Сущность жизни

Вид материала

Документы

Содержание Аллостерический центр Современная классификация ферментов Лиазы - отщепляют отдельные радикалы от молекул субстрата с образованием двойных связейДругие биологические функции белка 5 . Транспортная 6 . Рецепторная ( сигнальная ) 7 . Двигательная ( сократительная ) 10 . Энергетическая 11 . Информационная 13 . Деление клетки Функции липидов (жиров) Нуклеиновые кислоты Нуклеозид Нуклеотид

Подобный материал:

• В. П. Крючков Рассказы и пьесы, 957.62kb.
• Тематическое планирование курса «Обществознание», 10-11 классы, 470.24kb.
• Мировоззрение, его сущность, роль в жизни людей, 1231.6kb.
• Экзаменационные вопросы по философии, 16.84kb.
• Г. А. Василевич, доктор юридических наук, профессор сущность конституции, 68.32kb.
• Мы представляем фрагменты книги ш. А. Амонашвили «школа жизни» (М.: Издательский дом, 882.19kb.
• Прогнозирование и планирование: основные понятия, сущность и сфера применения. Изучив, 994.42kb.
• Программа для поступающих на направление подготовки магистратратуры 080200 «менеджмент», 256.74kb.
• Размножение и индивидуальное развитие организмов, 44.8kb.
• Закономерности возникновения жизни в космосе., 3156.97kb.

Аллостерический центр - участок фермента , где происходит связывание низкомолекулярных соединений , вызывающих изменение его активного центра ( вещества , блокирующие каталитическую активность называются ингибиторами ; повышающие - активаторы )

• при присоединении веществ к аллостерическому центру происходит изменение третичной и четвертичной структуры белка , обеспечивающее комплиментарность активного центра и субстрата
  
• обеспечивает оптимальную активность фермента
  
• оба центра в ферменте располагаются далеко друг от друга
  

Механизм действия фермента

• механизм проведения ферментативной реакции разделяется на три стадии :
  

I . Распознавание ферментом ( Ф ) субстрата ( С ) и связывание с ним

II . Образование активного фермент - субстратного комплекса ( ФС )

• основная стадия реакции ; самая длительная
  
• образуется за счёт водородных , ковалентных или гидрофобных связей
  
• снижает энергию активации , необходимую для начала реакции
  

III . Образование продекта реакции ( Р ) и отделение его от фермента

• Весь процесс можно представить в виде схемы :
  

Ф + С => ФС => Ф + Р

Этапы ферментативной реакции

• Пример : в результате реакции из соединения АВ должны получиться два вещества : А и В .
  
• В присутствии фермента реакции будут иметь следующий вид :
  

I . АВ + Ф ( фермент ) = АВФ ( фермент - субстратный комплекс )

II . АВФ = ВФ + А

III . ВФ = Ф + А ( продукты реакции по очереди освобождаются от фермента )

Современная классификация ферментов

• основывается на типах катализируемых ими химических реакций :
  

Гидролазы - ускоряют реакции расщепления сложных соединений ( полисахаридов , жиров , белков , нуклеиновых кислот , АТФ ) на мономеры ( амилаза , целлюлаза , пептидазы , липаза и др .

Оксидоредуктаза - катализируют окислительно - восстановительные реакции

Трансферазы - переносят альдегидные , кетонные , фосфатные , и аминные группы от одной молекулы к другой

Изомеразы - осуществляют внутримолекулярные перестройки ( изомеризация )

Лигазы ( синтетазы ) - катализируют реакции соединения молекул с образованием соответствующих связей , используя энергию АТФ

Лиазы - отщепляют отдельные радикалы от молекул субстрата с образованием двойных связей

Другие биологические функции белка

2 . Структурная

• основной строительный материал клетки
  
• входят в состав клеточных мембран ( содержат большое количество неполярных аминокислот , стабилизирующих надмолекулярные и надмембранные структуры )
  
• основа цитоскелета и межклеточного вещества тканей ( соединительной , костной , хрящевой , сухожилия , кожи и др . )
  
• « обёртка » нуклеиновой кислоты вируса - капсид
  
• наружный скелет членистоногих
  
• кожа , перья , волосы , рога , ногти и другие производные кожи
  

3 . Опорная

• сухожилия , сочленения , кости скелета , выполняющие опорную функцию , имеют в своём составе белки
  

4 . Регуляторная

• многие гормоны являются белками , принимающими участие в гуморальной регуляции жизненных процессов в организме ( все гормоны гипоталамуса и гипофиза -гормон роста , либерины , статины гипоталамуса , АКТГ ,инсулин , глюкагон , и др . )
  

5 . Транспортная

• участвуют в переносе веществ через клеточную мембрану ( активный и строго избирательный транспорт внутрь и наружу различных веществ и ионов )
  
• транспорт кислорода от органов дыхания к клеткам и тканям позвоночных и беспозвоночных ( гемоглобин , миоглобин , гемоцианин )
  
• транспорт жирных кислот и липидов в организме ( альбумины )
  
• транспорт гормонов в организме
  

6 . Рецепторная ( сигнальная )

• основывается на способности белковых молекул изменять конформацию ( пространственную структуру ) при воздействиях среды
  
• являются элементарными структурными рецепторами ( локализованы на поверхности клеток )
  
• осуществляют процесс избирательного узнавания отдельных веществ
  

7 . Двигательная ( сократительная )

• обеспечивает все виды движений , на которые способны биологические объекты разных уровней организации , начиная с цитоплазмы , клеточных органелл , клеток и кончая целым организмом ( движения растений , мышц многоклеточных животных , простейших и т.д. )
  
• связана с о спецефическими сократительными белками - актин , миозин
  

8 . Защитная

• осуществляется белками иммунной системы ( антитела ) при попадании в организм чужеродных веществ ( антигенов )
  
• участвуют в процессе свёртывания крови ( фибриноген , тромбин )
  

9 . Запасающая

• белки , откладывающиеся в запас ( белок яиц , молока - казеин , семян растений ) , затем используются клеткой или организмом в процессе жизнедеятельности
  

10 . Энергетическая

• при расщеплении 1 г белка освобождается 17 , 2 кДж энергии ( белки расщепляются вначале до аминокислот , а затем до более простых веществ )
  
• наиболее характерна для растительных организмов , в семенах которых накапливается от 15 - 20 % ( злаки ) до 45 % ( бобовые ) белковых веществ
  
• реализуется в критический период жизни клетки , когда уже использованы все другие энергетические вещества ( углеводы , жиры )
  

11 . Информационная - Т - лимфоциты с помощью белков передают информацию об антигенах В - лимфоцитам

12 . Гомеостатическая - поддержание постоянства химического состава и физико - химических особенностей клетки и организма ( онкотическое давление крови , белки теплового шока , буферные свойства и т. д. )

13 . Деление клетки - белки ахроматинового веретена деления при митозе

14 . Поддержание структуры макромолекул - гистоновые белки , участвующие в образовании высших структур и регуляции функциональной активности ДНК


Липиды ( от греч . lipos - жир )

• Группа жироподобных органических соединений с общими физико - химическими свойствами :
  

• нерастворимы в воде т . к . имеют в составе молекул много гидрофобных радикалов ( - СН , - СН₂ - СН₃ )
  

• хорошо растворимы и извлекаются из клетки органическими растворителями (ацетон , эфир , спирт , бензин , бензол , хлороформ ) ,
  

• Содержатся в клетках всех организмов ( от 5 до 15 % сухой массы ; в жировой ткани до 90 % ) и могут быть твёрдыми и жидкими
  
• В химическом отношении представляют собой сложные эфиры жирных кислот и многоатомных спиртов ( глицерина и д.р.)
  
• Обязательным компонентом липидов являются жирные кислоты , выполняющих роль строительных блоков
  

Жирные кислоты :

• молекула жирной кислоты имеет :
  

а) длинную , гидрофобную , углерод - водородную цепь ( скелет ) С₁₂ - С₂₀

б) гидрофильную карбоксильную группу - СООН ( на конце гидрофобной цепи ) например , СН₃ ( СН₂ )₁₄ СООН - пальмитиновая кислота

• жирные кислоты разделяются на насыщенные и ненасыщенные
  

Насыщенные жирные кислоты :

- не имеют ненасыщенных ( двойных ) связей ( например - пальмитиновая , масляная , стеариновая , лауриновая и др. )

СН₃ ( СН₂ ) ₁₄ СООН - пальмитиновая кислота

- липиды , содержащие насыщенные жирные кислоты , имеют высокую температуру плавления и по консистенции обычно твёрдые ( жиры многих животных , кокосовое масло )

Ненасыщенные жирные кислоты :

• имеют одну или несколько двойных связей (например - олеиновая, линолевая, линоленовая, эруковая и др . )
  

СН₃ ( СН₂ )₇ СН = СН ( СН₂ )₇ СООН - олеиновая кислота

• липиды , содержащие ненасыщенные жирные кислоты , обычно жидкие (обладают низкой температурой плавления ) - льняное , конопляное , хлопковое масло , рыбий жир и др .
  

• чаще встречаются в живой природе ( в жирах растений умеренного климата , в жире рыб и некоторых морских млекопитающих
  

• организмы , содержащие больше ненасыщенных жирных кислот , могут жить в северных широтах и сохранять свою гибкость и подвижность
  

Н Н Н Н

- С - С - - С = С -

Н Н

насыщенные ненасыщенные

жирные кислоты

• Липиды разделяются на простые ( жиры , воски ) , сложные и производные липидов
  

Жиры ( нейтральные жиры . триглицериды )

• Основная группа липидов ( самые распространённые из липидов в природе )
  
• неполярны , практически нерастворимы в воде , плотность ниже , чем у воды , поэтому в воде они всплывают
  
• Их принято делить на жиры и масла в зависимости от консистенции при 20⁰ -твёрдые ( жиры ) или жидкие ( масла )
  
• Представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и жирных кислот ( жирные кислоты вступают в реакцию конденсации с тремя - ОН - группами глицерина )
  
• Химические и физико-химические свойства жиров определяются соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот , входящих в их состав , положением и числом двойных связей , длинной углеводородной цепи
  
• Общая формула простых липидов
  

О

СН₂ - О - С - R₁

R₂ - С - О - CН

О СН₂ - О - С - R ₃

СН О

• Основная функция жиров - служить энергетическим депо и источником метаболической воды
  

Воски :

• Сложные эфиры жирных кислот и длинноцепочечных спиртов
  

О

• Имеют общую формулу : R ₁ - О - С - R ₂ , где R ₁ и R ₂ - длинные углеводородные цепи
  

• В организме выполняют в основном защитную функцию ( главным образом в качестве водоотталкивающего покрытия )
  

• Наибольшее значение имеют :
  

• спермацет , содержащийся в мозге кашалота
  
• ланолин - смазывающее вещество кожи , шерсти , перьев ( несмачиваемость )
  
• пчелиный воск
  
• защитный слой на кутикуле эпидермиса органов растений , например листьев , плодов и семян ( в основном у ксерофитов )
  
• входят в состав наружного скелета насекомых
  

Сложные липиды (фосфолипиды , гликолипиды , липопротеины , ганглиозиды)

Фосфолипиды ( фосфотриглицериды )

• в молекуле фосфолипида одна группа -ОН у глицерина замене фосфорной кислотой ( в качестве полярной части ) , а две другие - жирными кислотами ( неполярные углеводородные хвосты )
  
• образуют упорядоченные структуры на границе любой среды
  

имеют первоочередное значение для формирования биомембран ( важнейший компонент клеточных мембран )

Гликолипиды

• вещества , образующиеся в результате соединения липидов с углеводами ( особенно их много в составе ткани мозга и нервных волокон )
  
• включают в себя гидрофобную часть и гидрофильную головку , содержащую остаток сахара ( галактозу )
  
• функционально аналогичны фосфолипидам и выполняют в основном структурную функцию - входят в состав клеточных мембран ( углеводные компоненты обращены во внеклеточную среду и участвуют в межклеточных взаимодействиях )
  

Ганглиозиды

• полярная часть представлена сложным полисахаридом
  
• функционально аналогичны гликолипидам и фосфолипидам
  

Липопротеины

• липопротеины - продукт соединения липидов с белками
  
• являются компонентом мембран и транспортной формой липидов в организме ( в форме липопротеинов липиды переносятся кровью и лимфой )
  

Производные липидов ( липоиды ) - стероиды , стерины , простогладины , воскообразные соединения , терпены , пигменты ( хлорофиллы , каротин ) , жирорастворимые витамины А , D , Е , К

Стероиды :

• половые гормоны , например эстроген , прогестерон , тестостерон
  
• холестерин ( у растений отсутствует )
  
• адренокортикотропные гормоны ( кортикостероиды - кортизон , кортикостерон , альдостерон )
  

• сердечные гликозиды ( гликозиды наперстнянки , применяемые при сердечных заболеваниях )
  
• желчные кислоты ( входят в состав желчи )
  
• соли желчных кислот ( способствуют эмульгированию жиров )
  
• витамин D
  

Терпены

• натуральный каучук
  
• гибберелины - ростовые вещества растений
  
• каротины , хлорофиллы - фотосинтетические пигменты
  
• витамин К
  
• вещества , от которых зависит аромат эфирных масел растений ( мята , ментол , камфора )
  

Простогладины

• синтезируются в клетках человека и животных из ненасыщенных жирных кислот
  
• регулируют тонус сосудов , функции центра теплорегуляции , различных отделов мозга , сокращение мускулатуры внутренних органов
  

Функции липидов (жиров)

1 . Запасная энергетическая

• липиды и жиры откладываются в специализированных клетках , откуда они легко вовлекаются в энергетический обмен ( жировые депо , жировое тело насекомых , подкожная жировая клетчатка др .)
  
• энергетическая ценность липидов выше калорийности углеводов , т.е. данная масса липидов выделяет при окислении больше энергии , чем равная ей масса углеводов (т.к. в липидах по сравнению с углеводамибольше водорода и совсем мало кислорода )
  
• обеспечивает минимизацию массы энергетического материала и соответственно тела ( актуально для птиц и насекомых , совершающих дальние перелёты )
  
• в организме животных , впадающих в спячку , водных млекопитающих накапливается избыточный жир ( способствует плавучести )
  
• семена , плоды и хлоропласты богаты маслами
  

2 . Энергетическая

• липиды служат источником энергии в клетке (обеспечивают 25 - 30 % всей энергии, необходимой организму)
  
• очень энергоёмки ( при окислении 1г жира выделяется 39 Кдж энергии , примерно в два раза больше чем при расщеплении 1г углеводов или белков )
  
• у позвоночных животных и человека примерно половина энергии , потребляемой живыми клетками в состоянии покоя , образуется за счёт окисления жирных кислот , входящих в состав жиров
  
• у перелётных птиц и у животных в состоянии спячки запасы жира - практически единственный источник энергии ( у птиц до 50% массы тела - жировые запасы )
  

3 . Защитная

• обеспечивает несмачиваемость покровов и их смазку ( кожа , перья птиц , шерсть млекопитающих )
  
• защита от чрезмерного проникновения воды внутрь и от её испарения( восковой налёт на эпидермисе листьев и других органов растений )
  
• предохранение организма от механических повреждений , ударов , сотрясений (жировая прокладка вокруг внутренних органов и под кожей )
  

4 . Терморегуляция

• защита организма от переохлаждения ( жир является термоизолятором ) ; особенно выражен подкожный жировой слой у млекопитающих , живущих в холодном климате , в первую очередь у водных млекопитающих - киты имеют слой жира 1м
  
• термогенез (у многих млекопитающих существует специальная жировая ткань , играющая роль термогенератора - « бурая жировая ткань », « бурый жир », окружающая жизненно важные органы - сердце, головной мозг)
  

5 . Структурная

• в комплексе с белками , углеводами , фосфорной кислотой образуют структурные компоненты мембран и клеточных органоидов всех органов и тканей ; в виде липопротеинов участвуют в транспорте веществ в клетку и организме , а также в межклеточных взаимодействиях
  

6 . Разграничительная

• гидрофобные участки липидов в составе клеточных мембран отделяют содержимое клетки от окружающей среды , а также делит клетку на относительно изолированные отсеки , препятствуя свободному перемещению молекул
  

7 . Источник метаболической ( эндогенной ) воды

• при окислении жиров образуется большое количество воды ( при окислении 100 г жира выделяется 107 мл воды ) ; эта метаболическая вода очень важна для обитателей пустыни ( горб верблюда , песчанки , тушканчики и др . )
  

6. Регуляторная
   

• См. простогладины
  

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные фосфорсодержащие органические соединения , обеспечвающих хранение и передачу наследственной ( генетической ) информации в живых организмах

• впервые описаны в 1869 г . Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов ( впоследствии были обнаружены во всех растительных и животных клетках , вирусах , бактериях и грибах ) ; в клетках обычно связаны с белками в нуклеопротеидные комплексы
  
• В природе существует два вида нуклеиновых кислот - ДНК ( дезоксирибонуклеиновая ) и РНК ( рибонуклеиновая ) кислота
  
• Линейные , неразветвлённые апериодичные , информационные биополимеры , состоящие из множества чередующихся в определённом порядке , мономеров - нуклеотидов
  

Нуклеотид - мономер нуклеиновых кислот , состоящий из азотистого основания , углеводного компонента ( пентозы ) и остатка фосфорной кислоты

Строение нуклеотида

• В состав нуклеотидов входит три компонента : азотистые основания , углевод пентоза и остаток фосфорной кислоты ( фосфат )
  

Азотистые основания

• азотсодержащие циклические соединения , производные пурина и пиримидина
  
• важнейшие пуриновые азотистые основания - аденин ( А ) и гуанин ( Г ) - их молекулы состоят из двух колец , одно из которых содержит пять членов , а другое шесть
  
• пиримидиновые азотистые основания - цитозин ( Ц ) , урацил ( У ) и тимин ( Т ) - их молекулы имеют одно шестичленное кольцо
  

N

N N



N N N

Пурин Пиримидин

• аденин , гуанин и цитозин встречаются в ДНК и РНК , тимин - только в ДНК , урацил - только в РНК
  

Пентозы

• представляют собой углеводный компонент нуклеотида
  
• моносахарид рибоза - С₅ Н₁₀ О₅ - входит в состав РНК
  

моносахарид дезоксирибоза - С₅ Н₁₀ О₄ - входит в состав ДНК

• название нуклеиновой кислоты определяет название сахара - пентозы , входящего в неё
  

Остаток фосфорной кислоты ( фосфат ) - третий компонент нуклеотидов как ДНК, так и РНК

О

О

азотистое основание О Р ОН

углевод ( пентоза )

ОН

Фосфат ( Н₂РО₄ )

• Соединение азотистого основания с сахаром ( пентозой ) в результате реакции конденсации называется нуклеозидом (рибонуклеозиды или дезоксирибонуклеозиды )
  

• Соединение нуклеозидаов с одним остатком фосфорной кислоты фосфоэфирной связью ( реакция конденсации ) называется нуклеотидами ( мономеры нуклеиновых кислот ДНК и РНК ) ; производные рибонуклеозидов называются рибонуклеотидами , дезоксирибонуклеозидов - дезоксирибонуклеотидами
  

• Названия нуклеотидов образуются от соответствующих азотистых оснований , и те и другие принято обозначать заглавными буквами ( к нуклеотидам ДНК добавляется приставка дезокси - )
  

Нуклеозид Нуклеотид

аденин аденозин ( А )

гуанин гуанозин ( Г или G )

цитозин цитидин ( Ц или Z )

тимин тимидин ( Т )

урацил уридин ( У или U )

• При щадящем гидролизе нуклеиновые кислоты расщепляются до нуклеозидов
  
• Нуклеотиды могут соединяться между собой , образуя полинуклеотиды (нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК )
  
• Соединение нуклеотидов осуществляется за счёт ковалентных фосфодиэфирных связей между пентозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого
  

азотистые основания





углевод (пентоза)



фосфодиэфирная связь фосфат

(Н₂ РО₄)