«Х и м и ч е с к и й с о с т а в к л е т к и»
Уровень А
Задание №1
Сопоставьте некоторые факты из истории изучения клетки.
1)1665 год А) Описаны хромосомы.
2) 1831год Б) Открытие клеточной теории.
3) 1839 год В) Открытие клетки.
4) 1838- 1839 год Г) Открытие процесса деления клетки.
5) 1827 год Д) Открытие ядра в клетке.
6) 1858 год Е) Открытие в ядре ДНК
7) 1868-1888 год Ж) Открытие цитоплазмы в клетке.
8) 1870 год З) Открытие яйцеклетки млекопитающих.
9) 1590 год И) Изобретение микроскопа.
Задание № 2
Решите задачи.
Каково химическое различие между мононуклеотидом и полинуклеотидом; нуклеотидом и нуклеозидом; пиримидином и пурином; рибозой и дезоксирибозой?
Укажите черты сходства и различия между ДНК и РНК.
В какие периоды жизни и почему молекулы ДНК могу быть спирализованы и деспирализованы?
Каков биологический смысл того, что первичную структуру двойной спирали ДНК поддерживают сахарофосфатные ковалентные связи, а вторичную – водородные связи?
Почему азота в клетке - наибольшее количество по сравнению с другими химическими веществами?
В состав каких соединений входит фосфор?
В состав каких соединений входит углерод?
Почему человек при недостатке поваренной соли погибает?
Значение буферных систем?
Ионы калия. Значения?
Почему человек погибает при недостатке ионов кальция?
В состав каких систем входит ионы меди?
В состав какого соединения входит железо?
У человека значительно усилился кариес. Каких ионов не хватает?
Почему в рацион лётчиков и полярников обязательно входит шоколад?
Что усваивается клеткой быстрее – углеводы или белки?
К какому классу соединений относится АТФ?
Какое заболевание характеризуется увеличением в крови глюкозы?
Человек жалуется на слабость, обильное потоотделение, снижение деятельности нервной системы. С чем это связано?
Как называется мономер, из которого строятся нуклеиновые кислоты?
Какое значение для клетки имеет аммиак?
Для чего необходимо, чтобы сахарофосфатные мостики были сцеплены ковалентными связями, а поперечные мостики между ее двумя цепями скреплены водородными связями.
Почему после белковой пищи сытость сохраняться долго, а после углеродов нет?
Что такое интерферон? Какова его функция?
Чему должно быть равно соотношение А+Т/Г+Ц?
В каком случае возможна репарация ДНК? Когда разрушена:
1)первичная
2)вторичная
3)третичная
Почему именно АТФ служит источником энергии?
Задание № 3
Выберите из перечня основные положения клеточной теории.
1.Клетка – самая мельчайшая единица живого организма.
2.Клетки делятся на прокариоты и эукариоты.
3. Клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу.
4.Клетки бывают соматические и половые.
5.Сходство строения клеток является доказательством происхождения растений и животных.
6. Белки являются составляющей частью клетки.
7. Клетки размножаются делением.
8. Основная часть клетки – это цитоплазма и оболочка.
9. У многоклеточных организмов основная часть клетки – это ядро, где хранится наследственная информация .
Задание №4
Распределите углеводы на группы.
М) моносахариды; Д) дисахариды; П) полисахариды.
1.Галактоза; 2. Целлюлоза; 3. Пировиноградная кислота; 4.Фруктоза; 5.Крахмал; 6. Дезоксирибоза; 7. Гликоген; 8. Эритроза; 9.Сахароза; 10.Хитин; 11.Инулин; 12. Молочная кислота; 13.Мальтоза; 14Рибоза, лактоза.
Задание №5
Заполните таблицу.
Вид РНК
Расположение в
клетке
Количество
н уклеотидов и
форма
Функции
иРНК
тРНК
рРНК
Задание №6
Закончите выражения.
1.(А+Т) +(Г+Ц)= ?
2.А - ? Г - ? Ц - ? Т - ?
3.АТФ - АДФ + Е (Энергия -?)
На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в последовательности А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-А-Т-Г. Изобразите схему двухцепочечной молекулы ДНК.
Задание №7
Соотнесите биогенные элементы клетки с органическими веществами.
1- углерод а - белки
2- водород б - углеводы
3- кислород в - липиды
4-азот г - нуклеиновые кислоты
5-сера
6- фосфор
Задание № 8
Объясните задачу.
Растительная клетка снаружи покрыта оболочкой, состоящей из клетчатки. Такой оболочки нет у клеток животных. Каковы особенности строения поверхностного слоя клеток животных? Каковы функции этого слоя? Как соединяются между собой клетки растений? Клетки животных?
Задание № 9
Выбрать верное утверждение:
1.Около 80 химических элементов периодической системы Д. И. Менделеева входят в состав клеток живых организмов.
2. Количество микроэлементов составляет 0,04 %.
3. Клетка примерно на 85 % состоит из воды.
4. Существует шесть основных химических элементов, т.е. биоэлементов – C , H , O , N , P , S .
5. В семенах некоторых растений углеводы составляют 80-90% от массы сухого вещества.
6. К триозам относится эритроза.
7. При расщеплении 1 грамма углеводов выделяется 38,9 кДж энергии.
8. К простым углеводам относятся полисахариды.
9. Сахароза составляет основу клеточной стенки растений.
10. Вместо радикалов R 1, R 2, R 3 могут встречаться пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и др. кислоты.
11.Клетки подкожной жировой клетчатки у животных, сальных желез, верблюжьего горба и дельфиньего молока на 40 % состоят из жира.
12. Выделяют 3 структуры белка.
Задание № 10
Из приведенного перечня выпишите цифры, которые относятся к: А- молекулярному; Б – клеточному; В- популяционно-видовому; Г- биоценотическому уровням организации жизни:
1.Клевер. 2. Гемоглобин. 3. Амеба обыкновенная. 4. Заяц- беляк. 5. Витамин С. 6.Болото. 7. Нейрон. 8. Эвглена зеленая. 9. Дубрава. 10. Дождевой червь. 11. Луг. 12. Бактерия.
Задание № 11
Закончите фразы.
А) К числу конечных продуктов биосинтеза относятся ….., из которых в клетках синтезируются белки; Б) большинство веществ клетки расщепляются под действием биологических катализаторов …..; В) К адениловому нуклеотиду присоединяется …..; Г) Ионный баланс, половое созревание регулируют биологически активные вещества…..; Е) Вещества, которые организм сам не синтезирует, но являющиеся необходимыми для нормальной жизнедеятельности называются….; Ж) недостаток витаминов является причиной….. .
Задание № 12
1.Аминокислоты могут проявлять свойства:
А) только кислот; Б) только оснований; В) кислот и оснований; Г) солей.
2.Мономерами белков являются:
А) нуклеотиды; Б) нуклеосомы; В) аминокислоты; Г) глюкоза.
3.Нуклеотид – это мономер
А) белков; Б) нуклеиновых кислот; В) жиров; Г) углеводов.
4.Простые белки состоят:
А) только из нуклеотидов; Б) только из аминокислот; В) из аминокислот и небелковых соединений; Г) из глюкозы.
5.В строении белков различают:
А) два уровня организации молекулы; Б) три уровня организации молекулы;
В) четыре уровня организации молекулы; Г) один уровень организации молекулы.
6.Полипептид образуется путем:
А) взаимодействия аминогрупп двух соседних аминокислот; Б) взаимодействия аминогруппы одной аминокислоты и карбоксильной группы другой аминокислоты; В) взаимодействия карбоксильных групп двух соседних аминокислот;
Г) взаимодействия радикалов.
7. ДНК содержит:
А) рибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин;
Б) дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин;
В) дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, урацил;
Г) только азотистые основания.
8.Основания, расположенные комплементарно друг другу:
А) А–Т; Г–Ц; Б) А–Ц; Г–Т; В) Г-Т; А-У; Г) Г–У; Т-Г.
9.Вторичная структура ДНК была открыта:
А) Шлейденом и Шванном; Б) Уотсоном и Криком;В) Айтхожиным; Г) Г. Фризом.
10.Синтез ДНК - это:
А) репликация; Б) транскрипция; В) трансляция; Г) транспирация.
Уровень В
Задание № 1
Решите логические задачи.
1.Белки могут служить источником энергии для клетки. При недостатке углеводов или жиров окисляются молекулы аминокислот. Для чего используется освободившаяся при этом энергия? Чем объясняется многообразие белков?
2. Вместе с пищей растительного и животного происхождения в организм человека поступают нуклеиновые кислоты. Могут ли нуклеиновые кислоты использоваться организмами без химического расщепления или необходимо предварительное их расщепление на составные компоненты?
3. Почему очень длинная нуклеотидная запись дает в результате сравнительно небольшие белковые молекулы?
4. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
5.Если нанести пероксид водорода на срезы сырого и вареного картофеля, выделение кислорода наблюдается лишь на одном срезе. Почему?
6. Докажите, что клетка – структурная и функциональная единица живых организмов.
7. Т.Шванн и М.Шлейден сформулировали основное положение клеточной теории: все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по строению. Используя знания о клеточной теории, докажите единство происхождения жизни на Земле.
9. В составе клеток человеческого тела преобладают кислород, углерод и водород. Определите содержание кислорода (в %).
10. Имеется три вида аминокислот – А, В, С. Сколько вариантов полипептидных цепей, состоящих из пяти аминокислот можно построить из них? Укажите эти варианты.
Задание № 2
Определите структуру белковой молекулы:
1- спираль свернута в клубок;
2- клубок образован двумя альфа и двумя бета цепями;
3- аминокислоты расположены линейно;
4-в клубке выделяются плотные участки;
5- сближаются участки белковой молекулы, несущие гидрофобные радикалы:
а) первичной структуры
б) вторичной структуры
в) третичной структуры
Задание № 3
Определите вид РНК:
1- передает информацию о строении белка в цитоплазму.
2-в цитоплазме происходит синтез белка с помощью специальных органоидов – рибосом.
3- определяет порядок расположения аминокислот.
4- строится комплементарно одной из нитей ДНК.
5- определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.
а) первичная структура
б) вторичная структура
в) третичная структура
Задание № 4
Вставьте недостающие понятия в предложения.
1……….иммунитет играет основную роль в защите организма от бактерий, находящихся во внеклеточном пространстве.
2. В основе гуморального иммунитета лежит специфическое взаимодействие антител с ………….. .
3.Конечная цель гуморального иммунитета – выработка ……. на какой – либо антиген.
4. Антитела вырабатываются ……… клетками, которые образуются из …. – лимфоцитов.
5. Антитела делятся на …… основных классов, у каждого есть своя определенная функция.
6. ………иммунитет является основным фактором защиты организма от вирусов, патогенных грибков, чужеродных клеток и тканей.
7. Основными клетками клеточного иммунитета являются …… - лимфоциты.
8. Гуморальный иммунитет обеспечивается…….. Клеточный иммунитет обеспечивается..…
9. В сыворотке крови растворены антитела - ……….
Предлагаемые понятия:
А) гуморальный; Б) клеточный; В) антигены; Г) антитела; Д) плазматические клетки; Е) Т-лимфоциты; Ж) В-лимфоциты; З) 5 классов; И) иммуноглобулины.
Задание № 5
Опросник да - нет.
1. Вирхов – создатель клеточной теории.
2.Клетки размножаются делением.
3.Буферность – способность клетки сохранять постоянную концентрацию водородных ионов.
4. Биоэлементы – кислород, водород, углерод и азот.
5. В 1844 г. Шмидт ввел термин углеводы.
6. К простым углеводам относятся дисахариды и полисахариды.
7. В животной клетке липидов 1-5%.
8. Простые белки называются протеинами.
9. Во вторичной структуре белка связи водородные.
10. В 1954 г. Беккори изучил молекулу инсулина.
11. В третичной структуре белка связь водородная.
12. Гидролазы – негидролитические ферменты.
13. Длина одного шага ДНК =3, 4 нм
14. Чаргафф сформулировал правило комплементарности.
15. Функция ДНК – хранение и передача наследственности свойств.
Задание № 6
Сопоставьте химические элементы с их функциями.
1.Кислород; 2.Углерод; 3.Водород; 4.Азот; 5.Натрий; 6. Хлор; 7.Калий; 8.Кальций; 9.Железо; 10.Магний; 11.Фосфор; 12.Бром; 13.Цинк; 14.Йод; 15.Медь; 16.Фтор; 17.Бор
А.Входит в состав эмали, делая ее прочной.
Б. Входит в состав гемоглобина.
В.Компонент белков и нуклеиновых кислот.
Г. Входит в состав всех биологических соединений.
Д. В виде солей составляет твердое вещество зубов и костей. Незаменимо при свертывании крови.
Е. Необходим в микродозах для роста растений.
Ж. Входит в состав воды и всех биологических соединений.
З. Компонент гормона щитовидной железы.
И. Вместе с хлором входит в состав плазмы крови в концентрации 0,9%.
К. Входит в состав пигмента хлорофилла.
Л.Основной положительный ион, обеспечивающий полярность всех живых клеток.
М. Входит в состав мужских половых гормонов.
Н. Компонент дыхательных пигментов ракообразных и моллюсков, ряда ферментов и переносчиков.
О. В виде солей находится в костях, в виде анионов в составе кислот.
П. Необходим для функционирования нервных клеток.
Р. В составе соляной кислоты присутствует в желудочном соке.
Задание № 7
Выявить взаимосвязь.
Выявите определенную взаимосвязь между первым и вторым словом; такая же связь существует между третьим словом и одним из понятий, приведенных ниже. Найдите его.
1.Целлюлоза: глюкоза= белок: …
А) нуклеотид; Б) глицерин; В) аминокислота; Г) липид.
2. «Клеточный: нейрон = молекулярный».
А) заяц- беляк; Б) луг; В) витамин С; Г) эпителий.
3. Белок: полипептид= нуклеиновые кислоты:
А) полисахаид; Б) полиамид; В) полинуклеотид; Г) поливинилхлорид .
Задание № 8
Определить взаимосвязь.
Какая связь существует между перечисленными понятиями: биосинтез, ферменты, пластический обмен, энергетический обмен, диссимиляция, энергия, обмен веществ.
Выразите связь между этими понятиями в виде опорной схемы и составьте рассказ.
Задание № 9
Вставьте пропущенные слова.
Аминокислотную последовательность в составе полипептидной цепи относят к ….структуре белка. В результате образования водородных связей между карбоксильной группой и аминогруппой разных аминокислотных остатков большинство белков имеет вид спирали – это…. структура белка. Следующий уровень организации белковой молекулы - ….., который возникает в результате соединения нескольких макромолекул с третичной структурой в сложный комплекс.
Уровень С
Задание №1
Решите задачи.
1.Какую последовательность нуклеотидов имеет молекула и - РНК, которая синтезируется на участке гена с такой последовательностью нуклеотидов?
А) ЦТГ- ЦЦГ- ЦТТ- АГТ – ЦТТ
Б) ЦАЦ – ТАТ – ЦЦТ – ТЦТ – АГГ.
2. Какую длину имеет ген, кодирующий инсулин, если известно, что молекула инсулина имеет 51 аминокислоту, а расстояние между нуклеотидами в ДНК составляет 0, 34 нм?
3. Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК) в которых запрограммированы белки из а) 500 аминокислот; б) 250 аминокислот; в) 48 аминокислот. Какое время понадобится для синтеза этих белков клетки, если скорость передвижения рибосомы по и-РНК составляет 6 триплетов в секунду.
4. Макромолекула ДНК до редупликации имеет массу 10 мг, и обе ее цепи содержат меченые атомы фосфора.
Определите, какую массу будет иметь продукт редупликации; в каких цепях дочерних молекул ДНК не будут содержаться меченые атомы фосфора?
5. На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: А-А-Г-Т-А-Ц-Г-Т-А-Г. Определите схему двухцепочечной ДНК, подсчитайте процентный состав нуклеотидов в этом фрагменте.
6.Длина фрагмента молекулы ДНК равна 20,4нм. Сколько нуклеотидов в этом фрагменте?
7.Фрагмент и-РНК гена инсулина имеет следующий состав: УУУ-ГУУ-ГАУ-ЦАА-ЦАЦ-УУА-УГУ-ГГГ-УЦА-ЦАЦ. Определите соотношение (А+Т):(Г+Ц) во фрагменте названного гена.
8.Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующий состав: АГТ-ЦЦЦ-АЦЦ-ГТТ. Восстановите вторую цепь и определите длину этого фрагмента.
9.Сколько и каких видов свободных нуклеотидов потребуется при редупликации молекулы ДНК, в которой количество А=600 тыс., Г=2400 тыс.?
10.В одной молекуле ДНК тиминовый нуклеотид составляет 16% от общего количества нуклеотидов. Определите процентный состав каждого из остальных видов нуклеотидов.
11.По мнению некоторых ученых, общая длина всех молекул ДНК в ядре одной половой клетки человека составляет приблизительно 102см. Сколько всего пар нуклеотидов содержится в ДНК одной клетки?
12.Определенный белок содержит 400 аминокислот. Какую длину имеет ген, под контролем которого этот белок синтезируется, если расстояние между нуклеотидами составляет 0,34нм?
13. Сколько нуклеотидов содержат гены (обе цепи ДНК), в которых запрограммированы белки из 500 аминокислот; 25 аминокислот; 48 аминокислот?
14. Одна макромолекула белка гемоглобина, состоящая из 574 аминокислот, синтезируется в рибосоме в течении 90 секунд . Сколько аминокислот сшивается в молекулу этого белка за 1 секунду?
Задание №2
Соотнесите фитогормоны с их влиянием на растения.
1.Гибберилины
2.Ауксины
3.Цитокинин
4.Абсцизная кислота
5.Этилен
Функции:
А.Увеличение вегетативных органов.
Б. Торможение процессов деления и дифференциации клеток, ускорение старения растения, покой семян и почек, ускорение созревания плодов.
В.Способствует укоренению черенков у растений декоративных. Комнатных и плодовых.
Г. Задерживает старение растений, сохраняя его зеленым, способствует разрастанию боковых побегов и почек.
Д. Торможение процессов деления, растяжения и дифференцировки клеток, задерживает рост органов растения, ускоряет их старение и опадение, вызывает покой семян и почек. Регулирует открывание устьиц, т. е. процесс фотосинтеза и водного обмена у растений.
Задание №3
Распределите белки на простые и сложные.
1.Протеины 1.альбумины
2.Протеиды 2.нуклеопротеиды
3.глобулины
4.фосфопротеиды
5.проламины
6.гистоны
7.хромопротеиды
8.лактальбумин
9.гемоглобин
10.хлорофилл
Задание № 4
Определить виды ферментов.
1.Ферменты, ускоряющие окислительно-восстановительные реакции в клетке.
2. Ферменты, обеспечивающие гидролитические реакции.
3.Ферменты, обеспечивающие негидролитические реакции расщепления веществ и образование двойных связей между веществами.
4.Ферменты, обеспечивающие перенос групп отдельных веществ на другие вещества.
5.Ферменты, осуществляющие взаимопревращения изомеров.
6. Ферменты, обеспечивающие ускорение реакций синтеза в клетке.
Задание №5
Подберите пары.
А) Фибриллярные белки 1.гистоны
Б) Глобулярные белки 2.коллаген
3.альбумины
4.миозин
5.антитела
6.гистоны
7.кератины
8.глобулины
Задание № 6
Разбейте на группы гормоны и заполните таблицу.
Примеры гормонов: гормоны плаценты, соматотропин, адреналин, прогестерон, норадреналин , глюкагон,кортикоиды тироксин, тестострон, инсулин.
Гормоны, производные аминокислот
Гормоны липидной природы
Гормоны белковой природы
Задание № 7
Определите последовательность.
В состав молекулы ДНК входит:
А) фосфорная кислота
Б) аденин
В) рибоза
Г) дезоксирибоза
Д) урацил
Е) катион железа
Запишите ответ в виде последовательности букв в алфавитном порядке.
Ответ: __________________
Задание № 8
Установите соответствие.
Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.
ФУНКЦИЯ БИОПОЛИМЕР
1) образование клеточных стенок А) полисахарид
2) транспортировка аминокислот Б) нуклеиновая кислота
3) хранение наследственной информации
4) служит запасным питательным веществом
5) обеспечивает клетку энергией
Запишите в таблицу получившуюся последовательность.
Задание № 9
Тест. Выберите правильный ответ.
1.Неизменяемые части аминокислот:
А) Аминогруппа и карбоксильная группа; Б) Радикал; В) Карбоксильная группа; Г) Радикал и карбоксильная группа.
2.Кислород крови у лягушек транспортируется:
А) Коллагеном; Б) Гемоглобином, альбумином; В) Фибриногеном; Г) Гликогеном.
3.Связи, которые удерживают первичную структуру молекулы белка, называются:
А) Водородными; Б) Пептидными; В) Гидрофобными; Г) Дисульфидными.
4.В процессе биохимической реакции ферменты:
А) Ускоряют реакции и сами при этом не расходуются; Б) Ускоряют реакции и сами изменяются в результате реакции; В) Замедляют химические реакции не изменяясь; Г) Замедляют химические реакции, изменяясь при этом.
5.Молекулы белков отличаются друг от друга:
А) Последовательностью чередования аминокислот; Б) Количеством аминокислот в молекуле; В) Формой третичной структуры; Г) Всеми указанными особенностями.
6.Из аминокислот не построены молекулы:
А) Гемоглобина; Б) Гликогена; В) Инсулина; Г) Альбумина.
7.Действие ферментов в организме зависит:
А) От температуры среды; Б) Кислотности (рН) среды; В) Концентрации реагирующих веществ и концентрации фермента; Г) Всех перечисленных условий.
8.Для лечения тяжелых форм сахарного диабета больным необходимо вводить:
А) Гемоглобин; Б) Антитела; В) Инсулин; Г) Гликоген.
9.Пептидная связь образуется при реакциях:
А) Гидролиза; Б) Гидратации; В) Конденсации; Г) Всех перечисленных реакций.
10.В состав молекулы ДНК входят пуриновые основания:
А) Аденин, гуанин; Б) Тимин, цитозин; В) Аденин, цитозин; Г) Аденин, тимин.
Ответы к заданиям
Уровень заданий
Номер заданий
Тема: «Химический состав клетки».
1-В
2-Д
3-Ж
4-Б
5-З
6-Г
7-Е
8-А
9-И
1).Нуклеозид - соединение рибозы и дезоксирибозы
Нуклеотид - соединение, состоящее из азотистого основания, рибозы и дезоксирибозы остатков фосфорной кислоты
Мононуклеотид - нк, состоящая из одного нуклеотида
Полинуклеотид - нк, состоящая из нескольких нуклеотидов
Пурины – 2 бензольных кольца
Пиримидины – 1 бензольное кольцо
Рибоза – углевод, в состав входят 5 атомов кислорода
Дизоксирибоза –углевод, входит 4 атома кислорода
2). Различия
ДНК РНК
Дезоксирибоза Рибоза
А,Т,Г,Ц А,Г,Ц,У
Двуцепочная, спиральная одноцепочная
Высокомолекулярная низкомолекулярная
Редупликация нет
В ядре, митохондриях, в ядре, цитоплазме, митохондрии.
Пластидах рибосомы., пластиды.
Передача и хранение перенос а.к на рибосомы
Наследственная информ. Считыв.инф с ДНК, синтез Белка
Сходство
В ядре, А,Г,Ц, состоят из нуклеотидов, остаток фосфорной кислоты, углевод
3).Спирализованными молекулы ДНК могут быть в состоянии предшествующей редупликации.
4). Сахарофосфатные ковалентные связи образуют костяк в ДНК и придают прочность этой молекуле. Водородные связи менее прочны и это имеет значение для того, чтобы ДНК могла разделиться на две цепи при ее удвоении.
5). Азот входит во многие клеточные структуры: белков, ферментов, которые в клетке играют важную роль.
6).H 2 PO 4 , H 3 PO 4 , АТФ, ДНК, РНК
7).Белков жиров и углеводов
8).Ионы натрия обеспечивают натрий -калиевый насос. При недостатке нарушается проницаемость, возникает гибель клеток.
9).Поддерживает рН баланс. В состав клетки входят следующие буферные системы: фосфатный буфер, карбонатный буфер, белки.
10).Обеспечивает проницаемость мембран живых клеток, основной +ион
11).Незаменимый ион при свертываемости крови, входит в сос-в костей
12).Компонент многих окислительных ферментов
13).Гемоглобин
14).F
15).Быстрый источник тепла и энергии
16).Углевод
17).К классу нуклеотидов
18).Сахарный диабет
19).Недостаток гормонов щитовидной железы.
20).Нуклеотид
21).Продукт метаболизма, вредное действие на организм
22).Придают прочность ДНК, для того чтобы ДНК могла разделиться на две цепочки при удвоении
23).Белки расщепляются медленнее
24).Белок, предотвращает проникновения вируса в клетки. Используется как профилактическое средство
25).1
26).2,3
27).Имеет макроэргические связи, при разрыве которых высвобождается энергия
1,3,5,7,8,9
М-1,3,4,6,8,12,14
Д-9,13,15
П-2,5,7,10,11
Виды РНК
Распол.в к-ке
Кол-во нукл. и форма
Ф-ция
и-РНК
цитоплазма
200-1000 нукл. Первичная, линейная
Считыв. информацию о наслед. Признаках с ДНК на рибосому
2. т-РНК
Ядро,цитоплазма
70-80 нукл. Форма клевера
Перенос а.к к риб.
3.р-РНК
рибосомы
Беспорядочные цепочки или в форме шара, несколько тысяч
Участие в синтезе
белка
100%
А-Т, Г-Ц, Ц-Г, Т-А
40кДж
Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-Т-А-Ц
А-1,2,3,4,5,6
Б- 1,2,3
В-1,2,3
Г- 1,2,3,4,6
Гликокаликс (глюкоза и белок)
Защита и эластичность
Цитоплазматические мостики
Десмос, синапс, прямой контакт
1, 3,4,5,11
А-2,5,
Б-3,7,8,12
В-1,4,10
Г-6,9,11
А) аминокислот
Б) ферментов
В) тимин
Г) гормоны
Е) витамины
Ж) авитаминоза
1-в; 2-в; 3-б; 4-б; 5-в; 6-б; 7-б; 8-а; 9-б; 10-а.
1.Энергия используется для жизнедеятельности организма. Разнообразная последовательность аминокислот.
2.Не могут. В стенку кишечника всасываются нуклеозиды, они подвергаются расщеплению или превращаются в нуклеотиды.
3.Триплет нуклеотидов кодирует одну аминокислоту, белковая цепь сворачивается, приобретая разную структуру.
4.Переносит наследственную информацию
5.Кислород выделяется на срезе сырого картофеля, потому что растения имеют ферменты, разлагающие пероксид водорода. При варке ферменты разрушаются.
6.Все живые организмы состоят из клеток, некоторые клетки могут выполнять функции целого организма.
7.Клетки растений, животных, грибов, имеют сходное строение. Все они имеют ядро и цитоплазму. Строение органоидов также сходно. Значит возникновение жизни на земле началось из исходной клетки, имеющей органоиды. В результате эндосимбиоза происходило разделение клеток на растительные и животных
9.В клетке кислород составляет 20%.
10.АВСАВ,АВСАА,АВСАС,АВСВА,АВСВВ,АВСВС,АВССС,АВССА,АВССВ и т.д.
1-третичная
2-четвертичная
3-первичная
4-третичная
5-третичная
1 и–РНК
2 р-РНК
3 и-РНК
4 и-РНК
5 и-РНК-первичная.
1-Б
2-В
3-Г
4- Д,Ж
5-З
6-Б
7-Е
8-Ж,Е
9-И
Да- 2,3,4,5,8,9,13,14,15.
Нет -1,6,7,10,11,12.
1-В,Г,Ж
2-В,Г
3-Г,Ж,Р
4-В
5-И
6- Р
7- Л
8-Д
9-Б
10-К
11-О
12-П
13-М
14-З
15-Н
16-А
17-Е
1-В
2-В
3-В
Обмен веществ
Пластический Энергетический
Биосинтез Диссимиляция
Ферменты
Первичная
Вторичная
Третичная
1.а)ГАЦ-ГГЦ-ГАА-УЦА-ГАА
б)ГУГ-АУА-ГГА-АГА-УЦЦ
2.52,02
3.а)3000нукл., 167с
Б)1500нукл., 83с
В) 288нукл.,16с
4. каждая ДНК 10мг., меченые атомы не будут содержаться в дочерних цепях ДНК
5. Т-Т-Ц-А-Т-Г-Ц-А-Т-Ц, А-20%, Т-40%,Ц-50%,Г-10%
6. 60
7. 1,5
8. ТЦА-ГГГ-ТГГ-ЦАА
Длина-4,08нм
9. Т-600тыс.
Ц-2400тыс.
10. А-16%
Т-34%
Ц-34%
11. 150пар
12. 408нм
13. из500- 3000нукл.
Из25-60нукл.
Из48-288нукл.
14. 6,4
1-А
2-В
3-Г
4-Д
5-Б
1-1,3,5,6,8
2-2,4,7,9,10
1-оксидоредуктаза
2-гидролаза
3-лиаза
4-трансфераза
5-изомераза
6-лигаза(синтетаза)
А-2,4,7
Б-1,3,5,6,8
Производные аминок-т
Липидной природы
Белковой природы
Адреналин, норадреналин
Гормоны плаценты, прогестерон, кортикоиды, тестестерон
Соматотропин, глюкагон, инсулин, тироксин
А,Б,Г
1
2
3
4
5
А
Б
Б
А
Б
1-а; 2-б; 3-б; 4-а; 5-а; 6-б; 7-г; 8-в; 9-в; 10-а.
Полное название образовательного учреждения: Департамент общего образования Томской области Филиал областного государственного образовательного учреждения «Томский государственный педагогический колледж » в г. Колпашево
Курс: Биология
Раздел: Общая биология
Тема: Биополимеры. Нуклеиновые кислоты, АТФ и другие органические соединения.
Цель занятия: продолжить изучение биополимеров, способствовать формированию приемов логической деятельности, познавательных способностей.
Задачи урока:
Образовательные: познакомить студентов с понятиями нуклеиновые кислоты, способствовать осмыслению и усвоению материала.
Развивающие: развивать когнитивные качества студентов (умение видеть проблему, умение задавать вопросы).
Воспитательные: формировать положительную мотивацию к изучению биологии, стремление получить конечный результат, умение принимать решения и делать выводы.
Время реализации: 90 мин.
Оборудование:
· раздаточный дидактический материал (список кодирования аминокислот);
План:
1. Типы нуклеиновых кислот.
2. Строение ДНК.
3. Основные виды РНК.
4. Транскрипция.
5. АТФ и другие органические соединения клетки.
Ход занятия:
I. Организационный момент.
Проверка готовности к занятию.
II. Повторение.
Устный опрос:
1. Охарактеризуйте функции жиров в клетке.
2. В чем отличие биополимеров белков от биополимеров углеводов? В чем их сходство?
Тестирование (3 варианта)
III. Изучение нового материала.
1. Типы нуклеиновых кислот. Название нуклеиновые кислоты происходит от латинского слова «нуклеос», т. е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения и играют центральную роль в хранении и передаче наследственной информации. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями. Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит триуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.
2. Строение ДНК . Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу; одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.
В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых основания.
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц.
Схематически сказанное можно выразить следующим образом:
А (аденин) - Т (тимин)
Т (тимин) - А (аденин)
Г (гуанин) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанин)
Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями.
Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.
3. Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (и-РНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов – рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах.
В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (т-РНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.
В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (р-РНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.
Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.
Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация обо всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
4. Транскрипция.
Процесс образования и-РНК называется транскрипцией (от лат. «транскрипцио» - переписывание). Транскрипция происходит в ядре клетки. ДНК → и-РНК с участием фермента полимеразы. т-РНК выполняет функцию переводчика с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот, т-РНК получает команду от и-РНК - антикодон узнает кодон и несет аминокислоту.
Конечный продукт" href="/text/category/konechnij_produkt/" rel="bookmark">конечных продуктов биосинтеза относятся аминокислоты, из которых в клетках синтезируются белки; нуклеотиды - мономеры, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК); глюкоза, которая служит мономером для синтеза гликогена, крахмала, целлюлозы.
Путь к синтезу каждого из конечных продуктов лежит через ряд промежуточных соединений. Многие вещества подвергаются в клетках ферментативному расщеплению, распаду.
Конечными продуктами биосинтеза являются вещества, играющие важную роль в регуляции физиологических процессов и развитии организма. К числу их относятся многие гормоны животных. Гормоны тревоги или стресса (например, адреналин) в условиях напряжения усиливают выход глюкозы в кровь, что, в конечном счете, приводит к увеличению синтеза АТФ и активному использованию энергии, запасенной организмом.
Аденозинфосфорные кислоты. Особо важную роль в биоэнергетике клетки играет адениловый нуклеотид, к которому присоединены еще два остатка фосфорной кислоты. Такое вещество называют аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ). Молекула АТФ представляет собой нуклеотид, образованный азотистым основанием аденином, пятиуглеродным сахаром рибозой и тремя остатками фосфорной кислоты. Фосфатные группы в молекуле АТФ соединены между собой высокоэнергетическими (макроэргическими) связями.
АТФ - универсальный биологический аккумулятор энергии. Световая энергия Солнца и энергия, заключенная в потребляемой пище, запасаются в молекулах АТФ.
Средняя продолжительность жизни 1 молекулы АТФ в организме человека менее минуты, поэтому она расщепляется и восстанавливается 2400 раз в сутки.
В химических связях между остатками фосфорной кислоты молекулы АТФ запасена энергия (Е), которая освобождается при отщеплении фосфата:
АТФ = АДФ + Ф + Е
В этой реакции образуется аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и фосфорная кислота (фосфат, Ф).
АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 + энергия(40 кДж/моль)
АТФ + H2O → АМФ + H4P2O7 + энергия(40 кДж/моль)
АДФ + H3PO4 + энергия(60 кДж/моль) → АТФ + H2O
Энергию АТФ все клетки используют для процессов биосинтеза, движения, производства тепла, передачи нервных импульсов, свечений (например, у люминесцентных бактерий), т. е. для всех процессов жизнедеятельности.
IV . Итог занятия.
1. О б о б щ е н и е изученного материала.
Вопросы к студентам:
1. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?
2. Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
4. Решите задачи:
1)
Г-Г-Г-А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т достройте вторую цепь.
Ответ: ДНК Г-Г-Г - А-Т-А-А-Ц-А-Г-А-Т
Ц-Ц-Ц-Т-А-Т-Т-Г-Т-Ц-Т-А
(по принципу комплементарности)
2) Укажите последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, построенной на этом участке цепи ДНК.
Ответ: и-РНК Г-Г-Г-А-У-А-А-Ц-А-Г-Ц-У
3) Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав:
А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. достройте вторую цепь.
Ц-Т-А-Т-А-Г-Ц-Т-Г-.
5. Решите тест:
4) Какой из нуклеотидов не входит в состав ДНК?
б) урацил;
в) гуанин;
г) цитозин;
д) аденин.
Ответ: б
5) Если нуклеотидный состав ДНК
АТТ-ГЦГ-ТАТ - то каким должен быть нуклеотидный состав и-РНК?
а) ТАА-ЦГЦ-УТА;
б) ТАА-ГЦГ-УТУ;
в) УАА-ЦГЦ-АУА;
г) УАА-ЦГЦ-АТА.
Ответ: в
6) Антикодон т-РНК УУЦ соответствует коду ДНК?
Ответ: б
7) В реакцию с аминокислотами вступает:
Ответ: а
6. В чем сходство и различие между белками и нуклеиновыми кислотами?
7. Каково значение АТФ в клетке?
8. Что является конечными продуктами биосинтеза в клетке? Каково их биологическое значение?
9. Рефлексия:
Что было трудно запомнить на занятии?
Что нового узнал на занятии?
Что вызвало интерес на занятии?
VI . Домашнее задание.
Решить задачу:
АТФ - постоянный источник энергии для клетки. Его роль можно сравнить с ролью аккумулятора. Объясните, в чем заключается это сходство?
Список использованной литературы и Интернет-ресурсов:
1. Биология. Общая биология. 10-11 классы / , – М.: Просвещение, 2010. – с.22
2. Биология. Большой энциклопедический словарь /гл. ред. . – 3-е изд. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. – с.863
3. Биология. 10-11классы: организация контроля на уроках. Контрольно-измерительные материалы /сост. – Волгоград: Учитель, 2010. – с.25
4. Энциклопедия для детей. Т. 2. Биология /сост. . – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Авнта+, 1996. – ил: с. 704
5. Модель АТФ - http:///news/2009/03/06/protein/
6. Модель ДНК– http:///2011/07/01/dna-model/
7. Нуклеиновые кислоты – http:///0912/0912772_ACFDA_stroenie_nukleinovyh_kislot_atf. pptx
Хромосомы состоят из хроматина - соединения ДНК и белков (гистонов). Этот комплекс имеет сложную пространственную конфигурацию.
Характер соединения (упаковка) в хромосоме одной очень длинной молекулы ДНК (длина ее достигает сотен и даже тысяч микрометров) и многочисленных, сравнительно компактных молекул белков до конца еще не выяснен.
Предполагают, что цепочка из многих молекул белков находится в середине, а ДНК закручена вокруг в виде спирали. Помимо этих двух основных соединений в хроматине обнаружено небольшое количество РНК, липидов и некоторые соли.
Постоянство количества ДНК в ядре
У каждого вида растений и животных в ядре клетки содержится строго определенное и постоянное количество ДНК. У разных видов организмов содержание ДНК значительно отличается. Например, в одном ядре гаплоидной клетки (в сперматозоиде) морского ежа содержится 0,9·10 -9 мг ДНК, у карпа - 1,64·10 -9 , петуха - 1,26·10 -9 , быка - 3,42·10 -9 , человека - 3,25·10 -9 мг. У некоторых растений эти цифры значительно выше. У лилии, например, в гаплоидной клетке содержится 58,0·10 -9 мг ДНК.
В ядрах всех соматических (диплоидных) клеток каждого вида организмов содержание ДНК тоже является величиной постоянной и в два раза превосходящей количество ДНК в гаплоидных клетках этого вида.
Еще более важным является специфичность нуклеотидного состава ДНК. Советский ученый акад. А.Н.Белозерский установил, что ДНК, выделенная из разных тканей одного организма, имеет одинаковый нуклеотидный состав. Он не зависит от возраста организма и от влияния внешней среды. В то же время у ДНК, выделенной из клеток разных видов, азотистые основания содержатся в различных соотношениях.
Учебное пособие
Ответственный за выпуск Финаев В.И.
Редактор Белова Л.Ф.
Коррпектор Проценко И.А.
ЛП №020565 от 23.-6.1997 г. Подписано к печати
Офсетная печать Усл. п.л. – 10,1 Уч.-изд.л. – 9,7
Заказ № Тираж 500 экз.
_____________________________________________________
Издательство ЮФУ
Типография ЮФУ
ГСП 17А, Таганрог, 28, Некрасовский, 44
1. Доказательство генетической роли ДНК
2. Химическое строение нуклеиновых кислот
3.1. Строение ДНК
3.2. Уровни компактизации ДНК
3.3. Репликация ДНК
3.4. Репарация ДНК
3.5. Функции ДНК
5.1. Основные положения системной концепции гена
5.2. Плазмогены
5.3. Свойства гена
5.4. Функции гена
5.5. Строение гена про- и эукариот
5.6. Регуляция работы гена
6. Этапы экспрессии генетической информации
6.1. Транскрипция
6.2. Процессинг
6.3. Трансляция
6.3.1. Свойства генетического кода
6.3.2. Активация аминокислот
6.3.3. Этапы трансляции
6.4. Процессинг белка
Краткие биографические сведения
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.
Мы вошли в клетку, нашу колыбель, и начали
составлять опись обретенного нами богатства.
Альберт Клод (1974г.)
Доказательство генетической роли ДНК.
Открыты нуклеиновые кислоты швейцарским биохимиком Ф. Мишером в 1869 году в ядрах клеток гноя (лейкоцитов) и сперматозоидов. В 1891 году немецкий биохимик А. Кессель показал, что нуклеиновые кислоты состоят из остатков сахара, фосфорной кислоты и четырех азотистых оснований, являющихся производными пурина и пиримидина. Он же впервые доказал существование двух типов нуклеиновых кислот – ДНК и РНК . Затем в 1908 – 1909 годах Ф. Левеном было дано описание строения нуклеозидов и нуклеотидов, а в 1952 году английскими исследователями под руководством А. Тодда – фосфодиэфирной связи. В 20-е годы Фельген обнаружил ДНК в хромосомах, а РНК были обнаружены в ядре и цитоплазме. В 1950 году Э. Чаргафф с сотрудниками из колумбийского университета установили различия в нуклеотидном составе ДНК у разных видов.
В 1953 году американским биохимиком и генетиком Дж. Уотсоном и английским физиком Ф. Криком была предложена модель двойной спирали ДНК. Эта дата официально считается днем рождения новой отрасли биологической науки – молекулярной биологии .
Надо отметить, что в годы, когда даже не было намека на генетическую роль нуклеиновых кислот, они воспринимались всеми как довольно странный материал, имеющий в химическом плане не очень сложное строение (азотистые основания, пентозы, остаток фосфорной кислоты). Однако их функциональное значение было расшифровано значительно позже, что было связано с незнанием особенностей строения нуклеиновых кислот. С точки зрения ученых конца 19 и начала 20 веков, они по сложности и комбинативности проигрывали белкам, мономерами которых были 20 видов аминокислот. Поэтому общепринятым в науке было мнение, что белки являются носителями наследственной информации, т.к. разнообразие аминокислот позволяло закодировать все многообразие свойств и признаков живых организмов.
Хотя еще в 1914 году русский исследователь Щепотьев высказал идею о возможной роли нуклеиновых кислот в наследственности, но не сумел доказать свою точку зрения. Однако постепенно накапливались научные факты о генетической роли нуклеиновых кислот.
1928 год. Английский микробиолог Фредерик Гриффит работал с двумя штаммами микроорганизмов: вирулентным (имел полисахаридную капсулу) и авирулентным (капсулы не имел) (рис.1). Вирулентный вызывал пневмонию у мышей и их гибель. Если вирулентный штамм нагреть, то он инактивируется и не опасен – все мыши выживают (постулат ученых того времени: ген имеет белковую природу, при нагревании белки денатурируют и теряют свою биологическую активность). Если смешать нагретый вирулентный и живой авирулентный, то часть мышей гибнет. При вскрытии мышей у них были обнаружены вирулентные капсульные формы. Аналогичная картина наблюдалось, если к живому авирулентному штамму бактерии добавить бесклеточный экстракт из вирулентных форм. Из этих опытов Ф. Гриффит сделал вывод, что от убитых нагреванием вирулентных форм и бесклеточных экстрактов к живым бескапсульным формам передается какой-то фактор , который переводит авирулентную форму в вирулентную. Это явление получило название «трансформация » бактерий и много лет «оставалось загадкой».
Рис. 1 Опыты Ф. Гриффита по трансформации у бактерий.
1. При заражение мышей авирулентными пневмококками они все выживали.
2. При заражение мышей вирулентными пневмококками они все погибали от пневмонии.
3. При заражение мышей убитыми нагреванием вирулентными пневмококками они все выживали.
4. При заражение мышей смесью живых авирулентных и убитых нагреванием
вирулентных пневмококков часть мышей погибала.
5. При заражение мышей смесью живых авирулентных и экстракта из убитых нагреванием вирулентных пневмококков часть мышей погибала. («От молекул до человека», 1973, с. 83)
Однако объяснить природу трансформирующего фактора Ф. Гриффит не смог. Это сделали американские ученые О. Эйвери, Дж. Мак – Леод, М. Мак – Карти в 1944 году . Они показали, что очищенные экстракты ДНК пневмококков могут вызвать трансформацию бактерий. Очищенный трансформирующий агент содержал небольшое количество белков. Протеолитические ферменты его не инактивировали, а дезоксирибонуклеаза – инактивировала. Своими блестящими экспериментами они показали, что ДНК – то вещество, которое изменяет генетическую информацию . Эти опыты были первым научным доказательством генетической роли нуклеиновых кислот. Окончательно этот вопрос был решен в экспериментах на вирусах бактерий - бактериофагах в 1948 – 1952гг . Бактериофаги имеют очень простое строение: они состоят из белковой оболочки и молекулы нуклеиновой кислоты. Это делает их идеальным материалом для изучения вопроса о том, что служит генетическим материалом – белок или ДНК. В опытах с мечеными соединениями А. Херши и М. Чейз (1952г.) было убедительно показано, что ДНК является носителем генетической информации , так как вирус впрыскивает её в тело бактериальной клетки, а белковая «оболочка» остается снаружи (рис.2).
Рис.2. Бактериофаг Т2 при помощи «хвоста» прикрепляется к бактерии. Он вводит в нее свою ДНК, после чего происходит ее репликация и синтез новых белковых оболочек. Затем бактерия лопается, высвобождая множество новых частиц вируса, каждая из которых может заразить новую бактерию («От молекул до человека», 1973, с. 86)
В результате описанных выше экспериментов стало ясно, что у бактерий и фагов генетическим материалом служит ДНК . Но является она носителем наследственной информации у эукариотических клеток? Ответ на этот вопрос был получен в экспериментах по переносу целых хромосом из одной клетки в другие. В реципиентных клетках проявились некоторые признаки клетки – донора. А затем, благодаря успехам генной инженерии, смогли добавлять отдельные гены (ДНК, содержащую только один ген), которые были утрачены мутантными клетками. Этими экспериментами было установлено, что ДНК у эукариот является генетическим материалом и была доказана возможность переноса генов между разными видами с сохранениями их функциональных свойств.
О генетической функции ДНК говорят следующие факты:
1. Локализация ДНК почти исключительно в хромосомах.
2. Постоянство числа хромосом в клетках одного вид равное 2n.
3. Постоянство количества ДНК в клетках одного вида равное 2С или 4С, в зависимости от стадии клеточного цикла.
4. Уменьшенное вдвое количество ДНК в ядрах половых клеток
5. Влияние мутагенов на химическую структуру ДНК.
6. Явление генетической рекомбинации у бактерий при их конъюгации.
7. Явление трансдукции – перенос генетического материала от одного штамма бактерий в другой с помощью ДНК фага.
8. Инфицирующая функция изолированной нуклеиновой кислоты вирусов.
Типы нуклеиновых кислот. В клетках имеются два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Эти биополимеры состоят из мономеров, называемых нуклеотидами. Мономеры-нуклеотиды ДНК и РНК сходны в основных чертах строения. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов, соединенных прочными химическими связями.
Каждый из нуклеотидов, входящих в состав РНК, содержит пятиуглеродный сахар - рибозу; одно из четырех органических соединений, которые называют азотистыми основаниями, - аденин, гуанин, цитозин, урацил (А, Г, Ц, У); остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу, одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин (А, Г, Ц, Т); остаток фосфорной кислоты.
В составе нуклеотидов к молекуле рибозы (или дезоксирибозы) с одной стороны присоединено азотистое основание, а с другой - остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой в длинные цепи. Остов такой цепи образуют регулярно чередующиеся остатки сахара и фосфорной кислоты, а боковые группы этой цепи - четыре типа нерегулярно чередующихся азотистых оснований.
Рис. 7. Схема строения ДНК. Многоточием обозначены водородные связи
Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями (рис. 7). Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи лежит азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Схематически сказанное можно выразить следующим образом:
А (аденин) - Т (тимин)
Т (тимин) - А (аденин)
Г (гуанин) - Ц (цитозин)
Ц (цитозин) - Г (гуанин)
Эти пары оснований называют комплементарными основаниями (дополняющими друг друга). Нити ДНК, в которых основания расположены комплементарно друг другу, называют комплементарными нитями. На рисунке 8 приведены две нити ДНК, которые соединены комплементарными участками.
Рис. 8. Участок двуспиральной молекулы ДНК
Модель строения молекулы ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально и сыграла исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.
Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК определяет порядок расположения аминокислот в линейных молекулах белков, т. е. их первичную структуру. Набор белков (ферментов, гормонов и др.) определяет свойства клетки и организма. Молекулы ДНК хранят сведения об этих свойствах и передают их поколениям потомков, т. е. являются носителями наследственной информации. Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток и в небольшом количестве в митохондриях и хлоропластах.
Основные виды РНК. Наследственная информация, хранящаяся в молекулах ДНК, реализуется через молекулы белков. Информация о строении белка передается в цитоплазму особыми молекулами РНК, которые называются информационными (иРНК). Информационная РНК переносится в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов - рибосом идет синтез белка. Именно информационная РНК, которая строится комплементарно одной из нитей ДНК, определяет порядок расположения аминокислот в белковых молекулах. В синтезе белка принимает участие и другой вид РНК - транспортная (тРНК), которая подносит аминокислоты к месту образования белковых молекул - рибосомам, своеобразным фабрикам по производству белков.
В состав рибосом входит третий вид РНК, так называемая рибосомная (рРНК), которая определяет структуру и функционирование рибосом.
Каждая молекула РНК в отличие от молекулы ДНК представлена одной нитью; вместо дезоксирибозы она содержит рибозу и вместо тимина - урацил.
Итак, нуклеиновые кислоты выполняют в клетке важнейшие биологические функции. В ДНК хранится наследственная информация о всех свойствах клетки и организма в целом. Различные виды РНК принимают участие в реализации наследственной информации через синтез белка.
- Рассмотрите рисунок 7 и скажите, в чем особенность строения молекулы ДНК. Какие компоненты входят в состав нуклеотидов?
- Почему постоянство содержания ДНК в разных клетках организма считается доказательством того, что ДНК представляет собой генетический материал?
- Используя таблицу, дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
- Фрагмент одной цепи ДНК имеет следующий состав: -А-А-А-Т-Т-Ц-Ц-Г-Г-. Достройте вторую цепь.
- В молекуле ДНК тиминов насчитывается 20% от общего числа азотистых оснований. Определите количество азотистых оснований аденина, гуанина и цитозина.
- В чем сходство и различие между белками и нуклеиновыми кислотами?
