Макромолекули (біополімери): полісахариди, білки, нуклеїнові кислоти, їх будова, властивості, роль в життєдіяльності організмів.

Цілі заняття: ознайомити студентів із різноманіттям і функціями полісахаридів; проаналізувати особливості будови й хімічні властивості полісахаридів, які дозволяють їм ефективно виконувати свої функції; звернути увагу на значення полісахаридів для життєдіяльності живих організмів. Ознайомити студентів із різноманіттям і функціями білків; проаналізувати особливості будови й хімічні властивості білків, які дозволяють їм ефективно виконувати свої функції; звернути увагу на значення білків для життєдіяльності живих організмів. Ознайомити студентів із різноманіттям і функціями нуклеїнових кислот; проаналізувати особливості будови й хімічні властивості нуклеїнових кислот, які дозволяють їм ефективно виконувати свої функції; звернути увагу на значення нуклеїнових кислот для життєдіяльності живих організмів.

Обладнання й матеріали: таблиці, які ілюструють особливості будови, різноманіття та функції полісахаридів, особливості будови, різноманіття та функції білків,: особливості будови, різноманіття та функції нуклеїнових кислот, або мультимедійний проектор чи інтерактивна дошка, на яких ці таблиці можна демонструвати; зразки полісахаридів; підручники біології.

Базові поняття й терміни: моносахариди, олігосахариди, полісахариди, запасаюча функція, структурна функція, целюлоза, крохмаль, глікоген, хітин, амінокислоти, білки, каталізатори, ферменти, захисна функція, каталітична функція, транспортна функція, запасаюча функція, структурна функція. нуклеїнові кислоти, ДНК, РНК, р-РНК, т-РНК, і-РНК, аденін, гуанін, цитозин, тимін, урацил.

Питання для бесіди

1. Які групи органічних речовин ви знаєте?

2. Які речовини називають вуглеводами?

3. Які моносахариди використовують живі організми?

4. Які функції виконують моносахариди?

5. Які речовини відносять до ліпідів?

6. Яку структуру мають молекули ліпідів?

7. Які функції виконують у живих організмах ліпіди?

8. Які функції виконують у живих організмах білки?

9. Які молекули є основою нуклеїнових кислот?

Спочатку слід звернути увагу на те, що поділ на олігосахариди й полісахариди є кількісним. Обидві групи вуглеводів утворюються шляхом об’єднання молекул моносахаридів у полімерні структури. Якщо кількість молекул моносахаридів у полімері є невеликою, то його відносять до олігосахаридів. Якщо ж кількість молекул моносахаридів у складі полімеру досягає сотень і тисяч, то його називають полісахаридом. Частіше за все в живих організмах трапляються дисахариди (складаються із двох молекул моносахаридів), трисахариди (складаються із трьох молекул моносахаридів) і полісахариди (складаються з кількох тисяч молекул моносахаридів).

Крім того, здатність моносахаридів утворювати як лінійні, так і розгалужені молекули призводить до того, що один моносахарид може утворити кілька різних полісахаридів, і ці полісахариди можуть досить сильно відрізнятися за своїми властивостями.

Таблиця7-Полісахариди

Далі слід звернути увагу на зв’язок особливостей будови полісахаридів із функціями, які вони виконують. Краще за все це робити, порівнюючи крохмаль, глікоген і целюлозу. Усі ці речовини утворені залишками глюкози. Проте їх просторова будова різна. Молекули глікогену є компактними сильно розгалуженими структурами. Вони не утворюють міцних структур, але мають велику кількість "кінцевих" молекул глюкози, які розташовані на кінчиках відгалужень. Ферменти тварин за потреби в енергії починають відривати для використання саме "кінцеві" молекули. Кінців же у глікогену багато, і, відповідно, мобілізація енергетичних ресурсів відбувається дуже швидко. А для тварин це має вирішальне значення, бо їхні швидкі рухи у скрутному становищі потребують саме швидкої мобілізації енергетичних резервів.

Для рослин проблема швидкої мобілізації ресурсів є менш актуальною. А от зберігати лінійні молекули можна в більш компактних структурах. Крохмаль їх цілком задовольняє. А целюлоза взагалі в першу чергу відіграє роль структурної речовини. Її лінійні й дуже довгі молекули без розгалужень дозволяють створювати надзвичайно міцні й ефективні клітинні стінки. До того ж розщеплювати ці молекули, створені з іншого оптичного ізомеру глюкози, ферменти тварин не можуть. Для того щоби процеси травлення рослинної маси відбувалися більш-менш ефективно, тваринам доводиться використовувати прокаріотичних кишечних симбіонтів.

Білки (або поліпептиди) - це високомолекулярні полімерні молекули, які складаються із залишків амінокислот. У білках амінокислоти з’єднані між собою з допомогою пептидного зв’язку, що утворюється під час взаємодії між карбоксильною групою однієї амінокислоти й аміногрупою іншої. До складу білків живих організмів входять двадцять амінокислот.

За складом білки можна розділити на дві великі групи - прості та складні. Прості білки містять у своєму складі лише амінокислоти, а до складу складних входять ще й небілкові компоненти. Простими білками є, наприклад, альбуміни, глобуліни й гістони. До складних відносять глікопротеїни, ліпопротеїни, хромопротеїни, нуклеопротеїни, металопротеїни тощо.

Молекули білків відрізняються складною просторовою структурою, в якій виділяють чотири рівні організації. Первинна структура білків обумовлена кількістю й порядком розташування амінокислот у поліпептидному ланцюзі. Карбоксильні й аміногрупи амінокислот у поліпептидному ланцюзі регулярно повторюються. Це дозволяє їм взаємодіяти між собою, утворюючи водневі зв’язки. Ці зв’язки певним чином змінюють положення у просторі окремих ділянок поліпептидного ланцюга, створюючи вторинну структуру білкової молекули у вигляді спіральних або складчастих ділянок. Різні спіральні та складчасті ділянки білкової молекули також взаємодіють між собою. Це відбувається з допомогою гідрофобних чи електростатичних взаємодій між ними або внаслідок утворення водневих чи навіть ковалентних зв’язків між окремими радикалами амінокислот. Таким чином виникає третинна структура білка. Четвертинна ж структура білка виникає внаслідок об’єднання кількох білкових молекул у єдиний структурно-функціональний комплекс.

Саме особлива просторова структура дозволяє білкам виконувати більшість їх функцій. Розташування різних типів амінокислотних радикалів в одній точці простору створює унікальні умови для перебігу біохімічних реакцій, а складчасті ділянки білкового ланцюга виявляють значну стійкість до впливу зовнішніх факторів.

За формою білкової молекули білки поділяють на три великі групи - фібрилярні, глобулярні та проміжні. Фібрилярні білки складаються з довгих ниткоподібних молекул або складчастих структур. У них слабко виражена третинна структура білка й вони погано розчиняються у воді. Глобулярні білки мають добре виражену третинну структуру й добре розчиняються у воді, їх молекули приймають форму компактних глобул, що й дозволяє їм ефективно виконувати свої функції. Структура проміжних білків є перехідною між глобулярними й фібрилярними формами.

Просторова структура білків може порушуватися під впливом зміни температури, хімічного середовища, фізичних факторів. У цьому випадку спочатку руйнується четвертинна структура, потім третинна, вторинна і, наостанок, первинна, коли розпадається поліпептидний ланцюг. Цей процес називається денатурацією. Вона може бути зворотною, коли після припинення дії денатуруючого фактора білок самостійно відновлює свою структуру, і незворотною, коли після припинення дії фактора відновлення структури білка (або ренату рації) не відбувається.

У зв’язку з великим різноманіттям білків вони в живих організмах виконують багато функцій.

Таблиця 8-Білки

Нуклеїнові кислоти - це лінійні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. У живих організмах вони представлені рибонуклеїновими (РНК) та дезоксирибонуклеїновими (ДНК) кислотами. У більшості випадків ДНК мають вигляд подвійного полінуклеотидного ланцюга. Нуклеотиди ДНК містять у своєму складі дезоксирибозу й одну з чотирьох основ - аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) або цитозин (Ц). Дві нитки ДНК з’єднані між собою водневими зв’язками, утвореними основами, які входять до складу нуклеотидів. Такі зв’язки можуть утворювати лише певні пари: гуанін із цитозином, а аденін - із тиміном. Водневі зв’язки між іншими компонентами нуклеотидів надають молекулі ДНК форму спіралі.

Основна функція ДНК - зберігання і відтворення спадкової інформації та передача її нащадкам. Здійснюється це завдяки процесам реплікації та транскрипції. У ході реплікації спеціальні білки - ферменти розплітають ДНК на одинарні нитки. Після цього інші ферменти на кожній з ниток добудовують її дзеркальну копію, розміщаючи тимін навпроти аденіну, а гуанін - навпроти цитозину. Таким чином організм отримує дві однакові копії ДНК, які можна розподілити між дочірніми клітинами після поділу материнської клітини.

Процес транскрипції відрізняється тим, що в цьому випадку розплітається лише невелика ділянка подвійної нитки ДНК і копія синтезується лише на одній з її половин. До того ж у цьому випадку відбувається синтез не ДНК, а РНК.

Нуклеотиди РНК містять у своєму складі рибозу й одну з чотирьох основ - аденін (А), гуанін (Г), урацил (У) або цитозин (Ц). РНК в живих організмах виконує велику кількість функцій і поділяється на декілька типів. На відміну від ДНК, РНК частіше за все має вигляд одинарного ланцюга, але різні частини цього ланцюга можуть взаємодіяти між собою, утворюючи окремі дволанцюгові ділянки. Завдяки цьому молекула РНК може мати дуже складну просторову структуру. Крім того, вона часто утворює комплекси з білками (рибонуклеопротеїди).

Найбільшу частину РНК в клітинах складають три її різновиди: рибосомальна РНК (р-РНК), транспортна РНК (т-РНК) та інформаційна РНК (і-РНК). Інформаційні РНК переносять інформацію про послідовність амінокислот у білкових молекулах від ДНК до місця синтезу білків. Транспортні РНК доставляють у місце синтезу білків вільні амінокислоти, а рибосомальні РНК разом із білками утворюють рибосоми, які здійснюють синтез білків. Існує ще кілька видів РНК, функції й особливості будови яких учені зараз інтенсивно вивчають.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: