Викладач Кувичинська С.П. 1Ас/с Предмет Біологія і екологія( Медична біологія) Теоретичне заняття №7. Тема Органічні речовини. Огляд організації. Молекулярні основи спадковості. Дата 01.11. 1 пара

 

Викладач	Кувичинська С.П.                1Ас/с
Предмет	Біологія і екологія( Медична біологія)  Теоретичне заняття №7.
Тема	Органічні речовини. Огляд організації. Молекулярні основи спадковості.
Дата	01.11. 1 пара

 

Завдання: : 1. Опрацювати  матеріал теми заняття.(  Підручник Остапченко Л.І. 10 клас.). 2.  Конспект  теоретичного заняття по темі.

3.Дати відповіді на питання.

1.  Структура і функції нуклеїнових кислот.

2.              Визначення поняття гену.

3.              Суть матричного синтезу. Генетичний код.

4.              Реалізація спадкової інформації.

5.              Організація білкових молекул.

6.              Вуглеводи та ліпіди, будова та функції.

МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ

Електронна мікроскопія, рентгеноструктурний аналіз, мічені атоми, ультрацентрифугування та інші сучасні методи дослідження дозволили більш глибоко вивчити будову клітини, її склад і функції окремих складових.

Зважаючи, що основну масу ядра і хромосом складають білки (70-90%) і приймаючи до уваги їх роль у процесах життєдіяльності, вважалося доведеним, що білки - носії спадковості.

Проте в 1944 році американські вчені О. Евері, К. Мак-Леод і М. Мак-Карті спростували таке твердження і в експериментах по трансформації ознак у мікроорганізмів (пневмококів) довели, що в хромосомах виконують генетичну роль не білки, а нуклеїнові кислоти.

Будова і синтез ДНК

Дезоксирибонуклеїнові кислоти - високомолекулярні сполуки; їх молекулярна маса коливається від 5 000 000 до 40 000 000. До складу ДНК входять: вуглевод - дезоксирибоза, 4 азотистих основи - похідні пурину (аденін і гуанін) та піримідину (тимін і цитозин) і фосфатні залишки. Сполука, до складу якої входить дезоксирибоза, одна з азотистих основ і фосфорний залишок, отримала назву нуклеотид. Розрізняють 4 типи нуклеотидів: аденіновий, гуаніновий, цитозиновий і тиміновий. Аденіну (А) міститься стільки, скільки і тиміну (Т), а кількість гуаніну (Г) рівна кількості цитозину (Ц). Отже, А=Т, або А/Г=1, а Г=Ц, або Г/Ц-1, тобто А+Т/Г+Ц-1 .

Таким чином, сума пуринових основ рівна сумі піримідинових основ. Ця залежність вперше встановлена в 1950р. американським біохіміком Е.Чаргаффом і отримала назву правила Чаргаффа. У цьому полягає одна з особливостей універсальності ДНК.

За співвідношенням (А+Т) і (Г+Ц) представники різних видів відрізняються між собою, причому у тварин переважає пара А+Т, а у мікроорганізмів співвідношення (А+Т) і (Г+Ц) однакове. Ці явища використовують як один із генетичних критеріїв визначення виду. У цьому полягає індивідуальна специфічність ДНК.

Рентгеноструктурним аналізом доведено, що кожна молекула ДНК складається із двох з'єднаних між собою ланцюгів.

Вони відрізняються великою спіральною звивистістю і можуть складатися у щільні стовпчики або розтягуватися в довгі звивисті нитки. Ланцюги утримуються водневими зв'язками, які утворюються між азотистими основами.

Молекули ДНК в порівнянні із білковими мають надзвичайну стійкість. Цим обумовлюється сталість спадковості.

Біосинтез ДНК. Синтез ДНК в організмі людини (називається ще реплікацією) проходить напівконсервативним шляхом, при якому ланцюги материнської (батьківської) ДНК розходяться, і на кожному з них утворюються комплементарні ланцюги дочірньої ДНК. Реплікація ДНК - це складний багатоступеневий процес, для протікання якого необхідні такі умови:

наявність усіх чотирьох дезоксирибонуклеозидтрифосфатів (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ)

як структурного матеріалу для синтезу нових ланцюгів ДНК;

розплітання (розкручування) подвійної спіралі ДНК та угворення однолаїщюгової матриці;

наявність ферментів, основним з яких є ДНК-полімераза.

Синтез ДНК в клітині відбувається під час другої стадії інтерфази і закінчується поділом клітини. Тому материнські клітина деякий час містить подвійну кількість ДНК.

Біосинтез РНК. РНК - рибонуклеїнова кислота, за будовою певною мірою схожа з ДНК. Вона містить вуглевод_: рибозу, до якого приєднуються фосфатні залишки та азотисті основи -аденін, гуанін, цитозин, але замість тиміну - інше похідне піримідину - урацил. Молекула РНК одноланцюгова, дещо спіралеподібне вигнута.

Доведено, що синтез РНК відбувається в ядрі клітини на молекулах ДНК, яка є своєрідною матрицею. У синтезі бере участь спеціальний фермент РНК - полімераза. Синтез ДНК здійснюється тільки на одному ланцюгу ДНК (рис. 31). Молекули РНК синтезуються не по всій довжині молекули ДНК, але лише в певних її ділянках.

Універсальність та індивідуальна специфічність ДНК

Докази важливого генетичного значення ДНК отримані аналізом багатьох фактів і спеціально поставлених дослідів. Майже вся ДНК знаходиться у хромосомах - структурах клітинного ядра, з якими, матеріально пов'язаний процес спадковості організмів. Різні організми мають різний вміст ДНК. Проте у одного і того ж організму різні клітини (гепатоцити, нейроцити, міоцити та ін.) в ядрах містять однакову кількість ДНК.

Кількість ДНК у статевих клітинах у два рази менша, ніж у соматичних. При утворенні гамет вона зменшується наполовину і точно відновлюється в зиготі. Відповідно до зміни числа хромосом змінюється кількість ДНК в соматичних і статевих клітинах. Отже, зміна в клітинах кількісного вмісту ДНК регулюється процесом мейозу і заплідненням

Співвідношення пар АТ і ГЦ в ДНК різних організмів має істотні відмінності, що теж дозволило встановити серйозну різницю в якісному складі ДНК. Одні організми характеризуються більшим вмістом пар АТ, ніж ГЦ, інші, навпаки, містили більшу кількість пар ГЦ. Звідси нуклеотидний склад ДНК є надійною видовою ознакою.

Особливості структури ДНК

Дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК) - високомолекулярні біополімери клітини, що складаються   з   мононуклеотидних  ланок,   сполучених   фосфодіефірним   зв'язком. До  складу мононуклеотидних ланок ДНК входять одна з азотистих основ - аденін, гуанін, цитозин і тимін, залишок дезоксирибози та фосфорної кислоти. | ДНК присутні в клітинах усіх організмів, а також входять до складу вірусів. Вміст ДНК у клітинах залежить від їх функціонального стану і становить у середньому від 1 до 10% в перерахунку на суху масу клітин. У клітинах еукаріот ДНК знаходиться в основному в ядрі, де входить до складу хромосом і ядерця. Певна кількість ДНК міститься також у мітохондріях і хлоропластах. На частку позаядерної ДНК припадає від 1 до 3%, решта зосереджена в ядрі.

У клітинах прокаріот молекула ДНК (хромосома) знаходиться у спеціальній зоні цитоплазми, яка має назву нуклеоїда. Якщо нуклеоїд асоційований (зв'язаний) з клітинною мембраною, то він має назву мезосоми. У клітинах бактерій існують також фрагменти ДНК, не зв'язані з хромосомою (плазміди, або епісоми).

Молекулярна маса ДНК бактеріальних клітин становить 2x10⁹, а клітин вищих організмів

2х 10¹¹.

У клітинах еукаріот ДНК, як правило, асоційована з білками і утворює дезоксирибонуклеопротеїдні комплекси. Для ДНК характерні різні рівні структури: первинна, вторинна, третинна. Оскільки молекула ДНК дволанцюгова, під первинною структурою її розуміють порядок чергування мононуклеотидних ланок, сполучених фосфодіефірними зв'язками в комплементарних полінуклеотидних ланцюгах. Первинна структура ДНК суворо детермінована (визначена) і специфічна для кожного виду організму. Вона є кодовою формою запису біологічної інформації (див. Генетичний код). Нуклеотидний склад ДНК характеризується певними закономірностями, які сформульовані Ервіном Чаргаффом. При аналізі очищеної ДНК, виділеної з різних джерел, ним встановлено наступне (правило Чаргаффа):

І. Молярна частка пуринів (аденіну - А і гуаніну - Г) дорівнює молярній частці піримідинів (цитозину -Ц і тиміну - Т):

А + Г = Ц + Т, або А + Г/Ц+Т=1;

ІІ. Кількість аденіну і цитозинудорівнює кількості гуаніну і тиміну: А+Ц=Г + Т, або А+Ц/Г+Т=1;

ІІІ. Кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну дорівнює: кількості цитозину: А=Т, або А/Т= 1,Г=Ц або Г/Ц= 1;

IV. Відношення суми молярних концентрацій Г + Ц до суми молярних концентрацій А + Т у різних видів
значно варіює (змінюється): Г + Ц / А + Т названо коефіцієнтом специфічності; для бактерій коефіцієнт
специфічносіі дорівнює0,45-2,8, для вищих рослин, тварин і людини - 0,45-0,94;

V. Існують види ДНК, в яких А + Т > Г + ІД (АТ-тип) та ДНК, в яких А + Т < Г + Ц (ГЦ-тип). АТ-тип ДНК
характерний для вищих рослин, тварин і людини. ГЦ-тип властивий для грибів, бактерій, вірусів.

На основі правил Чаргаффа та  аналізу ДНК у 1953 р. Д Уотсоном і Ф. Кріком було запропоновано модель вторинної структури ДНК у вигляді подвійної спіралі, яка утворюєшся внаслідок специфічного спарювання за участю водневих зв'язків азотистих основ двох полінуклеотидних ланцюгів, що дістало назву комплементарності А-Т і Г-Ц пар.

Третинна структура ДНК утворюється внаслідок додаткового скручування в просторі двоспіральної молекули і має вигляд суперспіралі

Інформаційна РНК. ІРНК (синоніми: матрична-РНК, месе-нджерна РНК) представлена великими молекулами довжиною від одного до декількох сотень нанометрів (нм). Вона отримала назву Інформаційної РНК тому, що проникаючи через пори ядерної оболонки, несе в цитоплазму (до місця синтезу білка) інформацію про порядок чергування нуклеотидів у молекулі ДНК. Ці молекули гетерогенні і складаються із сотень субодиниць, вони дуже різноманітні за Довжиною, а відповідно і за молекулярною масою. Так, наприклад, у Е.соli молекули мРНК, які кодують поліпептиди розміром в 300-500 амінокислот, містять 1000-2000 нуклеотидів.

У клітині вміст іРНК становить близько 3% всієї РИК. ІРНК переносить генетичну інформацію від ДНК, при її синтезі, за участю спеціального ферменту ДНК-залежної-РНК-полімерази. Послідовність нуклеотидів в іРНК комплементарна послідовності нуклеотидів одного із ланцюгів ДНК.

Одна молекула ІРНК, як правило, несе інформацію про будову одного поліпептидного ланцюга.

Як тільки закінчується побудова на ДНК-матриці ланцюга ІРНК, вона зразу ж переходить у цитоплазму і прикріпляється там до однієї з рибосом. іРНК здійснює інформаційний зв’язок між ДНК і рибосомами. Ріст (синтез) ланцюга ІРНК при 37°С відбувається з швидкістю 43 нуклеотиди за 1с; | середня тривалість життя багатьох іРНК Е.соli близько 2 хв., у тваринних клітинах -12-16 год., а в спеціалізованих клітинах до декількох днів.

Отже, іРНК властиво: швидке оновлення, гетерогенність, комплементарна нуклеотидна послідовність щодо ДНК і здатність з'єднуватися з рибосомами.

Рибосомна РНК (рРНК) - одна із трьох типів РНК клітини, що забезпечує структуру рибосом. На частку рРНК припадає близько 80% структурної РНК клітин. Існує кілька видів рРНК, які відрізняються первинною структурою, нуклеотидним складом і молекулярною масою. За участю рРНК відбувається утворення великої та малої субодиниць рибосом. Так, до складу 308- і 508-субодиниць рибосом прокаріот входять 238 РНК та 168 РНК відповідно з молекулярною масою 1,1x10⁶ та 0,6х10⁶. Крім того, в рибосомах виявлені низькомолекулярні рРНК (58 РНК та 78 РНК), які локалізуються у великих субодиницях рибосом. Рибосомна РНК є важливим компонентом системи, яка необхідна для нормального процесу синтезу білка на рибосомах.

Транспортна РНК (тРНК) відкрита в 1957 році М..Хогландом і К..Огатою. Ними було показано, що під час білкового синтезу активовані амінокислота (аміноациладенілати) переносяться на особливий тип РНК, якій дали назву розчинна РНК, а тепер називають транспортною. У порівнянні з інформаційною і рибосомною РНК транспортна РНК розчинна в клітині і тому її називають розчинною РНК. Транспортні РНК становлять 10-15% усієї РНК клітини. Вони локалізовані в основному у гіалоплазмі клітини, ядерного соку і в безструктурній частині мітохондрій і хлоропластів. Характерною ознакою тРНК є їх невелика молекулярна маса - 20-35 тис. (70-90 нуклеотидних залишків). Вперше первинну структуру (порядок чергування мононуклеотидних залишків) тРНК розшифрував Р. Холлі із співробітниками у 1965 р. Це була тРНК, яка здійснює перенесення амінокислоти аланіну до місця синтезу білка (рибосом). Нині вивчено первинну структуру понад 110 різних тРНК. Вивчення вторинної структури тРНК свідчить про те, що для неї характерна спіралізація в межах одного полінуклеотидного ланцюга. Структура, що при цьому угворюєгься, за формою нагадує листок клену чи конюшини.

У молекулі тРНК виділяють акцепторний кінець (місце приєднання активованої амінокислоти) і антикодонову петлю (містить антикодон - триплет, який комплементарний кодону тРНК).

Принципи генетичного коду

Одним з важливих досягнень у генетиці в 60-х роках було відкриття генетичного коду.

Генетичний код - це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот у білках згідно з розміщенням нуклеотидів у ДНК та ІРНК. Ф. Крік із співавторами довели, що ділянка молекули ДНК складається з трьох нуклеотидів і отримала назву триплету або кодону (F. Crick et. al. 1961).

Експериментальне доведено, що код триплетний, тобто три нуклеотиди кодують одну амінокислоту. Розшифровані кодони для всіх амінокислот. Код не переривається - кожна пара нуклеотидних основ відповідає тільки одному кодону. Крім зазначених, код характеризується ще одною властивістю; він вироджений. Що це означає? Із чотирьох різних нуклеотидів можливі 64 різні варіанти поєднання, а для кодування 20 амінокислот достатньо 20 триплетних колонів. Звідси очевидно є кодони - синоніми, це інші 44 кодони. Отже, одну амінокислоту кодує декілька триплетів. Примітка. Триплети УАА, УАГ, УГА не кодують амінокислот.

 

Отже, генетичний код триплетний, неперервний, вироджений, кодони нічим не відділені один від одного. Він зчитується з певної ділянки в межах гена в одному напрямку.

При зчитуванні інформації з молекули ДНК неможливе використання азотистої основи одного приплету в комбінації з основами Іншого триплету.

Визначають також три кодони (УАА, УАГ, УГА), які позначають як нонсенси або беззмістовні. Вони не кодують жодної амінокислоти. Це точки термінації трансляції (закінчення синтезу білка) 3 них розпочинається кодування нової молекули білка.

Властивості генетичного коду:

і. Код триплетний - кожна з 20 амінокислот зашифрована послідовністю розташування трьох нуклеотидів.

2 Код вироджений - кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном (від 2 до 6). Виняток складають метіонін, кодується тільки триплетом АУТ і триптофан - УГГ.

3.      Код          специфічний         -          кожний         кодон         шифрує         тільки          одну амінокислоту.

4.              Код універсальний - один триплет однаково ефективно кодує одну І ту ж амінокислоту у всіх живих організмів: від вірусу до людини.

5.              Код ніколи не перекривається - кожний нуклеотид входить лише в один триплет. Кодони (триплети) транслюються - передаються у вигляді Інформації триплета ІРНК - завжди цілком.

6.              Код беззмістовний - між триплетами немає розділових знаків тобто код має лінійний безперервний порядок зчитування.

7.      Триплети УАА, УАГ і УГА визначають припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга,оскільки вони не кодують жодної амінокислоти (термінуючі кодони). Вони розташовані наприкінці кожного гена.

Білки це високомолекулярні органічні сполуки, полімери, мономерами яких є α - амінокислоти, зв'язані між собою пептидним зв'язком.

Білки обов'язково містять елементи С, Н, NО, майже завжди S, часто Р, рідше Fе, Сu, Mg та ін.

Яка ж їх будова?

Жодну речовину хіміки не вивчали так довго, як білки, перш ніж вдалося розкрити таємницю їхньої будови. І вперше висловив думку, що білки складаються з амінокислот український учений Іван Горбачевський, який між іншим родом з Тернопільської області.

Структура білка

Первинна      Вторинна       Третинна      Четвертинна.

Жири – це пластичний матеріал і джерело енергії в організмі. За нормальних умов середня потреба дорослої людини в жирах становить 80-100 г на добу, або 33% добової енергетичної цінності раціону. Але потреба в жирах змінюється залежно від  кліматичних умов: у північній кліматичній зоні вона визначена в розмірі 38 – 40% калорійності раціону, в середнійзоні – 33%, а в південній – 27 -28%.

Вуглеводи - природні сполуки, які відіграють важливу роль у житті людини, тварин і рослин. Вони дуже поширені в природі, особливо в рослинному світі: 80% сухої масирослин становлять вуглеводи. Вуглеводи входять до складу їжі і є одним з найважливіших харчових продуктів людини. Потреба людини в енергії покривається при харчуванні за рахунок вуглеводів.

До вуглеводів відносять глюкозу, фруктозу, цукор (сахарозу), крохмаль, целюлозу тощо. Одні з них є основними продуктами їжі, інші (целюлоза) - основа для добування паперу, пластмас, волокон. 
Джерелами вуглеводів в живленні служать головним чином продукти рослинного походження - хліб, крупи, картопля, овочі, фрукти, ягоди. З продуктів тваринного походження вуглеводи міститися в молоці (молочний цукор). 

Харчові продукти містять різні вуглеводи. Крупи, картопля містять крохмаль - складна речовина (складний вуглевод) нерозчинна у воді, але розщеплюється під дією травних соків на більш простіші цукри. 
У фруктах, ягодах і деяких овочах вуглеводи містяться у вигляді різних простіших цукрів - фруктовий цукор, буряковий цукор, тростинний цукор, виноградний цукор (глюкоза) та ін. Ці речовини розчинні у воді і добре засвоюються в організмі. Розчинні у воді цукри швидко всмоктуються в кров. Доцільно вживати не усі вуглеводи у вигляді цукрів, а основну їх масу вживати у вигляді крохмалю, яким багата, наприклад, картопля. Це сприяє поступовій доставці цукру тканинам. Безпосередньо у вигляді цукру рекомендується вводити лише 20-25% від загальної кількості вуглеводів, що містяться в добовому раціоні харчування. У це число входить і цукор, який міститься в солодощах, кондитерських виробах, фруктах і ягодах. 

Якщо вуглеводи поступають з їжею в достатній кількості, вони відкладаються головним чином в печінці і м'язах у вигляді особливого тваринного крохмалю - глікогену. Надалі запас глікогену розщеплюється в організмі до глюкози і, поступаючи в кров та інші тканини, використовується для потреб організму. При надмірному ж харчуванні вуглеводи переходять в організмі в жир. До вуглеводів зазвичай відносять і клітковину (оболонку рослинних клітин), яка мало використовується організмом людини, але потрібна для правильних процесів травлення. 

Норма споживання вуглеводів на добу: 300-500 г або 5-8 г на кожен кг ваги, при фізичних і розумових навантаженнях 700 г. 

 

 

Оцінювання.

1.     Заєреструватись всім о 8.00. 01. 11.

2.     Мати таблицю генетичного коду перед собою, щоб працювати з нею.

3.     Опитування в телефонному режимі, чекати мого дзвінка.

4.     Знати відповіді на питання.