Абакумов, Глеб Арсентиевич - Химически основи на живота: урок. Химически основи на живота Резюме на физико -химичните основи на живота

Новосибирски държавен университет Природонаучен факултет Департамент по цитология и генетика Представяне към курса на лекциите ХИМИЧНИ БАЗИ НА ЖИВОТА д -р. Владимир Александрович Трифонов Наръчникът е разработен в рамките на Лекция №1 на Програмата за развитие на НРУ-НСУ. План. Въведение в дисциплината. Определението на живота. Организационни нива на живите системи. Химичен съставорганизми. Липиди. Структура и биологични функции. 6) Биополимери, тяхната структура и свойства 1) 2) 3) 4) 5) Какво е животът? Опитите за дефиниране на концепцията: „магнитът е анимиран, защото способен да привлича желязо ”Талес VI век пр.н.е. "Всички тела на природата са оживени" Б. Спиноза (XVII век) живот "Клод Бернар (XIX в)" Животът е начин на съществуване на протеинови тела и този начин на съществуване се състои по същество в непрекъснатото самообновяване на химичните съставки на тези тела "Ф. Енгелс (XIX век)" Животът е ... това е работа на специално организирана система, насочена към понижаване на собствената ѝ ентропия, чрез увеличаване на ентропията на околната среда ”Ервин Шрьодингер (1887-1961)„ Живите тела, които съществуват на Земята, са отворени, саморегулиращи се и саморегулиращи се. -репродуциращи системи, изградени от биополимери - протеини и нуклеинови киселини ”МВ Волкенщайн (1912-1992) Живите организми като отворени системи Системата е съвкупност от елементи, които са в определени отношения помежду си и са свързани чрез директна и обратна връзка, образувайки цялост. Отворени системи: обменят енергия, материя и информация с околната среда. Отворени системи: явления на самоорганизация, усложняване или спонтанно възникване на ред. Обща теориясистеми Свойства на системите Синергия - еднопосочността на действията на компонентите повишава ефективността на системата. Възникване - функциите на компонентите на системата не винаги съвпадат с функциите на системата. Целостта е първенството на цялото по отношение на частите. Йерархия - всеки компонент на системата може да се разглежда като система (подсистема) на по -широка глобална система Адаптивност - стремеж към състояние на стабилно равновесие, което включва адаптиране на системните параметри към променящите се параметри на външната среда Ludwig von Bertalafani (1901 -1972) Неравновесни системи „Неравновесието може да се превърне в източник на ред» Иля Пригожин (1917-2003) Последователността от състояния на системата - ТРАЖЕКТОРИЯТА НА СИСТЕМАТА Най -вероятните състояния на системата - АТРАКТОРИ Предпочитанията на някои състояния пред други е явлението ред, т.е. намаляване на ентропията. Самоорганизация в неравновесни системи Има гледна точка, че животът може да се разглежда като резултат от специфичен подбор по пътя на дългата еволюция, през който са се самоорганизирали системите. Свойства на живите системи 1) Приблизително същия химичен състав 2) Обмен на материя и енергия 3) Самовъзпроизвеждане 4) Способност за растеж и развитие 5) Раздразнителност 6) Дискретност Нива на организация на живата материя Елементарни частици атоми молекули мономери биополимери Нива на организацията на живата материя Клетъчни тъкани Органи и системни органи Нива на организация на живата материя организъм популация Нива на организация на живата материя Екосистема, биогеоценоза Биосфера Химически състав на живите организми Общо са открити 80 елемента, но само 30 от тях са Известно е, че имат функции Макроелементи, чието съдържание в живите организми е повече от 0,001% спрямо сухото тегло. Съставляват 99%от сухата маса на клетката От тях биогенните макроелементи представляват 98%: кислород (65-75%), въглерод (15-18%), азот (1.5-3%) и водород (8-10 %) OKCSH Cl N Ca Mg Na P Fe Микроелементи Съдържание в организма 0.001-0.000001% Може да бъде част от хормони, ензими и други важни компоненти на клетката Zn Cu IFB Co Mo V Br Cr Mn Se Si Ge Ni Co Ковалентен връзка въглерод-кобалт е единственият пример в природата ковалентна връзка метал-въглерод. Ултрамикроелементи Концентрация по -малко от 0,000001% Физиологична роля не е установена Au Hg U Be Cs Ra и др. Състав химични съединенияживи клетки Неорганични вещества Вода от 50 до 90% Соли и други неорганични вещества. вещества 1-1,5% Нискомолекулни органични вещества липиди 1,5% други 0,1% Високомолекулни органични вещества Протеини 10-20% Въглехидрати 0,2-20% Нуклеинови киселини 1-2% Ролята на водата Универсален разтворител Водородни връзки Висока топлинна мощност Участник в много реакции Транспортиране на вещества в организма Осмоза Значението на осмозата в биологичните процеси Клетъчната мембрана е полупропусклива! => Протеините остават вътре в клетката. Осмозата участва в транспортирането на хранителни вещества във високите стволове на дървета. Растения - осмозата увеличава обема на вакуолата и тя разширява клетъчните стени (тургорно налягане). Йони в клетката Най-важните аниони: Най-важните катиони: Cl-, HCO3-, H2PO4K +, Na +, Ca2 +, Mg2 +Буферни свойства Неразтворими соли в костната тъкан и черупките Клетъчна органична материя Протеини 10-20% Въглехидрати 0,2 -2% Нуклеинови киселини 1-2% Липиди 1-5% Липиди са голяма група вещества от биологичен произход, лесно разтворими в органични разтворители: метанол, ацетон, хлороформ, бензен и др. Неутрални мазнини: естери на глицерол и карбоксилни киселини стеаринова палмитинова олеинова карбоксилна киселина Есенциалните мастни киселини не се синтезират в организма и трябва да се доставят с храната. От Kohlman, Rem "Visual Biochemistry" Фосфолипиди от Kohlman, Rem "Visual Biochemistry" Изопреноиди Всички липиди са получени от един предшественик - ацетил коензим А [ацетил -CoA (acetylCoA)], който е активирана форма на оцетна киселина От Kohlman, Rem "Визуална биохимия" Витамин А Витамин А - ретинол Провитамин А - β каротин Родопсин (протеин с хромофорна група) 1) Абсорбция на квант от светлина 2) хромофорна група (11 -цис -ретинал) преминава в транс форма 3) разлагане на родопсин 4) възбуждане на зрителния нерв СТЕРОИДИ От Kohlman, Rem "Visual Biochemistry" Стероиди Мембранната структура, жлъчните киселини, хормоните, витамините простагландини Е1 Е2 Липидните медиатори се намират във всички органи и тъкани на животните. Аспиринът е инхибитор на синтеза на простагландини. Липидни функции 1) Структурни 2) Енергични 3) Резервни 4) Изолиращи 5) Регулаторни 6) Рецепторни БИОПОЛИМЕРИ Хомополимери-един вид мономерни Хетерополимери-повече от един вид мономери Редовни нередовни –A-B-A-B-A-B-A-C -V-A-G-A- Литература

Препис

1 Федерална агенцияпо образование Москва държавна академияфина химическа технология им. Отдел М.В. Ломоносов органична химияБорисова Е.Я., Колобова Т.П., Борисова Н.Ю. ХИМИЧНИ ОСНОВИ НА ЖИВОТА (част 1) Учебно ръководство

2 LBC UDC Борисова Е.Я., Колобова Т.П., Борисова Н.Ю. Химически основи на живота Учебник M. MITHT im. М. В. Ломоносов, 2007 г. Одобрен от библиотечно -издателската комисия на М.В. М. В. Ломоносов като учебник. Поз. 129/2007 Настоящ уроке допълнение към съществуващите учебници по химическите основи на живота и биохимията. Той отразява лекционния курс, прочетен за студенти от 4 -та година по дисциплините „Основи на биохимията“ и „Химически основи на живота“. Той отразява текущото състояние на развитието на биохимията и взема предвид задачите по преподаването му за подготовка на бакалавърска степен. Основите на биохимията са задължителна дисциплинав областите бакалавърска степен „Химически технологии и биотехнологии“ и бакалавърска степен „Химия“ и важна връзка в системата на основните дисциплини от химически профил, осигуряваща професионално обучение на бъдещ специалист. Основната цел на ръководството е формиране на системни познания за структурата, химичните свойства и метаболизма на протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди и биологично активни съединения. Рецензент: доц. Д -р. Харитонова О.В. СВЪРЖЕТЕ ги. М. В. Ломоносов,

3 СЪДЪРЖАНИЕ страница 1. Въведение. Молекулярна логика на живата материя Отличителни чертижива материя Метаболизъм. Метаболизъм. Катаболни и анаболни пътища на метаболизъм Класификация на живите организми Източници на енергия и нейната трансформация в жива клетка Клетъчни типове клетки Основните елементи на клетката и тяхната роля в живота на организмите Клетъчен растеж и делене Протеини Аминокиселини Класификация на а-аминокиселини Физически свойства-аминокиселини Синтез на -аминокиселини Разделяне на рацемични -аминокиселини Химични свойства на -аминокиселини Пептиди, протеини Синтез на пептиди Пространствена структура на полипептиди и протеини Структура на пептидната група Първична структура и аминокиселинна последователност Вторична структура на протеин Третична структура на протеин Четвъртична структура на протеин Класификация на протеините Физико -химични свойствапротеини 77 3

4 1. МОЛЕКУЛАРНА ЛОГИКА НА ЖИВАТА МАТЕРИЯ 1.1. Отличителни черти на живата материя Под понятието „живот“ повечето учени имат предвид процеса на съществуване сложни системисъстоящ се от големи органични молекули, способни да се самовъзпроизвеждат и да поддържат съществуването си в резултат на обмен на енергия и материя с околната среда. Всички живи организми са изградени от молекули. Ако тези молекули се изолират и изследват в изолирано състояние, тогава се оказва, че те се подчиняват на всички физични и химични закони, които определят поведението на неживата материя. Независимо от това, живите организми имат необичайни свойства, които липсват в натрупванията на неодушевена материя: 1. Неживата среда (почва, вода, скали) обикновено е неподредена смес от сравнително прости химични съединения, характеризиращи се с много слаба структурна организация. За живите организми сложността на структурата и високото ниво на организация. 2. Всеки съставна частживият организъм има специално предназначение и изпълнява строго определена функция. Това важи не само за вътреклетъчните структури (например ядрото или клетъчната мембрана), но и за отделните химични компоненти на клетката, липидите, протеините и нуклеиновите киселини. Следователно, в случая на живи организми, въпросът за функцията на всяка молекула е доста уместен. В същото време подобен въпрос по отношение на молекулите, които образуват неодушевени вещества, би бил неуместен и просто безсмислен. 3. Важна характеристика на живите организми е способността им да се извличат от заобикаляща средаи за трансформиране на енергията, която се изразходва за изграждане и поддържане на сложна структурна организация, характерна за живота, като се използват прости суровини като суровини. Неживата материя няма подобна способност да използва външна енергия за поддържане на собствената си структура. Напротив, когато една неодушевена система поглъща външна енергия, например светлина или топлина, тя обикновено преминава в състояние, характеризиращо се с по -малка степен на ред. 4. Най -яркото свойство на живите организми е способността им да се възпроизвеждат точно, т.е. за производство за 4

5 поколения форми, сходни по тегло, размер и вътрешна структура. По своя химичен състав живите организми са много различни от средата, в която живеят. В живите организми, които съставляват биомасата на Земята, повече от 60 химични елементи... Сред тях условно се разграничава група елементи, които се намират в състава на всеки организъм, независимо от вида и степента на организация на последния. Те включват C, N, H, S, P, Na, K, Ca, Mg, Zn, Fe, Mn, Cu, Co, Mo, B, V, I и Cl. Първите шест елемента, наречени органогени, играят изключителна роля в биосистемите, тъй като от тях се изграждат най -важните съединения, които съставляват основата на протеините на живата материя, нуклеиновите киселини, въглехидратите, липидите и т.н. масова частот тези елементи в човешкото тяло е 97,3%. От тях: C 21.0; Н 9,7; Около 62,4; N 3.1; P 0,95 и S 0,16%. В неживата материя тези елементи се срещат много по -рядко. В атмосферата и в земна корате се срещат само под формата на прости, стабилни и бедни на енергия органични съединения, като например въглероден диоксид, молекулен азот, карбонати и нитрати. Следващите десет елемента се наричат ​​"метали на живота" и са много важни за поддържане на структурата и функционалната активност на биополимерите. Техният дял в организма е 2,4%. Всички "метали на живота" в живите организми са под формата на свободни катиони или представляват комплексни йони, свързани с биолиганди. Само натрий и калий се намират под формата на свободни катиони, калциеви и магнезиеви катиони се намират както в свободни, така и в свързани състояния (под формата на комплекси или неразтворими във вода съединения). Катионите на други "метали на живота" са включени главно в биокомплексите на тялото, чиято стабилност варира в широки граници. Останалите елементи, открити в биомасата, се срещат в живата природа не толкова систематично, но биологично значениев много случаи те все още не са изяснени. Органогените играят важна роля в явленията на живота поради комплекс от специални качества. Органогените се характеризират с изключително разнообразие от образувани от тях химични връзки, което обуславя разнообразието от биомолекули в живите организми. В резултат на това въглеродът например превъзхожда силиция по отношение на броя и разнообразието от възможни съединения с уникални свойства. Второто качество е, че атомите на споменатите елементи, различаващи се с малкия си размер, образуват относително плътни молекули с минимални междуатомни разстояния. Такива молекули са по -устойчиви на действието на определени химикали 5

6 агента. И накрая, третото качество е присъщо главно на P и S и само в малка степен на N и се свежда до появата на специфични съединения на базата на тези елементи, по време на разделянето на които се увеличава количеството енергия освободени, използвани за жизненоважни процеси. И накрая, органогените образуват главно водоразтворими съединения, което допринася за тяхната концентрация в живите организми, съдържащи повече от 60% вода. Според количественото си съдържание в живата материя, елементите са разделени в три категории: макроелементи, чиято концентрация надвишава 0,001% (, C, H, Ca, N, P, S, Mg, Na, Cl, Fe), микроелементи , чийто дял варира от 0,001 до 0,% (Mn, Zn, Cu, B, Mo, Co и много други) и ултрамикроелементи, чието съдържание не надвишава 0,% (Hg, Au, U, Ra, и др.). От макроелементите най -голямото количество в биомасата съдържа O, C, N и Ca. От тях само О и Са са широко представени в земната кора. Много елементи, съдържащи се в литосферата в значителни количества (Si, Al, Fe и др.), Се срещат в органичния свят в относително ниски концентрации. Основната функция на макроелементите е да изграждат тъкани и да поддържат осмотична, водно-електролитна, киселинно-алкална, редокс и металолигандна хомеостаза, тоест поддържане на нормална константа вътрешно състояниеорганизъм. Микроелементите са част от ензими, хормони, витамини и други биологично активни съединения, главно като комплексообразуващи агенти или активатори на метаболизма. Микроелементите са неравномерно разпределени между тъканите и органите. Повечето от микроелементите в максимални концентрации се намират в чернодробната тъкан, поради което черният дроб се счита за депо за микроелементи. Някои микроелементи показват особен афинитет към определени тъкани. Например, повишено съдържание на йод се наблюдава в щитовидната жлеза, флуорид в емайла на зъбите, цинк в панкреаса, молибден в бъбреците, барий в ретината, стронций в костите и манган, бром, хром в хипофизната жлеза. Количественото съдържание на микроелементи в човешкото тяло е обект на значителни колебания и зависи от редица условия: възраст, пол, време на годината и деня, условия на труд и др. Промените в разпределението на микроелементите между тъканите на тялото могат да служат като диагностичен тест и прогноза за определено заболяване, а също така могат да се използват и при съдебномедицинска експертиза. При нормалното протичане на физиологичните процеси в организма се поддържа определено ниво на тъканно насищане с микроелементи, т.е. хомеостаза на микроелементи. Запазване 6

7 оптимални нива на микроелементи в организма участват в хормоните. Съдържанието на микроелементи под или над това ниво води до сериозни последици за човешкото здраве. Проследяват се определени връзки между елементарния състав на живите организми и околната среда, което показва единството на живите и неживата природа... Например тези елементи, които лесно образуват водоразтворими и газообразни съединения, съставляват по-голямата част от биосферата (C, N, P, S), въпреки че съдържанието им в земната кора е относително ниско. Елементи, които не дават водоразтворими съединения, са широко разпространени в неорганична природа, а в организмите се намират в незначителни количества (Si, Fe, Al). Между тях е установена определена връзка биологична роляелементи и тяхното място в периодичната система на Менделеев: количественото съдържание на химичните елементи в тялото е обратно пропорционално на техните серийни номера. Органичният свят е изграден предимно от леки елементи. В по -голямата част от случаите, при прехода от леки към тежки елементи в рамките на една и съща подгрупа, токсичността на елементите се увеличава и успоредно с това тяхното съдържание в живите организми (Zn, Cd, Hg) намалява. Елементи на някои подгрупи се обменят помежду си в биологични обекти (Ca, Sr, Ba). По този начин решаващото значение при използването на определени химични елементи от организмите се свързва с тяхната наличност за организмите в околната среда, както и със способността на организмите да ги абсорбират и концентрират избирателно. По отношение на химията естествен подборелементи се свежда до подбора на такива елементи, които са способни да образуват, от една страна, достатъчно здрави, а от друга страна, лабилни химически връзки. Както бе споменато по-горе, множество макро- и микроелементи, които образуват жива материя, присъстват във втората под формата на различни химични съединения. Повечето от химичните компоненти на живите организми са органични съединения, в които въглеродът и азотът са в хидрогенирана форма. Всички органични биомолекули в крайна сметка произхождат от много прости прекурсори с ниско молекулно тегло, получени от външната среда, а именно от CO 2, вода и атмосферен азот. Тези прекурсори последователно се превръщат чрез поредица от междинни продукти в биомолекули с увеличаване на молекулното тегло, които играят ролята на градивни елементи, т.е. в органични съединения със средно молекулно тегло. 7

8 Впоследствие тези градивни елементи се свързват помежду си чрез ковалентни връзки, образувайки макромолекули със сравнително високо молекулно тегло. Например, аминокиселините са градивните елементи, от които се произвеждат протеините; мононуклеотидите служат като градивни елементи на нуклеиновите киселини, монозахаридите са градивните елементи на полизахаридите, а мастните киселини са градивните елементи на повечето липиди. Малцина прости молекули, които играят ролята на градивни елементи на макромолекулите, имат друга забележителна характеристика. Всички те обикновено изпълняват няколко функции в клетките. По този начин аминокиселините служат не само като градивни елементи на протеиновите молекули, но и като предшественици на хормони, алкалоиди, порфини, пигменти и много други биомолекули, а мононуклеотидите се използват не само като градивни елементи на нуклеинови киселини, но и като коензими и енергия съхраняващи вещества. Следователно изглежда доста вероятно биомолекулите, които играят ролята на градивни елементи, да бъдат избрани в процеса на еволюция поради способността им да изпълняват не една, а няколко функции. Живите организми в нормалното си състояние не съдържат нефункциониращи съединения, въпреки че има биомолекули, чиито функции все още са неизвестни. На следващото, по -високо ниво на организация, макромолекулите, принадлежащи към различни групи, се комбинират помежду си, образувайки надмолекулни комплекси. Например, липопротеините са комплекси от липиди и протеини, или рибозомите са комплекси от нуклеинови киселини и протеини. В супрамолекулярните комплекси съставните им макромолекули не се свързват помежду си, използвайки ковалентни връзки; те се "държат заедно" от слаби, нековалентни йонни сили, водородни връзки, хидрофобни взаимодействия и сили на ван дер Ваалс. Нековалентното свързване на макромолекули в супрамолекулярни комплекси обаче е много специфично и като правило много стабилно поради внимателно геометрично "прилягане" или допълване. отделни частикомплекс. На най -високото нивоОрганизации в йерархията на клетъчната структура, различни супрамолекулни комплекси се комбинират в органели (ядра, митохондрии, хлоропласти) или в други тела и включвания (лизозоми, микротела и вакуоли). Установено е, че различните компоненти на всички тези структури също се комбинират главно чрез нековалентни взаимодействия. От всички макромолекули в живите организми протеините са по -често срещани и това важи за всички видове клетки. Оказа се, че и четирите основни типа биологични макромолекули се намират в различни 8

9 клетки в приблизително еднакви пропорции, с изключение на "неодушевените" части на живите организми, външния скелет, минералните компоненти на костта, извънклетъчните образувания (коса, пера), както и инертни съхраняващи вещества, като нишесте и мазнини. Функциите на четирите основни класа биомакромолекули във всички клетки също се оказаха идентични. По този начин универсалната функция на нуклеиновите киселини е да съхранява и предава генетична информация. Протеините са директни продукти, както и „оръдия на действие“ на гените, които съдържат генетична информация. Повечето протеини са надарени със специфична каталитична активност и функционират като ензими; останалите протеини служат като структурни елементи. Полизахаридите имат две основни функции. Някои от тях (като нишесте) служат като форма, в която се съхранява "горивото", необходимо за живота на клетката, докато други (като целулоза) образуват извънклетъчни структурни компоненти. Що се отнася до липидите, те служат, първо, основните структурни компоненти на мембраните и, второ, резервна форма на богато на енергия "гориво". От всичко казано става ясно, че при цялата сложност на молекулярната организация на клетката, тя се характеризира с първоначална простота, тъй като хиляди различни макромолекули са изградени от няколко вида прости молекули на градивните елементи. Очевидно е, че постоянството на всеки тип организми се запазва поради наличието само на собствен набор от нуклеинови киселини и протеини. Под функционалното разнообразие на молекулите, които са градивни елементи, се крие принципът на молекулярната икономия. Вероятно живите клетки съдържат най -малкия брой видове от най -простата от всички възможни молекули, достатъчни да осигурят характерната им форма на съществуване при определени условия на околната среда, т.е. видова специфичност. Основните видове съединения, които съставляват живите организми, са: протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди (мазнини и подобни на мазнини вещества), вода, минерални соли. В допълнение към тях, в състава на организми, въглеводороди, алкохоли, карбоксилни киселини, кето киселини, аминокиселини, амини, алдехиди, кетони и други съединения. При някои видове животни, растения и микроорганизми такива вещества се натрупват в значителни количества и могат да служат като систематичен знак. Етерични масла, алкалоиди, танини са открити само в растенията. За регулиране на метаболизма във всички живи организми, хормони, ензими, витамини, антибиотици присъстват в малки количества. Много от споменатите 9

10 съединения имат мощни физиологични ефекти и действат като ускорители или забавители на жизнените процеси. Понякога те се комбинират под името на биологично активни съединения, въпреки че по химичен състав са много разнообразни. Сред съединенията, които изграждат организмите, е обичайно да се изолират пластмасови и енергийни вещества. Пластмасовите вещества служат строителен материалпо време на образуването на вътреклетъчни структури, клетки и тъкани. Това са предимно протеини, нуклеинови киселини, някои видове липиди и въглехидрати с високо молекулно тегло. Енергийните вещества играят ролята на доставчици на енергия за жизнените процеси. Те включват ниско молекулно тегло (въглехидрати) и някои въглехидрати с високо молекулно тегло (гликоген, нишесте) и някои групи липиди (главно мазнини) МЕТАБОЛИЗЪМ. МЕТАБОЛИЗЪМ. Катаболни и анаболни метаболитни пътища Метаболизмът е сложен ансамбъл от множество, тясно свързани биохимични процеси (окисляване, редукция, разцепване, молекулна комбинация, междумолекулен трансфер на групи и др.), Обединяващи представители на всички класове биологично активни природни съединения в една система. Метаболизмът е силно интегриран и целенасочен процес, включващ различни мулти-ензимни системи. Протеините играят водеща роля в тези трансформации. Поради каталитичната функция на ензимните протеини се извършват процесите на разлагане и биосинтез. С помощта на нуклеинови киселини се създава видова специфичност в биосинтеза на най -важните биополимери. В резултат на метаболизма на въглехидратите и липидите, резервите на АТФ (аденозин трифосфат) (фиг. 1.1), универсален енергиен донор за химични трансформации, непрекъснато се обновяват. Веществата, образувани в клетките, тъканите и органите на растенията и животните по време на метаболизма, се наричат ​​метаболити. Метаболитите са естествени вещества в организма. Вещества от естествен и синтетичен произход, близки по структура до метаболитите и влизащи в конкуренция с тях в биохимичните процеси се наричат ​​антиметаболити. десет

11 H 2 N N N N N CH 2 -P -P -P -H H H H H H H Фиг. 1.1. Аденозин трифосфорната киселина (АТФ) Метаболизмът има четири специфични функции: а) извличане на енергия от околната среда (под формата на химическа енергия органична материяили под формата на енергия слънчева светлина); б) превръщането на екзогенни вещества в "градивни елементи", т.е. прекурсори на макромолекулни компоненти на клетката; в) сглобяването на протеини, нуклеинови киселини, мазнини и други клетъчни компоненти от тези градивни елементи; г) унищожаване на тези биомолекули, които са "отработили" и вече не са необходими за изпълнението на различни специфични функции на дадена клетка. Взаимовръзката и взаимозависимостта на биохимичните трансформации, възможността за преходи от един клас органични съединения към друг са характерни черти на метаболизма. Общият ход на биохимичните процеси в организма, регулиран от вътрешни и външни фактори, представлява едно неразривно цяло, а тялото е саморегулираща се система, която поддържа съществуването си чрез метаболизма. Метаболизмът (метаболизмът) на живата клетка се състои главно от два потока реакции: катаболна и анаболна. Последователността на метаболитните реакции е сходна при всички живи форми. Катаболните пътища (катаболизъм) са процеси на деградация, дисимилация. Това е ензимното разграждане на относително големи хранителни молекули (въглехидрати, мазнини и протеини), което се осъществява главно чрез окислителни реакции. По време на окисляването големите молекули се разграждат на по -малки молекули. В този случай се освобождава свободна енергия, която се съхранява под формата на енергията на фосфатни връзки на аденозин трифосфат (АТФ). Съхранената енергия може да се използва в жизнените процеси. Катаболизмът на повечето хранителни вещества има три основни етапа. На първия етап компонентите с високо молекулно тегло се разбиват на съставните им градивни елементи. Протеините например се разграждат до аминокиселини, полизахариди до хексози или пентози, липиди до мастни киселини, глицин и други компоненти. единадесет

12 На втория етап (началния етап на междинен обмен) голям брой продукти, образувани на първия етап, се превръщат в по -прости молекули, чийто брой видове е относително малък. И така, хексозите, пентозите и глицеролът, когато се разрушат, първо се превръщат в глицералдехид-3-фосфат, а след това допълнително се разделят на ацетилната група, която е част от коензима ацетил-коензим А (ацетил-коа) на не-протеина компонент на комплексния ензим, отговорен за катализата. NH 2 CH 3 -CS- (CH 2 CH 2 NH-C) 2 -CH-C-CH 2-(-P) 2-CH 2 H CH 3 CH 3 Ацетил коензим A HHHPHNNHHHH Двадесет различни аминокиселини също дават разцепване само на няколко крайни продукта, а именно ацетил -коа, -кетоглутарова, янтарна, фумарова и оксалооцетна киселини. В третия етап (последната фаза на междинния обмен), продуктите, образувани във втория етап, се окисляват до въглероден диоксид и вода. Анаболните пътища (анаболизъм) са процеси на синтез, асимилация. Това е ензимният синтез на относително големи клетъчни компоненти (например полизахариди, нуклеинови киселини, протеини или мазнини) от прости прекурсори. Поради факта, че анаболните процеси водят до увеличаване на размера на молекулите и до усложняване на тяхната структура, тези процеси са свързани с намаляване на ентропията и потреблението на свободна енергия, която се доставя под формата на енергията на АТФ фосфатни връзки. Анаболизмът също се състои от три етапа, а съединенията, образувани в третия етап на катаболизма, са изходните вещества в процеса на анаболизъм. Тоест, третият етап на катаболизма е едновременно първият, начален, етап на анаболизма. Синтезът на протеини например започва на този етап с а-кето киселини, които са предшественици на а-аминокиселини. На втория етап от анаболизма, кетокиселините се аминират с други аминокиселини до аминокиселините, необходими понастоящем за организма, а на третия, N N 12

В последните 13 аминокиселинни етапи се комбинират и образуват пептидни вериги, състоящи се от голям брой различни аминокиселини. Пътищата на катаболизъм и анаболизъм обикновено не съвпадат. Известно е например, че 12 ензима участват в разцепването на гликогена до млечна киселина, всеки от които катализира отделен етап от този процес. Съответният анаболен процес, т.е. синтезът на гликоген от млечна киселина използва само 9 етапа на ензимен синтез, представляващи обръщане на съответните етапи на катаболизъм; 3 -те липсващи стъпки са заменени от напълно различни ензимни реакции, които се използват само за биосинтеза. Въпреки факта, че катаболните и анаболните пътища не са идентични, те са свързани чрез общ трети етап - така наречените централни или амфиболични пътища (от гръцкото "амфи" и двете). И катаболизмът, и анаболизмът се състоят от две едновременно протичащи и взаимосвързани процеси, всеки от които може да се разглежда отделно. Една от тях е последователността на ензимните реакции, водещи до разрушаване или синтез на ковалентния гръбнак на дадена биомолекула, съответно. В този случай се образуват метаболити. Цялата верига от трансформации се комбинира под името междинен метаболизъм. Вторият процес е трансформация на енергия, съпътстваща всяка от ензимните реакции на междинния метаболизъм. На някои етапи от катаболизма химическата енергия на метаболитите се съхранява (обикновено под формата на енергия от фосфатни връзки), а на определени етапи от анаболизма се изразходва. Тази страна на метаболизма се нарича енергийна конюгация. Междинният метаболизъм и енергийното свързване са взаимосвързани и взаимозависими понятия. Връзката между анаболизма и катаболизма се осъществява на три нива: 1. на ниво енергийни източници (продуктите на катаболизма могат да бъдат началните субстрати на анаболните реакции); 2.вкл енергийно ниво(по време на катаболизма се образуват АТФ и други високоенергийни съединения; анаболните процеси ги консумират); 3. на ниво редукционни еквиваленти (окислителен катаболизъм, редукционни анаболни реакции) Специфично за метаболизма на живия организъм е координацията на реакциите във времето и пространството, която е насочена към постигане на една цел за самообновяване, самосъхранение на жива система (организъм, клетка). Някои биохимични процеси са локализирани в определени области на клетката. Многобройни мембрани разделят клетката на 13 секции

14 отделения. В клетката едновременно, без да се намесват помежду си, поради пространствено разделяне (компартментализация), различни био химична реакция, често с обратен характер. Например, окисляването на мастни киселини до ацетат се катализира от набор от ензими, локализирани в митохондриите, докато синтезът на мастни киселини от ацетат се извършва с помощта на различен набор от ензими, локализирани в цитоплазмата. Поради различната локализация, съответните катаболни и анаболни процеси могат да възникнат в клетката едновременно и независимо един от друг. Това е пространствената координация на биохимичните реакции. Координирането на времето е важно. Отделните биохимични процеси протичат в строго определена времева последователност, образувайки дълги вериги от взаимосвързани реакции. Гликолизата на въглехидратите протича на 11 етапа, стриктно следвайки един след друг. В същото време предишният етап създава условия за изпълнението на следващия. В допълнение, живият организъм е саморегулираща се отворена стационарна система. Отворена система, защото тялото постоянно и непрекъснато обменя хранителни вещества и енергия с външната среда. В този случай скоростта на пренос на вещества и енергия от околната среда към системата точно съответства на скоростта на пренос на вещества и енергия от системата, тоест това е стационарна система. Следователно, хомеостазата, характерна за живия организъм, е постоянството на състава на вътрешната среда на организма, стабилността и стабилността на биохимичните параметри. Например, рН на кръвта =, съдържание на глюкоза около 5 mm L (90 mg / 100 ml). Ако условията на околната среда се променят, тогава скоростта на отделните реакции в тялото се променя и съответно се променят стационарните концентрации на веществата. Тогава влизат в действие чувствителните механизми на живата клетка, които откриват промени в концентрациите и ги компенсират, връщат се към нормалното. Появява се саморегулация. По този начин постоянството на биохимичните параметри на живия организъм не е статично, пасивно, а динамично КЛАСИФИКАЦИЯ НА ЖИВИТЕ ОРГАНИЗМИ Клетките на всички организми, живеещи на Земята, в зависимост от източниците на въглерод, използвани за живот, се разделят на две основни групи : автотрофни ("самохранващи") и хетеротрофни ("ядене за сметка на другите") организми. Клетките на автотрофните организми могат да използват CO 2 като единствен източник на въглерод, от който са в състояние да изградят всичките си 14

15 компоненти, съдържащи въглерод. Клетките на хетеротрофни организми не са в състояние да усвоят CO 2 и трябва да получат въглерод под формата на достатъчно сложни редуцирани органични съединения, като глюкоза. Автотрофите са способни на независимо съществуване, докато хетеротрофите, с тяхната нужда от определени форми на въглеродни съединения, трябва да използват отпадъчните продукти на други организми. Всички фотосинтезиращи организми и някои бактерии са автотрофни; висшите животни и повечето микроорганизми са хетеротрофи. Втората характеристика, въз основа на която се класифицират организмите, е тяхната връзка с енергийните източници. Организми, чиито клетки използват светлината като източник на енергия, се наричат ​​фототрофни, а организмите, чиито клетки получават енергия в резултат на редокс реакции, се наричат ​​хемотрофни. И двете категории от своя страна са разделени на групи в зависимост от естеството на донорите на електрони, които използват за генериране на енергия. Хемотрофи, в които само сложни могат да служат като донори на електрони органични молекули(например глюкоза) се наричат ​​хемоорганотрофни. Организми, способни да използват молекулен водород, сяра или други прости неорганични съединения, като сероводород и амоняк, принадлежат към хемолитотрофи (от гръцкото "lithos" - камък). По -голямата част от организмите са или фотолитотрофи, или хемоорганотрофи. Другите две групи обхващат относително малко видове. Тези няколко вида обаче са доста разпространени в природата. Някои от тях играят изключително важна роля в биосферата. Такива, по -специално, са почвените микроорганизми, които фиксират молекулния азот и окисляват амоняка до нитрати. Хемоорганотрофите, по -често наричани хетеротрофи, на свой ред се подразделят на два големи класа: аероби и анаероби. Докато аеробите използват молекулен кислород като краен акцептор на електрони, анаеробите използват друго вещество. Много клетки могат да съществуват както в аеробни, така и в анаеробни условия, т.е. може да използва кислород или органични вещества като електронен акцептор. Тези клетки се наричат ​​факултативни анаероби. Повечето хетеротрофни клетки, особено клетките на висшите организми, са факултативни анаероби; когато има кислород, те го използват. Всички живи организми в природата са някак свързани помежду си в смисъл на хранене. Разглеждайки биосферата като цяло, може да се отбележи, че 15

16 фотосинтетични и хетеротрофни клетки се хранят взаимно. Първите образуват органични вещества, като глюкоза, от атмосферния въглероден диоксид и по този начин отделят кислород; последните използват кислород и глюкоза, произведени от фотосинтетични клетки и връщат CO2 в атмосферата. Въглеродният цикъл в биосферата е свързан с енергийния цикъл. Слънчева енергиятрансформиран в процеса на фотосинтеза в химическа енергия на глюкоза и други продукти на фоторедукцията, се използва от хетеротрофи за задоволяване на техните енергийни нужди. По този начин слънчевата светлина в крайна сметка е източник на енергия за всички клетки, както автотрофни, така и хетеротрофни. Взаимната зависимост на всички живи организми в природата по отношение на храненето се нарича синтрофия.ИЗТОЧНИЦИ НА ЕНЕРГИЯТА И ТРАНСФОРМАЦИЯТА В ЖИВА КЛЕТА Биохимичните реакции обикновено протичат при изобарни изотермични условия. При тези условия енергийното състояние на системата се характеризира с енталпия, а мярката за разстройството в системата е продукт на ентропията и температурата на тази система. Функцията, която отчита както тези характеристики, така и тенденциите на тяхното изменение по време на спонтанни процеси, е енергията на Гибс G, която се нарича още изобарно -изотермичен потенциал или свободна енергия: G = H - TS Подобно на други термодинамични параметри и функции, характеризиращи състоянието на системата, промяната в енергията на Гибс в Намаляването на енергията на Гибс (G p 0) се наричат ​​екзергонични реакции, те могат да възникнат спонтанно и необратимо. Колкото по -голяма е стойността на енергията на Гибс на биохимичната система в началното състояние (Ginit) в сравнение с нейната стойност в крайното състояние (Gconf), толкова по -голям е химическият афинитет между реагентите в разглежданата система, т.е. техен реактивност... Биохимичните реакции, придружени с увеличаване на енергията на Гибс, се наричат ​​ендергонични (G p 0) и те са невъзможни без външно захранване с енергия. За да възникнат такива реакции, е необходимо постоянно подаване на енергия. 16

17 В живите системи ендергоничните реакции възникват поради тяхното конюгиране с ексергонични реакции. Такова конюгиране е възможно само ако и двете реакции имат някакво общо междинно съединение и на всички етапи от конюгираните реакции общият процес се характеризира с отрицателна енергия на Гибс (G cond.p 0). Хетеротрофните клетки получават необходимата енергия главно чрез окисляване на храната, а за автотрофните (прототрофни) клетки източникът на енергия често е слънчева светлина. Получената енергия се превръща от определени клетки с доста добра ефективност (40%) в химическа енергия поради синтеза на (АТФ) в тях. Това съединение, както бе отбелязано по -рано, изпълнява функцията на енергиен акумулатор, тъй като когато взаимодейства с вода, т.е. при хидролиза се образуват аденозин дифосфорна (ADP) и фосфорна (P) киселини и се отделя енергия. ATP + H 2 O ADP + F ATP + 2H 2 O AMP + F + F G G Следователно, АТФ се нарича високоенергийно съединение и P-O-P комуникациямакроергични. Както знаете, прекъсването на всяка връзка (включително макроергичната) винаги изисква разход на енергия. В случай на хидролиза на АТФ, в допълнение към процеса на разкъсване на връзката между фосфатни групи, за които G 0, протичат процесите на хидратация, изомеризация и неутрализация на продуктите, образувани по време на хидролиза. В резултат на всички тези процеси общата промяна в енергията на Гибс има отрицателна стойност. Следователно, високоенергийната връзка не е самото разкъсване на връзката, а енергийният резултат от нейната хидролиза. Следователно, аденозин трифосфатът функционира в клетките като междинен продукт, който осигурява на организма енергията, необходима за протичането на жизненоважни ендергонични процеси: синтеза на метаболити ( химическа работа), мускулни контракции ( механична работа), прехвърляне на вещество през мембрани срещу градиент на концентрация ( активен транспорт) и предаване на информация (по -специално за предаване на нервни импулси). Наред с АТФ, живите организми имат и други ефективни високоенергийни съединения, чиято хидролиза е придружена от отделянето на повече енергия. С помощта на тези съединения АТФ се синтезира от АДФ. P = P = -30,5 kJ / mol -61,0 kJ / mol 17

По този начин вътрешният източник на енергия в живите системи са фосфорилирани съединения, чието взаимодействие с биосубстрати, включително вода, освобождава енергия. В резултат на конюгирането на тези реакции с други (ендергономични), в клетката се осигуряват необходимите ендергонични процеси. 2. КЛЕТКА 2.1. ВИДОВЕ КЛЕТКИ Клетката е елементарна жива система, основа на структурата и живота на всички живи организми. В зависимост от типа клетка, живите организми се делят на два вида: прокариотни и еукариотни. Прокариотните организми включват бактерии и цианобактерии, всички други организми от едноклетъчни протозои до многоклетъчни растения и животни са еукариотни (Таблица 2.1.). Таблица Сравнение на прокариотни и еукариотни организми. Прокариоти еубактерии архебактерии Организми Еукариоти гъби растения животни Форма на организма едно- или едноклетъчни многоклетъчни органели, цитоскелет, апарат за клетъчно делене, сложна, специализирана ДНК отсъства малка, кръгла, голяма, в клетъчни ядра, без интрони, плазмиди много интрони РНК : синтез и узряване прост, сложен в цитоплазмата, в ядрата Протеини: синтезът и обработката са прости, сложни, свързани със синтеза на РНК в цитоплазмата и кухината rer Метаболизъм анаеробни или аеробни, главно аеробни лесно пренаредени 18

19 не Ендоцитозата и екзоцитозата са различни форми Клетките на тези два типа организми имат общи основни свойства: имат сходни основни метаболитни системи, системи за прехвърляне на генетична информация (репликация според принципа на матрицата), снабдяване с енергия и пр. Но има много разлики между тях. Първо, в прокариотни клетки молекулите на ДНК, които определят наследствените свойства на организмите, не са събрани под формата на клетъчно ядро, което е характерно за еукариотните клетки. Второ, в прокариотни клетки липсват много от специалните структури в клетките, така наречените клетъчни органели, характерни за еукариотните клетки. Еукариотните клетки са по -сложно организирани; те могат да се специализират в много широк диапазон и да бъдат част от многоклетъчни организми. По своята структура и основни биохимични свойства различните клетки на еукариотните организми са много сходни, което показва единството на техния произход в зората на появата на живия свят.ОСНОВНИ КЛЕТОВИ ЕЛЕМЕНТИ И ТЕХНАТА РОЛЯ В ЖИВОТА НА ОРГАНИЗМИТЕ Евкариотичните клетки са много по -разнообразни по размер и структура от прокариотните. Само в човешкото тяло има поне 200 различни типа клетки. Следователно диаграмата на жива клетка може да бъде дадена само в изключително опростена форма. Еукариотната клетка е организирана от мембранна система. Навън тя е ограничена от плазмена мембрана - тънък, с дебелина около 10 nm, протеин -липиден филм. Вътрешният обем на клетката е изпълнен с цитоплазма, съдържаща множество разтворими компоненти. Цитоплазмата е разделена на ясно различими участъци, заобиколени от вътреклетъчни мембрани, наречени клетъчни органели. Клетъчните органели са възникнали в хода на еволюцията, за да поддържат основните свойства на клетката за самовъзпроизвеждане, постоянен обмен на вещества и енергия с външната среда и нейната структурна изолация (клетката) от външната среда. Клетъчните органели осигуряват координиран и регулиран ход на основните реакционни процеси, необходими за постоянното проявяване на жизнените функции. За съществуването на жив организъм са важни следните клетъчни органели: ядрото, митохондриите, ендоплазменият ретикулум, рибозомите, лизозомите и микротелата (фиг. 2.1.). 19

20 апарат на Голджи 6% 1 ядро ​​6% 1 груб ендоплазмен ретикулум 9% 1 митохондрия 22% ~ 2000 пероксизома 1% 400 брой на клетка μm плазмена мембрана лизозома 1% 300 ендозома 1% 200 свободни рибозоми цитоплазма 54% 1 дял от обемните клетки Фиг Структурата на живата клетка. В средата на клетката ядрото е локализирано, заобиколено от двойна мембрана с пори. Вътре в ядрото има ядра. Външната мембрана на ядрото е част от ендоплазмения ретикулум, свързан с комплекса на Голджи. Рибозомите са разположени на повърхността на ендоплазмения ретикулум. Овални структури, заобиколени от двойна мембрана, чиято вътрешна част образува cristae - митохондрии. Лизозомите са заобиколени от един мембранен слой. Те съдържат хидролитични ензими, повечето от които са неактивни под формата на ензими. В едноклетъчните организми те са отговорни за храносмилането на вещества, които влизат в клетката. При висшите организми лизозомите участват в разграждането на клетки, които са престанали да изпълняват функциите си. Микрозомите (пероксизоми) са по -малки от лизозомите. Те съдържат оксидази, които катализират окисляването на съединения, които са чужди на клетката и затова трябва да бъдат отстранени от нея (например лекарства, ароматни съединенияи др.). Клетката е заобиколена от плазмена мембрана, която е изградена по такъв начин, че на определени места става възможно директно прехвърляне на съединения от извънклетъчното пространство към ядрото. Клетъчните мембрани не само отделят жив организъм (клетка) от околната среда, но участват в образуването на определени отделения на клетката (функционални единици). Те служат като структурен елемент на всички клетъчни 20

21 органели участват във функционирането на повечето от тях. Масата на мембраните може да достигне 80% от масата на клетката. Пространството между органелите, изпълнено с колоидна суспензия, богата на протеини (ензими), се нарича цитозол. Плазмената мембрана, която заобикаля съдържанието на клетката, цитоплазмата и ядрото от всички страни, има много важни свойства: ограничава свободното движение на вещества от клетката навън и обратно, избирателно преминава вещества и молекули, като по този начин поддържа постоянството на състава и свойствата на клетъчната цитоплазма. Мембраната съдържа важни ензими и системи за активен транспорт на Na + и K + йони. В допълнение, на плазмената мембрана са разположени специални протеинови комплекси (рецептори), които „разпознават“ веществата, подбират ги и с помощта на други протеини (носители) активно ги транспортират в клетката или навън. Плазмената мембрана се формира от протеини (периферни и интегрални), потопени в липидния двуслой. Интегралните протеини са с гликопротеинова природа, тоест те се състоят от въглехидратни и протеинови компоненти. Тяхната N-крайна част е част от вътрешния фосфолипиден слой, в който прониква част от пептидната верига, богата на неполярни аминокиселини (в спираловидна конформация), а страничните им вериги влизат в множество хидрофобни контакти с алифатни фосфолипидни вериги. Олигозахаридните вериги на интегралния протеин могат да бъдат свързани с пептидната верига на интегралния протеин на външната повърхност на плазмената мембрана. В края на олигозахаридната верига обикновено има N-ацетилнейраминова киселина, която определя нейния отрицателен заряд. Олигозахаридите придават на клетъчната повърхност специални свойства, които дават възможност да се разпознаят клетки от същия орган или клетки от различен тип (антигенност, контактно инхибиране). Олигозахаридите на клетъчната повърхност образуват слой, наречен гликокаликс. CH 3 CNH CH H H H H H CH CH 2 H N-ацетилнейраминова киселина 21

22 Структурите, локализирани върху клетъчната повърхност, предотвратяват близък контакт между клетките. Това води до факта, че между клетките има повече или по -малко тясно пространство, изпълнено с течност. Общото наименование за такива места в орган или организъм е междуклетъчното пространство. Сумата от всички обеми вътре в клетките се нарича вътреклетъчно пространство. Митохондрии. За да изпълняват клетките различни функции, те се нуждаят от енергия. Важен вътрешен източник на енергия е молекулата АТФ, която се образува главно в специален овал структури - митохондрии(от гръцките думи mitos thread и chondrion - зърно, зърно). Енергията, необходима за синтеза на АТФ, се появява в резултат на постепенното окисляване на съдържащите водород субстрати (захари, липиди, аминокиселини) в дихателната верига под действието на кислород. Електронните транспортни ензими са част от вътрешната митохондриална мембрана. Кислородът влиза в митохондриите чрез дифузия. Продуктът от митохондриалната активност (АТФ) се пренася чрез транслокационни процеси от мястото на образуването му в екстрамитохондриалното пространство, където се използва. За да се осигури бързото прехвърляне на АТФ, митохондриите се локализират в близост до структури, където процесите протичат с консумация на енергия (например в близост до елементите, участващи в процеса на свиване). Освен това в митохондриите протичат редица химични реакции, в резултат на които се синтезират нискомолекулните съединения, необходими за клетката. Митохондриите са ограничени от две мембрани. Външната мембрана регулира навлизането на вещества в митохондриите и тяхното отделяне от него. Вътрешната мембрана образува гънки (cristae), обърнати към вътрешността на митохондриите. Вътре в митохондрията е така нареченият матрикс, съдържащ различни ензими, калциеви и магнезиеви йони, ДНК и митохондриални рибозоми. Броят на митохондриите в клетката не е постоянен. Увеличаването на техния брой може да възникне поради растежа и фрагментацията на първоначалния митохондрий. Клетката използва протеини за образуване на митохондрии. Някои от тях се синтезират в самите митохондрии, докато други в цитоплазмата. Ядрото е най -важният компонент на еукариотната клетка, в която е концентрирана по -голямата част от генетичния материал. Ядрото е необходимо за растежа и възпроизводството на клетките. Тя е отделена от останалата част на клетката чрез мембрана, състояща се от вътрешна и външна ядрена мембрана. Ако основната част от цитоплазмата е експериментално отделена от ядрото, тогава тази цитоплазмена бучка (цитопласт) може да съществува без ядро ​​само за няколко дни. В същото време, 22

23 -то ядро, заобиколено от най -тесния ръб на цитоплазмата (кариопласт), напълно запазва своята жизнеспособност и постепенно възстановява нормалния обем на цитоплазмата. Някои обаче специални клеткинапример еритроцитите на бозайниците функционират дълго време без ядро. Той също е лишен от тромбоцити, тромбоцити, образувани като фрагменти от цитоплазмата на големи клетки от мегакариоцити. Сперматозоидите имат ядро, но то е напълно неактивно. В ядрото има два важни процеса. Първият от тях е синтезът на генетичен материал, по време на който количеството ДНК в ядрото се удвоява. Този процес е необходим, така че по време на последващото клетъчно делене (митоза) двете дъщерни клетки да имат същото количество генетичен материал. Вторият процес е транскрипция - производството на всички видове молекули на РНК, които, мигрирайки в цитоплазмата, осигуряват синтеза на протеини, необходими за живота на клетката. Най -различните ядра се състоят от същите компоненти, т.е. имат общ строителен план. В ядрото има: ядрената обвивка, хромозомите, ядрото и ядреният сок. Всеки ядрен компонент има своя собствена структура, състав и функция. Ядрената обвивка включва две мембрани, разположени на известно разстояние една от друга. Пространството между мембраните на ядрената обвивка се нарича перинуклеарно. В ядрената обвивка има пори. Но те не са от край до край, а са изпълнени със специални протеинови структури, които се наричат ​​комплекс от ядрени пори. Чрез порите молекулите на РНК напускат ядрото в цитоплазмата, а протеините се придвижват към тях в ядрото. Самите мембрани на ядрената обвивка осигуряват дифузия на съединения с ниско молекулно тегло в двете посоки. В ядрата на живите клетки ядрото е ясно видимо. Прилича на закръглена или неправилна формаи се откроява ясно на фона на доста еднородно ядро. Ядрото е образуване, което се среща в ядрото върху онези хромозоми, които участват в синтеза на рибозомна РНК. Областта на хромозомата, която образува ядрото, се нарича нуклеоларен организатор. В ядрото се случва не само синтез на РНК, но и сглобяване на рибозомни подчастици. Броят на ядрата и техните размери могат да варират. Хромозомите са структурни елементи на ядрото на еукариотната клетка, съдържащи ДНК, която съдържа наследствената информация на организма. Те са интензивно оцветени със специални багрила, така че немският учен У. Валдеер през 1888 г. ги нарича хромозоми (от гръцките думи croma color и soma body). Хромозомата също често се нарича 23

24 кръгова ДНК на бактерии, въпреки че нейната структура е различна от тази на еукариотните хромозоми. ДНК в хромозомите могат да бъдат опаковани с различна плътност, в зависимост от тяхната функционална активност и етапа на клетъчния цикъл. В тази връзка има две състояния на хромозоми, междуфазни и митотични. Митотичните хромозоми се образуват в клетка по време на митоза, тоест клетъчно делене. Това са нефункционални хромозоми и молекулите на ДНК в тях са опаковани изключително плътно. Поради тази компактност на митотичните хромозоми се осигурява равномерно разпределение на генетичния материал между дъщерните клетки по време на митозата. Хромозомите (хроматин) се наричат ​​интерфазни, които са характерни за междуфазния стадий на клетъчния цикъл, тоест в интервала между делението. За разлика от митотичните хромозоми, това са работещи хромозоми: те участват в процесите на транскрипция и репликация. ДНК в тях е по -малко плътно опакована, отколкото в митотичните хромозоми. Освен ДНК, хромозомите съдържат и протеини от два типа, хистони (с основни свойства) и нехистонови протеини (с киселинни свойства), както и РНК. Има само 5 вида хистони, има много повече нехистонови протеини (около сто). Протеините са плътно свързани с молекулите на ДНК и образуват така наречения дезоксирибонуклеопротеинов комплекс (DNP). Протеините вероятно определят основното сгъване на ДНК в хромозомата, участват в хромозомната репликация и регулирането на транскрипцията. Повечето клетки от всеки вид животни и растения имат собствен постоянен двоен (диплоиден) набор от хромозоми или кариотип, който се състои от два единични (хаплоидни) набора, получени от бащата и майката. Характеризира се със специфичен брой, размер и форма на митотични хромозоми. Броят на хромозомите в различните видове живи организми е различен. Рибозоми, полизоми. Това са най -малките вътреклетъчни частици, които осъществяват биосинтеза на протеини. В същото време основната му структура се възпроизвежда с абсолютна прецизност - всяка аминокиселина намира своето определено място в полипептидната верига. Всяка клетка съдържа десетки хиляди до милиони рибозоми. И така, броят на рибозомите в бактериална клетка достига 10 4, в животинска клетка е. Те се състоят от приблизително половината от рибонуклеинова киселина (РНК) и половината от протеин. В еукариотните клетки синтезата на рибозомната РНК и прикрепването на рибозомните протеини към тях се осъществяват в ядрото. След това готовите рибозоми напускат ядрото в цитоплазмата, където изпълняват своите функции. Рибозомите и полизомите имат сферична форма и са в цитоплазмата или в свободно състояние, или свързани с мембрани 24

1. Автотрофните организми включват 1) мукор 2) дрожди 3) пеницили 4) хлорела ТЕМА "Енергиен метаболизъм" 2. В процеса на пиноцитоза 1) течност 2) газове 3) твърди вещества 4) бучки

10 клас потапяне по биология 3 Тема: Обмен на енергия. 1. Най -голямо количество енергия се отделя при разграждането на молекулите 1) протеини 2) мазнини 3) въглехидрати 4) нуклеинови киселини 2. В аноксични

Урок по биология в 9 клас Тема на урока „Клетъчен метаболизъм“ Учител по биология MBOU „Средно училище 2“ от първа квалификационна категория Коликова Наталия Борисовна Цели на урока: да запознае учениците с понятието „метаболизъм“

Банка за работа. Потапяне 1 9 клас 1. Кое от разпоредбите на клетъчната теория въведе в науката Р. Вирхов? 1) всички организми се състоят от клетки 2) всяка клетка идва от друга клетка 3) всяка клетка е някаква

Банка за работа. Потапяне 1 10 клас 1. Кое от разпоредбите на клетъчната теория въведе в науката Р. Вирхов? 1) всички организми са съставени от клетки 2) всяка клетка идва от друга клетка 3) всяка клетка е

Лекция 1. Биохимия и нейната връзка с други науки Структурата на клетките на прокариоти и еукариоти Биохимия Биохимията (биологична химия) е наука, която изучава органичните вещества, които изграждат организмите, тяхната структура,

МЕТАБОЛИЗЪМ. ОБМЕН НА ПЛАСТМАСА И ЕНЕРГИЯ. Зонова Наталия Борисовна, учител по биология MBOU средно училище 38, най -високата категория КОД

СПЕЦИФИЧНИ МЕТОДИ НА ВЕЩЕСТВА В МИКРОРГАНИЗМИ Метаболизмът или метаболизмът, съвкупност от процеси на разпад и синтез, осигуряващи поддържането, растежа и възпроизводството на организма. Метаболизмът има две страни:

Клетка за обмен на енергия отворена система... Хомеостаза Клетката е отворена система, метаболизмът се осъществява само ако клетката получава всички необходими вещества от околната среда

Метаболизъм и преобразуване на енергия в клетката Вариант 1 Част 1 Отговорът на задачи 1-25 е една цифра, която съответства на номера на верния отговор 1. Набор от биосинтетични реакции, протичащи

Тема: "Структурата на еукариотните клетки." Изберете един верен отговор. А1. В клетките няма митохондрии 1) млечница 2) стафилокок 3) карась 4) мъх А2. При отстраняване на продуктите на биосинтеза от клетката 1) комплекс

1. Макроелементите включват: БЛОК 2 Клетката като биологична система. 1) кислород, въглерод, водород, азот 2) кислород, желязо, злато 3) въглерод, водород, бор 4) селен, азот, кислород 1) 2. Органоид,

ВЪВЕДЕНИЕ В ОБМЕНА НА ВЕЩЕСТВА И ЕНЕРГИЯ Жизнената дейност на организмите включва: а) метаболизъм и енергия; б) предаване на генетична информация; в) механизми на регулиране. Нарушаването на всяка връзка води до патология.

1. Нитрифициращите бактерии се класифицират като 1) хемотрофи 2) фототрофи 3) сапротрофи 4) хетеротрофи ТЕМА "Фотосинтез" 2. Енергията на слънчевата светлина се превръща в химическа енергия в клетките 1) фототрофи

ТЕМА "Пластмасов обмен" 1. Готовите органични вещества се хранят с 1) гъби 2) папрати 3) водорасли 4) мъхове 2. Организмите се хранят с готови органични вещества 1) автотрофи 2) хетеротрофи 3)

Тестза първото полугодие в 10 клас. Вариант 1. ЧАСТ 1 А1. Прокариотите включват 1) растения 2) животни 3) гъби 4) бактерии и цианобактерии А2. Принципът на допълняемост е в основата

Подготовка за изпита по биология Енергиен обмен Уолтър С.Ж. старши преподавател на катедра EGTO BOU DPO "IROOO" Процесът на енергиен обмен може да бъде разделен на три етапа: първият етап е

Подготвителен материал 10.2кл. Биология P3 Структурата на еукариотните клетки. "Задача 1 Ензими, които разграждат мазнини, протеини, въглехидрати се синтезират: върху лизозоми върху рибозоми в комплекс Голджи 4) във вакуоли

1 клетка, тя кръговат на живота(множествен избор) Отговорите на задачите са дума, фраза, номер или последователност от думи, числа. Запишете отговора си без интервали, запетайки или други екстри

Биохимия. Урок 2. Тема: Метаболитни пътища. Междинният метаболизъм често се разбира просто като съвкупността от ензимни реакции, протичащи в клетката. Такова определение изобщо не е така

Глава I. Основи на цитологията D / C: 6,7,8 Тема: „Химическият състав на клетката. Неорганични веществаклетки »Цели: 1. Да се ​​характеризира химическият състав на клетката: групите от елементи, които изграждат клетката;

Урок 3. Тема: КЛЕТОВА БИОЛОГИЯ. ПОТОК НА ВЕЩЕСТВА И ЕНЕРГИЯ В КЛЕТКАТА "" 200 г Цел на урока: да се изучат отличителните черти на про- и еукариотните клетки; изучават анаболните и катаболните системи на клетката;

Биологичен тест Клетъчна структура степен 9 1. Биологичната мембрана се формира от 1) липиди и протеини 2) протеини и въглехидрати 3) нуклеинови киселини и протеини 4) липиди и въглехидрати 2. Полувискозна вътрешна среда на клетката

Тема 1. Химически състав на клетката Задания на част А Изберете един отговор, който е най -правилен 1. Назовете органичните съединения, които се съдържат в клетката в най -голямо количество (в%

Държавна бюджетна образователна институция на средно образование професионално образование„Кущевски Медицински колеж„Министерство на здравеопазването на Краснодарския край. Задачи в тестовата форма за

1 Клетка, нейният жизнен цикъл (съвпадение) Отговорите на задачите са дума, фраза, номер или последователност от думи, числа. Запишете отговора си без интервали, запетайки или други екстри

Щат Новосибирск Педагогически университетИнститут по природни и социално-икономически науки Катедра „Зоология и методика на преподаване на биология“ ВЪПРОСИ КЪМ ИЗПИТА ПО ДИСЦИПЛИНАТА „ЦИТОЛОГИЯ И

Тестване на тема "Клетка" _тестове за обучение_9 клас 1. Какви клетъчни органели могат да се видят в училищен светлинен микроскоп? 1) лизозоми 2) рибозоми 3) клетъчен център 4) хлоропласти 2. Сходство на структурата

Всички прокариотни и еукариотни клетки имат 1) митохондрии и ядро ​​2) вакуоли и комплекса на Голджи 3) ядрена мембрана и хлоропласти 4) плазмена мембрана и рибозоми В процеса на пиноцитоза възниква

Руска гимназия Ярве ПОДГОТОВКА ЗА ДЪРЖАВНИЯ ИЗПИТ ПО БИОЛОГИЯ Тема: "Енергиен и пластичен метаболизъм в клетките" Вариант I 1. Помислете за фиг. 1. Назовете етапите на биосинтеза на протеини (I, II)

Тема на урока: „Пластмасов и енергиен метаболизъм“ Целта на урока: Формиране на понятия: метаболизъм, пластичен метаболизъм и енергиен метаболизъм. Задачи: Образователни: да се формира теоретични знанияза пластмасата

Учител по биология МБОУ „Гатчинско средно училище 9 с задълбочено изучаване на отделни предмети“ Гускова С.А. 2017 г. Ниво на клеткатаорганизация на живота 1 Телата на всички живи организми са съставени от клетки. Мажоритарни органи

Банка от задачи 9 клас Биология P2 профил Задача 1 Биосинтез на протеини Вторичната структура на протеинова молекула има формата на ... спирали на двойна спирала на топка от нишка Задача 2 Биосинтез на протеини Колко аминокиселини кодира

O, H, C, N + S, P - макроелементи Na, K, Mg, Ca, Cl - микроелементи Fe, Zn, Cu, Co, Mn, I, Se микроелементи Представяне на макроелементи в различни групи вещества Макромолекули Захари (въглехидрати)

Биология 10 клас. Демо опция 2 (90 минути) 1 Диагностична тематична работа 2 за подготовка за Единния държавен изпит по БИОЛОГИЯ на тема "Обща биология" Инструкции за изпълнение на работата За извършване на диагностика

Отложени задачи (30) Вмъкнете липсващите термини от предложения списък в текста "ДНК", като използвате числа за това. Напишете в текста номерата на избраните отговори и след това получената последователност

Ядрото, неговата структура и функции. Самият термин ядро ​​е използван за първи път от Браун през 1833 г. за обозначаване на сферични постоянни структури в растителните клетки. По -късно същата структура е описана във всички клетки.

СЪДЪРЖАНИЕ Предговор. ЧАСТ I. Въведение. Предмет на клетъчната биология ГЛАВА 1. Клетъчна теорияКлетката е елементарна единица на жива клетка Единична система от конюгирани функционални единици Хомология

Биология 0 клас. Опция за демонстрация (90 минути) Биология 0 клас. Демонстрационен вариант (90 минути) Диагностична тематична работа по подготовка за изпита по БИОЛОГИЯ на тема „Обща биология“

1 В молекулата на ДНК количеството нуклеотиди с гуанин е 30% от общата сума... Какъв процент нуклеотиди с аденин се съдържа в тази молекула? Според принципа на взаимно допълване, A = T, G = C. Ако количеството

Асимилация и дисимилация. Метаболизъм. (резюме на урок по биология в 9 клас) Муратова Гулназ Раушановна учител по биология и химия MBOU "Нижнебишевско средно училище" Заински окръг

БИОЛОГИЧНИ ОСНОВНИ КЛЕТКОВИ СТРУКТУРИ И ТЕХНАТА КРАТКА ТЕОРИЯ ПОЗНАНИЕ НА ЖИВОТНИ И РАСТИТЕЛНИ КЛЕТКИ ИМЕННИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЯДРЕНАТА СТРУКТУРА (БЕЗ ПРОКАРИОТИЧНИ КЛЕТКИ)

МИНИСТЕРСТВО НА ОБРАЗОВАНИЕТО И НАУКАТА НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ Федерална държавна бюджетна образователна институция за висше професионално образование "Алтайска държава Технически университет

55. На фигурата подпишете основните структурни компоненти на ядрото. 56. Попълнете таблицата. Структурата и функциите на клетъчните структури Структура Структурни характеристики Функция Ядро 5 7 ^. Попълнете таблицата. Структура

Терминологична диктовкаОргани на цъфтящи растения. 1 Част от тялото на организма изпълнява специфична функция ... 2 В почвата растението се съхранява .. 3 Образуват се множество разклонени корени. 4 V корен

Клетъчна структура на живите организми Класификация на живите организми (според нивото на клетъчната организация) Живи организми Неклетъчни форми Клетъчни форми Вируси, фаги Прокариоти Еукариоти Сравнителни характеристики

Биологичната роля на окислително -възстановителните реакции Характерна особеност на биологичния ORR е тяхната многостепенна природа. Те преминават през поредица от междинни етапи, за да образуват много кислородни

Лекция 1. Тема: ОРГАНИЗАЦИЯ НА ПОТОКА НА ВЕЩЕСТВОТО И ЕНЕРГИЯТА В КЛЕТАТАТА Клетката е основната структурна, функционална и генетична единица на живите същества. Той (ядрото и цитоплазмата) съдържа всички генетични

Нуклеинови киселини Нуклеиновите киселини и тяхната роля в жизнената дейност на клетката Нуклеиновите киселини са открити през втората половина на 19 век от швейцарския биохимик Фридрих Мишер Фридрих Мишер Нуклеинови киселини

Клетъчна енергия ATP ADP + F ATP AMP + F F F F + F kJ / mol 32.23 (30.5) F 36.0 33.4 Най -известният източник на енергия в клетката е АТФ. V Молекула АТФдве макроергични връзки. В молекулата на АТФ има две високоенергийни

1 Тема: Основи на биохимията Задача 1. „Аминокиселини. Образуване на дипептид "1. Какво е посочено на фигурата с числата 1 5? 2. Какви функционални групи от аминокиселини осигуряват основни свойства? Киселинен?

Биофизика на мембранните процеси в клетка Изследвания на биофизиката на мембраните: Структурата на биологичните мембрани Транспортиране на вещества през мембрани Генериране и разпределение нервен импулсПриемни процеси и трансформация

Дата на урока (номер на учебната седмица) Име на раздели и теми на уроци, форми и теми за контрол Брой часове I. Организмът като биологична система. 5 ч 1 1 седмица Едноклетъчен и многоклетъчни организми 2 Основни

P / n урок 1. (1) 2. (2) Календарно-тематично планиране по биология 10 клас (70 часа, 2 часа седмично) дата тема Практически характеристики на фактите от плана за основните дейности и студентите по лаборатория

ОБЩИНСКА ОБРАЗОВАТЕЛНА ИНСТИТУЦИЯ ВТОРО УЧЕБНО УЧИЛИЩЕ 45 ЛИПЕЦКИ ОТКРИТ УРОК В 9А КЛАС ПО БИОЛОГИЯ НА ТЕМАТА: „РАЗДЕЛЕНИЕ НА КЛЕТАТА“.

Лекция 2 Химическият състав на живата материя, химическите връзки, които имат голямо значениеза взаимодействието на "биологични молекули". Аминокиселините, техните свойства и класификация. Пептидна връзка, нейните свойства.

За да стесните резултатите Резултати от търсенето, можете да прецизирате заявката си, като посочите полетата за търсене. Списъкът с полета е представен по -горе. Например:

Можете да търсите по няколко полета едновременно:

Логически оператори

Операторът по подразбиране е И.
Оператор Иозначава, че документът трябва да съвпада с всички елементи в групата:

Проучване и Развитие

Оператор ИЛИозначава, че документът трябва да съвпада с една от стойностите в групата:

проучване ИЛИразвитие

Оператор НЕизключва документи, съдържащи този елемент:

проучване НЕразвитие

Тип търсене

Когато пишете заявка, можете да посочите начина, по който фразата ще се търси. Поддържат се четири метода: търсене с морфология, без морфология, търсене на префикс, търсене на фраза.
По подразбиране търсенето се основава на морфология.
За да търсите без морфология, просто поставете знак за долар пред думите във фразата:

$ проучване $ развитие

За да търсите префикс, трябва да поставите звездичка след заявката:

проучване *

За да търсите фраза, трябва да включите заявката в двойни кавички:

" научноизследователска и развойна дейност "

Търсене по синоними

За да включите дума в резултатите от търсенето за синоними, поставете хеш " # „преди дума или преди израз в скоби.
Когато се прилага към една дума, ще бъдат намерени до три синонима за нея.
Когато се прилага към израз в скоби, към всяка дума ще се добави синоним, ако бъде намерен.
Не може да се комбинира с неморфологично търсене, префикс или фразово търсене.

# проучване

Групиране

За да групирате фрази за търсене, трябва да използвате скоби. Това ви позволява да контролирате логическата логика на заявката.
Например, трябва да направите заявка: намерете документи, чийто автор е Иванов или Петров, а заглавието съдържа думите изследване или развитие:

Приблизително търсене на думи

За приблизително търсене трябва да поставите тилда " ~ "в края на дума от фраза. Например:

бром ~

Търсенето ще намери думи като "бром", "ром", "абитуриентски бал" и т.н.
Можете допълнително да посочите максимална сумавъзможни редакции: 0, 1 или 2. Например:

бром ~1

По подразбиране са разрешени 2 редакции.

Критерий за близост

За да търсите по близост, трябва да поставите тилда " ~ "в края на фраза. Например, за да намерите документи с думите научноизследователска и развойна дейност в рамките на 2 думи, използвайте следната заявка:

" Проучване и Развитие "~2

Уместност на израза

Използвайте " ^ "в края на израза и след това посочете нивото на уместност на този израз по отношение на останалите.
Колкото по -високо е нивото, толкова по -подходящ е изразът.
Например в този израз думата „изследване“ е четири пъти по -подходяща от думата „развитие“:

проучване ^4 развитие

По подразбиране нивото е 1. Разрешените стойности са положително реално число.

Интервално търсене

За да зададете интервала, в който трябва да се намира стойността на поле, трябва да посочите граничните стойности в скоби, разделени от оператора ДА СЕ.
Ще бъде извършено лексикографско сортиране.

Такава заявка ще върне резултати с автор, вариращ от Иванов до Петров, но Иванов и Петров няма да бъдат включени в резултата.
За да включите стойност в интервал, използвайте квадратни скоби. Използвайте къдрави скоби, за да изключите стойност.

Подобни документи

Биологично роля активни вещества(ензими, витамини и хормони) в живота на тялото. История на изследването на ензимните процеси. Основните свойства на ензимите. Класификация на витамините, тяхната роля в метаболизма. Варианти на хормонално действие.

резюме, добавено на 10.10.2012 г.


Химическата структура на живите организми и техните жизнени процеси. Протеините като най -важният биополимер, структурата и метаболизма на протеините. Въглехидратите и техният метаболизъм, процесът на усвояване и регулиране. Нуклеинови киселини, липидна структура. Ролята на ензимите, хормоните и витамините.

ръководство, добавено на 26.06.2015


Концепция, първична и вторична, третична и четвъртична структура, както и функции и биологична роляпротеини и полипептиди в човешкото тяло. Физико -химични свойства и характеристики, пространствена структура на тези биологични съединения.

лекцията е добавена на 26.09.2017 г.


Организационни нива на живите системи. Химическият състав на организмите. Липиди, биополимери, тяхната структура, биологични функции и свойства. Обща теория на системите. Макроелементи, микроелементи и ултрамикроелементи. Значението на осмозата в биологичните процеси.

презентация, добавена на 14.04.2014 г.


Обща концепция, характеристики на класовете и изучаване на свойствата на ензимите като протеини, които играят ролята на катализатори в живите организми. Реакция и субстратна специфичност на ензимите. Процесът на ензимна катализа и кинетиката на ензимните реакции.

резюме, добавено на 13.12.2011 г.


Понятието и физиологичното значение в организма на ензими (ензими) като протеинови молекули или молекули на РНК (рибозими) или техни комплекси, които ускоряват (катализират) химичните реакции. Историята на техните изследвания, класификация и видове, механизъм на действие.

доклад, добавен на 12.12.2014 г.


Изучаване на процесите на анаболизъм и катаболизъм в биосферата. Състав, структура и функция на протеините. Източници и физиологична роля на въглехидратите. Изследване на метаболизма на вода, минерали и мазнини в организма. Анализ на ефекта на ензимите, хормоните и витамините.

курсова работа, добавена на 18.01.2016 г.


Понятието за аминокиселините, тяхната класификация и производство, физични и химични свойства. Нива на структурна организация на протеиновите молекули, характеристики на прости и сложни протеини. Отличителни черти биологични функциипротеини, методи за тяхното изолиране и анализ.

резюме, добавено на 16.05.2017 г.


Свързване на мономерни молекули. Структурата и съставът на сложни вериги от органични вещества. Спирални полимерни молекули. Структурата на живата клетка. Размножаване и развитие на живи организми. Комбиниране на генетичната информация на два родителски организма.

статия, добавена на 20.07.2013 г.


Микроорганизми и неклетъчни форми на живи организми, тяхната структура, физиология, особености на генетичната система. Методи за предаване на генетична информация. Ролята на микроорганизмите в цикъла на веществата. Значението на микробиологичните процеси в биотехнологиите.