24.Элементы, содержащиеся в живых системах. По содержанию в клетке можно выделить три группы элементов.1. Макроэлементы — O, C, H, N (в сумме около 98-99%, их еще называют основные, или органогены), Ca, K, Si, Mg, P, S, Na, Cl, Fe (в сумме около 1-2%). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов. Кислород, углерод, водород и азот составляют основу биополимеров - белков, углеводов, нуклеиновых кислот, а также липидов, без которых жизнь невозможна. 2. Микроэлементы — Mn, Со, Zn, Си, В, I, F, Mo и др. Их суммарное содержание в клетке составляет порядка 0,1%.3. Ультрамикроэлементы — Se, U, Hg, Ra, Au, Ag и др. Их содержание в клетке очень незначительно (менее 0,01%), а физиологическая роль большинства из них не раскрыта. Минеральные соли находятся в клетке, как правило, в виде катионов (К+, Na+, Ca2+, Mg2+) и анионов (HPO2-/4, H2PO-/4, СI-, НСО3), соотношение которых определяет важную для жизнедеятельности клеток кислотность среды. Из неорганических веществ в живой природе огромную роль играет вода. Без воды жизнь невозможна. Она составляет значительную массу большинства клеток. Много воды содержится в клетках мозга и эмбрионов человека: воды более 80%; в клетках жировой ткани - всего 40%. К старости содержание воды в клетках снижается. Человек, потерявший 20% воды, погибает.
25.Простые биологические молекулы. Простые биологические молекулы (биомономеры) соединяются и образуют сложные биологические молекулы (биополимеры), такие, как белки и нуклеиновые кислоты (ДНК). Аминокислоты (биомономеры) - это простые строительные блоки для белков (биополимеров). Живые организмы имеют в основном 20 разновидностей аминокислот. Несколько сотен таких аминокислот могут соединиться и образовать одну белковую молекулу. Нуклеиновые кислоты (биополимеры) имеют еще более сложное строение, включающее комбинацию нуклеотидов (биомономеров), которые в свою очередь состоят из сахара, фосфата и нуклеотидного основания. Существуют главным образом четыре разных вида нуклеотидных оснований. Нуклеиновые кислоты могут содержать миллионы нуклеотидов. Основные наследственные черты и метаболическая информация об организме зашифрована в последовательности различных видов нуклеотидных оснований. Ученые разделяют нуклеиновые кислоты на ДНК и РНК. Разница между ними заключается в том, что они содержат немного отличающиеся друг от друга виды сахара: РНК – рибозу, ДНК – дезоксирибозу.
26.Аминокислоты. Белки. Аминокислоты – это органические соединения, в молекуле которых содержатся одновременно карбоксильные и карбоновые группы. Живые организмы имеют в основном 20 разновидностей аминокислот.Биологическая роль аминокислот заключается в их участии в обмене веществ в живом организме. Аминокислоты участвуют в синтезе белка (входят в состав белковых молекул) и являются составляющей нуклеиновых кислот. Биологическая роль аминокислот также выражается в поддержании на постоянном уровне pH. Аминокислоты обеспечивают формирование всех органов. Белки – это высокомолекулярные органические соединения, мономерами которых являются аминокислоты. В основном они состоят из углерода, кислорода, азота и водорода.Белки – это высокомолекулярные и высокоорганизованные природные полимеры, образованные из аминокислот, соединенные пептидной связью.
27.Классификация белков по структуре и функциям. Первичная структура белков образована последовательностью аминокислот, соединенных пептидными связями. Вторичная структура представляет собой спирализованную молекулу. В образовании участвуют водородные связи.Третичная структура белка представлена глобулами или фибриллами. В образовании участвуют водородные, ионные, дисульфидные, гидрофобные, ковалентные связи.Четвертичная структура является образованием из нескольких третичных структур. Она есть не у всех белков.Белки классифицируются на простые и сложные.Простые при гидролизе расщепляются только на аминокислоты (гистоны, альбумины, глобулины и т.д.)Сложные при гидролизе расщепляются на аминокислоты и небелковую часть – простетическую группу.
28.Строение и функции нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты - это органические соединения, обладающие высокомолекулярными свойствами. В их состав входят водород, углерод, азот и фосфор. Дезоксирибонуклеиновая кислота – полимер, состоит из нуклеотидов.Нуклеотид ДНК состоит из азотистого основания(А, Т, Ц, Г) дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Нуклеотиды соединяются между собой прочной ковалентной связью через сахар одного нуклеотида и фосфорную кислоту другого. Две полинуклеотидные цепи соединяются друг с другом слабыми водородными связями между азотистыми основаниями. Получается двойная цепь ДНК. Она скручивается в двойную спираль. Азотистые основания (хранители генетической информации) находятся внутри спирали, защищенные.Рибонуклеиновая кислота – полимер, мономерами которого служат нуклеотиды.Три азотистых основания те же, что в составе ДНК (аденин, гуанин, цитозин); четвертое -урацил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат вместо дизоксирибозы рибозу. В цепочке РНК нуклеотиды соединяются ковалентными связями между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.В организме РНК находятся в виде комплексов с белками — рибонуклеопротеидов.Известны 2 типа молекул РНК: 1. Двуцепочные РНК характерны для некоторых вирусов – служат для хранения и воспроизведения наследственной информации (выполняют функции хромосом). 2) У большинства клеток - одноцепочные РНК – осуществляют перенос информации об аминокислотной последовательности в белках от хромосомы к рибосоме.2.Одноцепочечные РНК имеют пространственную организацию: за счет взаимодействия азотистых оснований друг с другом. Функция: перенос от хромосомы к рибосомам информацию о последовательности АК в белках, которые должны синтезироваться. Существует несколько типов одноцепочных РНК:1. Матричная (мРНК) – 2-6 % от общего количества РНК. Она считывает информацию с ДНК и несет в цитоплазму.2. Транспортная (тРНК) – 15% РНК. Доставляет аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.3. Рибосомная РНК (рРНК) является органоидом клетки, где происходит синтез белков.
29.Принципиальность строения биологической мембраны. Животные клетки ограничены плазматической мембраной. Основной матрикс мембраны состоит из липидов, главным образом фосфатидил-холина. Главными функциональными элементами, погруженными в липидныи матрикс мембраны, являются белки. Одни белки пронизывают мембрану от ее наружной до внутренней поверхности, другие же закреплены в каком-то одном слое. Многие белки наружной поверхности мембраны представляют собой гликопротеины. Замкнутый липидный бислой определяет основные свойства мембран:1) текучесть – зависит от соотношения насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в составе мембранных липидов. Гидрофобные цепочки насыщенных жирных кислот ориентированы параллельно друг другу и образуют жёсткую кристаллическую структуру. Ненасыщенные жирные кислоты, имеющие изогнутую углеводородную цепь, нарушают компактность упаковки и придают мембране бóльшую жидкостность. Холестерол, встраиваясь между жирными кислотами, уплотняет их и повышает жёсткость мембран. 2) ограниченная способность к поперечной диффузии, что способствует сохранению асимметрии – структурно-функциональных различий наружного и внутреннего слоёв мембраны.3) непроницаемость замкнутого бислоя для большинства водорастворимых молекул.Большинство липидов в мембранах млекопитающих представлены фосфолипидами, гликосфинголипидами и холестеролом.Фосфолипиды в составе мембран подразделяются на две группы: глицерофосфолипиды и сфингомиелины.Глицерофосфолипиды – представляют собой сложные эфиры трёхатомного спирта глицерола, двух остатков жирных кислот и фосфорилированного аминоспирта. Наиболее распространённым глицерофосфолипидом мембран является фосфатидилхолин
30.Природа генов.Генетический код.Характеристика кода. Существует 3 определения гена: 1)ген как единица рекомбинации. По одному постулатов Моргана ген является наименьшим участком хромосомы, которой может быть отделен от примыкающих к нему участков в результате кроссинговера. Поэтому, ген является крупой единицей, специфической областью хромосомы,которая определяет какой-либо признак организма. 2)Ген как единица мутирования. Ген является наименьшим участком хромосомы,способным претерпеть мутацию. 3)Ген как единица функции. Ген также является наименьшим участком хромосомы, который обуславливает синтез определенного продукта. Генетический код записывается в линейной функции буквами. Буквами служат нуклеотиды в составе РНК, последовательность которых комплементарна последовательности нуклеотидов в ДНК. Вторая особенность -каждое слово в молекуле ДНК состоит из 3 букв,т.е. рибонуклеотидов и называется кодоном, т.е. кодирующим аминокислоту, т.е. генетический код считывается триплетами. Код не двусмысленный, т.к. каждый триплет кодирует только 1 аминокислоту. Генетический код вырожденный, т.е. восемнадцати и двадцати аминокислот соответствует несколько триплетных кодонов.Имеются сигналы «стоп» и «старт»,т.е определенные кодоны,которые инициируют и завершают трансляцию. Код не используют внутренних знаков и пунктуации, т.е.он непрерывный,с началом транскрипции мРНК кодоны считываются друг за другом без перерывов. следующая особенность –код не перекрывается. Каждый рибонуклетид входит в состав только 1 го триплета, а не 2ух соседних сразу.И последняя особенность –генетический код универсален.За несколькими исключениями он используется практически всеми вирусами, прокариотами и эукариотами.
31.Механизм синтеза белка. Транскрипция. Процесс синтеза состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции.Транскрипция – механизм, с помощью которого последовательность азотистых оснований в одном из цистронов цепи ДНК переписывается в комплементарную ей последовательность оснований мРНК. Как полагают ученые, в области этого цистрона гистоны, связанные с двойной спиралью ДНК, отделяются, т.е. как бы обнажают полинуклеотидные последовательности молекулы ДНК. Между комплементарными основаниями полинуклеотидных цепей происходит разрыв, что приводит к раскручиванию двойной спирали ДНК и освобождению одиночных цепей. Одна из цепей избирается в качестве матрицы для построения комплементарной одиночной цепи мРНК. мРНК образуется в результате связывания друг с другом свободных нуклеотидов под действием РНК-полимеразы в соответствии с правилом спаривания оснований ДНК и РНК. Специализированные молекулы мРНК несут генетическую информацию о синтезе полипептида и выходят из ядра через ядерные поры, направляются к рибосомам. Как только образовалось достаточное количество молекул мРНК транскрипция прекращается и две цепи ДНК на этом участке вновь соединяются, т.е. восстанавливается двойная спираль. Две цепи снова связываются гистонами.
32.Строение ДНК и функции. Двуспиральная, или двуцепочечная ДНК является основным носителем генетической информации. В частности, ДНК содержит информацию о структуре белков. Отражение структуры белков с помощью последовательностей нуклеотидов ДНК называется кодом ДНК, или генетическим кодом– принцип «записи» информации о последовательности аминокислот в полипептидной цепи в виде последовательности нуклеотидов. Благодаря генетическому коду устанавливается однозначное соответствие между нуклеотидными последовательностями ДНК и аминокислотами, входящими в состав белков. При биосинтезе белков единицей генетического кода является триплет ДНК –последовательность из трех пар нуклеотидов (точнее, дезоксирибонуклетотидов) в двухцепочечной ДНК или последовательность из трех нуклеотидов в единичной цепи ДНК. Одна из цепей ДНК называется кодирующей (+),и её триплеты называются кодонами. Другая, комплементарная цепь ДНК называется антикодирующей (–),и её триплеты называются антикодонами.
33.Структурные компоненты клетки.Ядро и цитоплазма. В клетках выделяют ядро и цитоплазму. Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) эукариотической клетки от цитоплазмы с пр, а также регуляции двусторонних взаимодействий ядра и цитоплазмы. Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных около ядерным (перинуклеарным) пространством. Основу ядерного сока, или матрикса, составляют белки. Ядерный сок образует внутреннюю среду ядра, В составе ядерного сока присутствуют нитчатые, или фибриллярные, белки.Ядрышко представляет собой структуру, в которой происходит образование и созревание рибосомальных РНК (рРНК). Гены рРНК занимают определенные участки одной или нескольких хромосом — ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. В цитоплазме различают основное вещество (матрикс, гиалоплазма), включения и органеллы. Основное вещество цитоплазмы заполняет пространство между плазмалеммой, ядерной оболочкой и другими внутриклеточными структурами. Белковый состав гиалоплазмы разнооборазен. Включениями называют относительно непостоянные компоненты цитоплазмы, которые служат запасными питательными веществами (жир, гликоген), продуктами, подлежащими выведению из клетки (гранулы секрета), балластными веществами (некоторые пигменты). Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке жизненно важные функции.Выделяют органеллы общего значения и специальные. К специальным относятся: микроворсинки всасывающей поверхности эпителиальной клетки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, синаптические пузырьки, транспортирующие вещества — переносчики нервного возбуждения с одной нервной клетки на другую или клетку рабочего органа, миофибриллы, от которых зависит сокращение мышцы. К органеллам общего значения относятся: шероховатая и гладкая цитоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс, митохондрии, рибосомы и полисомы, лизосомы, пероксисомы, микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра. В растительных клетках выделяют также хлоропласта, в которых происходит фотосинтез.
34.Главные этапы процесса трансляции. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов в азотистых основаниях в молекуле мРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Этот процесс происходит на рибосомах. Несколько рибосом могут прикрепиться к молекуле мРНК, образуя структуру, называемую полисомой, или полирибосомой. Входящие в структуру рибосомы связаны общей нитью. Преимущество такого комплекса состоит в том, что при этом на одной молекуле мРНК становится возможным одновременный синтез нескольких полипептидных цепей. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц: малой и большой. Считается, что мРНК обратимо присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов Mg2+. При этом два ее первых транслируемых кодона оказываются обращенными к большой субъединице. Первый кодон связывает молекулу тРНК, содержащую комплементарный ему антикодон и несущую первую аминокислоту синтезируемого полипептида. Затем второй кодон присоединяет комплекс аминоацил-тРНК, содержащий антикодон, комплементарный этому кодону (рис. 22.26, А и Б). Функция рибосомы заключается в том, чтобы удерживать в нужном положении мРНК, тРНК и белковые факторы, участвующие в процессе трансляции, до тех пор пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь. Как только новая аминокислота присоединилась к растущей полипептидной цепи, рибосома перемещается по нити мРНК с тем, чтобы поставить на надлежащее место следующий кодон. Молекула тРНК, которая перед этим была связана с полипептидной цепью, теперь, освободившись от аминокислоты, покидает рибосому и возвращается в цитоплазму, чтобы образовать новый комплекс амино-ацил-тРНК. Такое последовательное "считывание" рибосомой заключенного в мРНК "текста" продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов (терминирующих кодонов). Такими кодонами служат триплеты УАА, УАГ или УГА. На этом этапе полипептидная цепь, первичная структура которой была детерминирована цистроном ДНК, покидает рибосому, и трансляция завершена. Перечислим главные этапы процесса трансляции:1) присоединение мРНК к рибосоме;2) активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК;3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;4) элонгация (удлинение) цепи;5) терминация (окончание синтеза) цепи;6) дальнейшее использование мРНК (или ее разрушение).
35.Строение и функции центриолей. Центриолъ (под электронным микроскопом) имеет вид «полого» цилиндра диаметром около 150 нм. Распологаются под прямым углом друг к другу.Ее стенка образована 27 микротрубочками, сгруппированными в 9 триплетов. В функцию центриолей входит:а)являются центром организации микротрубочек веретена деления; б)образование ресничек и жгутиков; в)обеспечивают внутриклеточное передвижение органелл.
36.Строение и функции пероксисом и микротрубочек. Пероксисомы (микротельца) Это пузырки,ограниченные мембраной,диаметром.Они состоят из матирикса и нуклеотида. Пероксисомы образуются в ЭПС, отпочковываясь от агранулярной ЭПС, их ферменты частично синтезируются в гранулярной ЭПС, частично в гиалоплазме. Мембрана пероксисом непроницаема для ионов и низкомолекулярных субстратов.Пероксисомы– главный центр образования кислорода клетки. В результате окисления аминокислот, углеводов образуется Н2О2, которая благодаря каталазе распадается на воду и О2. Крупные пероксисомы печени и почек играют важную роль в обезвреживании ряда веществ. Помимо этого они участвуют в катаболизме (в обмене аминокислот, оксалата и полиаминов). Микротрубочки –это органеллы общего значения,лишенные мембран.Это трубчатые образования различной длины с внешним диаметром 24 нм, шириной просвета 15 нм и толщиной стенки около 5 нм. Встречаются в свободном состоянии в цитоплазме клеток или как структурные элементы жгутиков, ресничек, митотического веретена, центриолей. Микротрубочки строятся из стереотипных субьединиц белковой природы путем их полимеризации. В свободном состоянии микротрубочки выполняют опорную функцию, определяя форму клеток, а также являются факторами направленного перемещения внутриклеточных компонентов.
37.Механизм синтеза белка.Трансляция. Процесс синтеза состоит из двух этапов: транскрипции и трансляции. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов в азотистых основаниях в молекуле мРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Этот процесс происходит на рибосомах. Несколько рибосом могут прикрепиться к молекуле мРНК, образуя структуру, называемую полисомой, или полирибосомой. Входящие в структуру рибосомы связаны общей нитью. Преимущество такого комплекса состоит в том, что при этом на одной молекуле мРНК становится возможным одновременный синтез нескольких полипептидных цепей. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц: малой и большой. Считается, что мРНК обратимо присоединяется к поверхности малой субъединицы в присутствии ионов Mg2+. При этом два ее первых транслируемых кодона оказываются обращенными к большой субъединице. Первый кодон связывает молекулу тРНК, содержащую комплементарный ему антикодон и несущую первую аминокислоту синтезируемого полипептида. Затем второй кодон присоединяет комплекс аминоацил-тРНК, содержащий антикодон, комплементарный этому кодону (рис. 22.26, А и Б). Функция рибосомы заключается в том, чтобы удерживать в нужном положении мРНК, тРНК и белковые факторы, участвующие в процессе трансляции, до тех пор пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь. Как только новая аминокислота присоединилась к растущей полипептидной цепи, рибосома перемещается по нити мРНК с тем, чтобы поставить на надлежащее место следующий кодон. Молекула тРНК, которая перед этим была связана с полипептидной цепью, теперь, освободившись от аминокислоты, покидает рибосому и возвращается в цитоплазму, чтобы образовать новый комплекс амино-ацил-тРНК. Такое последовательное "считывание" рибосомой заключенного в мРНК "текста" продолжается до тех пор, пока процесс не доходит до одного из стоп-кодонов (терминирующих кодонов). Такими кодонами служат триплеты УАА, УАГ или УГА. На этом этапе полипептидная цепь, первичная структура которой была детерминирована цистроном ДНК, покидает рибосому, и трансляция завершена. Перечислим главные этапы процесса трансляции:1) присоединение мРНК к рибосоме;2) активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК;3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;4) элонгация (удлинение) цепи;5) терминация (окончание синтеза) цепи;6) дальнейшее использование мРНК (или ее разрушение).