ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 2

Элементы молекулярной биологии. Химический состав клетки: строение и основные функции белков, нуклеиновых кислот и липидов, углеводов.

 

КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ. Для того, чтобы познать сущность жизни, по­нять механизмы процессов, происходящих в живых организмах, необходимо узнать химический состав основной единицы жизни — клетки. Из 110 эле­ментов Периодической системы Менделеева в состав организмов входит бо­лее половины, причем 24 из них являются обязательными и обнаруживаются почти во всех типах клеток. Многообразные соединения углерода, синтези­руемые преимущественно живыми организмами, называют органическими веществами. Основную сухую массу живых клеток составляют четыре типа органических соединений. К ним относятся углеводы, белки, липиды и нук­леиновые кислоты. Углеводы - это соединения, содержащие углерод в соче­тании с водородом и кислородом. Липиды - это большой класс органических соединений, которые гидрофобны и поэтому нерастворимы в воде: содержат много углерод-водородных связей, при их окислении высвобождается боль­ше энергии, чем при окислении других органических соединений. Белки - нерегулярные биополимеры, мономерами которых являются аминокислоты. Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу информации.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучить химический состав клетки, строение и функции клеточных биополимеров.

МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Таблицы, рисунки и модели строения молекул белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот.

ЗАДАНИЯ

1)Изучить химический состав клетки.

2) Изучить строение и функции: углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот.

3) 3арисовать схемы строения биополимеров клетки: а) белка, б) ДНК, в) РНК.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Заполнить таблицу 1

Таблица 1 Химический состав клетки

 

Неорганические вещества	Органические вещества

 

Заполнить таблицу 2

Таблица 2 Строительные блоки» органических соединений

Органическое соединение	Элементарный состав
Углеводы
Липиды
Белки ДНК
РНК

 

Любая аминокислота состоит из карбоксила (СООН), аминогруппы (NН₂) и радикала (R).

Пептидная связь образуется за счет α -карбоксильной группы одной аминокислоты и α -аминной группы другой:

 

Первичная структура — последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Важными особенностями первичной структуры являются консервативные мотивы – сочетания аминокислот, важных для функции белка. Консервативные мотивы сохраняются в процессе эволюции видов, по ним часто удаётся предсказать функцию неизвестного белка.

 

Изучите уровни структурной организации белка. Дайте характеристику каждому уровню организации структуры белка (рис. 1, таблица 3)

 

Таблица 3

Структура белка	Характеристика структуры белковой молекулы
Первичная
Вторичная
Третичная
Четвертичная

Кроме последовательности аминокислот полипептида (первичной структуры), крайне важна трёхмерная структура белка, которая формируется в процессе фолдинга (от англ. folding), «сворачивание»). Трёхмерная структура формируется в результате взаимодействия структур более низких уровней. Выделяют четыре уровня структуры белка

Уровни структуры белков: 1 — первичная, 2 — вторичная, 3 — третичная, 4 — четвертичная.

 

 

 

Заполните таблицу

Таблица 4 Основные функции органических веществ клетки

 

Органические вещества	Функции
Углеводы
Липиды
Белки
ДНК н
РНК

 

Изучите и зарисуйте схему строения нуклеотида (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Схема строения нуклеотида

 

Изучите схему комплементарного соединения полинуклеотидных це­пей ДНК (рис. 3). Напишите последовательности нуклеотидов ДНК и РНК, комплементарные следующей последовательности: А-Ц-Г-Т-А-А-А-Т-Г-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-А

Рис. 3. Участок молекулы ДНК. Комплементарное соединение нуклеотидов разных цепей ДНК

 

Липиды – это вещества органического происхождения, которые присутствуют в клетках живых организмов. К этой группе относятся и жироподобные вещества. Чаще всего в клетке присутствует два – три процента липидов. Некоторые из них присутствуют в качестве энергетического запаса, иные участвуют в строении клеточной оболочки. Функции липидов различны. Их них вырабатываются стероидные гормоны, простагландины и компоненты желчи, они необходимы для построения клеток. В крови также присутствуют составляющие липидов (жирные кислоты мононенасыщенные, насыщенные и полиненасыщенные), холестерин, триглицериды, эфиры, фосфолипиды.

 

1 — триглицерид;

2 — сложноэфирная связь; 3 — ненасыщенная жирная кислота;
4 — гидрофильная головка; 5 — гидрофобный хвост.

Углеводы - обширный класс органических соединений. В клетках живых организмов углеводы являются источниками и аккумуляторами энергии, в растениях (на их долю приходится до 90 % сухого вещества) и некоторых животных (до 20 % сухого вещества) выполняют роль опорного (скелетного) материала, входят в состав многих важнейших природных соединений, выступают в качестве регуляторов ряда важнейших биохимических реакций. В соединении с белками и липидами углеводы образуют сложные высокомолекулярные комплексы, представляющие основу субклеточных структур, а следовательно, основу живой материи. Они входят в состав природных биополимеров - нуклеиновых кислот, участвующих в передаче наследственной информации.

Углеводы образуются в растениях в ходе фотосинтеза, благодаря ассимиляции хлорофиллом, под действием солнечных лучей, углекислого газа, содержащегося в воздухе, а образующийся при этом кислород выделяется в атмосферу. Углеводы являются первыми органическими веществами в кругообороте углерода в природе.

Все углеводы делят на две группы: простые и сложные.

Сахароза C₁₂H₂₂O₁₁, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар —дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов — α -глюкозы и β -фруктозы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

1) Обоснуйте принципиальное единство химического состава живых орга­низмов и неживой природы.

2) Какие неорганические соединения входят в состав клетки? Каково значе­ние неорганических компонентов клетки в обеспечении процессов ее жизне­деятельности? Приведите примеры макро-, микро- и ультрамикроэлементов. В чем заключается биологическая роль воды в клетке?

3) Охарактеризуйте строение и функции основных групп органических со­единений, входящих в состав клетки: а) углеводов, б) липидов, в) белков, г) нуклеиновых кислот,

4)Раскройте взаимосвязь строения и функций ДИК и РНК и укажите черты их сходства и различия.

Раскройте содержание терминов: мономер, полимер, углевод (моносаха­рид, дисахарид, полисахарид), липиды (жир, глицерин, жирная кислота), ами­нокислота, полипептид, белок, фермент, активный центр фермента, азотистое основание, нуклеотид, нуклеиновая кислота, структура макромолекулы (первичная, вторичная, третичная, четвертичная), денатурация, ренатурация.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1) Какие химические элементы входят в состав клетки? Приведите примеры биологической роли химических элементов. Какие вещества обуславливают буферные свойства клетки?

2) Какие органические вещества входят в состав клетки?

3) Из каких простых соединений состоят белки? Как образуются первичная, вторичная, третичная и четвертичная, структуры белка? Назовите функции белков.

4) Опишите химический состав липидов, назовите их функции.

5) Опишите химический состав углеводов, назовите их функции. В составе каких организмов больше углеводов?

6) Какие простые органические соединения служат элементарной составной частью нуклеиновых кислот? В чем состоит правило Чаргаффа? В чем за­ключаются различия в строении ДНК и РНК? Назовите виды РНК, перечис­лите их функции.