Aseev az árfolyam, a „molekuláris alapját életfolyamatok” az újság „biológia” 34-es számú
VV Aseev
Fejlesztés a biológia az elmúlt évtizedekben, döntően a haladás a tanulmány a molekuláris és celluláris mechanizmusok életfolyamatokat. Az iskola tananyag jobbára a hagyományos területeken a biológia. A szint tanítás modern vívmánya biológia szenved a tanárképzés. A cél ennek során -, hogy a tanító ismerkedés a modern fogalmak molekuláris mechanizmusainak legfontosabb folyamatok működését az élő sejtek, és hogy megkapja a szükséges anyagi, kompakt és könnyen hozzáférhető formában.
A tanfolyam három részből áll. Az első tartja a szerkezet a legfontosabb biopolimerek (szénhidrátok, fehérjék és nukleinsavak), különösen a térbeli szerkezet és fizikai-kémiai mechanizmusok azok kölcsönhatása. Különös figyelmet kell fordítani a kooperatív interakció és egymást kölcsönösen kiegészítő szerkezetek, mint az alapját a kialakulását és működésének celluláris komponensek. A második rész foglalkozik a folyamat működését fehérjéket. Foglalkozik a kialakulását fehérje szerkezetek miatt specifikus intermolekuláris kölcsönhatások, fehérje szerkezeti átrendeződések történő kötődése hatására kis molekulák, mint a mozgás alapján, elismerés és jelátvitel, és jellemzői a molekuláris mechanizmusainak enzimes katalízis. A harmadik rész, a legnagyobb mennyiségben, tartalmaz egy leírást az alapvető folyamatok előforduló molekulák bioszintézisét rendelkező polimerek egyedülálló szabálytalan szerkezetű - fehérjék és nukleinsavak. A Ezek alapján folyamatok fekszik mátrix szintézisét a komplementaritás elvét. A koncepció a genetikai kód és az alapvető tulajdonságait. Jelentős ezen a részén veszi figyelembe a szerkezet a riboszómák és mechanizmusok előforduló hozzájuk alatt fehérjebioszintézist. Ez a rész is, a kialakulását makromolekulák tekinthetők különálló celluláris struktúrák (kromatin riboszómák) komponenseket és celluláris struktúrák.
SZAKMAI PÁLYA
Előadás 1. A főbb biopolimerek
Ahhoz, hogy megértsük a szerkezetét és működését az élő szervezetek, szükséges mindenekelőtt tudni, hogy mit anyagok épülnek, ezeket az anyagokat, illetve hogy milyen a molekulák ezen anyagok kombinációjából jön létre egyik vagy másik részét egy élő organizmus. Ezeket a kérdéseket vizsgáljuk biokémia, biológia, a leggyorsabban fejlődő abban a pillanatban. A részletes tanulmány a biokémia lehetetlen ismerete nélkül kémia, különösen a szerves és fizikai, és nincs benne az iskolában során biológiai feladatokat. Itt most csak a legfontosabb csoportja nagy molekulatömegű anyagok teszik ki az élőlények, funkciói az élő szervezetek bioszintézisétől ezeket az anyagokat.
Szerves vegyületek, amelyek részei egy élő, rendkívül változatos, és sok közülük nagyon bonyolult. Még ilyen egyszerű lények, mint a baktériumok, tartalmaz több mint 5 ezer. Szerves anyagok, amelyek mintegy négyezer. Képeznek különböző fehérjék és nukleinsavak. A komplex többsejtű élőlények, az ilyen anyagok számát a két nagyságrenddel nagyobb.
Az összes szerves anyag lehet két csoportra osztjuk: kis molekulák és polimerek. Méretei kis molekulatömegű anyagok jellemzően több tíz vagy több száz dalton, míg polimerek eléri a tömege több millió vagy akár milliárd Dalton. Azonban ha ilyen anyagok vannak felépítve több ismétlődő egységek - monomerek, a különböző, amely nem túl nagy, ami jelentősen megkönnyíti azok képződését a sejtben.
A monomerek száma a polimer molekulában változhat néhány több tízmillió. Például, a glutation - peptid fontos szerepet játszik a redox folyamatban - áll, csak három aminosav, és a DNS-molekula, amely egy egyetlen kromoszóma a baktériumok, épített több mint 3 millió nukleotidot.
A polimer lehet azonos monomerek. Ilyen polimereket nevezzük homopolimerek. Ezek közé tartozik, például a keményítő és a cellulóz. Azonban a legtöbb biológiai polimerek felépítve többféle monomerek. Ezek az úgynevezett heteropolimereket.
A monomerek alkotják, hogy a heteropolimereket tartalmaznak, mint általában, az egyik osztályba tartozó vegyületek, és ezek egymáshoz azonos kötésekkel. Példaként heteropolimerek szolgálhat hialuronsav, amely két típusú monomerek, és a fehérjék épített monomerekből több mint 20 különböző típusú.
A legfontosabb jellemzője az a sorrend heteropolimereket monomerek helyét. A legegyszerűbb heteropolimerek álló ismétlődő egységek által alkotott több monomerek. Jelölő monomerek betűk A, B és C, majd az egyikük lehet kialakítva nagyszámú különböző heteropolimerek, mint például: ABABABAB, ABCABCABC, AABCAABCAABC, ABBCCABBCCABBCC. Az első polimer ismétlődő egység AB, a második - az ABC, a harmadik - AABC, a negyedik - ABBCS. Polimerek, amelyek ismétlődő egységek úgynevezett reguláris.
Rendszeres polimerek jó néhány között poliszacharidok. Így, már említett hialuronsav áll váltakozó maradékaiból kétféle - acetil-glükózamint és glükuronsavat.
Sokkal nagyobb valószínűséggel fordulnak elő az élő szervezetekben szabálytalan heteropolimereket amelyben monomerek nem képeznek ismétlődő egységet. Minden egyes ilyen polimerre jellemző, egyedülálló szekvenciája monomerek. Ez lehetővé teszi a létezését a hatalmas különféle ilyen vegyületek. Ha a polimer tartalmaz M féle monomerek és a polimerizációs foka N, a számos lehetőség egyenlő heteropolimer MN.
A monomereket csatlakozott biopolimerek, mint egy szabály, azonos kötésekkel. A legtöbb esetben egy ilyen vegyület előfordul miatt elvonási OH-csoport egy monomert és egy protont a második. Az ilyen kapcsolat lehet szakadt a víz hozzáadásával (hidrolízis reakció), hogy használják az élő szervezetben, hogy elpusztítsa a nem kívánt polimereket.
Ha az ilyen monomerek nem ekvivalens kötési, így a kötések, és így a polimerek bekövetkezik irányba. Gyakran mondott az elején és végén a molekula, ebben az esetben minősül az elején a végén a polimer számára, amely kezdődik szintézisét a sejtben.
Fontos megjegyezni, hogy a polimerek kialakítására, az élő sejtekben megy a másik irányba, és nem kapcsolódik a víz kibocsátása, amely lehetővé teszi a szintézisét polimerek vizes környezetben egy élő sejt. A leggyakrabban megtalálható biopolimerek-észter, glikozid (acetál) és peptid (amid) kötést.
Másik jellemzője a polimerek az elágazást. Ha mindegyik monomer két kötést képez a szomszédos monomerek, lineáris polimert kapunk. Az ilyen polimerek közé tartoznak a fehérjék, nukleinsavak, sok poliszacharidok. Ha a monomer kapcsolódik három vagy több más monomerrel, majd egy elágazó szerkezetű. Példák elágazó poliszacharidok közé a keményítő és a glikogén.
Elágazás általában akkor fordul elő csak egy kis része a monomerek, azonban elágazó polimerek eltérhetnek elágazási gyakorisága. érintse meg a hossza is változhat egy és tíz vagy száz monomerek. Vannak olyan polimerek, amelyekben a fő lánc áll monomerek azonos típusú, és az oldalsó - a monomerek egy másik típusú.
Amelynek monomerjei épülnek biopolimerek általában közös organizmusok kis molekulatömegű anyagok. Ezért gyakran a monomerek és a kapott polimereket egyesítjük egyes osztályokba tartozó biológiai anyagok. A legfontosabb ezek közül négy osztályba: 1) szénhidrátok; 2) lipidek; 3) aminosavak és fehérjék; 4) nukleotidok és nukleinsavak. Tekintsük a sajátos szerkezete ezen osztályokba tartozó vegyületek.
A szénhidrátok a vegyületek az általános képletű Cn H2m Om vagy Cn (H2 O) m. azaz mint amely a szenet és a víz.
A szénhidrátok két csoportra oszthatók: az egyszerű szénhidrátok, vagy monoszacharidokat, és komplex szénhidrátok, vagy poliszacharidok. Egyszerű szénhidrátok többértékű alkoholok, amelyek egy hidroxil csoportot mindegyik szénatomon, de az egyik rotor aldo- vagy ketocsoport. Ez a csoport általában reagáltatunk egy molekula alkohol csoportok egy gyűrűt képez alakú (lásd. Ábra).
A monoszacharidok általában megtalálható az élő szervezetekben, tartalmaznak 5 vagy 6 szénatomot tartalmaz. Monoszacharidok könnyen oldódik vízben, és formában kristályok és olyan édes íze. A változatosság a monoszacharidok kapcsolódik elsősorban optikai izoméria vagy sztereoizoméria. Például, a glükóz, mannóz és galaktóz tartalmaz ugyanolyan atomok és csoportok az atomok kapcsolódó ugyanabban a sorrendben, de másként elhelyezve a térben. A leggyakoribb monoszacharidok glükóz és fruktóz.
A monoszacharid-molekula alkothat kötést maguk között a veszteség egy vízmolekula. A kapott poliszacharidok vannak kialakítva. A poliszacharidok vízben oldhatatlanok, és van egy édes ízű. Mivel egy monoszacharidot maradékot kapcsolódhat számos más maradékok poliszacharidok lehetnek elágazó szerkezetű. Az élő szervezetekben, a legelterjedtebb glükóz polimerek - a keményítő, glikogén és cellulóz.
A cellulóz egy lineáris polimer, amely körülbelül 10 ezer. Glükóz maradékok. cellulóz-molekulák vannak elrendezve egymással párhuzamosan és a forma között több hidrogénkötések. Mivel alkotó, erős gerendák molekulák - micellák, amelyek egyesítik mikrorostok. Egy ilyen szerkezet adja cellulóz nagy mechanikai szilárdságú. Cellulóz t főleg a növényekben, amely alapján a sejtfalak. A cellulóz formában növények akár 50% szénhidrátot tartalmaz.
Hasonló szerkezetű cellulóz, kitin. Ez monomer egység N-acetil-glükózamin - glükóz-származék, ahol az egyik hidroxil-csoport helyén egy amino-csoport, amelyik a maradékhoz ecetsavat. A kitin alapján a sejtfalak a gombák és képez egy külső csontváz ízeltlábúak.
Keményítő. mint a cellulóz, áll csak a glükóz egységek. A szerkezet a keményítő áll két típusú polimer: lineáris, az úgynevezett amilóz és az elágazó láncú - amilopektin. Az amilóz eltér a cellulóz típusú közötti kapcsolat glükóz maradékok, azonban nem képez micellák és nem különbözik a mechanikai szilárdság. Az amilóz képes kötődni a jód, a képező vegyületet színű kék. A molekulák amilóz és amilopektin tartalmazhat több ezer glükóz egység.
A keményítő a fő tároló anyagok a növényekben. Azoknál az állatoknál, és a gombák, hogy a funkció a glikogén - egy poliszacharid hasonló amilopektin, de különbözik a több elágazást. A keményítő és a glikogén sejtekben felhalmozódott a granulátum formájában.
Az állatok is vannak rendszeres extracelluláris heteropoliszacharidok, mint a hialuronsav, kondroitin, derma és a heparin. Ők teszik ki a nagy részét a porc, inak és egyéb kötőszövetek.
A lipidek a biológiai eredetű anyagok, amelyek oldódnak szerves oldószerekben, és vízben oldhatatlan. Ezzel kapcsolatban egy ilyen homályos meghatározás, ez a csoport magában foglalja olyan anyagok, amelyek meglehetősen eltérő kémiai tulajdonságokat. A legfontosabb ezek közül a három anyagcsoportok: trigliceridek, foszfolipidek, valamint a szteroidok.
Az első csoport egy zsírsav-észterek és a glicerin. A glicerin egy trihidroxi-alkohol. Triglicerid képződik, ha minden alkoholos csoportja glicerin-zsírsav-molekula kapcsolódik. Zsírsavak állnak egy hosszú szénhidrogén-csoport, és csatlakozik a végén egy karboxilcsoport. Így, trigliceridek lehet tekinteni, mint egy példa a zsírsavak, a glicerin-csatlakoztatott hídon.
A foszfolipidek elsősorban képviseli foszfoglicerideket. Ezek hasonlóak a trigliceridek, de ahelyett, hogy az egyik zsírsavak foszforsavat tartalmaznak. A maradékhoz, a foszforsav csatlakozhat különböző csoportok, például etanol-amin vagy a kolin.
Szteroidok képviselnek rendszer kondenzált aromás gyűrűk különböző oldalcsoportok. Ezek a molekulák - elég kemény és szinte lapos.
Amino - tartalmazó vegyületek egy karbonsav-csoport, és egy bázikus aminocsoport. Az élő szervezetekben talált több száz különböző aminosavak, de legtöbbjük már csak néhány növényfaj, és nem szerepel a készítmény a fehérjék.
A fehérjéket találtak féle aminosav 20-30. A bioszintézis fehérje magában foglalja a 20 féle aminosav, és a többi vannak kialakítva kémiai módosításával a fehérje a készítményben.
A fehérjéket találtak csak alfa-aminosav, azaz, amelyekben két csoport - a karboxi- és az aminocsoport - egy és ugyanazon a terminális szénatomhoz kapcsolódik. Ezzel ugyanahhoz a szénatomhoz kötött hidrogénatom és egy gyök specifikusak az egyes aminosavak. Így, ez a szénatom négy különböző szubsztituens, és így aszimmetrikus. Ez azt jelenti, hogy két különböző módon elhelyezése a szubsztituensek a térben, amelyek tükörszimmetrikusan és elfordulás nélkül a molekulák nem lehet egy vonalban. Ez a két módszer a forgalomba szubsztituens megfelel két sztereoizomer aminosavat, L- és D-formái, eltérő optikai aktivitás, azaz képes forgatni a gépet, hogy a polarizált fény. A fehérjék, valamennyi aminosav L-sorozat. Azonban, a sejtfalak a baktériumok és bizonyos antibiotikumok is kimutatható, mint a L- és D-aminosavak.
Közötti kommunikáció aminosavak fehérjék révén aminocsoportját egy aminosav, és a karboxil-csoport a másik. Egy ilyen kapcsolat egy speciális esete egy amidkötés nevezzük peptid. Az így kapott két aminosav a kötő vegyületet - dipeptidet - az egyik végén van egy szabad aminocsoport, míg a másik - a szabad karboxilcsoport. Ezek a csoportok az ugyanilyen módon a következő aminosavakat lehet csatolni. Ez lehetővé teszi a korlátlan növelése a polimer hosszát, az úgynevezett polipeptid. A végén a aminosavait tartalmazó polipeptid, az úgynevezett N-vége, és tartalmaz egy karboxilcsoportot - a C-terminálison.
A nagy számú monomerek és egy nagy a polimer hosszát vezet a képződésének lehetőségét a nagy számú különböző polipeptidek. Így a 20 aminosav kapcsolja február 20 = 400 különböző dipeptidet 20 3 = 8000 tripeptidek, stb Mivel az átlagos fehérje tartalmaz több száz monomer, a különböző fehérjék nem különösebben korlátozott. Ha figyelembe vesszük a polimer 100 aminosav, például 20 x 10 100 130 féle polimerek. Ha veszünk egy molekula egyes polimer típusokra, a teljes súly 10 110 t, amely jelentősen nagyobb, mint a látható részei a világegyetem.
Úgy tűnik, minden lehetséges hosszát ilyen polipeptidek a világon nem lehetett alakult a történelem. Azonban még a valóban létező jelen pillanatban, a különböző fehérjék rendkívül nagy. A szerű fehérjék különböző fajok organizmusok általában különböznek egymástól legalább egy aminosav-szekvenciában. By jelenlegi becslések minden véve 4-60 ezer. Különböző fehérjék. Ha vesszük az átlagos érték 30-án., És az összes faj mintegy 2 millió a világban, hogy van körülbelül 60 milliárd különböző fehérjéket.
Kérdések és feladatok önálló munka
1. Milyen polimerek?
2. Milyen típusú polimer?
3. Mi a különbség a hagyományos polimerek szabálytalan?
4. Melyek a fő különbségek a szerkezet a cellulóz és glikogén?
5. Hány féle aminosav található fehérjék?
6. Mi okozta a sokszínűség a fehérjék?