2Нуклеиновые кислоты. Строение, разновидности нуклеиновых кислот и их функции.

Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Они были открыты в 1869 г. швейцарским биохимиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, сперматозоидов лосося. Впоследствии нуклеиновые кислоты обнаружили во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях и грибах. В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезок-сирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК— рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав рибосом; молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий.

Билет № 7.

1.Питание клетки. /Автотрофы. Гетеротрофы. Фототрофы. Хемотрофы.

Автотрофы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) — организмы, синтезирующие органические соединения из неорганических.

Автотрофы составляют первый ярус в пищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества вбиосфере, обеспечивая пищей гетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например,одноклеточная эвглена на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.

Организмы, для которых источником энергии служит солнечный свет (фотоны, благодаря которым появляются доноры — источники электронов), называются фототрофами. Такой тип питания носит название фотосинтеза. К фотосинтезу способны зелёные растения и многоклеточные водоросли, а также цианобактерии, благодаря содержащемуся в их клетках пигменту — хлорофиллу.

Остальные организмы в качестве внешнего источника энергии (доноров — источников электронов) используют энергию химических связей пищи или восстановленных неорганических соединений — таких, как сероводород, метан, сера, двухвалентное железо и др. Такие организмы называются хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно являются автотрофами, а все хемотрофы-эукариоты — гетеротрофами. Среди прокариот встречаются и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные бактерии, а некоторые фототрофные бактерии также могут использовать гетеротрофный тип питания, т. е. являются миксотрофами

2.Характеристика АТФ. Строение и функции. Объяснить схему АТФ АДФ АМФ

Билет № 8

1.Строение и функции клеточной мембраны

Биологические мембраны образуют наружную оболочку всех животных клеток и формируют многочисленные внутриклеточные органеллы.         Наиболее характерным структурным признаком является то, что мембраны всегда образуют замкнутые пространства, и такая микроструктурная организация мембран позволяет им выполнять важнейшие функции:

 Барьерная функция выражается в том, что мембрана при помощи соответствующих механизмов участвует в создании концентрационных градиентов, препятствуя свободной диффузии. При этом мембрана принимает участие в механизмах электрогенеза. К ним относятся механизмы создания потенциала покоя, генерация потенциала действия, механизмы распространения биоэлектрических импульсов по однородной и неоднородной возбудимым структурам.

 Регуляторная функция заключается в тонкой регуляции внутриклеточного содержимого и внутриклеточных реакций за счет рецепции внеклеточных биологически активных веществ, что приводит к изменению активности ферментных систем мембраны и запуску механизмов вторичных "мессенджеров" ("посредники"). 

 Контактная функция клеточной мембраны заключается в организации зон специфического или неспецифического контакта между клетками с образованием тканевой структуры. При этом в области контакта возможен обмен ионами, медиаторами, макромолекулами между клетками, или передача электрических сигналов. 

 Преобразование внешних стимулов неэлектрической природы в электрические сигналы (в рецепторах). 

 Высвобождение нейромедиаторов в синаптических окончаниях.

2.Структуры , свойства и свойства белков.

Свойства белков 1. Разная растворимость в воде. Растворимые белки образуют коллоидные растворы. 2. Гидролиз - под действием растворов минеральных кислот или ферментов происходит разрушение первичной структуры белка и образование смеси аминокислот. 3. Денатураиця - частичное или полное разрушения пространственной структуры, присущей данной белковой молекуле. Денатурация просходит под действием: - высокой температуры - растворов кислот, щелочей и концентрированных растворов солей - растворов солей тяжёлых металлов - некоторых органических веществ (формальдегида, фенола) - радиоактивного излучения Строение белков начали изучать в 19 веке. В 1888гюрусский биохимик А.Я.Данилевский высказал гипотезу о наличии в белках амидной связи. Эта мысь в дальнейшем была развита немецким химиком Э.Фишером и в его работах нашла экспериментальное подтверждение. Он предложил полипептидную теорию строения белка. Согласно эхтой теории молекула белка состоит из одной длинной цепи или нескольких полипептидных цепей, связанных друг с другом. Такие цепи могут быть различной длины. Фишером проведена большая экспериментальная работа с полипептидами. Высшие полипептиды, содержащие 15-18 аминокислот, осаждаются из растворов сульфатом аммония (аммиачными квасцами), то есть проявляют свойства, характерные для белков. Было показано, что полипептиды расщепляются теми же ферментами, что и белки, а будучи введёнными в организм животного, подвергаются тем же превращениям, как и белки, а весь их азот выделяется нормально в виде мочевины (карбамида). Исследования, проведённые в 20 веке, показали, что существует несколько уровней организации белковой молекулы.

Билет №9.

1.Строение и функции хлоропластов.

Хлоропласты (от греч. chlorós — зелёный и plastós — вылепленный, образованный), внутриклеточные органеллы растительной клетки — пластиды, в которых осуществляется фотосинтез. Окрашены в зелёный цвет благодаря присутствию в них основного пигмента фотосинтеза — хлорофилла. Основная функция Хлоропласты, состоящая в улавливании и преобразовании световой энергии, нашла отражение и в особенностях их строения. У высших растений Хлоропласты — тельца линзообразной формы диаметром 3—10 мкм и толщиной 2—5 мкм, представляют собой систему белково-липидных мембран, погруженных в основное вещество — матрикс, или строму, и отграничены от цитоплазмы наружной мембраной (оболочкой). Внутренние мембраны образуют единую (непрерывную) пластинчатую, или ламеллярную, систему, состоящую из замкнутых уплощённых мешочков (цистерн) — т. н. тилакоидов, которые группируются по 10—30 (стопками) в граны (до 150 в Хлоропласты), соединяющиеся между собой крупными тилакоидами. При таком строении значительно увеличивается фотоактивная поверхность Хлоропласты и обеспечивается максимальное использование световой энергии. В мембране тилакоидов, состоящей из двух слоев белка, разделённых слоем липидов, осуществляется первичная световая стадия фотосинтеза, ведущая к образованию двух необходимых для ассимиляции CO₂соединений — восстановленного никотинамид-адениндинуклеотидфосфата (НАДФ×Н) и богатого энергией соединенияаденозинтрифосфата (АТФ). Источником энергии для образования молекул АТФ является разность потенциалов, которая образуется на мембране в результате векторного (направленного) переноса заряда.

2.Общая характеристика углеводов. Строение, свойства и функции.

 Общая характеристика. Углеводы – важный класс природных веществ – встречаются повсеместно в растительных, животных и бактериальных организмах. Углеводы – это не очень удачный термин, поскольку так называют большое количество соединений, обладающих различной химической структурой и биологическими функциями. Более 100 лет назад этим термином было предложено называть природные соединения, состав которых соответствовал формуле (CH₂O)_n,, т.е. гидраты углерода. По мере открытия новых углеводов оказалось, что не все они соответствуют этой формуле, а некоторые представители других классов обладают такой же формулой. Большой вклад в развитие учения об углеводах внесли отечественные ученые А.М. Бутлеров,  А.А. Колли, Н.Н. Кочетков. Углеводы включают соединения, начиная от низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Углеводы составляют 80% массы сухого вещества растений и около 2% сухого вещества животных организмов. Животные и человек не способны синтезировать сахара и получают их с различными пищевыми продуктами растительного происхождения.

Химические свойства. 1. Свойства,характерные для спиртов:  - взаимдействие с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации). 2. Свойства, характерные для альдегидов: взаимодействие с оксидом серебра ( I ) в аммиачном растворе (реакция "серебряного зеркала"). 3. Специфические реакции - брожение: спиртовое брожение. 4. Сахароза подвергается гидролизу - разложению в присутствии минеральной кислоты и повышенной температуре на глюкозу и фруктозу. С12Н22О11       +   Н2О       =      С6Н12О6        +     С6Н12О6   сахароза                                               фруктоза              глюкоза

Билет № 10

1.Вирусы и их отличие от других организмов.

Вирусы обладают свойствами, отличающими их от других микроорганизмов — они очень малы, способны проходить через бактериальные фильтры, не культивируются на искусственных питательных средах. Для вирусов характерны две формы существования:внеклеточная (вирион), или покоящаяся, и внутриклеточная (вегетативная), или размножающаяся (комплекс вирус — клетка).

Вирусы, как и все живое на Земле содержат нуклеиновую кислоту, белок; обладают способностью воспроизводить себе подобных, подвержены изменчивости, но по строению, химическому составу и способу размножаться отличаются от других форм.

         Вирусы – это внеклеточная форма жизни, обладающая собственным геномом и способностью воспроизводиться только в живых клетках.

По содержанию нуклеиновых кислот вирусы отличаются от живых систем, тем, что у них одна кислота (РНК или ДНК), а у других организмов их две. Число белковых молекул в вирусных белках самое разнообразное, но оно всегда больше, чем у белков высших организмов.

Вирусы воспроизводят себе подобных в огромном количестве и своеобразным способом – репродукцией – так как здесь копируются молекулы нуклеиновой кислоты и по их генетической информации синтезируются вирусные белки.

Репликацию нуклеиновых кислот осуществляют ферменты – они из клеточных нуклеотидов строят полинуклеотидные цепи новых молекул нуклеиновых кислот вирусов.

Являясь неклеточной формой жизни, вирусы тем не менее имеют корпускулярную структуру и определенную для каждого видаморфологию.

2.Структуры , свойства и свойства белков.

Строение белков. Молекулы белков в зависимости от их аминокислотного состава могут быть представлены клубком (глобулярные белки: глобулин, инсулин, альбумин) или нитью (фибриллярные белки: коллаген, миозин, кератин). Каждому белку свойственна своя особая геометрическая форма — конформация, состоящая из четырех уровней организации. Первичная структура — число и последовательность аминокислотных остатков, соединенных друг с другом пептидными связями в полипептидной цепи. Длинную цепь из аминокислотных остатков называют полипептидом. Большинство полипептидов содержат от 300 до 500 аминокислотных остатков. Вторичная структура — регулярная укладка или спирализация звеньев полипептидной цепи за счет водородных связей между пептидными группами  Бывает двух видов: α-спираль — спирально закрученная, очень устойчивая конформация (белок волос и ногтей кератин); β-конформация — несколько параллельных цепей, связанных водородными связями, перпендикулярные цепям (белок шелка фиброин). Третичная структура — пространственная конфигурация спирализованной или предварительно уложенной полипептидной цепи, поддерживаемая дисульфидными (-S-S-), ионными, водородными связями и гидрофобными взаимодействиями. Для этой структуры характерны наиболее сложные и тонкие особенности пространственной ориентации белковых молекул, отличающих один белок от другого. Из химических связей в количественном отношении преобладают гидрофобные взаимодействия между радикалами аминокислотных остатков, расположенных на расстоянии друг от друга. Четвертичная структура — совместное объединение нескольких близких по строению третичных белковых структур (глобул или субъединиц) в единую молекулу с приобретением ею природных свойств. Глобулы (субъединицы) в составе этой структуры называют протомерами, а четвертичное образование — мультимером (например, молекула гемоглобина состоит из двух α-цепей и двух β-цепей). Связи, поддерживающие мультимер, — электростатические, ионные, гидрофобные, реже дисульфидные Белковые структуры возникают путем самосборки. При определенных условиях белки денатурируют.

Свойства белков. В воде белки растворяются плохо, действие высоких температур, концентрированных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов вызывает денатурацию.  Денатурация — процесс утраты белком четвертичной, третичной и вторичной структур, приводящих к потере белком своих свойств. Денатурация может быть частичной (разрушена четвертичная и третичная структуры) или полной (разрушены все структуры, поддерживаемые нековалетными связями), обратимой и необратимой. Процесс восстановления денатурировавшим белком своей природной структуры называют ренатурацией. 

Билет №11.

1.Различия в строении клеток эукариот и прокариот.

Синтез белков в клетке. Транскрипция.

Одним из важнейших процессов, протекающих в клетке, является синтез белков. Каждая клетка содержит тысячи белков, в том числе и присущих только данному виду клеток. Так как в процессе жизнедеятельности все белки рано или поздно  разрушаются, клетка должна непрерывно синтезировать белки для восстановления своих мембран, органоидов и т. п. Кроме того, многие клетки изготовляют белки для нужд всего организма, например клетки желез внутренней секреции, выделяющие в кровь белковые гормоны. В таких клетках синтез белка идет особенно интенсивно.      Синтез белка требует больших затрат энергии. Источником этой энергии, как и для всех клеточных процессов, является АТФ. 

Транскри́пция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Билет № 12.

1.Строение и функции клеточной мембраны.

Плазматическая (наружная клеточная) мембрана = плазмалемма.Ультрамикроскопическая структура.СТРОЕНИЕ:Внешний тонкий слой живой цитоплазмы; на поверхности - выросты и складки, служащие соединению клеток. В состав входят все основные группы веществ, содержащихся в клетке: белки, липиды, вода, АТФ, полисахариды (в комплексе с некоторыми наружными белками; служат рецепторами клетки), ферменты, ионы и т.д.Строение мембран универсально.Жидкостно-мозаичная модель с гиброфобно-гидрофильными взаимодействиями:- Жидкостный двойной слой молекул фосфолипидов, обращенных друг к другу гидрофобными концами, а наружу – гидрофильными.- Периферические белки на поверхности билипидного слоя связаны с полярными головками липидных молекул электростатическим взаимодействием.- Интегральные белки пронизывают всю толщу мембраны; их гидрофобная часть погружена в гидрофобную зону билипидного слоя.- Полуинтегральные белки наполовину погружены в мембрану и выступают наружу с внутренней или внешней стороны.Плазмалемма обладает полупроницаемостью.Интегральные и полуинтегральные белки динамичны и лабильны – возможно их латеральное и частично вертикальное смещение, что обусловливает их функции.ФУНКЦИИ:Изоляция клетки (ее живого содержимого) от окружающей среды. Ограничение и формирование свойств органоидов клетки и различных клеток.Защитная функция.Контакт с соседними клетками. Объединение клеток в ткани.Избирательная регуляция обмена веществ между клеткой и внешней средой, поступления веществ в клетку (за счет полупроницаемости).Пиноцитоз и фагоцитоз.Выведение продуктов жизнедеятельности.Регуляция водного баланса клетки.Функции интегральных и полуинтегральных белков:- Рецепторная- Активный и пассивный транспорт- Составная часть ферментных систем.Компартментация – локализация различных процессов в клетки за счет разделения протопласта на зоны с различным метаболическим фондом, предупреждение смешивания образующихся веществ.

2. Энергетический обмен в клетке. Неполное бескислородное расщепление. Спиртовое брожение.

Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция) — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Заключается в ферментативном расщеплении сложных органических веществ до простых: белковые молекулы — до аминокислот, жиры — до глицерина и карбоновых кислот, углеводы — до глюкозы, нуклеиновые кислоты — до нуклеотидов. Распад высокомолекулярных органических соединений осуществляется или ферментами желудочно-кишечного тракта или ферментами лизосом. Вся высвобождающаяся при этом энергия рассеивается в виде тепла. Образовавшиеся небольшие органические молекулы могут быть использованы в качестве «строительного материала» или могут подвергаться дальнейшему расщеплению.

Бескислородное окисление, или гликолиз

Этот этап заключается в дальнейшем расщеплении органических веществ, образовавшихся во время подготовительного этапа, происходит в цитоплазме клетки и в присутствии кислорода не нуждается. Главным источником энергии в клетке является глюкоза. Процесс бескислородного неполного расщепления глюкозы — гликолиз.

Потеря электронов называется окислением, приобретение — восстановлением, при этом донор электронов окисляется, акцептор восстанавливается.

Следует отметить, что биологическое окисление в клетках может происходить как с участием кислорода:

А + О₂ → АО₂,

так и без его участия, за счет переноса атомов водорода от одного вещества к другому. Например, вещество «А» окисляется за счет вещества «В»:

АН₂ + В → А + ВН₂

или за счет переноса электронов, например, двухвалентное железо окисляется до трехвалентного:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^—.

Гликолиз — сложный многоступенчатый процесс, включающий в себя десять реакций. Во время этого процесса происходит дегидрирование глюкозы, акцептором водорода служит кофермент НАД⁺ (никотинамидадениндинуклеотид). Глюкоза в результате цепочки ферментативных реакций превращается в две молекулы пировиноградной кислоты (ПВК), при этом суммарно образуются 2 молекулы АТФ и восстановленная форма переносчика водорода НАД·Н₂:

С₆Н₁₂О₆ + 2АДФ + 2Н₃РО₄ + 2НАД⁺ → 2С₃Н₄О₃ + 2АТФ + 2Н₂О + 2НАД·Н₂.

Дальнейшая судьба ПВК зависит от присутствия кислорода в клетке. Если кислорода нет, у дрожжей и растений происходит спиртовое брожение, при котором сначала происходит образование уксусного альдегида, а затем этилового спирта:

1. С₃Н₄О₃ → СО₂ + СН₃СОН,

2. СН₃СОН + НАД·Н₂ → С₂Н₅ОН + НАД⁺.

Билет № 13.