Презентація на тему: "Будова властивості, функції нуклеїнових кислот, АТФ.

Урок 10 Тема: Будова, властивості, функції нуклеїнових кислот, АТФТатарбунарський ліцей ім. В. З. Тура Вчитель біології вищої категорії: Чібукова Т. А.

Запитання для контролю і самоконтролю1. Що таке ферменти, гормони, фактори росту?2. Чи змінюється фермент у процесі реакції?3. Від яких чинників залежить активність ферментів?4. Які проблеми вирішує інженерна ензимологія?5. Одні ферменти є найбільш активними в кислому середовищі, а інші — у лужному. Чим це можна пояснити?6. Яку роль відіграє фермент-субстратний комплекс?7. Як біологічна роль ферментів пов’язана з їхньою будовою?8. Як ви вважаєте, чому всі ферменти — глобулярні білки? Чи можуть, наприклад, вуглеводи виконувати каталітичні функції?

Мета уроку: Приблизити знання про нуклеїнові кислоти, АТФ. Ознайомитися з їхньою будовою. Зрозуміти їх властивості, роль у життєдіяльності організмів. Навчитися розвязувати елементарні вправи з репликації та транскрипції.

Структура нуклеїнових кислот Відкриття нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти — це високомолекулярні органічні сполуки,що забезпечують зберігання, реалізацію, зміну та передавання спадковоїінформації в живих організмах. Уперше їх описав у 1869 роцішвейцарський біохімік Фрідріх Мішер (мал. 12.1), який виділивіз ядра клітин речовину, названу ним нуклеїном (від латин. nucleus —ядро), оскільки вважав, що нуклеїн міститься лише в ядрах клітин. Особливості будови та біологічні функції нуклеїнових кислот тривалийчас лишалися невідомими. Але саме з’ясування структуринуклеїнових кислот відкрило нову епоху в біології, дозволило зрозумітимолекулярні основи спадковості та мінливості.

Будова нуклеотиду. Нуклеїнові кислоти — це полімери, мономерами в яких є нуклеотиди. До складу нуклеотиду входять:1. Моносахарид (пентоза) — це може бути рибоза (мал. 12.2)або дезоксирибоза (мал. 12.3).2. Нітратні основи — це може бути урацил, тимін, аденін, гуанін, цитозин (мал. 12.4).3. Залишок ортофосфатної кислоти. Усі три компоненти нуклеотиду об’єднуються разом так: при об’єднанні пентози з нітратною основою утворюється нуклеозид, а потім до нього приєднується залишок ортофосфатної кислоти й ут-ворюється нуклеотид (мал. 12.5). Якщо до складу нуклеотиду в нуклеїновій кислотівходить рибоза, то така кислота має назву рибонуклеїнова кислота (РНК), а якщо дезоксирибоза — дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК).

Будова ДНК та РНКАденін, тимін, гуанін, цитозин. У нуклеотидах РНК також можуть бути чотири нітратні основи — аденін, гуанін, цитозин, урацил. Тимін у РНК не міститься, натомість присутній урацил. Тимін відрізняється від урацилу наявністю метильної групи —CH3, відсутньої в урацилі. Нуклеотиди об’єднуються один з одним за допомогою фосфодіестерних зв’язків. До складу нуклеотидів ДНК можуть входити чотири нітратні основи: Схема будови нуклеїнових кислот

Існують чіткі закономірності в будові молекули ДНК.1. В молекулах ДНК кількість аденіну завжди дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну — кількості цитозину. Така закономірність називається правилом Чаргаффа на честь ученого, який її відкрив.2. Нітратні основи формують пари аденін — тимін, гуанін — цитозин і є комплементарними одна одній . Комплементарність — це здатність нітратних основ утворювати між собою водневі зв’язки. Якщо відома послідовність основ в одному ланцюзі ДНК, то завдяки специфічності парування, комплементарності двох ланцюгів стає відомою і послідовність основ у другому ланцюзі. 3. Молекула ДНК є дволанцюговою й утворює подвійну спіраль, по 10 пар нітратних основ у кожному витку.

Існують чіткі закономірності в будові молекули ДНК.4. Пентозоортофосфатний скелет ДНК розташований на периферії молекули ДНК, а нітратні основи — усередині. Аденін в одному ланцюзі завжди зв’язаний водневими зв’язками з тиміном у другому ланцюзі, а гуанін в одному ланцюзі завжди зв’язаний водневими зв’язками з цитозином у другому ланцюзі. Хоча водневі зв’язки між парами основ є відносно слабкими, кожна молекула ДНК містить їх так багато, що у фізіологічних умовах комплементарні ланцюги ніколи самостійно не розділяються. Молекула РНК, на відміну від ДНК, є одноланцюговою. Відмінності в будові ДНК та РНК пов’язані з їхніми різними біологічними функціями. Структура молекули ДНК дозволяє їй самовідтворюватися, молекула ДНК під час відтворення слугує сама для себе матрицею.

Структурні рівні організаціїнуклеїнових кислот. У молекулі ДНК, що складається із двох полінуклеотидних ланцюгів, виділяють первинну, вторинну та третинну структури. Первинна структура становить лінійну послідовність нуклеотидів в одному ланцюзі. У такій формі ДНК у природі не існує, але саме первинна структура (послідовність нуклеотидів) визначає усі її властивості. Вторинна структура — це два полінуклеотидні ланцюги, кожний з яких закручений у спіраль вправо та обидва закручені вправо навкруги однієї осі. Третинна структура ДНК формується тільки у зв’язку з білками та слугує для більш компактного упакування ДНК в ядрі. Молекули РНК також мають первинну, вторинну та третинну структури. Просторова структура нуклеїнових кислот відіграє важливу роль у їх функціонуванні: якщо вона порушується, то порушуються і їх функції.

Аденозинтрифосфатна кислота. Аденозинтрифосфатна кислота (АТФ) — це нуклеотид, що відіграєважливу роль в енергетичному обміні клітини. Він переносить енергію. Аденозинтрифосфатна кислота складається із залишку нітратноїоснови (це аденін), пентози (це рибоза) та трьох залишків фосфатноїкислоти. Зі складу АТФ під впливом ферменту АТФ-ази відщеплюються залишкифосфатної кислоти. АТФ переходить в АДФ (аденозиндифосфатна кислота),в АМФ (аденозинмонофосфатна кислота). Реакції відщепленнякожної молекули фосфатної кислоти супроводжуються вивільненняменергії, що дорівнює 419 к. Дж/моль. Щоб підкреслити високу енергетичну«вартість» ортофосфатно-оксигенового зв’язку в АТФ, його прийнято називати макроергічним зв’язком. В АТФ є два макроергічні зв’язки. Завдяки своїй структурі молекула АТФ може віддавати енергію в тіреакції, де вона необхідна, перетворюючись на АДФ, а далі АДФ можеприєднати залишок фосфатної кислоти з поглинанням 419 к. Дж/моль,відновивши запас енергії. Таким чином, АТФ відіграє центральнуроль у клітинних перетвореннях енергії і є універсальним переносникоменергії.

Функції нуклеїнових кислот. Кожний вид живих організмів має особливий, тільки йому притаманний набір білків. Саме білки є основою видової специфічності. Майже всі ознаки клітин та організму в цілому визначаються білками. Як утворюються тисячі білкових молекул без жодної помилки в розташуванні амінокислот? Структура білка не дозволяє їм самовідтворюватися. Інформація про послідовність амінокислот у білках зберігається в молекулах ДНК. ДНК кожної клітини несе в собі інформацію про структурні білки, що визначають форму клітини, про білки-ферменти, про білки-гормони та ін. Ця інформація називається генетичною. Нуклеїнові кислоти виконують функції зберігання, передавання, зміни та реалізації спадкової інформації. ДНК — носій генетичної інформації. Кожний білок представлений одним або декількома поліпептидними ланцюгами. Ділянка ДНК, що несе інформацію про будову одного поліпептидного ланцюга білка, називається геном. Кожна молекула ДНК містить багато різних генів. Сукупність молекул ДНК клітини виконує функцію носія генетичної інформації: ДНК може її зберігати, передавати, змінювати й брати участь у процесі реалізації генетичної інформації.

Передача спадкової інформації. Реплікація ДНКСпадкоємність генетичного матеріалу в поколіннях клітин та організмівзабезпечується реплікацією молекул ДНК. Реплікація — це процес матричного синтезу молекули ДНК на матриці — молекулі ДНК. У результаті цього складного процесу, що здійснюється за допомогою ферментів, утворюються дві подвійні спіралі ДНК — дочірні молекули, що нічим не відрізняються одна від одної та від вихідної материнської молекули ДНК. Реплікація відбувається у клітині перед поділом, тому кожна дочірня клітина отримує такі самі молекули ДНК, які мала материнська клітина. Процес реплікації базується на принципах комплементарностіі напівконсервативності. Принцип комплементарності. Кожний із двох ланцюгів материнськоїмолекули ДНК слугує матрицею, тобто основою, для синтезу комплементарного ланцюга, що доповнює його. Принцип напівконсервативності. У результаті реплікації утворюються дві подвійні дочірні спіралі, кожна з яких зберігає в незмінному вигляді один полінуклеотидний ланцюг материнської ДНК. Другий полінуклеотидний ланцюг дочірньої молекули синтезується з нуклеотидів заново за принципом комплементарності нітратних основ

Реплікація ДНК

Функції РНКТранспортна---РНК (т. РНК)Молекули т. РНК найкоротші: вони складаються лише із 80—100 нуклеотидів. Транспортні РНК основному містяться в цитоплазмі клітини.Їхня функція полягає в перенесенні амінокислот до місця синтезу білка — рибосом. Рибосомна---РНК (р. РНК)р. РНК належить до найбільших РНК, її молекули складаються із 3—5 тисяч нуклеотидів. Рибосомна РНК входить до складу рибосоми, тобто виконує структурну функцію.Інформаційна---РНК (іРНК),або матрична ---(м. РНК)іРНК міститься в ядрі й цитоплазмі. Вона переносить інформацію про структуру білка від ДНК до місця синтезу білка в рибосомах. Важливу роль у синтезі білка відіграє РНК. За виконуваними функціями виділяють кілька видів РНК.

Реалізація спадкової інформаціїОскільки молекула ДНК може сама себе відтворювати, то вона може виконувати роль молекули, що передає генетичну інформацію наступному поколінню. Для цього в природі існує особливий спосіб запису — генетичний код. Генетичний код — це спосіб запису послідовності амінокислот у молекулах білка за допомогою послідовності нуклеотидів у нуклеїнових кислотах. Ген — це ділянка молекули ДНК, яка кодує послідовність амінокислот одного поліпептидного ланцюга. Як ви вже знаєте, у процесах реалізації спадкової інформації беруть участь молекули РНК трьох видів — іРНК, т. РНК та р. РНК. Усі вони синтезуються на матриці — молекулі ДНК. Процес синтезу всіх видів РНК на матриці ДНК називається транскрипцією (від латин. transcriptio — переписування). Транскрипція, як і реплікація, здійснюється за принципом комплементарності нітратних основ. Наступний етап реалізації спадкової інформації — трансляція. Трансляція — це процес синтезу білка на матриці — молекулі іРНК. У синтезі білка беруть участь рибосоми, т. РНК, ферменти, амінокислоти, молекули АТФ тощо. Таким чином, завдяки унікальній будові нуклеїнові кислоти здатні до збереження, відтворення та передавання генетичної інформації.

Практична робота № 2 Розв’язання елементарних вправ із транскрипції та реплікаціїВправи на моделювання реплікації та транскрипції1 Користуючись принципом комплементарності нітратних основ, напишіть послідовність нуклеотидів у ланцюзі ДНК, який буде синтезований на матриці — ланцюзі ДНК — з такою послідовністю нуклеотидів: ААА ГЦА ЦЦГ ЦАГ ГГГ АГГ ААА ЦТТ ТЦА ЦАТ2 Користуючись принципом комплементарності нітратних основ, напишіть послідовність нуклеотидів іРНК, яка буде синтезована на такому фрагменті ДНК: ААА ГЦА ЦЦГ ЦАГ ГГГ АГГ ААА ЦТТ ТЦА ЦАТ3 Користуючись принципом комплементарності нітратних основ, напишіть послідовність нуклеотидів фрагмента ДНК, на якому була синтезована іРНК з такою послідовністю нуклеотидів: АГГ АУУ АЦГ АУЦ УГЦ ГГГ ААА УУУ ГЦА ГАЦ4 Користуючись принципом комплементарності нітратних основ, напишіть послідовність нуклеотидів другого ланцюга ДНК, якщо один із них має таку послідовність: ТГГ ГГГ ЦГЦ ГЦГ ТТ ТАА ГАА ЦАА АТТРозв’язання елементарних вправ із молекулярної біології1 В одному ланцюзі ДНК кількість аденіну становить 16 %, кількість тиміну — 34 %, кількість гуаніну — 24 %, кількість цитозину— 26 %. Користуючись правилом Чаргаффа, визначте відсотковий вміст нуклеотидів у дволанцюговій молекулі ДНК.2 В одному ланцюзі ДНК кількість аденіну становить 19 %, кількість тиміну — 31 %, кількість гуаніну — 8 %, кількість цитозину— 42 %. Користуючись правилом Чаргаффа, визначте відсотковий вміст нуклеотидів у дволанцюговій молекулі ДНК.

Запитання для контролю і самоконтролю1. Чому нуклеїнові кислоти дістали таку назву?2. Які компоненти входять до складу нуклеотидів у молекулі РНК та ДНК?3. У чому полягає зміст правила Чаргаффа?4. Порівняйте будову молекул РНК і ДНК.5. Порівняйте структурні рівні організації молекули ДНК та молекули білка.6. Як структура молекули АТФ пов’язана з її біологічними функціями? 7. Які функції виконують нуклеїнові кислоти?8. У якому вигляді в клітинах записано інформацію про послідовність амінокислот у білках?9. Яку функцію виконують молекули іРНК?10. Як молекула ДНК може сама себе відтворювати?11. Чим процес транскрипції відрізняється від процесу реплікації? Що в них спільного?12. Чому функцію передачі, збереження та відтворення спадкової інформації можуть виконувати тільки нуклеїнові кислоти?

УСПІХІВ В НАВЧАННІ!!!