ДНК Г-Г-Г-А-Т-А-Ц-А-Г-А-Т
Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А
(за принципом комплементарності)
2) Вкажіть послідовність нуклеотидів у молекулі іРНК, побудованої на цій ділянці ланцюга ДНК.
Відповідь: і-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У
3) Фрагмент одного ланцюга ДНК має наступний склад:
- -А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. добудуйте другий ланцюг.
- -Ц-Т-А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-.
5. Вирішіть тест:
4) Який із нуклеотидів не входить до складу ДНК?
а) тімін;
б) урацил;
в) гуанін;
г) цитозин;
д) аденін.
Відповідь: б
5) Якщо нуклеотидний склад ДНК
АТТ-ГЦГ-ТАТ- то яким має бути нуклеотидний склад і-РНК?
А) ТОВ-ЦГЦ-УТА;
Б) ТОВ-ГЦГ-УТУ;
В) УАА-ЦГЦ-АУА;
Г) УАА-ЦГЦ-АТА.
Відповідь:
Вуглеводи- це органічні сполуки, до складу яких входять вуглець, водень та кисень. Вуглеводи поділяються на моно-, ді-і полісахариди.
Моносахариди - прості цукру, що складаються з 3 і більше атомів С. Моносахариди: глюкоза, рибоза та дезоксирибозу. Чи не гідролізуються, можуть кристалізуватися, розчиняються у воді, мають солодкий смак
Полісахариди утворюються внаслідок полімеризації моносахаридів. При цьому втрачають здатність до кристалізації, солодкий смак. Приклад – крохмаль, глікоген, целюлоза.
1. Енергетична - це основне джерело енергії в клітині (1 г = 17,6 кДж)
2. структурна-входять до складу оболонок рослинних клітин (целюлоза) та тварин клітин
3. джерело для синтезу інших сполук
4. запасаюча (глікоген - у тварин клітин, крохмаль - у рослинних)
5. сполучна
Ліпіди- складні сполуки гліцерину та жирних кислот. Нерозчинні у воді, лише в органічних розчинниках. Розрізняють прості та складні ліпіди.
Функції ліпідів:
1. структурна – основа, для всіх мембран клітини
2. енергетична (1 г = 37,6 кДж)
3. запасна
4. теплоізоляційна
5. джерело внутрішньоклітинної води
АТФ -єдина універсальна енергоємна речовина в клітинах рослин, тварин та мікроорганізмів. За допомогою АТФ здійснюється накопичення та транспорт енергії в клітині. До складу АТФ входять: азотна підстава-адеїн, вуглевод рибоза і три залишки фосфорної кислоти. Фосфатні групи з'єднані між собою за допомогою макроергічних зв'язків. Функції АТФ – перенесення енергії.
Білкиє переважною речовиною у всіх живих організмів. Білок - полімер, мономером якого є амінокислоти (20).Амінокислоти з'єднуються в білковій молекулі за допомогою пептидних зв'язків, що утворюються між аміногрупою однієї амінокислоти та карбоксильною групою іншою. Кожна клітина має унікальний набір білків.
Розрізняють кілька рівнів організації білкової молекули. Первиннаструктура-послідовність амінокислот, з'єднаних пептидним зв'язком. Ця структура визначає специфічність білка. У вторинноїСтруктура молекули має вигляд спіралі, її стійкість забезпечується водневими зв'язками. Третиннаструктура формується в результаті перетворення спіралі на тривимірну кулясту форму - глобулу. Четвертавиникає при поєднанні кілька молекул білків у єдиний комплекс. Функціональна активність білків проявляється в 2,3, або третій структурі.
Структура білків змінюється під впливом різних хімічних речовин (кислоти, лугу, спирту та інших) та фізичних факторів (високої та низької t, випромінювання), ферментів. Якщо за цих змін зберігається первинна структура, процес оборотний і називається денатурація.Руйнування первинної структури називається коагуляцією(Необоротний процес руйнування білка)
Функції білків
1. структурна
2. каталітична
3. скорочувальна (білки актин та міозин у м'язових волокнах)
4. транспортна (гемоглобін)
5. регуляторна (інсулін)
6. сигнальна
7. захисна
8. енергетична (1 г = 17,2 кДж)
Види нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти- біополімери, що містять фосфор, живих організмів, що забезпечують зберігання і передачу спадкової інформації. Вони були відкриті в 1869 швейцарським біохіміком Ф. Мішером в ядрах лейкоцитів, сперматозоїдів лосося. Згодом нуклеїнові кислоти виявили у всіх рослинних та тваринних клітинах, вірусах, бактеріях та грибах.
У природі існує два види нуклеїнових кислот. дезоксирибонуклеїнові (ДНК)і рибонуклеїнові (РНК).Відмінність у назвах пояснюється тим, що молекула ДНК містить п'ятивуглецевий цукор дезоксирибозу, а молекула РНК – рибозу.
ДНК знаходиться переважно в хромосомах клітинного ядра (99% всієї ДНК клітини), а також у мітохондріях та хлоропластах. РНК входить до складу рибосом; молекули РНК містяться також у цитоплазмі, матриксі пластид та мітохондрій.
Нуклеотиди- Структурні компоненти нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти є біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди.
Нуклеотиди- Складні речовини. До складу кожного нуклеотиду входить азотна основа, п'ятивуглецевий цукор (рибоза або дезоксирибоза) та залишок фосфорної кислоти.
Існує п'ять основних азотистих основ: аденін, гуанін, урацил, тимін та цитозин.
ДНК.Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних, спірально закручених щодо один одного ланцюжків.
До складу нуклеотидів молекули ДНК входять чотири види азотистих основ: аденін, гуанін, тимін та цитоцин. У полінуклеотидному ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язками.
Полінуклеотидний ланцюг ДНК закручений у вигляді спіралі на кшталт гвинтових сходів і з'єднаний з іншим, комплементарним ним ланцюгом за допомогою водневих зв'язків, що утворюються між аденіном і тиміном (два зв'язки), а також гуаніном і цитозином (три зв'язки). Нуклеотиди А та Т, Г і Ц називаються комплементарними.
В результаті у кожного організму число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тимідилових, а число гуанілових - числу цитидилових. Завдяки цій властивості послідовність нуклеотидів в одному ланцюзі визначає їх послідовність в іншій. Така здатність до виборчого поєднання нуклеотидів називається комплементарністю,і ця властивість лежить в основі утворення нових молекул ДНК на базі вихідної молекули (реплікації,тобто подвоєння).
При зміні умов ДНК, подібно до білків, може піддаватися денатурації, яка називається плавленням. При поступовому поверненні до нормальних умов ДНК ренатурує.
Функцією ДНК є зберігання, передача та відтворення у ряді поколінь генетичної інформації. У ДНК будь-якої клітини закодована інформація про всі білки даного організму, про те, які білки, в якій послідовності та в якій кількості синтезуватимуться. Послідовність амінокислот у білках записана ДНК так званим генетичним (триплетним) кодом.
Основним властивістю ДНКєїї здатність до реплікації.
Реплікація -це процес самоподвоєння молекул ДНК, що відбувається під контролем ферментів. Реплікація здійснюється перед кожним розподілом ядра. Починається вона з те, що спіраль ДНК тимчасово розкручується під впливом ферменту ДНК-полимеразы. На кожному з ланцюгів, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за принципом комплементарності синтезується дочірній ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, які є в ядрі
Таким чином, кожен полінуклеотидний ланцюг виконує роль матрицідля нового комплементарного ланцюга (тому процес подвоєння молекул ДНК відноситься до реакцій матричного синтезу).В результаті виходить дві молекули ДНК, у кожної з яких один ланцюг залишається від батьківської молекули (половина), а інший - знову синтезований. Причому один новий ланцюг синтезуються суцільний, а другий - спочатку у вигляді коротких фрагментів, які потім зшиваються в довгий ланцюг спеціальним ферментом - ДНК-лігазом. В результаті реплікації дві нові молекули ДНК являють собою точну копію вихідної молекули.
Біологічний сенс реплікації полягає в точній передачі спадкової інформації від материнської клітини до дочірніх, що відбувається при розподілі соматичних клітин.
РНК.Будова молекул РНК багато в чому схожа з будовою молекул ДНК. Однак є й низка істотних відмінностей. У молекулі РНК замість дезоксирибози до складу нуклеотидів входить рибоза, замість тіміділового нуклеотиду (Т) – уридиловий (У). Головна відмінність від ДНК полягає в тому, що молекула РНК є одним ланцюгом. Однак її нуклеотиди здатні утворювати водневі зв'язки між собою (наприклад, у молекулах тРНК, рРНК), але в цьому випадку йдеться про внутрішньоланцюжкову сполуку комплементарних нуклеотидів. Ланцюжки РНК значно коротші за ДНК.
У клітині існує кілька видів РНК, які розрізняються за величиною молекул, структурою, розташуванням у клітині та функцій:
1. Інформаційна (матрична) РНК (іРНК) – переносить генетичну інформацію з ДНК на рибосоми
2. Рибосомна РНК (рРНК) – входить до складу рибосом
3. 3. Транспортна РНК (тРНК) – переносить амінокислоти до рибосом під час синтезу білка